钢的热处理原理和工艺优质PPT.ppt

1、方法。根本原因：是由于铁具有同素异构转变特根本原因：是由于铁具有同素异构转变特性，从而性，从而使钢在使钢在加热加热和和冷却冷却过程中发生组织和过程中发生组织和结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需要的使用性能。要的使用性能。5二、热处理的分类二、热处理的分类6常见热处理车间常见热处理车间7加热加热冷却冷却保温保温82.钢在钢在加热加热及及冷却冷却时的组织转变时的组织转变一、一、钢在钢在加热加热时的组织转变时的组织转变1.1.钢在钢在加热加热和和冷却冷却时的相变温度时的相变温度加热温度选择的理论依据加热温度选择的理论依据铁碳合金状态图铁碳合金状态图；但实

2、际转变温度（但实际转变温度（相变温度）相变温度）比状态图上的比状态图上的临界温度（临界温度（A1、A3、Acm）有一定的）有一定的滞后现象滞后现象，采用代号表示。即：采用代号表示。加加热热（c）和冷却和冷却（r）A3Ac3Ar3A1Ac1Ar1AcmAccmArcm9钢在钢在加热加热和和冷却冷却时的时的临界温度临界温度102.2.奥氏体的形成奥氏体的形成（以（以共析钢共析钢为例）为例）（1）（1）奥氏体晶核的奥氏体晶核的形成形成；（2）（2）奥氏体晶核的奥氏体晶核的长大长大；（3）（3）残余渗碳体的残余渗碳体的溶解溶解；（4）（4）奥氏体成分的奥氏体成分的均匀化均匀化。（基本过程）（基本过程）

3、共析钢中奥氏体形成过程示意图共析钢中奥氏体形成过程示意图a）形核；b）长大；c）残余渗碳体溶解；d）奥氏体均匀化11奥奥氏氏体体形形成成示示意意图图4秒秒6秒秒8秒秒15秒秒12对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程：对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程：1.亚亚共析钢：共析钢：F+PF+AA2.过过共析钢：Fe3C+PFe3C+AA133.3.奥氏体奥氏体晶粒晶粒的长大的长大 晶粒晶粒的长大主要是依靠较大的长大主要是依靠较大晶粒晶粒吞并较小吞并较小晶粒和晶晶粒和晶界迁移的方式进行的。界迁移的方式进行的。晶粒晶粒的吞并与长大过程的吞并与长大过程为了防止晶粒为了防止晶粒长的粗大，严格控制长的粗大，

4、严格控制加热温度加热温度和和保温时间。保温时间。144.4.奥氏体晶粒大小的实际意义：奥氏体晶粒大小的实际意义：钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒细小，则其转变产物的组织也较细小，性能较好；反之，转变产物的组织则粗大，而且其性能也较差。晶粒号的标准等级图晶粒号的标准等级图（100）15二二、钢在钢在冷却冷却时的组织转变时的组织转变 冷却方式：冷却方式：等温冷却；连续冷却。161.奥氏体的等温转变奥氏体的等温转变1 1）定义定义 不稳定的不稳定的过冷过冷奥氏体奥氏体经过一段时间的等温经过一段时间的等温保持，转变为稳定的新相的过程。保持，转变为稳定的新相的过程。2）转变产

5、物转变产物 珠光体珠光体（粗粗珠光体、索索氏体、屈屈氏体）贝氏体贝氏体（上上贝氏体、下下贝氏体）马氏体马氏体（低碳低碳马氏体、高碳高碳马氏体）17 共析钢共析钢等温冷却转变曲线图（等温冷却转变曲线图（C曲线或为曲线或为TTT曲线）曲线）表示：表示：过冷奥氏体的等温过冷奥氏体的等温 转变转变温度温度转变转变时间时间转变转变产物产物 的关系。的关系。181 1）珠光体型转变区）珠光体型转变区（A1550）高温高温等温等温转变转变a a）形成温度范围形成温度范围 A1650b）组织组织珠光体（珠光体（P）粗片状粗片状珠光体珠光体片层间距片层间距0.4 mC）性能性能强度比较高，硬度适中强度比较高，硬

6、度适中170220HBW有一定的塑性，具有较有一定的塑性，具有较好的好的综合综合力学性能。力学性能。珠光体组织珠光体组织3800 19a a）形成温度范围形成温度范围 650600b）组织组织索氏索氏体体（S）细片状细片状珠光体珠光体片层间距片层间距0.4 0.2mC）性能性能硬度为硬度为230320HBW 综合综合力学性能优于力学性能优于粗粗珠光体。珠光体。索氏体组织索氏体组织800020a a）形成温度范围形成温度范围 600550b）组织组织屈氏屈氏体体（T）极细片状极细片状珠光体珠光体片层间距片层间距0.2m C）性能性能硬度为硬度为330400HBW 综合综合力学性能优于索氏力学性能

7、优于索氏体。体。规律：形成温度形成温度；片层间距；硬度；硬度。屈氏体组织屈氏体组织8000212 2）贝氏体型转变区）贝氏体型转变区（550 Ms）中温中温等温等温转变转变形成上贝氏体组织。形成上贝氏体组织。组织组织组成组成：铁素体铁素体+渗碳体渗碳体组织特征：组织特征：铁素体铁素体 长成板条状大致平行分布长成板条状大致平行分布 渗碳体渗碳体 呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。22a a）形成温度范围形成温度范围 550350b）组织组织上贝氏体上贝氏体（B上上）形态呈典型羽毛状形态呈典型羽毛状C）性能性能硬度为硬度为4045HRC强度低强度低，塑性很差，

8、塑性很差，基本上没有使用价值基本上没有使用价值。23下贝氏体组织下贝氏体组织组织组织组成组成：铁素体铁素体长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝；长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝；渗碳体渗碳体呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。24a a）形成温度范围形成温度范围 350Msb）组织组织下贝氏体下贝氏体（B下下）形态呈黑色针叶状形态呈黑色针叶状C）性能性能硬度可达硬度可达4555HRC具有较高的强度及具有较高的强度及良良好的塑性和韧性。好的塑性和韧性。采用采用等温淬火方法可获得可获得B下下，是各种复杂模具、，是各种复杂模具、量具、刀具热处理后的

9、一种理想组织。量具、刀具热处理后的一种理想组织。下贝氏体组织下贝氏体组织630252 2）马氏体型转变区）马氏体型转变区（MsMf）低温连续转变低温连续转变定义定义 碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体 称为称为马氏体马氏体（用用M表示表示）分类分类 根据根据碳含量不同分为：碳含量不同分为：低碳低碳马氏体马氏体 0.25%Cabca=bc碳原子碳原子26低碳低碳马氏体马氏体组织特征：呈呈 一束一束相互平行的一束一束相互平行的 细条状板条。细条状板条。性能特点：硬度可达硬度可达HRC4550，具有较高的强度具有较高的强度及及良良好的韧性。好的韧性。M板条M板条束低碳马氏体组织形态

10、低碳马氏体组织形态 27高碳高碳马氏体马氏体组织特征：断面呈断面呈针状针状或或片状片状性能特点：硬度均在硬度均在HRC60，表现为硬度高而表现为硬度高而脆性大。脆性大。28马氏体的性能特点马氏体的性能特点1、硬度高，且随、硬度高，且随C%的增加而增加；的增加而增加；2、强度高，亦随强度高，亦随C%的增加而增加。的增加而增加。29马氏体转变特点马氏体转变特点a a）过冷过冷 A 转变为马氏体是一种转变为马氏体是一种非扩散型非扩散型转变；转变；b b）马氏体转变是在马氏体转变是在一定温度范围内一定温度范围内（MsMf）的的连续冷却连续冷却过程中进行的；过程中进行的；c c）马氏体的马氏体的转变速度

11、转变速度极快，产生很大的内应力，转极快，产生很大的内应力，转 变时发生体积膨胀；变时发生体积膨胀；d d）马氏体转变的不彻底性，仍有少量马氏体转变的不彻底性，仍有少量未转变的未转变的A被保留下来，成为被保留下来，成为残余奥氏体残余奥氏体（用（用AR表示）。表示）。30e e）马氏体中溶入过多的马氏体中溶入过多的碳而使碳而使-Fe-Fe晶格发生畸变，晶格发生畸变，形成组织不稳定；形成组织不稳定；f f）过冷过冷A转变为马氏体所需的最小冷却速度称为转变为马氏体所需的最小冷却速度称为 临界冷却速度临界冷却速度（用用c表示）。指出指出：每一种钢的每一种钢的临界冷却速度临界冷却速度都不同。要想获得马氏都

12、不同。要想获得马氏体组织，必须使其体组织，必须使其冷却速度冷却速度 c。这种操作叫这种操作叫淬火淬火。获得马氏体是强化钢材的一种获得马氏体是强化钢材的一种重要组织重要组织。31二二、奥氏体的连续冷却转变奥氏体的连续冷却转变（CCT）在实际热处理生产中，在实际热处理生产中，过冷过冷奥氏体转变多数是奥氏体转变多数是在连续冷却过程中进行在连续冷却过程中进行的，除了的，除了等温转变等温转变获得获得贝氏体贝氏体组织；另外常采用组织；另外常采用连续冷却连续冷却曲线（曲线（CCT）与与等温转变等温转变曲线（曲线（TTT）叠加，叠加，近似地分析近似地分析连续连续冷却转变冷却转变的组织和性能。的组织和性能。Vc

13、MM+PP共析碳钢共析碳钢CCT曲线曲线MsMfVcMM+PP共析碳钢共析碳钢CCT曲线曲线共析碳钢共析碳钢TTT曲线曲线3233亚共析钢、共析钢、过共析钢亚共析钢、共析钢、过共析钢连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线比较比较亚共析钢亚共析钢共析钢共析钢过共析钢过共析钢343.钢的钢的热处理热处理工艺工艺机械零件的一般加工工艺顺序：机械零件的一般加工工艺顺序：铸造或锻造铸造或锻造 退火和退火和正火正火 机械机械粗粗加工加工 淬火淬火+回火回火（或表面（或表面热处理）热处理）机械机械精精加工加工其中：其中：退火和退火和正火正火预备热处理预备热处理 淬火淬火+回火回火最后热处理最后热处理35一、退火一

14、、退火 1.定义：定义：将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢将钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织冷却（一般为随炉冷却），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。的热处理工艺叫做退火。362.退火退火分类：分类：；a.a.扩散退火：扩散退火：Ac3+200300b.完全退火：完全退火：Ac3+2050c.球化退火：球化退火：Ac1+2030d.去应力退火：去应力退火：Ac1；500650373.退火目的：退火目的：1）降低硬度，提高钢的塑性，以利于机械加工；）降低硬度，提高钢的塑性，以利于机械加工；2）细化晶粒，均匀组织，为淬火工序做好准备；）细化晶粒，均匀组织，为淬火工序做好准备；3）消除内应力消除内应力，防止工件变形和开裂；，防止工件变形和开裂；4）消除或减轻偏析、带状组织。消除或减轻偏析、带状组织。384.退火应用：退火应用：1）扩散退火：适宜适宜合金钢