《工程材料》第三章鋼的熱處理和表面改性第三章鋼的熱處理第一節(jié)概述第二節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第四節(jié)鋼的普通熱處理工藝第五節(jié)鋼的表面熱處理工藝第六節(jié)機(jī)械制造過程中的熱處理第一節(jié)概述1.熱處理的定義:熱處理是將固態(tài)金屬以一定的升溫速度加熱到既定的溫度、保溫一定的時(shí)間,再以一定的降溫速度冷卻,以改變材料整體或表面組織,從而獲得所需性能的工藝.

時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能.3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè).4.熱處理的分類熱處理普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;第二節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

一、奧氏體化前的組織

二、奧氏體的形成溫度與Fe-Fe3C狀態(tài)圖的關(guān)系

三、共析鋼奧氏體的形成過程

四、亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程

五、影響奧氏體形成速度的因素

六、奧氏體晶粒大小及其影響因素

一、奧氏體化前的組織我們只考慮比較簡單的情況即奧氏體化前的組織為平衡組織的情況.對(duì)于亞共析鋼→F+P共析鋼→P過共析鋼→Fe3CⅡ+P二、奧氏體的形成溫度與Fe-Fe3C狀態(tài)圖的關(guān)系對(duì)于加熱：非平衡條件下的相變溫度高于平衡條件下的相變溫度；對(duì)于冷卻：非平衡條件下的相變溫度低于平衡條件下的相變溫度.加熱與冷卻速度越大,溫度提高與下降的幅度就越大,導(dǎo)致過熱度與過冷度越大.此外,過熱度與過冷度的增大會(huì)導(dǎo)致相變驅(qū)動(dòng)力的增大,從而使相變?nèi)菀装l(fā)生.鋼在加熱和冷卻時(shí)的相變臨界點(diǎn)

實(shí)際相變溫度與理論轉(zhuǎn)變溫度之間的關(guān)系

三、共析鋼奧氏體的形成過程

1.奧氏體晶核的形成2.奧氏體晶核的長大3.殘余滲碳體的溶解4.奧氏體成分的均勻化共析碳鋼A形成過程示意圖

A形核A長大殘余Fe3C溶解A均勻化圖5-3四、亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程亞共析鋼和過共析鋼與共析鋼的區(qū)別是有先共析相.其奧氏體的形成過程是先完成珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變,然后再進(jìn)行先共析相的溶解.這個(gè)P→A的轉(zhuǎn)變過程同共析鋼相同,也是經(jīng)過前面的四個(gè)階段.五、影響奧氏體形成速度的因素

1.加熱速度的影響加熱速度越快,奧氏體化溫度越高,過熱度越大,相變驅(qū)動(dòng)力也越大；同時(shí)由于奧氏體化溫度高,原子擴(kuò)散速度也加快,提高形核與長大的速度,從而加快奧氏體的形成.五、影響奧氏體形成速度的因素

2.化學(xué)成分的影響鋼中含碳量增加,碳化物數(shù)量相應(yīng)增多,F和Fe3C的相界面增多,奧氏體晶核數(shù)增多,其轉(zhuǎn)變速度加快.鋼中的合金元素：因?yàn)楹辖鹪啬芨淖冧摰呐R界點(diǎn),并影響碳的擴(kuò)散速度,且它自身也存在擴(kuò)散和重新分布的過程,所以合金鋼的奧氏體形成速度一般比碳鋼慢,尤其高合金鋼,奧氏體化溫度比碳鋼要高,保溫時(shí)間也較長〔除Co、Ni外〕.五、影響奧氏體形成速度的因素

3.原始組織的影響鋼中原始珠光體越細(xì),其片間距越小,相界面越多,越有利于形核,同時(shí)由于片間距小,碳原子的擴(kuò)散距離小,擴(kuò)散速度加快導(dǎo)致奧氏體形成速度加快.同樣片狀P比粒狀P的奧氏體形成速度快.六、奧氏體晶粒大小及其影響因素

奧氏體的晶粒度及其分類

起始晶粒度

實(shí)際晶粒度

本質(zhì)晶粒度

影響奧氏體晶粒大小的主要因素加熱溫度和保溫時(shí)間鋼的化學(xué)成分

標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖5-4晶粒度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

起始晶粒度:珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成奧氏體的晶粒大小.實(shí)際晶粒度鋼在加熱時(shí)所獲得的實(shí)際奧氏體晶粒的大小.實(shí)際晶粒度決定鋼的性能.本質(zhì)晶粒度

鋼加熱到930℃±10℃、保溫8小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度

表示鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大的傾向本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼

鋼的本質(zhì)晶粒度示意圖七、奧氏體晶粒大小對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響1.奧氏體晶粒均勻細(xì)小,熱處理后鋼的力學(xué)性能提高.2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂.第三節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一.鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻二.過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變一>建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線----TTT曲線<C曲線>T

---

timeT

---

temperatureT

---

transformation共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1二>共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū).550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;貝氏體<B>轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體<M>轉(zhuǎn)變區(qū).時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf三>轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體型<P>轉(zhuǎn)變<A1～550℃>:A1～650℃:P;5～25HRC;片間距為0.6～0.7μm<500×>.650～600℃:細(xì)片狀P---索氏體<S>;片間距為0.2～0.4μm<1000×>;25～36HRC.600～550℃:極細(xì)片狀P---屈氏體<T>;片間距為＜0.2μm<電鏡>;35～40HRC.珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌光鏡形貌電鏡形貌

索氏體形貌像屈氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌三>轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能2.貝氏體型<B>轉(zhuǎn)變<550～230℃>:550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=過飽和碳

α-Fe條狀+Fe3C細(xì)條狀過飽和碳α-Fe條狀Fe3C細(xì)條狀羽毛狀上貝氏體組織金相圖三>轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能2.貝氏體型<B>轉(zhuǎn)變<550～230℃>:350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=過飽和碳

α-Fe針葉狀+Fe3C細(xì)片狀過飽和碳

α-Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀下貝氏體組織金相圖三>轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能3.馬氏體型<M>轉(zhuǎn)變<230～-50℃>:1>定義:馬氏體是一種碳在α–Fe中的過飽和固溶體.2>轉(zhuǎn)變特點(diǎn):在一個(gè)溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成；轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大;無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變<Fe、C原子均不擴(kuò)散>,M與原A的成分相同,造成晶格畸變.轉(zhuǎn)變不完全性,QM=f<T>馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)體積要膨脹.奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00溫度℃Wc100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100殘余奧氏體量(%)奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響3>馬氏體的晶體結(jié)構(gòu):由于碳的過飽和作用,使α–Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格.4>馬氏體的組織形態(tài):板條狀---低碳馬氏體<＜0.2%C>;30～50HRC;δ=9～17%.低碳板條狀馬氏體組織金相圖4>馬氏體的組織形態(tài):針、片狀---高碳馬氏體<＞1%C>;66HRC左右;δ≈1%.高碳針片狀馬氏體組織金相圖馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強(qiáng)度σb(Mpa)1800140010006002005>馬氏體的性能:主要取決于馬氏體中的碳濃度.亞共析鋼的TTT曲線

FAP+FS+FTBM+A殘A3時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf過共析鋼的TTT曲線P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A殘

Fe3CⅡAACM時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf四>影響TTT曲線形狀

與位置的因素1.奧氏體中含碳量的影響:過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A12.奧氏體中含合金元素的影響:除Co、Al<＞2.5%>外,所有合金元素溶入奧氏體中,會(huì)引起:向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金鋼不形成碳化物的元素如硅、鎳、銅等,只使C曲線的位置右移,不改變其形狀；能形成碳化物的元素如鉻、鉬、鎢、釩、鈦等,因?qū)χ楣怏w轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變推遲作用的影響程度不同,不僅使C曲線右移,而且使其形狀變化,產(chǎn)生兩個(gè)"鼻子",整個(gè)C曲線分裂成珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變兩部分,其間出現(xiàn)一個(gè)過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū).需要注意的是合金元素只有溶入奧氏體中才會(huì)增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性,而未溶的合金碳化物因有利于過冷奧氏體的分解而降低過冷奧氏體的穩(wěn)定性.3.加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而使TTT曲線向右移.三.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一>建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線----CCT曲線C---continuousC---coolingT---transformationVk一>共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷二>共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線<1>、CCT曲線和C曲線的比較比較CCT曲線和C曲線,可發(fā)現(xiàn)CCT曲線有以下一些特點(diǎn).①共析鋼的CCT曲線在其C曲線右下方.這表明若過冷奧氏體連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與等溫冷卻的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物基本相同,但連續(xù)轉(zhuǎn)變開始和終了的溫度要低些,孕育期也較長.②CCT曲線只有C曲線的上半部分,而無下半部分,表明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí),只有珠光體、馬氏體轉(zhuǎn)變而不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變.③在連續(xù)冷卻過程中,過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的,隨著冷卻速度的增大,轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間逐漸移向低溫,而轉(zhuǎn)變時(shí)間則縮短.④因?yàn)檫^冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的,在同一冷卻速度下,因轉(zhuǎn)變開始溫度高于轉(zhuǎn)變終了溫度,使先轉(zhuǎn)變的組織的晶粒粗,后轉(zhuǎn)變的組織晶粒細(xì),而且可能先后經(jīng)過幾個(gè)轉(zhuǎn)變溫度區(qū),先后產(chǎn)生幾種不同的組織,而獲得幾種組織的混合產(chǎn)物.

<2>、亞共析碳鋼與過共析碳鋼的CCT曲線過共析碳鋼的CCT曲線與共析碳鋼相比,除了多一條先共析的滲碳體析出線外,其他基本相似,即也沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū).亞共析碳鋼的CCT曲線與共析碳鋼相比,不大相同,它除了多一條先共析的鐵素體析出線外,還出現(xiàn)了貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū).<3>、C曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用因?yàn)檫^冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線測(cè)定困難,且有些使用廣泛的鋼種的CCT曲線至今還未測(cè)出,所以目前生產(chǎn)上常用C曲線代替CCT曲線定性地、近似地分析過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變.穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf三>在連續(xù)冷卻過程中TTT曲線的應(yīng)用V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:爐冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A殘V4≥138℃/s:水冷;M+A殘第四節(jié)鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理:退火;正火最終熱處理:淬火;回火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:一.鋼的退火一>定義:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃或者在臨界溫度以下,保溫一段時(shí)間,然后緩慢冷卻〔隨爐冷卻〕.二>目的:消除應(yīng)力；降低硬度；細(xì)化晶粒；均勻成分；為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備.三>種類退火重結(jié)晶退火低溫退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火四>工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去應(yīng)力退火Ac3

+150～250擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火造成晶粒組織粗大,通常還要進(jìn)行完全退火和正火處理.去應(yīng)力退火可消除內(nèi)應(yīng)力的50%~80%.四>工藝參數(shù):完全退火加熱溫度：Ac3以上20-30度組織：P+F目的：①細(xì)化,均勻化粗大、不均勻組織②接近平衡組織——調(diào)整硬度→切削性↑③消除內(nèi)應(yīng)力應(yīng)用范圍：亞共析鋼,共析鋼,不適用于過共析鋼.等溫退火加熱溫度：Ac1以上10-20度,或Ac3以上30-50度組織：P目的：①與完全退火相同②更均勻的組織和硬度③顯著縮短生產(chǎn)周期應(yīng)用范圍：高碳鋼,合金工具鋼,高合金鋼.球化退火〔不完全退火〕加熱溫度：Ac1以上20-40度應(yīng)用范圍：過共析鋼,共析鋼組織：球狀P〔F+球狀FeC3〕目的：①使FeC3球化→HRC↓,韌性↑→切削性↑②為淬火作準(zhǔn)備所有的高碳鋼在切削之前一般都要進(jìn)行球化退火.去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火又稱低溫退火或高溫回火；把鋼件加熱到Ac1以下,一般500～650℃隨爐冷卻至300～200℃出爐；目的：消除殘余應(yīng)力,防止零件變形或開裂,保證精度.五>熱處理后的組織:共析鋼球化退火組織(化染)700T10鋼球化退火組織(化染)500二.鋼的正火一>定義:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后在空氣中冷卻.二>目的:消除應(yīng)力；調(diào)整硬度；細(xì)化晶粒;均勻成分；為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備.三>工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Accm+30～50過共析鋼四>工藝參數(shù):四>熱處理后的組織:S<Wc=0.6～1.4%>S+F<Wc＜0.6%>五>應(yīng)用范圍:1.預(yù)備熱處理：調(diào)整低、中碳鋼的硬度；消除魏氏和帶狀組織；減少或消除過共析鋼中的Fe3CⅡ.2.最終熱處理：細(xì)化晶粒,提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌度,用于力學(xué)性能要求不高的普通零件.退火和正火的選擇

〔1〕從切削加工性上考慮切削加工性又包括硬度,切削脆性,表面粗糙度及對(duì)刀具的磨損等.一般金屬的硬度在HB170～230范圍內(nèi),切削性能較好.高于它過硬,難以加工,且刀具磨損快；過低則切屑不易斷,造成刀具發(fā)熱和磨損,加工后的零件表面粗糙度很大.對(duì)于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適,高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜.至于合金鋼,由于合金元素的加入,使鋼的硬度有所提高,故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性.退火和正火的選擇

〔2〕從使用性能上考慮如工件性能要求不太高,隨后不再進(jìn)行淬火和回火,那么往往用正火來提高其機(jī)械性能,但若零件的形狀比較復(fù)雜,正火的冷卻速度有形成裂紋的危險(xiǎn),應(yīng)采用退火.〔3〕從經(jīng)濟(jì)上考慮正火比退火的生產(chǎn)周期短,耗能少,且操作簡便,故在可能的條件下,應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火.三.鋼的淬火一>定義:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,保溫一段時(shí)間,然后快速冷卻<水冷>.二>目的:為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性.淬火工藝的實(shí)質(zhì)是奧氏體化后進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變.淬火鋼的組織主要由馬氏體組成,此外還有少量殘余奧氏體和未溶的第二相.從原理上說,只有發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的熱處理過程才稱作淬火.但是,淬火這一術(shù)語,現(xiàn)在用得很廣泛,凡是奧氏體化以后在水中、油中或低溫鹽浴中快速冷卻的工藝過程,都叫作淬火.在這廣義的淬火過程中,可能發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,也可能發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變,還可能不發(fā)生任何轉(zhuǎn)變,將奧氏體固定到室溫.*淬火的目的淬火是為了得到馬氏體.但是,馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織.淬火必須與回火恰當(dāng)配合,才能達(dá)到預(yù)期的目的.所以,這里所說的"淬火的目的",實(shí)際上是淬火——回火的共同目的.主要如下：1、提高硬度和耐磨性；2、提高彈性；3、提高強(qiáng)韌性；4、提高硬磁性<永磁性>；5、提高耐蝕性和耐熱性；總之,鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、彈性、韌性、疲勞強(qiáng)度等等,都可以利用淬火與回火使之大大提高：所以,淬火是強(qiáng)化鋼鐵的主要手段之一.三>工藝參數(shù):溫度(°C)名稱Ac3

+30～50亞共析鋼Ac1

+30～50共析鋼Ac1

+30～50過共析鋼三>工藝參數(shù):四>熱處理后的組織:

M+Fe3C+A殘

Ac1+30～50過共析鋼M+A殘Ac1+30～50共析鋼M+A殘

Ac3+30～50亞共析鋼Wc＞0.5%MAc3+30～50亞共析鋼Wc≤0.5%

最終組織淬火溫度(℃)鋼種五>淬火加熱時(shí)間<τ>的選擇:τ

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)裝爐量有關(guān)系數(shù)一般K=1～1.5加熱系數(shù),與鋼種及加熱介質(zhì)有關(guān)六>淬火冷卻介質(zhì)1.理想淬火冷卻介質(zhì)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf4.5.2淬火介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)選擇的原則：<a>為保證獲得馬氏體組織,要求V冷卻≥V臨界；<b>為保證零件不因淬火應(yīng)力而開裂,要求V冷卻不應(yīng)太大,應(yīng)該選擇合適的冷卻介質(zhì).水：主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油：一般用作合金鋼和某些小型復(fù)雜碳素鋼件的淬火。鹽?。簽榱藴p少零件淬火時(shí)的變形，鹽浴也常用作淬火介質(zhì)，主要用于分級(jí)淬火和等溫淬火。水是最普通、最常用的淬火介質(zhì).在650～500℃冷速大,但在320～200℃冷速也大.含鹽水溶液是水的改進(jìn),和水性能類似.但淬火后表面硬度高、性能均勻、表面光滑.油是另一種特別通用的淬火介質(zhì).在650～500℃冷速小,但在320～200℃冷速也小.2.常用的淬火冷卻介質(zhì)名稱最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度/(℃?s-1)所在溫度/℃冷卻速度/(℃?s-1)650～550℃300～200℃20℃靜止水34077513545040℃靜止水28554511041060℃靜止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10號(hào)機(jī)油430230606580℃10號(hào)機(jī)油430230705520℃3號(hào)錠子油50012010050七>常用的淬火方法單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火等溫淬火時(shí)間溫度MsA1八>鋼的淬硬性<Hardeningofsteel>1.定義:是指鋼在淬火后所能達(dá)到的最高硬度.2.影響鋼的淬硬性的因素:主要取決于馬氏體的含碳量.九>鋼的淬透性<Hardenabilityofsteel>1.定義:是指鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層<馬氏體組織占50%處>的深度.2.影響鋼的淬透性的因素:主要是臨界淬火冷卻速度VK的大小,VK越大,鋼的淬透性越小.工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系3.淬硬性與淬透性之間的關(guān)系:淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T10A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具鋼(Cr12MoV)4.淬透性的大小對(duì)鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透鋼淬透鋼四.鋼的回火一>定義:把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到室溫.二>目的:1、獲得要求的強(qiáng)度、硬度,塑性、韌性滿足零件的使用要求.2、消除淬火應(yīng)力,降低脆性；3、穩(wěn)定工件尺寸；4、調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能.2、獲得所需要的力學(xué)性能.淬火鋼一般硬度高,脆性大,回火可調(diào)整硬度、韌性.3、穩(wěn)定尺寸.淬火M和A’都是非平衡組織,有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向.回火可使M與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織,防止使用時(shí)變形.未經(jīng)淬火的鋼回火無意義,而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂.鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火.1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂.回火的目的耐磨件M回=α0.3%C+ε150～250低溫回火彈簧等T回=F針+Fe3C粒350～500中溫回火調(diào)質(zhì)件S回=F多+Fe3C球500～650高溫回火高合金鋼P(yáng)回=F多+Fe3C粒650～A1高溫軟化三>工藝參數(shù)淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理用途組織溫度(℃)名稱1.淬火鋼回火時(shí)組織和性能的變化1.淬火鋼回火時(shí)組織的變化80～200℃,發(fā)生馬氏體的分解200～300℃發(fā)生殘余奧氏體分解250～400℃,馬氏體分解完成400℃以上回復(fù)與再結(jié)晶2.淬火鋼回火時(shí)性能的變化2.回火的方法及應(yīng)用

〔1〕低溫回火回火溫度范圍150～250℃.得到的組織：回火馬氏體.內(nèi)應(yīng)力和脆性降低,保持了高硬度和高耐磨性.這種回火主要應(yīng)用于高碳鋼或高碳合金鋼制造的工、模具、滾動(dòng)軸承及滲碳和表面淬火的零件,回火后的硬度一般為HRC58-64.2.回火的方法及應(yīng)用

〔2〕中溫回火回火溫度范圍為350～500℃,回火后的組織為回火屈氏體,硬度HRC35-45,具有一定的韌性和高的彈性極限及屈服極限.這種回火主要應(yīng)用于含碳0.5-0.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧.2.回火的方法及應(yīng)用

〔3〕高溫回火回火溫度范圍為500～650℃,回火后的組織為回火索氏體,其硬度HRC25-35,具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的塑性和韌性.這種回火主要應(yīng)用于含碳0.3-0.5%的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)零件,如軸、連桿、螺栓等.淬火后高溫回火稱調(diào)質(zhì)處理.應(yīng)用：在沖擊負(fù)荷下工作的重要結(jié)構(gòu)零件,連桿,螺栓,齒輪及軸類.回火馬氏體組織金相圖回火脆性需要指出,有些鋼在250～350℃和470～650℃的范圍內(nèi)回火時(shí),其沖擊韌性比在較低溫度回火時(shí)還顯著下降,這種脆化現(xiàn)象稱為回火脆性.在250～400℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性,又叫第一類回火脆性；而在450～650℃溫度范圍內(nèi)回火時(shí)出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性,也叫第二類回火脆性.為防止低溫回火脆性，通常的辦法是避免在脆化溫度范圍內(nèi)回火。防止高溫回火脆性的方法是加熱后快冷。

第五節(jié)鋼的表面熱處理工藝的核心：使零件具有"外硬內(nèi)韌"的力學(xué)性能,即工件表面硬而耐磨損,心部韌而抗沖擊.表面熱處理：是指僅改變工件表面層組織或同時(shí)改變表面層化學(xué)成分的一種熱處理方法.常用的表面熱處理有表面淬火和化學(xué)熱處理.5.1鋼的表面淬火通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷,使表層形成馬氏體組織,而心部仍保持原始組織不變.常用的表面淬火方法有火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火和電接觸加熱表面淬火.火焰加熱表面淬火是用乙炔－氧或煤氣－氧等火焰快速加熱工件表面,當(dāng)表面達(dá)到淬火溫度后,立即噴水冷卻的一種方法.1、火焰加熱表面淬火淬硬層深度：2～6mm火焰加熱表面淬火示意圖優(yōu)點(diǎn)：方法簡便；無需特殊設(shè)備；適用于單件、小批量生產(chǎn)零件；缺點(diǎn)：需要操作熟練,否則造成質(zhì)量不穩(wěn)定.應(yīng)用：軋鋼機(jī)齒輪、軋輥、礦山機(jī)械齒輪、軸、機(jī)床導(dǎo)軌、齒輪等.2、感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是利用感應(yīng)電流使零件快速加熱到淬火溫度,然后用水冷卻的一種淬火方法.感應(yīng)加熱表面淬火示意圖高頻感應(yīng)加熱〔100~1000kHZ〕1~2mm中頻感應(yīng)加熱〔0.5~10kHZ〕3~5mm工頻感應(yīng)加熱〔50HZ〕10～15mm優(yōu)點(diǎn)：淬火質(zhì)量好,表層組織細(xì)、硬度高、脆性小、生產(chǎn)效率高、便于自動(dòng)化缺點(diǎn)：設(shè)備昂貴,勞動(dòng)條件差.2.感應(yīng)加熱表面淬火1>感應(yīng)加熱的基本原理:*感應(yīng)電流---渦流*集膚效應(yīng)*淬火層深度(δ)與電流頻率(f)的關(guān)系:δ=500/√f（mm）

集膚效應(yīng)示意圖2〕工藝要求:*表面淬火前,必須對(duì)零件進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理,以保證零件有良好的基體.*表面淬火后,必須對(duì)零件進(jìn)行低溫回火處理,以降低淬火應(yīng)力和脆性.3〕生產(chǎn)特點(diǎn):淬火件的質(zhì)量好;工件變形小;不易氧化及脫碳;淬火層容易控制;生產(chǎn)率高.設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn).3、電接觸加熱表面淬火電接觸加熱表面淬火是利用滾輪或其他接觸器和工件間的接觸電阻通以低電壓的大電流,使工件表面迅速加熱奧氏體化,滾輪移去后靠自身未加熱部分的熱傳導(dǎo)達(dá)到激冷淬火<不需回火>.優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備及工藝費(fèi)用低,操作方便,工件變形小,能顯著提高工件的耐磨性及抗擦傷能力缺點(diǎn)：硬化層較薄<0.15~0.30mm>,組織與硬度的均勻性差,形狀復(fù)雜的工件不宜采用.表面淬火用鋼:選用中碳或中碳低合金鋼.40、45、40Cr、40MnB等.5.2化學(xué)熱處理

<ChemicalHeatTreatment>一>定義：將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì) 中,通過加熱、保溫,使介質(zhì)中 一種或幾種元素原子滲入工件表 層,以改變鋼表層的化學(xué)成分和 組織的熱處理工藝.二>化學(xué)熱處理的基本過程:2.吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解.3.擴(kuò)散:活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散,形成一定的擴(kuò)散層.1.分解:

化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2COCO2+〔C〕三>化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力.2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物.四>化學(xué)熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等.1.鋼的滲碳<Carburizeofsteel>1>定義:向鋼的表面滲入碳原子的過程.2>目的:獲得具有表硬里韌性能的零件.3>用鋼:低碳鋼和低碳合金鋼.4>方法:固體、氣體、離子滲碳.固體滲碳法示意圖零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱氣體滲碳法示意圖5>工藝:加熱溫度為900～950℃;滲碳時(shí)間一般為3～9小時(shí);6>滲碳后的組織:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面中心零件PP+F20鋼滲碳緩冷組織<化染>580表層珠光體+網(wǎng)狀滲碳體;中層珠光體;內(nèi)層鐵素體+珠光體7>滲碳后的熱處理工藝

要使?jié)B碳層發(fā)揮出應(yīng)有的作用,滲碳后還需進(jìn)行"淬火+低溫回火"處理.8>熱處理后的組織低碳M回+FM回+Cm+A殘低碳合金鋼F+PM回+Fe3C+A殘低碳鋼心部組織表層組織鋼種9>常用的鋼種:15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等.20CrMnTi鋼滲碳層組織<化染>320滲碳體<白色塊狀>+高碳M<蘭色針狀>+殘余A<棕黃色>2.鋼的滲氮<Nitridationofsteel>1>定義:向鋼的表面滲入氮原子的過程.2>目的:獲得具有表硬里韌及抗蝕性能的零件.3>用鋼:中碳合金鋼.4>方法:氣體滲氮.5>工藝:加熱溫度500～600℃;保溫時(shí)間0.3～0.5mm/20～50h.6>熱處理特點(diǎn):滲氮前需調(diào)質(zhì)處理;滲氮后不需熱處理.7>滲氮處理后的組織表層:Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、TiN、VN.心部:S回.8>常用的鋼種:35CrMo、18CrNiW、38CrMoAlA<氮化王牌鋼>等.38CrMoAl氣體滲氮層組織<化染>650黃色區(qū):ε<Fe2-3N>+γ’<Fe4N>;紅色區(qū):γ’<Fe4N>;藍(lán)綠色區(qū):含氮索氏體+脈狀氮化物;綠黃色區(qū):索氏體基體.氣體滲氮的工藝特點(diǎn):a．溫度低常用550~570℃,遠(yuǎn)低于滲碳溫度.這是由于氮在鐵素體中有一定的溶解能力,無需加熱到高溫.b．時(shí)間長一般為20~50h,氮化層厚度為0.4～0.6mm.c．需進(jìn)行調(diào)質(zhì)預(yù)處理目的是改善機(jī)加工性能和獲得均勻的回火索氏體組織,保證較高的強(qiáng)度和韌性.滲氮工件的性能特點(diǎn)：a．高硬度、高耐磨性這是由于鋼經(jīng)滲氮后表面形成一層極硬的合金氮化物層,使?jié)B氮層的硬度高達(dá)1000~1100HV,而且在600~650℃下保持不下降.b．疲勞強(qiáng)度高這是由于滲氮層的體積增大造成工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力,使疲勞極限提高達(dá)15％～35％.c．良好的抗咬合性能及抗蝕性滲氮后的零件在短時(shí)間缺乏潤滑或過熱的條件下,不容易發(fā)生卡死或擦傷損壞,具有良好的抗咬合性能.并且由于滲氮層表面是由致密的耐蝕的氮化物組成,抵抗大氣、過熱的蒸汽、弱堿性溶液等腐蝕能力強(qiáng),具有良好的抗蝕性.d．變形很小這是由于滲氮溫度低,且滲氮后又不需進(jìn)行任何其他熱處理,一般只需精磨或研磨、拋光即可.由于滲氮零件的這些性能特點(diǎn),它主要應(yīng)用于在交變載荷下工作并要求耐磨的重要結(jié)構(gòu)零件,如高速傳動(dòng)的精密齒輪、高速柴油機(jī)曲軸、高精度機(jī)床主軸及在高溫下工作的耐熱、耐蝕、耐磨零件如齒輪套、閥門、排氣閥等.為保證滲氮零件的質(zhì)量,滲氮零件需選用含與氮親合力大的Al、Cr、Mo、Ti、V等合金元素的合金鋼,如38CrMoAlA、35CrAlA、38CrMo等.越王勾踐劍春秋晚期越國青銅兵器,出土于湖北江陵楚墓.長55.7厘米,劍鍔鋒芒犀利,鋒能割斷頭發(fā).滲碳與滲氮的工藝特點(diǎn)處理后是否需要熱處理處理時(shí)間(h)處理溫度(℃)名稱需要3～9900～950滲碳不需要20～50500～600滲氮3.鋼的碳氮共滲---氰化處理

<Carbonitridingofsteel>1>定義:向鋼的表面同時(shí)滲入碳和氮原子的過程.2>目的:獲得具有表硬里韌性能的零件.3>方法:固體碳氮共滲氣體碳氮共滲液體碳氮共滲高溫中溫低溫4>工藝:合金結(jié)構(gòu)鋼HRC53～60中溫氣體碳氮共滲800～8601～8以滲碳為主0.5～0.8mm淬火+低溫回火合金工具鋼HRC54～63低溫氣體碳氮共滲500～6001～6以滲氮為主0.1～0.4mm不需要材料性能名稱溫度(℃)時(shí)