碳含量对铁碳合金组织和性能影响

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,铁碳合金相图复习,一、铁,-,碳合金相图,会分析各种不同成分铁,-,碳合金的结晶过程,二、碳含量对铁碳合金组织和性能影响,三、铁碳合金相图应用,图,2,分析,、,、,、,、,六个成分冷却、结晶过程,1,2,3,3,3,3,3,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,4,4,第三讲 钢的热处理、分类和牌号,一、钢在热处理中的组织转变,二、钢的热处理工艺,三、钢的分类,四、钢的牌号和应用,钢的热处理概述：,概念：,将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和,冷却，以改变整体或表面组织，获得所需性能,的工艺。,目的：,1,）可以消除工件上一工艺过程产生缺陷；,2,）也能为下一工艺过程创造条件。,据统计：,机床零件中,60-70%,要进行热处理；,汽车、拖拉机零件中,70-80%,要进行热处理；,轴承、各种工具和模具几乎全部需要热处理。,钢的热处理曲线,热处理分类：,普通热处理,表面热处理,其他热处理,退火,Annealing,正火,Normalizing,淬火,Hardening(Quenching),回火,Tempering,表面淬火,化学热处理,火焰加热,Flame,感应加热,Induction,渗碳,Carburization,渗氮,Nitrogenizing,碳氮共渗,真空热处理,Vacuum,可控气氛热处理、形变热处理,Controled,Atmosphere,热处理,一、钢在热处理中的组织转变,(,Transformation,),1.,钢在加热和冷却时存在过热、过冷。,2.,共析钢被加热到,A,cl,以上时，珠光体,转变为奥氏体。,过程包括：,1,）,A,晶核的形成；,2,）,A,晶核的长大；,3,）渗碳体的溶解；,4,）,A,晶粒的均匀化。,钢在加热和冷却时，临界转变温度变化,共析钢加热获得单一奥氏体的过程,注意：,1,）对于,亚共析钢,和,过共析钢的,A,化与,共析钢大体相同。,超过,A,c3,时，,F,转变为,A,；,超过,A,ccm,时，二次渗碳体逐渐溶入,A,中。,2,）,A,刚形成时晶粒细小。细小,A,冷却后组织也细小。所以，加热温度不宜太高、时间不宜太长。,钢的加热温度过高对转变组织影响,奥氏体晶粒长大示意图,3.,钢在冷却时的组织转变,钢在,A,化后，紧接着是冷却。所获得的组织与冷却方式和冷却速度密不可分。有两种冷却方式：,1,）连续冷却：,钢在温度连续下降过程中发生组织转变；,2,）等温冷却：,A.,钢先迅速冷却到临界温度下某一温度，,成为过冷,A,；,B.,在该温度下保温，使过冷,A,发生组织转变；,C.,转变完成后，冷却到室温。,钢热处理的两种冷却方式,4.,以共析钢为例，分析过冷,A,在不同温度下,等温冷却时的组织转变：,1,）过冷,A,在,A,r1,-550,间转变，形成,珠光体,型,组织：渗碳体片分布在,F,基体上 ；,A,r1,- 650,，,生成粗片状,P,；,650-600,，,生成细片状,P,；（,索氏体,）,600-550,，生成极细片状,P,（,屈氏体,）,2,）过冷,A,在,550-,M,s,间转变，形成,贝氏体,型,组织：,（,Bainite,),碳过饱和,F,和微小弥散分布,渗碳体组成。,3,）过冷,A,迅速冷却到,M,s,以下转变，形成,马氏体,组织：,（,Martensite,),碳过饱和地固溶在,-Fe,中。,注意：,A.,实际上，,过冷,A,不能在恒温下转变为,M,，,而是在,M,s,-,M,f,之间连续冷却时完成；,B.,随着,A,中碳含量增大，,M,s,和,M,f,不断降低；,C.,残余,A,：,冷却到室温下未转变的过冷,A,；,D.,共析钢,在,M,s,-,M,f,间的转变产物：,M+,残余,A,5.,实际生产中常采用连续冷却方式，,共析钢,过冷,A,在,连续冷却,时组织转变：,1,）随炉缓慢冷却时，形成粗片状,P,；,2,）,在空气中冷却时，形成细片状,P,；,3,）,在油中冷却时，形成极细,P,+M+,残余,A,；,4,）,在水中冷却时，形成,M+,残余,A,。,二,.,热处理工艺,Type of Heat Treatment,1.,退火,Annealing,：,加热到适当温度，保温后缓冷，获得接近平衡组织。,目的：,1,）降低硬度利于切削；,2,）细化晶粒，提高性能；,3,）除内应力，为下一工序作准备；,4,）降低钢锭、铸件或锻坯成分不均匀性。,分类：,完全退火、球化退火、去应力退火和扩散退火。,1,）完全退火：,适用于亚共析钢。,加热到,A,c3,以上,20,30,，保温一定时间，完全奥氏体化后，随炉缓慢冷却，或埋入石灰中冷却。,目的：细化晶粒或降低中碳钢或合金钢硬度。,2,）球化退火：,适用共析和过共析钢,。,加热至,A,c1,以上,20,30,，使片状或网状渗碳体球化。,目的：,降低硬度或为下一步淬火做好组织准备。,3,）去应力退火：,加热到低于,A,c1,，,目的：消除内应力。,4,）扩散退火（均匀化退火）：,加热到略低于固相线温度，,长时间保温后缓冷的处理。用于钢锭、铸件和锻坯。,2.,正火,Normalizing,：,加热到,A,c3,或,A,ccm,以上,30-50,，,保温后在空气中冷却。,目的：,1,）提高低碳钢或低碳合金钢硬度，改善切削；,2,）对于中碳和中碳合金钢，细化晶粒比完全退火好；,3,）使过共析钢的渗碳体呈链状，利于下步一球化。,碳素钢正火、退火加热温度范围,3.,淬火,Quenching,：,加热到,A,c1,或,A,c3,以上,30-50,，保温后快速,冷却，获得,M,组织：提高钢的硬度和耐磨性。,对于,亚共析钢：,M,+,残余,A,共析、过共析钢：,细小,M,+,粒状渗碳体,+,残余,A,冷却介质：水、油和熔盐等。,水：冷却能力强，主要用于碳钢工件；,油：冷却能力较弱，主要用于合金钢工件；,熔盐：冷却能力中等，用于形状复杂小工具。,碳素钢淬火加热温度范围,4.,回火,Tempering,：,将淬火钢加热到,A,c1,以下一温度，保温后自然冷却的处理。,目的：,降低淬火钢脆性，减小或消除内应力。,分类,：,1,）,低温回火：,加热到,150-250,；,组织：回火,马氏体，用于工具、轴承等。,降低淬火应力，保持高,硬度和高耐磨性。,2,）,中温回火：,加热到,350-500,；,组织：,F,基体,+,极细,粒状渗碳体,有高的弹性、屈服点和韧性，,用于弹簧。,3,）,高温回火：,加热到,500-650,；,组织：,F,基体,+,较细,粒渗碳体,有良好综合性能，广泛,用于轴、齿轮等。,将淬火钢加热到,500-650,，进行,高温,回火,的处理。,组织：,F,基体,+,较细,粒渗碳体,性能特点：获得高强度、塑性和韧性,。,应用：,广泛,用于处理各种重要零件，尤其受动载荷和交变载荷的零件：,像，传动轴、齿轮和连杆等。,调质处理：,三,.,钢的分类,Class of steels,钢：,C,2.11%Fe-C,合金，还有,Si,、,Mn,、,S,、,P,等。,1.,按成分,(,by Composition,),低碳钢, C,0.25%,；,碳素钢 中碳钢,0.25%,C,0.60%,；,Carbon,高碳钢, C,0.6%,；,低合金钢,合金元素总量,5%,；,合金钢 中合金钢,5% ,合金,10%,Alloy,高合金钢,合金元素总量,10%,；,注意：,常存元素对碳钢性能的影响,钢,1,）锰：因用锰铁脱氧而残留钢中。含量,0.250.8%,存在形式：,固溶于铁素体，形成置换固溶体，使钢强化。,2,）硅：用硅铁脱氧而残留钢中，含量,0.4%,存在形式：,大部分固溶于铁素体使钢强化，属有益元素。,3,）硫：由矿石和燃料带入钢中，属有害元素。,存在形式：,不溶于铁，以,FeS,形式与,Fe,形成共晶体,低熔点（,985,）,，易形成热脆。,4,）磷：来源于矿石和生铁。,存在形式：,固溶于铁素体提高强度，但降低塑性和韧性。,2.,按质量,：,(by quality),普通钢,：,S,0.055%,；,(normal),P,0.045%,；,优质钢,：,S,（,0.030,0.040,）,%,、,(high quality),P,（,0.035,0.040,）,%,；,高级优质钢,：,S,0.020,0.030%,；,(high duty),P,（,0.030,0.035,）,%,；,3.,按用途,(,by purpose),(structural),结构钢,-,工程结构和机械零件；,(tool),工具钢,-,工具、模具和量具；,(special,）,特殊钢,-,不锈钢、耐热、耐磨和耐蚀钢。,四,.,钢的牌号,Marks of Steels,1,.,碳素结构钢,由于碳素结构钢一般不需热处理，按力学性能供货，其牌号组成：,屈服点字母,+,屈服点数值,+,质量等级,+,脱氧方法,如：,Q235-A.F,：,屈服强度,235MPaA,级沸腾钢。,其它见：,2004,年 严绍华 主编,热加工工艺基础,P,278,2.,优质碳素结构钢,：,供货时，既要保证成分，又需保证性能。,牌号：平均,碳含量万分数：,25,、,30,、,45,若锰含量较高：,45,Mn,3.,碳素工具钢,：,碳含量在,0.65,1.35%,之间,牌号：平均,碳含量千分数：,T8,、,T10,、,T12A,4.,合金结构钢,：,30CrMnSi,、,12CrNi3,牌号：平均,碳含量万分数,+,元素符号,+,数字,滚珠轴承钢,牌号前加“,G”,，如,GC,r15,5.,合金工具钢,：,用于刀具、模具和量具,牌号：,9SiCr,、,Cr12,、,5CrMnMo,平均,碳含量千分数,+,元素符号,+,数字,碳含量,1%,，不标出，如,W18Cr4V,6.,特殊用途合金钢,：,不锈钢、耐热和耐磨钢,牌号：与合金工具钢相同。如，,1Cr18Ni9,1Cr13,、,4Cr9Si2,、,ZG,Mn13,和,0Cr18Ni9Ti,碳含量,0.03%,和,0.08%,，冠以,00,和,0,总结：,一、钢在热处理中的组织转变,二、钢的热处理工艺,三、钢的分类,四、钢的牌号和应用,QUESTIONS:,1. Distinguish between the following:,a. Quenching and Tempering,b. Normalizing and annealing,c.,Cementite,and,martensite,2. Explain why tempering follows the quenching process,in heat treatment of steel,词汇：,钢热处理：,Heat Treatment of Steel,退火：,Annealing,正火：,Normalizing,淬火：,Hardening,（,Quenching,）,回火：,Tempering,表面热处理：,Surface Heat Treatment,火焰加热：,Flame Heated,感应加热：,Induction Heated,渗碳：,Carburization,渗,氮：,Nitrogenizing,真空热处理：,Vacuum Heat Treatment,可控气氛热处理：,Controled,Atmosphere Heat Treatment,贝氏体：,Bainite,马氏体,：,Martensite,热处理类型：,Type of Heat Treatment,钢分类：,Classes of Steels,碳素钢：,Carbon Steel,合金钢 ：,Alloying Steel,钢的编号：,Marks of Steels,