工程材料ch4鋼的熱處理

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,第四章 鋼,的,的熱處理工,藝,藝,供應(yīng)窄帶鋼行業(yè)熱處理設(shè)備,毛坯生產(chǎn),預(yù)備熱處理,機(jī)械加工,最終熱處理,機(jī)械精加工,預(yù)備熱處理:,退火;,正,正火,最終熱處理:,淬火;,回,回火,一般機(jī)械鋼,零,零件生產(chǎn)的,工,工藝路線:,Therefore,熱,熱處理是,一,一種非常重,要,要的,加工方法,，極大部分,機(jī),機(jī)械零件都,必,必須經(jīng)過熱,處,處理！,教學(xué)內(nèi)容,4.1,鋼,鋼的退火與,正,正火工藝,4.2,鋼,鋼的淬火與,回,回火,4.3,鋼,鋼的表面熱,處,處理,4.4,鋼,鋼的化學(xué)熱,處,處理,過冷奧氏體

2、,的,的連續(xù)冷卻,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)變CCT曲線,C-continuous,C-cooling,T-transformation,知識(shí)回顧,Ps：AP開始線,Pf：AP終止線,K：珠光體,型,型轉(zhuǎn)變終止,線,線,Vk：上臨,界,界冷卻速度,（,（馬氏體臨,界,界冷卻速度,）,）M最小,冷,冷速,Vk：下,臨,臨界冷速,完,完全P最大,冷,冷速,共析碳鋼TTT 曲,線,線與CCT,曲,曲線的比較,（1）CCT位于TTT曲線右下,方,方 AP,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)變溫度低,一,一些，t長,一,一些,（2）CCT無AB,轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)變CCT測,定,定困難，常,用,用TTT曲,線,線定性分析,C曲線的應(yīng),用,用,41,鋼,鋼的退火與

3、,正,正火工藝,將鋼件加熱,到,到適當(dāng)溫度,，,，保溫一定,時(shí),時(shí)間，然后,緩慢冷卻,的熱處理工,藝,藝。,退火工藝曲,線,線,一、退火,目的:消除應(yīng)力;,降,降低硬度;,細(xì),細(xì)化晶粒;,均,均勻成分;,為,為最終熱處,理,理作好組織,準(zhǔn),準(zhǔn)備。,1完全退,火,火,加熱溫度：Ac3以,上,上20-30度,組,織,織：P+F,目,的,的：,細(xì)化，,均,均勻化粗大,、,、,不均勻組織,接近平衡,組,組織,調(diào)整硬度,切,切削性,消除內(nèi)應(yīng),力,力,應(yīng)用范圍：,亞,亞共析鋼,，,，共析鋼，,不適用于過,共,共析鋼。,2球化退,火,火（不完全,退,退火）,加熱溫度：Ac1以,上,上20-40度,組,織,織

4、：,球,球狀P（F+球狀Cem）,目,的,的：,使Cem球化HRC，韌,性,性切削,性,性,為淬火作,準(zhǔn),準(zhǔn)備,應(yīng)用范圍：,過,過共析鋼,，,，共析鋼,加熱溫度：,1050-1150,，,，10-20h,組織：P+F或P+Fe3C,II,目的：消除,偏,偏析,后果：粗大,晶,晶粒,（應(yīng)用完全,退,退火消除）,4再結(jié)晶,退,退火,加熱溫度：Ac1以下50-150度，,或T,再,+30-50度,目的：消除,加,加工硬化,5去應(yīng)力,退,退火,500-650,3擴(kuò)散退,火,火（均勻化,退,退火）,把鋼零件加,熱,熱到臨界溫,度,度以上30,50,保,保溫一定時(shí),間,間,然后,在空氣中冷,卻,卻,的,熱

5、處理工藝,。,二、正火,（,（空冷）,（1）作最,終,終熱處理，,普,普通結(jié)構(gòu)鋼,零,零件,a.細(xì)化A,晶,晶粒，組織,均,均勻化,b.減少,亞,亞共析鋼中F%P%,，細(xì)化組,織,織強(qiáng)度，,韌,韌性，硬度,（2）預(yù)先,熱,熱處理,a.消除,魏,魏氏組織，,帶,帶狀組織；,細(xì),細(xì)化組織,為,為淬火、調(diào),質(zhì),質(zhì)作準(zhǔn)備,b.使過,共,共析鋼中Fe,3,C,II,使其不,形,形成連續(xù)網(wǎng),狀,狀，為球化,作,作準(zhǔn)備,（3）改善,切,切削加工性,能,能,（低碳鋼）,臨界溫度：,Ac3或Accm+30-50,組織：S+,（,（F或Fe3C）,應(yīng)用及目的,：,：,以45#鋼,為,為例的正火,工,工藝曲線：,保

6、溫時(shí)間的,經(jīng),經(jīng)驗(yàn)公式:,=KD,(單位為min,式中,K加熱,系,系數(shù),一般K=1.5-2.0m/min,若,若裝爐量,大,大則可延長,保,保溫時(shí)間,D工件有,效,效厚度,單,位,位為m),操作步驟如,下,下：,入爐,保溫,出爐,空冷,三、退火、,正,正火的選擇,工具鋼正火+球化退火,結(jié)構(gòu)鋼正火,返修件退火,正火：冷速,快,快，材料組,織,織細(xì)化，機(jī),械,械性能好。,1切削加,工,工,低碳鋼正,火,火,中高碳鋼,完,完全退火,高碳鋼、合,金,金工具鋼,正火球,化,化退火,2作為最,終,終熱處理,正,正火,3為最終,熱,熱處理提供,良,良好的組織,狀,狀態(tài),4.正,火,火可替代,完,完全退火,

7、以,以提高效,率,率,4.2,鋼,鋼的淬火,與,與回火,加熱到A,C3,、A,C1,相變溫度,以上，保,溫,溫，,快速冷卻,M+A,1淬火,溫,溫度的決,定,定,亞共析鋼,Ac3+30-50度,共析鋼,Ac1+30-50度,過共析鋼,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過飽和度殘余A,淬火溫度,過,過高A,粗,粗大M,粗,粗大力,學(xué),學(xué)性能,，,，,淬火溫度,過,過高A,粗,粗大M,粗,粗大淬,火,火應(yīng)力,變形，,開,開裂,一、淬火,650,以上，慢,，,，減小熱,應(yīng),應(yīng)力,650-400,，快，避,免,免跨越C,曲,曲線,400

8、,以下，慢,，,，減輕相,變,變應(yīng)力,理想淬火冷卻曲線示意圖,不同淬火方法示意圖,2淬火,介,介質(zhì),保證,快,快速冷卻,以45#,鋼,鋼為例的,淬,淬火工藝,曲,曲線：,入爐,保溫,出爐,油冷(或水冷),二、鋼的,淬,淬透性,1淬透,性,性：淬火條件,下,下得到M,組,組織的能,力,力，取決,于,于 V,K,（上臨界,冷,冷卻速度,）,）,2淬硬,性,性：鋼在淬火,后,后獲得硬,度,度的能力,，,，取決于M中C%,，,，C%,淬硬,性,性,3影響,淬,淬透性的,因,因素,V,K,，C曲線,C%,亞共析鋼 C%淬透性，,過共析鋼C%淬透性,奧氏體化溫度,Tt淬透性,合金元素,除Co%以外，C曲線

9、右移，淬透性,未溶第二相,淬透性,影響C曲,線,線的因素,（1）根,據(jù),據(jù)服役條,件,件，確定,對(duì),對(duì)鋼淬透,性,性的要求,；,；,選材,的,的依據(jù),（2）熱,處,處理工藝,制,制定的依,據(jù),據(jù)；,（3）尺,寸,寸效應(yīng)。,4淬透,性,性的應(yīng)用,三、回火,a.消,除,除淬火應(yīng),力,力，降低,脆,脆性；,b.穩(wěn),定,定工件尺,寸,寸，由于M，殘余A不穩(wěn)定,；,；,c.獲,得,得要求的,強(qiáng),強(qiáng)度、硬,度,度、塑性,、,、韌性。,1回火,目,目的,（淬火組,織,織的問題,）,）,定義:,把,把淬火,后,后的零件,重,重新加溫,到,到 A1,線,線以下某,個(gè),個(gè)溫度,保,保溫一段,時(shí),時(shí)間,然,后,后冷

10、卻到,窒,窒溫。,工藝參數(shù),及,及組織,淬火+,高,高溫回,火,火=,調(diào),調(diào)質(zhì)處理,2鋼在,回,回火時(shí)的,組,組織轉(zhuǎn)變,a.馬,氏,氏體分解,（,（200,以下）,：析出,-Fe,2.4,C碳化物,（,（亞穩(wěn)定,）,）,回火組織,：,：回火馬,氏,氏體M,過飽和,固溶體十,亞,亞穩(wěn)定,碳化物（,極,極細(xì)的),作用：晶,格,格畸變降,低,低，淬火,應(yīng),應(yīng)力有所,下,下降。,b.,殘,殘余A分,解,解（200-300）：,AM,（,（或AB,下,）,組織：回,火,火馬氏體M,c.,回,回火屈氏,體,體T形,成,成（250-400）,：,Fe,3,C;,F維,持,持M外,形,形,組織：回,火,火屈氏

11、體T(F+Fe,3,C),d.碳,化,化物的聚,集,集長大，,鐵,鐵素體的,回,回復(fù)與再,結(jié),結(jié)晶（400,）,）,組織：回,火,火索氏體SF,（,（等軸晶,）,）+Fe,3,C（粒）,e.,碳,碳化物Fe3C,片,片細(xì)粒,狀,狀Fe3C,。,3回火,工,工藝組,織,織一性能,關(guān),關(guān)系（及,應(yīng),應(yīng)用）,（1）,低溫回火,（,（150-250,）,回火馬氏,體,體,M,降低淬火,應(yīng),應(yīng)力，提,高,高韌性，,保,保證高硬,度,度（HRC58-64）和,耐,耐磨性,高碳的工,具,具、模具,、,、滾動(dòng)軸,承,承，滲碳,與,與表面淬,火,火的零件,（2）,中溫回火,（,（350-500,）,回火屈氏,體

12、,體 T,高彈性極,限,限和屈服,強(qiáng),強(qiáng)度，一,定,定的韌性,，,，硬度一,般,般為HRC35-45,彈簧,（3）,高溫回火,（,（500-650,）,回火索氏,體,體S,淬火高,溫,溫回火,調(diào)質(zhì)處,理,理,綜合機(jī)械,性,性能好(,強(qiáng),強(qiáng)度、韌,性,性、塑性,的,的配合),，,，,硬度一般,為,為HRC25-35,承受交變,載,載荷，連,桿,桿、軸、,齒,齒輪等重,要,要結(jié)構(gòu)件,最終,熱,熱處理,精密量具,、,、模具,預(yù)先熱,處,處理,回火馬氏,體,體組織金,相,相圖,1、高碳回,火,火馬氏體,：,：,強(qiáng)度、硬,度,度高、塑,性,性、韌性,差,差,2、低碳,回,回火馬氏,體,體：,高的強(qiáng)度,與

13、,與韌性，,硬,硬度、耐,磨,磨性也較,好,好。,回火屈氏,體,體組織金,相,相圖,屈服強(qiáng)度,與,與彈性極,限,限高,42CrMo,400,45鋼,400,回火索氏,體,體組織金,相,相圖,綜合機(jī)械,性,性能好（,見下頁,）,正火與,調(diào)質(zhì)處理,的比較：,45鋼,b,(MN/m,2,),(%)a,k,(kJ/m,2,)HB,組織,正火700-80012-20500-800163-220,細(xì),細(xì)片S+F,調(diào)質(zhì)750-85020-25800-1200210-250,細(xì),細(xì)粒S,淬火+高,溫,溫回火,調(diào),調(diào)質(zhì)處理,200度,以,以下，HRC不變,。,。,200-300度,，,，M分解,，,，殘余A,轉(zhuǎn)

14、,轉(zhuǎn)變?yōu)轳R,氏,氏體，硬,度,度降低不,大,大，,高碳鋼硬,度,度,有一,定,定的升高,。,。,300,度,度，HRC降低。,1、韌,性,性,：,：400度,開,開始升高,，,，600,度,度最高。,2、彈性,極,極限：在300-400,度,度最高。,3、塑,性,性,：,：在600-650,度,度最高。,4、高碳,回,回火馬氏,體,體：強(qiáng)度、硬,度,度高、塑,性,性、韌性,差,差,6、低碳,回,回火馬氏,體,體：高的強(qiáng)度,與,與韌性，,硬,硬度、耐,磨,磨,性也較好,。,。,7、回火,屈,屈氏體：屈服強(qiáng)度,與,與彈性極,限,限高,8、回火,索,索氏體：綜合機(jī)械,性,性能。,（4）回火溫度,與,

15、與機(jī)械性,能,能的關(guān)系,4合金,元,元素對(duì)回,火,火轉(zhuǎn)變的,影,影響,提高回火,穩(wěn),穩(wěn)定性,回火穩(wěn)定,性,性：指鋼,在,在回火時(shí),，,，抵抗回,火,火造成軟,化,化的能力,。,。,b.增大,回火脆性（,見,見下頁）,回火脆性：,指,指隨回火溫,度,度升高時(shí)，,在,在250400和450-650 兩,個(gè),個(gè)區(qū)出現(xiàn)沖,擊,擊韌性明顯,下,下降的脆化,現(xiàn),現(xiàn)象。,c.產(chǎn)生,二次硬化（,見,見下后頁）,（1）低溫回火脆,性,性（250-400,）,碳化物片沿M晶界析出,避免在此溫,度,度回火,（3）高溫回火脆,性,性（450-650,）,P等元素在,原,原A晶界偏,聚,聚，慢冷時(shí),Cr、Ni,等,等促

16、進(jìn)偏聚,Mo等抑制,偏,偏聚,減少P等雜,質(zhì),質(zhì)元素，,添加Mo等,合,合金元素,二次硬化效,應(yīng),應(yīng)：一些Mo,、,、W、V含,量,量較高的鋼,回,回火時(shí)，硬,度,度并不隨回,火,火溫度的升,高,高單調(diào)降低,，,，而是在某,一,一溫度（約400,）后反而開,始,始增大，并,在,在另一更高,溫,溫度（550,）達(dá)到峰值,。,。,如圖鉬鋼合,金,金,回火類型,回火溫度,組織,性能及應(yīng)用,組織形態(tài),低溫回火,150250,回火M（M,）,保持高硬度，降低脆性及殘余應(yīng)力，用于工模具鋼，表面淬火及滲碳淬火件,過飽和,a-Fe+e,碳化物,中溫回火,350-500,回火屈氏體,（T,）,硬度下降，韌性、彈性極限和屈服強(qiáng)度，用于彈性元件,保留馬氏體針形F+細(xì)粒Fe,3,C,高溫回火,500-650,回火索氏體（S,）,強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、良好綜合機(jī)械性能，優(yōu)于正火得到的組織。中碳鋼、重要零件采用。,多邊形F+粒狀Fe,3,C,5回火工,藝,藝及其應(yīng)用,記注：淬火+高溫回火,調(diào)質(zhì)處理,應(yīng)用很多,以45#鋼,為,為例的,調(diào)質(zhì),工藝曲線：,淬火+高溫,回,回火調(diào)質(zhì),處,處理,4.3,鋼,鋼的表面熱,處