第三章钢热处理

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,*,*,*,第三章 钢的热处理,钢在,加热和保温时的转变,钢在,冷却时的转变,钢的,表面热处理与形变热处理,钢的,退火与正火,钢的,淬火,钢的,回火,第三章 钢的热处理,热处理,固态下，将钢经过,加热,、,保温,和,冷,却,三个阶段，以改变组织，从而改,变性能的一种工艺过程。,热处理,普通热处理：退火、正火、淬火、回火,表面热处理,表面淬火,化学热处理,钢在,加热和保温时的转变,一、加热和保温的目的,加热温度,Ac1,以上,加热目的,得到奥氏体,保温目的,奥氏体成分均匀、晶粒大小适中,二、奥氏体形成过程,1.,奥氏体晶核的形成,F,、,Fe,3,C,相界上形成,A,晶核,2.,奥氏体晶核的长大,（,1,）长大方式,F,改组成,A,，,Fe3C,溶入,A,（,2,）长大速度,F,改组成,A,的速度大于,Fe3C,溶入的速度,3.,剩余,Fe3C,溶解,4.,奥氏体成分均匀化,加热温度,T,，保温时间,t,，,A,成分均匀,三、奥氏体晶粒大小对热处理后组织与性能的影响,加热保温后的奥氏体越细小，热处理后钢的组织越细小，性能越好；反之亦反。,要求,：严格控制加热温度和保温时间，防止,“,过热,”,。,钢,在,冷却时的转变,一、等温冷却转变,二、连续冷却转变,三、影响,C,曲线的因素,冷却目的,：获得所需的,组织和性能,（一）等温转变曲线,1.,等温转变曲线的建立,（一）等温转变曲线,2.,曲线分析,aa,线,转变开始线,bb,线,转变终了线,aa,线以左,孕育期,bb,线以右,产物区,过冷奥氏,体,550,（二）等温转变产物与性能,1.,珠光体类型转变（,A1,550,）,转变温度,A1,650,650,600,600,550,组织名称,珠光体,P,索氏体,S,屈氏体,T,片层,间距,小,性能,好,（二）等温转变产物与性能,2.,贝氏体转变（,550,Ms,）,550350,350Ms,B,上,B,下,羽毛状,针状,硬度高于,T,，,塑性低，无应用价值,较高的强度硬度，塑性韧性好,3.,马氏体转变（,Ms,Mf,）,马氏体,M,C,在,Fe,中过饱和固溶体,低碳,M,板条状,高碳,M,片状,随着,C,，,M,的强度,，,硬度，塑性韧性,1.,连续冷却,C,曲线,2.,等温,C,曲线在连续冷却中的应用,(1),组织分析,V1(,随炉冷却,),P,V2(,空气中冷却,),S,V3(,油中冷却,),T+M,V4(,水中冷却,),M+A,(2),临界冷却速度,过冷,A,不发生分解，直接转变为,M,的最小冷速度,(3),注意,a.,冷速，强度硬度（,VV,K,时，,V,，,强度硬度不变，内应力）,b.,表层和心部冷速不同，组织不同。,1.,含碳量：左右位置与含碳量有关,2.,合金元素,a.C,曲线右移,VK,b.,使,A,稳定区扩大,3.,加热温度和保温时间增加,使,C,曲线,右移,影响,c,曲线的因素,:,第三章 钢的热处理,钢的,退火与正火,退火,1.,定义,将钢加热到某一温度并保温，然后缓慢冷却下来的热处理工艺。,2.,目的,细化晶粒，均匀组织，为,淬火做准备,降低硬度，提高塑性韧性，,便于切削加工,消除残余应力，防止变形、,开裂,3.,分类,完全退火,加热温度：,Ac,3,+30,50,，,保温后缓慢冷却,退火后组织：,F+P,（,相图平衡组织）,适用：亚共析钢,球化退火,加热温度：,Ac,1,+20,30,，,保温后，冷到,Ar,1,20,长期等温，然后缓慢冷却,退火后组织：,F+,球状,Fe,3,C,（,球状珠光体）,适用：共析钢、过共析钢,去应力退火,加热温度：,500,650,Ac,1,，,保温后冷却,无组织变化,钢的,退火与正火,正火,1.,定义,将钢加热到单一的,A,区,域，经保温，在空气中冷,却下来的热处理工艺。,2.,加热温度及组织,亚共析钢：,Ac3+30,50 P,过共析钢：,Accm+30,50 S,3.,目的,普通结构件，可作为最终热处理,低碳钢，使强度硬度上升，便于切削加工,高碳钢，消除,Fe3C,，,为球化退火准备,钢的,退火与正火,选用,1.,切削加工性,硬度对切削加工性有很大影响，一般认为硬度在,HB170,230,时，切削加工性最好，太软或太硬都不好。当含碳量不同时，可按以下原则选择：,C,0.25%,时,正火,0.25,0.5%,完全退火、正火,0.5,0.77%,完全退火,C0.77%,时,正火,+,球化退火,2.,使用性能,对亚共析钢零件，正火比退火具有更好的机械性能，若,零件性能要求不高时,(,一般使用零件,),，可将正火作为最,终热处理,3.,经济性,正火比退火生产周期短、成本低、效率高、操作简便，,在可能的条件下，应优先采用。,第三节 钢,的,淬火,一、淬火工艺,二、淬透性,三、淬火缺陷,钢的,淬火,淬火工艺,1.,定义,将钢加热到,Ac,3,(Ac,1,)+30,50,，,经保温后，急速冷却下,来的热处理工艺。,2.,目的,得到,M,，获得高的强度、,硬度和耐磨性。,亚共析钢,：,Ac,3,+30,50 M,共析、过共析钢：,Ac,1,+30,50 M+,球状,Fe,3,C,3.,加热温度及组织,思考,：,a.,当亚共析钢加热温度处于,Ac,1,Ac,3,之间，淬火,后的组织、性能会怎样？,b.,当过共析钢加热温度在,Accm+30,50,时，淬,火后的组织、性能会怎样？,注意,：,a.,过,共析钢淬火工艺流程：正火,+,球化退火,+,淬火,b.,钢在淬火时，要严格控制加热温度和保温时,间！,在,保证,V,冷,V,K,的前提下，尽量选择冷速较慢的冷却剂，以防零件的变形、开裂。,4.,淬火剂的选择,淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火,(B,下,),等，实际生产中，可根据生产条件和性能要求，选择合适的方法。,5.,淬火方法,钢的,淬火,淬透性,1.,定义,淬火后，得到,M,层深度的能力。主要取决于,V,K,。,2.,影响因素,(1),成分,一般情况下，合金元素使,C,曲线右移，,V,K,，,淬透性,(2),淬火剂,淬火剂的冷却速度，心部冷速，淬透性,(3),尺寸,尺寸，心部冷速，淬透性,大尺寸 合金钢 油淬,小尺寸 碳素钢 水淬,3.,淬硬性,钢淬火后，,M,所能达到的最高硬度。,淬硬性不同于淬透性，它与冷速无关，仅取决于,C,量，,C,，,淬硬性。,钢的,淬火,淬火缺陷,1.,氧化、脱碳,加热温度高，表面氧化起皮，表层,C,，,强度硬度不足。,防止：控制热处理气氛。,2.,硬度不足,加热温度，保温时间，冷速，组织不均匀，出现软,点硬度不足,防止：正火均匀组织重新淬火,3.,过热,加热温度过高，晶粒粗大，硬度。,正火（退火）细化晶粒淬火,4.,过烧,加热温度，沿,A,晶界氧化、熔化报废,5.,变形、开裂,淬火时，冷速，内应力，零件变形、开裂,改善结构（对称），选择合适的冷却剂和冷却方法,钢的,回火,一、回火,二、回火时的组织转变,三、回火的分类,四、回火性能,钢的,回火,1.,定义,淬火后的钢，重新加热到,A,1,以下温度，保温后，冷却下来,的热处理工艺。,2.,目的,(1),去除内应力，防止变形与开裂,(2),降低脆性，提高塑性韧性，获得所需的性能,(3),稳定尺寸、组织,回火时的组织转变,1.M,及,A,的,分解,150,250,时，,M,中的,C,原子偏聚，析出碳化物；,A,也发,生分解，变成,M,。,产物：碳量稍低的,M+,细小碳化物,回火马氏体,M,。,性能：保持高的强度硬度的同时，有一定的塑性韧性。,2.,渗碳体的形成,350,500,，,M,放出全部碳,F,，碳化物聚集长大成,Fe3C,。,产物：,F+,颗粒,Fe3C,（极细）,回火屈氏体,T,。,性能：有较高的强度硬度，较好塑性韧性，特别是具有很高,的弹性极限。,3.,渗碳体的长大,500,650,时，,F,、颗粒,Fe,3,C,长大。,产物：多边形,F+,粒状,Fe,3,C,（细小）,回火索氏体,S,。,性能：具有较高强度硬度的同时，良好的塑性韧性。,（良好的综合机械性能）,钢的,回火,回火的分类,1.,低温回火：,150,250,，回火马氏体,M,，,保持高硬度、耐磨性。,适用：工具、滚动轴承及其它耐磨件。,2.,中温回火：,350,500,，回火屈氏体,T,，,高的弹性极限。,适用：弹簧件。,3.,高温回火：,500,650,，回火索氏体,S,，,良好的综合机械性能。,适用：复杂受力零件，如轴类、连杆、齿轮、重要螺栓。,生产中，,将淬火,+,高温回火,的工艺合称,调质,钢的,回火,回火性能,1.,调质与正火的性能比较：,调质的性能要优于正火，即强度硬度高，塑性韧性好。,原因：正火组织,S,中,F,、,Fe3C,为片状（应力集中），,调质组织,S,中,F,、,Fe3C,为球状。,2.,回火温度与性能的关系：,钢回火后的性能与温度有关，一般情况下，,T,，,塑性韧性，强度硬度，内应力。但不是绝对的，当,T,，,由于,F,、,Fe3C,长得很大，会导致性能。,3.,回火脆性：,低温回火脆性：,250,350,回火,高温回火脆性：合金钢,450,600,回火,钢的,表面热处理与形变热处理,表面热处理,形变热处理,表面淬火,化学热处理,目的：获得外硬内韧的性能要求。,(,一,),表面淬火,1.,含义：,对,零件表面快速加热，保温后快冷。,2.,工艺流程：,调质（正火）,+,表面淬火,+,低温回火。,3.,组织：,表层,M,，,心部为原始组织,S,（或,S,）,4.,适用材料：,中碳钢,感应加热表面淬火机,感应圈,中频电炉感应圈,(,二,),化学热处理,1.,含义：,通过化学手段，改变零件表面的成分（,C,量或其它元素），然后进行热处理，使表层和心部产生性能差异。,2.,渗碳：,低碳钢（,0.10,0.25%,），在,900,950,活性碳气氛加热，渗碳后，表层达到过共析成分，并有一定的渗碳层厚度，心部碳量不变。,表层高碳：强度、耐磨性好。,心部低碳：塑性、韧性好，耐冲击。,3.,组织：,表层：高碳,M,+,少量渗碳体,心部：低碳,M,（或,S,）,4.,适用材料：,低碳钢,5.,应用：,汽车变速齿轮（,20CrMnTi,）,毛坯成型预备热处理,(,正火,),切削加工渗碳,+,淬火,+,低温回火,(,喷丸,),精加工,井式气体渗碳炉,15,钢渗碳后金相组织,钢的,表面热处理与形变热处理,形变热处理,1.,含义：,2.,种类：,把塑性变形与热处理工艺结合起来的一种综合工艺。零件可在获得加工硬化（形变强化）的同时获得热处理强化，简化了工艺流程。,形变在相变前的热处理,形变在相变中的热处理,形变在相变后的热处理,低温形变热处理,高温形变热处理,汽车钢板弹簧（,55Si2Mn),退火切削加工加热弯曲,(,形变,),淬火,+,中温回火喷丸精加工,第三章 钢的热处理,小结,典型零件的生产工艺流程,低碳钢（,20CrMnTi,）：,毛坯成型预备热处理（正火）切削加工渗碳（碳、氮共渗）,+,淬火,+,低温回火（喷丸）精加工,中碳钢（,45,）,毛坯成型预备热处理（正火）切削加工淬火,+,高温回火（调质）表面淬火,+,低温回火（喷丸）精加工,1.,齿轮：,2.,弹簧：,钢板弹簧（,55Si2Mn,）,退火切削加工加热弯曲（形变）淬火,+,中温回火喷丸精加工,气门弹簧（,65Mn,）,退火切削加工加热卷簧及校正（形变）淬火,+,中温回火喷丸精加工检验,曲轴（,45,）,正火切削加工锻造（形变）淬火,+,高温回火（调质）表面淬火,+,低温回火（轴颈）喷丸精加工检验,半轴（,40Cr,）,下料锻造正火切削加工淬火,+,高温回火（调质）表面淬火,+,低温回火（轴颈）喷丸精加工检验,4.,工具类：,锯条（,T10,）,正火球化退火切削加工淬火,+,低温回火精加工检验,3.,轴类：,