第5章 钢的热处理.ppt
《第5章 钢的热处理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第5章 钢的热处理.ppt(80页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第5章 钢的热处理 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望热处理的分类:热处理的分类:热热处处理理普通普通热处理热处理 表面表面热处理热处理退火退火 正火正火 淬火淬火回火回火 表面淬火表面淬火 化学热处理化学热处理 火焰加热火焰加热感应加热感应加热渗碳渗碳 氮化氮化 其它其它其它其它 第一节钢在加热时的转变第一节钢在加热时的转变 钢加热到钢加热到A1(PSK)以上时都将发生以上时都将发生PA,但但是,是,亚共析钢需加热到亚共析钢需加热到A3(GS)以上,
2、过共析钢以上,过共析钢需加热到需加热到Acm(ES)以上才能完全奥氏体化。这种以上才能完全奥氏体化。这种转变是一种扩散型的转变。转变是一种扩散型的转变。一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成通常通常A1、A3或或Acm加热时用加热时用Ac1、Ac3或或Accm表示,冷却表示,冷却时用时用Ar1、Ar3或或Arcm表示。表示。A1Ar1AC1AcmArcmAccmA3Ac3Ar3AFPF+PP+Fe3CIIA+Fe3CIIA+F温度含碳量Fe G PSEK第三步:残余渗碳体溶解第三步:残余渗碳体溶解通过碳原子的扩散,使铁素体向奥氏体转变,通过碳原子的扩散,使铁素体向奥氏体转变,和渗碳体溶解来完成。和渗
3、碳体溶解来完成。第二步:奥氏体的长大。第二步:奥氏体的长大。形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。形核部位在铁素体和渗碳体的相界面处。第一步:奥氏体晶核的形成。第一步:奥氏体晶核的形成。(一)基本过程(一)基本过程下面以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。下面以共析钢为例说明奥氏体的形成过程。第四步:奥氏体均匀化第四步:奥氏体均匀化1、加热温度和加热速度、加热温度和加热速度加热温度高,加热速度快,转变速度快。加热温度高,加热速度快,转变速度快。原因:碳原子扩散能力大,碳浓度差大加速奥氏原因:碳原子扩散能力大,碳浓度差大加速奥氏体的形成。体的形成。(二)影响珠光体向奥氏体转变的因素(二)影响珠光体向奥
4、氏体转变的因素亚共析钢与过共析钢奥氏体的形成过程,在以亚共析钢与过共析钢奥氏体的形成过程,在以上步骤后上步骤后,当加热到当加热到AC3和和Accm以上时铁素体将全以上时铁素体将全部转变为奥氏体,渗碳体将全部溶入奥氏体。部转变为奥氏体,渗碳体将全部溶入奥氏体。3、化学成分、化学成分含碳量增加,转变速度快。含碳量增加,转变速度快。原因:渗碳体增加原因:渗碳体增加F/Fe3C相界面增多,奥氏相界面增多,奥氏体的形核部位增加。体的形核部位增加。大部分合金元素减慢奥氏体的形成速度大部分合金元素减慢奥氏体的形成速度原因:主要是减慢碳在奥氏体中的扩散速度。原因:主要是减慢碳在奥氏体中的扩散速度。2、原始组织
5、、原始组织原始组织越细,转变速度快。原始组织越细,转变速度快。原因:F/Fe3C相界面增多,奥氏体的形核部位增相界面增多,奥氏体的形核部位增加。加。二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素 奥氏体晶粒的大小对钢冷却后的组织和性奥氏体晶粒的大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。能有很大影响。(一)奥氏体晶粒度的概念(一)奥氏体晶粒度的概念根据奥氏体的形成过程和晶粒长大的情况,奥根据奥氏体的形成过程和晶粒长大的情况,奥氏体的晶粒度可有三种定义:氏体的晶粒度可有三种定义:1、起始晶粒度:珠光体刚刚转变为奥氏体时的、起始晶粒度:珠光体刚刚转变为奥氏体时的晶粒度。一般较小。晶粒度
6、。一般较小。2、本质晶粒度:通常采用标准实验方法:把钢加、本质晶粒度:通常采用标准实验方法:把钢加热到热到930 10,保温,保温3-8小时侯测定其奥氏体小时侯测定其奥氏体晶粒的大小。根据标准晶粒度等级图谱评级,晶粒的大小。根据标准晶粒度等级图谱评级,14级为本质粗晶粒钢,级为本质粗晶粒钢,58为本质细晶粒钢。如为本质细晶粒钢。如下图:下图:本质晶粒度只反应了钢在本质晶粒度只反应了钢在930以下的奥氏以下的奥氏体晶粒长大的倾向性。体晶粒长大的倾向性。3、实际晶粒度:具体的热处理或热加工条件下实、实际晶粒度:具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。际获得的奥氏体晶粒大小。实际晶粒度直
7、接影响钢的性能,比起始晶粒度影响实际晶粒度直接影响钢的性能,比起始晶粒度影响大。实际加热温度越高,保温时间越长,奥氏体的大。实际加热温度越高,保温时间越长,奥氏体的实际晶粒度越粗大,钢的机械性能越下降。实际晶粒度越粗大,钢的机械性能越下降。第二节第二节钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处理的第一步,获得细小均匀的奥氏体晶粒仅是热处理的第一步,钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键步骤,钢从奥氏体状态的冷却过程是热处理的关键步骤,它将最终决定钢的使用性能。钢在加热后的冷却方它将最终决定钢的使用性能。钢在加热后的冷却方式有两种,如图:式有两种,如图:奥氏体冷至临界温度
8、以下处于不稳定的状态,称为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。过冷奥氏体。过冷奥氏体在不同过冷度下分别可转过冷奥氏体在不同过冷度下分别可转变为珠光体(变为珠光体(P)、)、贝氏体贝氏体(B)、马氏体马氏体(M)。一、过冷奥氏体等温转变曲线图一、过冷奥氏体等温转变曲线图将共析钢的过冷奥氏将共析钢的过冷奥氏体在体在A1以下某一温度以下某一温度进行等温转变,测定进行等温转变,测定过冷奥氏体转变开始过冷奥氏体转变开始的时刻及终了的时刻,的时刻及终了的时刻,分别将其时刻点用光分别将其时刻点用光滑的曲线连接起来,滑的曲线连接起来,在温度时间坐标上,在温度时间坐标上,可得到两条曲线,如可
9、得到两条曲线,如图:图:等温转变曲线图又称等温转变曲线图又称C曲线或曲线或TTT曲线。曲线。图形分析:图形分析:A1是奥氏体是奥氏体和珠光体共存平衡温度,和珠光体共存平衡温度,左线为转变开始线,右左线为转变开始线,右线为转变终了线。开始线为转变终了线。开始线左方是过冷奥氏体区线左方是过冷奥氏体区(A),),终了线右方是转终了线右方是转变产物区(变产物区(P、B),),两两线中间是转变进行区(线中间是转变进行区(AP或或B)。)。MS是马氏体是马氏体转变或形成的开始温度,转变或形成的开始温度,Mf是马氏体转变或形成是马氏体转变或形成的终止温度,中间为马的终止温度,中间为马氏体转变区。氏体转变区。
10、奥氏体转变有孕育期,在鼻尖处孕育期最短。奥氏体转变有孕育期,在鼻尖处孕育期最短。从上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变从上到下可分为珠光体、贝氏体和马氏体转变三个区。三个区。(一一)过冷奥氏体的转变产物及性能过冷奥氏体的转变产物及性能1、珠光体型组织、珠光体型组织温度区间:温度区间:C曲线鼻曲线鼻尖上部(尖上部(A1-550)。)。转变过程:通过形转变过程:通过形核和长大来完成。核和长大来完成。铁素体和渗碳体交铁素体和渗碳体交替互相促进形核并替互相促进形核并长大。如图:长大。如图:转变转变特点:特点:1)扩散型转变、碳原子和铁原子的)扩散型转变、碳原子和铁原子的扩散,生成高碳的渗碳体和低碳的
11、铁素体。扩散,生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体。2)晶格的重构,由面心立方的奥氏体)晶格的重构,由面心立方的奥氏体转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。组织特点:层片状的组织特点:层片状的铁素体与渗碳体的机铁素体与渗碳体的机械混合物。械混合物。贫碳A富碳AFe3CFA晶界 Fe3CP团根据片间距的大小珠光体类型组织分三类根据片间距的大小珠光体类型组织分三类:1,珠光体(珠光体(P),形成温度),形成温度A1650,最粗最粗.2,索氏体(索氏体(S),形成温度),形成温度650600,较细,较细3,屈氏体(屈氏体(T),形成温度),形成温度600550
12、,最细,最细性能:与片层间距与有关,其强度和硬度关系如下:性能:与片层间距与有关,其强度和硬度关系如下:珠光体珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体2、马氏体类型组织、马氏体类型组织马氏体(马氏体(M):):含过饱和碳的含过饱和碳的固溶体。固溶体。温度区间:温度区间:MsMf特点:特点:马氏体马氏体的转变从的转变从Ms点开点开始,随温度下降,始,随温度下降,数量不断增加,数量不断增加,Mf点温度终止,点温度终止,转变量最多。转变量最多。MS和和Mf由奥氏体的含碳量及合金元素含量决定,由奥氏体的含碳量及合金元素含量决定,不受冷却速度的影响,例如含碳量增加,不受冷却速度的影响,例如含碳量增加,MS和和Mf
13、点降低。点降低。马氏体转变不完全,有残余奥氏体存在,用马氏体转变不完全,有残余奥氏体存在,用A或或A残残表示。表示。非扩散型的转变,在极大的冷速下,极大的过非扩散型的转变,在极大的冷速下,极大的过冷下,铁、碳原子无扩散的可能,奥氏体直接转冷下,铁、碳原子无扩散的可能,奥氏体直接转变成含碳过饱和的变成含碳过饱和的固溶体。马氏体的含碳量与固溶体。马氏体的含碳量与原奥氏体的含碳量相同。原奥氏体的含碳量相同。1、板条马氏体(低碳马氏体,位错型马氏体)、板条马氏体(低碳马氏体,位错型马氏体)奥氏体含碳量小于百分奥氏体含碳量小于百分0.3时形成板条马氏体,时形成板条马氏体,显微组织为一束束细条状组织,亚结
14、构为高密显微组织为一束束细条状组织,亚结构为高密度位错。因为碳的过饱和程度小和高密度位错,度位错。因为碳的过饱和程度小和高密度位错,韧性和塑性较好。韧性和塑性较好。马氏体类型:马氏体类型:2、片状马氏体(高碳马氏体,孪晶马氏体),、片状马氏体(高碳马氏体,孪晶马氏体),显微组织为双凸透镜状,亚结构主要是孪晶。显微组织为双凸透镜状,亚结构主要是孪晶。因为碳的过饱和程度大和孪晶,韧性和塑性差。因为碳的过饱和程度大和孪晶,韧性和塑性差。产生的条件:产生的条件:1.0%C片片状马氏体,中间,混合型。状马氏体,中间,混合型。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。获得马氏体是强化钢材的主要方法之一。随含碳量
15、的增加,马氏体硬度增加。随含碳量的增加,马氏体硬度增加。贝氏体(贝氏体(B)特特点:半扩散型点:半扩散型转变,碳原子转变,碳原子扩散,铁原子扩散,铁原子不扩散。过饱不扩散。过饱和的铁素体和和的铁素体和渗碳体组成。渗碳体组成。转变温度:转变温度:550-Ms温度范围内温度范围内3、贝氏体类型组织、贝氏体类型组织(一)上贝氏体(一)上贝氏体(B上上)形成温度形成温度550350。组织特征:从晶界向晶内生长的成束的铁素体条,组织特征:从晶界向晶内生长的成束的铁素体条,渗碳体以不连续的短杆状分布于铁素体条之间。典渗碳体以不连续的短杆状分布于铁素体条之间。典型组织:具有羽毛状的特征。型组织:具有羽毛状的
16、特征。(二)下贝氏体(二)下贝氏体(B下下),形成温度),形成温度350MS,组织特征:片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织特征:片状铁素体和其内部沉淀碳化物。典型组织,具有黑针状特征。组织,具有黑针状特征。机械性能:下贝氏体的强度、塑性、和韧性高于上机械性能:下贝氏体的强度、塑性、和韧性高于上贝氏体。原因,上贝氏体形成温度高,铁素体条宽,贝氏体。原因,上贝氏体形成温度高,铁素体条宽,渗碳体分布条状铁素体晶界。下贝氏体位错渗碳体分布条状铁素体晶界。下贝氏体位错密度密度高,碳化物于晶内析出。高,碳化物于晶内析出。贝氏体类型:贝氏体类型:碳钢中,共析钢过冷奥氏体最稳定(随含碳量的碳钢中,共析钢过
17、冷奥氏体最稳定(随含碳量的增加,亚共析钢的增加,亚共析钢的C曲线右移,过共析钢的曲线右移,过共析钢的C曲线曲线左移)。左移)。亚共析钢的亚共析钢的C曲线与过共析钢的曲线与过共析钢的C曲线比共析钢的曲线比共析钢的C曲线左上方多一条先共析线。曲线左上方多一条先共析线。(二)影响(二)影响C曲线的因素曲线的因素C曲线的位置和形状十分重要,决定奥氏体的等温曲线的位置和形状十分重要,决定奥氏体的等温转变速度;转变产物的性质;钢的淬透性;指导热转变速度;转变产物的性质;钢的淬透性;指导热处理工艺的制定。处理工艺的制定。影响因素主要有:影响因素主要有:1、碳的影响、碳的影响2、合金元素的影响除、合金元素的影
18、响除Co以外,所有的合金元素以外,所有的合金元素溶入奥氏体后,都增大其稳定性,使溶入奥氏体后,都增大其稳定性,使C曲线右移。曲线右移。某些碳化物形成元素改变某些碳化物形成元素改变C曲线的形状。曲线的形状。3、加热温度和保温时间的影响、加热温度和保温时间的影响随加热温度的提高和保温时间的延长,随加热温度的提高和保温时间的延长,C曲线右移。曲线右移。特点:共析钢特点:共析钢CCT图位于图位于TTT图右下方。图右下方。PS和和Pf分别分别表示表示AP转变开始线和终转变开始线和终了线。了线。Pk表示中止线。冷表示中止线。冷却曲线碰到却曲线碰到Pk线过冷奥氏线过冷奥氏体就不再发生珠光体转变,体就不再发生
19、珠光体转变,而一直保持到而一直保持到MS点以下转点以下转变为马氏体,没有贝氏体变为马氏体,没有贝氏体转变。转变。二、过冷奥氏体连续转变曲线二、过冷奥氏体连续转变曲线在生产实践中,奥氏体大多数在连续冷却中转变,在生产实践中,奥氏体大多数在连续冷却中转变,因此需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线图因此需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线图(CCT图)。图)。临界淬火速度(临界淬火速度(V VK K):):在在CCTCCT图上获得全部图上获得全部马氏体的最小冷却马氏体的最小冷却速度。速度。V VK K为发生全部珠光为发生全部珠光体转变的最大冷却体转变的最大冷却速度。速度。由于过冷奥氏体连续转由于过冷
20、奥氏体连续转变曲线的测定比较困难,变曲线的测定比较困难,所以在生产中常借用同所以在生产中常借用同种钢的等温转变曲线图种钢的等温转变曲线图来分析过冷奥氏体连续来分析过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和冷却转变产物的组织和性能。性能。在等温转变图上估计连续冷却时的组织转变在等温转变图上估计连续冷却时的组织转变3、细化晶粒,改善组织以提高钢的机械性能。作、细化晶粒,改善组织以提高钢的机械性能。作为最终热处理或为最终热处理作好组织上的准备。为最终热处理或为最终热处理作好组织上的准备。第三节第三节钢的退火和正火钢的退火和正火退火和正火退火和正火:将钢加热、保温后在炉内缓冷将钢加热、保温后在炉内缓冷(退火)
21、或空冷(正火)的操作。(退火)或空冷(正火)的操作。主要目的:主要目的:1、调整钢件硬度(、调整钢件硬度(HB160-230)以便进行机械加以便进行机械加工。工。2、消除残余应力以防钢件的变形和开裂。、消除残余应力以防钢件的变形和开裂。常用退火和正火的加热温度范围及工艺曲线,如图所示。主要应用主要应用:亚共析成份的各类碳钢和合金钢的:亚共析成份的各类碳钢和合金钢的铸、锻、焊接件的热处理,降低硬度,以便切铸、锻、焊接件的热处理,降低硬度,以便切削。常作为不重要零件的最终热处理或某些重削。常作为不重要零件的最终热处理或某些重要零件的预先热处理。要零件的预先热处理。一、完全退火一、完全退火完全退火:
22、将钢件加热到完全退火:将钢件加热到AC3以上以上3050,保温一定时间,完全奥氏体化后缓慢冷却一获得保温一定时间,完全奥氏体化后缓慢冷却一获得接近平衡组织的热处理工艺。接近平衡组织的热处理工艺。组织:铁素体与珠光体的平衡组织。组织:铁素体与珠光体的平衡组织。目的目的:降低硬度,改善切削加工性能细化晶粒,:降低硬度,改善切削加工性能细化晶粒,均匀组织,不适用于低碳钢和过共析钢。均匀组织,不适用于低碳钢和过共析钢。应用应用:过共析碳钢及合金工具钢,使其组织由层片:过共析碳钢及合金工具钢,使其组织由层片状和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度,改状和网状渗碳体变为粒状。主要目的降低硬度,改善切削加工
23、性,为以后淬火作好组织准备。善切削加工性,为以后淬火作好组织准备。对网状渗碳体严重者可先进行一次正火。对网状渗碳体严重者可先进行一次正火。二、球化退火二、球化退火:使钢在:使钢在AC1-Accm之间长期保温,之间长期保温,后缓慢冷却,使碳化物球化,获得球化组织的后缓慢冷却,使碳化物球化,获得球化组织的热处理工艺。热处理工艺。组织:粒状珠光体组织:粒状珠光体。由粒状渗碳体和铁素体组。由粒状渗碳体和铁素体组成的珠光体组织。成的珠光体组织。三、去应力退火三、去应力退火去应力退火:为了消除钢材由于变形加工以及去应力退火:为了消除钢材由于变形加工以及铸造、轧制、锻造和焊接过程引起的残余内而铸造、轧制、锻
24、造和焊接过程引起的残余内而进行的退火。去应力退火的加热温度一般为进行的退火。去应力退火的加热温度一般为500650(AC1),保温后随炉缓冷至室保温后随炉缓冷至室温。由于加热温度在温。由于加热温度在A1以下,退火过程中一般以下,退火过程中一般不发生相变。去应力退火广泛用于消除铸件、不发生相变。去应力退火广泛用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工件中的锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工件中的残余应力,以稳定钢件的尺寸,减少变形,防残余应力,以稳定钢件的尺寸,减少变形,防止开裂。止开裂。(3)普通结构件的最终热处理,提高普通零件的普通结构件的最终热处理,提高普通零件的机械性能。机械性能。
25、四、钢的正火四、钢的正火正火:将钢件加热到正火:将钢件加热到Ac3或或Accm以上以上3050保温后从炉中取出,在空气中冷却保温后从炉中取出,在空气中冷却。与退火的区别与退火的区别,冷却速度较快,组织较细。,冷却速度较快,组织较细。主要应用主要应用:(1)改善低碳钢或低合金结构钢的切改善低碳钢或低合金结构钢的切削加工性,低碳钢或低合金结构钢退火后硬度低,削加工性,低碳钢或低合金结构钢退火后硬度低,切削易粘刀,正火后提高硬度,便于切削加工。切削易粘刀,正火后提高硬度,便于切削加工。(2)用于过共析钢,消除网状渗碳体,为球化用于过共析钢,消除网状渗碳体,为球化退火作好准备。退火作好准备。目的:目的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第5章 钢的热处理 热处理
限制150内