机械制造基础钢的热处理加热和冷却过程精选文档.ppt

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1、机械制造基础钢的热处理加热和冷却过程本讲稿第一页，共三十六页l1、定义、定义：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。1 钢的热处理定义本讲稿第二页，共三十六页l机床制造中约机床制造中约60-70%60-70%的零件要经过的零件要经过热处理。热处理。l汽车、拖拉机制造业中需热处理的零汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达件达70-80%70-80%。l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%100%需经热处理需经热处理。热处理特点：热处理特点：只改变内部组织结构，只改变内部组织结

2、构，不改变表面形状与尺寸。不改变表面形状与尺寸。2、热处理的意义热处理的意义本讲稿第三页，共三十六页l3 3、热处理分类、热处理分类l预备热处理预备热处理为随后的加工或进一步热处理作准备的热处为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。理。l最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.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艺曲线时间时间温度温度/本讲稿第四页，共三十六页4 4、热处理工艺分类如下（热处理工艺分类如下（根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同）点不同）其他热处理

3、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表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、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、渗其他元素等本讲稿第五页，共三十六页 重点掌握重点掌握 1.钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；2.共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。3.奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度

4、对钢的组织奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；变化和最终性能的影响；4.各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。途和使用的钢种、零件的范围。本讲稿第六页，共三十六页2 2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 加热加热目的是获得均匀的奥氏体组织，称目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。奥氏体化。钢坯加热钢坯加热本讲稿第七页，共三十六页 钢加热时的实际转变温度分别用钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示表示;冷却冷却时的实际转变温度分别用时的实际转变温度分别用

5、Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。l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。本讲稿第八页，共三十六页l第一步第一步 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在F与与Fe3C相界形核。相界形核。l第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：A晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向F和和Fe3C方向长方向长大。大。l第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解:铁素体因而先消失。残余的铁素体因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延随保温时间延长继续溶解直至消失。长继续溶解直至消失。l第四步第四步 奥氏体成

6、分均匀化：奥氏体成分均匀化：通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程（现以共析钢为例）：现以共析钢为例）：本讲稿第九页，共三十六页共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程本讲稿第十页，共三十六页l亚共析钢和过共析钢的奥氏体化亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程过程l 与共析钢基本相同，但由于与共析钢基本相同，但由于先共析先共析F 或二次或二次Fe3C的存在，要的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应获得全部奥氏体组织，必须相应加热到加热到Ac3或或Accm以上以上.本讲稿第十一页，共三十六页二、二、二、二、奥氏体晶粒长大及其影响因素

7、奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素l奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。体晶粒是热处理的关键问题之一。本讲稿第十二页，共三十六页三、奥氏体晶粒大小及控制三、奥氏体晶粒大小及控制 l1、晶粒度概念、晶粒度概念本讲稿第十三页，共三十六页2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素 加热温度和保温时间：加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，加热温度高、保温时

8、间长，晶粒粗大。晶粒粗大。加热速度：加热速度：加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。细化细化A晶粒途径：快速加热，短时保温晶粒途径：快速加热，短时保温本讲稿第十四页，共三十六页一、钢在热处理时的冷却方式一、钢在热处理时的冷却方式 热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却 3 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变本讲稿第十五页，共三十六页二、过冷奥氏体的等温冷却转变二、过冷奥氏体的等温冷却转变1、建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线-TTT曲线曲线(C 曲线，形状像

9、曲线，形状像C)(Time-Temperature-Transformation diagram)本讲稿第十六页，共三十六页 共析碳钢共析碳钢共析碳钢共析碳钢 TTT TTT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1本讲稿第十七页，共三十六页l过冷奥氏体区过冷奥氏体区l转变产物区转变产物区l转变区转变区时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷APBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线本讲稿第十八页，共三十六页2 2、钢在冷却时的转变钢

10、在冷却时的转变随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变。l珠光体转变珠光体转变l贝氏体转变贝氏体转变l和马氏体转变和马氏体转变本讲稿第十九页，共三十六页（1）珠光体转变）珠光体转变本讲稿第二十页，共三十六页l根据片层厚薄不同，又细分为根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体珠光体、索氏体和托氏体。三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。其界限也是相对的。l片间距越小，钢的强度、硬片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有度越高，而塑性和韧性略有改善。改善。本讲稿第二

11、十一页，共三十六页（2）贝氏体转变 贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体（B下）。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体具有良好的综合力学性能。上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体本讲稿第二十二页，共三十六页（3 3）马氏体转变）马氏体转变 马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构 碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体称马氏体中的过饱和固溶体称马氏体,用用符号符号M M 表示。表示。马马氏氏体体组组织织本讲稿第二十三页，共三十六页FCCBCT铁原子铁原子马氏体马氏体的形成的形成碳原子碳原子本讲稿第二十四页，共三十六页 马氏体的形态马氏体的形态C%C%小于小

12、于0.2%0.2%时，组织几乎全部是时，组织几乎全部是板条马氏体板条马氏体。C%C%大于大于1.0%C1.0%C时则几乎全部是时则几乎全部是针状马氏体针状马氏体。C%C%在在0.21.0%0.21.0%之间为之间为板条与针状的混合组织板条与针状的混合组织。0.45%C0.2%C1.2%C马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系本讲稿第二十五页，共三十六页 马氏体的性能马氏体的性能l高硬度是马氏体组织高硬度是马氏体组织性能的主要特点。性能的主要特点。l马氏体的马氏体的硬度主要取硬度主要取决于其含碳量。决于其含碳量。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%本讲稿第二

13、十六页，共三十六页3、共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线的分析曲线的分析稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A+产产 物物 区区产产物物区区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区;230-50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsM

14、f本讲稿第二十七页，共三十六页本讲稿第二十八页，共三十六页过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度，转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗粗片片状状，F、Fe3C相相间间分分布布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分相间分布布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒

15、状羽毛状，短棒状Fe3C分布分布于过饱和于过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布分布于过饱和于过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf非扩非扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M板板MSMf板条状板条状50淬火淬火本讲稿第二十九页，共三十六页本讲稿第三十页，共三十六页四、过冷奥氏体连续冷却转变四、过冷奥氏体连续冷却转变 过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT CCT 曲线，是通过测定不同冷速下过冷曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。可用奥氏体的转变量获得的。可用T

16、TTTTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。况。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线(Continuous-Cooling-Transformation)本讲稿第三十一页，共三十六页P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间650600550本讲稿第三十二页，共三十六页五、五、影响影响 TTT 曲线形状曲线形状 与位置的因素与位置的因素1、奥氏体中含碳量的影响、奥氏体中含碳量的影响 共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右；曲线最靠右；Ms

17、与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。过过共析共析 钢钢亚亚时间温度A1本讲稿第三十三页，共三十六页2.奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响 除除Co 外外,凡溶入奥氏体的合金元素都使凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移；曲线右移；除除Co、Al(2.5%)外外,所有合金元所有合金元 素溶入奥氏体中素溶入奥氏体中,都使都使Ms 与与Mf 点下降。点下降。向右移向右移向向下下移移MsA1本讲稿第三十四页，共三十六页P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间650600550小结本讲稿第三十五页，共三十六页小结l热处理过程l共析钢冷却转变l亚共析钢冷却转变用用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冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A本讲稿第三十六页，共三十六页