钢的热处理-

,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,为何钉子加热后快速水冷会变硬，再重新加热又变软了些？,当刨削过程困难时，我们将零件放置较高温度后再刨削就容易了？,将加热后的钉子快速浸入水,/,油,/,盐水后，获得硬度不同的原因？,成分,“工艺”,组织,性能,第一节 概 述,1,、热处理：,将固态金属在介质中加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。,在机床制造中,约,60-70%,的零件要经过热处理。,热处理是一种重要的加工工艺，,在制造业被广泛应用。,齿轮、轴、模具、滚动轴承,100%,需经过热处理。,在汽车、拖拉机制造业中,需热处理的零件达,70-80%,。,总之，重要零件,都需适当热处理后才能使用。,2,、热处理特点：,热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。,铸造,轧制,3,、热处理适用范围：,只适用于固态下,发生相变,的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。,常见热处理工艺分类如下：,其他热处理,普通热处理,表面热处理,热处理,退火正火淬火回火,真空热处理,控制气氛热处理,表面淬火,感应加热、火焰加热、电接,触加热等,化学热处理,渗碳、氮化、碳氮共渗、,渗其他元素等,形变热处理,临界温度,平衡时：,A,1,、,A,3,、,Acm,；,加热时：,Ac,1,、,Ac,3,、,Ac,cm,冷却时：,Ar,1,、,Ar,3,、,Ar,cm,实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象,第二节 钢加热时的奥氏体转变,共析钢：,亚共析钢：,过共析钢：,一、奥氏体的形成过程,Ac,3,以上,Ac,cm,以上,Ac,1,以上,第三步 奥氏体成分均匀化：,Fe,3,C,溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。,奥氏体化也是,形核,和,长大,的过程，分为,3,步。以共析钢为例说明：,第一步 奥氏体形核与长大：,首先在,与,Fe,3,C,相界形核。,第二步 残余,Fe,3,C,溶解,:,铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的,Fe,3,C,随保温时间延长继续溶解直至消失。,1,、,晶粒度,（,2,）特定加热条件下奥氏体晶粒的,长大倾向,称,本质晶粒度,，通常将钢加热温度低于,900950,时不易长大的称为本质细晶粒钢。,三、奥氏体晶粒在加热时的生长,本质晶粒度等级图,（,1,）奥氏体化刚结束时的晶粒度称,起始晶粒度,，,此时晶粒细小均匀。,晶粒度为,1-4,级的是本质粗晶粒钢，,5-8,级的是本质细晶粒钢。,（,3,）在实际加热条件下获得的奥氏体的晶粒度称,实际晶粒度,。,温度,晶粒尺寸,Ac,1,1,2,本质细晶粒钢,本质粗晶粒钢,钢的本质晶粒度示意图,930,区别：,1,、起始晶粒度一般很小,;,2,、一般需热处理的钢材采用本质细晶粒钢，通常钢材的热处理温度低于,930,，长大倾向与脱氧有关,3,、钢的性能由实际晶粒度决定，与加热温度有关,转变方式有,等温转变,和,连续冷却转变,两种。,1-,等温冷却,2,连续冷却,1,、过冷奥氏体等温转变曲线（,TTT,）,2,、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（,CCT,）,两种冷却方式示意图,第三节 奥氏体在,冷却,过程中的分解,钢加热到奥氏体化后,急速冷却,到临界点,以下，在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。,又称,C,曲线,或,TTT,曲线。,一、,等温转变曲线,(,Time Transformation Temperature,),1,、等温转变曲线的绘制,时间,温度,A,1,M,S,M,f,A,过冷,P,B,M,A,M,A,B,A,P,转变开始线,转变终了线,奥氏体,2,、,C,曲线分析,1,、,A,1,临界温度,2,、转变开始线,-,左,C,3,、转变终了线,-,右,C,转变开始线与纵坐标之间的水平距离为,孕育期,。,4,、水平线,Ms,为马氏体转变开始温度。,5,、水平线,M,f,为马氏体转变终了温度。,时间,温度,A,1,M,S,M,f,A,过冷,P,B,M,A,M,A,B,A,P,转变开始线,转变终了线,奥氏体,2,、,A,1,-Ms,间为,过冷奥氏体区,(,蓝色,),。,4,、转变终了线以右为,完全转变区,(,绿色,),。,5,、,Ms,与,M,f,之间为,马氏体转,变区,(,黄色,),。,1,、,A,1,以上：奥氏体区,3,、,C,曲线之间的为,部分转变区,。,二、过冷奥氏体转变产物,片层厚薄不同，又分为,珠光体,、,索氏体,和,屈氏体,。,S 800,T 5000,过冷奥氏体在,A,1,到,550,间将转变为珠光体类型组织，它是,铁素体,与,渗碳体,片层相间的机械混合物。,1,、珠光体类型转变,P,380,（扩散型）,珠光体：,三维珠光体如同放在水中的包心菜,索氏体,形成温度为,650-600,，,片层较薄，,800-1000,倍光镜下可辨，,用符号,S,表示。,屈氏体,形成温度为,A,1,-650,，片层较厚，,500,倍光镜下可辨，用符号,P,表示,形成温度为,600-550,，片层极薄，光镜下几乎无法分辨，用符号,T,表示。,片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。,珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。,渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。,珠光体转变也是,形核,和,长大,的过程。,过冷奥氏体在,550-230(Ms),间将转变为贝氏体类型组织，,B,。,2,、贝氏体类型转变,根据其组织形态不同，分为,上贝氏体,(B,上,),和下贝氏体,(B,下,),（半扩散）,下贝氏体,强度、硬度较高，塑性、韧性也较好，,具有良好的综合力学性能,，是生产上常用的强化组织之一。,形成温度,350-Ms,，,呈黑针状,形成温度,550-350,，,呈羽毛状。,上贝氏体硬度高、塑韧性差，,无实用价值。,上贝氏体,等温转变温度,/,共析纲的力学性能与等温转变温度的关系,k,3,、马氏体转变,钢经奥氏体化后快速冷却到较低温度（,Ms,），抑制其扩散分解，转变为马氏体类型组织，,是钢强化的重要途径之一,。,（非扩散）,（,1,）,M,的晶体结构,马氏体具有,体心正方,晶格（,a=bc,），轴比,c/a,称马氏体的正方度。,碳在,-Fe,中的,过饱和固溶体,，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。,C%,越高，正方度越大，正方畸变越严重。,当,0.25%C,时，,c/a=1,，此时马氏体为体心立方晶格。,FCC,BCC,铁原子,马氏体的形成,碳原子,光镜下,马氏体的形态分,板条,和,片状,两类。,其形态主要取决于其含碳量。,C%,小于,0.2%,时，组织几乎全部是板条马氏体。,C%,大于,1.0%C,时几乎全部是片状马氏体。,C%,在,0.21.0%,之间为板条与片状的混合组织。,（,2,）马氏体的形态,马氏体形态与含碳量的关系,0.45%C,0.2%C,1.2%C,（,3,）马氏体的性能,高强度和高硬度,M,性能的原因,过饱和碳原子与马氏体中晶体缺陷相互作用，引起的,固溶强化,，,但含碳量越多，过饱和程度越大，晶格畸变越严重，残余应力大，脆性大。,片状,M,强度、硬度高，但塑韧性很差；,板条,M,塑韧性较好。,（,4,）马氏体转变的特点,（,d,）转变不完全性：,即使冷却到,M,f,点，也不可能获得,100%,的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称,残余奥氏体,，用,A,表示。,A,转化为,C,在,-Fe,中的过饱和固溶体,（,a,）非扩散性：,铁和碳原子都不扩散，马氏体的含碳量与奥氏体含碳量相同。,（,c,）连续冷却中获得：,只要温度达到,Ms,以下即发生马氏体转变。在,Ms,以下，随温度下降，,转变量增加；冷却中断，转变停止。,（,b,）长大速度快：,马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,转变类型,转变产物,形成温度，,转变机制,转变完全性,HRC,珠,光,体,P,A,1,650,扩,散,型,可在恒温下进行到底,5-20,S,650600,20-30,T,600550,30-40,贝,氏,体,B,上,550350,半扩散型,可在恒温下进行，随温度降低，转变越不充分，残余,A,越多,40-50,B,下,350M,S,50-60,马,氏,体,M,片,M,S,M,f,非扩散型,主要在连续冷却过程中进行，不能完全完成相变,60-65,M,板条,M,S,M,f,50,稳定奥氏体区,过冷奥氏体区,产物区,A1,550;,高温转变区,扩散型转变,;,P,转变区。,550,230;,中温转变区,半扩散型转变,;,贝氏体,(B),转变区,;,Ms,M,f,;,低温转变区,无扩散型转变,;,马氏体,(M),转变区。,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A1,M,s,M,f,过冷,A,转变开始线,过冷,A,转变终了线,M+,过冷,A,M,共析钢的,TTT,曲线,4,、影响,C,曲线的因素,（,1,）含碳量的影响：,亚共析钢先析出铁素体，过共析钢先析出渗碳体。,与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢,C,曲线的上部各多一条先共析相的析出线。,正常加热条件下，共析钢的过冷奥氏体最稳定，,C,曲线最靠右。,（,2,）合金元素的影响,除,Co,外,凡溶入奥氏体的合金元素都使,C,曲线右移。,当碳化物较多时，使,C,曲线从鼻尖处分开。,(3),加热温度升高和保温时间延长，,C,曲线右移,Ms,A,1,t,T,CCT(,Continuous-Cooling-Transformation,）,P,s,P,f,P,s,AP,开始线,P,f,AP,终了,线,K AP,中止,线,V,k,临界冷却速度,M,S,A M,开始温度,M,f,A M,终了温度,5,、共析钢过冷奥氏体连续冷却的转变,CCT,和,C,曲线比较：,CCT,位于,C,曲线 右下方；,CCT,中没有,AB,转变。,（,2,）共析钢的,CCT,曲线在多了一条,转变中止线,。当连续冷却曲线碰到,K,线,时，,P,转变中止，余下的,A,一直保持到,Ms,以下转变为,M,。,以共析钢的,CCT,曲线,P,s,P,z,（,1,）,CCT,曲线位于,C,曲线下方，孕育期长，转变温度低。,P,s,P,f,（,3,）转变产物复杂。,P,S,A,1,M,S,M,f,时间,650,600,550,（,4,）图中的,V,k,为,CCT,曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。,为,TTT,曲线的临界冷却速度。,V,k,P,均匀,A,细,A,P,退火,(,炉冷,),正火,(,空冷,),S,淬火,(,油冷,),T+M+A,M+A,淬火,(,水冷,),A,1,M,S,M,f,时间,650,600,550,用,C,曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变,炉冷,空冷,油冷,水冷,P,S,T+M+A,M+A,（,2,）根据,CCT,曲线制定正确的冷却规范,如：,2,种钢的,CCT,图（孕育期、冷却介质）,若,2#,过冷,A,的最短孕育期,100S,，甚至在空气中就能淬硬。,若,1#,过冷,A,的最短孕育期,12S,，相应尺寸的钢可能在水中不能淬硬；,（,1,）,CCT,曲线获得困难，,C,曲线容易测得。,在无,CCT,曲线的情况下，可用,C,曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。,3,、,CCT,曲线的应用,（,3,）过共析钢,CCT,曲线也无贝氏体转变区,但比共析钢,CCT,曲线多一条,AFe,3,C,转变开始线。由于,Fe,3,C,的析出,奥氏体中含碳量下降,因而,Ms,线右端升高。,（,4,）亚共析钢,CCT,曲线有贝氏体转变区，还