機械工程材料ch鋼的熱處理

機械工程材料ch鋼的熱處理第1頁/共135頁

第四章鋼的熱處理

(HeatTreatmentofSteel)概述鋼在加熱時的轉變鋼在冷卻時的轉變鋼在回火時的轉變第2頁/共135頁熱處理概述1.熱處理的定義:時間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻第3頁/共135頁2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應用范圍:整個制造業(yè)。4.熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學熱處理感應加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;第4頁/共135頁第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉變轉變溫度奧氏體的形成奧氏體晶粒度及對力學性能的影響第5頁/共135頁一.轉變溫度(transformationtemperature)第6頁/共135頁二、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：第一步奧氏體晶核形成：首先在與Fe3C相界形核。第二步奧氏體晶核長大：晶核通過碳原子的擴散向和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解:鐵素體的成分、結構更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。第7頁/共135頁FFe3C未溶Fe3CA殘余Fe3CAAAA

形核A

長大殘余Fe3C溶解A均勻化第8頁/共135頁

影響奧氏體形成的因素4、合金元素：合金元素可以改變鋼的臨界溫度，

影響碳的擴散速度，從而限制奧氏體的形成

速度。2、加熱速度：速度越大，奧氏體形成時間越短。3、鋼中碳的質量分數(shù)：質量分數(shù)越多，相界面

增多，則有利于奧氏體的形成。1、加熱溫度：溫度越高，奧氏體形成速度越快。第9頁/共135頁三.奧氏體晶粒度及對力學性能的影響一)奧氏體晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光體剛剛轉變成奧氏體的晶粒大小。

2.實際晶粒度:熱處理后所獲得的奧氏體晶粒的大小。

3.本質晶粒度:度量鋼本身晶粒在930℃

以下,隨溫度升高,晶粒長大的程度。第10頁/共135頁標準晶粒度等級第11頁/共135頁

鋼的本質晶粒度示意圖第12頁/共135頁二)奧氏體晶粒大小對鋼的

力學性能的影響1.奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。第13頁/共135頁三）影響奧氏體晶粒長大的因素（3）合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素:

Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。（1）加熱溫度和保溫時間:加熱溫度高、保溫時間長,晶粒粗大.（2）加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細.第14頁/共135頁第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉變鋼在熱處理時的冷卻方式過冷奧氏體的等溫冷卻轉變過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變第15頁/共135頁鋼在熱處理時的冷卻方式

熱加保溫時間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻第16頁/共135頁一.過冷奧氏體的等溫冷卻轉變一)建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉變曲線----TTT曲線

(

C曲線

)T

---

timeT

---

temperatureT

---

transformation第17頁/共135頁

共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1第18頁/共135頁二)共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉變開始線A向產(chǎn)物轉變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉變區(qū);擴散型轉變;P轉變區(qū)。550～230℃;中溫轉變區(qū);半擴散型轉變;

貝氏體(B)轉變區(qū);230～-50℃;低溫轉變區(qū);非擴散型轉變;馬氏體(M)轉變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第19頁/共135頁三)轉變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體型(P)轉變(A1～550℃):A1～650℃:

P;15～27HRC;

片間距為0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

細片狀P---索氏體(S);

片間距為0.2～0.4μm(1000×);27～38HRC。600～550℃:極細片狀P---托氏體(T);

片間距為＜0.2μm(電鏡);38～43HRC。第20頁/共135頁

珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌第21頁/共135頁光鏡形貌電鏡形貌

索氏體形貌像第22頁/共135頁

托氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌第23頁/共135頁2.貝氏體型(B)轉變(550～230℃):550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=過飽和碳

α-Fe條狀+Fe3C細條狀過飽和碳α-Fe條狀Fe3C細條狀羽毛狀穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉變開始線A向產(chǎn)物轉變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉變區(qū);擴散型轉變;P轉變區(qū)。550～230℃;中溫轉變區(qū);半擴散型轉變;

貝氏體(B)轉變區(qū);230～-50℃;低溫轉變區(qū);非擴散型轉變;馬氏體(M)轉變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第24頁/共135頁上貝氏體轉變過程第25頁/共135頁

上貝氏體組織金相圖第26頁/共135頁2.貝氏體型(B)轉變(550～230℃):350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=過飽和碳

α-Fe針葉狀+Fe3C細片狀過飽和碳

α-Fe針葉狀Fe3C細片狀針葉狀第27頁/共135頁

下貝氏體組織金相圖第28頁/共135頁上貝氏體強度與塑性都較低，無實用價值。下貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學性能，是生產(chǎn)上常用的強化組織之一。上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體第29頁/共135頁3.馬氏體型(M)轉變(230～-50℃):1)定義:馬氏體是一種碳在α–Fe中的

過飽和固溶體。2)馬氏體形成:在一個溫度范圍內連續(xù)冷卻完成;轉變速度極快,即瞬間形核與長大;無擴散轉變(Fe、C原子均不擴散),

M與原A的成分相同,造成晶格畸變。轉變不完全性穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉變開始線A向產(chǎn)物轉變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉變區(qū);擴散型轉變;P轉變區(qū)。550～230℃;中溫轉變區(qū);半擴散型轉變;

貝氏體(B)轉變區(qū);230～-50℃;低溫轉變區(qū);非擴散型轉變;馬氏體(M)轉變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第30頁/共135頁第31頁/共135頁3)馬氏體的晶體結構:由于碳的過飽和作用,使α–Fe晶格由面心立方變成體心正方晶格。第32頁/共135頁4)馬氏體的組織形態(tài):板條狀---低碳馬氏體(＜0.2%C);30～50HRC;δ=9～17%。第33頁/共135頁

低碳板條狀馬氏體組織金相圖第34頁/共135頁4)馬氏體的組織形態(tài):針、片狀---高碳馬氏體(＞1%C);66HRC左右;δ≈1%。第35頁/共135頁

高碳針片狀馬氏體組織金相圖第36頁/共135頁5）馬氏體轉變的基本特征由于馬氏體轉變的無擴散性，因而馬氏體的化學成分與母相奧氏體完全相同。顯然，馬氏體是碳在α-Fe中的過飽和間隙固溶體。造成晶格的嚴重畸變，成為具有一定正方度（c/a）的體心正方晶格。過冷奧氏體向馬氏體的轉變，必須在不斷降溫條件下轉變才能繼續(xù)進行，冷卻過程中斷，轉變立即停止。馬氏體轉變是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，來不及發(fā)生擴散分解而產(chǎn)生的無擴散型的相變馬氏體轉變是，通過切變和原子的微小調整來實現(xiàn)γ相向α相轉變的。第37頁/共135頁即使冷卻到Mf點，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A’

或’表示?！?8頁/共135頁奧氏體含碳量對馬氏體轉變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00溫度℃Wc100MsMf第39頁/共135頁90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100殘余奧氏體量(%)奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響第40頁/共135頁馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強度σb(Mpa)1800140010006002006)馬氏體的性能:

主要取決于馬氏體中的碳濃度。第41頁/共135頁

三、影響TTT曲線形狀

與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響:共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms

與Mf

點隨含碳量增加而下降。

與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。第42頁/共135頁

亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第43頁/共135頁

過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf時間溫度A1第44頁/共135頁過共析鋼共析鋼亞共析鋼時間溫度A1亞共析鋼隨著含碳量的增加C曲線向右移動過共析鋼隨著含碳量的增加C曲線向左移動第45頁/共135頁2.奧氏體中含合金元素的影響:

除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中,會引起:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼第46頁/共135頁3.加熱溫度和保溫時間的影響:

加熱溫度越高,保溫時間越長,

碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,

提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而

使TTT曲線向右移。第47頁/共135頁過冷奧氏體轉變產(chǎn)物（共析鋼）

轉變類型轉變產(chǎn)物形成溫度，℃轉變機制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火第48頁/共135頁四.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變一)建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線----CCT曲線C---continuousC---coolingT---transformation第49頁/共135頁Vk

一)共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖時間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷第50頁/共135頁二)共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線第51頁/共135頁穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf三)在連續(xù)冷卻過程中TTT曲線的應用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:爐冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A殘V4≥138℃/s:水冷;M+A殘第52頁/共135頁第三節(jié)鋼的退火與正火毛坯生產(chǎn)預備熱處理機械加工最終熱處理機械精加工預備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:第53頁/共135頁一.鋼的退火(Annealingofsteel)一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時間,然后

隨爐冷卻。二)目的:

消除應力;降低硬度;細化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準備。第54頁/共135頁三)種類退火重結晶退火低溫退火完全退火擴散退火球化退火再結晶退火去應力退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火第55頁/共135頁1.完全退火

將亞共析鋼加熱至Ac3以上20~30℃，保溫足夠時間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，從而獲得接近平衡狀態(tài)的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火。

完全退火的目的為：

(1)消除鑄、鍛件中存在的魏氏組織或帶狀組織，細化晶粒和均勻組織；

(2)消除鑄、鍛件中存在的內應力，降低硬度，便于切削加工。

完全退火只適用于亞共析鋼，不適用于過共析鋼。第56頁/共135頁2.不完全退火

將亞共析鋼在Ac1~Ac3之間或過共析鋼在Ac1~Accm之間兩相區(qū)加熱，保溫足夠時間后緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為不完全退火。

不完全退火的目的是：改善珠光體組織，消除內應力，降低硬度以便切削加工。

亞共析鋼不完全退火的溫度一般為740~780℃，其優(yōu)點是加熱溫度低，操作條件好，節(jié)省燃料和時間。第57頁/共135頁3.球化退火將過共析鋼加熱在Ac1上，保溫后，當冷卻到Ar1下緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為不完全退火球化退火是一種將鋼中滲碳體或碳化物由片狀變?yōu)榱?，均勻分布在鐵素體基體上的熱處理工藝。主要用于過共析鋼，是一種不完全退火。球化退火的目的是：消除鋼中的片狀珠光體，代之以粒狀珠光體。第58頁/共135頁

經(jīng)球化退火后的組織有以下優(yōu)點：由片狀珠光體變?yōu)榱钪楣怏w，可降低鋼的硬度，改善其切削加工性能；粒狀珠光體加熱時奧氏體晶粒不易長大，允許有較寬的淬火溫度范圍，淬火時變形開裂傾向小，能獲得最佳的淬火組織，即馬氏體片細小，殘余奧氏體量少，并保留有一定量均勻分布的粒狀碳化物。第59頁/共135頁4.擴散退火

擴散退火是通過高溫長時間加熱，使合金元素擴散均勻，以消除或減弱枝晶偏析的熱處理工藝。主要用于合金鋼錠或鑄件。

擴散退火溫度通常為1100~1200℃，保溫時間為10~15小時。5.軟化退火

軟化退火是消除鋼錠或合金結構鋼鍛軋鋼材內應力，降低其硬度的熱處理工藝。

軟化退火溫度通常為650~720℃，保溫后出爐空冷。第60頁/共135頁6.再結晶退火

再結晶退火是將冷加工后的鋼材加熱至T再~Ac1之間，通常為650~700℃，使變形晶?；謴统傻容S狀晶粒，從而消除加工硬化的熱處理工藝。第61頁/共135頁四)常用的工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應力退火Ac3+150～250擴散退火目的應用細化晶粒，降低硬度，改善切削加工性能。亞共析鋼和合金鋼網(wǎng)狀滲碳體球化，改善組織，為淬火作準備過共析鋼和合金工具鋼消除應力各類鋼鐵材料消除枝晶偏析鑄態(tài)產(chǎn)生枝晶偏析材料第62頁/共135頁第63頁/共135頁二.鋼的正火(Normalizingofsteel)一)定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時間,然后

在空氣中冷卻。二)目的:

消除應力;調整硬度;細化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準備。第64頁/共135頁三)工藝參數(shù)及目的:溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Accm+30～50過共析鋼目的：亞共析鋼細化晶粒，消除組織中的缺陷，其珠光體片層較細，鋼的強度和硬度提高，過共析鋼正火的目的主要是抑制或消除網(wǎng)狀滲碳體第65頁/共135頁四)工藝參數(shù):第66頁/共135頁四)熱處理后的組織:S(Wc=0.6～1.4%)S+F(Wc＜0.6%)五)應用范圍:

1.預備熱處理:調整低、中碳鋼的硬度;消除過共析鋼中的Fe3CⅡ。

2.最終熱處理:用于力學性能要求不高的普通零件。第67頁/共135頁一、定義:

把零件加溫到臨界溫度以上

30～50℃,保溫一段時間,然

后快速冷卻(水冷)。二、目的:為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性。獲得優(yōu)異

的綜合性能，或者某些特殊的物理和化學性能。第四節(jié)鋼的淬火Vk時間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷第68頁/共135頁三、工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Ac1

+30～50過共析鋼Ac3、Ac1

+50～100合金鋼第69頁/共135頁四、熱處理后的組織:M+Fe3C+A殘Ac1+30～50過共析鋼M+A殘Ac1+30～50

共析鋼M+A殘Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)

鋼種第70頁/共135頁五、淬火加熱時間(t)的選擇:t

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)裝爐量有關系數(shù)一般K=1～1.5加熱系數(shù),與鋼種及加熱介質有關第71頁/共135頁六、淬火冷卻介質1.理想淬火冷卻介質時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfVk第72頁/共135頁2.常用的淬火冷卻介質

名稱

最大冷卻速度時平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl

溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號機油430230606580℃10號機油430230705520℃3號錠子油50012010050第73頁/共135頁水的冷卻能力強，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。第74頁/共135頁七、常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火時間溫度MsA1第75頁/共135頁采用不同的淬火方法可彌補介質的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實現(xiàn)自動化。

水淬工件變形開裂傾向大；油淬火冷卻能力低。第76頁/共135頁2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強的介質中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質中發(fā)生馬氏體轉變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于形狀復雜的碳鋼件及大型合金鋼件。第77頁/共135頁3、分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內外溫度均勻后再取出緩冷?？蓽p少內應力，用于小尺寸工件。鹽浴爐第78頁/共135頁4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學性能，淬火應力小.適用于形狀復雜及要求較高的小型件。第79頁/共135頁八、鋼的淬硬性(Hardeningofsteel)1.定義:是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度。2.影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于馬氏體的含碳量。第80頁/共135頁九、鋼的淬透性

(Hardenabilityofsteel)1.定義:是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層(馬氏體組織占50%處)的深度。2.影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK的大小,

VK越大,鋼的淬透性越小。第81頁/共135頁工件淬硬層與冷卻速度的關系第82頁/共135頁第83頁/共135頁3.影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時間長也使鋼的淬透性提高。第84頁/共135頁4.淬透性測試方法(1)端淬法（Jominy）:第85頁/共135頁第86頁/共135頁

J

表示末端淬透性，d表示半馬氏體區(qū)到水冷端的距離，HRC為半馬氏體區(qū)的硬度。即用表示(2)用臨界淬透直徑表示臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用D0表示。第87頁/共135頁5.淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學性能的影響未淬透鋼淬透鋼第88頁/共135頁第五節(jié)鋼的回火

(Temperingofsteel)一、定義:

把淬火后的零件重新加溫到

A1線以下某個溫度,保溫一段時間,然后冷卻到室溫。二、目的:

消除淬火應力,降低脆性;穩(wěn)定工件尺寸;調整淬火零件的力學性能。第89頁/共135頁三、鋼在回火時的轉變

1.馬氏體分解（100～200℃）

100℃以上回火，馬氏體開始發(fā)生分解，從過飽和α固溶體中析出彌散的ε碳化物，這種碳化物的成分和結構不同于滲碳體，是亞穩(wěn)定相。一定飽和度的α固溶體和彌散分布的ε碳化物組成的復相組織，稱為回火馬氏體。第90頁/共135頁2.殘余奧氏體的轉變（200～300℃）在200～300℃之間回火時，鋼中的殘余奧氏體將會發(fā)生分解，產(chǎn)物是過飽和的α固溶體和ε碳化物組成的復相組織，相當于回火馬氏體或下貝氏體。

3.碳化物的轉變（300～400℃）在300～400℃范圍內回火，ε碳化物將自發(fā)地向穩(wěn)定相滲碳體轉變。由飽和針狀的α固溶體和細小顆粒狀的滲碳體組成的組織稱為回火托氏體。

第91頁/共135頁4.滲碳體的聚集長大和相的再結晶（400℃以上）回火溫度升高到400℃以上，滲碳體明顯聚集長大。由等軸的相和粗粒狀的滲碳體組成的組織稱為回火索氏體。第92頁/共135頁

回火馬氏體組織金相圖第93頁/共135頁

回火托氏體組織金相圖第94頁/共135頁

回火索氏體組織金相圖第95頁/共135頁耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低溫回火彈簧等T回=F針+Fe3C粒350～500中溫回火調質件S回=F多+Fe3C球500～650高溫回火高合金鋼P回=F多+Fe3C粒650～A1高溫軟化四、工藝參數(shù)用途組織溫度(℃)名稱淬火+高溫回火=調質處理第96頁/共135頁五、回火脆性1.低溫回火脆性（第一類回火脆性）淬火鋼在250-400℃之間回火時出現(xiàn)的回火脆性，幾乎所有鋼都存在，也稱為不可逆回火脆性。產(chǎn)生原因尚不清楚，一般不在此溫度回火。2.高溫回火脆性（第二類回火脆性）一些含Ni、Cr、Mn的合金鋼，淬火后在400-550℃回火，產(chǎn)生脆性。主要原因時由于Ni、Cr、Mn促進雜質元素在晶界的偏聚，回火后快冷可抑制該脆性。第97頁/共135頁用C曲線定性說明連續(xù)冷卻轉變產(chǎn)物

根據(jù)與C曲線交點位置判斷轉變產(chǎn)物

P均勻A細AA1MSMf時間等溫退火PP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)M回150-250℃T回350-500℃S回500-650℃????PT+S回ST+B下+M+A’第98頁/共135頁第六節(jié)可控氣氛熱處理和化學熱處理工藝一、可控氣氛熱處理和真空熱處理熱處理過程中產(chǎn)生燒損和熱氧化、脫碳等缺陷。1、可控氣氛熱處理向爐內通入一種或幾種一定成分的氣體，通過對這些氣體成分的控制，使工件在熱處理過程中不發(fā)生氧化和脫碳。第99頁/共135頁

四種氣體具有氧化和脫碳作用的氣體：O2，CO2，H2O

具有還原作用的氣體：CO和H2

中性氣體：N2。具有強烈滲碳作用的氣體：CH4及其他碳氫化合物四類可控氣氛放熱式氣氛：煤氣或丙烷混合空氣燃燒，防止零件氧化。吸熱式氣氛：煤氣、天然氣或丙烷混合空氣，外加熱反應，防止氧化和脫碳，用于滲碳處理。氨分解氣氛：氨氣分解為氮和氧，含鉻較高的合金鋼。滴注式氣氛：液體有機化合物，甲醇、乙醇等用于井式爐，可以控制碳氮氣氛，實現(xiàn)滲碳、碳氮共滲，軟氮化等。第100頁/共135頁2、真空熱處理真空具有保護作用；表面凈化作用；脫脂作用；脫氣作用及工件變形小等特點。利用真空熱處理可以進行真空退火，光亮退火，用于冷拉鋼絲的中間退火，不銹鋼及有色合金的退火。可以進行真空淬火，應用于各種鋼的淬火處理，尤其是高合金工具鋼的淬火處理，保證熱處理工件質量，提高工件的性能。第101頁/共135頁第102頁/共135頁工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學性能。二、鋼的化學熱處理(ChemicalHeatTreatment)一)定義:將零件置于一定的化學介質中,通過加熱、保溫,使介質中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層的化學成分和組織的熱處理工藝。第103頁/共135頁二)化學熱處理的基本過程:2.吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。3.擴散:

活性原子由零件表面向內部擴散,形成一定的擴散層。1.分解:

化學介質在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕第104頁/共135頁三)化學熱處理進行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。第105頁/共135頁1.鋼的滲碳(Carburizeofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入碳原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌性能的零件。3)用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼。4)方法:固體、氣體、液體滲碳。四)化學熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。第106頁/共135頁

固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱第107頁/共135頁

氣體滲碳法示意圖第108頁/共135頁5)工藝:

加熱溫度為900～950℃;

滲碳時間一般為3～9小時;6)滲碳后的組織:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F第109頁/共135頁第110頁/共135頁7)滲碳后的熱處理工藝(1)直接淬火法

將滲碳工件出爐預冷到稍高于心部的Ar3溫度，而后直接淬火的熱處理工藝叫直接淬火法。淬火后在150~200℃回火2~3小時。(2)一次淬火法

工件滲碳后隨爐冷卻或出爐坑冷或空冷到室溫，然后再加熱到淬火溫度進行淬火和低溫回火的處理工藝，稱為一次淬火法。第111頁/共135頁滲碳后一次淬火工藝曲線第112頁/共135頁(3)二次淬火法

工件滲碳后冷至室溫，再重新加熱兩次，進行兩次淬火，或一次正火一次淬火。

第一次淬火是為了細化心部組織和消除表層網(wǎng)狀碳化物，因此，加熱溫度應選在心部的Ac3以上。

第二次淬火是為了改善滲碳層的組織和性能，使其獲得細針狀馬氏體和均勻分布的未溶碳化物顆粒，因此，加熱溫度通常選在Ac1以上30~50℃。

滲碳零件經(jīng)淬火、低溫回火后，表層組織應由細片狀回火馬氏體、細粒狀碳化物和少量殘余奧氏體組成，硬度為HRC58~62。第113頁/共135頁滲碳后二次淬火工藝曲線第114頁/共135頁7)滲碳后的熱處理工藝第115頁/共135頁8)熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼F+PM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9)常用的鋼種:

15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。第116頁/共135頁20CrMnTi鋼滲碳層組織(化染)320滲碳體(白色塊狀)+高碳M(蘭色針狀)+殘余A(棕黃色)第117頁/共135頁2.鋼的滲氮(Nitridationofsteel)1)定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程。2)目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件。3)用鋼:中碳合金鋼。4)方法:氣體滲氮。第118頁/共135頁5)工藝:加熱溫度500～600℃;

保溫時間0.3～0.5mm/20～50h。6)熱處理特點:

滲氮前需調質處理;

滲氮后不需熱處理。7)滲氮處理后的組織

表層:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、

MoN、TiN、VN。

心部:S回。8)常用的鋼種:

35CrMo、18CrNiW、

38CrMoAlA

(氮化王牌鋼)等。第119頁/共135頁38CrMoAl氣體滲氮層組織(化染)650黃色區(qū):ε(Fe2-3N)+γ’(Fe4N);紅色區(qū):γ’(Fe4N);藍綠色區(qū):含氮索氏體+脈狀氮化物;

綠黃色區(qū):索氏體基體。第120頁/共135頁3.鋼的碳氮共滲

(Carbonitridingofsteel)1)定義:向鋼的表面同時滲入碳和氮原