三讲钢的热处理.ppt

第三章 钢的热处理,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,*,钢的热处理的基本原理,钢的热处理：,是将固态钢加热到适当温度，经过保温，然后按选定的速度进行冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。,根据加热和冷却的方法不同，热处理可分为很多种：,热处理,普通热处理,表面热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,化学热处理,火焰加热,感应加热,渗碳,氮化,氰化,一个钢件成为成品要经过各种冷热加工，中间还需穿插热处理。热处理工艺往往包括若干道加热、保温和冷却的工序。,图示为拖拉机变速箱齿轮（20,crMnTi,钢）的整个热处理工艺曲线：,1、钢在加热与保温时的组织转变,加热是热处理的第一道工序。大多数热处理工艺首先要将钢加热到临界点（即组织转变点）以上，,目的是获得奥氏体,A,。,温度（）,碳的质量分数,W,C,(%),1538,1148,1227,912,727,A,G,P,S,E,C,D,F,K,0.77,2.11,4.3,6.69,0,L,L+A,A,A+F,A+Fe,3,C,A+Fe,3,C,+L,d,Fe,3,C,+L,d,L+Fe,3,C,F+P,P+Fe,3,C,P+Fe,3,C,+L,d,Fe,3,C,+L,d,（P）,（L,d,）,（L,d,）,A,3,A,cm,A,1,共析钢：,加热,A,1,线以上；,亚共析钢：,加热,A,3,线以上；,过共析钢：,加热,A,cm,线以上；,奥氏体的形成过程有三个阶段,（以共析钢为例）,：,A,形核,FA,及,Fe,3,C,溶解,A,中残余,Fe,3,C,溶解,A,中成分均匀化转变完成,F,Fe,3,C,A,奥氏体晶粒度大小对材料力学性能将产生较大影响。奥氏体晶粒度越小，冷却后就会得到细晶粒组织，材料的力学性能就越好。,粗晶,细晶,奥氏体温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大程度越明显；,随着钢中奥氏体的含碳量的增加，奥氏体晶粒长大程度越明显，,（,W,C,1.2%,时可阻止奥氏体晶粒长大）；,某些元素如,Nb（,铌）,Ti（,钛）,V（,钒）,Zr（,锆），可阻止奥氏体晶粒长大。,2、钢在冷却时的组织转变,热处理实际生产中，如淬火、正火等操作的冷却方式，属于连续冷却；而等温退火、等温淬火等操作的冷却方式，属于等温冷却。,冷却方式和冷却速度的不同对奥氏体在冷却时的转变有很大影响。,温度,时间,保温,连续冷却,等温冷却,A,1,（1）奥氏体等温冷却转变曲线,奥氏体等温冷却转变曲线图的建立，是把,共析钢,制成同样尺寸的若干组薄片试样。把同一组的试样放到炉中加热，使其转变为奥氏体，然后迅速把它们放到,A,1,线以下某一温度 的盐浴炉中，保持恒温，每隔一定的时间间隔取出一个放在显微镜下观察它们的组织变化，从中找出,A,体在该温度下转变的开始和终了时间。然后再用另一组，在另一过冷温度下试验,A,体区,过冷,A,体区,等温转变开始线,转变区,等温转变终了线,转变产物区,727650,珠光体（,P）,1.,连续冷却转变曲线的测定比较困难，故在生产实践中常以等温冷却作为依据去分析连续冷却曲线的过程。,片层越细，强度硬度越大，塑性韧性变低。,奥氏体晶粒度越小，冷却后就会得到细晶粒组织，材料的力学性能就越好。,2、正火,将钢件加热到,A,3,（,对亚共析钢）或,A,Cm,（,对过共析钢）线以上某一温度范围，保温一段时间后，从炉中取出置于空气中,以,V,2,的速度冷至平衡组织的方法。,（,S,体）,正火目的：,降低硬度,消除应力,细化晶粒,改善组织,正火与退火的目的 基本相同，但正火处理的时间较快，所以得到的珠光体型的组织更细，力学性能有所提高。另外，不占用设备，效率提高。,3、淬火,将钢件加热到,A,3,（,对亚共析钢）或,A,1,（,对过共析钢）线以上某一温度范围，保温一段时间后，在水中以,V,4,的速度，或在油中以,V,3,的速度急剧冷却，以获得马氏体或贝氏体的方法。,（,M,体或,B,体）,淬火目的：,对含碳量较低的亚共析组织的一般结构件，可提高强度，并与韧性合理匹配。,对含碳量较高的过共析组织的工具钢或耐磨零件，可提高其硬度和耐磨性。,4、回火,把淬火后的工件重新加热到,A,1,（727,）,线以下，保温一段时间后，再以适当的冷却速度冷至室温的方法。,温度,时间,A,1,淬火,回火,回火目的：,降低脆性，消除内应力,零件未及时回火发生的开裂,获得所需要的力学性能,稳定工件尺寸,钢在回火时马氏体内部不断析出细小碳化物，随着回火温度的提高，,-Fe,中碳的过饱和程度逐渐下降，内应力逐渐降低，硬度也相应减小。,（1）低温回火：,回火温度为150250,。,回火后仍有较高的硬度（,5562HRC）,，但应力和脆性有所降低。,用于要求高硬度,及耐磨的各类高碳钢的工具、模具、轴承等。,（2）中温回火：,回火温度为350500,。,回火后的硬度（,3545HRC）,，有较高的弹性极限和屈服点，,用于,各类弹簧、以及刀杆和轴套等。,（3）高温回火：,回火温度为500650,。,回火后的硬度为（,2335HRC）,，钢件可得到强度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。由于这种处理方法用途重要而广泛，所以工厂里习惯将,“淬火加高温回火”,的热处理方法称为,“调质”,。,广泛用于各种重要的结构零件，特别是受交变载荷的零件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类等,。,六、钢的表面热处理,有些零件不但受,冲击载荷,而且在,高磨损,下工作，如飞机和汽车的传动齿轮、内燃机的凸轮轴、内燃机曲轴、机床主轴等。对这种零件的要求是：,“外层要硬、心部要韧”,，为了满足这种要求，工业上常采用表面热处理。,1、表面淬火,（1）火焰加热表面淬火,喷嘴,喷水管,工件,淬硬层,（2）感应加热表面淬火,进水,出水,水,水,工件,感应圈,喷,水,套,淬硬层,45钢齿轮采用高、中,频感应表面淬火后的,淬硬层分布,典型高精度45钢齿轮的加工和热处理过程：,锻造,正火,切齿,调质,感应加热表面淬火,低温回火,磨削精加工,成品,零件未及时回火发生的开裂,大多数热处理工艺首先要将钢加热到临界点（即组织转变点）以上，目的是获得奥氏体A。,1、钢在加热与保温时的组织转变,由于这种处理方法用途重要而广泛，所以工厂里习惯将“淬火加高温回火”的热处理方法称为“调质”。,碳的质量分数 WC(%),过共析钢：加热 Acm线以上；,低回：150250,回火后仍有较高的硬度（5562HRC），但应力和脆性有所降低。,（2）感应加热表面淬火,2、化学热处理,为了使工件表面获得某些特殊的力学性能，仅采用表面淬火是很难实现的，甚至是不可能的，这时可采用化学热处理。,热处理是将钢件放在某种化学介质中，通过加热、保温、冷却，使介质中的某些元素渗入钢件表面，改变表面层的化学成分，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能。,（1）渗碳,渗碳是向钢的表面渗入碳原子的过程。即把工件放入渗碳气氛中，经,900950,加热、保温，使钢件表面层增碳，若再经淬火后，表面获得耐磨的高硬度的马氏体，而心部仍保持较好的韧性。,废气火焰,工件,炉体,风扇电机,电阻丝,耐热罐,气体渗碳法示意图,加入：,煤气,液化气,丙烷,煤油,甲苯,甲醇,（2）渗氮（氮化处理）,氮化是向钢的表面渗入氮原子的过程。即把工件放入渗氮气氛中，经500,560,加热分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成耐磨、耐高温、高硬度（热硬性好）的氮化层，而心部仍保持较好的韧性。,气体渗氮法：,2,NH,3,3H,2,+2N,课 后 小 结,四、钢的热处理原理,1.,钢的加热组织转变,P,A,2.,钢的冷却组织转变,温度,时间,保温,连续冷却,等温冷却,A,1,A,等温冷却,100,200,300,400,500,600,700,800,10,4,10,3,10,2,10,1,0.1,A,1,（,度,）,（,时）,P,S,T,B,M+A(,残,),A,连续冷却,V,1,V,2,V,3,V,4,V,1,（,炉冷）,珠光体,P,V,2,（,空冷）,索氏体,S,V,3,（,油冷）,屈氏体,T,+,马氏体,M,V,4,（,水冷）,马氏体,M,五、钢的一般热处理工艺,1.,退火,加热至,A,3,和,A,1,线以上,保温,炉冷（,P,）,目的：降硬度、除应力、细晶粒、改组织,2.,正火,加热至,A,3,和,A,cm,线以上,保温,空冷（,S）,目的：降硬度、除应力、细晶粒、改组织,3.,淬火,加热至,A,3,和,A,1,线以上,保温,水冷或油冷（,M,或,B）,目的：增硬度、抗磨损（对工具和耐磨件），匹配强塑关系（对一般结构件）,注：低碳钢无法淬火！,4.,回火,把淬火后的工件重加热至,A,1,线以下,保温,以适当温度冷却至室温,低回：,150250,中回：,350500,高回：,500650,（调质）,目的：降脆性、除应力、提性能、稳尺寸,五、钢的表面热处理工艺,1.,表面淬火,火焰法,感应法,目的：内韧外硬,2.,化学热处理,渗碳,渗氮,目的：内韧外硬（热硬性）,