第四章-钢的热处理补充课件

共析碳钢等温转变组织与性能分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700(℃)0400A1MsMf珠光体型(P)转变(A1～550℃):A1～650℃:片间距为0.6～0.7μm(500×);称珠光体（P），硬度：5～25HRC。

650～600℃:片间距为0.2～0.4μm(1000×);称索氏体(S);硬度：25～36HRC。600～550℃:片间距为＜0.2μm(电镜);称屈氏体(T);硬度：35～40HRC。珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌光镜形貌电镜形貌索氏体形貌像屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌上贝氏体下贝氏体贝氏体型(B)转变(550～230℃):

转变产物为F和Fe3C相混合物，但二者的不同分布得到上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。上贝氏体：550～350℃:B上、典型形貌羽毛状;

硬度：40～45HRC。B上=过饱和碳

α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状上贝氏体组织金相图下贝氏体：350～230℃:B下、典型形貌—针状;

硬度：50～60HRC。B下=过饱和碳

α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳

α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状下贝氏体组织金相图马氏体型(M)转变(230～-50℃):（1）定义:马氏体是一种碳在α–Fe中的过饱和固溶体。晶体结构由于碳的过饱和作用，使α–Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格。（2）转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散),

M与原A的成分相同,造成晶格畸变。转变不完全性,QM=f(T)。马氏体的形态：由碳含量决定，典型形貌为板条状和片状两类。光镜下光镜下板条状片状◆板条状---低碳马氏体(＜0.2%C);硬度：30～50HRC;延伸率：δ=9～17%。低碳板条状马氏体组织金相图◆针、片状---高碳马氏体(＞1%C);硬度：66HRC左右;延伸率：δ≈1%。

高碳针片状马氏体组织金相图◆碳含量（0.2＜%C＜1.0）范围：马氏体形态为板条状和片状的混合状，%C越高，片状马氏体所占的比例越多。45钢淬火组织，400×马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉强度σb(Mpa)180014001000600200（6）马氏体的性能:主要取决于马氏体中的碳含量。3、亚共析钢的TTT曲线

FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf4、过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残

Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf◆奥氏体中含碳量的影响:过共析钢共析钢亚共析钢时间温度A15、影响TTT曲线形状与位置的因素◆奥氏体中含合金元素的影响:除Co、Al(＞2.5%)外，所有合金元素溶入奥氏体中，会引起曲线向右下方移动和可能产生分离向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢◆加热温度和保温时间的影响:

加热温度越高,保温时间越长,碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性,从而使TTT曲线向右移。Vk时间(lgτ)温度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1炉冷空冷二、奥氏体连续冷却转变1、共析碳钢连续冷却转变曲线---CCT曲线2、过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区,但比共析钢CCT曲线多一条A→Fe3C转变开始线。由于Fe3C的析出,奥氏体中含碳量下降,因而Ms线右端升高.3、亚共析钢CCT曲线有贝氏体转变区，还多A→F开始线,F析出使A含碳量升高,因而Ms线右端下降.

过共析钢CCT曲线亚共析钢CCT曲线4.临界冷却速度VK：钢在淬火冷却时，获得马氏体组织的最小冷却速度。5.连续冷却过程组织分析例共析钢（碳素钢）连续冷却组织分析（1）炉冷:室温组织P（粗片状）（2）空冷：室温组织P（细片状）（3）油冷：室温组织

P+M（4）水冷：室温组织

M

第三节钢的普通热处理工艺一般零件生产的工艺路线:毛坯生产预备热处理机械加工最终热处理机械精加工预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一、钢的退火(Annealingofsteel)

1、定义:把钢加温到预定温度（奥氏体化温度），保温一定时间后缓慢冷却后（通常随炉冷却），获得接近于平衡组织的热处理工艺．2、目的:消除应力;

降低硬度为机加工做准备；均匀成分、组织，为最终热处理作好组织准备。3、种类退火重结晶退火低温退火完全退火扩散退火球化退火再结晶退火去应力退火普通退火等温退火普通球化退火等温球化退火温度(°C)名称Ac3+30～50完全退火Ac1+30～50球化退火500～600去应力退火Ac3+150～250扩散退火4、工艺参数:共析钢球化退火组织(化染)700T10钢球化退火组织(化染)500二、钢的正火(Normalizingofsteel)1、定义:把零件加温到临界温度以上30～50℃,保温一段时间,然后在空气中冷却。2、目的:消除应力;

调整硬度，改善机加工性能；细化晶粒，均匀成分，为最终热处理作好组织准备。温度(°C)名称Ac3+30～50亚共析钢Ac1+30～50共析钢Accm+30～50过共析钢3、工艺参数4、热处理后的组织:S+F(Wc＜0.6%)；S(Wc=0.6～1.4%)5、应用范围:■预备热处理:调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中的Fe3CⅡ。■最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。温度(°C)名称Ac3+30～50亚共析钢Ac1+30～50共析钢Ac1+30～50过共析钢三、钢的淬火1、定义2、目的3、工艺参数4、热处理后的组织:

M+Fe3C+A残

Ac1+30～50过共析钢

M+A残

Ac1+30～50

共析钢

M+A残

Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%

M

Ac3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%

最终组织淬火温度(℃)

钢种5、淬火加热时间(τ)的选择:τ

=α

K

D工件有效厚度(尺寸最小部位)装炉量有关系数一般K=1～1.5加热系数,与钢种及加热介质有关6、淬火冷却介质1）理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2）常用的淬火冷却介质名称最大冷却速度时平均冷却速度/(℃•s-1)所在温度/℃冷却速度/(℃•s-1)650～550℃300～200℃20℃静止水34077513545040℃静止水28554511041060℃静止水2202758018510%NaCl溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10号机油430230606580℃10号机油430230705520℃3号锭子油500120100507、常用的淬火方法单液淬火双液淬火分级淬火等温淬火时间温度MsA18、钢的淬硬性(Hardeningofsteel)1）定义:是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。2）影响钢的淬硬性的因素:主要取决于马氏体的含碳量.9、钢的淬透性(Hardenabilityofsteel)1）定义:是指钢在淬火时所能得到的淬硬层(马氏体组织占50%处)的深度。2）影响钢的淬透性的因素:主要是临界淬火冷却速度VK

的大小,

VK

越大,钢的淬透性越小。例：加入合金元素Cr、Ni、Mn等显著提高钢的淬透性采用“多组元、少含量”效果更显著工件淬硬层与冷却速度的关系3）淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T12A)大低低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具钢(W18Cr4V)4）淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢淬透钢四、钢的回火(Temperingofsteel)1、定义:

把淬火后的零件重新加温到A1线以下某个温度,保温一段时间,然后冷却到室温。2、目的:(1)消除淬火应力,降低脆性;(2)稳定组织和工件尺寸;(3)调整淬火零件的力学性能,获得强韧配合。3、淬火钢回火过程中的组织变化

淬火后的组织为马氏体+残余奥氏体，都是不稳定组织，本身有向稳定组织转变的趋势，回火过程加热和保温加速这一过程的发展。

随回火温度升高，淬火组织变化过程如下：1．马氏体的分解（200℃以下）回火时，马氏体中过饱和碳发生短距离的迁移，形成碳的偏聚或形成极细的ε碳化物、以薄片状存在于马氏体中，这种组织称为回火马氏体。（马氏体中碳的过饱和度下降，晶格从体心正方向体心立方发展，残余奥氏体基本未发生变化。）2．残余奥氏体的分解（200－300℃）马氏体向回火马氏体转变时，由于压应力减小，残余奥氏体发生分解生成下贝氏体。回火马氏体的组织与下贝氏体非常相象，难区区，分统一称为回火马氏体。碳化物在光学显微镜下是不可见的，组织形貌有原来亮白色变为灰暗色。3.渗碳体的形成（250－400℃）碳的扩散能力加强，碳化物转变成稳定渗碳体，铁素体过饱和度明显减少，内应力大大消除，碳化物和母相的共格关系消，原淬火马氏体的外形不清晰，约400℃全部完成这一过程，这时回火组织为在铁素体上均匀分布极细的渗碳体，称为“回火屈氏体”。在光学显微镜下，可以看到部分残存的原马氏体的痕迹，但看不到碳化物，组织几乎为一片黑。4．碳化物的聚