课题三钢的热处理

1、课题三课题三 钢的热处理汽车工程系 王黎明课题课题三三 钢的热处理钢的热处理热处理：热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却加热、保温和冷却以以获得所需要的组织结构与性能的工艺。获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理的目的：热处理的目的：、提高零件的使用性能；、充分发挥钢材的潜力；、延长零件、提高零件的使用性能；、充分发挥钢材的潜力；、延长零件的使用寿命；、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的的使用寿命；、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。磨损。热处理方法有：热处理方法有： 整体热处理整体热处理-退火

2、、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。 表面热处理表面热处理表面火焰淬火、感应表面淬火。表面火焰淬火、感应表面淬火。 化学热处理化学热处理渗碳、渗氮、碳氮共渗。渗碳、渗氮、碳氮共渗。 但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。热处理使钢性能发生变化的原因：热处理使钢性能发生变化的原因： 由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了 组织与结构变化组织与结构变化。一、钢热处理的组织转变原理一、钢热处理的组织转变原理1 1、钢在加热时的转变、钢在加热时的转变 热处理中，钢加热为获得

3、热处理中，钢加热为获得A A；且；且A A晶粒大小、晶粒大小、成分、均匀程度，对钢冷却后的组织、性能有重成分、均匀程度，对钢冷却后的组织、性能有重要的影响。要的影响。1 1）钢的奥氏体化）钢的奥氏体化奥氏体晶核的形成及长大；奥氏体晶核的形成及长大；残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解；奥氏体的均匀化；奥氏体的均匀化；2 2）在热处理工艺中，钢保温的目的是：）在热处理工艺中，钢保温的目的是：为了使工件热透；为了使工件热透；使组织转变完全；使组织转变完全；使奥氏体成分均匀。使奥氏体成分均匀。3 3）奥氏体晶粒的长大：）奥氏体晶粒的长大： 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大加热温度越高，保温时间

4、越长，奥氏体晶粒越大 由由Fe-Fe3CFe-Fe3C相图可知，相图可知，A1 A1 、A3 A3 、AcmAcm是钢在极缓是钢在极缓慢加热（或冷却）时的临界点。但实际冷速、热慢加热（或冷却）时的临界点。但实际冷速、热速较快，钢转变总有滞后现象。速较快，钢转变总有滞后现象。 实际加热，钢转变总高于相图临界点；实际加热，钢转变总高于相图临界点； 实际冷却，钢转变总低于相图临界点。实际冷却，钢转变总低于相图临界点。2 2、钢在冷却时的转变、钢在冷却时的转变1)1)钢经过加热获得钢经过加热获得A A组织后，如在不同的冷却条件下组织后，如在不同的冷却条件下冷却，可使钢获得不同的力学性能，组织也有明冷却

5、，可使钢获得不同的力学性能，组织也有明显的不同。显的不同。 为何存在差异为何存在差异? A? A在冷却过程中的组织变化规律在冷却过程中的组织变化规律? ?2 2）热处理工艺中）热处理工艺中, ,常用的冷却方式常用的冷却方式: : （1 1）等温冷却转变；）等温冷却转变； （2 2）连续冷却转变。）连续冷却转变。一、钢热处理的组织转变原理一、钢热处理的组织转变原理（1 1）过冷）过冷A A的等温转变：的等温转变： A A 在临界点在临界点A1A1以下是不稳定的，必会发生转变，但不是以下是不稳定的，必会发生转变，但不是冷到冷到A1A1以下立即发生，而是经一个孕育时期后才开始。以下立即发生，而是经一

6、个孕育时期后才开始。 这种在共析温度（这种在共析温度（A1A1）以下存在的）以下存在的A A，-称为称为“过过冷冷A A”。 过冷过冷A A在不同在不同进行转变，将获得不同组织。进行转变，将获得不同组织。 能表示过冷能表示过冷A A的转变的转变、转变时间、转变产物之间关系、转变时间、转变产物之间关系的曲线，称为的曲线，称为“等温转变图等温转变图”。 - -简称为：简称为：C C曲线曲线3 3、连续冷却时组织转变及相图分析：、连续冷却时组织转变及相图分析：（1 1）过冷）过冷A A在在A1A1以下等温转变的以下等温转变的不同，则转变产物不同，在不同，则转变产物不同，在MsMs以上，以上，可发生两

7、种类型的转变：可发生两种类型的转变：1 1）P P转变：转变： A1 A1 550550范围等温。范围等温。-分解转变为分解转变为F F、Fe3C Fe3C 片混合物。片混合物。 此此P P 转变区内，当等温转变区内，当等温，则，则 P P 片层越薄片层越薄产产物塑变抗力物塑变抗力、bb和硬度和硬度。等温温度和片层间距由大到小，等温温度和片层间距由大到小，分别有产物：分别有产物：P P（A1A1650650）S S（650 650 600600）T T（600 600 550550）2 2）B B 转变：转变： 550 550 Ms Ms范围等温。范围等温。-形成含过饱和碳的形成含过饱和碳的F

8、+ Fe3CF+ Fe3C组成的非片层混合物，称为组成的非片层混合物，称为“贝氏体贝氏体” B B 随随A A成分、转变温度不同有多种形态，成分、转变温度不同有多种形态，常有：常有： B B上上-550 -550 350 350间等温，呈羽状。间等温，呈羽状。 硬度为硬度为40 40 45 HRC 45 HRC，塑性很差。，塑性很差。 B B下下-350 -350 Ms Ms间等温，呈黑针状。间等温，呈黑针状。 硬度为硬度为45 45 55 HRC 55 HRC，bb、塑性、韧性良好。、塑性、韧性良好。（3 3） M M（马氏体）转变：（马氏体）转变：-是非扩散过程的转变是非扩散过程的转变1

9、1）、当钢从）、当钢从A A 区急冷到区急冷到Ms Ms 以下时，以下时，A A转变为转变为M M（碳在（碳在- Fe- Fe中的过饱和固溶体）。中的过饱和固溶体）。当钢从当钢从A A 区急冷到区急冷到Ms Ms 以下时，以下时，A A转变为转变为M M（碳在（碳在- Fe- Fe中的中的过饱和固溶体）。过饱和固溶体）。 转变转变低，原子扩散能力小，在低，原子扩散能力小，在M M转变过程中，只有晶转变过程中，只有晶格改变格改变 -Fe -Fe-Fe -Fe，而无碳原子的扩散。，而无碳原子的扩散。 M M晶格特点：晶格特点： 体心正方晶格。体心正方晶格。三、常用热处理工艺三、常用热处理工艺1 1

10、、退火、退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。1 1）完全退火：）完全退火： 完全退火是将钢加热到完全奥氏体（Ac3以上3050C），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。（随炉冷）应用： 中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。2 2）球化退火：）球化退火： 球化退火是将钢加热到AC1以上2030C，保温一定得时间，以不大于50C/H得冷却速度随炉冷却，使钢中的碳化物呈球状的工艺方法。应用： 适用于共析钢及过共析钢。 如碳素工具钢，合金工

11、具钢、轴承钢等。3 3）去应力退火：）去应力退火： 去应力退火是将钢加热到略低于A1得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺方法。 应用： 消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。2 2、正火、正火 将钢加热到Ac3或Accm以上30-50C，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退火的目的基本相同，正火主要用于如下场合： 1）善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性； 2）正火可细化晶粒； 3）消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备； 4）代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。3、淬火、淬火 将钢加热到将钢加热到Ac3或或Ac1以上某一温度，保温一以上某一温

12、度，保温一定时间，然后快速冷却，以获得马氏体或下马贝定时间，然后快速冷却，以获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火；氏组织的热处理工艺称为淬火；目的：目的： 主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。淬火加热温度：淬火加热温度： 亚共析钢的淬火加热：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上以上3050共析钢和过共析钢的淬火加热：共析钢和过共析钢的淬火加热：Ac1以上以上3050淬火冷却介质淬火冷却介质：1 1）淬火主要目的：获得）淬火主要目的：获得M M，V V冷冷 V V临临 ，但，但V V冷冷过快过快 工件体积收缩，组织转变剧烈工件体积收缩，组织转变剧烈 内应力内

13、应力 工件易变形、开裂。工件易变形、开裂。 淬火介质的选择很淬火介质的选择很重要。重要。2 2）由由C C曲线可知，要获得曲线可知，要获得M-M-无需在整个冷却过无需在整个冷却过程中都快关键在程中都快关键在C C曲线鼻尖附近快冷。曲线鼻尖附近快冷。在高温段在高温段650650550550冷却速度要足够快，而冷却速度要足够快，而低温段低温段300300以下要足够慢。以下要足够慢。3 3）常用淬火冷却介质：常用淬火冷却介质： 油、水、油、水、 盐水、碱水等。盐水、碱水等。钢的淬透性、淬硬性钢的淬透性、淬硬性1)1)淬透性淬透性指在规定条件下，钢淬火冷却时所获指在规定条件下，钢淬火冷却时所获M M组

14、织深度组织深度的能力。的能力。用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件下，淬透性好的钢获下，淬透性好的钢获M M深度较深；淬透性差的钢获深度较深；淬透性差的钢获M M深度较深度较浅。浅。、淬透性与钢的淬透性与钢的V V临有关；当钢的临有关；当钢的V V临越低临越低钢的淬透性越钢的淬透性越好。好。 钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学性能好。性能好。 钢的淬透性越好钢的淬透性越好在冷却时可用较缓和冷却介质，在冷却时可用较缓和冷却介质，变变形开裂。形开裂。 淬透性好的钢，其淬硬性

15、不一定好。淬透性好的钢，其淬硬性不一定好。2 2）淬硬性：）淬硬性： 指钢淬火后所能达到的指钢淬火后所能达到的最高硬度最高硬度的能力。的能力。淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。C% C% ，钢，钢淬硬性淬硬性 。淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。4、回火 将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火目的：1）消除内应力；2）获得所需要的力学性能；3）稳定组织和尺寸。回火的分类及应用回火的分类及应用 淬火钢回火的组织转变过程是由淬火钢回火的组织转变过程是由非平衡组织非平衡组织

16、平衡组织转变，依靠原平衡组织转变，依靠原子扩散而进行的，原子扩散速度取决子扩散而进行的，原子扩散速度取决于温度，温度越高，扩散速度愈高。于温度，温度越高，扩散速度愈高。 决定钢回火后的组织、性能的主因决定钢回火后的组织、性能的主因素是：回火温度。素是：回火温度。、低温回火：（低温回火：（150 - 250150 - 250）-获回火获回火M M工件性能：保持高硬度工件性能：保持高硬度(58-64 HRC)(58-64 HRC)和耐磨性，一定的韧性和耐磨性，一定的韧性（钢的淬火内应力、脆性）。钢的淬火内应力、脆性）。中温回火中温回火: :（350 - 500350 - 500）-获回火获回火T

17、T工件性能：高弹性极限、工件性能：高弹性极限、SS和适当韧性，硬度可达：和适当韧性，硬度可达：35-35-50HRC50HRC。主用于：弹性零件、热锻模具等。主用于：弹性零件、热锻模具等。 高温回火：（高温回火：（500 - 650500 - 650）-获回火获回火S S工件性能：良好的综合力学性能工件性能：良好的综合力学性能( (足够强度、高韧性足够强度、高韧性, ,硬度硬度15-36 HRC)15-36 HRC)。广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等 。注：注：1 1、 淬火淬火 + +高温回火高温回火 称为称为“调质调质”处理。处理。5 5、表面淬火、表面淬火 对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。1 1）火焰加热表面淬火）火焰加热表面淬火工艺：应用氧乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热并随后冷却。特点：淬硬层深度一般为2mm6mm。加热温度及淬硬层不易控制，易产生过热和加热不均匀现象，淬火质量不稳定。2）感应加热表面淬火）感应加热表面淬火、工艺：利