《热处理四把火基础与总结(高级教育)》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热处理四把火基础与总结(高级教育)(43页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、钢的热处理,第三章 钢的热处理 ( Heat Treatment of Steel ),本章教学目的及要求 1 了解钢的热处理原理及工艺 2 针对性能不同的机件会制定相应的热处理工艺,金属固态相变的主要类型 1 平衡转变(已在前面的章节中叙述过) 1)纯金属的同素异构转变 2)多形性转变(类似匀晶转变) 3)共析转变 4)平衡脱溶沉淀(二次相的析出) 2 不平衡转变 1)铁碳合金中的不平衡转变 (1)伪共析转变 (2)贝氏体转变 (3)马氏体转变 2)不平衡脱溶沉淀(AL合金的淬火时效),绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,1,第一节 概述,一、热处理的定义,保温,钢的热处
2、理,加热,冷却,热处理工艺曲线,组 织,性 能,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,2,二、热处理的应用范围,三、热处理的分类,热处理,普通 热处理,表面 热处理,淬火 回火,表面淬火,化学热处理,感应加热淬火,火焰加热淬火,渗碳 渗氮 碳氮共渗等,钢的热处理,退火 正火,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,3,Ac3,A3,钢的热处理,为了使钢件在热处理后获得所需的性能,对于大多数热处理工艺,都要将钢件加热到高于临界点的温度,以获得全部(或部分)奥氏体组织并使之均匀化,这个过程称为“奥氏体化”。,第二节 钢在加热时的转变,一、转变温度( transfo
3、rmation temperature ),Acm,Arcm,Accm,A1,Ar1,Ac1,Ar3,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,4,晶界相界 形核理论,钢的热处理,二、奥氏体的形成,显然,奥氏体的形成必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散。其基本过程是通过以下四个阶段来完成的。,1 基本过程(共析碳钢),A晶核形成,A晶粒长大,残余Fe3C溶解,A成分均匀化,Fe3C,F,A,问题?,1) 扩散型的转变 2) 是通过形核和长大过程来实现的,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,5,钢的热处理,2 影响奥氏体形成的因素,形核 (处所)、 长大(D)两
4、个点,1)加热温度 TDA的形成速度,2)加热速度 V加热 A形成时间 A的形成速度,3)原始组织 钢中的原始组织细相界面A形成速度,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,6,钢的热处理,三、奥氏体晶粒度及对力学性能的影响,1 奥氏体晶粒度,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,7,钢的热处理,钢的本质晶粒度示意图,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,8,钢的热处理,2 奥氏体晶粒大小钢的性能影响,1)奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高,2)粗大的奥氏体晶粒(过热)在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂,热处理的前提条件,细
5、小的A,性能提高,严格控制 T、,细小的产物,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,9,钢的热处理,一、钢在热处理时的冷却方式,保温,时间,温度,临界温度,连续冷却,等温冷却,第三节 钢在冷却时的转变,加热,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,10,钢的热处理,二、过冷奥氏体的等温冷却转变,1 过冷奥氏体等温冷却转变曲线 (TTT)的建立,A1,共析钢,的C 曲线,A,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,11,转变产物区,2 共析钢的C曲线分析,1)图形分析,Ms,Mf,230,550,-50,转变开始线,转变终了线,过冷奥氏体区,转变
6、进行区,(2)过冷A体的孕育期 (稳定性),(3)等温温度不同,转变产物也不同,(1)点、线、区,高温转变区 扩散型转变 P 转变,中温转变区 半扩散型转变 贝氏体( B )转变,低温转变区 非扩散型转变 马氏体 ( M ) 转变,12,2 )过冷奥氏体转变产物及性能,珠光体型转变(F+Fe3C),珠光体 P 5-25HRC 500X,索氏体 S 25-35HRC 1000X,屈氏体 T 35-40HRC 电镜,贝氏体型转变(非平衡C%的F+碳化物),马氏体型转变(C在-Fe中的过饱和固溶体),上贝氏体 B上 35-45HRC,下贝氏体 B下 50-60HRC,13,钢的热处理,(1)M体的转
7、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, 非扩散转变,M与原A的成分相同,比容最大,(4)M体的性能,A中C%,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,(2)M体的晶体结构,14,P型+F,P型+F,AF,AFe3C,P型+Fe3C,先共析线,与共析钢C 曲线的区别,15,3、影响C曲线的因素,1)A体中的化学成分,(2)A体中Me%,(1)A体中C%,2)A体的状态,(2)第二相利于过冷A体转变稳定性C曲线左移,钢的热处理,(1)T、A体成份均匀性,晶粒晶界面积,不利于过冷A体转变稳定性C曲线右移,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六
8、章,第一章,16,钢的热处理,三、过冷奥氏体的连续冷却转变(CCT曲线),过冷A体的连续转变曲线一般很难建立(因为时间,温度 总在变化,转变点不易测出来,所以通常用等温转变曲线 (C曲线)来定性说明连续冷却转变的情况。,无贝氏体转变!,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,17,P型,M+A,M+A+P,钢的热处理,四、过冷奥氏体等温冷却转变曲线的应用,Vk,V1 = 5.5/s 炉冷 P,1 可估计临界冷却速度VK的大小(获得M体的最小冷速),2 冷速产物性能,(转变产物由冷却曲线与C曲线相 交的位置决定)。,3 为制定HT工艺提供了依据,退火,V2 = 20/s 空冷 S
9、 正火,V3 = 33/s 油淬 T+M+A,V4 138/s 水淬 M+A,V1,V2,V3,V4,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,18,钢的热处理,第四节 钢的热处理工艺,HT工艺是以原理为基础,具体的制定: (1)加热温度 (2)保温时间 (3)冷却方式(介质选定)等参数 HT工艺作为机械加工过程中的一个环节,其作用 不外乎两点。 改善材料的加工工艺性 提高机件的耐用度(性能),零件要获得 所需的性能,相应的组织,加 热 冷 却,热处理工艺,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,19,钢的热处理,一、普通热处理,预备热处理 : 退火 正火,最终热
10、处理 : 淬火 回火,一般零件的加工工艺路线:,预备热处理的目的: (1)获设细小均匀的组织、消除内应力 (2)调整硬度,便于机加工(HB170-250) (3)为最终HT做好组织准备,预备热处理,机械粗加工,最终热处理,机械精加工,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,20,钢的热处理,根据钢的成份和退火目的不同,其工艺可分为:,1)完全退火(完全奥氏体化),2)球化退火(不完全奥氏体化),3)去应力退火(A1以下 组织不变),适用:消除铸、锻、焊件及机加工后的内应力,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,21,钢的热处理,(1)消除热加工造成的过热缺陷,
11、细化组织使之正常化 (2)作为低碳钢的预备HT,HB便于机加工 (3)代替调质成本 (4)为消除较大完整的Fe3C网状,可用正火。 (5)对普通结构件,可作最终HT。,1)正火是退火的特例,将钢加热到Ac3或Accm以( 30 50C)完全A体化,然后在空气中冷却的一种工艺(常化),2)组织,正火的T组织中的P%且细(索氏体)HB,3)适用范围:碳钢及低中合金钢,4)目的及应用:,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,22,扩散退火,去应力退火,钢的热处理,各种退火(正火)的加热温度范围,完全退火,球化退火,正火,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,23,
12、钢的热处理,三个判据,1 实际生产中退火与正火的选择,2 正火组织判断,3 组织中是否有残余奥氏体,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,24,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(水、油冷)的一种工艺。,钢的热处理,实质:过冷A体M体,1)工艺参数,(1)淬火加热温度,(2)保温时间、冷却方式,D 工件有效厚度mm,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,25,钢的热处理,2)淬火冷却组织,3)淬火缺陷,(1)变形开裂,解决的途径,(2)硬度不足、软点,淬透性,淬火方法,冷却介质,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一
13、章,26,钢的热处理,4)两个概念,(1)钢的淬硬性 ( Hardening of steel ),是指钢在淬火后所能达到的最高硬度的能力,主要取决于马氏体的含碳量,(2)钢的淬透性( Hardenability of steel ),是指钢在淬火时所能得到的淬硬层 (M50%+非M50%的组织处) 厚度的能力,淬透性淬硬层厚度,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,27,钢的热处理, 淬透性分析,假定:钢种、尺寸、冷却介质一定,在某种HT加热条件下,温度,A1,时间,Vk,V表,V心,Ms,Vk,M体区,非M体区,变动:改变加热条件,过冷A体稳定性C曲线右移Vk,Vk,全淬
14、透,未淬透,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,28,钢的热处理, 影响淬透性的因素,HT生产中 一般碳钢用水淬,合金钢用油淬,主要取决于VK 的大小,过冷A稳定性孕育期 C曲线右移 VK淬透性,TA体均匀晶粒C曲线右移Vk淬透性,化学成分,合金钢比碳钢的淬透性好,大多MeA稳定性C曲线右移Vk淬透性,加热温度、保温时间,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,29,全淬透,钢的热处理,淬透性对钢的力学性能的影响,例如:做两个材料不同,尺寸形状相同,HT条件相同的试验,45钢 调质,40Cr钢 调质,表面,中心,表面,表面,中心,表面,HB,HB, 提高淬透
15、性的意义,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,30,钢的热处理,4 钢的回火(Tempering of steel),1)回火的目的 (1)脆性、内应力 (2)稳定零件尺寸 (3)获得所需要组织和性能,淬火后紧接着(0.5Hr)一个工序回火,1 3Hr,加热,保温,空(油)冷,变形 开裂,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,31,M回,Fe3C细粒,Fe3C粗细粒,Fe3C细片,+,2)回火时的组织和性能变化,A,M(过饱和C的),A,Fe2.4C(),M(C%),F(稍过饱和C%),F等轴(平衡C%),F长大,软化,淬火钢,200 M体分解,T回,S回
16、,P回,+,+,+,32,钢的热处理,3)回火的分类及应用,淬火 + 高温回火 = 调质处理,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,33,亚 0.25C%,钢种,组织,正火,F+S,低回,表 M回+A+Fe3C,中心 M回+F,34,钢的热处理,二、表面热处理,以上谈到的是普通热处理的“四把火”,它们在生产实践应用十分广泛,也有局限性。对于零件的表面及心部性能要求不相同的情况下,如: (1)表硬里韧 (2)表面要求具有良好的物理化与性能 就只能采用:,1 表面淬火( Surface Hardening ),绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,35,感应加热表面淬火,钢的热处理,淬火机床,感应器,绪 论,第二章,第三章,第四章,第五章,第六章,第一章,36,钢的热处理,1)感应加热的基本原理:,淬火层深度()与电流频率( f )的关系,2)加热频率 f,(1)高频加热f =(100-500)kHz f =(200-300)kHz =(1-2)mm,(2)中频加热f =(0.5-10)kHz,(3)工频加热,f =(2.5-8)kHz =(3-5)mm