六章节钢热处理.ppt

第六章 钢的热处理,钢的热处理：将钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 热处理的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段，它可用温度一时间坐标图形来表示，称为热处理工艺曲线。 热处理工艺曲线,钢的热处理可分为以下三类：,1.整体热处理：对工件整体进行穿透加热的热处理工艺。常用的有退火、正火、淬火和回火。 2.表面热处理：仅对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺。常用的是表面淬火和回火。 3化学热处理：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗等。,第一节 钢在加热时的组织转变,FeFe3C平衡图（钢的部分)标明了钢的组织转变情况,但实际上加热时的实际相变温度总要比平衡临界温度高些，一般把加热时的临界点加注脚“C”字；冷却时的转温度总要比平衡临界点低，一般把奥氏体冷却时的实际转变温度加注脚“r”。,第一节 钢在加热时的组织转变,FeFe3C平衡图（钢的部分)标明了钢的组织转变情况,但实际上加热时的实际相变温度总要比平衡临界温度高些，一般把加热时的临界点加注脚“C”字；冷却时的转温度总要比平衡临界点低，一般把奥氏体冷却时的实际转变温度加注脚“r”。,第二节 奥氏体在冷却时组织的转变,过冷奥氏体：被过冷到A1以下暂时存在的奥氏体。 过冷奥氏作发生转变的方式有两种：等温转变和连续冷却转变。,一、过冷奥氏体的等温转变,1奥氏作等温转变图（“C”曲线）,2奥氏体等温转变产物,（1）珠光体类组织 （a）珠光体 （b）索氏体 （c）托氏体,（2）贝氏体类组织,（a）上贝氏体 （b）下贝氏体,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,1过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,1过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,1过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物,二、过冷奥氏体的连续冷却转变,1过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物,过冷奥氏体的连续冷却转变有以下特点：,（1）转变在一个温度范围内进行，转变产物不均匀。而且，冷却速度愈大，转变温度愈低，转变的温度范围愈大，先后转变出的产物就愈不相同。 （2）共析碳钢的连续冷却转变图没有拐弯以下部分，故连续冷却时得不到贝氏体组织（有些钢的连续冷却转变图有贝氏体转变部分，则连续冷却时也能得到贝氏体）。 2、马氏体转变（低温转变） 马氏体临界冷却速度（临界淬火速度VK）：钢在淬火时获得全部马氏体组织的最小冷却速度。 （1）马氏体的组织形态与性能 马氏体 ：C溶于aFe中的过饱和固溶体。,马氏体的显微组织主要有两种形态： 板条马氏体和片状马氏体,板条马氏体 针状马氏体,M与C质量分数之间关系曲线,M与C质量分数之间关系曲线 马氏体的硬度主要取决于A的含碳量。,（2）马氏体转变的主要特点,1）马氏体在一定温度范围内变温形成。过冷奥氏体向马氏体转变，从一定的温度MS开始，到Mf转变终止，与冷却速度无关。 2）转变不彻底，有残余奥氏体。 “冷处理”:将高碳钢（Mf0）淬火后继续冷却到0以下，尽可能消除残余奥氏体。 三、影响C曲线位置和马氏体临界冷却速度的主要因素,第三节 钢的退火与正火,一、钢的退火 退火： 将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 1完全退火：将钢完全奥氏体化（加热到Ac3+3050），保温一定时间，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 2球化退火：将钢件加热到Ac1以上1030，保温一定时间后随炉缓冷，或在略低于A1温度等温足够时间后冷却，使钢中碳化物球状化，获得球状珠光体组织。,第三节 钢的退火与正火,一、钢的退火 退火： 将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 1完全退火：将钢完全奥氏体化（加热到Ac3+3050），保温一定时间，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 2球化退火：将钢件加热到Ac1以上1030，保温一定时间后随炉缓冷，或在略低于A1温度等温足够时间后冷却，使钢中碳化物球状化，获得球状珠光体组织。,3去应力退火：加热到500650，保温足够时间，然后随炉缓冷至200300C出炉空冷。 二、钢的正火 正火：将钢件加热到上临界点（Ac3或Accm）以上3050，保温适当时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。 第四节 钢的淬火 淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间（使奥氏体化），然后以适当速度冷却，获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。,1、钢的淬火温度 亚共析钢的淬火温度一般为Ac3+3050，过共桥钢的淬火温度一般为Ac13050。 2、淬火的加热保温时间 淬火的加热保温时间大多采用经验公式计算，并经过试验确定加热保温时间。 3、淬火介质 加入（510）的食盐的水溶液常用于碳钢的淬火。油（机油、锭子油、变压器油等）常用于合金钢的淬火。,4、淬火内应力 由于钢件不同部位存在着温度差别而导致热胀冷缩不一致所引起的应力称为热应力。 由于工件各部位相转变的不同时性所引起的内应力，称为相变应力。 5、常用的淬火方法 常用的淬火方法,4、淬火内应力 由于钢件不同部位存在着温度差别而导致热胀冷缩不一致所引起的应力称为热应力。 由于工件各部位相转变的不同时性所引起的内应力，称为相变应力。 5、常用的淬火方法 常用的淬火方法,6、常用淬火工艺方法及组织转变 （a）20钢淬火工艺过程及组织转变 20钢淬火,6、常用淬火工艺方法及组织转变 （a）20钢淬火工艺过程及组织转变 20钢淬火,（b）45钢淬火工艺过程及组织转变 45钢淬火,（b）45钢淬火工艺过程及组织转变 45钢淬火,（c）T8钢淬火工艺过程及组织转变 T8,（c）T8钢淬火工艺过程及组织转变 T8,（d）T12钢淬火工艺过程及组织转变 T12,（d）T12钢淬火工艺过程及组织转变 T12,第五节 淬火钢的回火,一、回火：钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 二、回火目的：减小或消除淬火残余应力，稳定钢件的组织和尺寸，并与淬火配合，使零件达到使用性能要求。 三、回火的分类： 1低温回火：淬火钢件在250以下回火一般得到回火马氏体组织,即由c较低的马氏体与极细的碳化物(Fe2.4C)组成的组织。目的是在保持淬火高硬度的前提下，适当提高钢的韧性和减小淬火内应力。常用于各种工具及高硬度零件。 2中温回火：淬火钢件在250500之间回火一般得到回火托氏体组织，即针状特征的铁素体与细小粒状渗碳体的混合物。目的是获得高的强度、弹性和较高的韧性。主要用于弹性零件、锻模和要求淬硬的扳手、销钉和螺钉等工件。,3，高温回火：淬火钢件在高于500回火（常用500650），得到回火索氏体组织，即等轴晶粒（或部分针状）的铁素体与较粗粒状渗碳体的混合物，具有良好的综合力学性能。主要用于各种重要结构件，也可作为某些精密零件如丝杠、量具和模具等的预备热处理， 调质：钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺。 结论：随着回火温度的升高，淬火钢力学性能总的变化趋势是：硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。 共析钢不同转变温度下的产物,3，高温回火：淬火钢件在高于500回火（常用500650），得到回火索氏体组织，即等轴晶粒（或部分针状）的铁素体与较粗粒状渗碳体的混合物，具有良好的综合力学性能。主要用于各种重要结构件，也可作为某些精密零件如丝杠、量具和模具等的预备热处理， 调质：钢件淬火及高温回火的复合热处理工艺。 结论：随着回火温度的升高，淬火钢力学性能总的变化趋势是：硬度和强度下降，而塑性和韧性提高。 共析钢不同转变温度下的产物,第六节 钢的淬透性及淬硬性,一、淬透性的概念 淬透性：在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。在同一淬火条件下，获得淬硬层愈深的钢淬透性愈好。 淬透性试验,第六节 钢的淬透性及淬硬性,一、淬透性的概念 淬透性：在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。在同一淬火条件下，获得淬硬层愈深的钢淬透性愈好。 淬透性试验,淬硬层深度：从钢件表面到半马氏体区（即马氏体和屈氏体各占一半）的深度。 二、影响淬透性的主要因素 合金元素凡能通过淬火加热溶入奥氏体，都能显著增加过冷奥氏体的稳定性，从而使C曲线位置向右移，钢的临界冷却速度（VK）减小，提高钢的淬透性。,第七节 钢的表面淬火,表面淬火是仅对工件表层进行淬火的工艺。 一、感应加热表面淬火法 1感应加热原理 感应加热表面淬火是利用交流电感应加热的原理，使钢件表层迅速达到高温，而后用淬火介质急冷以实现表层淬硬。 2.感应加热表面淬火法分类 1高频淬火：频率在100500kHz之间为，常用250kHz，表面淬硬层较浅（一般为11.5mm），常用于较小零件的表面淬火。,2.中频淬火：频率在0.510kHZ之间，常用2.5kHz及8kHz，用于较大零件的表面淬火（一般淬硬层深28mm）及穿透加热。 .工频淬火：电流频率为50Hz称为，用于大型工件的表面淬火及穿透加热。 3.应用： 表面淬火零件一般用含碳量为0.4%左右的中碳结构钢，如45钢、40Cr、40MnB钢等； 二、火焰加热表面淬火法 火焰表面淬火是用氧一乙炔（或其他可燃气）火焰对零件表面进行加热，随之淬火冷却的工艺。,第八节 化学热处理,化学热处理：将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。 一、钢的渗碳 渗碳：为了增加钢件表层的C的质量分数和一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温，使C原子渗入表层的化学热处理工艺。 用于要求表面硬度高、耐磨，心部韧性好，同时有较高的疲劳抗力的零件。可用低碳钢一般c=（015025）%制造，并经渗碳、淬火及低温回火后，表层获得细针状回火马氏体和少量粒状渗碳体，硬度达到HRC5863。,渗碳法有固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳等三种。 渗碳淬硬的零件实例棗冷冲模上的导柱，材料为20钢，热处理要求：渗碳深度0.50.8mm，淬硬HRC6064。 整体渗碳零件的加工工艺路线一般为： 下料（轧材）锻造正火机械加工（放磨量）渗碳淬火、回火精加工（磨削等）,二、钢的渗氮,渗氮（氮化）:在一定温度下（一般在Ac1以下）使活性N原子渗入工件表面的化学热处理工艺。 1气体渗氮法 将零件放入密封的渗氮炉内，加热到500550，通入氨气，部分氨气发生分解析出活性N原子,被钢件表面吸收并向内扩散，形成一定深度的渗氮层。 渗氮特点： (1)用合金钢（含 Cr、Mo、Al等）制零件渗氮后，表面可得到很高的硬度和耐磨性。,(2)渗氮后不再淬火，故零件变形很小。 (3)渗氮零件耐蚀性好，可防止大气、水、蒸气等的腐蚀。 气体渗氮主要用在要求耐磨性很高、热处理变形很小的精密零件，和在交变应力下工作的重要零件，如高精度机床主轴、高速精密齿轮等；也用于在较高温度下工作的耐磨零件（如气缸套筒、气阀）及压铸模等。,2离子渗氮和软氨化简介 (1)离子渗氮: 在一个真空容器内，通人稀薄的氨气（或氮、氢混合气）。以氮化零件为阴极，真空容器为阳极。两极接上400700V的直流电源。在高压电场作用下，氨气部分电离成N和H的正离子及电子。正离子高速轰击工件表面，使零件表面加热到渗氮温度，部分N离子在阴极夺取电子后还原成N原子，渗入零件表面并向内扩散形成。 (2)气体软氮化: 将钢件在 Fe-C-N三元系合金的共折温度（约 565）附近进行低温氮碳共渗的过程。,