机械工程材料基础第三章钢的热处理课件

1、机械工程材料基础第三章钢的热处理2022/7/27机械工程材料基础第三章钢的热处理1) 钢在实际加热时的转变点第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理2)奥氏体的形成过程及影响因素第三章 钢的热处理1.奥氏体的形成过程2.奥氏体形成的影响因素 加热温度和加热速度 原始组织 合金元素机械工程材料基础第三章钢的热处理3) 奥氏体晶粒的长大及影响因素第三章 钢的热处理Hell-Petch公式:奥氏体晶粒尺寸对冷却后 加热温度对晶粒尺寸的影响钢的性能的影响晶粒尺寸 加热温度本质粗晶粒钢本质细晶粒钢 晶粒尺寸 d机械工程材料基础第三章钢的热处理3.1.2钢在冷却时的转变1）过冷奥氏体等温转变图

2、 2）过冷奥氏体的连续转变图3）过冷奥氏体的转变产物及性能第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理1) 过冷奥氏体等温转变图第三章 钢的热处理共析碳钢的C曲线机械工程材料基础第三章钢的热处理C曲线的位置和形状的影响因素1.含碳量的影响2.合金元素的影响3.奥氏体化温度和保温时间的影响第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理1.含碳量的影响第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理2.合金元素的影响第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理共析钢连续冷却转变图 2) 过冷奥氏体连续冷却转变曲线第三章 钢的热处理时间 45钢的CCT图机械工程材料基础第三章钢的热

3、处理3) 过冷奥氏体的转变产物及性能第三章 钢的热处理 A的转变产物类型:珠光体(P)、马氏体(M)、贝氏体(B) 1.珠光体类型组织 珠光体转变 A F + Fe3C 0.77% 0.0218% 6.69%面心立方 体心立方 复杂斜方2.马氏体类型组织 马氏体中固溶碳引起的晶格畸变 马氏体正方度与含碳量的关系 碳钢含碳量与马氏体硬度的关系 3.贝氏体类型组织 机械工程材料基础第三章钢的热处理马氏体的晶格畸变第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理马氏体正方度与含碳量的关系第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理马氏体组织 板条马氏体 片状马氏体机械工程材料基础第三章钢的热

4、处理碳钢含碳量与马氏体硬度的关系第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理贝氏体组织第三章 钢的热处理上贝氏体 下贝氏体机械工程材料基础第三章钢的热处理P、B、M转变的异同点珠光体转变贝氏体转变马氏体转变转变温度范围高温转变Ar1550C中温转变550CMS低温转变MSMf扩散性C、Fe原子均扩散C原子扩散Fe原子不扩散无扩散组成相两相：F、Fe3C两相：F(C)、Fe3C（350C)或F、FeXC(350C)单相:F(C)合金元素的分布合金元素扩散，重新分布合金元素不扩散合金元素不扩散相变的完全性相变可在恒温下进行到底恒温下相变的完全程度与转变温度有关。温度越低，转变越不充分，有A残

5、存在。主要在连续冷却过程中进行，相变不彻底，有A残存在。第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理3.1.3焊接接头的相变第三章 钢的热处理低碳钢焊接时热影响区内的组织变化0_焊缝1_熔合区2_过热区3_重结晶区4_部分相变区 5_基体金属热影响区1) 焊缝缺陷 气孔 非金属夹杂物 裂纹 未焊透 咬边 焊缝金属化学成分不均匀 柱状晶组织2) 热影响区内的组织变化机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2钢的普通热处理3.2.1退火与正火3.2.2钢的淬火3.2.3钢的表面淬火3.2.4钢的回火3.2.5钢的淬透性3.2.6固溶处理与时效强化机械工程材料基础第三章钢的热处理

6、第三章 钢的热处理热处理分类普通热处理:退火、正火、淬火、回火表面热处理： 1）表面淬火:感应加热表面淬火、火焰加热淬火 2）化学热处理:渗碳、渗氮、渗金属其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理保温临界温度时间温度热处理工艺曲线机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理 3.2.1退火与正火3.2.1.1退火 1.完全退火 2.球化退火 3.扩散退火(均匀化退火) 定义、应用范围、后处理 4.去应力退火 定义、应用范围、目的3.2.2.2正火机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理完全退火与等温退火定义：应用范围：目的：工艺：等温退火高速钢等温退火与完全退火的比较机

7、械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理球化退火定义：应用范围：目的：工艺：T10钢球化退火机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理正火 定义：将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上3050，保温适当的时间后在静止空气中冷却的热处理叫正火。应用范围：目的： （1）要求不高的结构件，可作为最终热处理。 （2）改善低碳钢的切削加工性（以防粘刀）。 （3）共析钢、过共析钢正火后可消除网状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备。各种退火及正火的加热温度范围机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理各种退火及正火的加

8、热温度范围机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2.2钢的淬火定义、目的3.2.2.1淬火加热温度和加热时间 3.2.2.2淬火冷却介质3.2.2.3淬火冷却方法 1.单介质淬火法 2.双介质淬火法 3.分级淬火法 4.等温淬火法 5.冷处理机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理碳钢的淬火加热温度范围合金钢的淬火加热温度稍微高一些，是临界点以上50100。加热时间：箱式炉：12min/mm盐浴炉：041min/mm合金钢适当延长322.1淬火加热温度和加热时间机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理322.2淬火冷却介质机械工程材料基础第三章钢的热处理第三

9、章 钢的热处理3.2.2.3淬火冷却方法各种淬火方法示意图1单介质淬火法2双介质淬火法3分级淬火法4等温淬火法5冷处理机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2.3钢的表面淬火3.2.3.1感应加热表面淬火 3.2.3.2火焰加热表面淬火3.233激光加热表面淬火机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理 感应加热表面淬火示意图高频 100500kHz 0.52.0mm中频 2.58kHz 210mm工频 50Hz 1015mm特点：加热速度快、时间短、氧化脱碳少、变形小、晶粒细小、硬度高，表面层具有较大的残余压应力，可提高疲劳强度。但设备昂贵。淬火前调质或正火，淬后需低

10、温回火。机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理火焰加热表面淬火示意图机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2.4钢的回火3.2.4.1回火目的3.2.4.2回火组织转变及性能变化4.2.4.3回火工艺及应用3.2.4.4回火脆性机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2.4.1回火目的（1）消除或降低应力，防止变形或开裂。（2）调整性能（硬度）（3）稳定组织，稳定形状和尺寸，保证精度机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理1.钢在回火时的组织转变 (1)马氏体的分解（200以下） (2)残余奥氏体分解(200300) (3)渗碳体的形成(25

11、0400) (4)渗碳体的聚集长大(400以上)2.回火后的组织和性能 (1)回火马氏体(250 以下) (2)回火托氏体(350450 ) (3)回火索氏体(500650 )3.2.4.2回火组织转变及性能变化机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理淬火钢回火时的变化过程机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理40钢回火后的力学性能与回火温度的关系机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.2.4.3回火工艺及应用1.低温回火(150250 )2.中温回火(350500 )3.高温回火(500650 )机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理第一类回火

12、脆性第二类回火脆性防止和减弱第二类回火脆性的措施:合金钢回火时,加热到500650 )快速冷却; 大型零件在钢中加Mo、W、Nb等合金元素; 提高合金的纯度,减少N、O、P等杂质元素含量; 采用变形热处理或二次淬火,避免杂质的偏聚3.2.4.4回火脆性钢的韧性与回火温度的关系机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理淬硬层深度概念：淬透性概念:淬透性的影响因素： (1)钢的含碳量 (2)合金元素 (3)钢中未溶物质淬硬性概念：淬透性与选材的关系: (1)动载和交变载荷下; (2)弹簧类零件 (3)轴类零件 (4)工具类零件工作截面的不同冷却速度3.2.5钢的淬透性机械工程材料基础第三章

13、钢的热处理3.2.6固溶处理与时效强化固溶处理:时效强化:时效需满足的条件:举例:铝合金时效强化特点:Wc为4%的Al-Cu合金的时效曲线第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理3.3钢的表面热处理3.3.1钢的表面淬火1）感应加热表面淬火2) 火焰加热表面淬火第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理 定义:钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入表层,以改变其化学成分组织和性能的热处理工艺. 化学热处理的基本过程: (1)活性原子的产生 2CO 2C+O2 2NH3 2N+3H2 (2)活性原子的吸收 (3)活性

14、原子的扩散举例:钢的渗碳3.3.2钢的化学热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理钢的渗碳1.渗碳方法 气体渗碳、固体渗碳、液体渗碳2.渗碳工艺参数 渗碳温度:900950 渗层表面含碳量:0.85%1.05% 渗层厚度:与渗碳时间有关,与工件的尺寸有关3.渗碳后的热处理 直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法 渗碳件淬火后应进行低温回火(150200), 以减少应力和脆性.回火后的组织是马氏体和 渗碳体,硬度达5864HRC.第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理钢的气体渗碳 定义: 工件在气体渗碳剂中进行渗碳的工艺,称为气体渗碳.活性碳原子的获得:通入煤气、液化石油气等,或滴入易分解

15、的液体有机物,如煤油、甲醇、丙酮等. CnH2n nC+NH2 2CO C+CO2 CO+H2 C+H2O 特点:渗碳过程、渗层厚度容易控制,渗碳时间短,生产效率高质量好. 风扇电动机废气火焰炉盖砂封电阻丝耐热罐工件炉体气体渗碳示意图第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理3.3.3热处理零件的结构工艺性和技术条件标注3.3.3.1热处理零件的结构工艺性 (1)力求避免尖角、棱角 (2)截面厚薄尽量均匀 (3)形状尽量对称和封闭 (4)采用组合结构3.3.3.2热处理技术条件的标注机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理避免尖角设计机械工程材料基础第三章钢

16、的热处理第三章 钢的热处理避免厚薄悬殊机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理采用对称结构机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理采用封闭结构机械工程材料基础第三章钢的热处理第三章 钢的热处理热处理技术条件的标注 5 加工方法工艺名称工艺类型热处理附加分类工艺代号基础分类工艺代号机械工程材料基础第三章钢的热处理工艺名称代号工艺类型代号 工艺名称代号 加热方 法代号 热 处 理 5 整 体 热 处 理 1退火1 加热炉 感应 1 2正火2淬火3淬火和回火4调质5稳定化处理6 火焰 3固溶热处理;水韧处理7固溶处理和时效8表3.3.3热处理工艺分类及代号机械工程材料基础第三章钢

17、的热处理续表3.3.3热处理工艺分类及代号工艺名称代号工艺类型代号 工艺名称代号 加热方 法代号 热 处 理 5 表 面 热 处 理 2表面淬火和回火1 电阻 激光 4 5物理气相沉积2化学气相沉积3等离子体2气相沉积4机械工程材料基础第三章钢的热处理续表3.3.3热处理工艺分类及代号工艺名称代号工艺类型代号 工艺名称代号 加热方 法代号 热 处 理 5 化 学 热 处 理3渗碳 1 电子束等离子体 6 7碳氮共渗 2渗氮 3氮碳共渗 4渗其他非金属 5渗金属 6 其他 8多元共渗 7熔渗 8机械工程材料基础第三章钢的热处理热处理技术条件标注举例45钢轴 45钢摇杆表面淬火标注实例第三章 钢的热处理机械工程材料基础第三章钢的热处理3.4热处理技术新进展3.4.1形变热处理 1.高温形变热处理 2.低温形变热处理3.4.2超细化热处理3.4.3真空热处理 1.真空退火 2.真空淬火 3.真空渗碳3.4.4离子轰击热处理3.4.5激光热处理3.4.6电子束热处