钢的热处理和表面改性资料讲课讲稿

1、钢的热处理和表面改性资料n实际转变温度与相图有所区别u相图只是平衡状态的情况，就是在及其缓慢的冷却或者加热过程中才能达到的状态，在实际钢铁生产和热冷加工过程中的温度变化较快的条件下 u实际加热温度都偏高、冷却温度都偏低，加热和冷却速度越大，这种差别越大，这使得钢在热处理时的临界点偏离了相图中的临界点 加热时相变温度=3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变n奥氏体形成的三个阶段u形核过程u首先形成在铁素体与渗碳体的界面处，因为界面处成分较不均匀，原子排列最不规则，为产生A准备了浓度起伏、结构起伏的有利条件u长大和均匀化 u从宏观上

2、看A的转变主要：晶格发生变化；晶体含碳量变化n 影响奥氏体形成速度的因素u加热速度与加热温度：温度；速度 奥氏体化越快u含碳量和合金元素：C 转变u合金元素不影响基本过程，但影响转变速度时间时间温温度度3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变n影响奥氏体晶粒度的因素u加热温度保温时间u加热温度 A晶粒长大趋势 ；但是有利于A的形成和均匀化u保温时间 A晶粒粗大；只需使材料均匀化的最短时间u合金元素(Pg40)u本质晶粒度u原始组织u片状P： 转变 ，长大u粒状P： 转变 ，长大 3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.1.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变

3、n冷却方式u等温冷却 u连续冷却 n过冷奥氏体n等温转变曲线共析钢过冷A的等温转变曲线图 (a)珠光体珠光体 3800 (b) 索氏体索氏体 8000 (c)屈氏体屈氏体 8000 A1650 ： 珠光体 650600：索氏体600550：屈氏体 片层越细硬度、强度、塑性上升 高温转变区高温转变区(A1550)n渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上转变温度越低，层间距越小n奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长大过程,是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的双C线=u350550区间形成的称为上贝氏体u350 Ms区间内形成的称为下贝氏体n贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物n

4、 奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力 中温转变区中温转变区(550 Ms)上贝氏体=下贝氏体=双C线=n马氏体转变特点u马氏体就是碳在-Fe中的过饱和固溶体u非扩散型转变：仅仅是点阵的改组，没有化学成分的改变与扩散，无孕育期，晶粒度取决于A的晶粒度u变温转变：在MSMf范围内完成，在某一温度停留不能使M增多 u转变不完全性：即使降到Mf下，也不能完全转变，残余的A，塑性、韧性 ，硬度 ；但不稳定，可能引起尺寸的变化u体积 内应力开裂双C线=低温转变区低温转变区(MsMf)马氏体形成=马氏体=n高碳马氏体u显微形貌呈针状/竹叶状，故又称针状马氏体；u硬度高、

5、塑性和韧性很差n低碳马氏体u显微形貌呈板条状，故又称板条马氏体u强度高、硬度不高、塑性和韧性较好，应用广泛 马氏体的形态马氏体的形态 0.6%1% 低碳马氏体的组织形态 高碳马氏体的组织形态 针状马氏体 板条马氏体板条马氏体+针状马氏体n意义u过冷度对奥氏体完成转变所需时间的影响u过冷度对奥氏体转变准备时间的影响u不同温度下，奥氏体转变产物也有极大的区别n应用u计算全部奥氏体转变为马氏体所必需的最小冷却速度u可以推断连续转变的产物组成u各种不同的钢种，C线不同u可以按工件所需要性能，决定不同的等温处理及保温时间过冷奥氏体等温转变曲线的意义和应用过冷奥氏体等温转变曲线的意义和应用 n退火就是将钢

6、加热到临界点Ac1以上或者在临界点以下某一既定温度保温一定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）u完全退火u“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶u通过完全退火来细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。完全退火完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢u等温退火u等温退火与完全退火加热温度完全相同，只是冷却的方式有差别 3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火u球化退火u球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳

7、体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小u扩散退火u扩散退火又称均匀化退火，它是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺u去应力退火3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火n正火是将钢加热到Ac3 以上3050（亚共析钢）或Accm以上3050（过共析钢），保温一定时间后在空气中冷却，得到索氏体组织u用于低碳

8、钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理u用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理u用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织3.2.1 钢的退火和正火钢的退火和正火u用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能u用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向u用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件u过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化 钢的退火和正火n淬

9、火是将钢加热到到Ac3 以上3050（亚共析钢）或者Ac1以上3050（共析钢、过共析钢），保温一定时间，然后快速冷却（油冷或水冷），使奥氏体转变为马氏体u淬火的目的是获得马氏体组织以提高钢的强度和硬度 u1)淬火的组织转变亚共析钢亚共析钢细小奥氏体细小奥氏体细小马氏体细小马氏体过过/共析钢共析钢细小奥氏体细小奥氏体+渗碳体渗碳体细小马氏体细小马氏体+渗碳体渗碳体3.2.2 钢的淬火钢的淬火u2)工艺及影响因素u淬火温度u保温时间：获得细小均匀的奥氏体u冷却介质：既获得马氏体又不使刚件有太大内应力u3)淬透性及影响因素u淬透性指在淬火时获得淬硬层的能力（淬硬层通常是指钢件表面到半马氏体层之间的

10、区域）u淬硬性指钢淬火能够达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量u“鼻尖”离纵坐标越远，淬透性越好v合金元素v含碳量v加热温度3.2.2 钢的淬火钢的淬火冷却介质淬火温度时间时间温温度度(a)完全淬透完全淬透; (b)淬透较大厚度淬透较大厚度; (c)淬透较小厚度淬透较小厚度淬透性及影响因素淬透性及影响因素n钢件淬火后, 为了消除内应力并获得所要求的组织和性能, 将其加热到Ac1以下某一温度, 保温一定时间, 然后冷却到室温u低温回火（150250）u中温回火（350500）u高温回火（500650）u习惯上把淬火加高温回火的热处理称为调质处理 u钢在250350作回火热处理时都要出现低温回

11、火脆性3.2.3 钢的回火钢的回火淬火钢中马氏体的碳含量、残余奥氏体量、内应力及碳化物粒子大小与回火温度的关系 回火对性能的影响回火对性能的影响感应加热表面淬火感应加热表面淬火示意图3.3 钢的表面化处理强化钢的表面化处理强化火焰加热表面淬火示意图气体渗碳炉气体渗碳装置示意图教师：教师： 吉华吉华四川大学化工学院四川大学化工学院谢谢 谢谢 =高温转变区= 中温转变区= 低温转变区共析钢过冷共析钢过冷A的等温转变曲线图的等温转变曲线图n它的组织特点是渗碳体分布于条状铁素体之间，显微镜下的整体形貌呈羽毛状，所以又称羽毛状贝氏体 n上贝氏体的强度和韧性等机械性能都较差 (a)光学显微照片光学显微照片 1300 (b) 电子显微照片电子显微照片 5000=中温转变区上贝氏体上贝氏体n组织特点是渗碳体以细小颗粒分布于针状铁素体的内部，显微镜下的整体形貌呈针状组织n铁素体针状细小，没