工程材料第七章(钢的热处理).ppt

1、第七章第七章 钢的热处理钢的热处理本章重点：本章重点：退火、正火、淬火和回火的目的与应用。感应加热表退火、正火、淬火和回火的目的与应用。感应加热表面淬火，渗碳和氮化的特点及应用。面淬火，渗碳和氮化的特点及应用。难点：相变机理。难点：相变机理。概述概述一、钢的热处理定义一、钢的热处理定义根据钢在固态下组织转变的规律性，通过不同的加热、根据钢在固态下组织转变的规律性，通过不同的加热、保温和冷却，以改变合金的内部组织，从而得到所要求保温和冷却，以改变合金的内部组织，从而得到所要求性能的一种操作。性能的一种操作。二、热处理的特点二、热处理的特点只改变零件或毛坯的内部组织，不改变形状和尺寸，只改变零件或

2、毛坯的内部组织，不改变形状和尺寸，并且是在固态下进行的。并且是在固态下进行的。三、热处理的目的三、热处理的目的改变金属材料的组织，从而提高合金的机械性能。改变金属材料的组织，从而提高合金的机械性能。四、热处理的依据和分类四、热处理的依据和分类纯铁的同素异晶转变，钢在固态下的共析反应，纯铁的同素异晶转变，钢在固态下的共析反应，就是钢进行热处理的依据。就是钢进行热处理的依据。分类：普通热处理分类：普通热处理退火、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。表面热处理表面热处理表面淬火、表面化学热处理。表面淬火、表面化学热处理。7-1 钢在加热时的组织转变（以共析钢为钢在加热时的组织转变（以共析钢为例

3、）例）加热是热处理的第加热是热处理的第一步。目的是为了一步。目的是为了获得成分均匀，晶获得成分均匀，晶粒细小的奥氏体。粒细小的奥氏体。加热与冷却时钢的临界点位置加热与冷却时钢的临界点位置一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成P（F0.0218%+Fe3C6.69%)A0.07%转变时既有晶格的重构转变时既有晶格的重构-Fe -Fe，又有又有Fe 原子和原子和C原子的扩散。原子的扩散。奥氏体化过程分四个阶段：奥氏体化过程分四个阶段：奥氏体形核奥氏体形核（在（在F与与Fe3C相界面上）相界面上）奥氏体长大奥氏体长大（-Fe -Fe晶格重构，晶格重构，Fe3C溶解，溶解，C原子向原子向A扩散扩散)剩余剩余

4、Fe3C溶解溶解 A成分均匀化成分均匀化亚共析钢奥氏体化除亚共析钢奥氏体化除P A，还需加热到还需加热到AC3，F A。过过共析钢奥氏体化除共析钢奥氏体化除P A，还需加热到还需加热到ACCM，Fe3C A。二、二、奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒的长大 1、起始晶粒度：、起始晶粒度：珠光体向奥氏体珠光体向奥氏体转变刚完成时的转变刚完成时的晶粒度。晶粒度。2、实际晶粒度：、实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下钢在某一具体加热条件下A体的体的实际晶粒大小。一般要比起始晶粒度大。实际晶粒大小。一般要比起始晶粒度大。3、本质晶粒度：、本质晶粒度：表示钢在特定加热条件表示钢在特定加热条件下下(930C，保温保

5、温38小时，小时，冷却），奥氏体晶粒长冷却），奥氏体晶粒长大的倾向性。大的倾向性。4、晶粒大小的评定方法、晶粒大小的评定方法 将钢加热到将钢加热到 930 10C，保温保温8小时，缓慢冷小时，缓慢冷却，在却，在100倍金相显微镜下测量奥氏体晶粒大小，倍金相显微镜下测量奥氏体晶粒大小，与标准晶粒大小金相图片比较。共分与标准晶粒大小金相图片比较。共分8级，级，14级级为粗晶粒，为粗晶粒，58级为细晶粒。级为细晶粒。7-2 钢的非平衡冷却转变钢的非平衡冷却转变一、共析钢等温转变曲线（一、共析钢等温转变曲线（TTT曲线或曲线或C曲线）曲线）的测定的测定C曲线：表示曲线：表示A急速冷却到急速冷却到A1以

6、下，在各以下，在各不同温度的保温过程中，转变量与转变时间的关不同温度的保温过程中，转变量与转变时间的关系曲线。系曲线。共析钢共析钢TTT 图图Time-Temperature-Transformation for a Eutectiod SteelEquilibrium Phase Change Temperature100200300400500600700Temperature C0.1110100100010,000secondsStart TimeFinish TimePsPfBsBfMfMsPearliteBainiteMartinsiteT,Driving T,Driving Fo

7、rce Force APAP形核、长大速形核、长大速度度TDTDA1-650 -A1-650 -珠光体珠光体P P650-600-650-600-索氏体索氏体S S600-550-600-550-屈氏体屈氏体T T 550-350-B 550-350-B上上 350 -350 -M MS S B B下下二、二、C曲线分析曲线分析1、A1以上为稳定的以上为稳定的A区。区。A1以下，转变开始线以左为以下，转变开始线以左为过冷过冷A区。区。A1以下，转变终了线以右，以下，转变终了线以右，MS线以上为转变线以上为转变产物区。产物区。2、不同温度下过冷、不同温度下过冷A转变总要有一段孕育期，孕育期转变总

8、要有一段孕育期，孕育期越长，过冷越长，过冷A越稳定。越稳定。为什么过冷为什么过冷A的稳定性会出现以上这种马鞍形？的稳定性会出现以上这种马鞍形？三、过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能三、过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能（一）珠光体转变（扩散型转变）（一）珠光体转变（扩散型转变）A1-650 -A1-650 -珠光体珠光体P(P(粗粗P P）650-600-650-600-索氏体索氏体S S（细细P P）600-550-600-550-屈氏体屈氏体T T（极细极细P P）（二）贝氏体转变（半扩散型转变）二）贝氏体转变（半扩散型转变）四、影响四、影响C曲线形状和位置的因素曲线形状和位置的因素1、碳

9、的影响、碳的影响2、合金元素的影响、合金元素的影响3、加热温度和保温时间的影响、加热温度和保温时间的影响五、过冷奥氏体连续转变曲线图五、过冷奥氏体连续转变曲线图 1、只有、只有C曲线的上半部分，即无贝氏体转变。曲线的上半部分，即无贝氏体转变。2、kk线是线是P体转变中途停止线。体转变中途停止线。3、过冷、过冷A的转变是在一个温度区间进行，因开的转变是在一个温度区间进行，因开始转变温度高，所以晶粒内粗外细，且转变产物始转变温度高，所以晶粒内粗外细，且转变产物往往是几种组织的混合。往往是几种组织的混合。4、VK是过冷是过冷A转变为转变为M的最小冷速，称临界的最小冷速，称临界冷速。冷速。5、过共析钢

10、除多出一条先共析、过共析钢除多出一条先共析Fe3C线外，其线外，其它与共析钢相同。亚共析钢不同，出现了贝氏体它与共析钢相同。亚共析钢不同，出现了贝氏体转变区。转变区。（一）共析钢连续冷却转变的主要特点（一）共析钢连续冷却转变的主要特点（2 2）连续冷却速度对共析钢组织与性能的影响）连续冷却速度对共析钢组织与性能的影响六、马氏体转变六、马氏体转变（一）一）M的晶体结构的晶体结构-体心正方体心正方c/a 1 正方度正方度 M体的实质：含碳过饱和的体的实质：含碳过饱和的 固溶体。固溶体。体心正方晶格体心正方晶格马氏体晶格示意图马氏体晶格示意图（二）（二）M的组织形态的组织形态有两种，一种是片状有两种

11、，一种是片状M，另一种是板条另一种是板条状状M。2）Types of Martinsite低碳马氏体（板条马氏体）低碳马氏体（板条马氏体）C 1%（三）三）M的性能的性能（四）（四）M转变的特点转变的特点1、M转变是无扩散型转变。转变是无扩散型转变。2、M转变具有切变共格性。转变具有切变共格性。3、M转变速度极快，转变速度极快，M量的增加不是靠已形成量的增加不是靠已形成M体的长大，而是靠新体的长大，而是靠新M体片的不断形成。体片的不断形成。4、M转变是在一个温度区间形成。转变是在一个温度区间形成。5、M转变是不完全的。转变是不完全的。7-3 钢的退火与正火钢的退火与正火一、退火一、退火将钢加热

12、保温后，随炉缓慢冷却的热处理工艺。将钢加热保温后，随炉缓慢冷却的热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。1、退火的目的、退火的目的1）降低钢件硬度，便于切削加工。）降低钢件硬度，便于切削加工。2）消除工件内应力，稳定尺寸。）消除工件内应力，稳定尺寸。3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。4）为最终热处理做好组织准备。）为最终热处理做好组织准备。2、退火的种类、工艺过程与应用、退火的种类、工艺过程与应用分类分类 工艺过程工艺过程 适用范围适用范围 目的目的 最后组织最后组织完全退火完全退火 Ac3+3050C炉冷

13、，亚共析钢炉冷，亚共析钢 2、3 F+P扩散退火扩散退火Ac3+150200C炉冷，合金钢炉冷，合金钢 2、均匀成分、均匀成分 F+P球化退火球化退火 Ac1+3050C炉冷，共（过）析钢炉冷，共（过）析钢 1、2 F+Fe3C粒粒去应力退火去应力退火 A1以下以下 炉冷，炉冷，铸、锻、焊件铸、锻、焊件 2 无变化无变化再结晶退火再结晶退火 A1以下以下 空冷空冷，冷变形件冷变形件 2消除加工硬化消除加工硬化 等轴晶等轴晶二、正火二、正火将钢加热到完全奥氏体化，保温后在空气中冷将钢加热到完全奥氏体化，保温后在空气中冷却的热处理工艺。却的热处理工艺。正火的目的与退火相似，只是正火冷却较快，正火的

14、目的与退火相似，只是正火冷却较快，P体较多，强度较高。对于低碳钢，可适当提高体较多，强度较高。对于低碳钢，可适当提高硬度，便于切削加工。对于过共析钢，可减少或硬度，便于切削加工。对于过共析钢，可减少或消除二次渗碳体网，为球化退火做组织准备。对消除二次渗碳体网，为球化退火做组织准备。对于不重要的件或形状复杂的件可作为最终热处理。于不重要的件或形状复杂的件可作为最终热处理。7-4 钢的淬火钢的淬火将钢加热到将钢加热到Ac3（亚共析）或亚共析）或Ac1（共析、过共析）以共析、过共析）以上上3050C，保温后在油中或水中快速冷却的热处理。保温后在油中或水中快速冷却的热处理。一、淬火的目的一、淬火的目的

15、获得获得M或下贝氏体，提高钢的硬度和耐磨性。或下贝氏体，提高钢的硬度和耐磨性。二、淬火工艺二、淬火工艺 1、加热温度的选择、加热温度的选择亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3以上以上3050C。共析、过共析共析、过共析钢为钢为Ac1以上以上3050C。2、保温时间保温时间一般根据工件的有效厚度选择一般根据工件的有效厚度选择t=D，t：保温时间保温时间(min)：加加热系数（热系数（=1.01.5min/mm），），D：工工件厚度件厚度mm理想的冷却介质是既能获得理想的冷却介质是既能获得M，又不使零件造又不使零件造成大的内应力。常用的冷却介质有水、盐水、矿成大的内应力。常用的冷却介质有水、

16、盐水、矿物油。物油。三、冷处理三、冷处理将淬火后的钢件，在零度以下继续冷却，使残将淬火后的钢件，在零度以下继续冷却，使残余余A转变为转变为M体的工艺。体的工艺。冷处理主要用于提高零件的表面硬度和耐磨性，冷处理主要用于提高零件的表面硬度和耐磨性，提高工具的使用寿命，提高精密量具的尺寸稳定提高工具的使用寿命，提高精密量具的尺寸稳定性等。性等。3、淬火冷却介质淬火冷却介质四、淬火缺陷及防止方法四、淬火缺陷及防止方法1、氧化与脱碳、氧化与脱碳防止方法：防止方法：1）采用脱氧良好的盐浴炉加热，或真空炉加热。）采用脱氧良好的盐浴炉加热，或真空炉加热。2）若采用电炉加热，可加入还原剂，起保护作用。）若采用电炉加热，可加入还原剂，起保护作用。3）在工件表面预留加工余量，将氧化层切削加工去除。）在工件表面预留加工余量，将氧化层切削加工去除。2、变形与开裂、变形与开裂在热处理工艺上采取以下措施：在热处理工艺上采取以下措施：1）采用合理的锻造和预先热处理。）采用合理的锻造和预先热处理。2）采用合理的淬火工艺和方法。）采用合理的淬火工艺和方法。3）零件的结构设计要避免产生应力集中。）零件的结构设计要避免产生应