中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院• 第七章 钢的淬火和回火• （3） 7.6 7.6 钢的时效硬化钢的时效硬化 7.7 7.7 钢的表面淬火钢的表面淬火 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.6 7.6 钢的时效硬化钢的时效硬化时效硬化：过饱和固溶体的析出（即过饱和固溶体分解并形成和析出偏聚区、过渡相或平衡相），从而引起合金强化的过程铝合金、镁合金、铍青铜、镍基耐热合金及部分钢 钢的时效（硬化）：马氏体的分解和二次硬化，即过饱和固溶体中碳（氮）化物、合金化合物析出；奥氏体中二次碳化物、F中三次碳化物析出等过程硬化也可能来自于多边化减慢 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.6.1 析出强化钢：析出强化钢：1.马氏体时效钢：微碳Fe-Ni合金（Ni、Co、Mo、Ti、A1、或Ti、A1、Nb）加入合金元素形成金属间化合物(Ni3M)强化基体2. 沉淀硬化超强不锈钢：以18-8不锈钢为基础，添加少量A1、Ti、Mo的A—M沉淀硬化不锈钢和以Cr13型M不锈钢为基础添加Mo、W、Ti、Nb和Co的低碳M沉淀硬化超高强不锈钢。
合金元素间形成IMC3. 微合金钢：低碳/低碳锰钢中添加微量A1、Nb、V、Ti 等这些合金元素与钢中的C和N形成细小弥散的合金碳化物、氮化物或碳-氮化物减缓晶粒（奥氏体或再结晶）的长大；微合金C化物、N化物为相界沉淀，对回复、再结晶的影响？4. M时效钢与沉淀硬化高强不锈钢的析出强化必须通过固溶—时效才能体现，微合金钢一般只需在加工中采用合适的控轧控冷工艺另外，前二者在热处理中经历多型性转变强化主要来自于第二相析出 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.6.2 马氏体时效钢的淬火时效马氏体时效钢的淬火时效 M时效钢超高强、有良好的塑性和韧性，用于承受大负荷的结构件 原因：淬火强化（板条状马氏体）+时效强化 成分：C≤0.03％，Ni＝18％~25％，含能产生时效强化的合金元素 分三类：18Ni型、20Ni型和25Ni型 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院钢种标准化学成分/%力学性能屈服强度/MPa冲击值J/cm2NiCoMoTiAlC 18Ni18Ni型：型：淬火态屈服强度约690MPa；时效强度达690~1380MPa， 断裂韧性比一般超高强钢高出一倍以上，热处理后不变 形。
用于空间飞行器的部件、大负荷扭转或弯曲的结构 件、高压容器和部分工模具 18Ni型M时效钢的化学成分与力学性能添加少量Co减少Mo在M内的溶解度，促进Ni3Mo的析出，避免钢的回火脆性 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院18Ni型马氏体时效钢的热处理工艺强化效应： 淬火后得到板条马氏体；时效后板条M上高弥散度（约10nm)、高硬度化合物(Ni3Mo，Ni3Ti)分布；且化合物与马氏体基体半共格淬火态屈服强度约686MPa，时效态可达1200MPa，断裂韧性很高，热处理变形少左上图合金高温时效时，有可能Fe2Ni、Fe2Mo替代Ni3Mo、Ni3Ti前者与基体非共格，后者与基体半共格时效温度对18Ni马氏体时效钢力学性能的影响(18Ni, 7Co, 4.5Mo, 0.3Ti) 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院Another kind of precipitating hardening steel: 17-4PH（S17780马氏体析出硬化钢，主体成分：Fe-0.09C-1Mn-0.5Si-16~17.25Cr-6.5~7.75Ni-0.75~1.25Al）。
凝固时可得到100% F，继续冷却得到几乎全部A+残留F轧制后，F沿轧制方向排列析出处理：760OCx2hr---空冷---621OCx4hr抗拉强度达790MPa，冲击韧性值可达751040OC退火1040OC退火+482OC时效 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院(d)Fe-30Mn-7.8Al-1.3C heated at 1253K for 30 min then quenched to 823K for different durations. (a) 180, (b) 6000, (c) 48800, (d) 17300min.→0’→Austenite steel: aging-hardening; To replace Fe-Ni-Cr Other aging-hardening steel 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院Fe-30Mn-7.8Al-1.3C: 2 stages of ageing 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.7 钢的表面淬火钢的表面淬火钢制零件（齿轮、曲轴、冷轧辊等）服役条件要求：心部韧性和塑性高、表层硬且耐磨。
要求：表层M，芯部为淬火前的原始组织利用热传导的时间差！整体热处理可否达到要求？多种方法！7.7.1 表面淬火方法表面淬火方法 传统方法(火焰表面淬火法 、感应加热表面淬火法) 新技术（电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光表面淬火、电子束表面淬火等 ） 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.7.2 钢在快速加热时相变的特点钢在快速加热时相变的特点1．表层优先加热，且时间短，芯部微热2. 表层相变温度高，完成相变的时间短3. 可获得细小的奥氏体晶粒—M细小 4. 但奥氏体成分难以充分均匀化，甚至有未溶先共析相5. 芯部在随后淬火时组织不变，只有表面形成M原始组织应细小，回火索氏体或正火索氏体高频感应加热速度对40钢A晶粒大小的影响 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院 亚共析钢高频表面淬火后的组织分布7.7.3表面淬火后钢的组织和性能表面淬火后钢的组织和性能 1．工件表面淬火后的显微组织．工件表面淬火后的显微组织 影响因素：含碳量、合金元素种类及其含量、原始组织、 加热和冷却规程等 。
组织分布分析：组织分布分析：（传热与相变点结合）第一区(T>Ac3): 马氏体(完全淬火的表层)第二区(Ac1~Ac3): 不完全淬火贫碳A不易淬透，可观察到T过共析钢 Ac1~Accm，隐晶M第三区(T
2 2．中频表面淬火．中频表面淬火 频率：1000—10000Hz 100~500kW 淬硬层： 2—10mm 性能：提高表面硬度、耐磨性和抗疲劳性能 适应：大、中型工件；有些小零件(如轴承套圈、丝杆毛坯等) 3 3．工频表面淬火．工频表面淬火: : 大功率大功率(1000—2000 kVA) 淬硬层：10—15mm 适应：大型钢件，如大直径冷轧辊、钢轨及起重机车轮 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院7.7.5 激光表面淬火激光表面淬火 1 1．激光表面处理概述．激光表面处理概述 u优点：处理过程无污染，十分清洁；可快速、局部急热急冷，使工件表层获得所需的组织结构和性能，且工件基本上无变形；原则上可处理各种不同的金属材料；生产率高 u应用：激光表面淬火，激光冲击硬化，激光熔凝，激光合金化，激光非晶化，激光熔覆，激光镀等 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院2 2．激光表面淬火．激光表面淬火•利用高能(功率密度大于103W／cm2)激光束对金属工件表层迅速加热和随后激冷，使表层发生固态相变而强化。
•优点：加热速度很快(＞10000℃／s)可自淬火而无需别的淬火介质；基本上不改变表面粗糙度，表面光洁；变形小，工件处理后一般无需后续加工即可直接装配使用；表面硬度高，一般也无需回火3 3．激光淬火显微组织．激光淬火显微组织 •表层为完全淬火区，次层为过渡区，心部为未淬火区•特征：淬火马氏体极细 、淬火马氏体和其他相组成物以及残余奥氏体成分也不均匀 、表层组织中存在较多的位错等晶体缺陷，热应力大 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院 4 4．激光淬火件的性能．激光淬火件的性能 (1)硬度 (2)耐磨及抗疲劳性能 碳钢表面硬度与含碳量的关系1.激光淬火；2. 常规淬火；3. 非强化状态45碳钢激光淬火与高频淬火后的硬度1.高频淬火 2. 激光淬火 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院Ledeburite between dendrites in the laser-treated layer of X165CrMoV12-1tool Steel (Swiss)激光熔化淬火！ 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院5．激光表面淬火的工业应用 (1) 1040(相当于我国40)钢制的轴，应用10mm x17.8mm的矩形 激光光斑，扫描速度305cm/min，可获得硬度为57HRC、厚度为0.3mm的表面硬化层，耐磨性和疲劳寿命显著提高。
(2) 由3Cr3W8V钢制造的轧辊，激光淬火后表面硬度达55-63HRC，压应力为50MPa，与常规工艺相比使用寿命可提高一倍 (3) 由HT200灰铸铁制造的汽车发动机缸体，硬度达63.5-65HRC，耐磨性可提高2—2.5倍 (4) GCrl5钢制冲孔模和压玻模采用激光淬火，其寿命比常规热处理工艺分别提高1.32和2—3倍 7.7.6 7.7.6 电子束表面淬火电子束表面淬火 特点；加热速度极快(3000—500 ℃ ／s) 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院思考：试分析某T8钢圆柱经高频表面淬火后其横断面径向显微组织的变化 中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
中南大学中南大学金属材料热处理MSE___材料科学与工程学院 。