1、1.3金屬熱處理分類,什么是熱處理？,有三個(gè)基本參數(shù)：,分類,加熱、保溫、冷卻。,熱處理質(zhì)量就是通過控制這三個(gè)工藝參數(shù)來保證的。,普通熱處理，,四把火：,表面熱處理：,表面淬火及化學(xué)熱處理。,退火、正火、淬火、回火。,熱處理,普通（整體）熱處理,表面熱處理,退火,正火,淬火,回火,固溶時(shí)效,表面淬火,表面化學(xué)熱處理,感應(yīng)加熱表面淬火,火焰加熱表面淬火,激光加熱表面淬火等,滲碳,滲氮,碳氮共滲,滲金屬等,常用熱處理方法的工藝曲線示意圖,一、退火,1. 退火 退火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在爐中或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的一種

2、熱處理工藝。 退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 細(xì)化晶粒，改善組織，提高機(jī)械性能； c. 消除內(nèi)應(yīng)力，為下一道熱處理作好準(zhǔn)備； d. 提高金屬材料的塑性、韌性，便于進(jìn)行冷 沖壓或冷拉拔加工。 退火的缺點(diǎn)：占用設(shè)備；生產(chǎn)率低。,2. 正火 正火是將金屬制件加熱到高于或低于這種金屬 的臨界溫度，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在空氣中冷 卻，以獲得更細(xì)組織的一種熱處理工藝。 正火的作用與退火相似，與退火不同之處是： a. 正火是在空氣中冷卻，冷卻速度快，所獲 得的組織更細(xì)。 b. 正火后的強(qiáng)度、硬度較退火后的稍高，而 塑性、韌性則稍低。 c. 不占用設(shè)備；生產(chǎn)率高。,3. 淬火 淬火是將金

3、屬制件加熱到這種金屬的臨界溫度以上3050，經(jīng)保溫一定時(shí)間，隨后在水或油中快速冷卻，以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝。 淬火的目的：提高金屬材料的強(qiáng)度和硬度，增加耐磨性，并在回火后獲得高強(qiáng)度和一定韌性相配合的性能。,4. 回火 回火是把淬火后的金屬制件重新加熱到某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后置于空氣或油中冷卻的熱處理工藝。 回火的目的：為了消除淬火時(shí)因冷卻過快而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低金屬材料的淬性，使它具有一定的韌性。 根據(jù)加熱溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。,（1）低溫回火：回火溫度為150250。低溫回火能消除一定的內(nèi)應(yīng)力，適當(dāng)?shù)亟档弯摰拇嘈裕岣唔g性，同時(shí)工件仍保持高硬度、

4、高耐磨性，應(yīng)用于各種量具和刃具。 （2）中溫回火：回火溫度為350500。中溫回火可大大減小鋼的內(nèi)應(yīng)力，提高了彈性、韌性，但硬度有所降低，應(yīng)用于彈簧和熱鍛模等。 （3）高溫回火：回火溫度為500650。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，硬度有顯著的下降，可獲得具有強(qiáng)度、塑性、韌性等綜合機(jī)械性能，應(yīng)用于齒輪、連桿、曲軸等。 5. 調(diào)質(zhì)處理 淬火后再經(jīng)高溫回火的熱處理工藝，稱為調(diào)質(zhì)處理。一般要求具有較高綜合機(jī)械性能的重要結(jié)構(gòu)零件，都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。,表面熱處理和化學(xué)熱處理,一、表面淬火 表面淬火是僅對(duì)工件表層進(jìn)行淬火的工藝。 目的：為了獲得高硬度的表面層和有利的殘余應(yīng)力分布，提高工件的硬度和耐磨性。 表面淬

5、火加熱的方法很多，如感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱、激光加熱等。,二、化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理是將金屬和合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝。 常用的有滲碳、滲氮、碳氮共滲和滲金屬元素等。,1.4典型鋼種及用途,1.4.1鋼的分類,按化學(xué)成分分類 可分為碳素鋼和合金鋼 碳素鋼按含碳量多少可分為 低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼 合金鋼按合金元素的含量又可分為 低合金鋼 、中合金鋼和高合金鋼 合金鋼按合金元素的種類可分為 錳鋼、鉻鋼、硼鋼、鉻鎳鋼、硅錳鋼等,按冶金質(zhì)量分類 按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為： 普通鋼（S%0.055

6、%，P%0.045%） 優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%0.040%） 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S%0.030%，P%0.035%） 按冶煉時(shí)脫氧程度，可將鋼分為： 沸騰鋼（脫氧不完全）、鎮(zhèn)靜鋼（脫氧較完全）和半鎮(zhèn)靜鋼三類。,按用途分類按鋼的用途可分為：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼 結(jié)構(gòu)鋼又分為：工程構(gòu)件用鋼和機(jī)器零件用 工具鋼分為：刃具鋼、量具鋼、模具鋼 特殊性能鋼分為：不銹鋼、耐熱鋼等,按金相組織分類 按退火態(tài)的金相組織可分為：亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼三種。 按正火態(tài)的金相組織可分為：珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等四種。 奧氏體 碳與合金元素溶解在-fe中的固溶體，仍保持-fe的面心立方晶格。晶界比較直，

7、呈規(guī)則多邊形；淬火鋼中殘余奧氏體分布在馬氏體間的空隙處 珠光體鐵碳合金中共析反應(yīng)所形成的鐵素體與滲碳體的機(jī)械混合物。,馬氏體(martensite)是黑色金屬材料的一種組織名稱。最先由德國(guó)冶金學(xué)家 Adolf Martens(1850-1914)于19世紀(jì)90年代在一種硬礦物中發(fā)現(xiàn)。馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，但是在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀（needle-shaped），這也是為什么在一些地方通常描述為針狀的原因。馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心四方結(jié)構(gòu)（BCT）。中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。高的強(qiáng)度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。,5503

8、50范圍內(nèi)形成的貝氏體稱為上貝氏體，金相組織呈羽毛狀，脆性，硬度較高。500倍光學(xué)顯微鏡下基本能夠識(shí)別清楚。 上貝氏體多呈羽毛狀特征，光鏡下分辨不清楚鐵素體與滲碳體兩相，滲碳體分布在鐵素體條之間，碳含量低時(shí)，碳化物沿條間呈不連續(xù)的粒狀或鏈珠狀分布，碳含量高時(shí)，碳化物呈桿狀甚至連續(xù)狀分布。電鏡下:條狀鐵素體大致平行，鐵素體條間分布與鐵素體軸相平行的細(xì)條狀滲碳體，鐵素體條內(nèi)有較高的位錯(cuò)密度，為一束大致平行的自?shī)W氏體晶界長(zhǎng)入奧氏體晶內(nèi)的鐵素體。,1.4.2合金元素在鋼中的作用,鋼中常存雜質(zhì)元素,主要來源？,常見的常存元素有硅、錳、硫、磷四種。,煉鐵、煉鋼過程中，由于礦石和焦炭含雜質(zhì)以及脫氧等原因而帶

9、入，對(duì)鋼的性能有一定的影響。,1、Si和Mn的影響（少含量是有益的）,2、S和P的影響（熱脆、冷脆）,合金元素在鋼中的作用,合金元素在鋼中的存在形式 兩種形式存在：一是溶解于碳鋼原有的相中（固溶體），另一種是形成某些碳鋼中所沒有的新相（化合物） 按與碳親合力的大小，可將合金元素分為弱碳化物形成元素、強(qiáng)碳化物形成元素與非碳化物形成元素三大類 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；弱碳化物形成元素：Mn； 強(qiáng)碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。,合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響,合金元素對(duì)加熱轉(zhuǎn)變的影響 （1）大多數(shù)合金元素（ 除鎳、鈷以外）都減緩鋼的奧氏體化過程

10、； （2）幾乎所有的合金元素（除錳以外）都能阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化晶粒。 合金元素對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變的影響 （1）大多數(shù)合金元素（除鈷以外），都能提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線位置右移，臨界冷卻速度減小，從而提高鋼的淬透性。,合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響,（2）除鈷、鋁外，多數(shù)合金元素溶入奧氏體后，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms和Mf點(diǎn)下降 ； 合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 （1）對(duì)淬火鋼回火穩(wěn)定性的影響； （2）在回火過程中有二次硬化作用； （3）影響第二類回火脆性 。,碳鋼分類,按鋼中含碳量多少分：,低碳鋼 中碳鋼 高碳鋼,Wc 0.6%,1.4.3低碳鋼,特點(diǎn)： 塑性好、韌性好、硬度強(qiáng)度低（軟剛）、耐磨性差。 熱處理： 通常情況下將其進(jìn)行滲碳，然后淬火，再低溫回火后使用。,滲碳鋼中合金元素的作用： 1.提高心部強(qiáng)度（加入Mn、Cr、Ni等） 2.提高淬透性 3.細(xì)化奧氏體晶粒（加入Ti、Mo、W等）,1.4.4中碳鋼,特點(diǎn)： 熱加工及切削性能良好，強(qiáng)度硬度比低碳鋼高，韌性塑性低于低碳鋼，焊接性能較差。