2017年首钢杯轧钢工培训(金属学)-5钢的热处理84

1、碳素钢的热处置. 首钢技师学院回主页回目录第五讲 碳素钢的热处置5-1 钢在加热及冷却时的组织转变5-2 钢的热处置工艺 .学习指点 学习重点： 知道钢在加热和冷却时的组织如何进展相互转变的即热处置原理，钢在淬火后的回火组织转变原理；知道退火、正火、淬火与回火等热处置方法的根本概念和根本工艺。 学习难点： 钢在加热和冷却时的组织转变以及淬火后的回火组织转变的原理； 首钢技师学院回主页回目录.5-1 钢在加热及冷却时的组织转变 一、钢在加热时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变 三、钢在回火时的转变 首钢技师学院回主页回目录. 概念经过钢在固态下加热、保温暖冷却这一过程，改动其组织形状，从而获得

2、所需求的性能的工艺被称为“钢的热处置。 经过热处置可以充分发扬钢材的潜力，提高和改善钢的性能，降低工件的分量，节约资料，降低本钱，延伸钢材的运用寿命。 钢的热处置分为：退火、正火、淬火、回火普通热处置和外表热处置五种根本方法。 首钢技师学院回主页回目录.一、钢在加热时的组织转变 1、共析钢的奥氏体化 2、奥氏体晶粒的长大及其控制 首钢技师学院回主页回目录.1、共析钢的奥氏体化 碳素钢在室温条件下组织根本上是由“铁素体+渗碳体两个相所组成，只需在奥氏体组织形状下才干经过不同的冷却方式使钢转变成不同的组织，进而获得不同的力学性能。 首钢技师学院回主页回目录珠光体 = 铁素体+ 渗碳体奥氏体.共析碳

3、钢的奥氏体化“形核与核的长大 首钢技师学院回主页回目录奥氏体的构成1234. 奥氏体形核钢在加热到 A1 时，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上构成，由于此处能量较高。 首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶核构成. 奥氏体晶核长大奥氏体形核后的长大是新相奥氏体的相界面同时向铁素体和渗碳体两个方向同时推移的过程；同时存在铁素体晶格改动成奥氏体晶格和渗碳体的溶解。 首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒长大. 剩余渗碳体的溶解渗碳体晶格较复杂，其溶解速度小于铁素体晶格向奥氏体晶格的转变；在铁素体全部消逝后，仍需一段时间才干完成渗碳体的全部溶解。 首钢技师学院回主页回上页未溶解的渗碳体. 奥氏体成分均

4、匀化继续延伸保温时间，经过碳原子的分散能得到化学成分均匀的奥氏体组织，为冷却后得到良好的组织形状打下根底。 首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒.2、奥氏体晶粒的长大及控制 奥氏体晶粒的长大奥氏体刚刚完成转变时的晶粒是细小的晶粒，称为“奥氏体原始晶粒度。随时间的延伸和温度的升高，大晶粒将小晶粒“吞并，以获取更小的晶界外表积使晶界外表能降低，奥氏体组织处于更加稳定的形状。 在某一个加热条件下实践获得的奥氏体晶粒称为“奥氏体实践晶粒度。 首钢技师学院回主页回目录. 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒的大小采用晶粒度表示。按GB639486规定，规范晶粒度分为 10 级。其中14级称为粗晶粒，58级称为细晶粒，9

5、级以上称为超细晶粒。 首钢技师学院回主页回目录1 级3 级2 级5 级4 级7 级6 级8 级. 奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响 奥氏体晶粒细小时，冷却转变物组织也细小，其强度、塑性和韧性都比较高，冷脆性转变温度较低；奥氏体晶粒粗大时，冷却后转变产物组织也粗大，钢的力学性能下降，淬火时易变形，甚至开裂。 首钢技师学院回主页回目录1 级7 级. 奥氏体晶粒度的控制 a 冶炼。冶炼时添加铌Nb、钒V、钛Ti、锆Zr等化学元素； b 加热时间和加热温度。加热温度越高、加热时间越长奥氏体晶粒越大； c 加热速度。加热温度一定时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体形核率越高，起始晶粒越小；同时加

6、热速度快，晶粒也来不及长大。 首钢技师学院回主页回目录.二、钢在冷却时的组织转变 1、过冷奥氏体的等温转变 2、马氏体转变 首钢技师学院回主页回目录. 钢经过加热获得奥氏体组织后，在不同的冷却条件下进展冷却，可使钢获得不同的力学性能。 在热处置工艺中常采用等温冷却和延续冷却两种冷却方式。 首钢技师学院回主页回目录. 等温冷却将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的某一个温度保温，进展等温转变，然后再冷却到室温。 等温淬火、等温退火属于此类情况。临界点时间温度加热保温冷却 首钢技师学院回主页回目录. 延续冷却奥氏体化的钢随时间添加T，温度下降t，普通淬火、正火、退火等工艺中的冷却属于此种冷却。临界

7、点时间温度加热保温冷却 首钢技师学院回主页回目录. 过冷奥氏体奥氏体在临界点 A1以下是不稳定的，必定要发生变化，但并不是一冷到 A1 温度以下时就立刻发生转变，在转变前需求停留一定的时间，这段时间称为孕育期。 在 A1 温度以下暂时存在的、处于不稳定形状的奥氏体称为过冷奥氏体。 首钢技师学院回主页回目录临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体. 过冷奥氏体的等温转变将高温奥氏体迅速冷却到低于A1 的某一个温度，坚持恒温，让过冷奥氏体在此温度完成其转变的过程。临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体等温转变 首钢技师学院回主页回目录. 等温转变曲线建立和分析 首钢技师学院回主页回目录视频演示.

8、等温转变曲线的五条线表示图 首钢技师学院回主页回目录A1线转变开场线转变终了线马氏体转变开场线马氏体转变终了线.等温转变曲线的六个区表示图 首钢技师学院回主页回目录视频演示奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体与转变产物共存区转变产物区马氏体与剩余奥氏体共存区马氏体区. 过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 共析钢的过冷奥氏体在冷却过程中会发生三种不同的转变，即：珠光体型转变，贝氏体型转变和马氏体型转变。 首钢技师学院回主页回目录珠光体型转变贝氏体型转变马氏体型转变过冷奥氏体视频演示. 珠光体型转变 转变温度范围为 A1 500 0C，又叫高温转变，是由奥氏体向珠光体的转变，产物形状多数为片状，特殊情况

9、下为粒状。 首钢技师学院回主页回目录珠光体索氏体屈氏体温度时间500. 过冷奥氏体的转变温度对珠光体的构成过程和组织有明显的影响，转变温度越低，即过冷度越大，珠光体中的铁素体和渗碳体片越薄，阐明珠光体越细；强度、硬度越高，塑性和韧性也较好。 从粗到细其产物分别称为：珠光体、索氏体、屈氏体。 首钢技师学院回主页回目录. 贝氏体型转变 转变温度范围：500 0C Ms线对共析钢为 230 0C 又叫中温转变。 5000C 3500C 生上贝氏体 B上 3500C Ms 产生下贝氏体 B下 首钢技师学院回主页回目录视频演示500上贝氏体下贝氏体. 贝氏体是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体 或碳化物 组成

10、的两相混合物，根据转变温度和铁素体与渗碳体分布形状不同，分为上贝氏体和下贝氏体两种。 首钢技师学院回主页回目录 贝氏体的性能 a 硬度比珠光体、索氏体、屈氏体都高。 b B下 与 B上 相比，不但硬度、强度高，而且塑性、韧性也好 为获得B下，可采用等温淬火工艺 。. 2、马氏体型转变 当冷却速度大于临界冷却速度，奥氏体化后的钢被迅速过冷至Ms线以下，将发生一个由奥氏体向高硬度相的转变，被称为马氏体转变。 转变温度范围：共析钢的Ms Mf 温度范围是 230 0C 50 0C，因此又称为低温转变。 首钢技师学院回主页回目录冷却曲线马氏体区. 马氏体转变的特点：1、低温转变 马氏体转变是奥氏体必需

11、快速冷却到某一温度以下才干发生。这一温度称为马氏体转变开场温度，用Ms代表。2、非分散性转变 由于转变温度低，过冷度大，奥氏体向马氏体转变时只发生 “ Fe “ Fe 的晶格改组，而没有铁、碳原子的分散，属非分散型转变，马氏体中的含碳量就是转变前奥氏体中的含碳量。 首钢技师学院回主页回目录.3、马氏体是碳在 Fe 中的过饱和固溶体。 首钢技师学院回主页回目录4、残留奥氏体 室温下马氏体的转变是不完全的，总要残留少量奥氏体。. 马氏体的组织形状主要有针状马氏体和板条状马氏体两种。 含碳量大于 1 的奥氏体几乎只构成针状马氏体。 含碳量小于 02 的奥氏体几乎只构成板条状马氏体。 首钢技师学院回主

12、页回目录. 针状马氏体 又叫高碳马氏体。立体外形是双凸透镜状，在光学显微镜下呈竹叶状或凸透镜状，马氏体针状的大小为奥氏体晶粒大小所控制。力学性能： 高碳马氏体具有高硬度，但塑、韧性很低，脆性大。 首钢技师学院回主页回目录. 板条状马氏体 又叫低碳马氏体。立体外形呈扁椭圆形截面的细长板条状，在光学显微镜下呈一束束平行陈列的细板条状。力学性能： 低碳马氏体具有较高的强韧性，即综合的力学性能较好。 首钢技师学院回主页回目录. 三、钢在回火时的转变 1、回火时组织转变和性能的变化 2、回火脆性 首钢技师学院回主页回目录.淬火钢回火的目的： 1、调整钢的力学性能；2、稳定工件的尺寸和外形；3、消除剩余应

13、力。 首钢技师学院回主页回目录.1、淬火钢回火时组织转变和性能的变化 首钢技师学院回主页回目录 回火时组织的转变剩余奥氏体的分解马氏体的分解碳化物的转变碳化物的聚集球化和aFe的再结晶. 马氏体的分解 在 100 0C 以上时，马氏体开场分解，碳从过饱和的 固溶体中析出构成 碳化物，由于温度比较低，还不能直接析出渗碳体；析出的 碳化物呈密排六方晶格，化学方程式为Fe2。4C， 碳化物不是一个平衡相，而是向 Fe3C 转变前的一个过渡相。 马氏体分解后最终构成过“饱和 固溶体+高度弥散的 碳化物的组织，称为回火马氏体。 首钢技师学院回主页回目录. 剩余奥氏体的分解 淬火钢中的剩余奥氏体在 250

14、 0C 300 0C 范围内迅速分解为下贝氏体；随温度的升高，下贝氏体将进一步转变为铁素体和渗碳体的二相混合物，即珠光体型产物。 首钢技师学院回主页回目录. 碳化物的转变 在 250 0C 400 0C 温度回火时， 碳化物将转变为Fe3C。 转变的过程是以 碳化物重新溶入 固溶体，而稳定的渗碳体相不断地析出的方式进展的。 首钢技师学院回主页回目录. 碳化物的聚集球化和 a F 的再结晶 马氏体的分解在 350 0C 左右时就根本终了了，但分解产物中的 固溶体仍坚持马氏体的针状形状，直至 450 0C 以上， 固溶体经过恢复再结晶后转变为多边形晶粒的铁素体。 与此同时，当温度超越 400 0C

15、 以后，渗碳体发生明显的聚集长大和球化；温度在 500 0C650 0C 左右，得到多边形晶粒的铁素体与球粒状渗碳体组成的混合组织；假设回火温度继续升高到 700 0C 以上，那么得到球化组织。 首钢技师学院回主页回目录. 首钢技师学院回主页回目录 回火产物及性能回火屈氏体回火马氏体回火索氏体球化珠光体. 回火马氏体150 0C250 0C 由过饱和 固溶体 + 高度弥散的 碳化物组成的混合物。硬度较回火前略有下降，但塑性和韧性提高。 运用于刃具、量具、滚动轴承、冷冲模具等。 首钢技师学院回主页回目录视频演示150 回火2小时组织：回火马氏体硬度：50HRC. 回火屈氏体350 0C500 0

16、C 由针状或条状铁素体与粒状渗碳体组成的混合物。具有较高的屈服强度和弹性极限，并坚持一定的硬度和韧性。 运用于弹簧和热锻模具。 首钢技师学院回主页回目录视频演示350 回火2小时组织：回火屈氏体硬度：40HRC. 回火索氏体500 0C650 0C 由多边形的铁素体与粒状渗碳体组成的混合物。具有高强度，兼有高韧性，有优良的综合机械性能。 是构造钢机械零件希望得到的组织形状。 首钢技师学院回主页回目录视频演示650 回火2小时组织：回火索氏体硬度：187 HBS. 2、回火脆性 在回火过程中，随着温度的升高，钢的冲击韧性并非简单的升高，而是在 250 0C 400 0C 和 450 0C 650

17、 0C 区间内存在冲击韧性显著下降的景象，被称为回火脆性。 首钢技师学院回主页回目录.回火脆性 首钢技师学院回主页回目录250 0C400 0C低温回火脆性高温回火脆性 碳化物转变为薄片状渗碳体沿马氏体边境析出，并构成薄膜。450 0C 650 0C 由某种化合物碳化物、氢化物、磷化物等沿晶界析出的结果。. 如加热至 600 0C 以上，缓慢冷却经过 450 0C 550 0C 脆化区，将出现脆性；假设快冷将抑制脆性出现。 假设在 450 0C 550 0C 脆化区长时间停留后，即使快冷也将出现回火脆性。 首钢技师学院回主页回目录.5-2 钢的几种热处置方法 一、钢的退火与正火 二、钢的淬火

18、三、钢的回火 首钢技师学院回主页回目录. 热处置的概念：使钢在固态下加热、保温暖冷却，改动其组织，从而获得所需求性能的一种工艺。 热处置的作用：提高和改善钢的性能。 热处置的分类：退火、正火、淬火、回火、外表淬火等。河北易县燕下都铁剑越王勾践剑钢的热处置概念与类型. 热处置的开展史 在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处置的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在消费实际中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处置就是制造农具的重要工艺。 公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到迅速开展。中国河北省易县燕下都出

19、土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，阐明是经过淬火的。 随着淬火技术的开展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.150.4%，而外表含碳量却达0.6%以上，阐明已运用了渗碳工艺。钢的热处置概念与类型.1863年，英国金相学家和地质学家展现了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改动。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构实际，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处置工艺初步奠定了实际根底。18

20、501880年，对于运用各种气体诸如氢气、煤气、一氧化碳等进展维护加热曾有一系列专利。18891890年英国人莱克获得多种金属光亮热处置的专利。 二十世纪以来，金属物理的开展和其他新技术的移植运用，使金属热处置工艺得到更大开展。60年代，热处置技术运用了等离子场的作用，开展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的运用，又使金属获得了新的外表热处置和化学热处置方法。钢的热处置概念与类型.一、钢的退火与正火 1、钢的退火 2、钢的正火 首钢技师学院回主页回目录. 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下来，获得接近平衡形状的组织的热处置工艺，称为退火。 退火的目的 降低硬度，

21、提高塑性和韧性； 消除剩余内应力，减轻变形和防止开裂； 均匀成分，细化晶粒，为最终热处置作预备； 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。 首钢技师学院回主页回目录. 退火种类 完全退火、等温退火、球化退火、再结晶退火、去应力退火、分散退火等。 首钢技师学院回主页回目录. 完全退火 概念：将亚共析钢加热到 AC3+ 3050，保温一定时间，随炉缓冷至 600 以下，再出炉空冷的热处置工艺，称为完全退火。时间含碳量温度温度炉冷Ac3A1亚共析钢 首钢技师学院回主页回目录适用钢种：亚共析钢。目的： 细化晶粒 消除内应力 降低硬度便于切削加工 为最终热处置作预备温度范围. 等温退火 概念：将钢

22、加热到 AC3+ 3050 或 AC1Accm 之间某一温度，适当保温后，以较快速度冷却到 Ar1 以下，等温一定时间，使奥氏体在等温中完成转变，以降低硬度的退火，称为等温退火。 首钢技师学院回主页回目录常用钢种： 高合金钢 优点： 节省时间，组织均匀。时间含碳量温度温度Ar1Ac1温度范围Acm. 球化退火 概念：将钢加热到 AC1+ 2050，保温一定时间，然后缓慢冷却，获得球状珠光体组织的退火方法，称为球化退火。 首钢技师学院回主页回目录Ac1+2050时间含碳量温度温度炉冷目的：使渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织预备。Ac1. 去应力退火 概念：将钢加热到略低于 AC

23、1 的温度，约 500650 ，经保温后缓慢冷却的退火方法，称为去应力退火。目的：消除剩余内应力。时间含碳量温度温度炉冷Ac1A1空冷 首钢技师学院回主页回目录500650. 2、钢的正火 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 3050，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的热处置工艺，称为钢的正火。Ac3Accm+3050Ac3+2030时间含碳量温度温度空冷 首钢技师学院回主页回目录. 正火与退火的不同 正火冷却速度稍快，正火后的组织比退火细，硬度和强度有所提高，非共析钢正火时发生伪共析转变，使组织中珠光体量增多，片间距变小，通常获得索氏体组织。 首钢技师学院回主页回目录 运用1、细化

24、晶粒，提高力学性能；2、对WC 025%的钢，可适当提高硬度，改善切削性能；3、消除过共析钢中二次渗碳体网，便于球化退火。. 二、钢的淬火 1、淬火加热温度 2、淬火冷却介质 3、常用的淬火方法 4、钢的淬透性和淬硬性 首钢技师学院回主页回目录. 根本概念：将钢加热至临界温度Ac1或Ac3以上30 50 0C，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度的冷却速度冷至室温，获得马氏体组织的热处置工艺称为淬火。 目的：获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。 首钢技师学院回主页回目录. 1、淬火加热温度 为了使淬火得到细而均匀的马氏体组织，首先就要求淬火加热时能获得细而均匀的奥氏体。淬火加热温度的选择能否

25、恰当直接影响奥氏体晶粒的大小，并进一步影响钢的淬火组织和性能。 首钢技师学院回主页回目录.钢的淬火温度区间Ac1+3050Ac3+3050含碳量温度AA+Fe3C0.77% 亚共析钢：Ac3+30 500C 温度过高奥氏体晶粒粗大，淬火后马氏体晶粒也随之粗大；假设选择在Ac1Ac3之间，那么组织中有一部分先共析铁素体，淬火后会呵斥钢的强度和硬度不高。 共析钢和过共析钢：Ac1+30 500C 淬火后得到的组织是均匀细小马氏体和粒状渗碳体，超越此温度得到粗针状马氏体，同时引起工件严重变形，增大开裂倾向。 首钢技师学院回主页回目录过共析钢亚共析钢共析钢. 2、淬火冷却介质 淬火操作的难度比较大，主

26、要是由于：淬火要求得到马氏体，淬火的冷却速度就必需大于临界冷却速度，而快冷总是不可防止地要呵斥很大的内应力，往往会引起钢件的变形和开裂。 首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线1A1MsMf. 理想的淬火冷却曲线应该是：在650550 0C范围要快冷，其它温度区间不需快冷，尤其在Ms点以下更不需快冷，以免引起任务变形或开裂。 首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线2A1MsMf处理冷却速度的方法有两条： 寻觅一种比较理想的淬火介质。 改良淬火的冷却方法。 . 冷却介质有：油、水、盐水、碱水等，其冷却才干依次加强，这些冷却介质都不能完全满足上述理想的淬火冷却条件。 如：水在温度的高端能满足冷

27、却速度的要求，但在低端那么显得冷却速度过快，工件容易发生变形和开裂。 油在温度的低端能满足冷却速度的要求，但在温度的高端那么冷却强度不够。 首钢技师学院回主页回目录. 3、常用的淬火方法 单液淬火法 淬火零件放入一种淬火液中，操作简单，容易实现机械化和自动化；工件有容易变形和开裂的缺陷。温度时间冷却曲线A1MsMf 首钢技师学院回主页回目录. 双液淬火法 工件先放入水中淬火，待冷却到 300 400 0C 时，取出放入油中冷却。 优点是高温快冷，使奥氏体不能转变为珠光体；在低温时冷却速度降低，减小了马氏体转变的相变应力，防止工件的变形和开裂。 首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf. 、分级淬火法 将工件放入温度在 Ms 线附近的盐槽或碱槽中，保温一段时间，使得工件外表与内部的温度均匀一致，可以大大减小继续冷却的温差应力，然后取出空冷。 首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf. 等温淬火法 对某些外形复杂而又要求较高的综合机械性能的工件，经过等温淬火可以得到下贝氏体组织。 方法是将工件放入温度高于 Ms 的盐槽或碱槽中，保温一段时间，使其发生下贝氏体转变，然后拿出空冷。 首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf. 4、钢的淬透性和淬硬性 淬透性的概念 指在规范条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的才干