材料的強化與處理課件

第2章材料的強化與處理重點：退火、正火、淬火、回火、表面熱處理的目的、工藝及應(yīng)用難點：奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變規(guī)律及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物；

熱處理：將固態(tài)金屬或合金加熱、保溫、冷卻，改變其內(nèi)部組織，從而獲得所要求的性能的工藝臨界點溫度溫度時間加熱保溫冷卻熱處理工藝曲線2.1鋼的熱處理

熱處理普通熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理加熱時Ac1、Ac3、Accm

1．加熱溫度的確定

溫度C%FeFe3CLAL+AL+Fe3CADECFPSKGQA1A3AcmAc1AccmAc3冷卻時Ar1、Ar3、ArcmAr1ArcmAr32、奧氏體化過程Ac1AccmAc3奧氏體的冷卻方式：1、等溫冷卻2、連續(xù)冷卻2.1.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1、奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立（金相硬度法）

1）制試樣101.5mm2）將試樣奧氏體化3）將試樣分成幾組，每組投入不同溫度的鹽浴中等溫以共析鋼為例4）每隔一定時間，從每組中取一試塊投入水中，測硬度，觀察組織，即知道轉(zhuǎn)變開始時間和轉(zhuǎn)變終了時間6）將意義相同的點連接成線5）將各轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點標(biāo)在溫度—時間坐標(biāo)圖中溫度時間A1MsMfC曲線分析1）線2)區(qū)3)孕育期550C溫度時間A1MsMf

4)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

A1-650C,A粗珠光體PHRC15

650C-600C,A索氏體SHRC30600C-550C,A屈氏體THRC40(1)高溫轉(zhuǎn)變(A1—550C)溫度時間A1MsMf(a)珠光體3800×

(b)索氏體8000×(c)屈氏體8000×珠光體型組織

550C-350C,AB上

HRC45350C-Ms,AB下

HRC55B下性能：良好綜合力學(xué)性能B上性能：強度和韌性差影響C曲線的因素

亞共析鋼：CC曲線右移過共析鋼：CC曲線左移2）合金元素除Co以外，其他合金元素溶入奧氏體中均使C曲線右移1）含碳量2、奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變PsPfPs：AP開始線

Pf：AP終了線（1）連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線溫度時間A1MsMfV1V2（2）用C曲線近似分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變V1相當(dāng)于隨爐冷卻（退火），它與C曲線交于700~650C溫度范圍，估計過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織；V2相當(dāng)于空冷（正火），它與C曲線交于650~600C，估計過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)珠光體；V3得到的組織是極細(xì)珠光體；V4先與珠光體轉(zhuǎn)變開始線相割，隨后又與Ms相交，冷卻到室溫得到的組織是極細(xì)珠光體、馬氏體、殘余奧氏體；V5不與C曲線相交，奧氏體直接過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；Vcr為將奧氏體全部過冷到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的最小冷卻速度，為臨界冷卻速度晶體結(jié)構(gòu)：C<0.25%,體心立方晶格C>0.25%,體心正方晶格

形態(tài):板條狀馬氏體（低碳馬氏體）片狀馬氏體（高碳馬氏體）（3）過冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變馬氏體——碳在-Fe中的過飽和固溶體

性能：低碳馬氏體：良好綜合力學(xué)性能高碳馬氏體：硬度、強度高、脆性大熱處理工藝預(yù)備熱處理：消除熱加工缺陷，為以后的冷加工和最終熱處理作準(zhǔn)備最終熱處理：使工件獲得使用性能的熱處理2.1.3鋼的普通熱處理

工藝：Ac3+30-50C，保溫，爐冷

①完全退火Ac1Ac3組織：F+P目的：1）細(xì)化晶粒2）消除內(nèi)應(yīng)力3）降低硬度，改善切削加工性②等溫退火等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。但鋼經(jīng)奧氏體化后，等溫退火以較快速度冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度，等溫一定時間，使奧氏體在等溫中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后又以較快速度（一般為空冷）冷至室溫

⑤去應(yīng)力退火工藝：加熱至500-600C，保溫，爐冷目的：消除內(nèi)應(yīng)力組織：原有組織（2）正火正火：將工件加熱至Ac3或Accm以上30~50C，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻的一種熱處理工藝

Ac1AccmAc3

目的：細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；消除熱加工組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力；調(diào)整硬度，改善切削加工性?！慊穑?/p>

將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30~50C，保溫后快速冷卻的一種熱處理工藝

2．鋼的淬火與回火（1）淬火

▲目的：獲得馬氏體，提高鋼的力學(xué)性能

Ac1Ac3

1）淬火溫度的選擇

過共析鋼:Ac1+30-50C亞共析鋼:Ac3+30-50C共析鋼:Ac1+30-50C2）淬火的冷卻淬火介質(zhì)水、鹽（堿）的水溶液——冷卻能力強，易得到M，易變形和開裂，用于碳鋼淬火油——冷卻能力弱，減少變形和開裂，不易淬透，用于合金鋼、碳鋼小零件淬火3）淬火時的內(nèi)應(yīng)力

熱應(yīng)力組織應(yīng)力▼單液淬火：將鋼奧氏體化后放在一種介質(zhì)中冷卻到室溫4）常用淬火方法特點：操作簡單；易產(chǎn)生淬火缺陷

應(yīng)用：碳鋼用水淬合金鋼油淬▼雙液淬火：將鋼奧氏體化后先放在一種冷卻能力較強的介質(zhì)中冷至接近Ms然后立即轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷至室溫特點：操作復(fù)雜；降低了淬火應(yīng)力應(yīng)用：形狀復(fù)雜的碳鋼件，如工具、模具▼分級淬火法：將鋼奧氏體化后，迅速置于溫度稍高于Ms的鹽浴或堿浴中，并稍加停留，使鋼件內(nèi)外溫度一致，再取出空冷，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體特點：進一步減小了內(nèi)應(yīng)力，減小了變形

應(yīng)用：形狀復(fù)雜的小工件，如刀具

▼等溫淬火：將鋼奧氏體化后先放入溫度接近Ms的鹽浴或堿浴中等溫足夠長時間，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w然后再空冷至室溫特點：明顯降低了內(nèi)應(yīng)力，減小了變形；不必再進行回火；時間長，效率低應(yīng)用：形狀復(fù)雜、尺寸精確的小工件，如彈簧、小齒輪、工具、模具鋼的淬透性：鋼在一定條件下淬火時，獲得淬硬層深度的能力5）鋼的淬透性影響淬透性的因素：2）合金元素：除Co以外，其他合金元素溶入奧氏體中均使鋼的淬透性提高1）含碳量：含碳量越接近共析成分，淬透性越好回火目的：（2）回火回火temper：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，保溫一定時間，空冷或油冷到室溫3）穩(wěn)定工件尺寸2）消除淬火應(yīng)力，防止工件的變形、開裂1）降低脆性，提高塑性

1）低溫回火（150-250C）

回火的分類：應(yīng)用：工具、模具、滾動軸承目的：降低內(nèi)應(yīng)力和脆性，保留高的強度、硬度、耐磨性

2）中溫回火（350-500C）目的：提高鋼的彈性、韌性，消除內(nèi)應(yīng)力和脆性應(yīng)用：彈簧、高強度件3）高溫回火（500-650C）

調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火應(yīng)用：重要零件如軸、齒輪目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能2.1.4表面熱處理——僅對鋼的表面加熱和冷卻而不改變鋼表層化學(xué)成分的熱處理工藝稱為表面淬火

1、表面淬火特點：只有表層得到了馬氏體，心部組織不變表層具有高的強度、硬度、耐磨性，心部具有好的塑性、韌性加熱方法：1、火焰加熱（淬硬層2-8mm）2、感應(yīng)加熱（淬硬層0.5-20mm）高頻感應(yīng)加熱（200-300kHz）：中頻感應(yīng)加熱(2500-3000Hz)：工頻感應(yīng)加熱(50kHz)：

2、化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，改變表層的化學(xué)成分和組織，從而使工件表層具有某些特殊的力學(xué)或物理、化學(xué)性能的一種熱處理工藝特點：改變表層化學(xué)成分和組織，心部不變；使表層具有高的硬度、耐磨性、耐蝕性等特殊性能，心部具有足夠的強度和韌性化學(xué)熱處理——滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲等目的：使工件表層具有高的硬度、耐磨性，心部保持一定的強度和韌性

材料：低碳鋼、低碳合金鋼后續(xù)熱處理：淬火+低溫回火滲層厚度：0.5-2.5mm應(yīng)用：承受沖擊載荷、交變載荷及嚴(yán)重磨損的零件，如傳動齒輪、套筒、活塞銷滲碳目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲勞強度和耐蝕性等

材料：中碳合金鋼35CrAlA,38CrMoAlA,38CrWVAlA

滲層厚度：0.6-0.7mm應(yīng)用：耐磨性、精度均要求很高的零件，如精密傳動齒輪、鏜床主軸、活塞銷；交變載荷下的零件，如高速柴油機曲軸；變形小、耐蝕的耐磨件，如閥門、熱作模具滲氮目的：提高工件表層的硬度、耐磨性及疲勞強度等

應(yīng)用：汽車和機床齒輪、蝸輪、蝸桿、軸碳氮共滲4.1.5熱處理新技術(shù)簡介1．真空熱處理2．可控氣氛熱處理3．激光熱處理和電子束表面淬火4．形變熱處理2.2工程材料的表面處理方法

2.2.1氣相沉積氣相沉積是利用氣相中發(fā)生的物理、化學(xué)過程在工件表面形成具有特殊性能的金屬或化合物涂層，使工件表面性能優(yōu)化的一種新技術(shù)。按照過程的本質(zhì)，可將氣相沉積分為兩大類：一類是化學(xué)氣相沉積，簡稱CVD法；另一類是物理氣相沉積，簡稱PVD法。1．化學(xué)氣相沉積化學(xué)氣相沉積是利用氣態(tài)物質(zhì)在固態(tài)工件表面進行化學(xué)反應(yīng)，生成固態(tài)沉積物的過程。常見的碳化鈦沉積的化學(xué)反應(yīng)為：TiCl+CH→TiC↓+4HCl↑TiCl+C→TiC↓+2Cl↑2．物理氣相沉積物理氣相沉積是用物理方法將源物質(zhì)轉(zhuǎn)移到氣相中，在基體上形成覆蓋層的方法。物理氣相沉積主要有真空濺射、離子鍍和離子濺射三種方法圖2.18為離子鍍原理示意圖2.2.2化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)化學(xué)轉(zhuǎn)化膜技術(shù)就是通過化學(xué)或電化學(xué)處理，使金屬表面形成穩(wěn)定的化合物膜層，以達到防腐或兼有裝飾目的