不同钢的热处理.ppt

1、模块六 钢的热处理,钢的热处理的定义,钢的热处理是将钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变金属内部或表层组织结构或成分，从而获得所需性能的加工工艺。,热处理分类,普通热处理,表面热处理,退火正火淬火回火,表面淬火化学热处理,预先热处理（通常）,最终热处理（通常）,一、钢在加热时的组织转变,实际加热时各相变点用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时各相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示。,加热（冷却）Fe-Fe3C状态图上个相变点的位置,课题一 热处理基本原理,1.钢的奥氏体化,共析钢的奥氏体形成过程,对于亚共析钢和过共析钢，只有当温度高于Ac3或Accm后，钢中组织才能全部转变为奥氏体。,2.影响

2、奥氏体形成速度的因素,（1）加热温度和保温时间的影响,（3）成分的影响,（2）原始组织的影响,温度的作用最为显著。,原始组织越细小，相界面越多，形核率提高，奥氏体形成速度增加。,当WC=0.77%时，铁素体和渗碳体的界面最多，奥氏体化速度最快。,合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度；,合金元素改变了钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度。,奥氏体标准晶粒度分为010级。一般将小于4级的晶粒称粗晶粒，5 8极为细晶粒，8级以上为超细晶粒。,钢的晶粒度级别图,奥氏体晶粒随着温度升高而迅速长大的钢，称为本质粗晶粒钢；奥氏体晶粒随着温度升高长大倾向小，只有加热到930950才显著增长的钢，称本质细晶粒钢。,3

3、奥氏体的晶粒大小,当珠光体向奥氏体转变刚刚完成时，由于奥氏体是在片状珠光体两相（铁素体与渗碳体）界面上形核，晶核数量多，奥氏体晶粒细小。,起始晶粒度-,奥氏体实际晶粒度-,钢在某一具体加热条件下实际获得的奥氏体晶粒的大小，一般比起始晶粒大。,奥氏体本质晶粒度-,将钢加热到93010，经保温38h所得到的奥氏体晶粒大小。,4奥氏体晶粒度对钢在室温下组织 和性能的影响,奥氏体晶粒细小，冷却后转变产物的组织也细小，其强度、塑性与韧性都较高；反之，粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织，使钢的力学性能（特别是韧性）降低;所以，热处理加热时获得细小而均匀的奥氏体晶粒是保证热处理产品质量的关键之一。

4、,5影响奥氏体晶粒大小的因素,1）加热温度与保温时间,2）加热速度的影响,3）成分的影响,4）原始组织,T加升高，晶粒粗大；一定温度下延长保温时间，晶粒长大。,加热速度愈快，A形成的开始温度愈高，过热度愈大，形核率远大于其长大率若采用快速短时加热，可细化奥氏体晶粒。,Wc升高，A晶粒增大，Wc 1.2%时未熔Fe3C阻碍奥氏体颗粒长大，A晶粒细小；能形成稳定化合物的合金元素，使A晶粒细小，Mn、P、O元素会增大奥氏体晶粒长大倾向。,愈细，A起始晶粒愈小组织极细的钢，不宜采用过高的加热温度和长时间保温。,二、钢在冷却时的组织转变,冷却方式：一种是将奥氏体钢急冷至临界点（Ar1或Ar3）以下某一温

5、度，等温组织转变；另一种是奥氏体连续冷却组织转变。,钢的热处理工艺曲线,1.过冷奥氏体等温冷却转变曲线,共析钢过冷奥氏体等温转变曲线,2.过冷奥氏体连续冷却转变曲线,1）位置,在“C”曲线的右下方,2）形状,3）测定的难易程度,较难,4）临界冷却速度,3.奥氏体转变产物与性能,在A1550范围内 在A1650范围内形成珠光体，用符号P表示。在650600范围，形成索氏体，用符号S表示。在550600范围，形成托氏体，用符号T表示。,性能,珠光体型组织的性能主要取决于其粗细程度，即珠光体层片厚度。随着过冷度增大，片层间距减小，强度、硬度升高，塑性也有所升高。,其是片层间距减小，铁素体与渗碳体片减

6、薄，相界面增多，塑变抗力增大，因而强度、硬度升高。,原因,(1)P组织转变（高温、扩散）,(2)B组织转变（中温、半扩散）,贝氏体是由含过饱和碳的固溶体与碳化物组成的复相组织。,在550Ms范围内,550350,上贝氏体,羽毛状,350Ms,下贝氏体,针叶状,不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。,由于上贝氏体中的铁素体片较粗大，塑性变形抗力较低，且渗碳体分布在铁素体片之间，易引起脆断，强度和韧性都较差。,上B组织与性能,铁素体内一定的晶面上以断续碳化物小片的形式。,下贝氏体中铁素体针细小，无方向性，碳过饱和度大，碳化物分布均匀，弥散度大，位错密度高，所以硬度高，韧

7、性好，有实际应用价值。,下B组织与性能,温度在MSMf之间,马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体,马氏体转变的非恒温性。奥氏体温度降到 Ms点以下任一温度时，马氏体转变以极大速度进行，但转变很快停止。为了使转变继续进行，必须继续降低温度。,马氏体转变的特点如下:,在较低的温度下进行，铁及碳原子都不能进行扩散，因此马氏体实际是碳在-Fe中的过饱和固溶体，晶体结构变成体心正方结构,即c轴伸长。,马氏体转变的不完全性。,(3）马氏体型转变（低温、无扩散）,当 wC0.2%时，几乎全部是板条马氏体;,马氏体的形态主要取决于其含碳量（wC）,wC1.0%时，几乎全部是片状马氏体;,wC在0.2%1.0%之

8、间为板条与片状的混合组织。,马氏体的性能主要取决于马氏体的含碳量。,低碳、平行的板条、亚结构为大量的位错,有较好的塑性韧性,马氏体是一种高强度、高硬度的组织。,高碳、相交的片、亚结构为大量的孪晶,塑性韧性差,性能：,共析钢过冷奥氏体转变温度与转变产物的组织和性能,最终获得珠光体组织，其硬度（180HBS）最低，塑性最好。最终转变产物为索氏体，其硬度(2535HRC)比珠光体高，塑性较好。获得托氏体组织（3545HRC），硬度较索氏体高，而塑性较其差。最终组织是托氏体+马氏体，其硬度（4555HRC）比托氏体高，但塑性比其低。转变为马氏体（55 65HRC）,其硬度最高，而塑性最低。,等温转变产

9、物与性能变化规律,4.影响C曲线的因素,(1）加热温度和保温时间的影响。,碳的影响。,(2）化学成分的影响,提高加热温度，延长保温时间，将使C曲线右移;同时由于溶入A中的碳与合金元素量的增加，使Ms点降低。,在正常加热条件下，亚共析钢随含碳量的增加，C曲线右移；过共析钢随含碳量的增加，C曲线左移；,共析钢的过冷奥氏体最稳定，其C曲线处于最右位置。,共析钢的过冷奥氏体连续冷却转变曲线图,等温冷却曲线可估计连续冷却转变产物,1）P,2）S,3）T+M+Ar,4）T+M+Ar,5）M+Ar,6）M+Ar,合金元素的影响。除Co外，所有溶入奥氏体中的元素都提高 过冷奥氏体的稳定性，使C状曲线右移。,一

10、、钢的退火与正火,（一）钢的退火,1.完全退火,将钢件加热到Ac3+(3050)，保温后在炉内缓慢冷却获得接近平衡状态组织的工艺。实际操作时，随炉缓慢冷却至500600时出炉空冷。,主要用于各种亚共析成分的碳钢和合金钢的铸、锻件，热轧型材及一些焊接结构件的退火，,是细化并均匀组织，消除组织缺陷和内应力，降低硬度，为切削加工或后续热处理作组织准备。,用途：,目的：,定义：,课题二 钢的热处理基本工艺,2.等温退火:,球化退火是将过共析钢加热至Ac1+(1020)，保温后随炉冷却（或冷却至略低于Ar1再保温一定时间后出炉空冷）使钢中碳化物球化的退火工艺。其目的是降低硬度，提高塑性，改善工件的切削加

11、工性能，并为后续热处理作组织准备。主要适合于高碳、高碳合金钢。,4.去应力退火,5.扩散退火,3.球化退火:,等温退火是将钢加热至Ac3+(3050)或Ac1+(2040)，保温一定时间后，以较快的速度冷却到稍低于Ar1某一温度进行等温转变，以获得珠光体组织，然后在空气中冷却的工艺方法。均匀组织和性能，主要适合于中高合金钢。,是把钢件加热到A1以下某一温度，保温一定时间后缓慢冷却的工艺方法。其目的是为了去除由于变形加工、机械加工、铸造、锻造、热处理、焊接等所产生的残余应力。,扩散退火又称均匀化退火，主要用于合金钢铸锭和铸件，以消除枝晶偏析，使成分均匀化。其工艺是将铸锭或铸件加热至Ac3+（15

12、0300），长时间保温（10h以上）后随炉冷却。主要适合于性能要求高的合金钢铸件。,（二）钢的正火,各种退火和正火工艺,正火是将钢件加热到Ac3或Accm+（3050），保温适当时间后，在空气中冷却，得到珠光体型组织的工艺。,2.正火与退火相比，不但力学性能高，而且操作简单，生产周期短、成本 低，因此，一般普通结构件应尽量采用正火。,3.正火主要用于下列场合：,1）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。2）作为普通结构零件或大型及形状复杂件的最终热处理。3）作为中碳钢和合金结构钢重要零件的预备热处理。4）消除过共析钢中的二次网状渗碳体。,1.定义：,二、钢的淬火,将钢件加热到Ac3(或Ac1)以

13、上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得的马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称淬火。,2.淬火加热温度,淬火后得到细小均匀的马氏体和粒状渗碳体，使材料具有高的硬度、耐磨性及一定韧性。,亚共析钢：,共析钢和过共析钢：,Ac3+(3050),Ac1+(3050),1.定义：,淬火后得到细小均匀的马氏体,首先考虑钢的化学成分，同时也注意工件的原始组织、形状尺寸以及加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。,过高,晶粒粗化,脆性增大，同时增加淬火应力，使变形和开裂倾向增大;,铁素体的存在，使淬火组织出现软点，降低钢的强度和硬度。,过低,渗碳体全部溶解于奥氏体中，提高了奥氏体中碳的浓度，使转变温度下降，淬

14、火后残余奥氏体量增多，硬度和耐磨性下降；,过高,同时奥氏体晶粒易长大，得到粗大的马氏体，使钢的脆性和开裂倾向增大。,3.淬火冷却介质:,钢的理想淬火冷却速度,理想的淬火冷却速度是在过冷奥氏体最不稳定区间快冷，在稳定区间慢冷。,常用的冷却介质,在生产中主要用于形 状简单、截面较大的碳钢件的淬火；,主要用于形状简单而尺寸较大的低、中碳钢零件的淬火；,主要用于易产生淬火裂纹的零件；,只适用于过冷奥氏体稳定性比较好的合金钢零件的淬火介质。,1）水,2）盐水,3）碱水,4）油,4.淬火方法及应用:,单液淬火:,双液淬火,分级淬火,等温淬火,常用淬火方法示意图,单介质淬火适用于形状简单、无尖锐棱角和截面形

15、状无突然变化的工件。,通常，形状复杂的非合金钢件，采用水淬油冷法;合金钢工件，采用油淬空冷法等。,通常非合金钢水冷，合金钢油冷。,只适于形状复杂的小零件。,对一些形状复杂，而且要求具有较高硬度和强韧性的工具、模具等工件，可进行等温淬火以得到下贝氏体组织。各种冷、热 冲模，成形刃具和弹簧等,45钢加热到840，以不同方式冷却后的力学性能,5.钢的淬透性:,末端淬火法,1）淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得半马氏体组织深 度的能力，深度越大，钢的淬透性越好。,端淬法，是目前国内外广泛使用的淬透性实验方法。,2）淬透性的测定,临界淬透直径。临界淬透直径是指钢在某种淬火介质中冷却，其心部能淬透

16、的最大直径。,常用钢的临界淬透直径,3）淬透性对钢力学性能的影响,淬硬层深度对力学性能的影响,4）影响淬透性的因素,钢的淬透性取决于钢的临界冷却速度，其实质是取决于过冷奥氏体的稳定性。,5）淬透性与淬硬性,三、钢的回火,钢淬火后加热到Ac1以下某一温度保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称回火。,淬火钢在回火升温过程中，其组织依次发生以下四个阶段的转变：马氏体分解（200）。残余奥氏体分解(200300)。碳化物的转变（300400）。渗碳体的聚集长大与固溶体的再结晶。,1.定义：,2.目的:,1）去应力；,2）稳定组织、尺寸；,3）调整性能。,3.原理：,4.回火种类与应用,45钢正火和调质后的力学性能,5.回火脆性,在500650回火后缓冷所产生的脆性称高温回火脆性。,在回火过程中，有些钢在某一温度区间回火时，会出现冲击韧度显著降低，这种现象称回火脆性。在300左右回火出现的脆性称低温回火脆性。,1）第一类回火脆性,几乎所有工业用钢都存在低温回火脆性。,措施,避开此温度回火，或进行等温淬火,2）第二类回火脆性,含有铬（Cr）、镍（Ni）、锰（Mn）等元素的合金钢易产生这类回火脆