金属材料与热处理-2

第二讲第二讲 1414 退火 退火 就是将钢加热到 Ac3 线 过共析钢为 A1 线 以上 保温一定时 间为工件厚度 小时 合金钢 小时 随炉mmmm25 mmmm20 冷却 得到铁素体加珠光体 亚共析 珠光体 共析钢 渗碳体加珠光体 过共析钢 的方法 降低硬度 提高塑性 改善压力和切削性能 15 正火 就是将钢加热到 Ac3 线和 Acm 以上 30 50oC 保温后出炉空冷 分 别得到铁素体加索氏体 索氏体 有细化晶粒 调整组织 削除前道铸造 锻 造冷加工产生的缺陷 作为预先热处理作用 提高钢材加工性能 最好 HB200 250 时 提高加工面光洁度 不粘刀 加工表面光滑 比如管路密封胶 圈结合面 O 型圈沟槽 缸 泵接口平面 1616 等温退火 等温退火 钢加热到 Ac3 以上 30 50oC 保温后较快冷却到略低于 Ar1 的温度 或转入略低于 Ar1 的炉中 在此温度下奥氏体金部转变完成 主要用 于合金钢退火 1717 球化退火 球化退火 目的在于过共析钢得到球状珠光体 便于加工 也是热处 理的前处理 球化退火的工艺是加热到温度略高于 Ac1 以上 10 20oC 保温后缓慢冷却 到略低于 Ar1 的温度并停留一段时间 使组织转变全部完成 然后冷至 500oC 以下再空冷 加热温度超过 Ac1 越高 则冷却以后得到的片状珠光体会愈多 若超过 Acm 时 则冷却下来所得到的全部为片状珠光体 球化退火所以能形成球状珠光体 是因为钢在加热到略高于 Ac1 时呈现一 不均匀的组织 即除了奥氏体的浓度不均匀外 还有大量未溶解的渗碳体存在 其中片状渗碳体在较长时间的保温过程中会自发地趋于球状 因后者最为稳定 当钢随后冷却下来时 由奥氏体分解而形成的 Fe3C 也逐渐球状化因而最终便 获得在铁素体基体上分布着许多颗粒状渗碳体 这就是球状珠光体 1818 低温退火 低温退火 为消除铸 锻 焊接 切削冷冲压过程的内应力 缓慢速 度加热到 500 650oC 经适当保温 再缓冷下来的过程 又叫去应力退火 钢的显微组织不发生改变 1919 淬火 淬火 将钢加热到 Ac3 线或 Ac1 线上 30 50oC 保温一段时间 均匀 化 快速冷却下来 以得到高硬度马氏体组织的方法 细晶粒奥氏体得到细晶粒马氏体组织 过共析钢有网状 Fe3C 时 应先正火细化晶粒再淬火 合金钢加热温度相对较高 2020 显微裂纹 显微裂纹 工件淬火后得到马 氏体组织 此时的组织中存在着极大的 内应力 如果不及时回火 则会由于淬 火应力的作用容易在工件内部产生显微 裂纹 严重时会导致工件的脆性增大而 开裂 2121 回火 回火 工件淬火后一般都要进行回火 淬火后得到马氏体性能很脆 并存在很大应力 不及时予以回火 时间久了可能会引起工件发生开裂 回火 就是将淬火后的工件重新加热到 A1 以下某温度保温一段时间 然后取出工件以 一定的方式冷却下来 2222 回火马氏体 低温回火 回火马氏体 低温回火 马氏体是一种过饱和 Fe 固溶体 从室 温加热到 300oC 左右 随着升温原子活力增加 C 原子开始以某种碳化物的形式 从马氏体中析出 因温度不高 析出的碳化物未全部脱离原马氏体组织 仍处 在一定的过饱和状态 这种组织称为回火马氏体 对硬度影响不大 但内应力 清除了一部分 2323 第一类回火脆性 第一类回火脆性 马氏体中 C 的过饱和度大时 淬火后内存较多的残 余奥氏体 大约在 250 350oC 时 残余奥氏体也发生向较为稳定的回火马氏体 转变 转变的结果可使硬度有增加 1 2HRC 这种现象在高碳钢中尤为明显 与此同时冲击韧性却略有下降 称为第一类回火脆性 2424 第二类回火脆性 第二类回火脆性 主要发生在合金钢 450 650oC 含 Cr Ni Mn Si 等 在此温度回火后进行缓冷时 有极其细小的片状硬脆物 如 碳化物 氮化 物 或磷化物沿铁素体晶界析出所致 快速冷却会使溶于铁素体中的硬脆物来 不及析出 随温度升高 k提高是因所析出的化合物球化的结果 我们常用的 40Cr 有二类回火脆性的倾向 一般谈到回火脆性主要指第二类回火脆性 生产中防止回火脆性的方法主要有 回火后进行快速冷却 油或水冷 为消除重新产生的热应力 则在回 火后可再进行一次温度低于发生回火脆性温度的补充回火 加入少量防止回火脆性的合金元素 Mo 和 W 等 25 中温回火屈氏体 将马氏体回热到 300 400oC 左右 过饱和的 C 原子 析出与铁原子结合生成颗粒状碳化物 马氏体组织中碳浓度减少 晶格改组转 变成铁素体组织 形成由极细小的颗粒状渗碳体分布在铁素体基体上这种机械 混合物称之为回火屈氏体 26 高温回火索氏体 马氏体加热到 400 650oC 左右细小 Fe3C 颗粒聚 集成较大颗粒 自发合并长大 得到较大渗碳体与铁素体所组成的机械化合物 这种组织叫回火索氏体 强度 硬度降低 塑性 韧性增加 与正火索氏体相 比 渗碳体呈球状而不是呈片状 2727 魏氏体组织 魏氏体组织 铁素体沿晶界分布并呈针状插入珠光体内 使钢材的塑性 和韧性大大下降 Fe 从 P 中析出时未形成清晰的晶界 冷却凝固成的组 织 2828 莱氏体 莱氏体 Y A Fe3C L P Fe3C Fe3C 2929 一次渗碳体 一次渗碳体 Fe Fe3 3C C 过共析钢从液体转变为 A Fe3C 时的 Fe3C 叫一次渗碳 体 3030 二次渗 二次渗 碳体碳体 Fe Fe3 3C C 随 温度降低 从 A 中析出 的 Fe3C 叫 二次渗碳体 Fe3C 3131 三次渗 三次渗 碳体碳体 Fe Fe3 3C C 含 碳量小于 0 02 的铁 素体 温度 降到 PQ 线以 下时 析出 的渗碳体叫三次渗碳体 Fe3C 3232 淬透性 淬透性 材料淬火能够得到淬透层深度的能力称为 淬透性 与化学 成分和尺寸有关 3333 淬透深度 淬透深度 是指由钢的表面测量到马氏体占 50 珠光体占 50 的组 织深度 3434 淬硬性 淬硬性 钢经过淬火后得到的最大硬度值 含 C 越高淬硬性越大 反之 越小 一 一 钢的加热与冷却钢的加热与冷却 基本组织基本组织 一 加热温度与奥氏体的晶粒度 一 加热温度与奥氏体的晶粒度 当共析钢加热到 Ac1 亚共析钢加热到 Ac3 过共析钢加热到 Acm 线以上不多 时 便产生了室温时的珠光体 全部转变成为奥氏体组织 此时钢形成的奥氏 体的起始晶粒是很细小的 它与转变前原来珠光体组织晶粒的大小无关 如果 此时的细晶粒的奥氏体再冷却下来 则所得到的转变产物珠光体 索氏体 屈 氏体或马氏体的晶粒也必须是细小的 这就是说 高温奥氏体 高于转变线温 度的 A 晶粒的大小 决定了转变的产物的晶粒的大小 而与以后工件的水冷 油冷 空冷的等方式无关 对得到什么金相组织与冷却速度 冷却相变温度有 关 亚共析钢和过共析钢在 加热到 Ac1 以上不多时 室 温时的珠光体全部转化为细 小晶粒的奥氏体 A 与共析 钢不同的是在 Ac1 以上继 续加热时 亚共析钢铁素 体和过共析钢中的渗碳体 Fe3C 逐步溶解到奥氏体 组织去 不过溶解过程并 不影响奥氏体 A 晶粒 的大小 直到 Ac3以 上不多时 Fe 和 Fe3C 全部溶入 A 中 A 仍能保持细小的晶 粒 所以热处理加热 温度均为 Ac1或 Ac3以上 30 50 当加热温度继续升了 经过 Ac3或 Acm 以上很多时 及保温时的不恰当延 长 均会促使奥氏体 A 晶粒的长大 这种 长大 经过是靠大晶粒吞并 或聚集 小晶粒来实现的 粗大的 A 晶粒在以后冷 却下来时会得到是粗大晶粒的转变产物 从而使钢的性能 特别是 k 值显著下降 引起淬火过程中变型与开裂倾向也增大 这种由于加热温度过高 引起 A 晶粒 粗大的现象称为 过热 一旦产生这种情况 可采用重新退火或正火 控制最 高加热温度加 m 消除 若加热温度更高 接近于固相线 AE 线 这时不只是晶粒 的粗大 而且还会造成 A 体晶粒边界严重氧化和低熔点组成物的溶化 如 FeS 熔点 985 破坏了晶粒间的相互联系 以致使工件报废 这种现象称 作 过烧 或叫 烧毁 钢材的晶粒度分为 1 8 级 YB27 64 规定 加热到 930 奥氏体的晶粒度 分线 测定方法是将制成试样在放大 100 倍的显微镜下观察 并与标准晶粒度 做比较 以确定 A 氏体实际晶粒大小 因 A 晶粒度决定了室温组织的晶粒度 所以以室温样块作对照 有两种分发一可认为 1 3 级为粗晶粒 4 6 级为中 等晶粒 7 8 级为细晶粒 在评定钢材时一般加热到 930 时 具有 1 4 级晶 粒的称为 本质粗晶粒钢 而 5 8 级晶粒度的称为本质细晶粒钢 增加合金元 素可以调整同种加热温度的钢材晶粒度 二 碳及合金元素对加热转变的影响 二 碳及合金元素对加热转变的影响 在加热亚共析或过共析钢时 其奥氏体的形成过程是在珠光体 P 转变成 A 的还有铁素体 Fe 或二次渗碳体继续向 A 转变或溶解的过程 合金元素对奥氏体形成的影响 大致归纳为如下两点 1 除个别合金元素如 Mn Ni 造成临界点降低处 TiMo W SiCr 由强 至弱 均在不同程度上提高了钢的临界点 Ac1 Ac3 Acm 2 除 CO 等外 大多数合金元素都会减慢碳在 A 中的扩散速度也较小 所以温度较高外必须进行较长的保温时间 或采取二次加热 3 碳及合金元素对 A 晶粒的影响 a 共析钢加热时 A 晶粒最易长大 b 过共析钢加热到 Ac1 以上不太高时由于大量二次 Fe3CII的存在 可以 得到比较细的晶粒 c 各种合金钢中 除了个别合金元素如 Mn P 等外 大多数合金元素使 钢不同程度的细化 尤其是强烈形成碳化物的元素