工程材料学 第05章 热处理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 钢铁热处理,钢在加热时的组织转变,钢在冷却时的组织转变,钢的热处理工艺,退火、正,火、,淬火、回火,钢,的表面热处理及化学热处理,概 述,一、,什么叫热处理,将固态金属或合金通过,加热,、,保温,和,冷却,的方式来改变其组织结构以获得预期的性能的加工工艺。,普通热处理：,退火、正火、淬火、回火；,表面热处理：,表面淬火、化学热处理；,特殊热处理：,真空热处理、可控气氛 热处理,热处理目的,：改善性能,。,（工业上热处理,应用率达到,60,100,）,热处理特点,：,固态,相变,第一节 钢在加热时的组织转变,一、转变温度,固态相变同样需要,一定的过冷,度（降温）,或过热,度（升温）,，,因此，,加热转变实际发生温度在平衡临界点之上，而冷却转变的实际发生温度在平衡临界点之下,。,Ac,1,、,Ac,3,、,、,Ac,cm,为,升温,引起的奥氏体化温度上移线,Ar,1,、,Ar,3,和,Ar,cm,则为,降温,时奥氏体分解温度的下移线,A,1,、,A,3,、,A,cm,、为平衡条件下合金获得奥氏体的温度线。,为了对钢进行热处理，必须首先将钢加热到单相,A,区，然后进行适当的冷却以获得特定的结构和性能。,A,二、奥氏体的形成,根据,Fe-Fe,3,C,相图，钢在加热时发生向奥氏体的转变，此转变过程称,奥氏体化。,共析钢：,P A,亚共析钢：,P+F A+F A,过共析钢：,P+Fe,3,C,A+Fe,3,C,A,热处理时应进行适当时间的保温。保温的目的是使工件各部分温度一致，组织转变充分均匀。,L,Fe,3,C,930 C,三、奥氏体化过程,以共析钢,(Wc,0.77%),为例，共析钢在室温下的组织为层片珠光体，在加热到,Ac1,以上，其将转变为,A,，这一过程称为,奥氏体化,，这一过程是,形核,与,长大,过程,。,在铁素体和渗碳体的,交界处,形成奥氏体的核心,；,奥氏体同时消耗,两相来长大,；,F,晶格转变（,BCC,FCC,）,，渗,C,体溶解；,随后,残余渗碳体的溶解,；,奥氏体的均匀化,，,各处的碳浓度都达到平均成分,。,两个过程：晶格变化；,C,的扩散,四、奥氏体晶粒度及其影响因素,1.,奥氏体晶粒度,实际晶粒度,指在,某一具体热处理条件下,（如加热温度、保温时间）所得到的晶粒大小。它决定于钢的成分和奥氏体化的工艺过程。,本质晶粒度,不同的钢在同样的加热条件下，奥氏体的长大倾向性不一样，为比较不同钢的晶粒长大倾向，将不同的钢加热到,930,10,，保温,8,小时,得到的实际晶粒度作为该钢的本质晶粒度。,本质晶粒度是一材料特性，表示的是钢在奥氏体化时奥氏体晶粒的长大倾向,。,晶粒易长大的称本质粗晶粒钢，,晶粒不易长大的称本质细晶粒钢。,奥氏体的晶粒大小对热处理后的性能影响巨大,2.,奥氏体实际晶粒度的影响因素,加热速度,加热,速度,愈,快,，完成奥氏体转变,用时间,就愈短，,形核率,就愈,高,，最终晶粒尺寸较细小。,保温,温度,、,保温时间,温度,愈高，时间愈长，,奥氏体晶粒,就愈,粗,大。,原始组织,固相转变,具有,组织的,遗传性,。,珠光体片,层愈,细小，奥氏体的晶粒,就愈,细小。,合金元素,(,成分,),碳含量：,C,增加，,A,转变加快，晶粒的长大倾向增加；,合金元素,：碳化物形成元素,(Ti,、,V,、,Ta,、,Nb,、,Zr,、,W,、,Mo,、,Cr),和碳结合力强，阻碍碳的扩散,和,奥氏体晶粒生长；,第二节 钢在冷却时的组织转变,等温冷却：,将钢,迅速,过冷到临界点,(A,r1,),以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行等温转变,TTT,曲线,（,Temperature,Time,Transformation,）：在某一温度下,A,转变量与时间的关系的曲线。,连续冷却,：,将钢以某一固定速度不停顿地冷却,(,到室温,),，使奥氏体在连续降温的过程中转变。,CCT,曲线,（,Continuous Cooling Transformation,）：在连续冷却过程中，,A,转变量与时间的关系曲线。,一、冷却方式（两种方式）,：,将钢加热到,A,区后，要通过冷却获得不同的组织结构不同性能不同用途,TTT,曲线,CCT,曲线,二、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（,TTT,）的获得,过冷奥氏体,等温,转变图,，也称,TTT,曲线，或,C,曲线。,它综合反映了过冷奥氏体在不同温度下等温转变的,开始,和,终了,时间及转变产物之间的关系。,钢在奥氏体化后，当温度降低到,Ar,1,以下，此时奥氏体并不立即转变，要经历一段时间后，才开始转变。,把这种存在于,Ar,1,温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体,。,A,1,、过冷奥氏体：,2,、,TTT,曲线（,C,曲线）,的建立,1,）将共析钢加热奥氏体化（,A,），在,Ar1,温度以下选择一系列等温时间；,2,）将,A,化的共析钢快冷到不同温度下保温，记录在各温度下的转变量与保温时间的关系,转变动力学曲线,，,3,）确定在不同温度下转变开始的时间,a,1,，,a,2,a,3,和转变终了的时间,b,1,b,2,b,3,，,(,时间,a,1,a,2,称为转变的,孕育期,在不同的温度下具有不同的孕育期）,4,）将转变,开始点,和转变,终了点,分别连接起来,，即得到,TTT,曲线，如右图所示。应形状,“,C,”,，所以，也称为,C,曲线。,A,P,时间,3,、,C,曲线,的特征（右下图为共析钢的,C,曲线）,（,1,）在,Ar1,线温度以上，,奥氏体,稳定，不会发生转变。,（,2,）在,Ar1,线以下，,C,曲线以左区域为过冷,A,区，转变终了线以右的区域为转变产物区，两条线之间为转变过渡区。,（,3,）不同温度等温对应的孕育期不同，在,C,曲线,“鼻尖”处的孕育期最短,，鼻尖以上（,Ar1,以下），随温度,孕育期,，因为形核驱动力大，但在鼻尖以下，随温度孕育期这是因为尽管驱动力大，但,原子扩散缓慢,（,受温度影响,）。,A+M,A,r1,A,转变同时受,原子扩散,（正比于温度）和转变,驱动力,（正比于过冷度）的共同影响。,A+M,A,r1,（,4,）当冷速很快，绕过,C,曲线的鼻尖，奥氏体快速冷却到,Ms,以下，则发生马氏体转变，,Ms,为马氏体转变开始线，,M,f,为马氏体转变终了线，两线之间为,奥氏体马氏体,两相混合区。,三、过冷奥氏体的转变产物及性能,1,.,珠光体型转变区,温度：,Ar1,550,产物（相）,：,F,Fe,3,C,机械混合物,形貌,：片层结构，,Fe,3,C,片层分布在,鉄素体,基体上，类似于共析,钢的组织,。,随着,转变温度的,降低，片间距愈细,。,依据,F/Fe,3,C,的片层大小，分为,：,珠光体（粗）,索氏体（细）,屈,氏体（托氏体）（很细）,三类组织转变区,珠光体型转变区,贝氏体型转变区,马氏体型转变区,1,.,共析钢,珠光体型转变区,性能,：,不同类型的珠光体由于层片间距不同，力学性能在一个较大范围内变化，,总体趋势是随着片间距的减小，材料的强度和硬度,增高。,转变特点：,A,P,转变过程是经过,Fe,、,C,充分扩散,形成,F,和,Fe,3,C,2,、贝氏体型转变区（中温转变区）,1,、,转变特点,当转变温度在,C,曲线的,“,鼻尖,”,以下（,550,以下），相变的驱动力较大,（热力学）,，但温度较低，原子扩散减慢,（动力学）,。这时，相变仅依靠小原子碳的扩散进行（,Fe,不扩散），扩散发生在小范围内，所以将发生混合型相变,（半扩散）,，即,贝氏体,(Bainite),转变。,根据转变温度的高低，贝氏体转变又分为：,上贝氏体转变（,“,鼻尖,”,到,350,）,下贝氏体转变（,350,到,M,S,点,),上贝氏体转变,下贝氏体转变,过冷,A,转变为,Fe,3,C,与含过饱和,C,的 铁素体的机械混合物,贝氏体,2.,贝氏体的形状和性能,B,上,：,在,A,晶界上首先析出,F,，周围富,C,区形成,Fe3C,，呈,羽毛状,B,下,：,首先在,A,晶界上形成,F,，沿一定 晶面呈竹叶状生长，碳化物在,F,晶内析出，呈（或,凸镜状,）,。,名 称 符 号 形 成 温 度 形 貌 性 能,上贝氏体,B,上,550 350,羽毛状,HRC4050,韧性差,下贝氏体,B,下,350 Ms,竹叶状,HRC5055,韧性好,B,下,具有优良的综合力学性能，生产实践中应用于要求高,强韧性的工件（如模具等）。,A,晶界,350 C,以上,350 C,以下,B,下,生长,上贝氏体,显微组织实例,性能特点：,通常,上贝氏体中的,Fe3C,粗大，,较脆，且,韧性低，工业生产中,的,机械零件,应避免获得,这种组织。,下,贝氏体,显微组织实例,性能特点：,下贝氏体有较高的强度和硬度，还有较好的韧性，即有,较好,的,综合力学性能,。在生产实际中这是一,种,常用的状态。,三、马氏体型转变区,(,针对共析钢）,1,形成,奥氏体急冷至,Ms,（约,230,）线以下，过冷度极大，相变驱动力极大，奥氏体极快地由,fcc,变成,bcc,（,）,，,碳原子来不及扩散，形成,碳在,Fe,中的超过饱和间隙固溶体，即马氏体。,马氏体转变是非扩散型转变,马氏体转变的临界冷却速度,2,M,转变,特点,速度非常快,形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大,，一般认为是以声速发展。,（驱动力很大）,无扩散型转变,Fe,、,C,均不扩散，马氏体和奥氏体成分相同,。,体积膨胀,马氏体转变会引起体积急剧膨胀（,C,的过饱和固溶体,）,4,）需连续冷却,：若在,Ms,M,f,之间等温，,M,转变停止，不同于,A,P,、,B,的转变,转变不完全,存在残余奥氏体（简记为,A,残,），,C,含量越高，过冷奥氏体越稳定，其,M,s,、,M,f,点亦越低，残余奥氏体量也愈多。,3,马氏体的形态,决定于奥氏体的含碳量：,C,1.0 wt%,：,形成针状马氏体,M,针,；,C,0.2 wt%:,形成板条状马氏体,M,板条,；,0.2wt%,C,1.0wt%:,形成混合马氏体,。,板条,马氏体的,形态（低,C,马氏体）,马氏体内有大量位错，也称为“位错马氏体”,性能：,具有,较高的强度和韧性,，即良好的综合力学性能。如,0.2%C,钢淬火后，,HRC50,、,b,1500MPa,、,a,k,150,180J/cm,2,。,一个,A,晶粒内可形成几个不同位向的,M,群,片状,马氏体的,形态（高,C,马氏体）,不管是板条马氏体还是片状马氏体，都具有相当高的硬度（,HRC50,），其原因是：,C,在,F,中的过饱和固溶,晶格畸变,固溶强化,高硬度。,马氏体高硬度的原因：,在一个原奥氏体晶粒中，首先形成一个贯穿整个晶粒的马氏体片，以后形成的马氏体片存在于马氏体和奥氏体之间或马氏体片之间。最后的三角区为残余奥氏体。,马氏体中有大量孪晶，也称“孪晶马氏体”,性能：,片状马氏体具有高的硬度和强度（,HRC 60,），,但塑性和韧性很低（,a,k,1J/cm,2,）,M,生长,四、影响,C,曲线的因素,1,C,含量的影响,亚共析钢,：,随着,含碳量的增加,，,C,曲线,右移,，即转变的孕育期和转变时间都加长,。,原因,：,C,使奥氏体更稳定。,过共析钢,：,随着含碳量的增加，,C,曲线左移，即转变的孕育期和转变时间 都减少,。,原因,：过共析钢,先析出的碳化物,会促使奥氏体的分解,。,C,曲线是指导钢的热处理工艺的依据，因此了解影响,C,曲线的因素至关重要,2,加热温度和保温时间,T,，,t Fe,3,C,溶解充分，晶粒粗大（,晶界减小,）,A,稳定,C,曲线右移。,3,合金元素的影响,除,Co,以外，几乎所有元素都会使,C,曲线右移,。,原因：,因为大部分,合金元素能,提高奥氏体的稳定性,其中弱碳化物形成元素比强碳化物形成元素,更能,稳定奥氏体,。此外，大量合金元素的加入，还会改变,C,曲线的形状（如出现双,C,曲线,对应多个相变,）。,五、过冷奥氏体的连续冷却曲线,1.CCT(Continuous Cooling Transformation),曲线,奥氏体的连续冷却曲线是描述,奥氏体在连续冷却过程中转变量（体积分数）与时间的关系,，显然与冷却速度有关。,2.,曲线的建立,方法：,一般用,膨胀法,或,热分析法,将钢奥氏体化后，以不同的冷却速度冷却到室温，测量出奥氏体的开始转变和转变结束的时间，标注,在,温度时间坐标图中，,分别用线连结开始点和终了点，,所得到的曲线就,得到,CCT,曲线。,右图为一碳钢对应的,CCT,曲线。,Ps,线为开始转变线，,P,f,线为终止转变线,。,3.,碳钢的,CCT,曲线,特点,（,1,）,CCT,曲线的相区和关键线、点,在,A1,线以下，,Ps,以左,：为过冷奥氏体。,P,f,以右,：为转变产物区（,P,型）；,P,s,P,f,之间：,P,型,奥氏体,区,kk,为过冷,奥氏体,向,珠光体（型）,转变的终止线，,在,KK,以下区域，,A,将终止向,P,转变，部分,过冷,A,将保持到,Ms,点，发生马氏体转变,。,Ms,马氏体转变开始线，,Mf,马氏体,转变终了线,V,k,：连续冷却条件下获得“完全”马氏体的,临界冷去速率（,还有部分,A,残余,）。,V,k1,：当冷速小于,V,k1,将获得全部,珠光体（型）。,V,k,V,k1,之间,：得到,P,M,A,残余,混合物。,（,2,）,TTT,图和,CCT,比较,TTT,图位于,CCT,图左上方，表明,连续冷却的孕育期大于等温转变的孕育期,。,由,TTT,图确定的马氏体转变的临界冷却速率大于由,CCT,图确定的速率，,即以,TTT,临界冷速连续冷却时，可保证获得最多的马氏体。,CCT,图只有类似于,TTT,图的上半部分（没有下部分）。因此，连续冷却时,不可能得到贝氏体组织,。,第三节,钢的热处理工艺,一、,退火,定义：,将钢（材料）,加热,到适当的温度，,保温,一定时间，然后,缓慢冷却,(,例如：,随炉冷却,),，以获得,接近平衡状态组织,的热处理工艺叫做“退火”。,作用：,消除残余内应力、改变组织的形态。,钢在加热到奥氏体区后，在,不同的温度等温,或以,不同冷却速率连续冷却,可以获得不同的组织，使产品具有不同的性能。实际工作中就是依据材料使用时所需要的性能对材料进行不同工艺的热处理，主要热处理工艺有：,退火、正火、淬火、回火。,退火类别：,完全退火,球化退火,去应力退火,不同类型的退火选用不同的温度。,1,完全退火（用于亚共析钢）,方法,：,将亚共析钢,加热到,Ac3,以上,3050,，保温一定时间，缓慢冷却。,目的：,通过重新结晶（,1,）,细化晶粒,，（,2,）,消除内应力,，（,3,）,降低硬度，方便加工。,组织,：,F+P,（接近平衡组织）,用途：,用于亚共析钢在铸造、锻造和焊接后的,预备热处理,。,2,球化退火,（适用于共析钢和过共析钢）,定义：,使某些高,C,钢中的片状、网状碳化物变成粒状（球化）的热处理工艺。,方法：,将共析钢或过共析钢加热在,A1,以上,30,50,长时间,保温，使,Fe,3,C,球化。然后极缓慢冷却，使,A,发生珠光体转变。,组织：,铁素体的基体上均匀分布颗粒状的渗碳体，称为,球状珠光体,。,用途：,1,）降低过共析钢材料的硬度,，,保证足够的韧性，便于,进行,机械加工。,2,）,均匀组织,，为以后淬火作好组,织准备。,共析钢球化退火组织,过共析钢球化退火组织,亚共析钢完全退火组织,3,去应力退火,方法,：将钢缓慢加热到,A1,以下某一温度（如：,200,400 C),，保温后慢冷。,目的,：完全消除残余内应力。,组织：,无相变发生，无组织明显变化。,用途：,用于铸、锻、焊及冷变形件,去除应力,。,二、,正火,定义,：将钢加热到,AC,3,（,亚共析钢,）或,AC,cm,(,过共析钢,),以上,30,50,保温一段时间后，再,空冷,得到,珠光体型,组织的工艺。,注：,合金钢,在空气中连续冷却可能发生珠光体型、贝氏体型甚至马氏体型相变，但正火一般是指空冷时发生珠光体型转变的热处理工艺。,用途：,亚共析钢：在低、中碳钢中代替完全退,火。（,消除缺陷和内应力，降低硬度，,均匀组织,便于加工）。,过共析钢：因空气冷却速度较快，先,析出相,Fe,3,C,的量较少，不能连成网,状，故起到,消除网状组织的作用。,组织：,亚共析钢：,F(,少量,)+S(,或,T),共析钢：,S(,或,T),过共析钢：,Fe,3,C(,少量,)+S(,或,T),三、,淬火,定义：,将钢加热到,A,后，以大于,V,k,的速度快速冷至,Ms,点以下以获得,马氏体组,织,的热处理工艺，叫作,“,淬火,”,。,目的：,提高钢的,硬度和耐磨性,。,注,：,马氏体不是热处理所要得到的最终组织,，马氏体再经过适当的,回火,，可以得到需要的组织和使用性能。,淬火后获得的马氏体,淬火马氏体,回火后获得的马氏体,回火马氏体,加热温度和淬火组织,亚共析钢：,Ac3+3050,保温时组织：,A,淬火组织：,M+A,（少量）,共析、过共析钢：,Ac1+3050,保温时组织：,A+Fe,3,C,（粒）,淬火组织：,M+A,（少量）,+Fe,3,C,（粒）,粒状的,Fe3C,可以提高淬火组织的耐磨性。,淬火温度,2,、淬火冷却介质,淬火介质,决定了,冷却速度,淬火后的组织,。,理想的淬火介质应达到的两个要求：,（,1,）足够高的冷却速度；,得到尽可能多的马氏体。,（,2,）,防止零件变形、开裂,，在绕过,“,鼻尖,”,部后，应减缓冷却速度,所以理想的冷却速度如图所示，,开始冷却缓慢,，在,快要发生组织转变时快冷,，随后,再慢冷,让马氏体转变慢慢的进行,。,常用介质,盐水、碱水,10,15,的,NaCl,水溶液，这是最强的冷却介质。,清水,直接冷却，冷却能力也很强。,碱浴、硝盐浴,在,120,180,以上的温度下有好的冷却能力,（适用于分级淬火）,。,矿物油,冷却能力约为水的,1/4,1/8,，适用于大多数,合金钢,，可以有效防止零件的变形开裂。,3,、淬火方法,原则：,淬火时既要快冷获得,M,，又要尽可能减少变形和开裂。,单液淬火：,碳钢,水,合金钢,油。,双液淬火：,水淬油冷。先在水或盐水中快速冷却，,绕过“鼻尖”,然后装入油中，放慢冷速，继续冷却至室温，（适用于较复杂的零件）。,分级淬火,：首先淬入稍高于,Ms,点的盐浴中，,保温待表面与心部温度相接近,后，再快淬。（适合于大工件）。,等温淬火：,先快冷到某一温度，保温，使,AB,下,氏体转变，再空冷至室温获得下贝氏体。,(5),深冷处理：,将冷却至室温的零件继续冷却到室温以下温度，入液氮温度（,179,）作用：降低钢中残余奥氏体量。,四、,回火,将淬火后的钢件加热到,AC,1,以下,某一温度，等温一段时间后，再冷却至室温而获得不同组织的热处理工艺,叫,“,回火,”,消除内应力,钢在淬火后，存在较大的内应力,（,热应力,和,相变应力,）,，容易出现开裂,。,利用回火可以消除或减小内应力，达到防止变形开裂。,稳定组织和尺寸,淬火后的组织为,马氏体,残余奥氏体,，它们都不是稳定组织，使用过程中会发生转变，,从而,带来零件的尺寸和性能的变化。利用回火让可能变化的,组织,发生,转变,，达到稳定零件的组织性能和尺寸。,调整性能,淬火后得到的马氏体的碳含量较高，材料的硬度高，脆性大，通过回火处理，达到所需要的强度、塑性和韧性的组合。,便于加工,降低硬度，便于机械加工。,2,、目的,：,1,、定义,3,、回火过程中的组织转变,1,）马氏体的分解（,200,以下）,回火马氏体,回火时马氏体,中,过饱和的碳发生,短距离,的迁移，形成极细的碳化物,(Fe,2.4,C),（称为,碳化物,）,，,以,薄片形式,存在,M,中,，,该组织,称为,回火马氏体,。,2,残余奥氏体的分解（,200,300,）,马氏体向回火马氏体转变,时,，由于应力的减小，残余奥氏体发生分解产生,下贝氏体（贝氏体温区）,。,最终组织：,回火马氏体,下贝氏体,3,回火屈氏体的形成（,300,500,）,由于回火温度的升高，,碳的扩散运动能力加强，,过渡,碳化物转变成稳定渗碳体,，,马氏体转变为鉄素体,，,组织为：,F,上均匀分布极细的渗碳体，,称为,“,回火屈氏体,”,。,F,Fe,3,C,（弥散分布）,回火屈氏体,4,回火索氏体的形成（,500,650,）,鉄素体发生,再结晶,形成,等轴晶铁素体,，同时细小的,Fe,3,C,颗粒不断长大,，,得到平衡状铁素体中分布着颗粒状的碳化物混合组织，称为,“,回火索氏体,”,。最终组织：等轴晶,F,颗粒状,Fe,3,C,回火索氏体,4,、回火组织实例,5,、回火组织的性能,硬度和强度：,硬度在,200,以下变化不明显，以后随温度的上升而下降,，,强度也如此,；,塑性：,塑性随回火温度提高而提高；,韧性：,韧性变化的趋势随回火温度的提高而提高。,回火脆性：,在回火过程中出现韧性下降的现象称为回火脆性,主要是由于,碳,化物析出和长大,所致。,7,、回火种类及其应用,1,）,低温回火,回火温度为,150,200,，,组织,：,回火马氏体,，,性能：,高硬度，硬度可达到,58,64HRC,，好的,耐磨性,应用：,常用于轴承、冷作模具的热处理。,2,）,中温回火,回火温度为,350,500,组织,：,回火屈氏体,性能：,具有一定韧性,，同时,有高的,弹性极限,应用：,弹簧,钢（如：,65,70),和要求较高强度,和,一定韧性的工件，,如刀杆、轴套等。,3,）,高温回火,回火温度为,500,650,（,淬火后进行高温回火的工艺,也,称为,“,调质,”,处理,）,组织,：,回火索氏体，,性能,：具,有良好的,综合力学性能,，尤其是冲击韧性高,。,应用：,可以直接进行机械加工。主要用于承受较大应力，特别是有,冲击应力场合下的结构零件，如各种,轴、连杆、齿轮,等,。,五、钢的淬透性,1.,淬透性：,是指钢件在淬火时能获得淬硬层（,马氏体,）的深度。由于表面冷却速度高于心部，所以从,表面至心部的马氏体的量存在一个分布,，通常将马氏体含量达到,50,的深度作为淬硬层深度，用,淬硬层深度,来表征不同材料的淬透性。,2.,淬硬性,：淬硬性指正常淬火情况下获得马氏体组织所能达到,的,最高硬度,。主要取决于马氏体中的,C,含量,（与合金元素的,关系不大），也与淬火工艺有关。,注意：,淬透性和淬硬性是两个不同概念，,淬透性是一种材料,特性，,与工艺无关。而,淬硬性,是材料经热处理后表现,出的性质，与工艺和,C,含量有关。,影响淬透性的因素,钢的淬透性好坏取决于钢的,过冷奥氏体的稳定性,，即,C,曲线上的临界冷却速度。因此，影响临界冷却速度的因素,（即：,C,曲线是左移还是右移）,均对淬透性有影响。,化学成分,亚共析钢：,C,淬透性,过共析钢,C,淬透性,合金元素中除,Co,外，绝大部分都使,C,曲线右移，提高淬透性,2,）,淬火温度和保温时间,加热温度的升高和保温时间延长,（,Fe,3,C,溶解充分），稳定奥氏体,，均可适当的提高钢的淬透性。,第四节,钢的表面热处理,一、为什么要进行表面热处理,许多零件（齿轮，轴承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韧性，表面淬火即可达到这一要求。,二、,表面淬火,1,、淬火工艺：,将钢件表面迅速加热到奥氏体化后，急冷使表面层形成马氏体。而心部组织不发生变化，这样,表面具有强硬,特征而,心部保持好的,韧性,。,用于表面淬火用钢大多为,低,C,或中,C,钢（即为亚共析钢）,。,2,、淬火组织,：,由于,从表面到心部的温度不同，淬火后在组织也不同,表面,：温度,AC3,，表面奥氏体化，淬火后得到细小的马氏体（,M,）,中间,：温度在,AC,1,AC,3,之间，加热组织为,A,F,，淬火后得到,M,F+Ar,心部：,温度 在,AC,1,以下，加热组织主要为,F,，淬火后仍为,F,3.,淬火方法,1,）,感应加热,淬火,：,将工件置于中频或高频,(500,500KHz),的交变磁场中，在工件上有感应电流，由于电流的,集肤效应,，电流集中于表层，大的电流产生的热量,使温度迅速升高至,AC,1,（,共析,）或,AC,3,（,亚共析,）或,Acm,（,过共析,）以上,，,发生奥氏体化，,然后迅速置于水中或喷水冷却，达到表层淬硬的结果。由于加热速度快，温度高，,奥氏体晶粒细,，硬度高于普通淬火硬度,。,感应功率越大，频率越高，淬硬层越浅。如,20,500KHz,获得的淬硬层,2mm,，而,0.5,10Khz,下淬硬层为,2,6mm,。,2,）,火焰加热表面淬火：,火焰表面加热：用高温火焰（乙炔氧）加热表面使表面迅速奥氏体化，喷水淬火获得表面马氏体心部组织保持不变。但与高频淬火相比，火焰淬火质量不稳定，因此不适用于大型零件的表面淬火。,第五节,化学热处理,概念,：,化学热处理是,指将材料置于一定的,化学介质,中加热、保温，使介质中一种或几种元素的原子,渗入,工件表层，以,改变工件表层,化学成分（进而改变组织结构），,来获得心部和表层,具有,不同性能的热处理方法。,过程,：,化学介质的分解，释放活性原子；,活性原子被钢件表面吸收和溶解；,吸收渗入的原子向内部扩散，形成一定的,扩散层,，可通过控制保温时间来控制扩散层的深度。,种类,：,渗,C,（形成,Fe,3,C,或,C,固溶）（,弥散强化固溶强化）,渗,N,（,Fe,（,N,）固溶），,（固溶强化）,渗,B Fe,（,B,）固溶，,（固溶强化）,C,N,共渗,（,弥散强化固溶强化,）,注意：,表面淬火,是通过改变表面的,组织,来提高表面性能；,化学热处理,是通过改变表面的,化学成分,来提高表面性能,。,一、,渗碳,1.,目的及用途：,提高钢件表面的,含碳量,，以提高表面的硬度、耐磨性和抗接触疲劳性，但使心部仍具有良好的塑性和韧性。主要用于承受强摩擦、冲击应力及易发生接触疲劳损伤的零件，如,汽车齿轮、摩擦片,等。,2.,渗碳用钢,：,低碳钢或低碳合金钢,，淬火后心部得到低碳马氏体，保持好的塑性和韧性。表面是高碳马氏体，具有高硬度,3.,渗碳方法,：,（,1,）气体渗,C,法：,介质：,CH,4,C+H,2,CO,C+CO,2,温度：,900,950,方式：,C,渗入工件表面,（,2,）固体渗碳法,:,将工件埋入活性,C,中，在,900,950,保温，使,C,渗入,钢件表面。,4,、,渗碳,工艺过程,5.,控制参数,：,通过控制气体的成分来调节表层的含碳量；,渗碳温度高，原子的活动能力强，渗碳速度快；但过高的温度会使奥氏体晶粒过快长大，,一般钢件常用,920,；,渗层深度用渗碳保温的时间来调节。,5,、,渗碳后的显微组织实例,经过渗碳后，由缓冷的平衡组织可知碳在表层附近的分布。,Fe,3,C+P,P+F,P,F+P,（少）,二、,其他化学热处理,1.,氮化,(,渗氮,),：,在,570,利用,NH,3,分解气氛渗氮。也可以用辉光等离子进行氮化。表层生成氮化物有极高的硬度，处理稳定低，工件变形小，渗层一般薄，用于精密、高耐磨工件。,2.,碳氮共渗（高温）与氮碳共渗（低温）,