钢的热处理16674学习.pptx

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1、热处理的分类:热处理普通热处理表面热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热其它其它氮化渗碳第1页/共52页本章主要内容本章主要内容第一节 钢在加热时的转变第二节 钢在冷却时的转变第三节 钢的退火与正火第四节 钢的固溶及时效第五节 钢的淬火第六节 钢的回火第七节 钢的淬透性第八节 钢的表面淬火第九节 钢的化学热处理第十节 表面气相沉积第十一节 影响热处理件质量的因素第十二节 热处理技术条件的标注及工序位置的安排第2页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理 奥氏体化:工件 加热 奥氏体组织第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变第3页/共

2、52页一、钢的奥氏体化基本过程形核、长大以共析钢为例,分为四个阶段:a、奥氏体晶核的形成和长大b、残余渗碳体的溶解c、奥氏体成分的均匀化第4页/共52页二、奥氏体晶粒长大及其控制(一)奥氏体晶粒度:指钢加热到相变点以上某一温度并保温给定实际所得到的奥氏体晶粒大小标准晶粒度等级(分八级)第5页/共52页(二)奥氏体晶粒长大起始晶粒度:珠光体刚刚转变为奥氏体的晶粒大小实际晶粒度:实际加热条件下得到的奥氏体晶粒度本质晶粒度:加热(93010)0C、保温38h,冷却,与标准晶粒度等级图比较,确定的试样的晶粒度,本质晶粒度代表钢的晶粒长大倾向第6页/共52页(三)奥氏体晶粒度的控制1、加热温度2、保温时

3、间3、加热速度4、钢的化学成分第7页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变第8页/共52页一、过冷奥氏体的等温转变奥氏体冷至临界温度以下处于不稳定的状态,称为过冷奥氏体(一)过冷奥氏体 等温转变曲线第9页/共52页二、过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能1、珠光体转变高温转变2、贝氏体转变中温转变3、马氏体转变低温转变 Ms温度以下发生,M第10页/共52页(三)亚共析碳钢与过共析碳钢过冷奥氏体的等温转变第11页/共52页二、过冷奥氏体的连续冷却转变(一)共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线及分析第12页/共52页

4、第13页/共52页(三)过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中应用第14页/共52页三、马氏体转变当奥氏体的冷却速度大于钢的马氏体临界冷却速度,并过冷到Ms以下时,就开始发生马氏体转变马氏体是碳在Fe中的过饱和固溶体,是单相的亚稳组织(一)马氏体的晶体结构(非扩散型转变:晶格重组)面心立方晶格体心立方晶格 体心正方晶格第15页/共52页(二)马氏体的组织形态:片状(高碳马氏体)板条状(低碳马氏体)(三)马氏体的性能1、马氏体的强度和硬度取决于含碳量含碳量,强度、硬度原因:过饱和碳原子晶格畸变 固溶强化2、马氏体的塑性和韧性含碳量,塑性、韧性 第16页/共52页(四)马氏体转变的特点基本过程:形核和

5、长大1、无扩散型相变2、速度极快:无孕育期3、发生在一定温度范围内:Ms与Mf之间,是连续冷却转变过程马氏体转变不彻底,总有残留少量奥氏体,含碳量越高,残余奥氏体量越多。冷处理:对要求高精度的工件,冷却到室温后,再放到零下温度的冷却介质中冷却,消除残余奥氏体,达到增加硬度、耐磨性与稳定尺寸的目的第17页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理热处理:预先热处理和最终热处理退火或正火目的:(1)调整钢件硬度,利于随后的切削加工(2)消除残余应力(3)均匀细化晶粒,改善组织(4)为最终热处理作好组织上的准备第三节第三节 钢的退火与正火钢的退火与正火第18页/共5

6、2页一、退火:加热保温缓冷分类:完全退火、等温退火、均匀化退火、球化退火和去应力退火各种退火加热温度范围和工艺曲线第19页/共52页(一)完全退火:亚共析钢 Ac33050 oC,保温,炉冷目的:a、使热加工造成的粗大、不均匀的组织细化b、消除内应力和组织缺陷c、降低硬度,改善切削加工性能(二)等温退火:与完全退火相同,保温,急冷至珠光体区,等温转变,缓冷目的:a、与完全退火相同b、转变较易控制,获得均匀的预期组织c、大大缩短退火时间第20页/共52页(三)球化退火:过共析钢 Ac11020 oC,保温,缓冷目的:a、使网状的二次渗碳体球状化,为以后的热处理作组织准备 b、降低硬度,改善切削加

7、工性能(四)均匀化退火(扩散退火):Ac3150200 oC,保温1015h,缓冷目的:减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性(五)去应力退火(低温退火):Ac1100200 oC,保温,炉冷目的:消除残余应力第21页/共52页二、正火:加热保温空冷(一)正火工艺:加热温度:Ac3或Accm5070 oC(二)正火后组织与性能 组织:亚共析钢:FS;共析钢:S;过共析钢:SFe3C性能:冷却速度快,晶粒细小,强度、硬度、韧性更好(三)应用1、作为普通结构零件的最终热处理2、改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性 3、作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理4、消除过共析钢中二次渗碳体网5、

8、特定情况下代替淬火、回火注:对所有零件的预先热处理,能正火不退火 第22页/共52页钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理第四节第四节 钢的固溶及时效钢的固溶及时效 1 固溶处理:使合金中各种相充分溶解,强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能,消除应力与软化,以便继续加工成型 2 固溶热处理:将合金加热至高温单相区恒温保持,使过剩相充分溶解到固溶体中,然后快速冷却,以得到过饱和固溶体的热处理工艺3 时效:合金经固溶热处理或冷塑性形变后,在室温放置或稍高于室温保持时,其性能随时间而变化的现象。4 时效处理:在强化相析出的温度加热并保温,使强化相沉淀析出,得以硬化,提高强度 第23页/共52页第五章第五

9、章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理加热保温介质中冷却(发生马氏体转变)目的:1、获得硬、脆的马氏体,提高钢的硬度和耐磨性2、得到优异的综合力学性能 一、淬火工艺(一)加热温度:亚共析钢:Ac33070 oC 共析钢、过共析钢:Ac13070 oC(二)加热时间:经验公式第五节第五节 钢的淬火钢的淬火 第24页/共52页(三)冷却介质 1、理想淬火冷却速度:C曲线鼻尖附近快冷2、常用淬火冷却介质:水、油(1)水:主要用于截面积大,形状简单的碳钢零件的淬火(2)油:冷却速度小于水,减少变形与开裂,一般作为合金钢的淬火冷却介质 二、淬火方法(一)单液淬火法:一种冷却介质,用于形

10、状简单的工件(二)预冷淬火法:先在空气中预冷,再投入介质中冷却,可减小内应力(三)双液淬火法:先在冷却能力较强的介质中冷却,再转入冷却能力弱的介质中冷却,即保证获得马氏体组织,又减小淬火应力,但工艺控制难第25页/共52页(四)分级淬火法分级淬火法:在盐浴炉中保温一定时间后,出炉空冷,获得马氏体组织,可保证工件较小的变形与防止开裂,适用于截面尺寸不大、形状复杂的工件(五)等温淬火法等温淬火法:在盐浴炉中保温足够时间,发生下贝氏体转变后出炉空冷,获得下贝氏体组织,淬火内应力小,具有良好的综合力学性能,适用于处理形状复杂、尺寸较小,要求较高硬度和韧性的工件(六)局部淬火法局部淬火法:只对工件需要硬

11、化的部位进行加热淬火第26页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理淬火钢加热保温冷却(回火一定在淬火后进行)一、回火目的1、获得工件所需的组织和性能2、稳定工件尺寸3、消除或减小淬火内应力 第六节第六节 钢的回火钢的回火 第27页/共52页二、淬火钢的回火转变(一)马氏体的分解(200oC)碳以碳化物的形式析出而发生分解,淬火内应力减小过饱和度有所下降的固溶体与碳化物组成的组织,称为回火马氏体,M回(二)残余奥氏体的转变(200300 oC)马氏体回火马氏体;残余奥氏体下贝氏体淬火应力进一步减小(三)碳化物的转变(250450 oC)碳化物Fe3C;固溶体

12、铁素体;FFe3C回火托氏体T回 强度硬度塑性韧性,淬火应力基本消除(四)渗碳体的球化、长大和铁素体的再结晶(450700oC)FFe3C回火索氏体S回(F:发生回复和再结晶,最后形成等轴晶粒,Fe3C:颗粒状)强度硬度塑性韧性第28页/共52页三、回火转变产物的组织与性能(一)回火后组织1、回火马氏体(250oC回火产物):固溶体 碳化物,高碳回火马氏体强度、硬度高,塑性韧性差,低碳回火马氏体的强韧性较好2、回火托氏体(300500 oC回火产物):F(未再结晶)Fe3C(片状或粒状),弹性极限好,高弹性3、回火索氏体(500650 oC回火产物):F(已再结晶)Fe3C(细粒状)4、回火珠

13、光体(650 oC A1 回火产物):F(多边形)Fe3C(较大粒状),较好的综合力学性能(二)回火时力学性能的变化随回火温度的升高,钢的强度硬度,塑性韧性第29页/共52页(二)回火时力学性能的变化随回火温度的升高,钢的强度硬度,塑性韧性第30页/共52页四、回火的种类及应用(一)低温回火(150250 oC)组织:回火马氏体目的:1、降低内应力和脆性2、保持高硬度和高耐磨性用途:刀具、模具、滚动轴承、渗碳件、表面淬火件(二)中温回火(350500 oC)组织:回火托氏体目的:1、较高的强度、硬度,良好的塑性和韧性 2、高的弹性极限用途:弹簧、热锻模具(三)高温回火(500650 oC)组织

14、:回火索氏体目的:获得较好的综合力学性能用途:汽车、机床等的重要结构零件第31页/共52页五、回火脆性:淬火钢在某些温度范围内回火时,钢的韧性明显下降的现象1、低温回火脆性(第一类回火脆性):250350 oC,不可逆过程,要避免发生2、高温回火脆性(第二类回火脆性):450600 oC,可逆过程措施:1、高温回火后快冷2、加入W、Mo等合金元素第32页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理一、概念淬透性:钢在淬火时能获得淬硬深度的能力,是钢材本身固有的属性淬硬深度:工件表面至半马氏体区的垂直距离 同样条件下,淬硬深度越大,钢的淬透性越好淬硬性:也叫可硬性

15、,指钢在淬火后能达到最高硬度的能力,取决于马氏体的含碳量第七节第七节 钢的淬透性钢的淬透性 第33页/共52页二、淬透性对钢热处理后力学性能的影响第34页/共52页三、影响淬透性及淬硬深度的因素(一)影响淬透性的因素最主要因素是奥氏体的化学成分和奥氏体化条件1、奥氏体化学成分(合金元素):除钴以外的合金元素都能使钢的淬透性提高2、奥氏体化条件:温度越高,保温时间越长,钢的淬透性越好(二)影响淬硬深度的因素钢的淬透性,工件的形状、尺寸和冷却介质的冷却能力等外部因素第35页/共52页四、淬透性的测定端淬试验第36页/共52页第37页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理

16、钢的热处理表面淬火:不改变钢表层化学成分,但改变表层组织的局部热处理方法仅对钢的表面加热、冷却而不改变其心部组织 表层组织:马氏体;心部仍保持原状态组织 加热方式:感应加热、火焰加热、电解液加热、激光加热等第八节第八节 钢的表面淬火钢的表面淬火第38页/共52页一、感应加热的基本原理交流电的集肤效应,靠近表面的感应电流密度大,而中心几乎为0,电流频率越大,电流透入深度越小,加热层也越薄第39页/共52页二、感应加热表面淬火用钢及其应用(一)适宜钢种:中碳钢和中碳合金钢(二)应用:1、高频感应加热表面淬火主要采用电子管式高频发生装置,目前应用最广泛,主要用于要求淬硬层较薄的中小型零件2、中频感应

17、加热表面淬火主要用于处理淬硬层要求较深的零件3、工频感应加热表面淬火加热采用工业频率电流,主要用于大直径钢材的穿透加热和要求淬硬层深的大直径零件4、超音频感应加热表面淬火主要用于齿轮等的表面淬火(三)工艺:预先热处理(正火或调质处理)高频淬火(180200 oC)低温回火第40页/共52页三、感应加热表面淬火的特点(1)感应加热速度极快(2)表层组织为极细马氏体,硬度高,脆性低(3)提高疲劳极限(4)工件表面不易氧化和脱碳,耐磨性好(5)生产率高,且便于实现机械化和自动化补充:火焰加热表面淬火:氧乙炔高温火焰(3000 oC)加热工件表面,使其快速升温,升温后立即喷水冷却特点:工艺及设备简单、

18、成本低,但生产率低,工件表面易过热,淬火质量不稳定主要用于单件、小批量生产及大型零件的表面淬火第41页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理一、概述将钢件置于一定温度的活性介质中保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺(一)作用1、强化工件表面 2、保护工件表面(二)种类1、扩散元素是非金属 2、扩散元素是金属(三)过程1、介质的分解 2、表面吸收 3、原子扩散种类:渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝等第九节第九节 钢的化学热处理钢的化学热处理第42页/共52页二、钢的渗碳:钢件在渗碳介质中加热和保温,使碳原子渗入钢表层的

19、工艺(一)渗碳目的及用钢低碳钢或低合金钢(C0.10.25)钢件表面获得高碳,经适当淬火和回火处理后,可提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度适用:同时受严重磨损和较大冲击载荷的零件,齿轮、活塞销、套筒(二)渗碳方法:固体渗碳、液态渗碳和气体渗碳气体渗碳应用最广气体渗碳:基本过程:分解、吸收、扩散 工件渗碳炉(900950)oC 通入煤油、煤气等渗碳气体 2COCO2+C(C:活性原子)C被工件表面吸收第43页/共52页(四)渗碳后的组织与热处理1、组织:表层 心部 过共析钢组织共析钢组织亚共析钢组织原始组织2、渗碳后的热处理(1)直接淬火法:渗碳件的心部和表层都不过热的情况下适用(2)一次淬火法:

20、受载不大但表面性能要求高的零件Ac1Ac3心部要求高的零件略高于心部的Ac3(3)二次淬火法:机械性能要求很高的零件工艺路线:锻造正火机加工渗碳淬火、低温回火磨削第44页/共52页三、钢的渗氮(氮化):在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面目的:提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳极限和耐蚀性(一)气体渗氮:氨被加热分解出活性氮原子 2NH3 2N+3H2N原子被钢吸收并溶入表面,在保温过程中向内扩散,形成渗氮层 渗氮用钢:含有Al、Cr、Mo等元素的合金钢渗氮前调质处理,使工件综合力学性能好,心部组织为回火索氏体特点:(1)表面高硬度和耐磨性(2)高疲劳强度(3)高的抗腐蚀能力(4)渗氮后工件变形

21、小,无需热处理应用:耐磨性和精度都要求较高的零件,或要求抗热、抗蚀的耐磨件第45页/共52页四、钢的碳氮共渗:向钢的表面同时渗入碳和氮原子的过程方法:液态碳氮共渗和气体碳氮共渗目的:提高工件的表面硬度、耐磨性和疲劳极限第46页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理表面气相沉积:气相中的纯金属或化合物在零件表面沉积,形成具有特殊性能膜层的方法化学气相沉积:通过气相化学反应在金属表面沉积元素或化合物层,由于沉积温度高,工件变形大,只能用于少数几种能承受高温的材料物理气相沉积:通过真空蒸发或真空溅射等物理过程,使金属表面沉积元素或化合物层,温度低,发展较快第十节

22、第十节 表面气相沉积表面气相沉积第47页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理热处理工艺因素和工件的结构因素一、热处理工艺因素淬火常见的缺陷:(一)氧化和脱碳氧化和脱碳氧化:在氧和氧化性气体的作用下,金属表面生成氧化皮的现象。使工件尺寸减小,表面粗糙,严重的会成为废品脱碳:工件表面的碳被氧化,碳含量减少的现象。使表面硬度、耐磨性下降。解决方法:1、采用脱氧良好的盐浴炉加热2、在可控保护气氛炉中加热3、真空炉中加热 4、正确控制加热温度与保温时间第十一节第十一节 影响热处理件质量的因影响热处理件质量的因素素第48页/共52页(二)变形与开裂变形与开裂由淬火应

23、力引起(淬火应力:热应力和相变应力)当淬火应力超过钢的屈服极限时,引起工件变形当淬火应力超过钢的强度极限时,引起工件开裂解决措施:1、合理的锻造与预先热处理2、合理的淬火工艺3、淬火后及时回火第49页/共52页第五章第五章第五章第五章 钢的热处理钢的热处理钢的热处理钢的热处理一、热处理技术条件的标注热处理技术条件标注:最终热处理方法方法及热处理后应达到的力学性能指标力学性能指标(硬度值)第十二节第十二节 热处理技术条件的标注热处理技术条件的标注及工序位置的安排及工序位置的安排第50页/共52页二、热处理工序位置的安排(一)预先热处理的工序位置1、退火、正火:安排在毛坯生产之后,切削加工之前毛坯生成退火或正火机械加工2、调质:粗加工之后,精加工或半精加工之前下料锻造正火(或退火)机械粗加工调质机械精加工(二)最终热处理的工序位置1、淬火(1)整体淬火件:下料锻造正火(或退火)机械粗加工、半精加工淬火、回火磨削(2)感应加热表面淬火件的加工路线:下料锻造正火(或退火)机械粗加工调质机械半精加工感应加热表面淬火、低温回火磨削2、渗碳:下料锻造正火机加工渗碳淬火、低温回火磨削3、渗氮:下料锻造退火机械粗加工调质机械精加工去应力退火粗磨渗氮精磨第51页/共52页感谢您的观看。第52页/共52页

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