工程材料ch4钢的热处理

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1、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,*,第四章 钢,的,的热处理工,艺,艺,供应窄带钢行业热处理设备,毛坯生产,预备热处理,机械加工,最终热处理,机械精加工,预备热处理:,退火;,正,正火,最终热处理:,淬火;,回,回火,一般机械钢,零,零件生产的,工,工艺路线:,Therefore,热,热处理是,一,一种非常重,要,要的,加工方法,，极大部分,机,机械零件都,必,必须经过热,处,处理！,教学内容,4.1,钢,钢的退火与,正,正火工艺,4.2,钢,钢的淬火与,回,回火,4.3,钢,钢的表面热,处,处理,4.4,钢,钢的化学热,处,处理,过冷奥氏体

2、,的,的连续冷却,转,转变CCT曲线,C-continuous,C-cooling,T-transformation,知识回顾,Ps：AP开始线,Pf：AP终止线,K：珠光体,型,型转变终止,线,线,Vk：上临,界,界冷却速度,（,（马氏体临,界,界冷却速度,）,）M最小,冷,冷速,Vk：下,临,临界冷速,完,完全P最大,冷,冷速,共析碳钢TTT 曲,线,线与CCT,曲,曲线的比较,（1）CCT位于TTT曲线右下,方,方 AP,转,转变温度低,一,一些，t长,一,一些,（2）CCT无AB,转,转变CCT测,定,定困难，常,用,用TTT曲,线,线定性分析,C曲线的应,用,用,41,钢,钢的退火与

3、,正,正火工艺,将钢件加热,到,到适当温度,，,，保温一定,时,时间，然后,缓慢冷却,的热处理工,艺,艺。,退火工艺曲,线,线,一、退火,目的:消除应力;,降,降低硬度;,细,细化晶粒;,均,均匀成分;,为,为最终热处,理,理作好组织,准,准备。,1完全退,火,火,加热温度：Ac3以,上,上20-30度,组,织,织：P+F,目,的,的：,细化，,均,均匀化粗大,、,、,不均匀组织,接近平衡,组,组织,调整硬度,切,切削性,消除内应,力,力,应用范围：,亚,亚共析钢,，,，共析钢，,不适用于过,共,共析钢。,2球化退,火,火（不完全,退,退火）,加热温度：Ac1以,上,上20-40度,组,织,织

4、：,球,球状P（F+球状Cem）,目,的,的：,使Cem球化HRC，韧,性,性切削,性,性,为淬火作,准,准备,应用范围：,过,过共析钢,，,，共析钢,加热温度：,1050-1150,，,，10-20h,组织：P+F或P+Fe3C,II,目的：消除,偏,偏析,后果：粗大,晶,晶粒,（应用完全,退,退火消除）,4再结晶,退,退火,加热温度：Ac1以下50-150度，,或T,再,+30-50度,目的：消除,加,加工硬化,5去应力,退,退火,500-650,3扩散退,火,火（均匀化,退,退火）,把钢零件加,热,热到临界温,度,度以上30,50,保,保温一定时,间,间,然后,在空气中冷,却,却,的,热

5、处理工艺,。,二、正火,（,（空冷）,（1）作最,终,终热处理，,普,普通结构钢,零,零件,a.细化A,晶,晶粒，组织,均,均匀化,b.减少,亚,亚共析钢中F%P%,，细化组,织,织强度，,韧,韧性，硬度,（2）预先,热,热处理,a.消除,魏,魏氏组织，,带,带状组织；,细,细化组织,为,为淬火、调,质,质作准备,b.使过,共,共析钢中Fe,3,C,II,使其不,形,形成连续网,状,状，为球化,作,作准备,（3）改善,切,切削加工性,能,能,（低碳钢）,临界温度：,Ac3或Accm+30-50,组织：S+,（,（F或Fe3C）,应用及目的,：,：,以45#钢,为,为例的正火,工,工艺曲线：,保

6、温时间的,经,经验公式:,=KD,(单位为min,式中,K加热,系,系数,一般K=1.5-2.0m/min,若,若装炉量,大,大则可延长,保,保温时间,D工件有,效,效厚度,单,位,位为m),操作步骤如,下,下：,入炉,保温,出炉,空冷,三、退火、,正,正火的选择,工具钢正火+球化退火,结构钢正火,返修件退火,正火：冷速,快,快，材料组,织,织细化，机,械,械性能好。,1切削加,工,工,低碳钢正,火,火,中高碳钢,完,完全退火,高碳钢、合,金,金工具钢,正火球,化,化退火,2作为最,终,终热处理,正,正火,3为最终,热,热处理提供,良,良好的组织,状,状态,4.正,火,火可替代,完,完全退火,

7、以,以提高效,率,率,4.2,钢,钢的淬火,与,与回火,加热到A,C3,、A,C1,相变温度,以上，保,温,温，,快速冷却,M+A,1淬火,温,温度的决,定,定,亚共析钢,Ac3+30-50度,共析钢,Ac1+30-50度,过共析钢,Ac1+30-50度,A、保留一定的CemHRC，耐磨性,B、A中C%M中C%M脆性,C、A中C%M过饱和度残余A,淬火温度,过,过高A,粗,粗大M,粗,粗大力,学,学性能,，,，,淬火温度,过,过高A,粗,粗大M,粗,粗大淬,火,火应力,变形，,开,开裂,一、淬火,650,以上，慢,，,，减小热,应,应力,650-400,，快，避,免,免跨越C,曲,曲线,400

8、,以下，慢,，,，减轻相,变,变应力,理想淬火冷却曲线示意图,不同淬火方法示意图,2淬火,介,介质,保证,快,快速冷却,以45#,钢,钢为例的,淬,淬火工艺,曲,曲线：,入炉,保温,出炉,油冷(或水冷),二、钢的,淬,淬透性,1淬透,性,性：淬火条件,下,下得到M,组,组织的能,力,力，取决,于,于 V,K,（上临界,冷,冷却速度,）,）,2淬硬,性,性：钢在淬火,后,后获得硬,度,度的能力,，,，取决于M中C%,，,，C%,淬硬,性,性,3影响,淬,淬透性的,因,因素,V,K,，C曲线,C%,亚共析钢 C%淬透性，,过共析钢C%淬透性,奥氏体化温度,Tt淬透性,合金元素,除Co%以外，C曲线

9、右移，淬透性,未溶第二相,淬透性,影响C曲,线,线的因素,（1）根,据,据服役条,件,件，确定,对,对钢淬透,性,性的要求,；,；,选材,的,的依据,（2）热,处,处理工艺,制,制定的依,据,据；,（3）尺,寸,寸效应。,4淬透,性,性的应用,三、回火,a.消,除,除淬火应,力,力，降低,脆,脆性；,b.稳,定,定工件尺,寸,寸，由于M，残余A不稳定,；,；,c.获,得,得要求的,强,强度、硬,度,度、塑性,、,、韧性。,1回火,目,目的,（淬火组,织,织的问题,）,）,定义:,把,把淬火,后,后的零件,重,重新加温,到,到 A1,线,线以下某,个,个温度,保,保温一段,时,时间,然,后,后冷

10、却到,窒,窒温。,工艺参数,及,及组织,淬火+,高,高温回,火,火=,调,调质处理,2钢在,回,回火时的,组,组织转变,a.马,氏,氏体分解,（,（200,以下）,：析出,-Fe,2.4,C碳化物,（,（亚稳定,）,）,回火组织,：,：回火马,氏,氏体M,过饱和,固溶体十,亚,亚稳定,碳化物（,极,极细的),作用：晶,格,格畸变降,低,低，淬火,应,应力有所,下,下降。,b.,残,残余A分,解,解（200-300）：,AM,（,（或AB,下,）,组织：回,火,火马氏体M,c.,回,回火屈氏,体,体T形,成,成（250-400）,：,Fe,3,C;,F维,持,持M外,形,形,组织：回,火,火屈氏

11、体T(F+Fe,3,C),d.碳,化,化物的聚,集,集长大，,铁,铁素体的,回,回复与再,结,结晶（400,）,）,组织：回,火,火索氏体SF,（,（等轴晶,）,）+Fe,3,C（粒）,e.,碳,碳化物Fe3C,片,片细粒,状,状Fe3C,。,3回火,工,工艺组,织,织一性能,关,关系（及,应,应用）,（1）,低温回火,（,（150-250,）,回火马氏,体,体,M,降低淬火,应,应力，提,高,高韧性，,保,保证高硬,度,度（HRC58-64）和,耐,耐磨性,高碳的工,具,具、模具,、,、滚动轴,承,承，渗碳,与,与表面淬,火,火的零件,（2）,中温回火,（,（350-500,）,回火屈氏,体

12、,体 T,高弹性极,限,限和屈服,强,强度，一,定,定的韧性,，,，硬度一,般,般为HRC35-45,弹簧,（3）,高温回火,（,（500-650,）,回火索氏,体,体S,淬火高,温,温回火,调质处,理,理,综合机械,性,性能好(,强,强度、韧,性,性、塑性,的,的配合),，,，,硬度一般,为,为HRC25-35,承受交变,载,载荷，连,杆,杆、轴、,齿,齿轮等重,要,要结构件,最终,热,热处理,精密量具,、,、模具,预先热,处,处理,回火马氏,体,体组织金,相,相图,1、高碳回,火,火马氏体,：,：,强度、硬,度,度高、塑,性,性、韧性,差,差,2、低碳,回,回火马氏,体,体：,高的强度,与

13、,与韧性，,硬,硬度、耐,磨,磨性也较,好,好。,回火屈氏,体,体组织金,相,相图,屈服强度,与,与弹性极,限,限高,42CrMo,400,45钢,400,回火索氏,体,体组织金,相,相图,综合机械,性,性能好（,见下页,）,正火与,调质处理,的比较：,45钢,b,(MN/m,2,),(%)a,k,(kJ/m,2,)HB,组织,正火700-80012-20500-800163-220,细,细片S+F,调质750-85020-25800-1200210-250,细,细粒S,淬火+高,温,温回火,调,调质处理,200度,以,以下，HRC不变,。,。,200-300度,，,，M分解,，,，残余A,转

14、,转变为马,氏,氏体，硬,度,度降低不,大,大，,高碳钢硬,度,度,有一,定,定的升高,。,。,300,度,度，HRC降低。,1、韧,性,性,：,：400度,开,开始升高,，,，600,度,度最高。,2、弹性,极,极限：在300-400,度,度最高。,3、塑,性,性,：,：在600-650,度,度最高。,4、高碳,回,回火马氏,体,体：强度、硬,度,度高、塑,性,性、韧性,差,差,6、低碳,回,回火马氏,体,体：高的强度,与,与韧性，,硬,硬度、耐,磨,磨,性也较好,。,。,7、回火,屈,屈氏体：屈服强度,与,与弹性极,限,限高,8、回火,索,索氏体：综合机械,性,性能。,（4）回火温度,与,

15、与机械性,能,能的关系,4合金,元,元素对回,火,火转变的,影,影响,提高回火,稳,稳定性,回火稳定,性,性：指钢,在,在回火时,，,，抵抗回,火,火造成软,化,化的能力,。,。,b.增大,回火脆性（,见,见下页）,回火脆性：,指,指随回火温,度,度升高时，,在,在250400和450-650 两,个,个区出现冲,击,击韧性明显,下,下降的脆化,现,现象。,c.产生,二次硬化（,见,见下后页）,（1）低温回火脆,性,性（250-400,）,碳化物片沿M晶界析出,避免在此温,度,度回火,（3）高温回火脆,性,性（450-650,）,P等元素在,原,原A晶界偏,聚,聚，慢冷时,Cr、Ni,等,等促

16、进偏聚,Mo等抑制,偏,偏聚,减少P等杂,质,质元素，,添加Mo等,合,合金元素,二次硬化效,应,应：一些Mo,、,、W、V含,量,量较高的钢,回,回火时，硬,度,度并不随回,火,火温度的升,高,高单调降低,，,，而是在某,一,一温度（约400,）后反而开,始,始增大，并,在,在另一更高,温,温度（550,）达到峰值,。,。,如图钼钢合,金,金,回火类型,回火温度,组织,性能及应用,组织形态,低温回火,150250,回火M（M,）,保持高硬度，降低脆性及残余应力，用于工模具钢，表面淬火及渗碳淬火件,过饱和,a-Fe+e,碳化物,中温回火,350-500,回火屈氏体,（T,）,硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度，用于弹性元件,保留马氏体针形F+细粒Fe,3,C,高温回火,500-650,回火索氏体（S,）,强度、硬度、塑性、韧性、良好综合机械性能，优于正火得到的组织。中碳钢、重要零件采用。,多边形F+粒状Fe,3,C,5回火工,艺,艺及其应用,记注：淬火+高温回火,调质处理,应用很多,以45#钢,为,为例的,调质,工艺曲线：,淬火+高温,回,回火调质,处,处理,4.3,钢,钢的表面热,处