機械工程材料基礎第三章鋼的熱處理

3.1.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變第三章鋼的熱處理1)鋼在實際加熱時的轉(zhuǎn)變點2)奧氏體的形成過程及影響因素3)奧氏體晶粒的長大及影響因素1)鋼在實際加熱時的轉(zhuǎn)變點第三章鋼的熱處理2)奧氏體的形成過程及影響因素第三章鋼的熱處理1.奧氏體的形成過程2.奧氏體形成的影響因素

加熱溫度和加熱速度原始組織合金元素3)奧氏體晶粒的長大及影響因素第三章鋼的熱處理Hell-Petch公式:奧氏體晶粒尺寸對冷卻后

加熱溫度對晶粒尺寸的影響鋼的性能的影響晶粒尺寸

加熱溫度本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細晶粒鋼晶粒尺寸d3.1.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1）過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖

2）過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變圖3）過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能第三章鋼的熱處理1)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖第三章鋼的熱處理共析碳鋼的C曲線C曲線的位置和形狀的影響因素1.含碳量的影響2.合金元素的影響3.奧氏體化溫度和保溫時間的影響第三章鋼的熱處理1.含碳量的影響第三章鋼的熱處理2.合金元素的影響第三章鋼的熱處理共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖2)過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線第三章鋼的熱處理時間45鋼的CCT圖3)過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能第三章鋼的熱處理A`的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型:珠光體(P)、馬氏體(M)、貝氏體(B)1.珠光體類型組織珠光體轉(zhuǎn)變AF+Fe3C0.77%0.0218%6.69%面心立方體心立方復雜斜方2.馬氏體類型組織

馬氏體中固溶碳引起的晶格畸變

馬氏體正方度與含碳量的關系

碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關系

3.貝氏體類型組織

馬氏體的晶格畸變第三章鋼的熱處理馬氏體正方度與含碳量的關系第三章鋼的熱處理馬氏體組織板條馬氏體片狀馬氏體碳鋼含碳量與馬氏體硬度的關系第三章鋼的熱處理貝氏體組織第三章鋼的熱處理上貝氏體下貝氏體P、B、M轉(zhuǎn)變的異同點珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度范圍高溫轉(zhuǎn)變Ar1~550oC中溫轉(zhuǎn)變550oC~MS低溫轉(zhuǎn)變MS~Mf擴散性C、Fe原子均擴散C原子擴散Fe原子不擴散無擴散組成相兩相：F、Fe3C兩相：F(C)、Fe3C（>350oC)或F、FeXC(<350oC)單相:F(C)合金元素的分布合金元素擴散，重新分布合金元素不擴散合金元素不擴散相變的完全性相變可在恒溫下進行到底恒溫下相變的完全程度與轉(zhuǎn)變溫度有關。溫度越低，轉(zhuǎn)變越不充分，有A殘存在。主要在連續(xù)冷卻過程中進行，相變不徹底，有A殘存在。第三章鋼的熱處理3.1.3焊接接頭的相變第三章鋼的熱處理低碳鋼焊接時熱影響區(qū)內(nèi)的組織變化0__焊縫1__熔合區(qū)2__過熱區(qū)3__重結(jié)晶區(qū)4__部分相變區(qū)5__基體金屬熱影響區(qū)1)焊縫缺陷氣孔非金屬夾雜物裂紋未焊透咬邊焊縫金屬化學成分不均勻柱狀晶組織2)熱影響區(qū)內(nèi)的組織變化第三章鋼的熱處理

3.2鋼的普通熱處理3.2.1退火與正火3.2.2鋼的淬火3.2.3鋼的表面淬火3.2.4鋼的回火3.2.5鋼的淬透性3.2.6固溶處理與時效強化第三章鋼的熱處理熱處理分類普通熱處理:退火、正火、淬火、回火表面熱處理：1）表面淬火:感應加熱表面淬火、火焰加熱淬火2）化學熱處理:滲碳、滲氮、滲金屬其他熱處理：形變熱處理、超細化熱處理、真空熱處理保溫臨界溫度時間溫度熱處理工藝曲線第三章鋼的熱處理3.2.1退火與正火3.2.1.1退火1.完全退火2.球化退火3.擴散退火(均勻化退火)定義、應用范圍、后處理4.去應力退火定義、應用范圍、目的3.2.2.2正火第三章鋼的熱處理完全退火與等溫退火定義：應用范圍：目的：工藝：等溫退火高速鋼等溫退火與完全退火的比較第三章鋼的熱處理球化退火定義：應用范圍：目的：工藝：T10鋼球化退火第三章鋼的熱處理正火定義：將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30~50℃，保溫適當?shù)臅r間后在靜止空氣中冷卻的熱處理叫正火。應用范圍：目的：

（1）要求不高的結(jié)構件，可作為最終熱處理。（2）改善低碳鋼的切削加工性（以防粘刀）。（3）共析鋼、過共析鋼正火后可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。各種退火及正火的加熱溫度范圍第三章鋼的熱處理第三章鋼的熱處理各種退火及正火的加熱溫度范圍第三章鋼的熱處理3.2.2鋼的淬火定義、目的3.2.2.1淬火加熱溫度和加熱時間

3.2.2.2淬火冷卻介質(zhì)3.2.2.3淬火冷卻方法1.單介質(zhì)淬火法2.雙介質(zhì)淬火法3.分級淬火法4.等溫淬火法5.冷處理第三章鋼的熱處理碳鋼的淬火加熱溫度范圍合金鋼的淬火加熱溫度稍微高一些，是臨界點以上50~100℃。加熱時間：箱式爐：1~2min/mm鹽浴爐：0·4~1min/mm合金鋼適當延長3·2·2.1淬火加熱溫度和加熱時間第三章鋼的熱處理3·2·2.2淬火冷卻介質(zhì)第三章鋼的熱處理3.2.2.3淬火冷卻方法各種淬火方法示意圖1—單介質(zhì)淬火法2—雙介質(zhì)淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法5—冷處理第三章鋼的熱處理3.2.3鋼的表面淬火3.2.3.1感應加熱表面淬火

3.2.3.2火焰加熱表面淬火3.2·3·3激光加熱表面淬火第三章鋼的熱處理感應加熱表面淬火

示意圖高頻100~500kHz0.5~2.0mm中頻2.5~8kHz2~10mm工頻50Hz10~15mm特點：加熱速度快、時間短、氧化脫碳少、變形小、晶粒細小、硬度高，表面層具有較大的殘余壓應力，可提高疲勞強度。但設備昂貴。淬火前調(diào)質(zhì)或正火，淬后需低溫回火。第三章鋼的熱處理火焰加熱表面淬火示意圖第三章鋼的熱處理3.2.4鋼的回火3.2.4.1回火目的3.2.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化4.2.4.3回火工藝及應用3.2.4.4回火脆性第三章鋼的熱處理3.2.4.1回火目的（1）消除或降低應力，防止變形或開裂。（2）調(diào)整性能（硬度）（3）穩(wěn)定組織，穩(wěn)定形狀和尺寸，保證精度第三章鋼的熱處理1.鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變※(1)馬氏體的分解（200℃以下）(2)殘余奧氏體分解(200~300℃)(3)滲碳體的形成(250~400℃)(4)滲碳體的聚集長大(400℃以上)2.回火后的組織和性能(1)回火馬氏體(250℃以下)(2)回火托氏體(350~450℃)(3)回火索氏體(500~650℃)3.2.4.2回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化第三章鋼的熱處理淬火鋼回火時的變化過程第三章鋼的熱處理40鋼回火后的力學性能與回火溫度的關系第三章鋼的熱處理3.2.4.3回火工藝及應用1.低溫回火(150~250℃)2.中溫回火(350~500℃)3.高溫回火(500~650℃)第三章鋼的熱處理第一類回火脆性第二類回火脆性防止和減弱第二類回火脆性的措施:①合金鋼回火時,加熱到500~650℃)快速冷卻;②大型零件在鋼中加Mo、W、Nb等合金元素;③提高合金的純度,減少N、O、P等雜質(zhì)元素含量;④采用變形熱處理或二次淬火,避免雜質(zhì)的偏聚3.2.4.4回火脆性鋼的韌性與回火溫度的關系第三章鋼的熱處理淬硬層深度概念：淬透性概念:淬透性的影響因素：(1)鋼的含碳量(2)合金元素(3)鋼中未溶物質(zhì)淬硬性概念：淬透性與選材的關系:(1)動載和交變載荷下;(2)彈簧類零件(3)軸類零件(4)工具類零件工作截面的不同冷卻速度3.2.5鋼的淬透性3.2.6固溶處理與時效強化固溶處理:時效強化:時效需滿足的條件:舉例:鋁合金時效強化特點:Wc為4%的Al-Cu合金的時效曲線第三章鋼的熱處理3.3鋼的表面熱處理3.3.1鋼的表面淬火1）感應加熱表面淬火2)火焰加熱表面淬火第三章鋼的熱處理第三章鋼的熱處理

定義:鋼的化學熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫,使一種或幾種元素滲入表層,以改變其化學成分組織和性能的熱處理工藝.化學熱處理的基本過程:(1)活性原子的產(chǎn)生2CO2[C]+O22NH32[N]+3H2(2)活性原子的吸收(3)活性原子的擴散舉例:鋼的滲碳3.3.2鋼的化學熱處理鋼的滲碳1.滲碳方法

氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳2.滲碳工藝參數(shù)滲碳溫度:900~950℃滲層表面含碳量:0.85%~1.05%滲層厚度:與滲碳時間有關,與工件的尺寸有關3.滲碳后的熱處理直接淬火法、一次淬火法、二次淬火法滲碳件淬火后應進行低溫回火(150~200℃),以減少應力和脆性.回火后的組織是馬氏體和滲碳體,硬度達58~64HRC.第三章鋼的熱處理鋼的氣體滲碳

定義:工件在氣體滲碳劑中進行滲碳的工藝,稱為氣體滲碳.活性碳原子的獲得:通入煤氣、液化石油氣等,或滴入易分解的液體有機物,如煤油、甲醇、丙酮等.CnH2nn[C]+NH22CO[C]+CO2CO+H2[C]+H2O特點:滲碳過程、滲層厚度容易控制,滲碳時間短,生產(chǎn)效率高質(zhì)量好.

風扇電動機廢氣火焰爐蓋砂封電阻絲耐熱罐工件爐體氣體滲碳示意圖第三章鋼的熱處理第三章鋼的熱處理3.3.3熱處理零件的結(jié)構工藝性和

技術條件標注3.3.3.1熱處理零件的結(jié)構工藝性(1)力求避免尖角、棱角(2)截面厚薄盡量均勻(3)形狀盡量對稱和封閉(4)采用組合結(jié)構3.3.3.2熱處理技術條件的標注第三章鋼的熱處理避免尖角設計第三章鋼的熱處理避免厚薄懸殊第三章鋼的熱處理采用對稱結(jié)構第三章鋼的熱處理采用封閉結(jié)構第三章鋼的熱處理熱處理技術條件的標注

5

×

×

×

□加工方法工藝名稱工藝類型熱處理附加分類工藝代號基礎分類工藝代號工藝名稱代號工藝類型代號工藝名稱代號加熱方法代號熱處理5

整體熱處理

1退火1

加熱爐感應

12正火2淬火3淬火和回火4調(diào)質(zhì)5穩(wěn)定化處理6火焰3固溶熱處理;水韌處理7固溶處理和時效8表3.3.3熱處理工藝分類及代號續(xù)表3.3.3熱處理工藝分類及代號工藝名稱代號工藝類型代號工藝名稱代號加熱方法代號

熱處理5

表面熱處理

2表面淬火和回火1

電阻激光

45物理氣相沉積2化學氣相沉積3等離子體2氣相沉積4續(xù)表3.3.3熱處理工藝分類及代號工藝名稱代號工藝類型代號工藝名稱代號加熱方法代號熱處理5

化學熱處理3滲碳1電子束等離子體67碳氮共滲2滲氮3氮碳共滲4滲其他非金屬5滲金屬6

其他