钢的热处理和表面改性资料优秀PPT.ppt

教师：教师：吉华吉华四川大学化工学院四川大学化工学院3钢的热处理和表面改性3.1钢在热处理时的组织转变钢在热处理时的组织转变n热处理就是将固态金属以确定的升温速度加热到既定温度，保温确定时间，再以确定的降温速度冷却的工艺方法n实际转变温度与相图有所区分n相图只是平衡状态的状况，就是在及其缓慢的冷却或者加热过程中才能达到的状态，在实际钢铁生产和热冷加工过程中的温度变更较快的条件下n实际加热温度都偏高、冷却温度都偏低，加热和冷却速度越大，这种差别越大，这使得钢在热处理时的临界点偏离了相图中的临界点加热时相变温度=3.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变n奥氏体形成的三个阶段n形核过程n首先形成在铁素体与渗碳体的界面处，因为界面处成分较不匀整，原子排列最不规则，为产生A准备了浓度起伏、结构起伏的有利条件n长大和匀整化n从宏观上看A的转变主要：晶格发生变更；晶体含碳量变更n影响奥氏体形成速度的因素u加热速度与加热温度：温度；速度奥氏体化越快u含碳量和合金元素：C转变u合金元素不影响基本过程，但影响转变速度时间时间温温度度3.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变n影响奥氏体晶粒度的因素n加热温度保温时间n加热温度A晶粒长大趋势；但是有利于A的形成和匀整化n保温时间A晶粒粗大；只需使材料匀整化的最短时间n合金元素(Pg40)n本质晶粒度n原始组织n片状P：转变，长大n粒状P：转变，长大3.1.1钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.1.2钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变n冷却方式u等温冷却u连续冷却n过冷奥氏体n等温转变曲线共析钢过冷A的等温转变曲线图(a)珠光体珠光体3800(b)索氏体索氏体8000(c)屈氏体屈氏体8000A1650：珠光体650600：索氏体600550：屈氏体片层越细硬度、强度、塑性上升高温转变区高温转变区(A1550)n渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上转变温度越低，层间距越小n奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长大过程,是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的双C线=u350550区间形成的称为上贝氏体u350Ms区间内形成的称为下贝氏体u贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物u奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有确定扩散实力中温转变区中温转变区(550Ms)上贝氏体=下贝氏体=双C线=n马氏体转变特点n马氏体就是碳在-Fe中的过饱和固溶体n非扩散型转变：仅仅是点阵的改组，没有化学成分的变更与扩散，无孕育期，晶粒度取决于A的晶粒度n变温转变：在MSMf范围内完成，在某一温度停留不能使M增多n转变不完全性：即使降到Mf下，也不能完全转变，残余的A，塑性、韧性，硬度；但不稳定，可能引起尺寸的变更n体积内应力开裂双C线=低温转变区低温转变区(MsMf)马氏体形成=马氏体=n高碳马氏体u显微形貌呈针状/竹叶状，故又称针状马氏体；u硬度高、塑性和韧性很差n低碳马氏体u显微形貌呈板条状，故又称板条马氏体u强度高、硬度不高、塑性和韧性较好，应用广泛马氏体的形态马氏体的形态0.6%1%低碳马氏体的组织形态高碳马氏体的组织形态针状马氏体 板条马氏体板条马氏体+针状马氏体n意义n过冷度对奥氏体完成转变所需时间的影响n过冷度对奥氏体转变准备时间的影响n不同温度下，奥氏体转变产物也有极大的区分n应用n计算全部奥氏体转变为马氏体所必需的最小冷却速度n可以推断连续转变的产物组成n各种不同的钢种，C线不同n可以按工件所须要性能，确定不同的等温处理及保温时间过冷奥氏体等温转变曲线的意义和应用过冷奥氏体等温转变曲线的意义和应用n退火就是将钢加热到临界点Ac1以上或者在临界点以下某一既定温度保温确定时间，然后缓慢冷却（一般是随炉冷却）n完全退火n“完全”是指退火时钢的内部组织全部进行了重结晶n通过完全退火来细化晶粒，匀整组织，消退内应力，降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火作好组织准备。完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢n等温退火n等温退火与完全退火加热温度完全相同，只是冷却的方式有差别3.2.1钢的退火和正火钢的退火和正火3.2.1钢的退火和正火钢的退火和正火u球化退火u球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也简洁变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小u扩散退火u扩散退火又称匀整化退火，它是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消退化学成分不匀整现象的热处理工艺u去应力退火3.2.1钢的退火和正火钢的退火和正火n正火是将钢加热到Ac3以上3050（亚共析钢）或Accm以上3050（过共析钢），保温确定时间后在空气中冷却，得到索氏体组织n用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理n用于中碳钢，可代替调质处理作为最终热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理n用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织3.2.1钢的退火和正火钢的退火和正火u用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能u用于大型锻件，可作为最终热处理，从而避开淬火时较大的开裂倾向u用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件u过共析钢球化退火前进行一次正火，可消退网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化钢的退火和正火n淬火是将钢加热到到Ac3以上3050（亚共析钢）或者Ac1以上3050（共析钢、过共析钢），保温确定时间，然后快速冷却（油冷或水冷），使奥氏体转变为马氏体n淬火的目的是获得马氏体组织以提高钢的强度和硬度n1)淬火的组织转变亚共析钢亚共析钢细小奥氏体细小奥氏体细小马氏体细小马氏体过过/共析钢共析钢细小奥氏体细小奥氏体+渗碳体渗碳体细小马氏体细小马氏体+渗碳体渗碳体3.2.2钢的淬火钢的淬火u2)工艺及影响因素u淬火温度u保温时间：获得细小匀整的奥氏体u冷却介质：既获得马氏体又不使刚件有太大内应力u3)淬透性及影响因素u淬透性指在淬火时获得淬硬层的实力（淬硬层通常是指钢件表面到半马氏体层之间的区域）u淬硬性指钢淬火能够达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量u“鼻尖”离纵坐标越远，淬透性越好u合金元素u含碳量u加热温度3.2.2钢的淬火钢的淬火冷却介质淬火温度时间时间温温度度(a)完全淬透完全淬透;(b)淬透较大厚度淬透较大厚度;(c)淬透较小厚度淬透较小厚度淬透性及影响因素淬透性及影响因素n钢件淬火后,为了消退内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到Ac1以下某一温度,保温确定时间,然后冷却到室温n低温回火（150250）n中温回火（350500）n高温回火（500650）n习惯上把淬火加高温回火的热处理称为调质处理n钢在250350作回火热处理时都要出现低温回火脆性3.2.3钢的回火钢的回火淬火钢中马氏体的碳含量、残余奥氏体量、内应力及碳化物粒子大小与回火温度的关系回火对性能的影响回火对性能的影响感应加热表面淬火感应加热表面淬火示意图3.3钢的表面化处理强化钢的表面化处理强化火焰加热表面淬火示意图气体渗碳炉气体渗碳装置示意图教师：教师：吉华吉华四川大学化工学院四川大学化工学院谢谢 谢谢 =高温转变区=中温转变区=低温转变区共析钢过冷共析钢过冷A的等温转变曲线图的等温转变曲线图n它的组织特点是渗碳体分布于条状铁素体之间，显微镜下的整体形貌呈羽毛状，所以又称羽毛状贝氏体n上贝氏体的强度和韧性等机械性能都较差(a)光学显微照片光学显微照片1300(b)电子显微照片电子显微照片5000=中温转变区上贝氏体上贝氏体n组织特点是渗碳体以细小颗粒分布于针状铁素体的内部，显微镜下的整体形貌呈针状组织n铁素体针状细小，没有方向性，位错密度大，碳化物分布匀整n具有较好的综合机械性能，热处理中常常用等温淬火方法得到下贝氏体a)光学显微照片光学显微照片500(b)电子显微照片电子显微照片12000=中温转变区下贝氏体下贝氏体