2022年2022年金属热处理知识点概括 .pdf

( 一)淬火- 将钢加热到 Ac3或 Ac1以上，保温一段时间，使之奥氏体化后，以大于临界冷速的速度冷却的一种热处理工艺。淬火目的： 提高强度、硬度和耐磨性。结构钢通过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和塑韧性的配合； 弹簧钢通过淬火和中温回火后， 可以获得很高的弹性极限；工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后，可以获得高硬度和高耐磨性；对某些特殊合金淬火还会显著提高某些物理性能( 如高的铁磁性、热弹性即形状记忆特性等 ) 。表面淬火 - 表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。分类感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、电解液加热表面淬火、激光加热表面淬火、电子束加热表面淬火、离子束加热表面淬火、 盐浴加热表面淬火、红外线聚焦加热表面淬火、高频脉冲电流感应加热表面淬火和太阳能加热表面淬火。单液淬火 将奥氏体化后的钢件投入一种淬火介质中，使之连续冷却至室温( 图 9-1a 线) 。淬火介质可以是水、油、空气( 静止空气或风 ) 或喷雾等。双液淬火 双液淬火方法是将奥氏体化后的钢件先投人水中快冷至接近MS点，然后立即转移至油中较慢冷却( 图 9-1b 线) 。分级淬火 将奥氏体化后的钢件先投入温度约为MS点的熔盐或熔碱中等温保持一定时间， 待钢件内外温度一致后再移置于空气或油中冷却，这就是分级淬火等温淬火 - 奥氏体化后淬入温度稍高于Ms点的冷却介质中等温保持使钢发生下贝氏体相变的淬火硬化热处理工艺。等温淬火与分级淬火的区别是： 分级淬火的最后组织中没有贝氏体而等温淬火组织中有贝氏体。 。根据等温温度不同， 等温淬火得到的组织是下贝氏体、下贝氏体+马氏体以及残余奥氏体等混合组织。(二)回火- 将淬火后的钢 / 铁，在 AC1以下加热、保温后冷却下来的金属热处理工艺。回火的目的 ：为了稳定组织，减小或消除淬火应力，提高钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。第一类回火脆性：淬火钢在250400回火后出现韧性降低的现象称为第一类回火脆性，又称为低温回火脆性。几乎所有工业用钢都在一定程度上具有这类回火脆件，而且脆性的出现与回火时冷却速度的快慢无关。第二类回火脆性：指合金钢 (含有 Cr、 Ni、Mn、Si 等元素的合金钢)淬火并在450650回火后产生低韧性的现象，也称为高温回火脆性。 。 。 。 。回火后缓冷促进回火脆性，而快冷抑制回火脆性。( 三)正火- 是将工件加热至Ac3 或 Acm以上 4060，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。目的：如果终锻温度比较高和锻造后冷却速度比较慢，会出现网状碳化物的缺陷。这种网状碳化物在球化退火时不易被消除，需要在球化退火前用正火工艺进行消除。(四) 退火 将钢加热到临界温度Ac1 以上或以下温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(如炉冷、坑冷、灰冷等)获得接近平衡组织的热处理工艺称为退火退火作用 退火过程使组织由非平衡向平衡过度，它可以均匀钢的化学成分及组织，消除铸造偏析，细化晶粒；消除内应力，稳定工件尺寸，减小变形，防止开裂；降低硬度，提高切削加工性能， 一般硬度的最佳切削范围为170230HB ；提高塑性， 便于冷变形加工；消除淬火后的过热组织以便再进行重新淬火；脱氢，防止白点等。6.5.3 退火工艺的分类名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - 去氢退火溶解于固溶体中的氢，容易造成钢中出现白点缺陷。为了消除大型锻钢件中出现白点缺陷而进行的退火，称为去氢退火(又称为消除白点退火)。再结晶退火： 将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新形核，转变为均匀细小的等轴晶粒，同时消除加工硬化的热处理工艺称为再结晶退火等温退火 将亚共析钢工件加热到高于Ac3的温度，待奥氏体转变完成并基本均匀后，较快地冷却到低于Ar1以下的某个温度，等温保持足够长时间，使珠光体转变完全，然后出炉空冷 (或油冷、水冷)的热处理工艺称为等温退火。球化退火:使钢获得弥散分布于铁素体基体上的颗粒状碳化物组织(粒状珠光体 )的热处理工艺称为球化退火。目的： 1. 便于切削加工：207229HBS2. 为淬火作组织准备：粒状珠光体在加热时渗碳体不容易溶解，得到含碳量为0.45%0.6%左右的 A+未溶渗碳体， 渗碳体呈细小球状均匀分布在奥氏体基体上，奥氏体晶粒非常细小，淬火后得到隐针M 和均匀分布在M 上的未溶碳化物， 硬度、 接触疲劳强度和耐磨性都很高。低温球化退火： 将钢材或工件加热到Ac1以下 1030左右，长时间保温 (一般 90100h)后缓冷至450550后出炉空冷，以获得粒状珠光体的热处理工艺，称为低温球化退火。一次球化退火将钢加热到Acl与 Accm(或 Ac3)之间， 一般稍稍高于Ac1温度，充分保温一定时间 (26h)，然后缓慢冷却至500650出炉冷却，称为一次球化退火。等温球化退火将共析钢或过共析钢加热到Ac1+(2030)保温，接着冷却到略低于Ar1以下的温度保持一段时间，然后炉冷或空冷到室温的球化退火工艺，称为等温球化退火退火与正火的区别二者的加热温度相同，但正火的冷却速度较快，转变温度较低。对于亚共析钢来说，相同钢正火后组织中析出的铁素体数量减少，珠光体数量增多，且珠光体的片间距减小；对于过共析钢来说，正火可以抑制先共析网状渗碳体的析出，钢的强度、硬度和韧性也比较高。(五) 固溶强化 当溶质原子溶入溶剂原子而形成固溶体时，都能提高强度、 硬度，而塑性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。合金元素的作用(1)固溶强化和韧化(2)形成碳化物提高强度和耐磨性(3)细化晶粒： W、Mo、V、Ti 等与 C 形成特殊碳化物奥氏体晶界起钉扎作用，强烈阻碍奥氏体晶粒长大 细小的奥氏体晶粒未溶的碳化物质点(4)提高钢的淬透性：除Co 以外的合金元素都能提高钢的淬透性， 并且合金元素含量越高，淬透性越好。 (5)提高回火稳定性推迟回火过程中的马氏体分解和残奥的转变， 铁素体的再结晶温度，使碳化物不易聚集长大。惯习面： 固态相变时， 新相与母相往往存在一定的取向关系，而且新相往往又是在其母相一定的晶面族上形成。组织应力由于不同组织的密度不同，当发生相变时密度也发生变化。因为在加热或冷却过程中温度场的存在，使各点组织也不相同，这就产生了应力，这种应力称为组织应力。时效 对过饱和固溶体在适当温度(如图 3-1 中的虚线所示)下进行加热保温， 析出第二相，使强度、硬度升高的热处理工艺称为时效。魏氏组织 ：工业上将先共析片状铁素体和先共析针(片)状渗碳体称为魏氏组织。(六) 奥氏体 是碳溶于 -Fe 中形成的间隙固溶体。奥氏体晶粒度小于 4 级为粗晶粒， 58 级为细晶粒， 8 级以上的晶粒称为超细晶粒。起始晶粒度就是珠光体刚完全转变成奥氏体时的奥氏体晶粒度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - 实际晶粒度 钢在某一具体的加热条件下获得的奥氏体的实际晶粒大小称为奥氏体的实际晶粒度。本质晶粒度本质晶粒度表示钢在一定条件下的奥氏体晶粒长大的倾向性。需要强调的是本质晶粒度并不是指具体的晶粒大小。影响珠光体转变为奥氏体的因素(1)温度的影响(2)原始组织的影响(3)合金元素1)合金元素一般将改变珠光体向奥氏体转变的临界点2)合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速率，因而也影响奥氏体的形成速率3)合金元素在铁素体与碳化物中的分布是不均匀的(4)含碳量影响珠光体转变动力学的因素1.合金元素的影响2.加热温度和保温时间的影响3.原始组织的影响4.应力的影响5.塑性变形(七) 马氏体的形态板条状马氏体和透镜片状马氏体影响马氏体形态的因素(1)碳含量： 随着含碳量的增加，板条马氏体数量相对减少，片状马氏体的数量相对增加，残余奥氏体量增加(2)一般认为板 条马氏体大多在200以上形成， 片状马氏体主要在200以下形成 (3)合金元素 ：溶入奥氏体中的合金元素除Co、A1 外，大多数都使 MS点下降，因而都促进片状马氏体的形成。(4)形变： 如果在 MS点以上不太高的温度下进行塑性变形，将会显著增加板条马氏体的数量。提高亚共析钢奥氏体形成温度也提高板条马氏体量。马氏体转变主要特征:1 马氏体转变的非恒温性2 马氏体转变的表面浮凸现象和共格性3马氏体转变的无扩散性4马氏体转变的位向关系及惯习面5 马氏体转变的可逆性影响 MS点的因素1.奥氏体化学成分的影响碳的影响 随碳含量增加Mf及 MS均不断下降 (2)合金元素的影响一般规律：钢中常见的合金元素，除Al 和 Co 可以提高MS外，其它合金元素均使Ms 降低(如图 5-10 所示 )。2. 奥氏体化条件对MS的影响 在完全奥氏体化条件下，温度高时间长，将使 MS有所提高 (约在几度到几十度范围内)。3. 冷却速度的影响。在高速淬火时， MS随冷却速度的增大而升高。(八) 上贝氏体(1)形成温度 ：中、高碳钢大约在350550之间形成。(2)形状特点 ：具 有羽毛状 特征上贝氏体中铁素体的亚结构是位错成束分布、平行排列的铁素体和夹于其间的断续的条状渗碳体的混合物。下贝氏体(1)转变温度 ：中、高碳钢约为350 Ms 之间。(2)组成 ：由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。(3)组织特点 ：下贝氏体的空间形态呈双凸透镜状，与试样磨面相交呈片状或针状。在奥氏体晶界上形成，但更多的是在奥氏体晶粒内部形成。下贝氏体中铁素体的亚结构为位错，其位错密度比上贝氏体中铁素体的高粒状贝氏体(1)形成 ：粒状贝氏体形成于上贝氏体转变区上限温度范围内。(2)组织特征：在粗大的块状或针状铁素体内或晶界上分布着一些孤立的小岛，小岛形态呈粒状或长条状等，很不规则。粒状贝氏体中铁素体的亚结构为位错。贝氏体的强度影响因素有 (1)贝氏体铁素体片或条的大小主要取决于贝氏体形成温度.形成温度越低， 贝氏体的强度越高。(2)弥散碳化物质点一般说， 贝氏体的形成温度越低，碳化物颗粒越小、 越多。 所以贝氏体的形成温度越低，强度越高， 其中也有碳化物的作用(3)其他因素的强化作用对于贝氏体的强化，上述铁素体晶粒的细晶强化和碳化物的弥散强化是主要的。其他如碳和合金元素的固溶强化和位错亚结构的强化，无疑也有一定的作用。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - 影响贝氏体转变动力学的因素1.碳含量的影响随奥氏体中碳含量的增加，贝氏体转变速度下降。2.合金元素的影响除 Al 与 Co 外，其他合金元素都或多或少地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变的温度范围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C 曲线分开。3.奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响4.应力的影响5.塑性变形的影响6.冷却时在不同温度下停留的时间(九) 过热 加热转变终了时所得奥氏体晶粒一般均较细小。但如果在转变终了继续升高温度， 则奥氏体晶粒将继续长大。如果仅仅是晶粒长大而并未发生使晶界弱化的某些变化，则称为过热组织遗传 如果加热不当，虽然再次加热的温度并不高，但是，只能得到与原过热组织相同的粗大奥氏体晶粒，这种现象称为组织遗传过烧 如由于加热温度过高，不仅奥氏体晶粒已经长大，而且在奥氏体晶界上也已发生了某些使晶界弱化的变化，则称为过烧淬透性： 钢淬火时获得淬硬层深度的能力。决定于 c 曲线的位置， 与碳含量和合金元素都有关，合金元素影响大。淬硬性 ：淬火后能够达到最高的硬度。与碳含量有关，与合金元素关系不大。实际淬硬层深度：淬火后实际获得的淬硬层深度。与化学成分、尺寸大小、冷却速度有关。钢的淬透性与零件的淬透深度(淬硬深度 )之间的区别： 钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，不取决于其他外部因素。而零件的淬透深度除取决于钢材的淬透性以外，还与所采用的冷却介质、零件尺寸等外部因素有关。、二次硬化现象：由于细小的弥散分布的合金碳化物的析出，将使已经因回火温度的升高，-碳化物的粗化而下降的硬度重新升高现象称为二次硬化(十) 曲轴加工 45、球铁、 40Cr 、45Mn2 、50Mn2 、 35CrMo 、42CrMo 、18Cr2Ni4W A等。为提高耐磨性，球墨铸铁进行正火或高频淬火；钢制的要调质、高频淬火或氮化。轴颈表面要精磨，抛光， 以防出现裂缝。 加工路线 ：下料 锻造 调质 机加工 感应淬火（或化学热处理）（滚压） 精加工凸轮轴工艺路线：下料锻造调质机加工感应淬火（凸轮）精加工 装配齿轮工艺路线：下料锻造调质机加工（感应淬火） 装配三、在钢的含碳量相同或相近的情况下，随钢中合金元素的增加，（1）淬火加热温度应相应如何调整？ （2） 在要求硬度相同情况下， 回火温度应如何调整？ （3）钢的淬透性会发生什么变化？（4）在选择淬火介质是，不加入合金元素的钢一般选用什么介质，而加入了合金元素后一般选用什么淬火介质？答： （1）大多数合金元是碳化物形成元素，形成的碳化物难于溶解，需要提高温度。 （2）升高。因为合金元素使Ms点升高，硬度增大，若得到相同的硬度，需增加回火温度。（3）多数升高（ 4）碳钢淬透性差，需要快冷，多用水淬，合金钢有较高的淬透性，常用油淬。四、某轴类零件如图所示， 整体要求有较好的综合力学性能（220-250HBS ） ，在A、B段表面要求耐磨， 表面硬度要求如图上所示。 （1）选用哪种材料较好 （T8、GCr15 、45、W18Cr4V 、Cr12MoV 、20CrMnTi） （2）应先进行什么热处理？其目的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - 是什么？（ 3）最后采用什么热处理？其目的是什么？答： （1）45 钢（2）调制处理。获得回火索氏体，为后面的热处理组织准备，也可使心部获得良好的综合机械性能。 （3）高频感应淬火。 零件表面获得高的硬度和耐磨性，而心部保持原来良好的韧性和塑性。五、渗碳钢（ 1）成分特点？（ 2）加入合金元素有何作用？（3）渗碳处理后，其退火组织由表及里都有（按顺序）？其渗碳层深度如何确定？（4）渗碳后淬火方法有几种？各有什么特点？答： （1）一般含碳量为 0.1-0.25 的低碳钢和低碳合金钢。 对于传动齿轮： 含碳量为 0.17-0.24 的钢。 （2）提高钢的淬透性阻止在渗碳温度下奥氏体晶粒长大改变渗碳层碳浓度、浓度梯度、渗层深度和组织。（3）珠光体和少量碳化物（过共析层），珠光体（共析层），珠光体加铁素体（心部组织） 。 （4）预冷直接淬火，二次加热淬火 +细化晶粒，二次加热淬火+ 六、分析 9SiCr 钢圆板牙热处理工艺。（1）9SiCr 钢圆板牙的预先热处理工艺为何种工艺？得到何种组织？（2）在 600-650进行等温的目的是什么？（3）分析 160-200等温的目的？这种工艺叫什么工艺？得到何种组织？（4） 采用 190-200回火，将得到何种组织？拥有何种性能？答： （1）球化退火。粒状碳化物，降低硬度，改善切削性，为后续做组织准备，使组织不易过热淬硬。（2）预热均温，降低各部分温差，消除应力，减少保温时间。 （3）等温淬火。在较高强度的同时，还保持较高的韧性，减少内应力，防止变形降低变形开裂倾向（4）回火马氏体。具有较高的硬度和耐磨性和一定的塑韧性，心部高韧性。表面淬火后组织 . 原始态为调质的45 钢表面淬火后 表面 到心部的组织：M,M+S回，S回+F。硬度在 M区很高，在 M+S回区逐渐下降，到心部硬度为原始组织的硬度。. 应该用等温淬火得到 B下，因为 B下韧性优于淬火加低温回火得到的马氏体的韧性。加工工艺1、低碳钢及低碳钢制合金模具例如， 20,20Cr，20CrMnTi 等钢的工艺路线为：下料锻造模胚退火机械粗加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。2、高合金渗碳钢制模具例如 12CrNi3A、12CrNi4A 钢的工艺路线为：下料锻造模胚正火并高温回火机械粗加工高温回火精加工渗碳淬火、回火研磨抛光装配。3、调制钢制磨具例如 45、40Cr 等钢的工艺路线为：下料锻造模胚退火机械粗加工调质机械精加工修整抛光装配。4、碳素工具钢及合金工具钢制模具例如 T7A-T10A 、CrWMn 、9SiCr 等钢的工艺路线为：下料锻造模胚球化退火机械粗加工高去应力退火机械半精加工机械精加工淬火、回火研磨抛光装配。5、预硬钢制模具例如 5NiSiGa、 3Cr2Mo(P20)等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成型后抛光装配。 对于要改坯料后再加工成型的，工艺路线为：下料改锻球化退火抛或铣六面预硬处理（34-42HRC ）机械粗加工去应力退火机械精加工抛光装配。6、氮化工件工艺路线 ：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴） 、高速柴油机曲轴、阀门等。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - 度的心部组织， 所以要先进行调制热处理， 获得回火索氏体， 提高心部机械性能和氮化层质量。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - -