结构钢的热处理工艺组织与性能之间的关系.ppt

湘 潭 大 学1、了解淬火、回火工艺对结构钢组织和性能的影响、了解淬火、回火工艺对结构钢组织和性能的影响2、确定结构钢具有综合机械性能的热处理工艺、确定结构钢具有综合机械性能的热处理工艺实实 验验 目目 的的湘 潭 大 学 结构钢是机械制造和工程构件中应用最广泛的一结构钢是机械制造和工程构件中应用最广泛的一类钢。它要求具有高的综合机械性能，即要求具有类钢。它要求具有高的综合机械性能，即要求具有高的强度、硬度以及好的塑性和韧性的配合。高的强度、硬度以及好的塑性和韧性的配合。实实 验验 原原 理理湘 潭 大 学热热 处处 理理 热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。其目的是改变钢的内部组室温的一种热加工工艺。其目的是改变钢的内部组织结构，以改善其性能。常用的热处理工艺为以下织结构，以改善其性能。常用的热处理工艺为以下几种：几种：退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火。湘 潭 大 学一、退一、退 火火 将钢件加热至高于或低于钢的临界温度，经适当保将钢件加热至高于或低于钢的临界温度，经适当保温后温后随炉随炉或埋入导热性较差的介质中或埋入导热性较差的介质中缓慢冷却缓慢冷却，以获得，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺接近平衡状态组织的热处理工艺。目目 的的：调整硬度，便于切削加工，调整硬度，便于切削加工，适合加工的硬度适合加工的硬度为为170-250HB；消除内应力，防止加工中变形；细消除内应力，防止加工中变形；细化晶粒，为最终热处理作组织准备化晶粒，为最终热处理作组织准备。湘 潭 大 学二、正二、正 火火正火是将正火是将亚共析钢亚共析钢加热到加热到Ac3+30 50，共析钢共析钢加加热到热到Ac1+3050，过共析钢过共析钢加热到加热到Accm+30 50保温后保温后空冷空冷的工艺。的工艺。目目 的：的：对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相，目的与退火的相同同；对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备球化退火作组织准备；普通件最终热处理。普通件最终热处理。湘 潭 大 学三、淬三、淬 火火淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于V Vk k速速度度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。l淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火是应用最广的热处理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能湘 潭 大 学1、淬火温度-碳钢亚共析钢亚共析钢淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50预备热处理组织为预备热处理组织为退火或退火或正火组织正火组织湘 潭 大 学亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：0.5%C时为时为M 0.5%C时为时为M+A。65MnV钢(0.65%C)淬火淬火组织45钢(含含0.45%C)正常淬火正常淬火组织湘 潭 大 学共共 析析 钢钢淬火温度为淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为；淬火组织为M+A湘 潭 大 学过过 共共 析析 钢钢淬火温度淬火温度:AcAc1 1+30-50+30-50温度高于温度高于AcAccmcm，则奥氏体，则奥氏体 晶粒粗大、含碳量高晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大淬火后马氏体晶粒粗大 AA量增多。使钢硬度量增多。使钢硬度 耐磨性下降，脆性、变耐磨性下降，脆性、变 形开裂倾向增加。形开裂倾向增加。淬火组织淬火组织:M+FeM+Fe3 3C C颗粒颗粒+A+A。(预备组织为预备组织为P P球球)T12钢（含（含1.2%C）正常淬火）正常淬火组织湘 潭 大 学2 2、淬火介质、淬火介质理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在MsMs附附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油l水的冷却能力强，但低温却能水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件力太大，只使用于形状简单的碳钢件理想淬火曲理想淬火曲线示意示意图MsMf湘 潭 大 学油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.湘 潭 大 学湘 潭 大 学3 3、淬火方法、淬火方法采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法 可弥补介质的不足可弥补介质的不足各种淬火方法示意各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法湘 潭 大 学湘 潭 大 学四、回 火回火回火是指将淬火钢加热到是指将淬火钢加热到A A1 1以下的某温度保温适当时以下的某温度保温适当时间后，置于空气或水中冷却的工艺。间后，置于空气或水中冷却的工艺。1 1、目、目 的的：减少或消除淬火内应力减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂防止变形或开裂；获得所需要的力学性能。获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性；大，回火可调整硬度、韧性；稳定尺寸稳定尺寸；对于某些对于某些高淬透性的钢高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用，空冷即可淬火，如采用回火软化既回火软化既能能降低硬度降低硬度，又能，又能缩短软化周期。缩短软化周期。湘 潭 大 学2 2、钢在回火时的转变、钢在回火时的转变 马氏体的分解马氏体的分解 残余奥氏体分解残余奥氏体分解 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3C Fe3C聚集长大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化湘 潭 大 学3、回火脆性、回火脆性淬火钢的韧性并不总淬火钢的韧性并不总 是随温度升高而提高。是随温度升高而提高。在某些温度范围内在某些温度范围内 回火时，会出现冲击回火时，会出现冲击 韧性下降的现象，韧性下降的现象，称称回火脆性回火脆性。湘 潭 大 学第一类回火脆性第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在是指淬火钢在250-350回火回火时出现的脆性。时出现的脆性。这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法湘 潭 大 学第二类回火脆性第二类回火脆性又称可逆回火脆性。是指淬火钢在又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650500-650范围内范围内回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性.回火后快冷不出现，是可逆的。回火后快冷不出现，是可逆的。防止办法：防止办法：回火后快冷。回火后快冷。加入合金元素加入合金元素W(W(约约1%)1%)、Mo(Mo(约约0.5%)0.5%)。该法更适。该法更适用于大截面的零部件用于大截面的零部件湘 潭 大 学4、回火种类广泛用于各种结构件如轴、广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等要求较高精密件、量具等预备热处理。预备热处理。适用于各种高碳适用于各种高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。提高提高 e及及 s，同时使工件具同时使工件具有一定韧性有一定韧性。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力。回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称简称调质调质湘 潭 大 学试验方法与步骤1、将、将20钢、钢、45钢、钢、T11钢分别在钢分别在920、880、860加热，加热，保温保温20分钟分钟，并分别在，并分别在10%盐水盐水、水、水、和油和油中淬火；中淬火；2、观察淬火后式样的组织并测其洛氏硬度；、观察淬火后式样的组织并测其洛氏硬度；3、将各个试样分别在、将各个试样分别在180、350、560回火回火半半个小时；个小时；4、观察回火组织并测其洛氏硬度、观察回火组织并测其洛氏硬度。试验方法与步骤试验方法与步骤湘 潭 大 学实 验 报 告 要 求1、写明实验目的、实验原理及试验方法、写明实验目的、实验原理及试验方法2、根据性能测定和组织观察，能够选定适当的淬火、根据性能测定和组织观察，能够选定适当的淬火回火工艺得到所需要的力学性能回火工艺得到所需要的力学性能3、分析不同的回火温度对结构钢组织和性能的影响、分析不同的回火温度对结构钢组织和性能的影响湘 潭 大 学实验数据表（硬度单位：HRC）钢号钢号组织与组织与性能性能淬火淬火180回火回火350回火回火560回火回火组织组织硬度硬度组织组织硬度硬度组织组织硬度硬度组织组织硬度硬度20钢钢45钢钢T8钢钢