工程材料第六章

1、第六章钢的热处理重点：过冷奥氏体的转变整体热处理工艺及应用表面热处理工艺及应用工程材料同济大学机械与能源工程学院 P%=（6.69-1.2）/（6.69-0.77）=92.7% HB=280 92.7%+800 7.3% 318工程材料同济大学机械与能源工程学院第六章钢的热处理刀具：工作状态高硬度被加工状态易切削齿轮：齿面耐磨心部足够韧性工程材料同济大学机械与能源工程学院第六章热处理定义钢的热处理保温温度临界温度热加热处理目的：改变钢的性能冷却在固态下加热时间工程材料同济大学机械与能源工程学院第六章热处理分类钢的热处理退火、正火淬火 + 回火普通热处理感应加热淬火热处理表面淬火火焰加热淬火表面

2、等热处理化学渗碳、 渗氮热处理碳氮共渗等工程材料同济大学机械与能源工程学院6.1 钢在加热时的组织转变一、奥氏体的转变温度工程材料同济大学机械与能源工程学院6.1 钢在加热时的组织转变二、奥氏体的形成以共析钢为例： A0.0218%C6.69%C0.77%CFe3CbAccFfcAc复杂A 形核A 长大残余Fe3C溶解A 均匀化工程材料同济大学机械与能源工程学院P（F+Fe3C）6.1 钢在加热时的组织转变三、 影响奥氏体转变速度的因素1. 加热温度：T加热 A化2. 加热速度：v加热 Ac1 A化3. 钢中碳含量：0.77%C A化4. 原始组织： P片 A化工程材料同济大学机械与能源工程学

3、院6.1 钢在加热时的组织转变四、 奥氏体晶粒度1.起始晶粒度：刚刚转变成的A 晶粒大小。2.实际晶粒度：具体加热条件下的A 晶粒大小。3.本质晶粒度：特定加热条件（930+10 ，保温8h）下的A 晶粒大小。工程材料同济大学机械与能源工程学院标准晶粒度等级图（放大100倍）工程材料同济大学机械与能源工程学院6.1 钢在加热时的组织转变工程材料同济大学机械与能源工程学院钢的本质晶粒度示意图问题与思考 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程如何？ 热处理时的加热温度应该加热到单相奥氏体区还是在两相区？工程材料同济大学机械与能源工程学院6.2钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变1. 共析钢过

4、冷奥氏体等温冷却转变曲线的建立 TTT曲线 （C 曲线 ）T timeT temperatureT transformation工程材料同济大学机械与能源工程学院6.2钢在冷却时的组织转变温度() 800 A17006005004003002001000 -1000110102103104时间(s)工程材料同济大学机械与能源工程学院 孕育期的变化 铁碳原子的扩散6.2钢在冷却时的组织转变2. 共析碳钢TTT 曲线的分析温度()800700600500稳定的奥氏体区A1AA1550;高温转变区;扩散型转变; P 转变区。过冷奥+产产A向产物转变终止线物550230;中温转变区; 半扩散型转变;贝

5、氏体( B ) 转变区; 氏区物400 体A向产物转变开始线区区Ms300200 100230 - 50; 低温转变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。0-100Mf0102103104110时间(s)工程材料同济大学机械与能源工程学院6.2钢在冷却时的组织转变3. 过冷奥氏体转变产物的组织与性能1） 珠光体型 （ P ）转变 ( A1550 ）A1650 :珠光体（P）170200屈H氏B体ST珠光体P（ A1650 ）索氏（体60S0550 ）2（36050630020H）BS650600 :索氏体（S）600550：屈氏体（T）330400HBS电镜工程材料同济大学机械与能

6、源工程学院电电镜镜6.2钢在冷却时的组织转变2）贝氏体型（B ）转变 （550230 ）B上（550350）4045HRC碳B上3工程材料同济大学机械与能源工程学院过饱和-Fe条状Fe3C粒状羽毛状B上= 过饱和碳 -Fe条状 + Fe C粒状6.2钢在冷却时的组织转变B下（350230） 5060HRC工程材料同济大学机械与能源工程学院碳针状过饱和 -FeB细片状Fe3C下 =过饱和碳 -Fe针叶状 + Fe3C细片状针状B下6.2钢在冷却时的组织转变3）马氏体型 （M）转变 （230 -50）马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体。A工程材料同济大学机械与能源工程学院硬度主要取决于马氏体的

7、含碳量。续冷却完成。的成分相同，造成晶格下降，残余A增加。转变特点: 在一个温度范围内连 转变速度极快。 无扩散转变，M与原畸变。 转变不完全性。 含碳量增加，Ms、Mf6.2钢在冷却时的组织转变4. 各类钢TTT曲线比较工程材料同济大学机械与能源工程学院6.2钢在冷却时的组织转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变工程材料同济大学机械与能源工程学院亚共析钢CCT曲线共析钢CCT曲线过共析钢CCT曲线6.3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先热处理机械粗加工最终热处理机械精加工预先热处理 ：退火 、正火最终热处理： 淬火 + 回火工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的普通热处理工

8、艺一、钢的退火定义： 把零件加热到临界温度以上3050，保温一段时间，然后随炉冷却。目的：消除应力，降低硬度，细化晶粒，均匀成分，为切削加工和最终热处理作准备。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的普通热处理工艺一、钢的退火普通退火完全退火等温退火重结晶扩散退火普通球化退火退火球化退火退火等温球化退火再结晶退火低温退火去应力退火工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3工艺参数钢的普通热处理工艺工程材料同济大学机械与能源工程学院完球扩等散温全化退火Ac13+231050352000，保保温温，在缓冷A冷r或。1温等度温等冷温却冷。却。室温组织：P+球F6.3钢的普通热处理工艺二、钢的正火定

9、义： 把零件加温到临界温度以上3050，保温一定的时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。（完全奥氏体化）目的： 消除应力，调整硬度，细化晶粒，均匀成分，为后续热处理作好组织准备。作用： 改善切削性能。普通结构件、大型零件、复杂零件最终热处理。高碳钢球化处理之前的热处理。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3工艺参数钢的普通热处理工艺工程材料同济大学机械与能源工程学院正 火 加 热 温 度 ： Ac3（Accm）+3050，保温，空冷。室温组织：P+F（P+Fe3C）6.3钢的普通热处理工艺三、钢的淬火定义：把零件加温到临界温度以上30 50，保温一段时间，然后快速冷却，获得马氏体组织的热处理工

10、艺。目的：为了获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3工艺参数钢的普通热处理工艺工程材料同济大学机械与能源工程学院冷加却热方温=度KD淬亚共:加热冷析系却钢数速：，与度完钢全种临奥界氏冷及体却加化速热介度质有关共K析: 装钢炉、量有过关共系析数, 钢：一不般完取全1奥1.5氏体化D：工 件 有 效 厚 度（尺寸最小部位）6.3钢的普通热处理工艺工件淬硬层与冷却速度的关系工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的淬硬性定义：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。影响钢淬硬性的因素：取决于钢的含碳量。钢的普通热处理工艺钢的淬透性定义：是指钢在淬火时所能得到的淬硬

11、层 （马氏体组织占50%处）的深度。影响钢淬透性的因素：影响C曲线位置因素。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的普通热处理工艺四、钢的回火钢淬火后的情况工程材料同济大学机械与能源工程学院淬火应力组织：M + Ar6.3钢的普通热处理工艺四、钢的回火定义：淬火后的零件重新加热到A1线以下某个温度，保温一段时间，然后冷却到窒温的热处理工艺。目的：消除淬火应力，降低脆性，稳定工件尺寸，调整淬火零件的力学性能。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的普通热处理工艺四、钢的回火温度（）名称组织用途M=0.3%C+低温回火150250耐磨件T=F针+Fe3C粒中温回火350500弹簧等S=F+

12、Fe3C球500650高温回火调质件工程材料同济大学机械与能源工程学院6.3钢的普通热处理工艺回火马氏体回火索氏体回火屈氏体工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺表面淬火化学热处理表面热处理工艺的核心：使零件具有“表硬里韧”的力学性能。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺一、表面淬火定义：不改变钢表层化学成 分，但改变表层组织的局部热处理工艺。工艺特征：通过快速加热使钢的表层奥氏体化，然后急冷，使表层形成马氏体组织， 而心部仍保持不变。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺一、表面淬火表面淬火用钢：中碳或中碳低合金钢。40、45、4

13、0Cr、40MnB等。表面淬火加工的方法：感应加热（高、中、工频 ）、火 焰加热、电接触加热法等。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺感应加热表面淬火示意图（mm）工程材料同济大学机械与能源工程学院 = 500 / f6.4钢的表面热处理工艺1. 感应加热表面淬火工艺要求：表面淬火前正火、调质处理表面淬火后低温回火处理生产特点：淬火件的质量好工件变形小不易氧化及脱碳淬火层容易控制生产率高设备投资大，不适复杂形状零件和小批量生产。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺2. 火焰加热表面淬火工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺2. 火

14、焰加热表面淬火火焰加热表面淬火的特点：设备简单， 操作方便，成本低。淬火质量不稳定。适于单件、小批量及大型零件的生产。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺二、化学热处理将零件置于一定的化学介质中加热、保温，使介质中某些元素原子渗入工件表层，以改变钢 表层化学成分和组织的热处理工艺。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺二、化学热处理化学热处理的基本过程分解 :吸收:2COCO2+C活性原子被零件表面吸收和溶解。扩散 :活性原子向内部扩散，形成一定的扩散层。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺二、化学热处理化学热处理进行的条件渗入元

15、素的原子必须是活性原子， 而且具有较大的扩散能力。零件本身具有吸收渗入原子的能力，即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合, 形成化合物。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺二、化学热处理化学热处理的种类渗碳、渗氮、 碳氮共渗、 渗硼、 渗铝、渗硫、渗硅、 渗铬等。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.41. 钢的渗碳定义：向钢的表面渗入碳原子的过程。钢的表面热处理工艺目的：获得具有表硬里韧性能的零件。用钢：低碳钢和低碳合金钢。方法：固体、气体、液体渗碳。工程材料同济大学机械与能源工程学院固体渗碳法示意图1. 渗碳工程材料同济大学机械与能源工程学院泥封盖试棒渗碳箱零件渗碳剂

16、气体渗碳法示意图1. 渗碳工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺钢的渗碳1. 渗碳工艺： 加热温度为900950渗碳时间一般为39小时；渗碳后的组织：表面中心P+Fe3CPP+FF + P少工程材料同济大学机械与能源工程学院零件580 20钢渗碳缓冷组织表层珠光体 + 网状渗碳体; 中层珠光体; 内层铁素体 + 珠光体6.41. 渗碳温度钢的表面热处理工艺渗碳后的热处理工艺渗 碳930850加热淬火方案1方案2时间工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺渗碳后的热处理工艺工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺热处理后的组织（淬透）常用渗

17、碳钢: 15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。工程材料同济大学机械与能源工程学院钢种表层组织心部组织低碳钢M+Fe3C+A残F+P低碳合金钢M+ Fe3C + A残低碳M+F6.42. 钢的氮化定义：向钢的表面渗入氮原子的过程。目的：获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。钢的表面热处理工艺用钢：中碳合金钢。方法：气体渗氮（NH3）工艺：加热温度500600，温时间2050h。工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺钢的渗氮2. 钢的氮化热处理特点： 渗氮前需调质处理渗氮后不需热处理渗氮处理后的组织：表层 ： Fe4N、Fe2N、AlN、CrN

18、、MoN、TiN、VN。心部 ：S。常用的钢种 ： 35 CrMo、18CrNiW、38 CrMoAlA （氮化钢 ）等。工程材料同济大学机械与能源工程学院650 ： ( Fe4N )38 CrMoAl 气体渗氮层组织： ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) 、红黄蓝绿区：含氮索氏体 + 脉状氮化物、绿黄区：索氏体基体6.4钢的表面热处理工艺3. 渗碳与渗氮的工艺特点工程材料同济大学机械与能源工程学院名称处理温度( )处理时间（ h）处理后是否需要热处理渗碳90095039需要渗氮5006002050不需要6.4钢的表面热处理工艺4. 钢的碳氮共渗（化处理）定义：向钢的表面同时渗入碳和氮原子的工艺方法。目的：获得具有表硬里韧性能的零件。固体碳氮共渗高温方法：气体碳氮共渗中温低温液体碳氮共渗工程材料同济大学机械与能源工程学院6.4钢的表面热处理工艺4. 钢的碳氮共渗（化处理）工程材料同济大学机械与能源工程学院名称低温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗温度()500600800860时间(h)1618作用以渗氮为主以渗碳为主渗层0.10.4mm0.50.8mm热