钢的热处理ppt课件.ppt
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1、主要内容:主要内容:l 热处理的基本概念l 钢在加热时的转变l 钢在冷却时的转变l 钢的退火与正火l 钢的淬火与回火l 钢的表面热处理热处理原理热处理原理热处理工艺热处理工艺钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一,在机械制造业中的比例钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一,在机械制造业中的比例达到达到90%90%左右,在汽车制造业中的比例达到左右,在汽车制造业中的比例达到70%70%,在其他制造业中也,在其他制造业中也是最重要的材料之一。是最重要的材料之一。改善钢铁材料性能的途径:改善钢铁材料性能的途径:l 合金化合金化(AlloyingAlloying)通过在钢中加入合金元素,调整钢的化学成分,
2、从而获得优良的性能。l 热处理热处理(Heat TreatmentHeat Treatment)将金属在固态下经加热、保温和冷却,以改变金属的内部组织和结构,从而获得优良的性能。第一节热处理的基本概念第一节热处理的基本概念一、热处理的定义一、热处理的定义热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却,以改变金属的内部组织和结热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却,以改变金属的内部组织和结构,从而获得所需性能的一种工艺过程。构,从而获得所需性能的一种工艺过程。 加加热热保温保温冷冷 却却临界温度临界温度 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念时间时间热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图温度温
3、度二、热处理的基本要素和作用二、热处理的基本要素和作用l 热处理的三大要素热处理的三大要素加热加热( HeatingHeating) 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。目的是获得均匀细小的奥氏体组织。保温保温(HoldingHolding) 目的是保证工件烧透,并防止脱碳和氧化等。目的是保证工件烧透,并防止脱碳和氧化等。冷却冷却(CoolingCooling) 目的是使奥氏体转变为不同的组织。目的是使奥氏体转变为不同的组织。l 热处理后的组织热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中,根据冷却速度的不同将转变成加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中,根据冷却速度的不同将转变成不同的组织
4、。不同的组织具有不同的性能。不同的组织。不同的组织具有不同的性能。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念l 热处理的特点热处理的特点热处理不改变工件的形状,仅改变钢的内部组织和结构,从而改变钢的性能。热处理不改变工件的形状,仅改变钢的内部组织和结构,从而改变钢的性能。l 热处理的作用热处理的作用改善钢(工件)的力学性能或工艺性能,充分发挥钢的性能潜力,改善钢(工件)的力学性能或工艺性能,充分发挥钢的性能潜力, 提高工件提高工件质量,延长工件寿命。质量,延长工件寿命。材料是否能够通过热处理而改善其性能,关键条件是材料在加热和冷却过程材料是否能够通过热处理而改善其性能,关键条件是材料在加热和
5、冷却过程中是否发生组织和结构的变化。中是否发生组织和结构的变化。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念普通热处理普通热处理( (整体热处理整体热处理) )退火退火表面淬火表面淬火热处理工艺热处理工艺化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理其他热处理其他热处理控制气氛热处理控制气氛热处理真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理三、热处理的类型三、热处理的类型1.1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类正火正火淬火淬火回火回火感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火渗碳渗碳渗氮(氮化)渗氮
6、(氮化)碳氮共渗碳氮共渗 钢的热处理-热处理的基本概念热处理的基本概念2.2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类预备热处理:预备热处理:为随后的加工或热处理作准备为随后的加工或热处理作准备热处理工艺热处理工艺最终热处理:最终热处理:赋予工件所需的力学性能赋予工件所需的力学性能毛坯毛坯(锻件)(锻件)预备热处理预备热处理(退火、正火)(退火、正火)机加工机加工(车削)(车削)最终热处理最终热处理(淬火、回火)(淬火、回火)精加工精加工(磨削)(磨削) 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念 零件的典型加工工艺路线:零件的典型加工工艺路线:
7、A A1 1A A3 3A AcmcmA Ac1c1A Ar1r1A Ac3c3A Ar3r3A ArcmrcmA Accmccm四、钢的临界转变温度四、钢的临界转变温度(Critical Temperature of SteelsCritical Temperature of Steels)w wC C(% %)温度温度S SP PG GE EQ QFeFeFeFe3 3C C相图的共析转变部分相图的共析转变部分钢的临界转变温度是钢在热钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要依据,由铁碳却工艺的重要依据,由铁碳合金相图确定。合金相图确定。钢的实际临
8、钢的实际临界转变温度总是滞后于理论界转变温度总是滞后于理论临界转变温度临界转变温度, ,即加热时需即加热时需要过热,冷却时需要过冷。要过热,冷却时需要过冷。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念第二节钢在加热时的转变第二节钢在加热时的转变两种加热方式:两种加热方式:钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变 加加热热保温保温冷冷 却却A Ac1c1时时 间间加热钢的两种方式加热钢的两种方式温温 度度细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化(AustenitizingAustenitizing)。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界温度
9、度A Ac1c1以上,一定有组织转变,是以上,一定有组织转变,是一种相变过程。一种相变过程。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界温度度A Ac1c1以下,不一定有组织转变。以下,不一定有组织转变。加热的目的:加热的目的:本节介绍第本节介绍第种加热过程,目种加热过程,目的是使钢从室温组织(如珠光体)的是使钢从室温组织(如珠光体)转变为奥氏体,即获得均匀转变为奥氏体,即获得均匀相变相变(Phase TransformationPhase Transformation):材料中的一种相在一定条件下转变材料中的一种相在一定条件下转变为另一种相的过程。为另一种相的过程。 加加热热保温保温冷冷
10、却却第四节钢的退火与正火第四节钢的退火与正火一、退火一、退火(AnnealingAnnealing)1.1.退火的定义退火的定义退火是将钢加热至临界点退火是将钢加热至临界点A Ac1c1以上或以下温度,保温后缓慢冷却下来以获得近于以上或以下温度,保温后缓慢冷却下来以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。平衡状态组织的热处理工艺。2.2.退火的目的退火的目的调整硬度以便切削加工调整硬度以便切削加工适于机加工的硬度:适于机加工的硬度:HB170HB170230230。消除残余内应力消除残余内应力防止工件淬火时变形或开裂。防止工件淬火时变形或开裂。细化晶粒,改善组织细化晶粒,改善组织为最终热处理(淬火和
11、回火)作组织准备为最终热处理(淬火和回火)作组织准备获得粒(球)状珠光体。获得粒(球)状珠光体。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火通常是随炉冷却通常是随炉冷却3.3.退火的种类退火的种类 第一类退火:第一类退火:目的和作用:目的和作用:不以组织转变为目的,使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。不以组织转变为目的,使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。种类:种类:扩散退火、再结晶退火、去应力退火。扩散退火、再结晶退火、去应力退火。 第二类退火:第二类退火:目的和作用:目的和作用:以改变组织和性能为目的,获得以珠光体为主的组织,并使钢中的珠光体、以改变组织和性能为目的,获得以珠光体为主的组织,并使钢中的珠
12、光体、铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。种类:种类:完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 完全退火完全退火(Complete AnnealingComplete Annealing)工艺规范:工艺规范:加热温度:加热温度:A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C。适用范围:适用范围:亚共析成分的钢。亚共析成分的钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3600600 C C空空随随却却炉炉冷冷303
13、0 C C5050 C C冷冷钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 等温退火等温退火(Isothermal AnnealingIsothermal Annealing)工艺规范:工艺规范:加热温度:加热温度:对对亚共析成分的钢,亚共析成分的钢,A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C;对过共析成分的钢,对过共析成分的钢,A Ac1 c1 + 30+ 30 C C5050 C C。适用范围:适用范围:亚共析钢、(尤其是)合金钢。亚共析钢、(尤其是)合金钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3或或A Ac1c1APAP转变温度区转变温度区等温等温3030 C C5
14、050 C C空空冷冷特点:特点:大大缩短工件在大大缩短工件在炉内的时间。炉内的时间。临界温度临界温度l 球化退火球化退火(Spheriodizing AnnealingSpheriodizing Annealing)工艺规范:工艺规范:加热温度:加热温度:A Ac1c1附近。附近。目的:目的:使钢中的渗碳体或碳化物球状化,以获得粒(球)状珠光体。使钢中的渗碳体或碳化物球状化,以获得粒(球)状珠光体。适用范围:适用范围:共析成分和过共析成分的钢。共析成分和过共析成分的钢。l 扩散退火扩散退火(Diffusing AnnealingDiffusing Annealing)又称为均匀化退火又称为均
15、匀化退火(Homogenizing AnnealingHomogenizing Annealing)。工艺规范:工艺规范:加热温度:加热温度:略低于相图上的固相线。略低于相图上的固相线。目的:目的:消除偏析。消除偏析。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火二、正火二、正火(NormalizingNormalizing)1.1.正火的定义正火的定义正火是将钢加热至正火是将钢加热至A Ac3c3或或A Accmccm+ 30+ 30 C C5050 C C,保温后空冷以获得近于平衡状态组,保温后空冷以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。织的热处理工艺。 与退火相比,正火冷却速度快,得到较细的与退火相
16、比,正火冷却速度快,得到较细的P P,强度和硬度也较高。,强度和硬度也较高。2.2.正火的目的正火的目的正火的目的与退火基本相同。正火的目的与退火基本相同。3.3.正火的应用正火的应用消除网状二次渗碳体。消除网状二次渗碳体。作为要求不高的零件的最终热处理。作为要求不高的零件的最终热处理。作为低、中碳结构钢的预备热处理,改善切削加工性能。作为低、中碳结构钢的预备热处理,改善切削加工性能。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火三、退火和正火的选用三、退火和正火的选用w wC C% %0.25%0.25%的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。0.25%0
17、.25%w wC C% %0.50%0.50%的中碳钢,可采用退火或正火作为预备热处理。的中碳钢,可采用退火或正火作为预备热处理。0.50%0.50%w wC C% %0.75%0.75%的中、高碳钢,采用完全退火。的中、高碳钢,采用完全退火。w wC C% %0.75%0.75%的高碳钢,首先用正火消除网状的高碳钢,首先用正火消除网状FeFe3 3C C,再进行球化退火。,再进行球化退火。 退火和正火通常属于预备热处理。退火和正火通常属于预备热处理。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火常用退火及正火的加热范围常用退火及正火的加热范围A AF FA AA
18、 AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP P第五节钢的淬火与回火第五节钢的淬火与回火 淬火和回火通常属于最终热处理。淬火和回火通常属于最终热处理。一、淬火一、淬火(QuenchingQuenching)1.1.淬火的定义淬火的定义淬火是将钢加热至淬火是将钢加热至A Ac3c3或或A Ac1c1以上一定温度,保温后以大于临界冷却速度以上一定温度,保温后以大于临界冷却速度v vk k冷却下冷却下来,以获得马氏体的热处理工艺。来,以获得马氏体的热处理工艺。2.2.淬火的目的淬火的目的获得马氏体(有时也可以是下贝氏体),提高钢的硬度和耐磨性。获得马氏体(有时也可以是下贝氏体),
19、提高钢的硬度和耐磨性。淬火是钢的最重要的热处理工艺。淬火是钢的最重要的热处理工艺。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3.3.淬火工艺参数淬火工艺参数l 淬火温度淬火温度淬火温度,或称淬火加热温淬火温度,或称淬火加热温度,即是钢的奥氏体化温度。度,即是钢的奥氏体化温度。确定淬火温度的原则:确定淬火温度的原则:获得均匀细小的奥氏体。获得均匀细小的奥氏体。确定淬火温度的依据:确定淬火温度的依据:Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C / %/ %碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 / / C CA Ac1c1F FA AA AFe
20、Fe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP PA Ac3c3A AccmccmA A 各类钢淬火温度的确定:各类钢淬火温度的确定:亚共析钢:亚共析钢: A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C共析钢和过共析钢:共析钢和过共析钢: A Ac1 c1 + 30+ 30 C C5050 C C合金钢:合金钢: 临界温度以上临界温度以上5050 C C100100 C C钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C / %/ %碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 / / C CA Ac1c1F FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C C
21、F FP PP PA Ac3c3A AccmccmA Al 加热时间加热时间加热时间由升温时间和保温时间组成。加热时间由升温时间和保温时间组成。确定加热时间的原则:确定加热时间的原则:保证工件内外温度一致,奥氏体化过程充分,奥氏体均匀细小。保证工件内外温度一致,奥氏体化过程充分,奥氏体均匀细小。确定加热时间的依据:确定加热时间的依据:通常根据经验公式估算或通过实验确定。通常根据经验公式估算或通过实验确定。l 淬火介质淬火介质 两个方面的问题:两个方面的问题: 冷却速度大,容易获得马氏体。冷却速度大,容易获得马氏体。 冷却速度大,内应力大,工件变形和开裂的倾向大。冷却速度大,内应力大,工件变形和
22、开裂的倾向大。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火理想淬火介质的冷却曲线理想淬火介质的冷却曲线时间时间 / / s sM Ms sA A1 1温度温度 / / C C理想淬火介质的冷却特性:理想淬火介质的冷却特性: 当冷却至当冷却至“鼻尖鼻尖”温度前冷却较慢,温度前冷却较慢,以充分降低热应力。以充分降低热应力。 在在“鼻尖鼻尖”温度附近具有较大的冷却能温度附近具有较大的冷却能力,避免产生非马氏体组织。力,避免产生非马氏体组织。 在在 M Ms s 点附近冷却尽量缓慢,以减少点附近冷却尽量缓慢,以减少马氏体转变时产生的组织应力。马氏体转变时产生的组织应力。 钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回
23、火常用淬火介质:常用淬火介质:水水特点:特点:经济,冷却能力较强,但在经济,冷却能力较强,但在M Ms s点附近冷速过快。点附近冷速过快。适用范围:适用范围:碳钢。碳钢。盐水:盐水:盐或碱的水溶液,高温冷却能力比水强,适用于碳钢。盐或碱的水溶液,高温冷却能力比水强,适用于碳钢。油油特点:特点:低温区(低温区(M Ms s点附近)冷速缓慢,可有效降低变形和开裂倾向,点附近)冷速缓慢,可有效降低变形和开裂倾向,但高温区冷却能力较低。但高温区冷却能力较低。适用范围:适用范围:合金钢。合金钢。种类:种类:锭子油、机油、柴油。锭子油、机油、柴油。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火(1 1)单液淬火)
24、单液淬火(Simple QuenchingSimple Quenching)操作简单,易实现机械化。用于尺寸不操作简单,易实现机械化。用于尺寸不大、形状简单的工件。大、形状简单的工件。淬火后组织:淬火后组织:M M(2 2)双液淬火)双液淬火(Double QuenchingDouble Quenching)操作复杂,不易掌握。用于形状复杂的操作复杂,不易掌握。用于形状复杂的高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。淬火后组织:淬火后组织:M M(3 3)分级淬火)分级淬火(Broken QuenchingBroken Quenching)工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂工
25、艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂的合金钢工件。的合金钢工件。淬火后组织:淬火后组织:M M(4 4)等温淬火)等温淬火(Isothermal QuenchingIsothermal Quenching)用于形状复杂和要求较高的小工件。用于形状复杂和要求较高的小工件。淬火后组织:淬火后组织:B B下下4.4.淬火方法淬火方法钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图时间时间 / s/ sM Ms sA A1 1温度温度 / / C C 5.5.钢的淬透性钢的淬透性l 淬透性淬透性(HardenabilityHardenability)的概念的概念 钢的淬透性是指奥
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