航空航天材料工程-6-钢的热处理.ppt

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第第3章章钢的热处理钢的热处理l改善钢的性能，主要有改善钢的性能，主要有两条途径：

两条途径：

一是合金化，这是一是合金化，这是第第4章研究的内容。

章研究的内容。

二是热处理，这是二是热处理，这是本章要研究的内容。

本章要研究的内容。

供应窄带钢行业热处理设备供应窄带钢行业热处理设备第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围3.1.3热处理分类热处理分类3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围3.1.3热处理分类热处理分类3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l定义定义:

热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。

变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。

3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念l热处理作用：

热处理作用：

大幅度地改善金属材料的工艺性能和使大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能。

用性能。

例例如如l45号钢号钢热轧钢板热轧钢板硬度硬度18HRC860加热，水冷加热，水冷硬度硬度55HRClT10钢钢760加热，炉冷加热，炉冷硬度硬度20HRC760加热，水冷加热，水冷硬度硬度65HRCl热处理是一种重要的加工工艺，在制造热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。

业被广泛应用。

在机床制造中约在机床制造中约6070%的零件要经的零件要经过热处理。

过热处理。

在汽车、拖拉机制造业中需热处理在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达的零件达7080%。

模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经过热处理。

需经过热处理。

l重要零件都需适当热处理后才能使用。

重要零件都需适当热处理后才能使用。

3.1概述概述滚动轴承滚动轴承3.1.1热处理的概念热处理的概念l为什么热处理后材料性能会改变？

为什么热处理后材料性能会改变？

l热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能改变。

料性能改变。

l问题问题1：

l加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化（热处理原加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化（热处理原理）？

理）？

l问题问题2：

l热处理工艺有哪些？

工程实际中有何应用？

热处理工艺有哪些？

工程实际中有何应用？

3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念l热处理工艺曲线热处理工艺曲线:

用温度用温度时间坐标表示的热处理过程。

时间坐标表示的热处理过程。

3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念l热处理原理热处理原理描述热处理时钢中组织转变的规律称描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理热处理原理。

l热处理工艺热处理工艺根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺热处理工艺。

3.1.1热处理的概念热处理的概念（a）940淬火淬火+220回火（板条回火（板条M回回+A少）少）（b）（c）（d）940淬火淬火+820、780、750淬火（板淬火（板条条M+条状条状F+A少）少）（e）940淬火淬火+780淬火淬火+220回火（板条回火（板条M回回+条状条状F+A少）少）（f）780淬火淬火+220回火（板条回火（板条M回回+块状块状F）20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织3.1概述概述第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围3.1.3热处理分类热处理分类3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l热处理特点热处理特点热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。

l热处理适用范围热处理适用范围只适用于固态下发生相变的材料只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。

不能用热处理强化。

3.1概述概述铸造铸造轧制轧制3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围第第4章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围3.1.3热处理分类热处理分类3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热处理预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。

进一步热处理作准备的热处理。

最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理。

赋予工件所要求的使用性能的热处理。

预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲钢热处理工艺曲线线时间时间温度温度/3.1热处理分类热处理分类l依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：

依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：

表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热感应加热、火焰加热、特殊热处理特殊热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理等等等等控制气氛热处理控制气氛热处理电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等3.1热处理分类热处理分类第第4章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.1.1热处理的概念热处理的概念3.1.2热处理特点和适用范围热处理特点和适用范围3.1.3热处理分类热处理分类3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l在铁碳相图中在铁碳相图中PSKA1线，线，GSA3线，线，ESAcm线。

线。

均称为临界均称为临界温度温度l实际加热或冷却时存在着过冷实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象或过热现象钢加热时的实际转变温度钢加热时的实际转变温度分别用分别用Ac1、Ac3、Accm表表示。

示。

冷却时的实际转变温度分冷却时的实际转变温度分别用别用Ar1、Ar3、Arcm表示。

表示。

l因加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数因加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以据是以30-50/h的速度加热或冷却时测得的。

的速度加热或冷却时测得的。

3.1.4临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度3.1概述概述第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2.1奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程3.2.2奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2.1奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程3.2.2奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l加热是热处理的第一道工序。

加热是热处理的第一道工序。

l加热分两种：

加热分两种：

一种是在一种是在A1以下加热，不发生相变。

以下加热，不发生相变。

另一种是将钢加热至临界相变温度另一种是将钢加热至临界相变温度Ac1以上，以获得全部或以上，以获得全部或部分奥氏体组织，该过程称为部分奥氏体组织，该过程称为奥氏体化奥氏体化。

3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2.1奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程钢坯加热钢坯加热l奥氏体化是一个奥氏体化是一个形核形核和和长大长大的过程，分为四步。

的过程，分为四步。

现以共析钢为例说明现以共析钢为例说明3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变l当共析钢加热温度高于当共析钢加热温度高于Ac1时，珠光体将转变为奥氏体时，珠光体将转变为奥氏体方方l第一步第一步奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成:

首先在首先在F与与Fe3C相界形核。

相界形核。

l第二步第二步奥氏体晶核长大：

奥氏体晶核长大：

A晶核通过铁、碳原子的扩散向晶核通过铁、碳原子的扩散向F和和Fe3C方向长大。

方向长大。

l第三步第三步残余残余Fe3C溶解：

溶解：

铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。

残余的铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。

残余的Fe3C随随保温时间延长继续溶解直至消失。

保温时间延长继续溶解直至消失。

l第四步第四步奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化:

Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，原铁素体处碳浓度低，因溶解后，其所在部位碳含量仍很高，原铁素体处碳浓度低，因而，要通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。

而，要通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。

工程材料工程材料中国农业大学工学院版权所有中国农业大学工学院版权所有A晶晶核核长长大大FA形形核核A残余残余Fe3C溶解溶解A成成分分均均匀匀化化未溶未溶未溶未溶奥奥氏氏体体化化的的四四个个过过程程3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变奥奥氏氏体体组组织织l亚共析钢的奥氏体化过程亚共析钢的奥氏体化过程3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变亚共析钢亚共析钢F+P组织组织奥氏体组织奥氏体组织Ac3以上以上Ac1Ac3A+FAP+Fl过共析钢的奥氏体化过程过共析钢的奥氏体化过程3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变过共析钢过共析钢P+Fe3C组织组织奥氏体组织奥氏体组织Accm以上以上Ac1AccmA+FeC3AP+FeC3第第3章章钢的热处理钢的热处理3.1概述概述3.2钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2.1奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程3.2.2奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素3.3钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.4钢的基本热处理工艺钢的基本热处理工艺3.5钢的表面热处理钢的表面热处理3.6铸铁的热处理铸铁的热处理l奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这随加热温