钢的热处理很全面.ppt

《钢的热处理很全面.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢的热处理很全面.ppt（176页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、【重点内容】 1. 钢加热及保温的目的； 2. 奥氏体晶粒度的概念及影响因素； 3. 共析钢过冷奥氏体等温冷却曲线中各种温度区域内奥氏体 的转变产物及组织形貌，性能特点。 4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组 织变化和最终性能的影响； 5. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用 途和适用的钢种，零件的范围。 第4章 钢的热处理 【本章难点】 等温冷却曲线中各种温度区域内奥氏 体转变产物的组织形貌，性能特点、退火与 正火的工艺及目的、淬火加热温度的选择、 淬透性与淬硬性的概念及区别、回火的种类 及应用。 第4章 钢的热处理 【基本要求】 1.了解热处理的定义、目

2、的、分类及作用； 2.掌握钢加热和保温的目的 3.掌握钢在冷却转变时的产物及转变曲线； 4.熟悉钢的退火、正火、淬火、回火的目的、工艺 及应用； 5.掌握钢的淬透性概念、影响因素及与淬硬性的区 别； 6.了解表面热处理的目的及应用。 第4章 钢的热处理 第4章 钢的热处理 v改善钢的性能，主要有两条途径： v一是合金化，这是下几章研究的内容； v二是热处理，这是本章要研究的内容。 第一节 概述 v1、热处理：是指将钢在固态下加热、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. l为简明表示热处理 的基本工艺过程， 通常用温度时间 坐标绘出热处理工 艺曲线。 v在机床制造中约60-

3、70%的零 件要经过热处理。 v在汽车、拖拉机制造业中需 热处理的零件达70-80%。 l热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用. l模具、滚动轴承100%需经过 热处理。 l总之，重要零件都需适当热处 理后才能使用。 v2、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 l3、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。 v4、热处理分类 v热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称 热处理原理。 v热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、 介质

4、等参数称热处理工艺。 (a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F） 20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织 v根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将 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 形变热处理 激光热处理 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 v5、

5、预备热处理与最终热处理 v预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 或进一步热处理作准备的热处理。 v最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理. 预备热处理最终热处理 W18Cr4V钢热处理工艺曲线 时间 温度/ 钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示 ;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。 v由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册 中的数据是以30-50/h 的速度加热或冷却时测得的. l6、临界温度与实际转变 温度 l铁碳相图中PSK、GS、ES 线分别用A1、A3、Acm表示. l实际加热或冷却时存在着 过冷或过热现象，因此将 7 钢的热

6、处理工艺过程及工艺参数： 1、钢的热处理工艺过程：（两大工艺过程）热处理条件是要有 固态相变，要加热到A相。 加热过程： 有升温和保温两阶段。要求固相转变，要到相变温 度以上才可，也即要加热到化，需到A1,A3,Acm线以上温度才转变 ，由于加热时速度影响，因此要有一定的过热度才转变，也即要加 热到A1,A3,Acm线以上温度才转变，才能化。保温（时间）使零 件热透及化转变成分均匀； 冷却过程： 由于冷却也有一定速度，也有一定过冷度，它 要冷却到Ar1、Ar3,Arcm以下才能转变。以不同的速度冷却，可得到 不同的组织。 8、热处理的主要参数：有工艺过程可知 加热温度： 到Ac1,Ac3,Ac

7、cm才能全化。 保温时间： 保温的目的是使零件热透和相变完全以及成 分均匀化，从而使冷却后得到良好的组织性能。 冷却速度冷： 冷却介质有盐水、碱水、油、空气、水。 第4章 钢的热处理 钢的热处理视频 第二节 钢在加热时的转变 v加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在 A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 钢坯加热 l一、奥氏体的形成过程 l奥氏体化也是形核和长大 的过程，分为四步。现以 共析钢为例说明： v第一步 奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核 。 v第二步 奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向 和Fe3C方向长大

8、。 v第三步 残余Fe3C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Fe3C随保温时间延长 继续溶解直至消失。 v第四步 奥氏体成分均匀 化：Fe3C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。 温度， 共析钢奥氏体化曲线（875退火） 共析钢奥氏体化过程 v亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上. 二、奥氏体晶粒长大及其影响因素 v1、奥氏体晶粒长大 v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。 v随加热温度升高或

9、保温时间延长，奥氏 体晶粒将进一步长大，这也是一个自发 的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶 晶粒长大过程相同。 温来判断。 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。前者晶粒长大倾向大，后 者晶粒长大倾向小。 l在给定温度下奥氏体的 晶粒度称实际晶粒度。 l加热时奥氏体晶粒的长 大倾向称本质晶粒度。 l通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法 把奥氏体晶粒保留到室 v2、影响奥氏体晶粒长大的因素 v加热温度和保温时间: 加热温 度高、保温时间长, 晶粒粗大. v加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细. l合金元素： l阻碍奥氏体晶粒长大的元

10、素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、 Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。 析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎 Nb/% 奥氏体晶粒尺寸/m Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响 v促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 v 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 v奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的 常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。 箱式可控气氛多用炉 真空热处理炉 第三节 钢在冷却时的转变 v冷却是热处理更重要的工序。 v一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 v处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥 氏体是非稳定组

11、织，迟早要发生转变。随过冷度不 同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和 马氏体转变三种类型转变。 v现以共析钢为例说明： v 珠光体转变 v1、珠光体的组织形态及性能 v过冷奥氏体在 A1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 珠光体 索氏体托氏体 物，根据片 层厚薄不同, 又细分为珠 光体、索氏 体和托氏体. v 珠光体： v形成温度为A1-650 ，片层较厚，500倍光 镜下可辨，用符号P表 示. 光镜下形貌电镜下形貌 三维珠光体如同放在水中的包心菜 v 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

12、示。 电镜形貌 光镜形貌 v 托氏体 v形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨， 用符号T 表示。 电镜形貌光镜形貌 v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。 片间距 b HRC l片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧性 略有改善。 v2、珠光体转变过程 v珠光体转变也是形核和长大的过程。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 长大，形成一个珠光体团。 l珠光体转变是扩散型转变。 氏体的含碳 量下降，促 进了铁素体 形核，两者 相间形核并 珠光体转变 珠光体转变过程 珠 光 体 转 变 过 程 观 察 v 贝

13、氏体转变 v1、贝氏体的组织形态及 性能 v过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为 贝氏体类型组织，贝氏 体用符号B表示。 v根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体 (B上)和下贝氏体(B下). 上贝氏体 下贝氏体 v 上贝氏体 v形成温度为550- 350。 v在光镜下呈羽毛状. v在电镜下为不连续 棒状的渗碳体分布 于自奥氏体晶界向 晶内平行生长的铁 素体条之间。 光镜下 电镜下 v下贝氏体 v形成温度为350- Ms。 v在光镜下呈竹叶状。 光镜下 电镜下 l在电镜下为细片状碳 化物分布于铁素体针 内，并与铁素体针长 轴方向呈55-60角。 v上贝氏体强度与塑性都较低，无使

14、用价值。 v下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较 好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的 强化组织之一。 上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌 下贝氏体 v2、贝氏体转变过程 v贝氏体转变也是形 核和长大的过程。 v发生贝氏体转变时, 首先在奥氏体中的 贫碳区形成铁素体 晶核，其含碳量介 于奥氏体与平衡铁 素体之间，为过饱 和铁素体。 v当转变温度较高（550-350) 时，条片状铁素体从 奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变 宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条 间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上 。 上贝氏体转变过程 上 贝 氏 体 转 变 过 程 观 察

15、 v贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而 铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。 l当转变温度较低（350- 230) 时，铁素体在晶界或 晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低, 其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一 定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。 下贝氏体转变 v 马氏体转变 v当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 v马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。 v1、马氏体的晶体结构 v碳在-Fe中的过饱和固溶 体称马氏体，用M表示。 马氏体组织 l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中. v马氏体具有体心正方晶格（a=bc） v轴比c/a 称

16、马氏体的正方度。 vC% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 v当0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格 . v2、马氏体的形态 v马氏体的形态分板 条和针状两类。 v 板条马氏体 v立体形态为细长的 扁棒状 v在光镜下板条马氏 体为一束束的细条 组织。 光镜下 电镜下 v每束内条与条之间尺 寸大致相同并呈平行 排列，一个奥氏体晶 粒内可形成几个取向 不同的马氏体束。 v在电镜下，板条内的 亚结构主要是高密度 的位错，=1012/cm2, 又称位错马氏体。 SEM TEM v 针状马氏体 v立体形态为双凸透镜形的 片状。显微组织为针状。 v在电镜下，亚结构主要是 孪晶，又称孪晶马

17、氏体。 电镜下 电镜下光镜下 v 马氏体的形态主 要取决于其含碳量 vC%小于0.2%时，组 织几乎全部是板条马 氏体。 vC%大于1.0%C时几 乎全部是针状马氏体 . vC%在0.21.0%之间 为板条与针状的混合 组织。 马氏体形态与含碳量的关系 0.45%C0.2%C12%C 45钢正常淬火组织 v先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿 过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形 成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小. l原始奥氏体晶粒 细，转变后的马 氏体片也细。 l当最大马氏体片 细到光镜下无法 分辨时，该马氏 体称隐晶马氏体. 马 氏 体 转 变 观 察 v3、马

18、氏体的性能 v高硬度是马氏体性 能的主要特点。 v马氏体的硬度主要 取决于其含碳量。 v含碳量增加，其硬 度增加。 l当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 l合金元素对马氏体硬度的影响不大。 马氏体硬度、韧性与含碳量的关系 C% v马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。 此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 v马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针 状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性. 针状马氏体板条马氏体 马氏体的透射电镜形貌 v4、马氏体转变的特点 v马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是： v无扩散性 l铁和碳原子 都不扩散， 因而马氏体 的

19、含碳量与 奥氏体的含 碳量相同。 v 共格切变性 v由于无扩散，晶格转变是以切 变机制进行的。使切变部分的 形状和体积发生变化，引起相 邻奥氏体随之变形，在预先抛 光的表面上产生浮凸现象。 马氏体转变 切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸 v 降温形成 v马氏体转变开始的温度称 上马氏体点，用Ms 表示. l马氏体转变终了温度称 下马氏体点，用Mf 表示. l只要温度达到Ms以下即 发生马氏体转变。 l在Ms以下，随温度下降, 转变量增加，冷却中断, 转变停止。 Mf Ms M(50%) M(90%) v高速长大 v马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。 v当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使

20、已形成的 马氏体产生裂纹。 v 转变不完全 l即使冷却到Mf 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 或 表示。 vMs、Mf 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合 金元素含量（包括碳含量）。 v马氏体转变后，A 量随含碳量的增加而增加，当 含碳量达0.5%后，A量才显著。 含 碳 量 对 马 氏体 转 变 温 度 的 影响 含碳 量对残余奥 氏体 量的影响 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 显微组织特征HRC 获得 工艺 珠 光 体 PA1650 扩 散 型 粗片状，F、Fe3C相间分布5-2

21、0退火 S650600细片状，F、Fe3C相间分布20-30正火 T600550 极细片状，F、Fe3C相间分布 30-40 等温 处理 贝 氏 体 B上550350 半扩 散型 羽毛状，短棒状Fe3C分布于 过饱和F条之间 40-50 等温 处理 B下350MS 竹叶状，细片状Fe3C分布于 过饱和F针上 50-60 等温 淬火 马 氏 体 M针MSMf 无扩 散型 针状60-65淬火 M*板条MSMf板条状50淬火 二、过冷奥氏体转变图 v过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变 两种。 两种冷却方式 示意图 1等温冷却 2连续冷却 v过冷奥氏体的等温转 变图是表示奥氏体急 速冷却到临

22、界点A1 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、S 曲 线或TTT曲线。 过冷奥氏体的等温转变图 (Time-Temperature-Transformation diagram) v1、C曲线的建立 v以共析钢为例： v取一批小试样 并进行奥氏体化. v将试样分组淬 入低于A1 点的不 同温度的盐浴中, 隔一定时间取一 试样淬入水中。 v测定每个试样的转变 量，确定各温度下转变 量与转变时间的关系。 v将各温度下转变开始 时间及终了时间标在温 度时间坐标中，并分 别连线。 v转变开始点的连线称转 变开始线。转变终了点 的连线称转变终了线。 4-3 钢在

23、热处理冷却时的组织转变 TTT vA1-Ms 间及转 变开始线以左 的区域为过冷 奥氏体区。 v转变终了线以 右及Mf以下为 转变产物区。 v两线之间及Ms 与Mf之间为转 变区。 时间 温度 A1 MS Mf A 过冷 P B M AM AB AP 转变开始线 转变终了线 奥氏体 550 650 2s10s 5s 2s 5s 10s 30s 40s v2、C 曲线的分析 v 转变开始线与纵 坐标之间的距离为 孕育期。 v孕育期越小，过冷 奥氏体稳定性越小. v孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳 钢鼻尖处的温度为 550。 v在鼻尖以上, 温度较 高，相变驱动力小. v在鼻尖以下，温度 较低

24、，扩散困难。 从而使奥氏体稳定 性增加。 v C曲线明确表示 了过冷奥氏体在不 同温度下的等温转 变产物。 v3、影响C 曲线的因素 v 成分的影响 v 含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲 线最靠右。Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。 v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。 Cr对C曲线的影响 v 合金元素的 影响 v除Co 外, 凡溶 入奥氏体的合金 元素都使C 曲线 右移。 l除Co和Al 外 ,所有合金元 素都使Ms 与 Mf 点下降。 推杆式电阻炉 v 奥氏体化条件的影响 v奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分 均匀、晶粒粗大、未

25、溶碳化物减少，增加了过冷奥 氏体的稳定性，使C 曲线右移。 v使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响. v 过冷奥氏体连续冷却转变图 v过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT(Continuous -Cooling-Transformation diagram)曲线，是通 过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。 共析钢CCT曲线过共析钢CCT曲线亚共析钢CCT曲线 v1、共析钢的CCT曲线 v共析钢的CCT曲线没 有贝氏体转变区，在 珠光体转变区之下多 了一条转变中止线。 v当连续冷却曲线碰到 转变中止线时，珠光 体转变中止，余下的 奥氏体一直保持到Ms 以下转变为马氏体。 VkVk

26、共析钢的CCT曲线 v图中的Vk 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. vVk 为TTT曲线的 临界冷却速度. Vk 1.5 Vk 。 VkVk 时间/s 温度/ 共析钢的CCT图 共析温度 连续冷却转 变曲线 完全退火 正火 等温转 变曲线 油淬 水淬 M+AM+T+A S P 200 100 vCCT曲线位于TTT曲线 右下方。CCT曲线获得 困难，TTT曲线容易测 得。 v可用TTT曲线定性说明 连续冷却时的组织转变 情况。方法是将连续冷 却曲线绘在C 曲线上， 依其与C 曲线交点的位 置来说明最终转变产物. 用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时 的

27、组织转变 炉冷 空冷 油 冷 水 冷 P S T+M+A M+A P 均匀A 细A P 退火 (炉冷) 正火 (空冷) S 淬火 (油冷) T+M+AM+A 淬火 (水冷) A1 MS Mf 时间 650 600 550 45钢850油冷组织 M+T v2、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AFe3C转变开始线。由于Fe3C 的析出, 奥氏体中含碳量下降, 因而Ms 线右端升高. v3、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，还多AF 开始线, F析出使A含碳量升高, 因而Ms 线右端下降. 过共析钢CCT曲线亚共析钢CCT曲线 第四节 钢的退火与正火 v机械零件的

28、一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预 备热处理机加工 最终热处理。 l退火与正火主要用于 预备热处理，只有当 工件性能要求不高时 才作为最终热处理。 一、退火 v将钢加热至适当温 度保温，然后缓慢 冷却 (炉冷) 的热处 理工艺叫做退火。 v1、退火目的 l调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为 170-250HBS。 l 消除内应力，防止加工中变形。 l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉 v2、退火工艺 v退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、 球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。 v 完全退火 l将工件加热到 Ac3+3050保 温后缓冷的退 火工艺，主要 用于亚

29、共析钢 . v 等温退火 v亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热 到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度 下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短 工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 高速钢等温退火与普通退火的比较 v 球化退火 v球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。 l它是将工件加热到 Ac1+ 30-50 保温后 缓冷，或者加热后冷 却到略低于 Ar1 的温 度下保温，使珠光体 中的渗碳体球化后出 炉空冷。主要用于共 析、过共析钢。 v球化退火的组织为铁素体基 体上分布着颗粒状渗碳体的 组织，称球状珠光体, 用P球 表示。 球状珠光体 l对

30、于有网状二次渗碳体的 过共析钢，球化退火前应 先进行正火，以消除网状. v二、正火 v正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加 热到Ac1+3050，过共析钢 加热到Accm+30 50保温 后空冷的工艺。 v正火比退火冷却速度大。 v1、正火后的组织： 0.6%C时，组织为F+S； 0.6%C时，组织为S 。 正火温度 正 火 v2、正火的目的 v 对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。 v 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备。 l 普通件最终热处 理。 l要改善切削性能， 低碳钢用正火，中 碳钢用退火或正火, 高碳钢用球化退火. 热处理与硬度关

31、系 合适切削加工硬度 第五节 钢的淬火 v淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于 Vk速 度冷却，使奥氏体转变 为马氏体的热处理工艺. l淬火是应用最广的热处 理工艺之一。 l淬火目的是为获得马氏 体组织，提高钢的性能. 真空淬火炉 一、淬火温度 v1、碳钢 v 亚共析钢 l淬火温度为Ac3+30- 50。 l预备热处理组织为退 火或正火组织。 v亚共析钢淬火组织： v0.5%C时为M v0.5%C时为M+A。 65MnV钢(0.65%C) 淬火组织45钢(含0.45%C)正常淬火组织 v在Ac1 Ac3之间的加热 淬火称亚温淬火。 35钢（含0.35%C）亚温淬火组织 l亚温淬火组织为 F

32、+M，强硬度 低，但塑韧性好 . v 共析钢 v淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为M+A。 v 过共析钢 v淬火温度: Ac1+30-50. v温度高于Accm，则奥氏 体晶粒粗大、含碳量高, 淬火后马氏体晶粒粗大、 A量增多。使钢硬度、 耐磨性下降，脆性、变 形开裂倾向增加。 v淬火组织: M+Fe3C颗粒 +A。(预备组织为P球) T12钢（含1.2%C）正常淬火组织 v2、合金钢 v由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大 有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 v 亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。 v 共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100 。 钢坯加热

33、二、淬火介质 v理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms 附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小 理想淬火曲线示意图 Ms Mf 内应力的目的。但目前 还没有找到理想的淬火 介质。 l常用淬火介质是水和油. l水的冷却能力强，但低 温却能力太大，只使用 于形状简单的碳钢件。 v油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太 小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 v熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间, 用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 v聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质. 三、淬火方法 v采用不同的淬火方法 可弥补介质的不足。 v1、单液淬火法 v加热工件在一种

34、介质 中连续冷却到室温的 淬火方法。 v操作简单，易实现自 动化。 各种淬火方法示意图 1单液淬火法 2双液淬火法 3分级淬火法 4等温淬火法 v2、双液淬火法 v工件先在一种冷却能力 强的介质中冷，却躲过 鼻尖后，再在另一种冷 却能力较弱的介质中发 生马氏体转变的方法。 如水淬油冷，油淬空冷. v优点是冷却理想，缺点 是不易掌握。用于形状 复杂的碳钢件及大型合金钢件。 v3、分级淬火法 v在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后 再取出缓冷。 l可减少内应力，用于小尺 寸工件。 盐浴炉 v4、等温淬火法 v将工件在稍高于 Ms 的盐浴 或碱浴中保温足够长时间， 从而获得下贝氏体组织的淬

35、 火方法。 v经等温淬火零件具有良好的 综合力学性能，淬火应力小. v适用于形状复杂及要求较高 的小型件。 淬 火 方 法 第六节 钢的淬透性 网带式淬火炉 v淬透性是钢的主要热处理性能。 v是选材和制订热处理工艺的重要依据之一 。 一、淬透性的概念 M量和硬度随 深度的变化 v淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其 大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。 l淬硬层深度是指由 工件表面到半马氏 体区(50%M + 50%P) 的深度。 l淬硬性是指钢淬火 后所能达到的最高 硬度，即硬化能力. 二、淬透性与淬硬层深度的关系 v同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。 工件尺寸小、介质冷

36、却能力强，淬硬层深。 v淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材 料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬 层深度来确定的。 三、影响淬透性的因素 v钢的淬透性取决于临界冷 却速度Vk， Vk越小，淬 透性越高。 vVk取决于C曲线的位置， C 曲线越靠右，Vk越小。 l因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素. 即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬 透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的 淬透性提高。 四、淬透性的测定及其表示方法 v1、淬透性的测定常用末端淬火法 示，J 表示末端 淬透性，d 表示 半马氏体区到水 冷端的距离， HRC 为半马氏 体区的硬度。

37、 v2、淬透性的表示方法 v 用淬透性曲线表示 即用 表 v 用临界淬透直径表示 v临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被 淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。 vD0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。 v只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比 较，如45钢D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。 马氏体 马氏体 索氏体 五、淬透性的应用 v1、利用淬透性曲线及圆棒冷速与端淬距离的关系 曲线可以预测零件淬火后的硬度分布。下图为预 测50mm直径40MnB钢轴淬火后断面的硬度分布. v2、利用淬透性曲线进行选材。如要求厚60mm汽 车转向节淬火后表面硬度超过5

38、0HRC，1/4半径处 为45HRC。 v3、利用淬透性可控制淬硬 层深度。 v对于截面承载均匀的重要件, 要全部淬透。如螺栓、连杆 、模具等。对于承受弯曲、 扭转的零件可不必淬透(淬硬 层深度一般为半径的 1/21/3)，如轴类、齿轮等 。 v淬硬层深度与工件尺寸有关, 设计时应注意尺寸效应。 高强螺栓 柴油机连杆 齿轮 v不同冷却条件下的转变产物 等温退火 P 退火 (炉冷) 正火 (空冷) S (油冷) T+M+A 等温淬火 B下M+A 分级淬火 M+A 淬火 (水冷) A1 MS Mf 时间 温度 淬火 P P 均匀A 细A ？ ？ ？ 第七节 钢的回火 v回火是指将淬火钢加热 到A1

39、以下的某温度保温 后冷却的工艺。 v一、回火的目的 v1、减少或消除淬火内 应力, 防止变形或开裂. l2、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆 性大，回火可调整硬度、韧性。 螺杆表面的 淬火裂纹 v3、稳定尺寸。淬火M和A都是非平衡组织，有自发 向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A转变为平 衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。 v4、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采 用 回火软化既能降低硬度，又 能缩短软化周期。 l未经淬火的钢回火无意义， 而淬火钢不回火在放置使用 过程中易变形或开裂。钢经 淬火后应立即进行回火。 二、钢在回火时的转变 v淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶

40、段。随 加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。 网带式回火电炉 v 回火时组织转变 v1、马氏体的分解 v100回火时，钢 的组织无变化。 v100-200加热时 ，马氏体将发生分 解,从马氏体中析出 碳化物(- FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出的 碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称 回火马氏体，用M回表示。 透射电镜下的回火马氏体形貌 回火马氏体 v在光镜下M回为黑色，A为白色。 v 0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的 偏聚。 v2、残余奥氏体分解 l200-300时, 由于 马氏体分解，奥氏 体所受的压力下降, Ms 上升，A 分解 为- 碳化物和过饱

41、和铁素体，即M回。 衡成分, 内应力大量消除，M回转变为在保持马氏体 形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回 火托氏体，用T回表示。 l发生于250-400， 此时，-碳化物溶 解于F中，并从铁 素体中析出Fe3C。 l到350, 马氏体含 碳量降到铁素体平 回火托氏体 l3、-碳化物转变为Fe3C 回火索氏体 v4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 l400以上, Fe3C开 始聚集长大。 l450 以上铁素体 发生多边形化，由 针片状变为多边形. l这种在多边形铁素 体基体上分布着颗 粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。 淬火钢硬度随回火温度的变化40钢力学性能与回火温度

42、的关系 v 回火时的性能变化 v回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高， 钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。 v200以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢 的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。 l200-300，由于 高碳钢中A转变 为M回, 硬度再次 升高。 l大于300,由于 Fe3C粗化，马氏 体转变为铁素体, 硬度直线下降。 三、回火脆性 v淬火钢的韧性并 不总是随温度升 高而提高。 v在某些温度范围 内回火时，会出 现冲击韧性下降 的现象，称回火 脆性。 v1、第一类回火脆性 v又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火 时出现的脆性。 l这种回火脆性是不可 逆的

43、，只要在此温度 范围内回火就会出现 脆性，目前尚无有效 消除办法。 l回火时应避开这一温 度范围。 v2、第二类回火脆性 v又称可逆回火脆性。是指 淬火钢在500-650范围 内回火后缓冷时出现的脆 性. 回火后快冷不出现，是可 逆的。 v防止办法： v 回火后快冷。 l 加入合金元素W (约1%)、 Mo(约0.5%)。该法更 适用于大截面的零部件。 四、回火种类 v根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质. 广泛用于各种结构件如轴、 齿轮等热处理。也可作为要 求较高精密件、量具等预备 热处理。 适用于各种高碳 钢、渗碳件及表 面淬火件。 应用

44、获得良好的综合力学性能， 即在保持较高的强度同时， 具有良好的塑性和韧性。 提高e及s， 同时使工件具有 一定韧性 。 在保留高硬度、高 耐磨性的同时，降 低内应力。 回火目的 S回 T回 M回 回火组织 500-650350-500150-250 回火温度 高温回火 中温回火 低温回火 适用于 弹簧热处理 第八节 钢的表面淬火 v表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情 况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以 强化零件表面的热处理方法。 火焰加热火焰加热 感应加热 v表面淬火目的： v 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限; v 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有 足够的塑性

45、和韧性。即表硬里韧。 v适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。 轴的轴的感应加热表面淬火感应加热表面淬火 v1、表面淬火用材料 v 0.4-0.5%C的中碳钢。 v含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。 v含碳量过高，心部韧性下降； v 铸铁 提高其表面耐磨性。 机床导轨表面淬火齿轮 v2、预备热处理 v工艺： v对于结构钢为调质或正火 。 v前者性能高，用于要求高 的重要件，后者用于要求 不高的普通件。 v目的: v为表面淬火作组织准备 ； v 获得最终心部组织。 回火索氏体 索氏体 v3、表面淬火后的回火 v采用低温回火，温度不高于200。 v回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性

46、。 v4、表面淬火+低温回火后的组织 v表层组织为M回；心部组织为S回(调质)或F+S(正火) 。 感应加热表面淬火感应淬火机床 感应淬火机床 感应加热 表面淬火 示意图 v5、表面淬火常用加热方法 v 感应加热: 利用交变电 流在工件表面感应巨大涡 流，使工件表面迅速加热 的方法。 v感应加热分为： v 高频感应加热 频率为250-300KHz， 淬硬层深度0.5-2mm 传动轴连续淬 火感应器 感应加热表面淬火齿轮的截面图 v 中频感应加热 频率为2500- 8000Hz，淬硬层 深度2-10mm。 各种感应器 中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 v 工频感应加热 频率为50Hz,淬 硬层深

47、度10-15 mm 各种感应器 感应穿透加热 v 火焰加热: 利用乙炔火焰直 接加热工件表面的方法。成本 低，但质量不易控制。 v 激光热处理: 利用高能量密 度的激光对工件表面进行加热 的方法。效率高，质量好。 火焰加热表面淬火示意图 激光表面热处理 火焰加热表面淬火 激 光 表 面 热 处 理 第九节 钢的化学热处理 v化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，使 介质中活性原子 渗入工件表层从 而改变工件表层 化学成分和组织, 进而改变其性能 的热处理工艺。 v与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组 织，还改变其化学成分。 v化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 v根据渗入的

48、元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮 化、多元共渗、渗其他元素等。 可控气氛渗碳炉 渗碳回火炉 一、化学热处理的基本过程 v1、介质(渗剂)的分解: 分解 的同时释放出活性原子。 v如：渗碳 CH42H2+C 氮化 2NH33H2+2N v2、工件表面的吸收: 活性 原子向固溶体溶解或与钢中 某些元素形成化合物。 v3、原子向内部扩散。 氮化扩散层 二、钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 v1、渗碳目的 v提高工件表面硬度 、耐磨性及疲劳强 度，同时保持心部 良好的韧性。 v2、渗碳用钢 l为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低 。 经渗碳的机车从动齿轮 气体渗碳 法示意图

49、 v3、渗碳方法 v 气体渗碳法 v将工件放入密封炉内， 在高温渗碳气氛中渗碳 。 v渗剂为气体 (煤气、液 化气等)或有机液体(煤 油、甲醇等)。 v优点: 质量好, 效率高； 缺点: 渗层成分与深度不易控制。 v 固体渗碳法 v将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳 。 v渗剂为木炭。 v优点：操作简单； v缺点：渗速慢，劳动条件差。 l 真空渗碳法 l将工件放入真空渗碳炉中，抽 真空后通入渗碳气体加热渗碳 。 l优点: 表面质量好, 渗碳速度快 。 真空渗碳炉 v4、渗碳温度：为900-950。 v渗碳层厚度（由表面到过度层一半处的厚度）： 一般为0.5-2mm。 低碳钢渗碳缓冷后的组织 l