钢的热处理原理.ppt

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1、工程技术学院工程技术学院重点：重点：热处理组织性能转变热处理组织性能转变难点：难点：热处理原理热处理原理要要求求：工工作作条条件件-性性能能-组组织织-热处理工艺。热处理工艺。第六章第六章 钢的热处理原理钢的热处理原理工程技术学院工程技术学院第六章第六章 钢的热处理原理钢的热处理原理工程技术学院工程技术学院 一、热处理的概念一、热处理的概念 将材料在一定的介质将材料在一定的介质中中加热、保温、冷却加热、保温、冷却，以，以改变其整体或表面的改变其整体或表面的组织组织，从而获得所需从而获得所需性能性能的一种的一种热加工工艺。热加工工艺。6-1 热处理概述热处理概述工程技术学院工程技术学院1 1、改

2、善使用性能、改善使用性能 如：如：耐磨性，强韧性、弹性耐磨性，强韧性、弹性等；等；2 2、改善工艺性能、改善工艺性能 如：机加工性能，成型性能，后续热处理等。如：机加工性能，成型性能，后续热处理等。3 3、消除成型缺陷、消除成型缺陷 如：组织粗大，成分偏析，残余应力等。如：组织粗大，成分偏析，残余应力等。二、热处理的作用二、热处理的作用工程技术学院工程技术学院生产工艺路线：生产工艺路线：下料下料 锻造锻造 正火正火 粗机加工粗机加工 渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 精加工精加工 成品成品汽车齿轮零件汽车齿轮零件工程技术学院工程技术学院热处理热处理可改善性能且不改变形状可改善性能且不改变形

3、状，应用十分广泛。，应用十分广泛。例如：例如：机床制造中机床制造中60-70%60-70%的零件需热处理；的零件需热处理；汽车制造中需热处理的零件多达汽车制造中需热处理的零件多达70-80%70-80%；工模具及滚动轴承，工模具及滚动轴承，100%100%需要热处理。需要热处理。重要机械零件一般都必须进行适当的热处理。重要机械零件一般都必须进行适当的热处理。三、热处理的应用三、热处理的应用工程技术学院工程技术学院加热和冷却时钢的临界温度的变化加热和冷却时钢的临界温度的变化1 原子扩散原子扩散2 固态相变固态相变Ar3ArcmAr1Ac3AccmAc1Wc（%）温温度度A3AcmA1AF+PP+

4、Fe3CP注：注：钢的热处理加钢的热处理加热工艺的制定通常热工艺的制定通常参考参考Fe-C相图。相图。四、热处理的理论基础四、热处理的理论基础工程技术学院工程技术学院1.1.根据工艺参数及组织转变特征不同分为：根据工艺参数及组织转变特征不同分为：普通热处理：普通热处理：包括退火、正火、淬火、回火。包括退火、正火、淬火、回火。表面热处理：表面热处理：包括表面淬火包括表面淬火(感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火感应加热表面淬火，火焰加热表面淬火)及化学热处理及化学热处理(渗碳，渗氮渗碳，渗氮)等。等。其它热处理：其它热处理：真空热处理、可控气氛热处理、形变热处理等。真空热处理、可控气氛热处理、形变

5、热处理等。五、热处理的分类五、热处理的分类工程技术学院工程技术学院2.根据热处理阶段和作用不同分为：根据热处理阶段和作用不同分为：预备热处理：预备热处理：改善铸、锻、焊毛坯件的组织，消除应力，为后续的机改善铸、锻、焊毛坯件的组织，消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理做准备。加工或进一步的热处理做准备。最终热处理：最终热处理：使经过成形工艺达到形状和尺寸要求的零件的性能达使经过成形工艺达到形状和尺寸要求的零件的性能达到所需的使用性能。到所需的使用性能。五、热处理的分类五、热处理的分类工程技术学院工程技术学院生产工艺路线：下料 锻造 正火 粗机加工 调质处理 轴颈表面淬火+低温回火 精加工 成

6、品曲轴曲轴工程技术学院工程技术学院冲模的生产工艺路线：冲模的生产工艺路线：下料下料 锻造锻造 球化退火球化退火 粗机加工粗机加工 淬火淬火 低低温回火温回火 精加工精加工 成品成品工程技术学院工程技术学院6-2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变目的：目的：获得细小均匀的奥氏体。获得细小均匀的奥氏体。工程技术学院工程技术学院1、形成过程、形成过程（一）奥氏体的形成（共析钢）（一）奥氏体的形成（共析钢）工程技术学院工程技术学院Ac3AccmAc1Wc（%）温温度度AF+PP+Fe3CP 2、奥氏体形成条件、奥氏体形成条件1）温度条件：）温度条件：加热温度高于加热温度高于Ac12）时间条件：）时间条

7、件：在在Ac1以上保温足够的时间。以上保温足够的时间。工程技术学院工程技术学院100100倍显微镜下观察比较，倍显微镜下观察比较，倍显微镜下观察比较，倍显微镜下观察比较，确定晶粒度确定晶粒度确定晶粒度确定晶粒度3、奥氏体的晶粒度、奥氏体的晶粒度1）晶粒度的概念）晶粒度的概念 表示晶粒的大小的程度。表示晶粒的大小的程度。2）晶粒度等级）晶粒度等级 奥氏体晶粒度分为奥氏体晶粒度分为8级。级。3）晶粒度等级评定）晶粒度等级评定 对比法和测量法。对比法和测量法。工程技术学院工程技术学院4 4、奥氏体晶粒度的影响因素、奥氏体晶粒度的影响因素 1 1）加热温度和保温时间；）加热温度和保温时间；2 2）加热

8、速度；）加热速度；3 3）钢的原始组织；）钢的原始组织；4 4）钢的化学成分）钢的化学成分:例：若钢中加入适量能形成难熔中间相的合金元素，如Ti、Zr、V、Nb等，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大，达到细化晶粒的目的。工程技术学院工程技术学院（二）钢的加热工艺选择（二）钢的加热工艺选择Ac3AccmAc1Wc（%）温温度度AF+PP+Fe3CP1、加热温度、加热温度 以相图为参考，结合热处以相图为参考，结合热处理类型及钢的具体成分来确定。理类型及钢的具体成分来确定。2、加热时间、加热时间 确定升温时间和保温时间。确定升温时间和保温时间。工程技术学院工程技术学院（三）钢的加热缺陷及防止三）钢的加热缺陷及

9、防止1 1 缺陷缺陷氧化氧化影响尺寸精度，表面粗糙度，影响尺寸精度，表面粗糙度，脱碳脱碳降低机械性能，如强度，硬度，耐磨性，降低机械性能，如强度，硬度，耐磨性，过热过热导致晶粒粗大，性能下降，可重新在较低温度导致晶粒粗大，性能下降，可重新在较低温度 下加热获得细小奥氏体。下加热获得细小奥氏体。过烧过烧导致晶界氧化甚至熔化，很脆，无法挽救。导致晶界氧化甚至熔化，很脆，无法挽救。2 2 防止防止n制定合理的热处理工艺，把缺陷控制在一定的范围内。制定合理的热处理工艺，把缺陷控制在一定的范围内。n采用特殊方法：真空加热，可控气氛加热等。采用特殊方法：真空加热，可控气氛加热等。工程技术学院工程技术学院6

10、-3 钢在冷却时的转变一、钢的一、钢的冷却冷却方式方式工程技术学院工程技术学院二、过冷奥氏体的等温转变 （一）“C曲线”的建立（TTT曲线）650600550350A1MSMf时间时间PSTB上上B下下MM+AAPASATAB上上AB下下AM过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A工程技术学院工程技术学院（二）影响C曲线的主要因素 1.碳含量对碳钢C曲线的影响工程技术学院工程技术学院2.合金元素对C曲线的影响（Co）工程技术学院工程技术学院 （三）两种等温转变产物的组织和性能（三）两种等温转变产物的组织和性能 （1）珠光体类型转变）珠光体类型转变 过冷过冷A在临界温度在临界温度A1以

11、以下比较高的温度范围内进下比较高的温度范围内进行的转变。是典型的行的转变。是典型的扩散扩散型相变型相变。（2）珠光体组织）珠光体组织 由由铁素体和渗碳体铁素体和渗碳体两相两相组成的机械混合物，通常组成的机械混合物，通常呈片层状。呈片层状。1.珠光体类型组织与性能珠光体类型组织与性能工程技术学院工程技术学院（3 3）分类：）分类：根据珠光体片间距的大小，可分为根据珠光体片间距的大小，可分为三种三种:珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体。工程技术学院工程技术学院珠光体珠光体 10001000 屈氏体屈氏体 10001000 珠光体、索氏体、屈氏体之间珠光体、索氏体、屈氏体之间无本质区别无本

12、质区别，其形成温，其形成温度也度也无严格界线无严格界线，只是其片层厚薄和间距不同。，只是其片层厚薄和间距不同。工程技术学院工程技术学院综合性能好，综合性能好，可制作性能要求不高的零件。可制作性能要求不高的零件。性能主要取决于片层间距的大小：性能主要取决于片层间距的大小：片层间距愈小，片层间距愈小，其强度、硬度愈高，同时塑性、韧性也有所改善。其强度、硬度愈高，同时塑性、韧性也有所改善。（4）机械性能）机械性能工程技术学院工程技术学院 2.贝氏体类型组织与性能贝氏体（B）=过饱和F+Fe3C （1）贝氏体的组织形态：下贝氏体下贝氏体（350 350 MsMs）上贝氏体上贝氏体（5505503503

13、50）工程技术学院工程技术学院（2 2）贝氏体的力学性能）贝氏体的力学性能上贝氏体：上贝氏体：强度和韧性较低。强度和韧性较低。下贝氏体：下贝氏体：不但强度高，而且韧性也好。不但强度高，而且韧性也好。（3 3）应用）应用上贝氏体：上贝氏体：无应用价值，工艺上应避免。无应用价值，工艺上应避免。下贝氏体下贝氏体：综合性能好综合性能好；应用较多；应用较多；通通过过等温淬火等温淬火工艺获得。工艺获得。工程技术学院工程技术学院V VK K Vk(三三)碳钢过冷奥氏体碳钢过冷奥氏体连续冷却转变连续冷却转变工程技术学院工程技术学院1、马氏体类型组织与性能 (1)马氏体转变：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)

14、而发生的无扩散型相变。(2)马氏体结构：是碳溶于-Fe中的过饱和间隙式固溶体，记为M。工程技术学院工程技术学院 (3)马氏体转变特点 a、无扩散性 通过切变方式完成，转变速度极快。b、降温转变 c、转变不完全 室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体，记为Ar。工程技术学院工程技术学院原因：多数钢的Mf在室温以下。消除方法：消除方法：冷处理冷处理。工程技术学院工程技术学院片状马氏体片状马氏体板条马氏体板条马氏体（4）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态 a.低碳钢：低碳钢：板条马氏体板条马氏体 b.高碳钢：高碳钢：片状马氏体片状马氏体 c.中碳钢：中碳钢：混合马氏体混合马氏体工程技术学

15、院工程技术学院马氏体类型马氏体类型机机 械械 性性 能能bMPa0.2MPa%HRCJ/cm2板条马氏体板条马氏体（含碳量（含碳量0.2%）1500130095060片状马氏体片状马氏体（含碳量（含碳量1%）2300200016310（5）马氏体的）马氏体的性能特点性能特点片状马氏体：片状马氏体：脆性较大。脆性较大。主要原因是含碳量高、主要原因是含碳量高、晶晶 格畸变大，存在许多显微裂纹。格畸变大，存在许多显微裂纹。板条马氏体：板条马氏体：有有较好的塑、韧性较好的塑、韧性。工程技术学院工程技术学院V VK K 2、“C曲线”的应用将将冷却曲线与冷却曲线与C曲线叠加曲线叠加，可确定钢冷却后的组织

16、，可确定钢冷却后的组织与性能，是制定热处理工艺的理论依据。与性能，是制定热处理工艺的理论依据。工程技术学院工程技术学院连续冷却转变产物连续冷却转变产物 P均匀均匀A细细AA1MSMf时间时间PSM+AT+M+A工程技术学院工程技术学院内容回顾：内容回顾：2 连续冷却连续冷却1 等温冷却等温冷却工程技术学院工程技术学院650600550350A1MSMf时间时间PSTB上上B下下APASATAB上上AB下下过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A过冷过冷A内容回顾：内容回顾：工程技术学院工程技术学院P均匀均匀A细细AA1MSMf时间时间等温退火等温退火PP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+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)