钢热处理.pptx

钢的热处理：是指在固态下通过对钢进行不同的加热、保温、冷却来改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。1、概述第五章 钢的热处理临界点为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度时间坐标绘出热处理工艺曲线。第第1页页/共共155页页2、钢的热处理分类根据工艺方法来分：1）普通热处理（退火、正火、淬火、回火）2）表面热处理（火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火、激光加热表面淬火等）3）化学热处理（渗碳、渗氮、渗其它元素等）热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。第第2页页/共共155页页(a)940(a)940淬火淬火+220+220回火（板条回火（板条M M回回+A+A少）少）(b)(c)(d)940(b)(c)(d)940淬火淬火+820+820、780780、750750淬火（板条淬火（板条M+M+条状条状F+AF+A少）少）(e)940(e)940淬淬火火+780+780淬火淬火+220+220回火（板条回火（板条M M回回+条状条状F+AF+A少）少）(f)780(f)780淬火淬火+220+220回火（板条回火（板条M M回回+块状块状F F）20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织2、钢的热处理分类第第3页页/共共155页页2、钢的热处理分类根据热处理在零件加工中的作用分1）预先热处理（退火、正火）：为机械零件切削加工前的一个中间工序，以改善切削加工性能及为后续热处理作组织准备。2）最终热处理（淬火、回火）：获得零件最终使用性能的热处理。第第4页页/共共155页页在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。第第5页页/共共155页页热处理特点:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。铸造轧制第第6页页/共共155页页第一节 钢在加热和冷却时的组织转变一奥氏体形成的温度范围第第7页页/共共155页页平衡态相变线：A1、A3、Acm加热（过热度）Ac1、Ac3、Accm冷却（过冷度）Ar1、Ar3、Arcm 过热度和过冷度一奥氏体形成的温度范围GAr1第第8页页/共共155页页二、钢在加热时的组织转变热处理加热最主要的目的就是为了得到奥氏体。加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化。奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步，现以共析钢为例说明第第9页页/共共155页页1、奥氏体的形成（P62）共析钢加热到Ac1点相变温度 P（F+Fe3C）A5.3第第10页页/共共155页页1）奥氏体晶核的形成：A晶核通常在珠光体中F和Fe3C相界处产生；2）奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向和Fe3C方向长大。3）残余渗碳体的溶解：铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。4）奥氏体的均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。1、奥氏体的形成 奥氏体形成的四个步骤：第第11页页/共共155页页共析钢奥氏体化过程第第12页页/共共155页页1、奥氏体的形成 亚亚共共析析钢钢加热到Ac3以上；过过共共析析钢钢理论上应加热到Accm以上，但实际上低于Accm。因为加热到Accm以上，渗碳体会全部溶解，奥氏体晶粒也会迅速长大，组织粗化，脆性增加。加热和冷却时相图上临界点位置亚共析钢亚共析钢和过共析钢过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上.第第13页页/共共155页页2、奥氏体晶粒的长大及其控制措施起始晶粒度在临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒的大小。实际晶粒度钢在具体的热处理或加热条件下实际获得的奥氏体晶粒度的大小。分为8级，1级最粗。本质晶粒度表示奥氏体晶粒长大的倾向性。不表示晶粒的大小。1）、奥氏体晶粒度晶粒大小的表示方法：通常分为8级，1级最粗，8级最细。第第14页页/共共155页页2、奥氏体晶粒的长大及其控制措施奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。第第15页页/共共155页页本质粗晶粒钢：奥氏体晶粒度随着加热温度的升高不断地迅速长大。本质细晶粒钢：奥氏体晶粒度只有加热到较高温度才显著长大。晶粒度的测定方法：93030保温38小时(100)第第16页页/共共155页页1）、奥氏体晶粒度奥氏体晶粒大小，取决于奥氏体的形核率I和长大率G，单位面积内奥氏体晶粒数目n与I和G之间的关系为：K为系数 I/G值愈大，奥氏体晶粒愈细小。所以增大形核率I或降低长大速度G是获得细小奥氏体晶粒的重要途径。第第17页页/共共155页页加热温度和保温时间加热温度越高，晶粒长大越快，奥氏体越粗大；保温时间延长，晶粒不断长大，但长大速度越来越慢。加热速度加热速度越大，形核率越高，因而奥氏体的起始晶粒越小，而且晶粒来不及长大。碳及合金元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。冶炼方法的影响用Al脱氧的钢，有大量AlN弥散析出，奥氏体晶粒长大倾向小，属于本质细晶粒钢，用SiMn脱氧的钢，起不到阻碍奥氏体长大的作用，属于本质粗晶粒钢。钢的原始组织原始组织愈细，碳化物弥散度愈大，所得奥氏体起始晶粒愈细小。2）、影响奥氏体晶粒长大的因素第第18页页/共共155页页析出颗粒对黄铜晶界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对奥氏体晶粒的影响2）、影响奥氏体晶粒长大的因素3）、控制奥氏体晶粒长大的措施合理选择加热温度和保温时间；选用含有一定合金元素的钢，如NbTiAl第第19页页/共共155页页 热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。三、钢在冷却时的组织转变第第20页页/共共155页页过冷奥氏体在共析温度（A1）以下存在的不稳定状态的奥氏体，也称亚稳奥氏体，以符号A冷表示。A冷有较强的相变趋势，随着过冷度的不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变：1）珠光体型转变；2）贝氏体型转变；3）马氏体型转变。三、钢在冷却时的组织转变第第21页页/共共155页页1共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线(C曲线)过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1 以下，在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。又称C曲线、S曲线或TTT曲线。(Time-Temperature-Transformation diagram)T-timeT-temperatureT-transformation第第22页页/共共155页页C曲线的建立以共析钢为例：取一批小试样并进行奥氏体化。将试样分组淬入低于A1点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬入水中。测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。金相法：是将一定数量的试样加热到奥氏体区，保温一段时间使之充分奥氏体化，然后迅速转移到低于A1的不同温度的等温炉内等温，保持一定时间后迅速淬入盐水中激冷，使未转变的奥氏体转变成马氏体，即固定等温转变的组织，再将试样制成金相试片，在光学显微镜下分析。确定在各给定等温温度下保持一定时间的转变产物的类型和转变量，并将此结果绘成不同等温温度下转变量与时间关系的动力学曲线。第第23页页/共共155页页将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度时间坐标中，并分别连线。转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。硬度硬度第第24页页/共共155页页共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()()0400A1 等温转变曲线可以用金相法、膨胀法、电阻法和热分析法等多种方法建立。第第25页页/共共155页页共析碳钢 TTT 曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A产物转变开始线A产物转变终止线 A+产产 物物 区区产物区A1550;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550230;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230-50;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf第第26页页/共共155页页时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体A1-Ms 间及转变开始线以左的区域为过冷奥氏体区。转变终了线以右及Mf以下为转变产物区。两线之间及Ms与Mf之间为转变区。2C 曲线的分析第第27页页/共共155页页转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小，孕育期最小处称C曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。在鼻尖以上,温度较高，相变驱动力小；在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。2C 曲线的分析第第28页页/共共155页页随着过冷度的不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变：1）高温等温转变（珠光体型转变）；2）中温等温转变（贝氏体型转变）；3）马氏体型转变。三、钢在冷却时的组织转变第第29页页/共共155页页（1）珠光体组织形态及性能产物名称转变温度层片间距 硬度（HBS）珠光体PA1650 0.4 m 200索氏体S6506000.40.2 300托氏体T6005500.2 m 400过冷奥氏体在A1 550温度范围内将转变成珠光体类型组织。该组织为铁素体与渗碳体层片相间的机械混合物。这类组织可细分为：1、珠光体型转变（高温等温转变）（P66）第第30页页/共共155页页 珠光体：形成温度为A1650，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌（1）珠光体组织形态及性能第第31页页/共共155页页索氏体形成温度为650600,片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S表示。电镜形貌光镜形貌第第32页页/共共155页页 形成温度为600550，片层极薄，电镜下可辨，用符号T表示。托氏体电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌第第33页页/共共155页页珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。珠光体的力学性能：片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。（1）珠光体组织形态及性能第第34页页/共共155页页（2）珠光体转变过程典型的扩散相变：1）碳原子和铁原子迁移；2）晶格重构图5.7 片状珠光体形成过程示意图第第35页页/共共155页页珠光体转变第第36页页/共共155页页2、贝氏体型转变（中温等温转变）过冷奥氏体在550Ms（230 ）点温度范围内将转变成贝氏体类型组织。贝氏体用符号字母B表示。根据贝氏体的组织形态可分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。产物名称转变温度组织形态上贝氏体B上550350 F（过饱和）+Fe3C（短棒狀）光学金相形貌为羽毛状下贝氏体B下350Ms F（过饱和）+碳化物光学金相形貌为（双凸透镜状）竹叶状（1）贝氏体组织形态和性能第第37页页/共共155页页（1）贝氏体组织形态和性能贝氏体的力学性能550350上贝氏体B上羽毛状 4045HRC强度与塑性都较低，脆性较大基本上无实用价值；350Ms下贝氏体 B下黑色竹叶状4555HRC强度、硬度较高，塑性、韧性也较好，有优良的综合力学性能常用。上贝氏体下贝氏体第第38页页/共共155页页上贝氏体形成温度为550-350。在光镜下呈羽毛状。在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。光镜下电镜下（2）贝氏体转变过程第第39页页/共共155页页下贝氏体形成温度为350-Ms。在光镜下呈竹叶状。光镜下电镜下在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60角。第第40页页/共共155页页贝氏体转变也是形核和长大的过程。发生贝氏体转变时,首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之间，为过饱和铁素体。（2）贝氏体转变过程第第41页页/共共155页页当转变温度较高（550350)时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上。上贝氏体转变过程第第42页页/共共155页页贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。当转变温度较低（350230)时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。下贝氏体转变第第43页页/共共155页页上贝氏体组织金相图第第44页页/共共155页页下贝氏体组织金相图第第45页页/共共155页页马氏体组织形态和性能当奥氏体以极大的冷却速度过冷至Ms点以下，(对于共析钢为230以下)时，将转变成马氏体类型组织。获得马氏体是钢件强化的重要基础。3、马氏体型转变（低温转变）马氏体组织第第46页页/共共155页页（1）马氏体的晶体结构马氏体(M)是碳在-Fe中的过饱和固溶体。马氏体转变时，奥氏体中的C全部保留在马氏体中。马氏体的晶体结构:体心正方晶格（a=bc）；c/a正方度；M中碳的质量分数越高，其正方度越大，晶格畸变越严重，M的硬度也就越高。当0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。第第47页页/共共155页页（2）马氏体的组织形态钢中马氏体组织形态主要有两种类型:Wc1%（高碳马氏体）针片状马氏体，立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是孪晶，也称孪晶马氏体。电镜下光镜下（2）马氏体的组织形态孪晶：是指两个晶体（或一个晶体的两部分）沿一个公共晶面构成镜面对称的位向关系。第第50页页/共共155页页 高碳针片状马氏体组织金相图第第51页页/共共155页页马氏体的碳浓度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度(HRC)2000抗拉强度b(Mpa)1800 1400 1000 600 200（3)马氏体的性能：主要取决于马氏体中的碳浓度第第52页页/共共155页页高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳量，含碳量增加，其硬度增加。（3）马氏体的性能当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变即固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，塑性韧性都较差，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。在保证足够的强度和硬度的情况下，尽可能获得较多的板条状马氏体。第第53页页/共共155页页3050HRC;=917%。66HRC左右;1%第第54页页/共共155页页（4）马氏体转变的特点无扩散性马氏体转变是非扩散性转变，因而转变过程中没有成分变化，M的含碳量和原来A的相同。切变共格和表面浮凸现象由于原子不能进行扩散，因而晶格转变只能以切变的机制进行，使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象。马氏体转变切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸第第55页页/共共155页页MfMsM(50%)M(90%)变温形成马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms表示；马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf表示。M只有在不断降低温度的条件下，转变才能继续进行，冷却中断,转变停止。（4）马氏体转变的特点第第56页页/共共155页页高速长大马氏体生长速度极快，片间相撞容易在马氏体片内产生显微裂纹。转变不完全即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体AAMS点越高，M越多，A越少。Ms和Mf点的温度与冷却速度无关，主要取决于含碳量与合金元素的含量。（4）马氏体转变的特点第第57页页/共共155页页奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.4 0.6 0.8 1.0 1.21.4 1.6 1.8 2.00温度 Wc 100MsMf第第58页页/共共155页页90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7Wc 100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响第第59页页/共共155页页过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变类型转变产物形成温度，转变机制显微组织特征HRC获得工艺珠光体PA1650扩散型粗片状，F、Fe3C相间分布5-20退火S650600细片状，F、Fe3C相间分布20-30正火T600550极细片状，F、Fe3C相间分布30-40等温处理贝氏体B上550350半扩散型羽毛状，短棒状Fe3C分布于过饱和F条之间40-50等温处理B下350MS竹叶状，细片状Fe3C分布于过饱和F针上50-60等温淬火马氏体M针MSMf无扩散型针状60-65淬火M*板条MSMf板条状50淬火第第60页页/共共155页页 亚共析钢的C曲线 FAP+FS+FTBM+A残残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf第第61页页/共共155页页过共析钢的C曲线P+Fe3CS+Fe3CTBM+A Fe3CAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf第第62页页/共共155页页（5）影响C曲线的因素碳质量分数的影响在正常加热条件下，Wc0.77%时，含碳量增加，C曲线左移。所以，共析钢的过冷奥氏体最稳定。亚共析钢先析出 F；过共析钢先析出渗碳体。过共析钢共析 钢亚共析钢时间温度A1最稳定加热温度和保温时间的影响随着加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，这使奥氏体的成分更加均匀，晶粒粗大，这些都提高过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。第第63页页/共共155页页（5）影响C曲线的因素合金元素的影响除钴以外，所有的合金元素溶入奥氏体后，都增大过冷奥氏体A的稳定性，使C曲线右移；除Co和Al外,所有合金元素都使Ms与Mf点下降。碳化物含量较多时，对曲线的形状也有影响（导致双C曲线）。向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢第第64页页/共共155页页（5）影响C曲线的因素第第65页页/共共155页页2、过冷奥氏体连续冷却转变在实际生产中，过冷奥氏体大多是在连续冷却时转变的，这就需要测定和利用过冷奥氏体连续转变曲线-是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线-CCT曲线 C-continuousC-coolingT-transformation 只有只有P、M转变转变第第66页页/共共155页页Vk 共析碳钢 CCT 曲线建立过程示意图时间(lg )温度A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1炉冷空冷第第67页页/共共155页页共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线第第68页页/共共155页页P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)V1=5.5/s正火正火(空冷空冷)V2=20/s S淬火淬火(油冷油冷)V3=33/s T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)V4 138/s A1MSMf时间时间650600600550稳定的奥氏体区在连续冷却过程中TTT曲线的应用Vk温度第第69页页/共共155页页 2、过冷奥氏体连续冷却转变 vk是CCT曲线的临界冷却速度；临界冷却速度获得马氏体的最小冷却速度。vk是TTT曲线的临界冷却速度。vk 1.5 vk凡是使C曲线右移的因素都会减小临界冷却速度。第第70页页/共共155页页2、过冷奥氏体连续冷却转变1、连续冷却曲线靠右一些（孕育期不同）；2、连续冷却曲线获得的组织不均匀，先转变的组织较粗，后转变的组织较细（过冷度不同）。3、连续冷却曲线只有C曲线的上半部分，而没有下半部分。也就是说而没有贝氏体转变（转变产物不同）。4、实际生产中应用C曲线分析连续冷却条件下组织。过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线）与TTT曲线的区别：第第71页页/共共155页页第二节 钢的退火与正火钢的普通热处理工艺毛毛坯生产 预备热处理 机械加工 最终热处理 机械精加工预备热处理:退火;正火最终热处理:淬火;回火一般零件生产的工艺路线:为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。赋予工件所要求的使用性能的热处理。第第72页页/共共155页页一、钢的退火定义：将钢加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫作退火。钢的退火分类：退火根据钢的成分和工艺目的不同，可分为完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、再结晶退火、去应力退火等。不以组织转变为目的的工艺方法称为第一类退火，如去应力退火，扩散退火等；以改变组织和性能为目的的工艺方法称为第二类退火，如完全退火，球化退火等。第第73页页/共共155页页真空退火炉一、钢的退火第第74页页/共共155页页退火的主要目的1）调整硬度以便切削加工（适合加工的硬度为170HBS250HBS）；2）消除残余应力，防止变形、开裂；3）细化晶粒，改善组织，提高力学性能；4）为最终热处理作组织准备。一、钢的退火第第75页页/共共155页页1、完全退火（重结晶退火、普通退火）将钢完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平平衡衡组组织织的退火工艺。主要用于亚亚共共析析钢钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接件。加热温度Ac3+(3050)温度时间Ac3+(3050)Ac3完全退火工艺曲线图图第第76页页/共共155页页球化退火是使钢中渗碳体球状化的退火工艺。主要用于共析、过共析钢；目的在于降低硬度、改善切 削加工性能，并为后续的淬 火做组织准备。得到的组织粒状P（F基体上弥散分布着颗粒 状渗碳体的组织）2、球化退火（不完全退火）加热温度 Ac1+(3050)第第77页页/共共155页页球状珠光体共析钢球化退火组织(化染)700 对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状。第第78页页/共共155页页 T10钢球化退火组织(化染)500 2、球化退火（不完全退火）第第79页页/共共155页页加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的某一温度保持，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。对于亚共析钢可代替完全退火，对于过共析钢可代替球化退火。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢。3、等温退火时间时间温温度度空冷等温退火工艺图第第80页页/共共155页页将铸件加热到略低于固相线温度（一般低于100）长时间保温，然后缓冷的热处理工艺。主要用于消除某些具有化学成分偏析的铸钢件及铸锭。4、扩散退火（均匀化退火）加热温度 Ac3+(150200)第第81页页/共共155页页5、去应力退火（无相变退火）将工件加热到Ac1以下（100200），保温后随炉冷却到160以下出炉空冷。主要用于消除内应力，稳定尺寸，防止变形与开裂。6、再结晶退火冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒。目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。特点：加热温度通常比理论再结晶温度高100250，通常在去应力退火温度之上。加热温度通常为 500650第第82页页/共共155页页二、钢的正火（P71）定义：正火是将钢加热到Ac3（或Accm）以上(3050)，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺，正火组织为索氏体；正火温度正火的目的：对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火相同。对于过共析钢，用于消除网状 二次渗碳体，为球化退火作组 织准备。普通件最终热处理。要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。第第83页页/共共155页页正火与退火的主要区别：1）冷却速度不同；2）正火后的组织比较细，比退火强度、硬度有所提高，而且生产周期短，操作简单；3）正火是一种优先采用的预先热处理工艺。二、钢的正火工艺参数:温 度(C)名 称Ac3+3050亚共析钢Ac1+3050共析钢Accm+3050过共析钢第第84页页/共共155页页各种退火和正火加热温度比较1）均匀化退火Ac3+(150200)；2）正火 Ac3或Accm+(3050)；3）完全退火Ac3+(2050)；4）球化退火 Ac1+(2040)5）去应力退火500650第第85页页/共共155页页三、钢的退火与正火的选择钢的退火与正火都是钢的预先热处理，操作过程基本相同，只是冷却方式不同。1切削加工性能：钢件的硬度为170280HBS，切削加工性能较好。低碳钢，低碳合金钢选正火作为预备热处理，中碳钢也可选用正火。W（C）0.5%的碳钢，中碳以上的合金钢选用退火作为预备热处理。2零件形状形状复杂的零件或大型铸件，正火可能因应力大而引起开裂，应选用退火。正火比退火操作简便，生产周期短，成本低，在满足要求的情况下，尽量选用正火，以降低生产成本。第第86页页/共共155页页第三节 钢的淬火和回火（P72）定义：淬火是将钢加热到Ac3或Ac1相变点以上某一温度，保持一定时间，然后以大于vk的速度冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热 处理工艺。一钢的淬火真空淬火炉淬火的主要目的：获得马 氏体或下贝氏体，提高钢 的硬度和耐磨性，为以后 获得各种力学性能的回火 组织作准备。第第87页页/共共155页页1、淬火加热温度的确定1）亚共析钢 Ac3+(3050)（要 完 全 奥氏体化）2）共析过共析钢 Ac1+(3050)（是部分奥氏体化）3）合金钢的淬火温度允许比碳素钢高，一般为临界点以上（50100）。5.13碳钢的淬火加热温度根据碳的质量分数确定，用合金相图选定。第第88页页/共共155页页（1）理想淬火工艺时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf冷却介质及淬火速度2、冷却介质及冷却方法（P73）第第89页页/共共155页页（2）冷却介质在C曲线“鼻尖”附近快冷，而在Ms点附近应尽量慢冷，以免引起变形和开裂。目前常用的冷却介质有：油、水、盐水等，其冷却能力依次增加。新型水溶性淬火介质。理想淬火冷却曲线示意图MsMf水的冷却能力强，但低温冷却能力太大，只适用于形状简单的碳钢件。油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，适用于合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。第第90页页/共共155页页（3）常用的冷却方法单液淬火双液淬火M分级淬火B等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1第第91页页/共共155页页（3）常用冷却方法单液淬火：直冷，简单易操作双液淬火：先快后慢，降低应力分级淬火：快-恒-快，应力极低等温淬火：得到B下工模具、弹簧局部淬火：量具等的局部区域冷 处 理：-70-80，降低A残%，稳定尺寸第第92页页/共共155页页？不同冷却条件下的转变产物等温退火P退火(炉冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A等温淬火B下下M+A分级淬火M+A淬火(水冷)A1MSMf时间时间温温度度淬火PP均匀均匀A细A？第第93页页/共共155页页钢的淬透性是指在规定的条件下，钢在淬火时能够获得淬硬层深度的能力,其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。淬硬性钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力,即硬化能力。大小主要取决于钢中奥氏体碳的质量分数，钢中所含合金元素对其影响不大（淬硬性高的钢，其淬透性 不一定高）。淬硬层深度是指由 工件表面到半马氏体区 (50%M+50%P)的深度。3、钢的淬透性M量和硬度随深度的变化淬透性是钢的一种热处 理工艺性能。淬透性也叫可淬性，它 取决于钢的淬火临界冷 却速度（Vk）的大小。第第94页页/共共155页页(1)淬透性与淬硬层深度的关系 c同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。d淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。a在相同的条件下，钢的淬透性越高，淬硬层深度就越大。b工件的淬硬层深度除取决于钢的淬透性外，还受淬火介质和工件尺寸等外部因素的影响。第第95页页/共共155页页（2）淬透性对钢力学性能的影响淬透性对钢的力学性能有很大影响。淬透的工件，表里性能均匀一致；未淬透时，表里性能存在差异。淬透的工件经调质后由表及里都是回火索氏体，而未淬透的工件心部是片状索氏体和铁素体，尤其是韧性（ak)相差特别大。不同的零件对淬透性要求不一样，如弹簧要求淬透，而齿轮却不要求淬透。第第96页页/共共155页页合金元素：除Co外，几乎所有的合金元素都使C曲线右移，降低vk，提高钢的淬透性,是影响淬透性的最主要因素。含碳量：碳钢中的含碳量愈接近共析成分（远离S点差），其C曲线愈靠右。vk愈小，淬透性越好。奥氏体化温度及保温时间：提高奥氏体化温度或延长保温时间，将使奥氏体晶粒长大，成分均匀化，从而减少珠光体的形核率，降低钢的vk，增大其淬透性。钢中未溶第二相碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使vk增大，降低淬透性。影响钢的淬透性的决定性因素是临界冷却速度（vk)，临界冷却速度越小，淬透性越大，Vk取决于C曲线的位置，C曲线越靠右，Vk越小，因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素，（3）影响淬透性的因素影响因素有：第第97页页/共共155页页（4）淬透性的测定和表示方法末端淬火法（GB22588）用淬透性曲线表示：即用 表示，J 表示末端淬透性，d 表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC为半马氏体区的硬度。30351010J第第98页页/共共155页页末端淬火法第第99页页/共共155页页淬透性的测定(临界直径测定法)临界直径测定法:钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，以D0表示。临界直径测定法就是制作一系列直径不同的圆棒，淬火后分别测定各试样截面上沿直径分布的硬度U曲线，从中找出中心恰为半马氏体组织的圆棒，该圆棒直径即为临界直径。临界直径越大，表明钢的淬透性越高。马氏体马氏体马氏体马氏体索氏体索氏体HRC硬度第第100页页/共共155页页D0与介质有关，如45钢 D0=16mm，D0油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢 D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。淬透性的测定(临界直径测定法)马氏体马氏体马氏体马氏体索氏体索氏体HRC硬度第第101页页/共共155页页部分常用钢材的临界淬透直径第第102页页/共共155页页（5）淬透性在生产中的应用对承受动载荷的一些重要零件要选用能全部淬透的钢；如发动机连杆、弹簧等；当零件表里性能可以不一致时（不要求淬透），选用淬透性适宜的钢即可，如齿轮；焊接件不可选用淬透性高的钢，否则就容易在焊缝附近出现淬火组织，造成变形和裂纹；对于淬透性好的钢，可以采用冷却速度缓慢的淬火介质。这对于复杂工件十分有利。第第103页页/共共155页页 二淬火钢的回火淬火淬火获得的马氏体组织脆性很大，一般须经回火以改善其性能才能使用；回火回火:是指将淬火后的钢再加热到不超过Ac1的温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的1）降低脆性，消除或减小内应力,防止工件变形或开裂；2）获得工件所要求的力学性能；3）稳定工件尺寸；M+A残残 F+Fe3C（或碳化物）4）改善切削加工性能。未经淬火的钢回火无意义,钢经淬火后应立即进行回火。第第104页页/共共155页页1 1、低温回火、低温回火（150250）回火回火M5864HRC；降低残余应力和脆性，保持钢在淬火后得到的高硬度和 高耐磨性；应用：刃具、冷作模具、量具、滚动轴承等。2 2、中温回火、中温回火（350500）回火回火T3545HRC；获得高屈服强度、弹性极限和较高的韧性。应用：弹簧、锻模、压铸模等。3 3、高温回火、高温回火（500600）回火回火S2035HRC；得到强度、塑性、韧性较好的综合力学性能。调质处理调质处理 淬火加高温回火得到回火S的热处理工艺。应用：各种重要的结构零件，如连杆、曲轴、齿轮等。2、回火的种类及应用第第105页页/共共155页页1、回火中组织与性能的变化2）100250，马氏体分解：M 回M；回M=+-碳化物（为过饱和固溶体；-碳化物与母相共格，其分子式为Fe2.4C)；这个转变称为回火第一阶段；性能变化：高硬度，但应力和脆性大大消除；1）100，碳原子向位错线附近或间隙位置聚集，伴有硬度升高现象；3）200300，残余奥氏体分解：A残 回M；性能变化：有A残的分解，硬度没有明显降低；这次转变称为回火第二阶段；第第106页页/共共155页页4）250400，碳化物类型变化：回M 回T；（回T称为回火托氏体，组织为保持原M形态的F和粒状的Fe3C）；-碳化物 粒状的Fe3C；这种转变称为第三阶段；性能变化：硬度下降，韧性增加，具有良好的弹性极限和抗疲劳性能，应力全部消除；1、回火中组织与性能的变化5）400700，相回复与再结晶，渗碳体球化和粗化；回T 回S；（回S称为回火索氏体，组织为等轴F+粒状Fe3C2）；这个阶段称回火第四阶段；性能变化：硬度进一步下降，韧性提高，具有良好的综合力学性能；650，Fe3C2颗粒长大，组织称为回P；性能变化：硬度强度显著降低，韧性塑性提高。第第107页页/共共155页页淬火加回火工艺曲线图温度时间550450200 低温回火 中温回火 高温回火调质处理Ac3+40淬火阶段回火阶段第第108页页/共共155页页 回火马氏体组织金相图第第109页页/共共155页页回火脆性淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。第第110页页/共共155页页（低温回火脆性）是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。不可逆，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。回火时应避开这一温度范围。（高温回火脆性）450650，可逆，仅存在于含Cr、Ni、Mn等钢中，回火后快冷或加入W(约1%)、Mo(约0.5%)元素可避免。该法更适用于大截面的零部件。1第一类回火脆性2第二类回火脆性第第111页页/共共155页页第四节 钢铁材料的表面处理金属的表面技术是指通过施加覆盖层或改变表面形貌化学成分相组成微观结构等达到提高材料抵御环境作用能力或赋予材料表面某种功能的工艺技术。表面工程技术包括：1表面涂镀技术2表面扩渗技术3表面处理技术第第112页页/共共155页页第四节 钢铁材料的表面处理表面淬火是将钢件表面进行淬火，而心部仍保持原先的组织的一种热处理方法。表面淬火的目的：使零件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部仍保持原来良好的韧性和塑性。表面淬火不改变表面化学成分，只改变其