第五章钢的热处理教学课件.ppt

《第五章钢的热处理教学课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五章钢的热处理教学课件.ppt（116页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。 滚动轴承滚动轴承 表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工

2、艺曲线时间时间温度温度/l6、临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用线分别用A1、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢钢加热时的实际转变温度分别用加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示；表示；钢坯加热钢坯加热l一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长奥氏体化也是形核和长大的过程，大的过程，分为四步。分为四步。现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：温度，温度，共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875退火）退火）l在给定温

3、度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。晶粒度称实际晶粒度。l加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度大倾向称本质晶粒度。l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢930950温度，温度，晶粒大小晶粒大小Ac1钢的本质粗晶粒度示意图钢的本质粗晶粒度示意图l合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素：的元素：Ti、V、Nb、Zr、W等等碳碳化物和氮化物形成元素化物和氮化物形成元素.Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、T

4、i对奥氏体晶粒的影响对奥氏体晶粒的影响珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体械混合物械混合物，根，根据片层厚薄不据片层厚薄不同，又细分为同，又细分为珠光体珠光体、索氏索氏体体和和托氏体托氏体.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌800-1000倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌片间距片间距 bHRC l片间距越小，钢的强度、硬度片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善越高，而塑性和韧性略有改善. 两者相间形核两者相间形核并长大，形成并长大，形成一个珠光体团一个珠光体团.l珠光体转变是珠光体转变是

5、扩散型转变。扩散型转变。 Fe3C上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体光镜下光镜下电镜下电镜下光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为在电镜下为细片状碳细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程l当转变温度较低（当转变温度较低（350- 230) 时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。定晶面

6、上以断续碳化物小片的形式析出。 下贝氏体转变下贝氏体转变马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.光镜下光镜下电镜下电镜下电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C板条马氏体量板条马氏体量C，%体积，体积，%马氏体硬度与含碳量的关系马氏体硬度与含碳量的关系针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散都不扩散，因而马氏体因而马氏体的含碳量与的含碳量与奥氏体的含奥氏体的含碳量相同。碳量相同。

7、MfMsM(90%)M(50%)两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温处理等温处理2连续冷却连续冷却A1 过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图A15506502s10s5s2s5s10s30s40sCrCr对对C C曲线的影响曲线的影响本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质细晶粒钢本质细晶粒钢930950温度，温度，晶粒大小晶粒大小Ac1奥氏体化温度对晶粒度的影响奥氏体化温度对晶粒度的影响 使使C 曲线右移。曲线右移。l使用使用C 曲线时应注意奥曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的氏体化条件及晶粒度的影响。影响。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析

8、钢CCTCCT曲线曲线VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线VkVk时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100用用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空空冷冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理预备热处理，只有当，只有当工件性能要求不

9、高时工件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。 l调整硬度，便于切削加工。调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为适合加工的硬度为170-250HB。l 消除内应力，消除内应力，防止加工中变形。防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉真空退火炉l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050 保保温后缓冷的退火温后缓冷的退火工艺，工艺，主要用于主要用于亚共析钢亚共析钢 .高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较 者加热后冷却到略者加热后冷却到略低于低于 Ar1 的温度下的温度下保温，使珠光体中保温，使珠光体中

10、的渗碳体球化后出的渗碳体球化后出炉空冷。炉空冷。主要用于主要用于共析、过共析钢。共析、过共析钢。l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，过共析钢，球化退火前应球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状.FFe3C球状珠光体球状珠光体50钢正火组织钢正火组织T12钢正火组织钢正火组织正火温度正火温度 于消除网状二次渗碳于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组体，为球化退火作组织准备。织准备。l 普通件最终热处理普通件最终热处理.l要改善切削性能要改善切削性能, 低碳低碳钢用正火钢用正火, 中碳钢用退火或正火中碳钢用退火或正火, 高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.热处理与

11、硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度范围合适切削加工硬度范围C,%硬度硬度HVHRC淬火淬火正火正火完全退火完全退火球化退火球化退火 度冷却，使奥氏体转变度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺为马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处淬火是应用最广的热处理工艺之一。理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能体组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉l淬火温度为淬火温度为Ac3+3050。l预备热处理组织为预备热处理组织为退火或正火组织退火或正火组织。45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织65钢钢(0.60%C) 淬火组织淬火组织l亚温淬火组

12、织为亚温淬火组织为F+M，强度、硬强度、硬度低度低, 但塑韧性好但塑韧性好.35钢钢(含含0.35%C)亚温淬火组织亚温淬火组织T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织）正常淬火组织钢坯加热钢坯加热理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火介质。介质。l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，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。各种淬火方法示意图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

13、淬火法4等温淬火法等温淬火法复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于小尺寸工件。寸工件。网带式淬火炉网带式淬火炉M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化l淬硬层深度淬硬层深度是指由是指由工件表面到半马氏工件表面到半马氏体区体区(50%M + 50%P)的深度。的深度。l淬硬性是指钢淬火淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高后所能达到的最高硬度，即硬化能力硬度，即硬化能力.l因而凡是影响因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素.即即除除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢

14、的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。淬透性提高。 l2、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，脆淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。性大，回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹 回火软化既能回火软化既能降低硬度降低硬度，又，又能能缩短软化周期缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。过程中易变形或开裂。钢经钢经淬火后应立即进行回火。淬火后应立即进行回火。网带式回火电炉网带式回火电炉

15、碳化物碳化物( - FeXC)，使马氏体过饱和度降低。使马氏体过饱和度降低。析出的析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用回火马氏体，用M回回表示。表示。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体回火马氏体l200-300时时, 由于由于马氏体分解，奥氏马氏体分解，奥氏体所受的压力下降体所受的压力下降, Ms 上升，上升，A 分解分解为为 - 碳化物碳化物和过饱和铁素体，即和过饱和铁素体，即M回回。l3、 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3Cl发生于发生于250-400，此时，此时， -碳化物溶解于碳化物溶解

16、于F中，并中，并从铁素体中析出从铁素体中析出Fe3C。l到到350，马氏体含碳量降到铁素体平衡成分，内，马氏体含碳量降到铁素体平衡成分，内回火托氏体回火托氏体光镜下光镜下回火索氏体回火索氏体淬火钢硬度随回火温度的变化淬火钢硬度随回火温度的变化4040钢力学性能与回火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系l200-300，由于，由于高碳钢中高碳钢中A转变转变为为M回回, 硬度再次硬度再次升高。升高。l大于大于300,由于由于Fe3C粗化，马氏粗化，马氏体转变为铁素体体转变为铁素体,硬度直线下降。硬度直线下降。l这种回火脆性是不可这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度逆的，只要在此温度范围内回火就会出

17、现范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效脆性，目前尚无有效消除办法。消除办法。l回火时应避开这一温回火时应避开这一温度范围。度范围。l 加入合金元素加入合金元素W (约约1%)、 Mo(约约0.5%)。该法更该法更适用于大截面的零部件。适用于大截面的零部件。 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质质.适用于适用于弹簧弹簧热处理热处理感应加热感应加热感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火示意图火焰加热表面淬火示意图介质中活性原子介质中活性原子渗入工件表层从渗入工件表层从而改变工件表层而改变工件表层化学

18、成分和组织化学成分和组织,进而改变其性能进而改变其性能的热处理工艺。的热处理工艺。可控气氛渗碳炉可控气氛渗碳炉渗碳回火炉渗碳回火炉氮化扩散层氮化扩散层l为含为含0.1-0.25%C的低碳钢。的低碳钢。碳高则心部韧性降低。碳高则心部韧性降低。 经渗碳的机车从动齿轮经渗碳的机车从动齿轮气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图缺点缺点: 渗层成分与深度不易控制。渗层成分与深度不易控制。l 真空渗碳法真空渗碳法l将工件放入真空渗碳炉中，抽将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后通入渗碳气体加热渗碳真空后通入渗碳气体加热渗碳.l优点优点: 表面质量好表面质量好, 渗碳速度快渗碳速度快.真空渗碳炉真空渗碳炉低碳钢渗碳缓冷

19、后的组织低碳钢渗碳缓冷后的组织l渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.85-1. 05为最好。为最好。l渗碳缓冷后组织：渗碳缓冷后组织：表层为表层为P+网状网状Fe3C; 心部为心部为F+P; 中间为中间为过渡区。过渡区。渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图渗碳后的热处理示意图渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+F井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。的中碳钢。l常用钢号为常用钢号为38CrMoAl。l2、氮化温度为、氮化温度为500-570l氮化层厚度氮化层厚度不超过。不超过。离子氮化炉离子氮化炉图6-31 设计成圆角或倒角 图6-33 镗杆对称截面 图6-34 三瓣夹爪连成封闭结构（a） （b）图6-35 山字形硅钢片冲模