第八章热处理.ppt
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1、Chapter 8 热处理(Heat Treatment),8-1 概述,热处理的定义:金属或合金在固态下,用加热、保温和冷却的方法改变其内部组织结构,获得所需性能的操作,称为热处理。 目的 改变金属的工艺性能,使之易于加工。 提高零件和工具的使用性能 例:钢: 在正火状态: 在调质状态: 船机、汽车等动力机械,以上的零件要进行热处理。,能进行热处理的前提 固态下能够发生组织转变的金属,才能进行热处理。 钢和铸铁具备这个条件。 热处理的工艺过程 热处理三步曲:“加热、保温、冷却”。,- 钢在加热的组织转变,一、目的 加热至临界点以上: 使钢的组织化,获得A,称为A化。 加热至临界点以下: 没有
2、组织转变,消除应力等。 二、A的形成 当加热到临界点以上时,发生重新结晶(包括原子的扩散和晶格的改组)。,(一)基本过程 Ac1 1 共析钢 P(FFe3C) P A ( F Fe3C) A C:0.0218% 6.69% 0.77% 晶格:体心立方 复杂斜方 面心立方 A化的过程;包括C的扩散和铁的晶格改组。由四个过程组成: (1)A的形核:形核的部位是:F与Fe3C的交界处。 (2)A的长大 (3)剩余Fe3C的溶解 (4)A的均匀化,2 非共析钢 非共析钢的A化要分两步完成: (1) 加热到Ac1完成P的A化。 (2)加热到Accm(Ac3)完成F(或Fe3C二次)的A化。 (二)影响A
3、转变的因素 1 加热温度 2 加热速度 3 钢中的C: C高,Fe3C多,相界面多,A的核心多,转变速度快。 4 合金元素:不改变A的过程,但影响A形成的速度,影响C的扩散速度。 (1)Co 、Ni等,提高C在A中的扩散速度; (2)Cr、Mo、V等,形成难溶解的碳化物,降低C 的扩散能力,降低A化速度;,(3)Si、Mn、Al等,影响不大。 5 原始组织 原始P的Fe3C有两种形态:片状和粒状。其中片状的P中相界面多,A化速度快。 三、晶粒的大小 成分及冶练方法: P72 14粗、58细、910级为超细(新标准)。 本质细晶粒钢(含V、Ti的钢)和本质粗晶粒钢(用硅铁和锰铁脱氧的钢)。 加热
4、温度及保温时间,四、常见的加热缺陷 氧化 ; 脱碳; 加热不足; 过热; 过烧。 五、加热时间:加热至所需温度需的时间;各部分温度均匀一致并完成组织转变所需时间。,- 钢在冷却时组织变化,一、曲线(过冷A等温冷却转变曲线) 把某种钢在各种温度下的等温转变结果绘成一个图,其形状如字母“”,故称为曲线。 共析钢的曲线如图所示。,“”曲线的分析: 组织转变 ,即“鼻子”以上部分,过冷发生转变,称为转变区,也称高温转变区。 () 组织特点:片状片状的机械混合物。转变区是典型的扩散性转变。 共析钢在1之间,形成粗片状的P组织。片间距,。,在之间(过冷度增大),形成细片状的组织,称为(索氏体)。片间距:,
5、。 在之间(过冷度更大),形成极细片状的组织,称为(屈氏体)。片间距,。 ,即“鼻子”以下部分,过冷发生贝氏体转变,用B表示,称为贝氏体转变区,也称中温转变区。 是过饱和的与碳化物(注意不一定是:3)的两相混合物。 由于转变温度较低,铁原子已失去扩散能力,碳原子也只能作短程的扩散。,在内,形成上(上),呈羽毛状,F条较宽,渗碳体在F片间析出,故机械性能差(、脆性大),使用价值不大。 在内,形成下(下),呈针状或竹叶状,具有较高的强度和韧性,硬度()和耐磨性也好,是一种理想的组织,具有很高的使用价值。 f,过冷发生马氏体转变,称为马氏体转变区,也称低温转变区。这种转变是典型的非扩散型相变。 是在
6、中的过饱和固溶体,或者说是含过饱和的。,转变的特点: 是在一个温度范围内()完成的,的转变量与温度有关; 不能全部转变成,总有一部分未转变而残留在钢中,称为残余(用或表示)。 小结:,小结:,二、连续冷却转变曲线与等温转变曲线的关系 连续冷却的转变曲线与曲线很相似(但不相同 ,如共析钢的连续冷却转变曲线中没有转变区)。 5相当于炉冷,转变成。 4相当于空冷,A转变成。 2相当于油冷,最后的组织是。 1相当于水冷,最后的组织是 3相当于等温冷却,发生贝氏体转变。,- 钢的退火和正火,一、退火(Annealing) 定义 将钢加热到临界点以上或以下,保温一定时间后缓慢冷却的一种操作,称为。 实质:
7、使A 发生P转变 种类 目的 ()降低硬度,改善切削加工性能。 ()提高塑性,便于冷加工。 ()消除组织缺陷,改善性能。 ()消除应力、稳定尺寸、防止变形。 ()脱氢,防止白点。大型锻件。 ()作为预先热处理。,二、完全退火 将亚共析钢零件加热到以上,保温一定时间后缓慢冷却 的一种操作。(普通退火) 目的是细化晶粒、消除过热、降低硬度,便于机械加工。 注意:适用于亚共析钢。周期长,十几小时。 三、等温退火 将零件加热到或以上,保温后迅速转入低于() 的恒温炉中长时间保温,然后出炉空冷,这种工艺称等温退火。,四、球化退火 将共析钢和过析钢加热到,然后缓慢冷却的操作方法。 经过处理后,碳化物呈球形
8、分布。 目的:降低硬度,改善切削加工性,为淬火作组织准备。 五、再结晶退火 六、低温退火:加热以下,保温后缓冷。 目的:消除应力,提高零件尺寸的稳定性。 七、正火(Normalizing) 将钢加热到上临界点( 或 )以上,保温后,在空气中冷却的一种操作。,与退火的区别:冷速大,得到组织。过共析钢:加热温度不同,以上。由于冷速大,渗碳体不会以网状形式析出。 目的:细化组织及消除锻件、铸件的过热组织缺陷。 低碳钢:提高硬度,改善切削加工性。 中碳钢:可代替直经mm的轴类零件(、钢)的调质处理工艺。 高碳钢:消除网状渗碳体。 获得,好的综合机械性能。,- 钢的淬火与回火(Quenching and
9、 Tempering),一、淬火 (一)定义 将钢加热到临界点以上,保温后,在冷却介质中快速冷却获得M的一种操作, 是一种强化工艺。最重要的强化方法。 实质:使急冷发生转变,获得少量的残余的组织。 (二)目的:获得。但硬度高,脆性大,不能直接使用,必须与回火配合使用。,淬火低温回火,提高硬度和耐磨性; 淬火中温回火,提高弹性; 淬火高温回火(调质处理),强韧性(好的综合机械性能 ) (三)工艺过程 加热: 目的:获得。 温度:亚共析钢: ,完全化。() 共析钢、过共析钢: ,非完全化。 2 保温时间:保温时间由试验或经验确定。,3 冷却(工艺的关键) (1)理想的冷却介质: (2)常用的冷却介
10、质: A 水; B 盐水; C 油。 选用原则:在保证淬硬的前提下,尽量选用较为缓和的冷却介质,以减小变形和开裂. (4)常用的淬火方式: A 单液淬火 ; B 双液淬火; C 分级淬火; D 等温淬火,(5)冷处理:将经过常规淬火后的零件,再深冷至室温以下的操作。 目的:减少残余A 的含量,提高硬度和尺寸稳定性。实质:零下淬火。 应用:精密偶件和贵重的工模具等。 (四)淬透性(HARDENABILITY 钢接收淬火的能力,称为淬透性。它是钢的一种固有属性,是指钢在淬火时能够获得M的能力。,衡量指标:淬透性的大小是在一定条件下,钢淬火时能获得的淬硬层的深度来表示。 淬硬层的深度:表面(M)到半
11、M层(50M50S或T)的深度。 应用:(1)选材:(2)制定热处理工艺: 确定冷却方法、冷却介质等。 (五) 淬火缺陷: (1)淬火变形:只能减小,不能消除。 (2)淬火裂纹:淬火应力b的结果,C 高,产生裂纹的倾向大。 (3)硬度低(又称没淬上火); (4)软点,二、 回火(TEMPERING) 1定义:淬火后的钢,在临界点以下加热,保温一定时间后,在空气中冷却的操作。称为回火。 实质:组织由不稳定稳定组织。 2特点 (1)加热温度 :临界温度以下。 (2)回火是在淬火后进行。即:它从属于淬火操作。 3 目的: (1)消除淬火应力和脆性;(2)提高韧性;(3)稳定组织:M是不稳定的组织;(
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