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1、关于金属热处理及表面改性第一页，讲稿共四十四页哦3.1 3.1 钢的热处理原理钢的热处理原理 l1、热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以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改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间坐时间坐标绘出标绘出热处理工艺热处理工艺曲线曲线。第二页，讲稿共四十四页哦l在机床制造中在机床制造中约约60-70%的零件的零件要经过热处理。要经过热处理。l在汽车、拖拉机制造业中在汽车、拖拉机制造业中需热需热处理的零件达处理的零件达70
2、-80%。l热处理是一种重要的加工工艺热处理是一种重要的加工工艺.l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经过热处需经过热处理。理。l总之，重要零件总之，重要零件都需适当热处都需适当热处理后才能使用。理后才能使用。第三页，讲稿共四十四页哦l2、热处理特点、热处理特点:热处理热处理区别区别于其他加工工艺如铸造于其他加工工艺如铸造、压力压力加工等的特点是加工等的特点是只通过改变工只通过改变工件的组织来改变性能，而不改件的组织来改变性能，而不改变其形状。变其形状。铸造铸造轧制轧制l3、热处理适用范围、热处理适用范围:只只适用于固态下发生相变适用于固态下发生相变的材料的材料，不发生固态相，不发生固态相
3、变的材料不能用热处理变的材料不能用热处理强化。强化。第四页，讲稿共四十四页哦l4、热处理分类、热处理分类 l热处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律。描述热处理时钢中组织转变的规律。l热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数。质等参数。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热
4、处理工艺的显微组织第五页，讲稿共四十四页哦l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不同，将热处理热处理工艺分类如下：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、渗其他元素等第六页，讲稿共四十四页哦l5、预备热处理与最终热处理、预备热处理
5、与最终热处理l预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。一步热处理作准备的热处理。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/第七页，讲稿共四十四页哦 钢加热时实际转变温度：钢加热时实际转变温度：Ac1、Ac3、Accm;冷却时实际转变温度冷却时实际转变温度Ar1、Ar3、Arcm。l6、临界温度与实际转变温、临界温度与实际转变温度度 PSK、GS、ES线分别用线分别用A1
6、、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象。冷或过热现象。25班班第八页，讲稿共四十四页哦3.1.1 3.1.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 加热分两种：一种是在加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。钢坯加热钢坯加热l一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长大的过奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为程，分为四步。现以共析钢为例说明：例说明：
7、第九页，讲稿共四十四页哦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 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：晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和Fe3C方向长大。方向长大。l第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解:铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近于奥氏结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解随保温时间延长继续溶解直至消失。直至消失。第十页，讲稿共四十四页哦l第四步第四步 奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温
8、使所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。奥氏体成分趋于均匀。第十一页，讲稿共四十四页哦共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程第十二页，讲稿共四十四页哦l 亚共析钢和过共析钢的亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本奥氏体化过程与共析钢基本相同相同。但要获得全部奥氏体。但要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到组织，必须相应加热到Ac3或或Accm以上以上.第十三页，讲稿共四十四页哦l1 1、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素l加热温度和保温时间加热温度和保温时间:l 加热温度高、保温时间长加热温度高、保温时间长,晶粒粗大晶粒粗大.l加热速度加热速度:加热速度越
9、快加热速度越快,过热度越大过热度越大,形核率越高形核率越高,晶粒越细晶粒越细.l合金元素：合金元素：l 阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素:Ti:Ti、V V、NbNb、ZrZr、W W、MoMo、CrCr、AlAl等等碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。二、奥氏体晶粒大小及其影响二、奥氏体晶粒大小及其影响二、奥氏体晶粒大小及其影响二、奥氏体晶粒大小及其影响l 原始组织原始组织:平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。第十四页，讲稿共四十四页哦 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性
10、能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏温力学性能，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。箱式可控气氛多用炉箱式可控气氛多用炉真空热处理炉真空热处理炉2、奥氏体晶粒粗大的影响、奥氏体晶粒粗大的影响第十五页，讲稿共四十四页哦3.1.2 3.1.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更重要的工序。l处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度随过冷度不同，不同，共析钢过冷奥氏
11、体将发生过冷奥氏体将发生l珠光体转变珠光体转变l贝氏体转变贝氏体转变l马氏体转变马氏体转变第十六页，讲稿共四十四页哦共析钢共析钢第十七页，讲稿共四十四页哦过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图l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。1等温冷却等温冷却 2连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却:奥氏体化后的钢件迅速冷却到临界点以下某个温度并保温，完奥氏体化后的钢件迅速冷却到临界点以下某个温度并保温，完成组织转变。成组织转变。连续冷却：连续冷却：以某种速度一直冷以某种速度一直冷却到室温，在连续却到室温，在连续冷却中完
12、成组织转冷却中完成组织转变。变。第十八页，讲稿共四十四页哦l过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图是是表示奥氏体急速表示奥氏体急速冷却到临界点冷却到临界点A1 以下，以下，然后在各不同温度下的然后在各不同温度下的保温过程中转变量与转保温过程中转变量与转变时间的关系曲线变时间的关系曲线.又称又称C 曲线、曲线、S 曲线或曲线或TTT曲线。曲线。一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变第十九页，讲稿共四十四页哦l1、C曲线的建立曲线的建立l以共析钢为例：以共析钢为例：l取一批小试样并进取一批小试样并进行奥氏体化行奥氏体化.l将试样分组淬入低于将试样分组淬入低于A1 点的不同温度（恒点
13、的不同温度（恒温）的盐浴中。温）的盐浴中。第二十页，讲稿共四十四页哦l测定各温度下试样开始转测定各温度下试样开始转变和转变终了的时间。变和转变终了的时间。l将各温度下试样转变开始时将各温度下试样转变开始时间及终了时间标在温度间及终了时间标在温度时间时间坐标中，并分别连线。坐标中，并分别连线。l转变开始点的连线称转变开始点的连线称转变开始转变开始线线。转变终了点的连线称转变终了点的连线称转变转变终了线终了线。第二十一页，讲稿共四十四页哦lA1-Ms 间及转变间及转变开始线以左的开始线以左的区域为区域为过冷奥氏过冷奥氏体区。体区。l转变终了线以转变终了线以右及右及Mf以下为以下为转变产物区。转变产
14、物区。l两线之间及两线之间及Ms与与Mf之间为之间为转转变区变区。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第二十二页，讲稿共四十四页哦l2、C 曲线的分析曲线的分析l 转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐标之间的距离为标之间的距离为孕育孕育期期。l孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小氏体稳定性越小.l孕育期最小处称孕育期最小处称C 曲曲线的线的“鼻尖鼻尖”。碳钢碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550。第二十三页，讲稿共四十四页哦l在鼻尖以上在鼻尖以上,温度较温度较高，相变驱动力小高，相变驱动力小.l在鼻尖以下，温度较
15、在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。低，扩散困难。均使均使奥氏体稳定性增加。奥氏体稳定性增加。l 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。第二十四页，讲稿共四十四页哦二、过冷奥氏体的转变产物二、过冷奥氏体的转变产物高温转变产物高温转变产物727550中温转变产物中温转变产物550230低温转变产物低温转变产物230第二十五页，讲稿共四十四页哦l1、珠光体型（高温转变产物）珠光体型（高温转变产物）l 过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间间将转变为珠光体型组织将转变为珠光体型组织，它是，它是铁素铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物
16、体与渗碳体片层相间的机械混合物珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体根据片层厚根据片层厚薄不同薄不同,又细又细分为分为珠光体珠光体、索氏体索氏体和和托托氏体氏体.第二十六页，讲稿共四十四页哦l 珠光体：珠光体：l形成温度为形成温度为A1-650，片，片层较厚，层较厚，500倍光镜下可倍光镜下可辨，用符号辨，用符号P表示表示.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜第二十七页，讲稿共四十四页哦l 索氏体索氏体形成温度为形成温度为650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000倍倍光镜下可辨，用符号光镜下可辨，用符号S 表示。表示。电镜
17、形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌第二十八页，讲稿共四十四页哦l 托氏体托氏体l形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，用符，片层极薄，电镜下可辨，用符号号T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌第二十九页，讲稿共四十四页哦 珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是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。形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。过冷度越大，片间距越小，钢的强度、硬度越高，过冷度越大，片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。而塑性和韧性略有改善。第三十页，讲稿共四十四页哦珠光体转变珠光体转变第三
18、十一页，讲稿共四十四页哦2、贝氏体型（中温转变）、贝氏体型（中温转变）l过冷奥氏体在过冷奥氏体在550-230(Ms)间将转变为贝氏体类型间将转变为贝氏体类型组织，用符号组织，用符号B表示。表示。l根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏贝氏体体又分为又分为上贝氏体上贝氏体(B上上)和和下贝氏体下贝氏体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体第三十二页，讲稿共四十四页哦l 上贝氏体上贝氏体l形成温度为形成温度为550-350。l在光镜下呈羽毛状在光镜下呈羽毛状.l贝氏体一般具有比珠贝氏体一般具有比珠光体高的强度和硬度，光体高的强度和硬度，但但B上上韧性低，生产韧性低，生产中少用。中少用
19、。光镜下光镜下电镜下电镜下第三十三页，讲稿共四十四页哦l下贝氏体下贝氏体l形成温度为形成温度为350-Ms。l在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。光镜下光镜下 碳化物细小、分布碳化物细小、分布均匀（竹叶状），具有均匀（竹叶状），具有良好的塑性和韧性。良好的塑性和韧性。第三十四页，讲稿共四十四页哦 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。化组织之一。上贝氏体上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体第三十五页，讲稿共
20、四十四页哦3、马氏体型（低温）、马氏体型（低温）l碳在碳在-Fe中的过饱和固中的过饱和固溶体称溶体称马氏体马氏体，用用M表表示。示。马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重要途径之一。要途径之一。马氏体组织马氏体组织-Fe晶格严重畸变，所以晶格严重畸变，所以马氏体具有高硬度和强度。马氏体具有高硬度和强度。第三十六页，讲稿共四十四页哦 板条马氏体板条马氏体lC含量小于含量小于0.2%l在光镜下板条马在光镜下板条马氏体为一束束的氏体为一束束的细条组织。细条组织。l强度、硬度高，强度、硬度高，塑性、韧性好。塑性、韧性好。光镜下光镜下第三十七页，讲稿共四十四页哦l 针状马氏体针状马氏体 C含量大于
21、含量大于1%l立体形态为凸透镜形的片状、立体形态为凸透镜形的片状、显微镜下组织为针状。显微镜下组织为针状。l硬度高但塑性、韧性差。硬度高但塑性、韧性差。光镜下光镜下（3）含碳量）含碳量0.21%：得到两类马氏体的混合组织。：得到两类马氏体的混合组织。第三十八页，讲稿共四十四页哦l三、三、过冷奥氏体连续冷却转变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曲线，是通曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢共析钢CCTCCT曲线：曲线：水、油、空气中，都是连水、油、空气中，都是连续冷却。续冷却。一个
22、钢件先后通过各转变温度区，一个钢件先后通过各转变温度区，先后发生几种转变，得到几种产先后发生几种转变，得到几种产物复合的不均匀组织。物复合的不均匀组织。冷速不同，产物各异。冷速不同，产物各异。第三十九页，讲稿共四十四页哦l1、共析钢的共析钢的CCT曲线曲线 CCT曲线没有贝氏体转变曲线没有贝氏体转变区，区，在珠光体转变区之下在珠光体转变区之下多了一条转变中止线。多了一条转变中止线。l当连续冷却曲线碰到转变当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中中止线时，珠光体转变中止，余下的奥氏体一直保止，余下的奥氏体一直保持到持到Ms以下转变为马氏以下转变为马氏体。体。VkVk时间时间/s温度温度/共析
23、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第四十页，讲稿共四十四页哦lVk 为为CCT曲线的曲线的临界冷却速度临界冷却速度，即即获得全部马氏体组获得全部马氏体组织时的最小冷却速织时的最小冷却速度度.lVk 为为TTT曲线的曲线的临界冷却速度临界冷却速度.Vk 1.5 Vk。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第四十一页，讲稿共四十四页哦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第四十二页，讲稿共四十四页哦45钢钢850油冷组织油冷组织M+T第四十三页，讲稿共四十四页哦感感谢谢大大家家观观看看第四十四页，讲稿共四十四页哦