ch2-4钢的热处理.ppt

1、第二章第二章金属材料组织和性能的控制金属材料组织和性能的控制第一节第一节纯金属的结晶纯金属的结晶第二节第二节合金的结晶合金的结晶第三节第三节金属的塑性加工金属的塑性加工第四节第四节钢的热处理钢的热处理第五节第五节钢的合金化钢的合金化第六节第六节表面技术表面技术普通热处理2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理l普通热处理：普通热处理：退火退火、正火正火、淬火淬火、回火回火l表面热处理表面热处理l化学热处理化学热处理l定义：定义：将钢在固态下将钢在固态下加热加热到预定的温度，并在该温度下到预定的温度，并在该温度下保持保持一段时间，然后以一定的速度一段时间，然后以一定的速度冷却冷却下来的一种工艺下来的

2、一种工艺l目的：目的：改变钢的组织结构改变钢的组织结构改善性能改善性能l三个阶段：三个阶段：加热加热、保温、冷却、保温、冷却等温冷却等温冷却连续冷却连续冷却2.4.1钢在加热时的转变钢在加热时的转变l实际转变温度偏离平衡的临界温度实际转变温度偏离平衡的临界温度l加热时：加热时：标以标以“C”，如，如AC1、AC3、ACCm；l冷却时：冷却时：标以标以“r”，如，如Ar1、Ar3、Arcm。（一）（一）奥氏体化奥氏体化A形核形核、A长大长大、剩余渗碳体溶解、剩余渗碳体溶解、A成分均匀化成分均匀化1.加热温度加热温度提高提高,A化速度加快。化速度加快。2.加热速度加热速度越快，发生转变的温度越高，

3、转变所需的时间越短。越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越短。3.钢中碳含量钢中碳含量增加，增加，F和和Fe3C的相界面增大，转变速度加快。的相界面增大，转变速度加快。4.合金元素合金元素Co、Ni等加快等加快A化过程；化过程；Cr、Mo、V减慢；减慢；Si、Al、Mn不影响。不影响。扩散速度慢，加热温度一般较高，保温时间更长扩散速度慢，加热温度一般较高，保温时间更长5.原始组织原始组织Fe3C为片状时为片状时A形成速度快，形成速度快，Fe3C间距越小，转变速度越快。间距越小，转变速度越快。(二二)影响奥氏体转变速度的因素影响奥氏体转变速度的因素l实际晶粒度：实际晶粒度：决定钢的性能决定钢

4、的性能14级级-粗粗58级级-细细（三）奥氏体晶粒度及其影响因素（三）奥氏体晶粒度及其影响因素l本质晶粒度本质晶粒度：一定：一定的条件下奥氏体晶粒的条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。长大的倾向性。93010，38h影响奥氏体晶粒度的因素影响奥氏体晶粒度的因素1）加热温度和保温时间）加热温度和保温时间2）加热速度）加热速度3)钢的化学成分钢的化学成分C：在一定范围内，晶粒长大倾向增大在一定范围内，晶粒长大倾向增大Ti、V、Nb、Zr碳化物碳化物Al氧化物、氮化物氧化物、氮化物Mn、P能能促进促进晶粒长大晶粒长大钢在钢在A化后有两种冷却方式：化后有两种冷却方式：1、等温冷却、等温冷却2、连续冷却连续冷

5、却过冷过冷A：在临界点以下存在且不稳定的将要发生转变的在临界点以下存在且不稳定的将要发生转变的A2.4.2钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变一、过冷一、过冷A的等温转变的等温转变TTT曲线（曲线（C曲线）曲线）1、共析钢过冷、共析钢过冷A的等温转变的等温转变三三条条水水平平线线A1A和和P的的平衡温度平衡温度MsAM的的开始转变温度开始转变温度MfAM的的终了转变温度终了转变温度两条两条曲线曲线左左过冷过冷A转变转变开始线开始线右右过冷过冷A转变转变终了线终了线TTT曲线（曲线（C曲线）曲线）四四个个区区A状态：状态：A1线以上线以上过冷过冷A区：区：A1线以下、线以下、Ms线以上和转变开始曲线

6、之间线以上和转变开始曲线之间过冷过冷A正在转变区：正在转变区：转变开始和转变终了曲线之间转变开始和转变终了曲线之间转变终了区：转变终了区：转变终了曲线以右转变终了曲线以右孕育期：孕育期：从过冷到转变开始线之间的时间从过冷到转变开始线之间的时间长短表示过冷长短表示过冷A稳定稳定性的高低性的高低550最短，过冷最短，过冷A最不稳定最不稳定扩散型扩散型相变相变P型型组织组织（F和和Fe3C交替排列的交替排列的层片状组织层片状组织）形成温度越低形成温度越低，P越细越细根据片间距的大小根据片间距的大小P、S、T三类。三类。(1)高温转变（高温转变（P转变转变）A1550珠光体珠光体P、索氏体索氏体S、屈

7、氏体屈氏体T都属于珠光体类型的组都属于珠光体类型的组织，都是织，都是F和和Fe3C组成的组成的片层相间片层相间的机械混合物，它们的机械混合物，它们的差别仅仅是片间距不同。的差别仅仅是片间距不同。片间距越小性能越好片间距越小性能越好！l半扩散型相变半扩散型相变，转变温度不，转变温度不同，形成的同，形成的B形态不同，形态不同，l550350B上上羽毛状羽毛状，小片状渗碳体分布在成排的小片状渗碳体分布在成排的F片之间片之间l350MsB下下，黑色针，黑色针状状(2)中温转变（中温转变（B转变转变）：）：550Ms贝氏体（贝氏体（B）是渗碳体分布是渗碳体分布在碳过饱和的在碳过饱和的F基体上的两基体上的

8、两相混合物相混合物B上上，羽毛状，羽毛状，F和和Fe3C较粗大，硬度低，韧性低。较粗大，硬度低，韧性低。B下下，黑色针状，黑色针状，细小无方向性，而细小无方向性，而F内碳化物细小弥散，位错密内碳化物细小弥散，位错密度很高，强度高，韧性也很好，具有良好的综合机械性能。度很高，强度高，韧性也很好，具有良好的综合机械性能。上上贝氏体贝氏体(500)(500)下贝氏体下贝氏体(500)(500)v多了一条过冷多了一条过冷AF的的开始线开始线v随着含碳量降低随着含碳量降低，C曲曲线左移，线左移，Ms、Mf上移上移,2、亚共析钢过冷、亚共析钢过冷A的等温转变的等温转变例例45等温转变：等温转变：A1650

9、F+P650600F(少少)+S600550F(很少很少)+T550MsBv多了一条过冷多了一条过冷A析出析出Fe3C开始线开始线v随含碳量增加随含碳量增加C曲线曲线左移，左移，Ms、Mf下移下移,3、过共析钢过冷、过共析钢过冷A的等温转变的等温转变例，例，T10钢等温转变：钢等温转变：A1650Fe3C+P650600Fe3C(少少)+S600550Fe3C(很少很少)+T550MsBAFAFe3CIIl过冷过冷A在一个温度范围内所发生的转变在一个温度范围内所发生的转变l冷却速度冷却速度二、过冷二、过冷A的连续冷却转变的连续冷却转变通过通过温度温度起作用起作用不均匀的混合组织不均匀的混合组织

10、CCT曲线曲线l只有只有P和和M转变区转变区l没有没有B转变区转变区PsA过冷过冷P的的开始线开始线PfA过冷过冷P的的终了线终了线kkA过冷过冷转变转变中止线中止线1、共析钢过冷、共析钢过冷A的连续冷却转变的连续冷却转变VK-上临界冷却速度上临界冷却速度（临界淬火速度）（临界淬火速度）V冷冷VK时，时，M组织组织VK-下临界冷却速度下临界冷却速度V冷冷VK时，时，全部转变为全部转变为PlCCT曲线中曲线中P转转变开始和终了线变开始和终了线均在均在TTT曲线的曲线的右下方右下方l连续连续转变温度低转变温度低，孕育期长，孕育期长共析钢转变过程及产物共析钢转变过程及产物空冷空冷V2：稍快速度，稍快

11、速度，过冷过冷AS，细片细片状状炉冷炉冷V1：缓慢冷却缓慢冷却，转变温度较高，转变温度较高，过冷过冷AP，粗片粗片状状油冷油冷V4：TM残余残余AT+M+A水冷水冷V5：冷速很快冷速很快AM，残余残余A（A），），冷却冷却到室温时，少量未转到室温时，少量未转变的变的 A A 保留下来保留下来M+Al马氏体转变的特点马氏体转变的特点a.非扩散型转变，非扩散型转变，M是碳在是碳在-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体b.形成速度很快，无孕育期，形成速度很快，无孕育期，是一个连续冷却的转变过程是一个连续冷却的转变过程c.M转变不彻底，总要残留少转变不彻底，总要残留少量量A。w(c)0.6，标上标上A

12、d.M形成时造成体积膨胀形成时造成体积膨胀M转变转变（低温转变）：（低温转变）：MsMfa.M的形态有的形态有板条状板条状和和针状针状两种两种w(c)1.0为针状为针状M（高碳高碳M、孪晶孪晶M）呈竹叶状或凸透镜状呈竹叶状或凸透镜状0.25w(c)1.0为板条为板条M和针状和针状M的混合组织的混合组织b.M的硬度很高，含碳量越高的硬度很高，含碳量越高M的硬度越高的硬度越高l出现了先共析出现了先共析F转变和转变和B转变区域转变区域2、亚共析钢过冷、亚共析钢过冷A的连续冷却转变的连续冷却转变3、过共析钢过冷、过共析钢过冷A连续冷却转变连续冷却转变l无无B区，有先共析渗碳体析出区域区，有先共析渗碳体

13、析出区域常用的热处理加热设备常用的热处理加热设备：2.4.3钢的普通热处理钢的普通热处理 （一）退火（一）退火（炉冷）（炉冷）退火退火：缓慢的速度冷却缓慢的速度冷却，以获得接近平衡状态组织的热，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。处理工艺。（2）等温退火）等温退火Ac3（或（或Ac1）以上。）以上。珠光体转变温度等温保持珠光体转变温度等温保持目的：目的：缩短退火时间，提高生产效率，获得均匀的组织和性能缩短退火时间，提高生产效率，获得均匀的组织和性能（3）球化退火）球化退火略高于略高于Ac1。过共析钢过共析钢和合金工具钢。和合金工具钢。目的：目的：降低硬度、均匀组织、改善切削性能，为降低硬度、均

14、匀组织、改善切削性能，为淬火作组织准备淬火作组织准备获得获得粒状珠光体粒状珠光体。（1）完全退火）完全退火Ac32030。获得接近平衡组织。获得接近平衡组织。目的：目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除内应力细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除内应力（6）再结晶退火）再结晶退火650700，获得细小均匀的等轴晶粒，获得细小均匀的等轴晶粒，目的：目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。（5）去应力退火）去应力退火500650，保温后随炉缓慢冷却。，保温后随炉缓慢冷却。目的：消除目的：消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起

15、的因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。（4）扩扩散散退退火火（均均匀匀化化退退火火）熔熔点点以以下下100200，1015h目的：目的：消除枝晶偏析，消除枝晶偏析，组织粗大组织粗大需要完全退火或正火处理。需要完全退火或正火处理。（二）正火（二）正火（空冷）（空冷）正火正火：Ac3或或Accm3050，保温，保温，空气中冷却空气中冷却。S，强度、硬度较高。，强度、硬度较高。应用：应用：作为最终热处理作为最终热处理普通结构钢普通结构钢作为预先热处理作为预先热处理过共析钢过共析钢改善切削加工性能改善切

16、削加工性能低碳（合金）钢低碳（合金）钢 （三）淬火（三）淬火（水冷或油冷）（水冷或油冷）淬火淬火：相变温度以上，保温一定时间，：相变温度以上，保温一定时间，快速冷却快速冷却以获得以获得马氏马氏体体组织的热处理工艺。组织的热处理工艺。1.淬火加热温度淬火加热温度亚共析钢：亚共析钢：Ac3以上以上3050共共(过共过共)析钢：析钢：Ac1以上以上3050l常用介质：常用介质：水水和和油油水水，冷却能力大，碳钢，冷却能力大，碳钢油油，冷却能力小，合金钢，冷却能力小，合金钢盐浴，盐浴，冷却能力中等，分级和等温淬火冷却能力中等，分级和等温淬火 l理想淬火介质：理想淬火介质：650以上缓冷以上缓冷，降低淬火热应力，降低淬火热应力650400快冷快冷，避免，避免P或或B转变转变400以下缓冷，以下缓冷，减少组织应力减少组织应力2.淬火冷却介质淬火冷却介质3.淬火方法淬火方法单液淬火单液淬火、双液淬火双液淬火、分级淬火分级淬火和和等温淬火等温淬火等。等。u钢的淬透性：钢的淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。钢在淬火时获得马氏体的能力。决定于决定于临界冷却速度临界冷却速度4.钢的淬透性钢的淬透性u淬透层