《熱處理儲運傳》PPT課件.ppt

十五863子課題驗收匯報 1熱處理定義將鋼在固態(tài)下 通過加熱 保溫和冷卻 以獲得預(yù)期組織和性能的工藝 保溫 冷卻 加熱 溫度 時間 s 0 臨界溫度 為簡明表示熱處理的基本工藝過程 通常用溫度 時間坐標繪出熱處理工藝曲線 3 1概述 一 熱處理概述 十五863子課題驗收匯報 2 熱處理特點 熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造 壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能 而不改變其形狀 3 熱處理適用范圍 只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料 不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強化 十五863子課題驗收匯報 4 熱處理目的和應(yīng)用范圍目的 改變鋼的性能 應(yīng)用范圍 整個制造業(yè) 5 熱處理的分類熱處理原理 描述熱處理時鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律 熱處理工藝 根據(jù)熱處理原理制定的溫度 時間 介質(zhì)等參數(shù) 十五863子課題驗收匯報 根據(jù)加熱 冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同 將熱處理工藝分類如下 十五863子課題驗收匯報 6 預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理 為隨后的加工 冷拔 沖壓 切削 或進一步熱處理作準備的熱處理 最終熱處理 賦予工件所要求的使用性能的熱處理 十五863子課題驗收匯報 用Ac1 Ac3 Accm表示 冷卻時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1 Ar3 Arcm表示 由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度 因此一般手冊中的數(shù)據(jù)是以30 50 h的速度加熱或冷卻時測得的 7 臨界溫度與實際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK GS ES線分別用A1 A3 Acm表示 實際加熱或冷卻時存在著過冷或過熱現(xiàn)象 因此將鋼加熱時的實際轉(zhuǎn)變溫度分別 十五863子課題驗收匯報 加熱是熱處理的第一道工序 加熱分兩種 一種是在A1以下加熱 不發(fā)生相變 另一種是在臨界點以上加熱 目的是獲得均勻的奧氏體組織 稱奧氏體化 鋼坯加熱 1 奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程 分為四步 現(xiàn)以共析鋼為例說明 二 鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 十五863子課題驗收匯報 第一步奧氏體晶核形成 首先在F與Fe3C相界形核 第二步奧氏體晶核長大 A晶核通過碳原子的擴散向 和Fe3C方向長大 第三步殘余Fe3C溶解 鐵素體的成分 結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體 因而先消失 殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失 第四步奧氏體成分均勻化 Fe3C溶解后 其所在部位碳含量仍很高 通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻 十五863子課題驗收匯報 亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同 但由于先共析F或二次Fe3C的存在 要獲得全部奧氏體組織 必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上 十五863子課題驗收匯報 2 奧氏體晶粒長大及其影響因素 1 奧氏體晶粒長大起始晶粒度 珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成時的晶粒度 此時晶粒細小均勻 實際晶粒度 鋼在某一具體加熱條件下的晶粒度 本質(zhì)晶粒度 度量鋼本身晶粒在930 以下 隨溫度升高 晶粒長大的程度 表示奧氏體長大傾向 十五863子課題驗收匯報 通常將鋼加熱到940 10 奧氏體化后 設(shè)法把奧氏體晶粒保留到室溫來判斷 A晶粒度為1 4級的是本質(zhì)粗晶粒鋼 5 8級的是本質(zhì)細晶粒鋼 前者晶粒長大傾向大 后者晶粒長大傾向小 隨加熱溫度升高或保溫時間延長 奧氏體晶粒將進一步長大 這也是一個自發(fā)的過程 奧氏體晶粒長大過程與再結(jié)晶晶粒長大過程相同 十五863子課題驗收匯報 2 影響奧氏體晶粒長大的因素 加熱溫度和保溫時間 加熱溫度高 保溫時間長 A晶粒粗大 加熱速度 加熱速度越快 過熱度越大 形核率越高 晶粒越細 鋼的化學成分碳含量 在一定范圍內(nèi) 隨著奧氏體中碳含量增加 晶粒長大傾向增大 但碳量超過一定值后 碳能以未溶碳化物狀態(tài)存在 反使晶粒長大傾向減小合金元素 阻礙奧氏體晶粒長大的元素 Ti V Nb Ta Zr W Mo Cr Al等碳化物和氮化物形成元素 促進奧氏體晶粒長大的元素 Mn P C N 原始組織 平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細晶粒 奧氏體晶粒粗大 冷卻后的組織也粗大 降低鋼的常溫力學性能 尤其是塑性 因此加熱得到細而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問題之一 十五863子課題驗收匯報 冷卻是熱處理的最后一個工序 也是最關(guān)鍵的工序 它決定了鋼熱處理后的組織和性能 同一種鋼 加熱溫度和保溫時間相同 冷卻方法不同 熱處理后的性能截然不同 這是因為過冷奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成了不同的產(chǎn)物 那么奧氏體在冷卻時轉(zhuǎn)變成什么產(chǎn)物 有什么規(guī)律呢 三 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 十五863子課題驗收匯報 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進行組織轉(zhuǎn)變等溫冷卻轉(zhuǎn)變 使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫 在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變 冷卻方式 十五863子課題驗收匯報 過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線 TTT曲線 C曲線 T timeT temperatureT transformation 1 過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程當溫度在A1以上時 奧氏體是穩(wěn)定的 當溫度降到A1以下后 奧氏體即處于過冷狀態(tài) 這種奧氏體稱為過冷奧氏體 過冷A是不穩(wěn)定的 會轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌慕M織 鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 實質(zhì)上是過冷A的轉(zhuǎn)變 隨過冷度不同 過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變 貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變 現(xiàn)以共析鋼為例說明 十五863子課題驗收匯報 2 共析碳鋼TTT曲線的分析 穩(wěn)定的奧氏體區(qū) 過冷奧氏體區(qū) A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線 A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A 產(chǎn)物區(qū) 產(chǎn)物區(qū) A1 550 高溫轉(zhuǎn)變區(qū) 擴散型轉(zhuǎn)變 P轉(zhuǎn)變區(qū) 550 230 中溫轉(zhuǎn)變區(qū) 半擴散型轉(zhuǎn)變 貝氏體 B 轉(zhuǎn)變區(qū) 230 50 低溫轉(zhuǎn)變區(qū) 非擴散型轉(zhuǎn)變 馬氏體 M 轉(zhuǎn)變區(qū) A1 Ms Mf 十五863子課題驗收匯報 3 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 1 珠光體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體在Ar1到550 間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織 它是鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合物 根據(jù)片層厚薄不同 又細分為珠光體 索氏體和屈氏體 十五863子課題驗收匯報 珠光體型 P Pearlite 轉(zhuǎn)變 Ar1 550 擴散性轉(zhuǎn)變 Ar1 650 P 5 25HRC 片間距為0 6 0 7 m 500 650 600 細片狀P 索氏體 S 片間距為0 2 0 4 m 1000 25 36HRC 600 550 極細片狀P 屈氏體 T 片間距為 0 2 m 電鏡 35 40HRC 十五863子課題驗收匯報 2 貝氏體 Bainite 半擴散性轉(zhuǎn)變 中溫轉(zhuǎn)變 550 Ms點轉(zhuǎn)變特點 半擴散型 鐵原子不擴散 碳原子有一定的擴散能力 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 貝氏體 即Fe3C或碳化物分布在含碳過飽和的鐵素體上的兩相混合物 上貝氏體 550 350 呈羽毛狀 小片狀Fe3C分布在F體條間 強度和韌性差 下貝氏體 350 Ms點 呈針狀 韌性高 綜合力學性能好 十五863子課題驗收匯報 上貝氏體強度與塑性都較低 無實用價值 下貝氏體除了強度 硬度較高外 塑性 韌性也較好 即具有良好的綜合力學性能 是生產(chǎn)上常用的強化組織之一 十五863子課題驗收匯報 當奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織 馬氏體轉(zhuǎn)變是強化鋼的重要途徑之一 馬氏體 Martensite 概念 碳在 Fe中的過飽和固溶體 用M表示 馬氏體轉(zhuǎn)變時 奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中 馬氏體組織 3 馬氏體型轉(zhuǎn)變 非擴散性轉(zhuǎn)變 十五863子課題驗收匯報 1 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 由于碳的過飽和作用 使 Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格 a b c 軸比c a稱馬氏體的正方度 C 越高 正方度越大 正方畸變越嚴重 當 0 25 C時 c a 1 此時馬氏體為體心立方晶格 十五863子課題驗收匯報 2 馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條狀和針狀兩類 板條狀馬氏體立體形態(tài)為細長的扁棒狀在光鏡下板條狀馬氏體為一束束的細條組織 十五863子課題驗收匯報 針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀 顯微組織為針狀 在電鏡下 亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶 又稱孿晶馬氏體 十五863子課題驗收匯報 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C 小于0 2 時 組織幾乎全部是板條馬氏體 C 大于1 0 C時幾乎全部是針狀馬氏體 C 在0 2 1 0 之間為板條與針狀的混合組織 十五863子課題驗收匯報 45鋼正常淬火組織 先形成的馬氏體片橫貫整個奧氏體晶粒 但不能穿過晶界和孿晶界 后形成的馬氏體片不能穿過先形成的馬氏體片 所以越是后形成的馬氏體片越細小 原始奧氏體晶粒細 轉(zhuǎn)變后的馬氏體片也細 當最大馬氏體片細到光鏡下無法分辨時 該馬氏體稱隱晶馬氏體 十五863子課題驗收匯報 3 馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量 含碳量增加 其硬度增加 當含碳量大于0 6 時 其硬度趨于平緩 合金元素對馬氏體硬度的影響不大 板條狀馬氏體 強度高 韌性好 針狀馬氏體 強度和硬度高 韌性差 十五863子課題驗收匯報 馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強化 此外 馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細化也有強化作用 馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式 針狀馬氏體脆性大 板條馬氏體具有較好的塑性和韌性 十五863子課題驗收匯報 4 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長大的過程 其主要特點是 無擴散性 鐵和碳原子都不擴散 因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同 十五863子課題驗收匯報 共格切變性由于無擴散 晶格轉(zhuǎn)變是以切變機制進行的 使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化 引起相鄰奧氏體隨之變形 在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象 十五863子課題驗收匯報 降溫形成馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏體點 用Ms表示 馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點 用Mf表示 只要溫度達到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變 在Ms以下 隨溫度下降 轉(zhuǎn)變量增加 冷卻中斷 轉(zhuǎn)變停止 十五863子課題驗收匯報 高速長大馬氏體形成速度極快 瞬間形核 瞬間長大 當一片馬氏體形成時 可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋 轉(zhuǎn)變不完全 即使冷卻到Mf點 也不可能獲得100 的馬氏體 總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來 稱殘余奧氏體 用A 或 表示 十五863子課題驗收匯報 Ms Mf與冷速無關(guān) 主要取決于奧氏體中的合金元素含量 包括碳含量 馬氏體轉(zhuǎn)變后 A 量隨含碳量的增加而增加 當含碳量達0 5 后 A 量才顯著 十五863子課題驗收匯報 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 共析鋼 十五863子課題驗收匯報 4 過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT Continuous Cooling Transformationdiagram 曲線 是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的 十五863子課題驗收匯報 共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖 PZ Ps A P K Ms Mf Ps A P開始線Pz A P終止線K P型轉(zhuǎn)變終止線Vk 上臨界冷卻速度MS A M開始溫度Mf A M終止溫度 十五863子課題驗收匯報 過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 CCT曲線 中 共析鋼以大于Vk 上臨界冷卻速度 的速度冷卻時 得到的組織為M 冷卻速度小于Vk 下臨界冷卻速度 時 鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镻型組織 共析鋼過冷A在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時得不到B組織 在P轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線 與共析鋼的TTT曲線相比 共析鋼的CCT曲線稍靠右靠下一點 表明連續(xù)冷卻時 A完成珠光體轉(zhuǎn)變的溫度較低 時間更長 當連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時 P轉(zhuǎn)變中止 余下的A一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)镸 十五863子課題驗收匯報 共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較 圖中的Vk為CCT曲線的臨界冷卻速度 即獲得全部馬氏體組織時的最小冷卻速度 Vk 為TTT曲線的臨界冷卻速度 Vk 1 5Vk 十五863子課題驗收匯報 CCT曲線獲得困難 TTT曲線容易測得 可用TTT曲線定性說明連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變情況 方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C曲線上 依其與C曲線交點的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 十五863子課題驗收匯報 3 2鋼的退火和正火 最終熱處理 淬火 回火 目的 使工件獲得所要求的性能 一般零件生產(chǎn)的工藝路線 十五863子課題驗收匯報 一 鋼的退火 Annealingofsteel 定義 將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點 保溫一定時間 隨后在爐內(nèi)或埋入導熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻 以獲得接近平衡的組織的熱處理工藝 目的 調(diào)整硬度 便于切削加工 適合加工的硬度為170 250HB 消除內(nèi)應(yīng)力 防止加工中變形 細化晶粒 改善組織 均勻成分 提高力學性能 4 為最終熱處理作組織準備 十五863子課題驗收匯報 種類 退火 重結(jié)晶退火 低溫退火 完全退火 擴散退火 球化退火 再結(jié)晶退火 去應(yīng)力退火 普通退火 等溫退火 普通球化退火 等溫球化退火 十五863子課題驗收匯報 退火工藝 1 完全退火工藝 將工件加熱到Ac3 30 50 保溫后緩冷 爐冷 的退火工藝 目的 細化晶粒 消除應(yīng)力 均勻化組織 降低硬度 便于切削加工 適于鋼種 亞共析鋼 包括合金鋼 的鑄 鍛 焊件 低碳鋼及過共析鋼不宜 組織 F P 或P 十五863子課題驗收匯報 2 等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3 30 50 共析 過共析鋼加熱到Ac1 30 50 保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留 待相變完成后出爐空冷 等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間 更適合于孕育期長的合金鋼 等溫轉(zhuǎn)變 F P 除冷卻方式外 其他均與完全退火相同 高速鋼等溫退火與普通退火的比較 十五863子課題驗收匯報 3 球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝 工藝 將工件加熱到Ac1 30 50 保溫后緩冷 或者加熱后冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫 使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷 目的 降低硬度 改善切削性 為淬火作好準備 使Fe3C球化 適于鋼種 過 共析鋼及合金鋼 組織 球狀P F 球狀Fe3C 十五863子課題驗收匯報 球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織 稱球狀珠光體 用P球表示 球狀珠光體 對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼 球化退火前應(yīng)先進行正火 以消除網(wǎng)狀 十五863子課題驗收匯報 4 擴散退火工藝 加熱至Ac3 150 300 長時間保溫 然后爐冷 目的 使成分 組織均勻適于鋼種 合金鋼鑄件及鍛坯 組織 不變 但可能出現(xiàn)過熱 且工件燒損嚴重 5 再結(jié)晶退火工藝 加熱加熱至T再 150 250 保溫后空冷 目的 消除加工硬化 恢復原來的組織 適于工件 冷扎 冷拉 冷沖等冷加工件 6 去應(yīng)力退火工藝 加熱至Ac1以下100 200 保溫 爐冷至200 以下空冷 目的 去應(yīng)力 以防鋼件的變形及開裂 適于工件 鑄 鍛 焊接件及冷加工件 組織 不變 十五863子課題驗收匯報 消除內(nèi)應(yīng)力 500 650 去應(yīng)力退火 消除加工硬化 TR 30 50 再結(jié)晶退火 過共析 共析鋼 使Fe3C球化 HRC 韌性 切削性 為淬火作組織準備 Ac1 20 30 球化退火 亞共折鋼 共析鋼 細化晶粒 均勻化組織 降低硬度 切削性 消除內(nèi)應(yīng)力 Ac3 30 50 完全退火 高合金鋼 均勻鋼內(nèi)部的化學成分 略低于固相線 擴散退火 適用鋼種 退火目的 加熱溫度 退火工藝 十五863子課題驗收匯報 二 鋼的正火 Normalizingofsteel 定義 把零件加溫到臨界溫度以上30 50 保溫一段時間 然后在空氣中冷卻 加熱 亞共析鋼加熱到Ac3 30 50 共析鋼加熱到Ac1 30 50 過共析鋼加熱到Accm 30 50 冷卻 空冷正火比退火冷卻速度大 目的 對于低 中碳鋼 0 6C 目的與退火的相同 對于過共析鋼 用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體 為球化退火作組織準備 普通件最終熱處理 十五863子課題驗收匯報 要改善切削性能 低碳鋼用正火 中碳鋼用退火或正火 高碳鋼用球化退火 十五863子課題驗收匯報 熱處理后的組織 S Fe3C 過共析鋼 S F 亞共析鋼 0 6 C S 共析鋼 b HR k 不下降 應(yīng)用范圍 預(yù)備熱處理 調(diào)整低 中碳鋼的硬度 消除過共析鋼中的Fe3C 淬火 球化退火前改善組織 最終熱處理 細化晶粒 組織均勻化 用于力學性能要求較高的普通零件 十五863子課題驗收匯報 正火和退火的區(qū)別 正火的冷卻速度比退火稍快 過冷度較大 正火后所得到的組織比較細 強度和硬度比退火高一些 退火與正火的選擇 含碳量 0 25 的低碳鋼 通常采用正火代替退火 因為較快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體 從而提高沖壓件的冷變形性能 用正火可以提高鋼的硬度 低碳鋼的切削加工性能 在沒有其它熱處理工序時 用正火可以細化晶粒 提高低碳鋼強度 含碳量在0 25 0 5 之間的中碳鋼也可用正火代替退火 雖然接近上限碳量的中碳鋼正火后硬度偏高 但尚能進行切削加工 而且正火成本低 生產(chǎn)率高 十五863子課題驗收匯報 含碳量在0 5 0 75 之間的鋼 因含碳量較高 正火后的硬度顯著高于退火的情況 難以進行切削加工 故一般采用完全退火 降低硬度 改善切削加工性 含碳量 0 75 的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預(yù)備熱處理 如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在 則應(yīng)先進行正火消除 退火是將工件加熱到適當溫度 保持一定時間 然后緩慢冷卻的熱處理工藝 緩冷是退火的主要特點 退火件一般隨爐冷卻至550 以下時出爐空冷 退火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理 在工模具或機械零件等的制造過程中 經(jīng)常作為預(yù)備熱處理安排在鑄鍛焊之后 切削 粗 加工之前 用以消除前一道工序所帶來的某些缺陷 并為隨后的工序做好準備 十五863子課題驗收匯報 例題 用含碳量為1 0 鋼的T10鋼制造形狀簡單的車刀和用含碳量為0 45 的45鋼制造重要的螺栓 工藝路線均為 鍛造 熱處理 機械加工 熱處理 精加工 對兩種工件 說明預(yù)備熱處理的工藝方法及其作用 十五863子課題驗收匯報 3 3鋼的淬火和回火 鋼的淬火 淬火溫度淬火冷卻淬火方法鋼的淬透性和淬硬性 鋼的回火 回火時的組織轉(zhuǎn)變回火的分類及其應(yīng)用 十五863子課題驗收匯報 一 鋼的淬火 Quenchingofsteel 定義 把零件加溫到臨界點溫度以上30 50 保溫一段時間 然后快速冷卻 水冷 以獲得馬氏體組織 或下貝氏體組織 的一種熱處理工藝 目的 是使過冷奧氏體進行馬氏體 或下貝氏體 型轉(zhuǎn)變 得到馬氏體或下貝氏體組織 然后配合以不同溫度的回火 獲得所需的力學性能 提高鋼的硬度和耐磨性 十五863子課題驗收匯報 淬火溫度的選擇 在具體選擇鋼的淬火加熱溫度時 除了遵循一般原則外 還應(yīng)考慮工件的化學成分 技術(shù)要求 尺寸形狀 原始組織以及加熱設(shè)備 冷卻介質(zhì)等諸多因素的影響 對加熱溫度予以適當調(diào)整 圖碳鋼的淬火加熱溫度范圍 十五863子課題驗收匯報 1 碳鋼1 亞共析鋼 淬火溫度 Ac3 30 50 過高 M粗大 鋼件易變形開裂 過低 容易出現(xiàn)淬火軟點 組織主要為M板 預(yù)備熱處理組織 退火或正火組織 十五863子課題驗收匯報 亞共析鋼淬火組織 0 5 C時為M 0 5 C時為M A 65MnV鋼 0 65 C 淬火組織 45鋼 含0 45 C 正常淬火組織 45鋼的A3 780 其淬火溫度為840 860 十五863子課題驗收匯報 在Ac1 Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火 亞溫淬火組織為F M 強硬度低 但塑韌性好 十五863子課題驗收匯報 2 共析鋼淬火溫度 Ac1 30 50 淬火組織 M A 十五863子課題驗收匯報 3 過共析鋼淬火溫度 Ac1 30 50 溫度高于Accm 則奧氏體晶粒粗大 含碳量高 淬火后馬氏體晶粒粗大 A 量增多 使鋼硬度 耐磨性下降 脆性 變形開裂傾向增加 如T8 T12鋼的Ac1 737 其淬火溫度為770 790 淬火組織 M Fe3C顆粒 A 預(yù)備組織為P球 T12鋼 含1 2 C 正常淬火組織 十五863子課題驗收匯報 淬火溫度過高 A粗大 M粗大 力學性能 淬火溫度過高 A粗大 M粗大 淬火應(yīng)力 變形 開裂 十五863子課題驗收匯報 2 合金鋼由于多數(shù)合金元素 Mn P除外 對奧氏體晶粒長大有阻礙作用 因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高 亞共析鋼淬火溫度為Ac3 50 100 共析鋼 過共析鋼淬火溫度為Ac1 50 100 十五863子課題驗收匯報 淬火后的組織 M Fe3C A殘 Ac1 30 50 過共析鋼 M A殘 Ac1 30 50 共析鋼 M A殘 Ac3 30 50 亞共析鋼Wc 0 5 M Ac3 30 50 亞共析鋼Wc 0 5 第四章金屬熱處理 十五863子課題驗收匯報 解決此矛盾 方法有二 一是選擇理想的淬火介質(zhì) 具有理想冷速的淬火介質(zhì) 二是改進淬火的冷卻方法 什么是理想冷速 淬火冷卻介質(zhì) 理想的淬火冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷 而在Ms附近盡量緩冷 以達到既獲得馬氏體組織 又減小內(nèi)應(yīng)力的目的 十五863子課題驗收匯報 淬火介質(zhì)理想 650 以上 慢 減小熱應(yīng)力650 400 快 避免C曲線400 以下 慢 減輕相變應(yīng)力 理想淬火冷卻曲線示意圖 不同淬火方法示意圖 十五863子課題驗收匯報 但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì) 常用淬火介質(zhì)是水和油 1 水 冷速快 但和理想冷速相反 主要用于小尺寸形狀簡單碳鋼工件的淬火 2 鹽水 冷速更快 較為理想 在C曲線的鼻溫附近冷速快 但300 以下仍很快 鋼件易變形及開裂 3 油 冷卻能力差 在300 以下冷速低 有利于減少變形與開裂 主要用于形狀復雜的中小合金鋼工件的淬火 4 堿浴和鹽浴 主要用于尺寸小 形狀復雜 對變形要求嚴格的工模具鋼工件的淬火 十五863子課題驗收匯報 單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法 操作簡單 易實現(xiàn)自動化 雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷 卻躲過鼻尖后 再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法 如水淬油冷 油淬空冷 優(yōu)點是冷卻理想 缺點是不易掌握 用于形狀復雜的碳鋼件及大型合金鋼件 十五863子課題驗收匯報 分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火 待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷 可減少內(nèi)應(yīng)力 用于小尺寸工件 等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間 從而獲得下貝氏體組織的淬火方法 經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學性能 淬火應(yīng)力小 適用于形狀復雜及要求較高的小型件 十五863子課題驗收匯報 鋼的淬透性 Hardenabilityofsteel 定義 是指鋼在淬火時所能得到的淬硬層 馬氏體組織占50 處 的深度 或者說鋼得到馬氏體的能力 主要受奧氏體中的碳含量和合金元素的影響 評價參數(shù) 鋼材淬透性好與差 常用淬硬層深度來表示 淬硬層深度越大 則鋼的淬透性越好 淬硬層深度 一般規(guī)定為工件表面至半馬氏體 50 M 50 P 之間的深度 十五863子課題驗收匯報 鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk Vk越小 淬透性越高 Vk越大 鋼的淬透性越小 影響冷卻速度VK最根本的是化學成分和奧氏體化條件 Vk取決于C曲線的位置 C曲線越靠右 Vk越小 因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素 影響鋼的淬透性的因素 十五863子課題驗收匯報 影響淬透性的因素 含碳量 亞共析鋼 含碳量增加 奧氏體的穩(wěn)定性增大 曲線右移 淬透性提高 過共析鋼 隨著含碳量增加 奧氏體的穩(wěn)定性降低 曲線左移 淬透性降低 未溶滲碳體促進奧氏體分解 合金元素 除Co外 絕大多數(shù)合金元素溶入奧氏體后 都使 曲線右移 形狀也可能會發(fā)生改變 使淬透性提高 加熱溫度和保溫時間 隨加熱溫度的提高和保溫時間的延長 碳化物溶解充分 奧氏體成分均勻 晶粒粗大 總形核部位減少 這些都增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性 使 曲線右移 提高了鋼的淬透性 鋼中未溶第二相 未溶第二相越多 作為結(jié)晶核心 使A體不穩(wěn)定 C曲線左移 淬透性下降 十五863子課題驗收匯報 即用表示 J表示末端淬透性 d表示半馬氏體區(qū)到水冷端的距離 HRC為半馬氏體區(qū)的硬度 淬透性的表示方法用淬透性曲線表示 十五863子課題驗收匯報 鋼的淬硬性 Hardeningofsteel 定義 是指鋼在淬火后所能達到的最高硬度 硬化能力 評價參數(shù) 最高硬度 影響鋼的淬硬性的因素 主要取決于馬氏體的含碳量 十五863子課題驗收匯報 注意以下兩點區(qū)別 淬透性與實際工件淬硬層深度的區(qū)別 同一鋼種不同截面的工件在同樣奧氏體化條件下淬火 其淬透性是相同的 但是其淬硬層深度卻因工件的形狀 尺寸和淬火冷卻介質(zhì)的不同而異 淬透性是鋼本身所固有的屬性 淬透性與工件尺寸 冷卻介質(zhì)無關(guān) 而實際工件的淬硬層深度除了取決于鋼的淬透性外 還與工件的形狀 尺寸及采用的淬火介質(zhì)等外界因素有關(guān) 鋼的淬透性與淬硬性的區(qū)別 概念和影響因素不同 十五863子課題驗收匯報 淬硬性與淬透性之間的關(guān)系 十五863子課題驗收匯報 淬透性的大小對鋼的熱處理 淬火 高溫回火 后的力學性能的影響 十五863子課題驗收匯報 二 鋼的回火 Temperingofsteel 1 定義 把淬火后的鋼重新加熱到A1線以下某個溫度 保溫一段時間 然后冷卻到室溫的熱處理工藝 回火是緊接在淬火后的一道工序 是熱處理的關(guān)鍵工序 回火決定了鋼在使用狀態(tài)的組織和壽命 未經(jīng)淬火的鋼回火無意義 而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂 鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進行回火 2 目的 減少或消除淬火應(yīng)力 防止變形和開裂 穩(wěn)定尺寸 淬火M和A 都是非平衡組織 有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向 回火可使M與A 轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織 防止使用時變形 獲得所需要的力學性能 淬火鋼一般硬度高 脆性大 回火可調(diào)整硬度 韌性 對于某些高淬透性的鋼 空冷即可淬火 如采用回火軟化既能降低硬度 又能縮短軟化周期 十五863子課題驗收匯報 馬氏體分解 100 200 回火M 低過飽和 碳化物 殘余奧氏體的分解 200 300 B下碳化物的轉(zhuǎn)變 250 400 碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C滲碳體的聚集長大和 相再結(jié)晶 400 成為粒狀Fe3C 600 后粗化 3 淬火鋼回火時組織變化 淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段 隨加熱溫度升高 淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化 十五863子課題驗收匯報 馬氏體分解 100 200 100 回火時 鋼的組織無變化 100 200 加熱時 馬氏體將發(fā)生分解 從淬火馬氏體中析出 碳化物薄片 FeXC 使馬氏體過飽和度降低 部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w 但量不多 析出的有共格關(guān)系的 碳化物以細片狀分布在馬氏體基體上 這種組織稱回火馬氏體 用M回表示 所以低溫回火后組織為M回 A殘 M M回 相 Fe C 0 25 2 3 0 2 C時 不析出碳化物 只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚 十五863子課題驗收匯報 殘余奧氏體轉(zhuǎn)變 200 300 馬氏體分解完成和碳化物的轉(zhuǎn)變 300 400 200 300 時 由于馬氏體分解 奧氏體所受的壓力下降 Ms上升 A 分解為 碳化物和過飽和鐵素體 即M回或B下 發(fā)生于250 400 此時 碳化物溶解于F中 并從鐵素體中析出Fe3C 到350 馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分 內(nèi)應(yīng)力大量消除 M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀Fe3C組織 稱回火托氏體 用T回表示 十五863子課題驗收匯報 鐵素體的回復 再結(jié)晶和碳化物的聚集長大 400 400 以上 Fe3C開始聚集長大 450 以上鐵素體發(fā)生多邊形化 由針片狀變?yōu)槎噙呅?這種在多邊形鐵素體基體上分布著細小的顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體 用S回表示 十五863子課題驗收匯報 鋼的回火溫度和力學性能之間的關(guān)系 鋼在回火時 隨著溫度的增加 其組織 性能將發(fā)生變化 通常是強度 硬度降低 而塑性 韌性增加 回火時的性能變化規(guī)律 十五863子課題驗收匯報 200 以下 由于馬氏體中碳化物的彌散析出 鋼的硬度并不下降 高碳鋼硬度甚至略有提高 200 300 由于高碳鋼中A 轉(zhuǎn)變?yōu)镸回 硬度再次升高 大于300 由于Fe3C粗化 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體 硬度直線下降 十五863子課題驗收匯報 低溫回火 溫度 150 250 組織 在低溫回火時 從淬火馬氏體內(nèi)部會析出碳化物薄片 Fe2 4C 馬氏體的過飽和度減小 部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w 但量不多可忽略 所以亞共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體 M回 過共析鋼低溫回火后組織為回火馬氏體 碳化物 殘余奧氏體 目的 部分降低淬火應(yīng)力和脆性 提高工件韌性 保證淬火后的高硬度 一般為58HRC 64HRC 和高耐磨性 用途 主要用于處理各種高碳鋼工具 模具 滾動軸承以及滲碳和表面淬火的零件 4 回火的種類及其特點 十五863子課題驗收匯報 中溫回火 溫度 350 500 組織 得到鐵素體基體與大量彌散分布的細粒狀滲碳體的混合組織 叫做回火屈氏體 T回 鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài) 滲碳體比回火馬氏體中的碳化物粗 目的 內(nèi)應(yīng)力基本消除 獲得高的彈性極限和一定韌性 回火屈氏體具有高的彈性極限和屈服強度 同時也具有一定的韌性 硬度一般為35HRC 45HRC 用途 主要用于處理各類彈簧 部分模具以及承受小能量 多次沖擊載荷的零件 十五863子課題驗收匯報 高溫回火 溫度 500 650 組織 得到粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和組織 稱回火索氏體 S回 目的 獲得較高的綜合力學性能 回火索氏體綜合力學性能最好 即強度 塑性和韌性都比較好 硬度一般為25 35HRC 通常把淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理 用途 要求綜合力學性能好的中碳結(jié)構(gòu)鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼制造的各種重要的結(jié)構(gòu)零件 各種重要的機器結(jié)構(gòu)件 是受交變載荷的零件 如連桿 軸 齒輪等最重要的熱處理工序之一 也是表面熱處理 化學熱處理 某些精密工件如量具 模具等常用的預(yù)備熱處理工序之一 十五863子課題驗收匯報 心部 硬度低 韌性高 在生產(chǎn)中 有很多零件要求表面和心部具有不同的性能 一般是表面硬度高 有較高的耐磨性和疲勞強度 而心部要求有較好的塑性和韌性 表面 硬度高 耐磨 十五863子課題驗收匯報 在這種情況下 單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法 都不能滿足其要求 低碳鋼 可滿足心部要求 表面要求不能滿足 高碳鋼 可滿足表面要求 心部要求不能滿足 解決這一問題的方法是表面熱處理和化學熱處理 十五863子課題驗收匯報 3 4表面淬火和化學熱處理 表面熱處理概念 指僅對工件表層進行熱處理以改變其組織和性能的工藝 分類 表面淬火和化學熱處理 應(yīng)用范圍 主要是某些在沖擊載荷 交變載荷及摩擦條件下工作的機械零件 如曲軸 凸輪軸 齒輪等 工藝的核心 使零件具有 表硬里韌 的力學性能 十五863子課題驗收匯報 一 表面淬火 定義 表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定的深度 而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法 目的 心部保持較高的綜合力學性能 獲得高硬度的表面層 以提高工件的耐磨性和疲勞強度 表面淬火用鋼 選用中碳或中碳低合金鋼 40 45 40Cr 40MnB等 表面淬火加熱的方法 感應(yīng)加熱 高 中 工頻 火焰加熱 激光加熱等 十五863子課題驗收匯報 感應(yīng)加熱表面淬火1 原理交變磁場 感應(yīng)電流 工件電阻 加熱 集膚效應(yīng) 表面加熱2 分類a 高頻200 300KHz 淬硬深度0 5 2mm小工件b 中頻2500 8000Hz淬硬深度2 5mm尺寸較大的工件c 低頻50Hz淬硬深度10 15mm大型工件d 超音頻30 40KHz3 鋼種中碳鋼和中碳低合金鋼磨損部位 高硬度 耐磨 十五863子課題驗收匯報 加熱速度快幾秒 幾十秒b 加熱時實際晶粒細小 淬火得到極細馬氏體 硬度 脆性 c 殘余壓