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1、第5章 钢的热处理现在学习的是第1页，共81页5.1概述概述n1 1、热热处处理理：是是指指将将钢钢在在固固态态下下加加热热、保保温温和和冷冷却却，以以改改变变钢的组织结构，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。l为为简简明明表表示示热热处处理理的的基基本本工工艺艺过过程程，通通常常用用温温度度-时时间间坐坐标标绘绘出热处理工艺曲线。出热处理工艺曲线。现在学习的是第2页，共81页n2 2、热热处处理理特特点点:热热处处理理区区别别于于其其他他加加工工工工艺艺如如铸铸造造、压压力力加加工工等等的的特特点点是是只只通通过过改改变变工工件件的的组组织织来来改改变变性性能能
2、，而不改变其形状。而不改变其形状。n3 3、热热处处理理适适用用范范围围:只只适适用用于于固固态态下下发发生生相相变变的的材材料料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。不发生固态相变的材料不能用热处理强化。n4 4、热处理分类、热处理分类 n热热处处理理原原理理：描描述述热热处处理理时时钢钢中中组组织织转转变变的的规规律律称称热热处理原理。处理原理。n热热处处理理工工艺艺：根根据据热热处处理理原原理理制制定定的的温温度度、时时间间、介介质质等参数称热处理工艺。等参数称热处理工艺。现在学习的是第3页，共81页n根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点
3、不同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：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、渗其他元素等现在学习的是第4页，共81页n5 5、预备热处理与最终热处理、预备热处理与最终热处理n预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热
4、处理作准备的热处理。理作准备的热处理。n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.现在学习的是第5页，共81页的的实际转变温度分别用实际转变温度分别用AcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcm表示表示;冷却时的实际转变温度冷却时的实际转变温度分别用分别用ArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm表示。表示。n由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以30-50/h 30-50/h 的速度加热或冷却时测得的的速度加热或冷却时测得的.l6 6、临界温度与实际转变温度、临
5、界温度与实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSKPSK、GSGS、ESES线分别线分别用用A A1 1、A A3 3、A Acmcm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷或过实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将热现象，因此将钢加热时钢加热时现在学习的是第6页，共81页5.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变n加加热热是是热热处处理理的的第第一一道道工工序序。加加热热分分两两种种：一一种种是是在在A A1 1以以下下加加热热，不不发发生生相相变变；另另一一种种是是在在临临界界点点以以上上加加热热，目目的的是是获获得得均均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。匀的奥氏体组织，称奥氏体化。n一、奥氏体的
6、形成过程一、奥氏体的形成过程n奥奥氏氏体体化化也也是是形形核核和和长长大大的的过过程程，分分为为四四步步。现现以以共共析析钢钢为为例说明：例说明：n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 与与FeFe3 3C C相界形核。相界形核。n第第二二步步 奥奥氏氏体体晶晶核核长长大大：晶晶核核通通过过碳碳原原子子的的扩扩散散向向 和和FeFe3 3C C方向长大。方向长大。现在学习的是第7页，共81页n第第三三步步 残残余余FeFe3 3C C溶溶解解:铁铁素素体体的的成成分分、结结构构更更接接近近于于奥奥氏氏体体，因因而而先先消消失失。残残余余的的FeFe3 3C C随随保保温温
7、时时间间延延长长继继续续溶溶解解直直至至消消失。失。n第第四四步步 奥奥氏氏体体成成分分均均匀匀化化：FeFe3 3C C溶溶解解后后，其其所所在在部部位位碳碳含含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。现在学习的是第8页，共81页n亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的奥奥氏氏体体化化过过程程与与共共析析钢钢基基本本相相同同。但但由由于于先先共共析析 或或二二次次FeFe3 3C C的的存存在在，要要获获得得全全部部奥奥氏氏体体组组织，必须相应加热到织，必须相应加热到AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上。现在学习的是第9页，共81页
8、二、二、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n1 1、奥氏体的晶粒度、奥氏体的晶粒度n奥氏体化刚结束时的晶粒度称奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度起始晶粒度,此时晶粒此时晶粒细小均匀。细小均匀。n随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这是一个自发的过程。步长大，这是一个自发的过程。现在学习的是第10页，共81页温温来来判判断断。晶晶粒粒度度为为1-4 1-4 级级的的是是本本质质粗粗晶晶粒粒钢钢,5-8 5-8 级级的的是是本本质质细细晶晶粒粒钢钢。前前者者晶晶粒粒长长大大倾倾向向大大，后后者者晶晶粒粒长长大大倾倾
9、向向小。小。l在在给给定定温温度度下下奥奥氏氏体体的的晶粒度称晶粒度称实际晶粒度实际晶粒度。l加加热热时时奥奥氏氏体体晶晶粒粒的的长长大大倾向称倾向称本质晶粒度本质晶粒度。l通通 常常 将将 钢钢 加加 热热 到到 940940 1010奥奥氏氏体体化化后后，设设法法把把奥氏体晶粒保留到室奥氏体晶粒保留到室现在学习的是第11页，共81页n2 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n加加热热温温度度和和保保温温时时间间:加加热热温温度度高高、保保温温时时间间长长,晶晶粒粗大粒粗大.n加加热热速速度度:加加热热速速度度越越快快,过过热热度度越越大大,形形核核率率越越高高,晶粒越细晶
10、粒越细.n合金元素合金元素：n阻阻碍碍奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大的的元元素素:TiTi、V V、NbNb、TaTa、ZrZr、W W、MoMo、CrCr、AlAl等碳化物和氮化物形成元素。等碳化物和氮化物形成元素。n促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：MnMn、P P。现在学习的是第12页，共81页5.3 5.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变n一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程n处处于于临临界界点点A A1 1以以下下的的奥奥氏氏体体称称过过冷冷奥奥氏氏体体。过过冷冷奥奥氏氏体体是是非非稳稳定定组组织织，迟迟早早要要发发生生转转变变。随随
11、过过冷冷度度不不同同，过过冷冷奥奥氏氏体体将将发发生生珠珠光光体体转转变变、贝贝氏氏体体转变和马氏体转变转变和马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。n现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：现在学习的是第13页，共81页n 珠光体转变珠光体转变n过过冷冷奥奥氏氏体体在在 A A1 1到到 550550间间将将转转变变为为珠珠光光体体类类型型组组织织，它它是是铁铁素素体体与与渗渗碳碳体体片片层层相相间间的的机机械械混混合合物物，根根据据片层厚薄不同片层厚薄不同,又细分为又细分为珠光体、索氏体和托氏体。珠光体、索氏体和托氏体。现在学习的是第14页，共81页n 珠光体：珠光体：n形成温度为形成温度为
12、A A1 1-650-650，片层较厚，片层较厚，500500倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号P P表示表示.光镜形貌光镜形貌电镜形貌电镜形貌现在学习的是第15页，共81页n 索氏体索氏体n形成温度为形成温度为650-600,650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000800-1000倍倍光镜下可辨，用符号光镜下可辨，用符号S S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌现在学习的是第16页，共81页n 托氏体托氏体n形成温度为形成温度为600-550600-550，片层极薄，电镜下可，片层极薄，电镜下可辨，用符号辨，用符号T T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形
13、貌现在学习的是第17页，共81页n珠珠光光体体、索索氏氏体体、屈屈氏氏体体三三种种组组织织无无本本质质区区别别，只只是是形形态态上上的的粗粗细细之之分分，因此其界限也是相对的。因此其界限也是相对的。n片片间间距距越越小小，钢钢的的强强度度、硬硬度度越越高高，而而塑塑性性和和韧韧性略有改善。性略有改善。片间距片间距 bHRC 现在学习的是第18页，共81页n 贝氏体转变贝氏体转变n过过冷冷奥奥氏氏体体在在550-230 550-230(Ms)(Ms)间间将将转转变变为为贝贝氏氏体体类类型组织，贝氏体用符号型组织，贝氏体用符号B B表示。表示。n根根据据其其组组织织形形态态不不同同，贝贝氏氏体体又
14、又分分为为上上贝贝氏氏体体(B(B上上)和和下下贝氏体贝氏体(B(B下下).).现在学习的是第19页，共81页n 上贝氏体上贝氏体n形成温度为形成温度为550-350550-350。n在光镜下呈羽毛状在光镜下呈羽毛状.n在在电电镜镜下下为为不不连连续续棒棒状状的的渗渗碳碳体体分分布布于于自自奥奥氏氏体体晶晶界界向向晶晶内内平平行行生生长长的的铁铁素素体体条条之之间。间。光镜下光镜下电镜下电镜下现在学习的是第20页，共81页n下贝氏体下贝氏体n形成温度为形成温度为350-Ms350-Ms。n在光镜下呈竹叶状。在光镜下呈竹叶状。n在在电电镜镜下下为为细细片片状状碳碳化化物物分分布布于于铁铁素素体体
15、针针内内，并并与与铁铁素素体体针针长长轴轴方方向向呈呈55-6055-60角。角。n上上贝贝氏氏体体强强度度与与塑塑性性都都较较低低，无无实实用价值。用价值。n下下贝贝氏氏体体除除了了强强度度、硬硬度度较较高高外外，塑塑性性、韧韧性性也也较较好好，即即具具有有良良好好的的综综合合力力学学性性能能，是是生生产上常用的强化组织之一。产上常用的强化组织之一。光镜下光镜下电镜下电镜下现在学习的是第21页，共81页n 马氏体转变马氏体转变n当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到MsMs以下将转变为马氏体类型组织。以下将转变为马氏体类型组织。n马氏体转变是强化钢的重要途径之一。马氏体转变是强化钢的重要途径之一。n1
16、 1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构n碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体称中的过饱和固溶体称马氏体马氏体，用，用M M表示。表示。n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。现在学习的是第22页，共81页n马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bca=bc）n轴比轴比c/a c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。nC%C%越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。n当当0.25%C0.25%C时，时，c/a=1c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。，此时马氏体为体心立方晶格。现在学习的是第23
17、页，共81页n2 2、马氏体的形态、马氏体的形态n马马氏氏体体的的形形态态分分板板条条和和针针状状两类。两类。n 板条马氏体板条马氏体n立体形态为细长的扁棒状立体形态为细长的扁棒状n在在光光镜镜下下板板条条马马氏氏体体为为一一束束束束的细条组织。的细条组织。n在在电电镜镜下下，板板条条内内的的亚亚结结构构主主 要要 是是高高 密密 度度 的的 位位 错错，=10=101212/cm/cm2 2,又称又称位错马氏体。位错马氏体。光镜下光镜下电镜下电镜下现在学习的是第24页，共81页n 针状马氏体针状马氏体n立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。n
18、在电镜下，在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。电镜下电镜下光镜下光镜下现在学习的是第25页，共81页n 马马氏氏体体的的形形态态主主要要取决于其含碳量取决于其含碳量nC%C%小小于于0.2%0.2%时时，组组织织几几乎乎全部是板条马氏体。全部是板条马氏体。nC%C%大大于于1.0%C1.0%C时时几几乎乎全全部部是针状马氏体是针状马氏体.nC%C%在在0.2-1.0%0.2-1.0%之之间间为为板板条条与针状的混合组织。与针状的混合组织。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现在学习的是第26页，共81页n3
19、3、马氏体的性能、马氏体的性能n高高硬硬度度是是马马氏氏体体性性能能的主要特点。的主要特点。n马马氏氏体体的的硬硬度度主主要要取取决决于其含碳量。于其含碳量。n含含碳碳量量增增加加，其其硬硬度度增加。增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平缓。l合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。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%现在学习的是第27页，共81页n马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体转
20、变产生的组织细化也有强化作用。n马氏体的马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。现在学习的是第28页，共81页n4 4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点n马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：n无扩散性无扩散性n铁和碳原子都不扩散铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。碳量相同。n 共格切变性共格切变性n由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的。由于无
21、扩散，晶格转变是以切变机制进行的。使切变部分的形使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象。光的表面上产生浮凸现象。现在学习的是第29页，共81页n 降温形成降温形成n马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms Ms 表示表示.n马氏体转变终了温度称下马氏体点，用马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf Mf 表表示。示。n只要温度达到只要温度达到MsMs以下即发生马氏体转变。以下即发生马氏体转变。n在在MsMs以下，随温度下降以下，随温度下降,转变量增加，冷却中转变量
22、增加，冷却中断断,转变停止。转变停止。现在学习的是第30页，共81页n高速长大高速长大n马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。n当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。纹。n 转变不完全即使冷却到转变不完全即使冷却到M Mf f 点，也不可能获得点，也不可能获得100%100%的马氏体，的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A A 或或 表示。表示。现在学习的是第31页，共81页nMsMs、M Mf f 与
23、冷速无关，与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）。（包括碳含量）。n马氏体转变后，马氏体转变后，A A 量随含碳量的增加而增加，当含碳量随含碳量的增加而增加，当含碳量达量达0.5%0.5%后，后，A A量才显著。量才显著。含碳量对马氏体转变温度的影响含碳量对马氏体转变温度的影响含碳量对残余奥氏体量的影响含碳量对残余奥氏体量的影响现在学习的是第32页，共81页二、二、过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图n过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转变连续冷却转变两种。两种。两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1 1等温
24、冷却等温冷却2 2连续冷却连续冷却现在学习的是第33页，共81页n过过冷冷奥奥氏氏体体的的等等温温转转变变图图是是表表示示奥奥氏氏体体急急速速冷冷却却到到临临界界点点A A1 1 以以下下在在各各不不同同温温度度下下的的保保温温过过程程中中转转变变量量与与转转变变时时间间的的关关系系曲曲线线。又称又称C C 曲线、或曲线、或TTTTTT曲线。曲线。过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图(Time-Temperature-Transformationdiagram)现在学习的是第34页，共81页n1 1、C C曲线分析曲线分析nA A1 1-Ms-Ms 间间及及转转变变开开始始线线以以左的
25、区域为过冷奥氏体区。左的区域为过冷奥氏体区。n转转变变终终了了线线以以右右及及M Mf f以以下下为转变产物区。为转变产物区。n两两线线之之间间及及MsMs与与M Mf f之之间间为转变区。为转变区。时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体现在学习的是第35页，共81页n 转转变变开开始始线线与与纵纵坐坐标标之之间间的的距距离离为为孕孕育期。育期。n孕孕育育期期越越小小，过过冷冷奥奥氏体稳定性越小氏体稳定性越小.n孕孕育育期期最最小小处处称称C C 曲曲线线的的“鼻鼻尖尖”。碳碳钢钢鼻鼻尖处的温度为尖处的温度为550550。现
26、在学习的是第36页，共81页n在鼻尖以上在鼻尖以上,温度较高，温度较高，相变驱动力小相变驱动力小.n在鼻尖以下，温度较低，在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。体稳定性增加。n C C曲线明确表示了曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。度下的等温转变产物。现在学习的是第37页，共81页n2 2、影响、影响C C 曲线的因素曲线的因素n 成分的影响成分的影响 n 含含碳碳量量的的影影响响：共共析析钢钢的的过过冷冷奥奥氏氏体体最最稳稳定定，C C曲曲线线最最靠右。靠右。Ms Ms 与与M Mf f 点随含碳量增加而下降。点随含碳
27、量增加而下降。n与与共共析析钢钢相相比比，亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢C C曲曲线线的的上上部部各各多多一一条条先共析相的析出线。先共析相的析出线。现在学习的是第38页，共81页n 合金元素的影响合金元素的影响n除除Co 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 C 曲线右移。曲线右移。n除除CoCo和和Al Al 外外,所有合金元素都使所有合金元素都使Ms Ms 与与Mf Mf 点下降。点下降。n 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响n奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增
28、加了过冷奥氏体匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使的稳定性，使C C 曲线右移。曲线右移。现在学习的是第39页，共81页n 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图n过过冷冷奥奥氏氏体体连连续续冷冷却却转转变变图图又又称称CCT(Continuous-Cooling-CCT(Continuous-Cooling-Transformation Transformation diagram)diagram)曲曲线线，是是通通过过测测定定不不同同冷冷速速下下过过冷冷奥奥氏体的转变量获得的。氏体的转变量获得的。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲
29、线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线现在学习的是第40页，共81页n1 1、共析钢的共析钢的CCTCCT曲线曲线n共共析析钢钢的的CCTCCT曲曲线线没没有有贝贝氏氏体体转转变变区区，在在珠珠光光体体转转变变区区之下多了一条转变中止线。之下多了一条转变中止线。n当当连连续续冷冷却却曲曲线线碰碰到到转转变变中中止止线线时时，珠珠光光体体转转变变中中止止，余余下下的的奥奥氏氏体体一一直直保保持到持到MsMs以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线现在学习的是第41页，共81页n图中的图中的V Vk k 为为CCTCCT曲线的曲线的临界冷却速度，即获临界冷却速
30、度，即获得全部马氏体组织时得全部马氏体组织时的最小冷却速度的最小冷却速度.nV Vk k 为为TTTTTT曲线的临曲线的临界冷却速度界冷却速度.V Vk k 1.5 V 1.5 Vk k。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现在学习的是第42页，共81页n2 2、过过共共析析钢钢CCTCCT曲曲线线也也无无贝贝氏氏体体转转变变区区,但但比比共共析析钢钢CCTCCT曲曲线线多多一一条条AFeAFe3 3C C转转变变开开始始线线。由由
31、于于FeFe3 3C C的的析析出出,奥奥氏氏体体中中含含碳碳量量下下降降,因而因而Ms Ms 线右端升高。线右端升高。n3 3、亚亚共共析析钢钢CCT CCT 曲曲线线有有贝贝氏氏体体转转变变区区，还还多多AFAF开开始始线线,F F析析出出使使A A含碳量升高含碳量升高,因而因而Ms Ms 线右端下降。线右端下降。过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线现在学习的是第43页，共81页5.4 5.4 钢的退火与正火钢的退火与正火 n机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预备热预备热处理处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。n退火
32、与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。时才作为最终热处理。现在学习的是第44页，共81页一、退火一、退火n将将钢钢加加热热至至适适当当温温度度保保温温，然然后后缓缓慢慢冷冷却却 (炉冷炉冷)的热处理工艺叫做退火。的热处理工艺叫做退火。n1 1、退火目的、退火目的n调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度为度为170-250HB170-250HB。n 消除内应力，防止加工中变形。消除内应力，防止加工中变形。n 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。现在学习
33、的是第45页，共81页n2 2、退火工艺、退火工艺n退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。扩散退火、去应力退火、再结晶退火。n 完全退火完全退火l将将 工工 件件 加加 热热 到到AcAc3 3+30-50+30-50保保温温后后缓缓冷冷的的退退火火工工艺艺，主要用于亚共析钢。主要用于亚共析钢。现在学习的是第46页，共81页n 等温退火等温退火n亚亚共共析析钢钢加加热热到到AcAc3 3+30-50,+30-50,共共析析、过过共共析析钢钢加加热热到到AcAc1 1+30-50+30-50，
34、保保温温后后快快冷冷到到ArAr1 1以以下下的的某某一一温温度度下下停停留留，待待相相变变完完成成后后出出炉炉空空冷冷。等等温温退退火火可可缩缩短短工工件件在在炉炉内内停停留留时间，更适合于孕育期长的合金钢。时间，更适合于孕育期长的合金钢。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现在学习的是第47页，共81页n球化退火球化退火n球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它它是是将将工工件件加加热热到到AcAc1 1+30-50 30-50 保温后缓冷。保温后缓冷。l主主要要用用于于共共析析、过过共共析析钢。钢。现在学习的是第48页，
35、共81页n球球化化退退火火的的组组织织为为铁铁素素体体基基体体上上分分布布着着颗颗粒粒状状渗渗碳碳体体的的组组织织，称球状珠光体称球状珠光体,用用P P球球表示。表示。球状珠光体球状珠光体现在学习的是第49页，共81页n二、正火二、正火n正火是将亚共析钢加热到正火是将亚共析钢加热到AcAc3 3+30-50+30-50，共析钢加热到，共析钢加热到AcAc1 1+30-+30-5050，过共析钢，过共析钢 加热到加热到AcAccmcm+30-50+30-50保温保温 后空冷的工艺。后空冷的工艺。n正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。n1 1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C 0.
36、6%C时，组织为时，组织为F+SF+S；0.6%C0.6%C时，组织为时，组织为S S。正火温度正火温度现在学习的是第50页，共81页n2 2、正火的目的、正火的目的n 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)(0.6C%)，目的与退火的，目的与退火的相同。相同。n 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。为球化退火作组织准备。n 改善切削性能。低碳钢用正火，中碳钢用退改善切削性能。低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火火或正火,高碳钢用完全退火。高碳钢用完全退火。现在学习的是第51页，共81页5.5 5.5 钢的淬火钢的淬火n淬淬火火是是
37、将将钢钢加加热热到到临临界界点点以以上上，保保温温后后以以大大于于V Vk k速速度度冷冷却却，使使奥奥氏氏体体转转变变为为马马氏氏体体的的热热处处理理工艺。工艺。n淬火是应用最广的热处理工艺之一。淬火是应用最广的热处理工艺之一。n淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能。现在学习的是第52页，共81页一、一、淬火温度淬火温度n1 1、碳钢、碳钢n 亚共析钢亚共析钢l淬淬 火火 温温 度度 为为 AcAc3 3+30-+30-5050。l 亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：0.5%C0.5%C时为时为M M 0.5%C0.5%C时为时为M+AM+A。
38、现在学习的是第53页，共81页n 共析钢共析钢n淬火温度为淬火温度为AcAc1 1+30-50+30-50；淬火组织为；淬火组织为M+AM+A。n 过共析钢过共析钢n淬火温度淬火温度:Ac:Ac1 1+30-50.+30-50.n温温度度高高于于AcAccmcm，则则奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大、含含碳碳量量高高,淬淬火火后后马马氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大、A A量量增增多多。使使钢钢硬硬度度、耐耐磨磨性性下下降，脆性、变形开裂倾向增加。降，脆性、变形开裂倾向增加。n淬火组织淬火组织:M+Fe:M+Fe3 3C C颗粒颗粒+A+A。(预备组织为预备组织为P P球球)现在学习的是第54页，共81页
39、n2 2、合金钢、合金钢n由由于于多多数数合合金金元元素素(Mn(Mn、P P除除外外)对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大有有阻阻碍碍作作用用，因因而而合合金金钢钢淬淬火火温温度度比比碳碳钢钢高。高。n 亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为AcAc3 3+50-100+50-100。n共析钢、过共析钢淬火温度为共析钢、过共析钢淬火温度为AcAc1 1+50-100+50-100。现在学习的是第55页，共81页二、淬火介质二、淬火介质n理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在MsMs附近尽量附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小缓冷，以达到既获得
40、马氏体组织，又减小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。但目前还内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。没有找到理想的淬火介质。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，但低温水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。状简单的碳钢件。现在学习的是第56页，共81页三、淬火方法三、淬火方法n1 1、单液淬火法、单液淬火法n加热工件在一种介质中连续冷却加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。到室温的淬火方法。n2 2、双液淬火法、双液淬火法n工件先在一种冷却能力强的介质中工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却
41、躲过鼻尖后，再在另一种冷冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷。变的方法。如水淬油冷，油淬空冷。n优点是冷却理想，缺点是不易掌优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。型合金钢件。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分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法现在学习的是第57页，共81页n3 3、分级淬火法、分级淬火法n在在MsMs附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀
42、后再取出缓冷。可减少内应力，用于小尺寸工件。缓冷。可减少内应力，用于小尺寸工件。n4 4、等温淬火法、等温淬火法n将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。从而获得下贝氏体组织的淬火方法。n经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小。经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小。n适用于形状复杂及要求较高的小型件。适用于形状复杂及要求较高的小型件。现在学习的是第58页，共81页四、钢的淬透性四、钢的淬透性n钢钢淬淬火火时时形形成成马马氏氏体体的的能能力力叫叫做做钢钢的的淬淬透透性性，其其大大小
43、小是是用用规定条件下淬硬层深度来表示。规定条件下淬硬层深度来表示。n淬淬硬硬层层深深度度是是指指由由工工件件表表面面到到半半马马氏氏体体区区(50%M(50%M+50%P)50%P)的深度。的深度。n在在同同样样淬淬火火条条件件下下,淬淬透透层层深深度度越越大大,则则反反映映钢钢的的淬淬透透性越好。性越好。l淬硬性淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。现在学习的是第59页，共81页1、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素n(1)(1)碳含量碳含量 n对对于于碳碳钢钢：亚亚共共析析钢钢随随碳碳含含量量增增加加，C C曲曲线线右右移移，淬淬透透
44、性性提提高高；过过共共析析钢钢随随碳碳含含量量增增加加，C C曲曲线线左左移移，淬淬透透性性降降低低；共共析析钢钢的的临界冷速最小，淬透性最好。临界冷速最小，淬透性最好。n(2)(2)合金元素合金元素n除除Co Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；n(3)(3)奥氏体化温度奥氏体化温度奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。n(4)(4)钢中未溶第二相钢中未溶第二相 n钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成
45、为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透成为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。性。现在学习的是第60页，共81页5.6 5.6 钢的回火钢的回火n回火是指将淬火钢加热到回火是指将淬火钢加热到A A1 1以下的某温度保温后冷却的以下的某温度保温后冷却的工艺。工艺。n一、回火的目的一、回火的目的n1 1、减少或消除淬火内应力、减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂防止变形或开裂.n2 2、获得工艺所要求的力学性能。、获得工艺所要求的力学性能。n3 3、稳定尺寸。、稳定尺寸。现在学习的是第61页，共81页二、回火种类二、回火种类n1 1低温回火低温回火 n回火温度回
46、火温度：150150250250。n低低温温回回火火时时，淬淬火火马马氏氏体体内内部部会会析析出出碳碳化化物物薄薄片（片（FeFex xC),C),马氏体的过饱和度减小。马氏体的过饱和度减小。现在学习的是第62页，共81页 低温回火后组织：低温回火后组织：亚共析钢淬火、低温回火后组织亚共析钢淬火、低温回火后组织 回火马氏体回火马氏体(回火回火M)M)过共析钢淬火、低温回火后组织过共析钢淬火、低温回火后组织 回火马氏体碳化物残余奥氏体回火马氏体碳化物残余奥氏体 目的：目的：降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度后的高硬度(58 HRC(58 HRC64
47、 HRC)64 HRC)和高耐磨性。和高耐磨性。应用：应用：锉刀、锯条等工具。锉刀、锯条等工具。现在学习的是第63页，共81页 2 2中温回火中温回火 回火温度：回火温度：350 350 500 500 组织：组织：回火屈氏体回火屈氏体(回火回火T)T)。铁素体基体与弥散分布的细粒状渗碳体的混合组铁素体基体与弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织。织。铁素体仍保留马氏体的形态，碳化物比回火马氏体铁素体仍保留马氏体的形态，碳化物比回火马氏体中的碳化物粗。中的碳化物粗。具有高的弹性极限和屈服强度、一定的韧性，硬具有高的弹性极限和屈服强度、一定的韧性，硬度一般为度一般为35 HRC35 HRC45 HRC
48、45 HRC。应用：应用：弹簧弹簧 现在学习的是第64页，共81页 3.3.高温回火高温回火 回火索氏体回火索氏体 回火索氏体综合机械性能最好回火索氏体综合机械性能最好,即强度、即强度、塑性和韧性都比较好，硬度一般为塑性和韧性都比较好，硬度一般为25 HRC25 HRC35 35 HRCHRC。淬火加高温回火称为淬火加高温回火称为调质处理。调质处理。应用：应用：螺栓、连杆螺栓、连杆 回火温度：回火温度：500 500 650 650 组组织：织：回火索氏体回火索氏体(回火回火S)S)：粒状渗碳体和：粒状渗碳体和铁素体基体的混和组织。铁素体基体的混和组织。现在学习的是第65页，共81页三、回火脆
49、性三、回火脆性n淬火钢的韧性并不总是淬火钢的韧性并不总是随回火温度升高而提高。随回火温度升高而提高。n在某些温度范围内回火时，在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。象，称回火脆性。现在学习的是第66页，共81页n1 1、第一类回火脆性、第一类回火脆性n又又称称不不可可逆逆回回火火脆脆性性。是是指指淬淬火火钢钢在在250-350250-350回回火火时时出出现现的的脆性。脆性。l这这种种回回火火脆脆性性是是不不可可逆逆的的，只只要要在在此此温温度度范范围围内内回回火火就就会会出出现现脆脆性性，目前尚无有效消除办法。目前尚无有效消除办法。l回回火火时时
50、应应避避开开这这一一温温度范围。度范围。现在学习的是第67页，共81页n2 2、第二类回火脆性、第二类回火脆性n又又称称可可逆逆回回火火脆脆性性。是是指指淬淬火火钢钢在在500-650500-650范范围围内内回回火火后后缓缓冷冷时出现的脆性时出现的脆性.回回火火后后快快冷冷不不出出现现，是是可可逆逆的。的。n防止办法：防止办法：n 回火后快冷。回火后快冷。l 重新重新加热到加热到600 600 以上给予消除。以上给予消除。现在学习的是第68页，共81页5.7 5.7 钢的表面淬火钢的表面淬火n表表面面淬淬火火是是指指在在不不改改变变钢钢的的化化学学成成分分及及心心部部组组织织情情况况下下，利