機(jī)械制造基礎(chǔ)課程課題三鋼的熱處理演示文稿

機(jī)械制造基礎(chǔ)課程課題三鋼的熱處理演示文稿當(dāng)前第1頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)（優(yōu)選）機(jī)械制造基礎(chǔ)課程課題三鋼的熱處理當(dāng)前第2頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

【課題要點(diǎn)】本課題主要介紹鋼加熱、冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律；以及鋼的退火、正火、淬火、回火、表面熱處理等工藝。當(dāng)前第3頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 （1）了解鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律，掌握奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。 （2）掌握退火、正火、淬火、回火、表面熱處理的目的、工藝及應(yīng)用。

（3）熟悉淬透性的概念。當(dāng)前第4頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)1、熱處理定義將固態(tài)金屬或合金通過加熱、保溫和冷卻的方式，改變材料整體或表面的組織，從而獲得所需性能的一種工藝方法。熱加保溫冷卻點(diǎn)只改變組織，不特改變形狀和尺寸熱處理工藝曲線時(shí)間溫度臨界溫度目的：改善使用和工藝性能基本過程前提：固態(tài)相變當(dāng)前第5頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)2.

熱處理的過程熱處理的過程：任何一種熱處理都要經(jīng)過加熱，保溫，冷卻三個(gè)過程，因此，最高加熱溫度，保溫時(shí)間，冷卻速度就成為熱處理工藝的三大要素。當(dāng)前第6頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)三個(gè)要素：1.加熱到預(yù)定的溫度（最高加熱溫度）2.在預(yù)定的溫度下適當(dāng)保溫（保溫時(shí)間），保溫的時(shí)間與工件的尺寸和性能有關(guān)；3.以預(yù)定的冷卻速度冷卻（冷卻速度）。冷卻速度取決于所需的組織和性能。熱處理工藝曲線的示意圖當(dāng)前第7頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。至于模具、滾動軸承則要100%經(jīng)過熱處理。總之，重要的零件都要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍苁褂谩?/p>

當(dāng)前第8頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)3、熱處理特點(diǎn)：熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制4、熱處理適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

當(dāng)前第9頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)5、根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等當(dāng)前第10頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)提問：模具為什么要進(jìn)行熱處理？因?yàn)樵阡摰幕瘜W(xué)成分一定的條件下，熱處理能夠改變鋼的性能，從而適合各個(gè)方面對鋼材性能的要求。加工其他金屬材料的模具，要求具有足夠的硬度，那么怎么來加工模具呢？可以通過熱處理，使模具材料變軟，加工好之后，再通過熱處理變硬。因此，通過熱處理可改變材料的性能，適合人們對它的性能要求。當(dāng)前第12頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)學(xué)習(xí)情境1了解鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變【情境導(dǎo)航】

加熱溫度的確定 奧氏體化過程 奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變當(dāng)前第13頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)【相關(guān)知識】熱處理的第一道工序就是加熱。在多數(shù)情況下，加熱的目的主要是獲得細(xì)小的奧氏體。鋼中奧氏體的形成過程稱為鋼的奧氏體化當(dāng)前第14頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

一、加熱溫度的確定 鐵碳合金相圖是確定加熱溫度的理論基礎(chǔ)。由鐵碳相圖知道，鋼在常溫下的平衡組織是鐵素體和珠光體（亞共析鋼）、珠光體（共析鋼）、珠光體和二次滲碳體（過共析鋼）。在對鋼緩慢加熱時(shí)，它將按鐵碳相圖發(fā)生轉(zhuǎn)變。共析鋼加熱溫度超過A1臨界點(diǎn)后，珠光體就轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。當(dāng)前第15頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)一、加熱溫度的確定鋼在室溫下的組織（即奧氏體化前的組織為平衡組織的情況）：

對于亞共析鋼→F+P共析鋼→P過共析鋼→P+

Fe3CⅡ加熱目的：使鋼發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（得到奧氏體A，消除鐵素體F和滲碳體）在對鋼緩慢加熱時(shí)，它將按鐵碳相圖發(fā)生轉(zhuǎn)變，但實(shí)際加熱的過程呢？當(dāng)前第16頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)過熱度與過冷度對于加熱：非平衡條件下的相變溫度高于平衡條件下的相變溫度；對于冷卻：非平衡條件下的相變溫度低于平衡條件下的相變溫度。這個(gè)溫差叫滯后度：加熱轉(zhuǎn)變→過熱度冷卻轉(zhuǎn)變→過冷度當(dāng)前第17頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)鋼在加熱和冷卻時(shí)的相變臨界點(diǎn)

實(shí)際相變溫度與理論轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系平衡狀態(tài)相變線：A1、A3、Acm或T1、T3、Tcm加熱實(shí)際相變線：Ac1、Ac3、Accm或Tc1、Tc3、Tccm冷卻實(shí)際相變線：Ar1、Ar3、Arcm或Tr1、Tr3、Trcm當(dāng)前第18頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)共析鋼加熱轉(zhuǎn)變（奧氏體形成）過程溫度：室溫→Ac1F+Fe3C→A結(jié)構(gòu)：體心復(fù)雜面心含碳量：0.02186.690.77當(dāng)前第19頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

二、奧氏體化過程

將共析鋼加熱到Ac1時(shí)，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變。加熱到Ac1以上時(shí)，便全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。珠光體剛完成向奧氏體的轉(zhuǎn)變時(shí)，其晶粒細(xì)小；若繼續(xù)加熱或延長保溫時(shí)間，奧氏體晶粒會繼續(xù)長大。奧氏體晶粒粗化后，熱處理后鋼的晶粒就粗大，使鋼的強(qiáng)度和韌性降低。因此，加熱時(shí)，應(yīng)防止奧氏體晶粒粗化。當(dāng)前第20頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)二、奧氏體化過程加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化?，F(xiàn)以共析鋼為例說明奧氏體的形成過程當(dāng)前第21頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)1.奧氏體的形成的基本過程

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。

A

形核當(dāng)前第22頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)第二步：奧氏體晶核長大：晶核通過碳原子的擴(kuò)散向和Fe3C方向長大。A

長大當(dāng)前第23頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)第三步：殘余Fe3C溶解。鐵素體在成分、結(jié)構(gòu)上比

Fe3C更接近于奧氏體，因而先于Fe3C消失，而殘余Fe3C則隨保溫時(shí)間延長不斷溶解直至消失。殘余Fe3C溶解當(dāng)前第24頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

第四步：奧氏體均勻化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。A成分均勻化當(dāng)前第25頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)當(dāng)前第26頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)共析鋼奧氏體化過程當(dāng)前第27頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上。

實(shí)際相變溫度與理論轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系當(dāng)前第28頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)三、奧氏體在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

連續(xù)冷卻1.鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式時(shí)間溫度臨界溫度熱加保溫等溫冷卻把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時(shí)間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。當(dāng)前第29頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。又稱C曲線或TTT曲線。

(Time-Temperature-Transformation)當(dāng)前第30頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)1、C曲線的建立以共析鋼為例：

⑴取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化。⑵將試樣分組淬入低于A1點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中，隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。當(dāng)前第31頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)⑶測定每個(gè)試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。⑷將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度—時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開始線。轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。當(dāng)前第32頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變

當(dāng)前第33頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)650℃600℃550℃350℃A1MSMf時(shí)間PSTB上B下MM+A’A→PA→SA→TA→B上A→B下A→M過冷A過冷A過冷A過冷A過冷A“五線四區(qū)三轉(zhuǎn)變”A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+

產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃；高溫轉(zhuǎn)變區(qū)；擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～Ms(230℃)；中溫轉(zhuǎn)變區(qū)；半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū)。Ms～Mf(-50℃)；低溫轉(zhuǎn)變區(qū)；非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變；馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū).穩(wěn)定的奧氏體區(qū)共析鋼C曲線2.過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變當(dāng)前第34頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)3、C曲線的分析⑴轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小。

孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。時(shí)間溫度A1MSMfA過冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線當(dāng)前第35頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)在鼻尖以上，溫度較高，相變驅(qū)動力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。⑵C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。時(shí)間溫度A1MSMfA過冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線當(dāng)前第36頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)（3）A1-Ms間及轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域?yàn)檫^冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間溫度A1MSMfA過冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線當(dāng)前第37頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)(a)高溫轉(zhuǎn)變區(qū)：A1和曲線的“鼻尖”550℃之間發(fā)生轉(zhuǎn)變等溫冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能富碳區(qū)貧碳區(qū)珠光體(P)轉(zhuǎn)變鐵素體和滲碳體片層相間的機(jī)械混合物

珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。當(dāng)前第38頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)珠光體轉(zhuǎn)變當(dāng)前第39頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)光鏡形貌電鏡形貌⑴珠光體：

形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。當(dāng)前第40頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)光鏡形貌電鏡形貌⑵索氏體形成溫度為650-600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S表示。當(dāng)前第41頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T

表示。電鏡形貌光鏡形貌當(dāng)前第42頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

S8000×

T8000×

P3800×當(dāng)前第43頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，都是鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物，只是片層的厚度不同而已。片層愈薄，塑性變形的抗力愈大，則強(qiáng)度、硬度愈高，塑性、韌性也會有所改善。當(dāng)前第44頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)(b)中溫轉(zhuǎn)變區(qū)：曲線的“鼻尖”550℃和Ms230℃之間發(fā)生轉(zhuǎn)變貝氏體(B)轉(zhuǎn)變組織名稱形成溫度（℃）顯微組織特征硬度（HRC）性能上貝氏體350-550鐵素體呈平行扁平狀，細(xì)小滲碳體條斷續(xù)分布在鐵素體之間，在光學(xué)顯微鏡下呈暗灰色羽毛狀特征。40-45綜合性能差（強(qiáng)、塑、韌）下貝氏體230-350鐵素體呈針葉狀，細(xì)小碳化物呈點(diǎn)狀分布在鐵素體中，在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀特征。45-55綜合性能好ε上貝氏體下貝氏體當(dāng)前第45頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)B上B下2、貝氏體轉(zhuǎn)變過程

貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程。發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，首先在奧氏體中的貧碳區(qū)形成鐵素體晶核。當(dāng)前第46頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350℃）時(shí)，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長，隨鐵素體條伸長和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消失，形成B上

。當(dāng)前第47頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350-230℃）時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低，其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。當(dāng)前第48頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)(c)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)：Ms230℃以下發(fā)生轉(zhuǎn)變馬氏體(M)轉(zhuǎn)變當(dāng)將奧氏體過冷到Ms以下，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（用M表示）組織。但這種轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行的。當(dāng)前第49頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)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%。當(dāng)前第50頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)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%。當(dāng)前第51頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)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(qiáng)度σb(Mpa)

1800

1400

1000

600

2005)馬氏體的性能:

主要取決于馬氏體中的碳濃度。當(dāng)前第52頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf當(dāng)前第53頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf當(dāng)前第54頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

4.影響C曲線形狀

與位置的因素1).奧氏體中含碳量的影響:過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A1當(dāng)前第55頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)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MsA1當(dāng)前第56頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)3)、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:

加熱溫度越高,保溫時(shí)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C曲線向右移。當(dāng)前第57頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

板狀馬氏體①馬氏體變溫形成，與t保無關(guān)；②馬氏體轉(zhuǎn)變不完全性，鋼中常存在殘余A（性能下降）,常要求淬火T接近Mf“冷處理”.③馬氏體性能與含碳量有關(guān)非擴(kuò)散型（Fe和C均不擴(kuò)散）C在α-Fe中的過飽和固溶體（bcc）240～-50M片（針）狀馬氏體馬氏體板狀：低碳鋼中，F(xiàn)和Fe2.4C的復(fù)相組織。片狀：高碳鋼中，復(fù)相組織。F飽和+Fe2.4C350～240B下下貝氏體羽毛狀：在平行密排的過飽和F板條間，不均勻分布短桿（片狀）Fe3C,脆性大，工業(yè)上不應(yīng)用半擴(kuò)散型（只有C擴(kuò)散）F飽和+Fe3C550～350B上上貝氏體貝氏體間距：0.03～0.08μm，2000×600～550T屈氏體間距：0.25~0.08μm，1000×650～600S索氏體片層間距：0.25～1.9μm，500×擴(kuò)散型（Fe和C均擴(kuò)散）F+Fe3CA1～650P珠光體珠光體特征轉(zhuǎn)變類型相組成轉(zhuǎn)變溫度/℃符號組織名稱當(dāng)前第58頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

（二）奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 在實(shí)際生產(chǎn)中，如一般淬火、正火、退火等，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變大多數(shù)是在連續(xù)冷卻的過程中進(jìn)行的。因此，研究過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，對實(shí)際生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。當(dāng)前第59頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)在連續(xù)冷卻過程中TTT曲線的應(yīng)用穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfV1V2

Vk臨界冷卻速度V3V4V1=5.5℃/s:爐冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+MV4≥138℃/s:水冷;M+A殘當(dāng)前第60頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)Vk時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷當(dāng)前第61頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)第三章6----24wyx三、分支程序與循環(huán)程序設(shè)計(jì)休息一下，鞏固所學(xué)的知識當(dāng)前第62頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)學(xué)習(xí)情境2掌握普通熱處理

【情境導(dǎo)航】

鋼的退火和正火鋼的淬火與回火

【相關(guān)知識】

熱處理工藝按其作用可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理兩類。預(yù)備熱處理是為了消除熱加工（鑄、鍛、軋、焊等）所造成的缺陷，或?yàn)殡S后的冷加工和最終熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理是使工件獲得使用性能的熱處理。當(dāng)前第63頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)銅棒?24mm如何消除拉拔過程中的硬化現(xiàn)象？電纜線?0.15mm鋼的退火和正火當(dāng)前第64頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

切削件的硬度在170～230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。

刀具具有較高的韌性時(shí)，不容易發(fā)生崩刃。切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？當(dāng)前第65頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)季裂加工過程（鑄、鍛、焊、切削）產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力如何消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力？當(dāng)前第66頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)在實(shí)際的制造過程中，常見的工藝路線如：退火和正火是應(yīng)用最為廣泛的熱處理工藝！！當(dāng)前第67頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)為什么將其安排在鑄/鍛造與切削加工之間呢?為什么退火與正火有著非常廣泛的應(yīng)用?當(dāng)前第68頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)在鑄/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能較低，還會導(dǎo)致以后淬火時(shí)的變形和開裂。也會存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響后續(xù)的切削加工性能。經(jīng)過退火和正火后，便可得到細(xì)而均勻的組織，并消除應(yīng)力，改善鋼件的機(jī)械性能并為隨后的淬火作了準(zhǔn)備經(jīng)過退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時(shí)，退火或正火常作為最終熱處理。

當(dāng)前第69頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)一.鋼的退火

完全退火

等溫退火

球化退火

去應(yīng)力退火

擴(kuò)散退火

二.鋼的正火三.退火和正火的選擇當(dāng)前第70頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。目的：減輕鋼的成分及組織的不均勻性，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火作組織準(zhǔn)備返回一.鋼的退火當(dāng)前第71頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認(rèn)為完全退火應(yīng)該具體在哪一個(gè)溫度段保溫？問題1:在相圖的哪一個(gè)區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？目的：①細(xì)化，均勻化粗大、不均勻組織②接近平衡組織→調(diào)整硬度→切削性③消除內(nèi)應(yīng)力1、完全退火當(dāng)前第72頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)加熱溫度：Ac3以上30-50度溫度過高：奧氏體晶粒粗大，綜合機(jī)械性能下降溫度過低：測溫儀器的偏差，適當(dāng)顧及熱處理效率當(dāng)前第73頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)答：完全退火不能用于過共析鋼，因?yàn)榧訜岬紸ccm以上再緩慢冷卻時(shí)會得到平衡組織，即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。完全退火應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼，

不適用于過共析鋼。

反問：過共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體問題：為什么不適用于過共析鋼呢？當(dāng)前第74頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)完全退火組織P+F問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？返回當(dāng)前第75頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)2、等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時(shí)間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時(shí)間。完全退火的缺點(diǎn)：所需時(shí)間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時(shí)解決：為了縮短退火時(shí)間，可采用等溫退火。當(dāng)前第76頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)可見等溫退火所需時(shí)間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。返回當(dāng)前第77頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韌性，改善切削加工性；為以后淬火做準(zhǔn)備。實(shí)質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。3、球化退火當(dāng)前第78頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)球化退火工藝：Ac1以上30-50度保溫，緩冷球化退火應(yīng)用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：球狀P（F+球狀Fe3C）返回當(dāng)前第79頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)去應(yīng)力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。切削加工或使用中的變形和開裂；降低機(jī)器的精度；甚至?xí)l(fā)生事故。4、去應(yīng)力退火當(dāng)前第80頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)將工件隨爐緩慢加熱至500～600℃（＜A1點(diǎn)），保溫一段時(shí)間后隨爐緩慢冷卻，至200℃出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分，退火所需的時(shí)間越短。在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。返回當(dāng)前第81頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100℃～200℃）的溫度，長時(shí)間保溫（10h～15h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為擴(kuò)散退火或均勻化退火。返回?cái)U(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。當(dāng)前第82頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上30～50℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。冷速快（空冷），組織細(xì)，強(qiáng)/硬度提高。應(yīng)用范圍廣保溫溫度高二.鋼的正火當(dāng)前第83頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)共析鋼正火后組織：S，Ｔ而退火后組織：P。當(dāng)前第84頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)正火的應(yīng)用（2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。（3）用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，有利于球化退火的進(jìn)行。（1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能。返回當(dāng)前第85頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)（2）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能。但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險(xiǎn)，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火。（1）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170～230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜。正火和退火的區(qū)別當(dāng)前第86頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)正火和退火工藝總結(jié)當(dāng)前第87頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

淬火的定義和目的

鋼的淬火工藝鋼的淬透性二、鋼的淬火與回火當(dāng)前第88頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。目的：獲得馬氏體（或下貝氏體）。當(dāng)前第89頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)下Ｂ板條Ｍ針狀Ｍ返回當(dāng)前第90頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)淬火加熱溫度的選擇

淬火冷卻介質(zhì)淬火方法中國古代淬火技術(shù)返回當(dāng)前第91頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點(diǎn)以上30一50℃范圍。細(xì)小細(xì)小當(dāng)前第92頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)亞共析鋼:

溫度：Ac3＋(30～50℃)。組織：均勻細(xì)小的馬氏體組織。溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴(yán)重變形溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足。“軟點(diǎn)”淬火加熱溫度的選擇當(dāng)前第93頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)共析鋼和過共析鋼溫度：Ac1＋(30～50℃)

組織：共析鋼:均勻細(xì)小M+少量A’

過共析鋼:均勻細(xì)小M+粒狀Fe3C+少量A’

有利于獲得最佳硬度和耐磨性。淬火加熱溫度的選擇當(dāng)前第94頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)為什么過共析鋼的淬火溫度不能高于Accm

？1）由于滲碳體全部溶于奧氏體，淬火后耐磨性下降。2）溫度過高會引起奧氏體粗化，淬火后得到粗大的馬氏體，顯微裂紋傾向增大。3）滲碳體溶解于奧氏體，導(dǎo)致奧氏體中碳含量增加，Ms點(diǎn)下降，那么淬火后，殘余奧氏體量增加，導(dǎo)致鋼的硬度下降。4）溫度過高，會使鋼氧化脫碳加劇，淬火變形和開裂傾向加大。當(dāng)前第95頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起工件變形和開裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線。淬火加熱溫度的選擇返回當(dāng)前第96頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf

在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點(diǎn)附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。

淬火冷卻介質(zhì)當(dāng)前第97頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)高溫區(qū)（650-550oC）低溫區(qū)（300-200oC）理想介質(zhì)快慢水慢快鹽水快快油慢慢堿/硝鹽浴慢特慢淬火冷卻介質(zhì)生產(chǎn)中常用的淬火介質(zhì)當(dāng)前第98頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)應(yīng)用水形狀簡單、硬度要求高、變形度要求不高的碳鋼鹽水油合金鋼和小尺寸碳鋼堿/硝鹽浴截面不大、形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的合金鋼淬火冷卻介質(zhì)當(dāng)前第99頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)單液淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲得馬氏體組織的一種淬火方法雙液淬火：是先將奧氏體化后的鋼件淬入冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷至接近MS點(diǎn)溫度時(shí)快速轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。分級淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入稍高于MS點(diǎn)溫度的鹽浴中，保持到工件內(nèi)外溫度接近后取出，使其在緩慢冷卻條件下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

等溫淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入高于MS點(diǎn)溫度的鹽浴中，等溫保持，以獲得下貝氏體組織的一種淬火工藝。淬火冷卻介質(zhì)當(dāng)前第100頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)亞共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→F+P空冷→F+S油冷→T+M水冷→M過共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→P+Fe3CⅡ空冷→S+Fe3CⅡ油冷→T+M+A'水冷→M+A'返回當(dāng)前第101頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)

中國在春秋晚期已掌握冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國時(shí)期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開始進(jìn)入以鐵兵器代替銅兵器的時(shí)代。戰(zhàn)國晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。當(dāng)前第102頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)西漢《史記·天官書》中有“水與火合為淬”一說，正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點(diǎn)。

《漢書·王褒傳》中記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。返回當(dāng)前第103頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)鋼的淬透性1、淬透性的概念鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，其大小可用鋼在一定條件下淬火獲得淬透層的深度表示。淬透層越深，表明鋼的淬透性越好。HBσbσsak（a）（b）（c）淬火得M組織淬火后未得M組織當(dāng)前第104頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)淬透性與淬硬性？淬透性是鋼淬火時(shí)獲得M的能力！淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時(shí)，其淬透性是不變的！具體工件的淬透深度是指在實(shí)際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。鋼的淬透性當(dāng)前第105頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)2、淬透性的影響因素

主要為化學(xué)成分，除Co外，合金使VK↓,淬透性↑鋼的淬透性當(dāng)前第106頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)回火的主要目的是：降低脆性穩(wěn)定組織和工件尺寸獲得要求的機(jī)械性能回火是將淬火鋼加熱到臨界點(diǎn)Acl以下的某一溫度，保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。當(dāng)前第107頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)一.回火組織

碳鋼的主要回火組織分為三類：回火馬氏體

回火托氏體

回火索氏體

二、回火鋼的性能淬火鋼在回火過程中，回火溫度—回火組織—鋼的性能之間存在著一一對應(yīng)關(guān)系。回火溫度越高，鋼的硬度越低在較低溫度（200-300℃）回火時(shí)，因淬火引起的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。當(dāng)前第108頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)三、回火種類淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同，可將鋼的回火分為三類：

低溫回火：回火溫度范圍一般為150～250℃，得到回火馬氏體組織。（HRC58-64）中溫回火：回火溫度范圍通常為350～500℃，得到回火托氏體組織。

（HRC35-50）高溫回火：回火溫度范圍通常為500～650℃，得到回火索氏體組織。（HRC25-35）調(diào)質(zhì)處理當(dāng)前第109頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)⑴低溫回火工件在150~250℃進(jìn)行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應(yīng)力和脆性回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時(shí)得到的組織。力學(xué)性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。應(yīng)用范圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。當(dāng)前第110頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)⑵中溫回火工件在350～500℃之間進(jìn)行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點(diǎn)，適當(dāng)?shù)捻g性?；鼗鸷蟮玫交鼗鹜惺象w，指馬氏體回火時(shí)形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細(xì)小球狀碳化物（或滲碳體）的復(fù)相組織。力學(xué)性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點(diǎn)和一定的韌性。應(yīng)用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。當(dāng)前第111頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)⑶高溫回火工件在500℃-650℃以上進(jìn)行的回火。目的是得到強(qiáng)度、塑性和韌性都較好的綜合力學(xué)性能?；鼗鸷蟮玫交鼗鹚魇象w，指馬氏體回火時(shí)形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細(xì)小球狀碳化物（包括滲碳體）的復(fù)相組織。力學(xué)性能：較好的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結(jié)構(gòu)件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。工件淬火并高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。當(dāng)前第112頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)四、回火脆性1.低溫回火脆性

淬火鋼在250～400℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性，也叫第一類回火脆性。

2.高溫回火脆性淬火鋼在500-650℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，又叫第二類回火脆性。

不可逆回火脆性可逆回火脆性，快速冷卻可消除當(dāng)前第113頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)第三章6----24wyx三、分支程序與循環(huán)程序設(shè)計(jì)休息一下，鞏固所學(xué)的知識當(dāng)前第114頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)學(xué)習(xí)情境3掌握表面熱處理

【情境導(dǎo)航】

表面淬火化學(xué)熱處理

當(dāng)前第115頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)鋼的表面淬火概念：表面淬火是采用快速加熱的方法使工件表面奧氏體化，然后快冷獲得表層淬火組織，而心部仍保持原來組織的一種熱處理工藝。應(yīng)用：中低碳鋼和中低碳合金鋼特點(diǎn)：

a.加熱速度快(幾秒——幾十秒)

b.加熱時(shí)實(shí)際晶粒細(xì)小，淬火得到極細(xì)馬氏體

c.殘余壓應(yīng)力，提高壽命

d.不易氧化、脫碳、變形小

e.工藝易控制，設(shè)備成本高當(dāng)前第116頁\共有129頁\編于星期一\2點(diǎn)表面淬火方法

1.

感應(yīng)加熱表面淬火

（１）

（２）