43金属材料热处理工艺

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,4.3,金属材料热处理工艺,Heat Treatment Metallic Materials,4.3.1,退火与正火,（,Annealing and normalizing,）,4.3.2,淬火与回火,（,Quenching and tempering,）,4.3.3,钢的淬透性,（,The hardenability of steel,）,1,本节授课的,重,点,：,1.,各种普通热处理工艺（,即退火、正火、淬火及回火,）的类别，主要目的，适用材料及相应的组织状态（以自学为主）；,2.,淬透性的有关概念（学习重点与难点）,（,1,）有关淬透性的概念；,（,2,）淬透性对钢力学性能的影响；,（,3,）影响淬透性的主要因素；,（,4,）淬透性的表示方法；,（,5,）淬透性的实际意义。,2,4.3,金属材料热处理工艺,Heat treatment process of metallic materials,强化,3,4.3.1,退火与正火,(,Annealing and normalizing),1.,定义、目的,把工件加热至临界点,Ac1(,或,Accm),以上或以下，保温一定时间后，使其缓慢冷却,(,生产中随炉冷却,),以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为,退火,。,而,正火,(,常化,),是将钢件加热至,Ac3(,亚共析钢,),或,Accm(,过共析钢,),以上,30,50,，经保温后在空气中冷却的热处理工艺。,正火与退火的主要区别,在于冷却速度不同，正火冷却速度较快，得到的组织较细，硬度、强度、韧性等也较高。,当碳钢中,W(C),0.6%,时，正火后的组织为,F+S;,当,W,（,C,）,=0,6%,1,4%,时，正火后组织为,S(,伪共析组织,),。,4,4.3.1,退火与正火,(,Annealing and normalizing),1.定义、目的,退火和正火的目的大致可归纳为如下几点:,（1）调整硬度以便进行切削加工。因为工件经铸造或锻造等热加工后，硬度常偏高或偏低而且不均匀，严重影响切削加工。而经适当退火或正火后可使钢件的硬度调整至170250HBW范围且比较均匀，从而改善了切削加工性。,（2）消除剩余内应力，以防钢件在淬火时产生变形或开裂。,（3）细化晶粒、改善组织以提高钢的力学性能。,（4）为最终热处理(淬火、回火)作好组织上的准备。,5,4.3.1,退火与正火,(,Annealing and normalizing),2.,退火与正火的种类、工艺特点及适用范围,6,4.3.1,退火与正火,(,Annealing and normalizing),2.,退火与正火的种类、工艺特点及适用范围,图,4.35,（,a,）各种退火与正火工艺的加热温度,7,4.3.2.,淬火与回火,(Quenching and tempering),淬火工艺是将钢加热至临界点(Ac3或Ac1)以上，保温后以大于VKC的速度冷却，使A转变为M(或B下)的热处理工艺;而回火则系指将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。,一般淬火工件必经过回火前方能使用。淬火与回火总是经常配合使用的两种应用最广且最重要热处理工艺。,淬火的目的就是为了获得M(或B下)，以提高钢的力学性能。淬火钢件回火的目的在于:,(1)降低脆性，减少或消除内应力，防止变形开裂;,(2)调整淬火钢的组织与性能，用不同的回火温度配合，获得工件使用要求的性能;,(3)稳定工件尺寸，以保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状变化。,(4)对某些高淬透性合金钢，空冷便可淬成M，如采用退火软化，则周期很长。此时可用高温回火，使K聚集长大，降低硬度，以利切削加工，同时可缩短软化周期。,对有色金属、A不锈钢等，固溶处理习惯称淬火。,图,4.21,共析碳钢的,CCT,曲线,8,1.,淬火工艺特点,（）淬火加热温度的选择,其主要原则是获得均匀细小的,A,组织。一般规定淬火加热温度在临界点以上,30,50,。,对于亚共析碳钢，淬火加热温度为,Ac,3,+30,50,，淬火组织为,M,。当,Wc,0.5%,时淬火组织中还有少量,Ar;,对于共析钢和过共析碳钢，淬火加热温度为,Ac,1,+30,50,，,淬火后的组织为,M+Fe,3,C+Ar,，分散分布的未溶颗粒状渗碳体对钢的硬度和耐磨性有利。,图,4.,碳钢的淬火加热温度范围,图,4.,奥氏体的碳含量对,M,转变温度（,a,）及,AR,量（,b,）的影响,9,1.,淬火工艺特点,（2）淬火冷却介质 合理选择淬火冷却介质是淬火工艺的重要问题。为保证得到M组织，淬火冷却速度必须大于VKC，但快冷不可防止地会造成很大内应力，往往会引起工件变形和开裂。要想既得到M又防止变形开裂，理想的淬火冷却曲线如右图4-36所示。即在C曲线拐点附近其V冷VKC。而在拐点以下，MS点附近，则应尽量慢冷，以减少M转变时产生的内应力。工业上常用的淬火冷却介质是水、盐水、油等。,图,4.36,淬火时的理想冷却曲线示意图,表,4.,常用淬火介质及其冷却特性,10,1.,淬火工艺特点,（,3,）淬火方法,目前还没有理想的淬火介质，在实际生产中应根据淬火件的具体情况采用不同的淬火方法，以尽量取得好的淬火效果。常用淬火方法的冷却方式与特点等,如图,4-37,及表,4-6,所示,。,表,4-6,常用淬火方法的种类、冷却特点和应用,图,4.37,各种淬火冷却曲线示意图,11,2.,回火的种类及适用范围,回火温度对,50,钢力学性能的影响图,（,a,）,wC,0.82,的钢 （,b,）,wC,0.2,的钢,钢的力学性能与回火温度的关系图,12,2.,回火的种类及适用范围,图,4.30,钢的冲击韧度与回火温度关系,13,2.,回火的种类及适用范围,表,4.7,回火种类、温度范围、组织形态、性能特点及应用,14,例题,4-1,共析碳钢在例题图,.,所示方法冷至室温后的转变组织为何？,i.分析 此题旨在检查是否正确掌握利用C曲线来近似分析不同热处理工艺（冷却）条件下获得转变产物（组织）的方法。,冷却速度条件下，由于冷速缓慢，当缓冷至点i时，A 开始转变为A+P组织，继续缓冷至点ii以下时，会得到全部P组织。,冷却速度，外表观察该冷却速度曲线似乎已切割了C曲线。但仔细分析，在临界点以上的那一段缓慢冷却实属保温时间，此时该合金的组织仍为稳定A，它如同仍在左上角O点一样，此时A并不会发生分解。只有继续快速冷却，当其实际VVKC时，就一定会获得M组织。现可从O点作V2的平行线V4，并判断其V4是否大于VKC。很显然此处V4VKC，故V2下最终的组织为M+AR。,在冷却速度曲线的中下方有一水平台阶，它相当于等温冷却，此冷却线与A等温冷却转变开始线的下半局部相交，说明会产生局部B下转变，当又继续快速冷却时，剩余的A将转变为M+AR。,在冷却速度条件下，由于其冷速大于VKC，故所获得组织应为M+AR。,例题图,4.1 C,曲线的应用,15,例题,4-1,共析碳钢在例题图,.,所示方法冷至室温后的转变组织为何？,ii.解答 获得组织：P；M+AR；B下+M+AR;M+AR。,iii.归纳 初学者易产生的错误可概括为：只获得B下；下，获得P或P+M。这说明仅从形式上认识冷却速度曲线与C曲线关系是远远不够。对于，开始的近乎水平似的冷却可看成是保温，因而就如同从O点开始一样，如再做一条平行线平行于，就很容易看出只能会得到M+AR组织。对于，当A在等温冷却阶段仅有局部转变为B下，继续快速冷却时尚未转变的A随即又转变为M+AR，这里关键是应明确钢的冷却转变实质上是A的转变，当A遇到第一条C字时即开始发生B下转变，但还未与第二条C字相遇，这说明仍有局部A，因而在快速冷却时会继续转变。,该题所反映出来的问题是大多数初学者都会遇到的普遍性问题，它说明对于C、CCT曲线的含义还未真正搞清。另外，冷却速度曲线与不同热处理工艺相对应，掌握它更具实际应用意义。这亦需要引起学习者足够重视。,iv.请思考：若要获得T+M+AR组织，请在图中绘出所选择的相应冷却速度曲线？,例题图,4.1 C,曲线的应用,16,例题,4-2,在分析共析钢正火作用时，应根据曲线、曲线还是,e,e3,相图？,i.分析 此题旨在检查正火的定义是否真正理解。所谓正火，即把钢件加热至Ac3或Accm以上，经一定时间保温后取出空冷，以期获得索氏体组织的一种热处理工艺操作。从定义的叙述中，可体会到正火包含加热过程，保温，冷却过程。,加热，就需要确定具体的加热温度范围，这就需要借助于变化了的e e3相图；,冷却过程是在空气中进行的，那就需要根据CCT曲线来分析了，但由于C曲线和CCT曲线存有共同的理论基础，如果手头没有CCT曲线（因其测定较困难），因而可根据C曲线近似地估计正火连续冷却时的转变产物。,17,例题,4-2,在分析共析钢正火作用时，应根据曲线、曲线还是,e,e,3,相图？,ii.,解答,在分析共析钢的正火作用时，确定正火的加热温度范围时应依据变化了的,Fe-Fe3C,相图；当判断正火的冷却组织时则应依据,CCT,曲线来分析。,若查不到有关,CCT,曲线的资料时，则可利用,C,曲线近似地估计正火冷却时的组织。,iii.,归纳,正火的定义可能人人都会背，但深入理解正火的作用并非易事，决不能只知其一就算了事。既要考虑加热温度范围，又要分析冷却过程中的变化，还要与该钢的,C,、,CCT,曲线结合起来综合考虑。对于其它的热处理工艺亦是一样。,iv.,请思考：,若,45,钢，,T12,钢正火处理后，分别将获得何种类型的组织呢？,18,请带着以下问题学习“钢的淬透性：,1.,有关淬透性的概念,（,1,）何谓淬透性？（,2,）淬透性大小是如何确定的？,（,3,）确定淬硬层深度的组织标准是什么？,（,4,）淬透性与淬硬性、淬硬层深度的区别又是什么？,2.,淬透性对钢力学性能产生如何影响？,（,1,）强度（,b,、,s,）、硬度（,HBS,）与塑、韧性（,K,）等,（,2,）疲劳强度（,-1,）与屈强比（,s,/,b,）,3.,影响淬透性的决定性因素与主要因素分别是什么？,（,1,）决定性因素,V,KC,（,2,）钢的化学成分,碳含量与合金元素含量,（,3,）钢的奥氏体化条件,4.,淬透性的表示方法是什么？,（,1,）末端淬火法（,J,）；（,2,）临界直径法（,D,C,）,5.,淬透性的实际意义又在何处？,19,4.3.3,钢的淬透性,（,The hardenability of steel,）,网带式淬火炉,淬透性,是钢的主要热处理工艺性能，,它,对合理选材及正确制订热处理工艺，具有十分重要的意义。,20,4.3.3,钢的淬透性,（,The hardenability of steel,）,现有一60mm的45钢坯棒料，加热到奥氏体化温度水淬，击断后观察其断口，可看到沿外外表一圈呈脆性的细瓷状和心部呈韧性的纤维状的双层结构；若将断口磨平依次测量硬度，可以发现试棒外表硬度高（压痕小而浅）而心部硬度低（压痕大而深），如左以下图所示。,观察其断口金相组织，发现试棒外表是M组织，靠内是T组织，从外表至心部其M数量是逐渐减少的，如右以下图所示。,45,钢未淬透断口及沿断面硬度压痕大小,断面上,M,的分布情况（金相组织及分布曲线）,21,4.3.3,钢的淬透性,（,The hardenability of steel,）,由于工件截面中心的冷却速度钢的VKC，工件就会淬透。而工件淬火时外表冷速最大，心部冷速最小，由外表至心部冷速逐渐降低（见右图所示）。只有冷速VKC的工件外层局部才能得到M（右图中阴影局部），这就是工件的淬透层。而冷速VKC的心部只能获得非M组织，这就是工件的未淬透区。,图,4.,工件截面不同冷速（,a,）与未淬透区（,b,）示意图,22,1.,有关淬透性的概念,图,4.,M,量和硬度随深度的变化,所谓,淬透性,系指钢在淬火时获得淬透层深度的能力，是