结构钢的热处理工艺、组织与性能之间的关系.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,湘 潭 大 学,结构钢的热处理工艺、组织分析,与性能之间的关系,指导教师：李智教授,2013年11月28,1、了解淬火、回火工艺对结构钢组织和性能的影响,2、确定结构钢具有综合机械性能的热处理工艺,实 验 目 的,结构钢是机械制造和工程构件中应用最广泛的一类钢。它要求具有高的综合机械性能，即要求具有高的强度、硬度以及好的塑性和韧性的配合。,实 验 原 理,热 处 理,热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。其目的是改变钢的内部组织结构，以改善其性能。常用的热处理工艺为以下几种退火、正火、淬火和回火,。,一、退,火,将钢件加热至高于或低于钢的临界温度，经适当保温后,随炉,或埋入导热性较差的介质中,缓慢冷却,，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺,。,目 的,：,调整硬度，便于切削加工，,适合加工的硬度为,170-250HB,；,消除内应力，防止加工中变形；细化晶粒，为最终热处理作组织准备,。,二、正 火,正火是将,亚共析钢,加热到,Ac,3,+30 50,，,共析钢,加热到,Ac1+3050,，,过共析钢,加热到,Ac,cm,+30 50,保温后,空冷,的工艺。,目 的：,对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同,；,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。,三、淬 火,淬火,是将钢加热到临界点以上，保温后以大于V,k,速,度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。,淬火是应用最广的热处理工艺之一。,淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能,1、淬火温度-,碳钢,亚共析钢,淬火温度为,Ac,3,+30-50,预备热处理组织为,退火或,正火组织,亚共析钢淬火组织：,0.5%C时为M,0.5%C时为M+A。,65MnV,钢,(0.65%C),淬火组织,45,钢,(,含,0.45%C),正常淬火组织,共 析 钢,淬火温度为,Ac,1,+30-50,；淬火组织为,M+A,过 共 析 钢,淬火温度:,Ac,1,+30-50,温度高于Ac,cm,，则奥氏体,晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大,A量增多。使钢硬度,耐磨性下降，脆性、变,形开裂倾向增加。,淬火组织:,M+Fe,3,C,颗粒,+A,。,(预备组织为P,球,),T12,钢（含,1.2%C,）正常淬火组织,2、淬火介质,理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在,Ms,附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小,内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。,常用淬火介质是水和油,水的冷却能力强，但低温却能,力太大，只使用于形状简单的碳钢件,理想淬火曲线示意图,Ms,M,f,油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使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。,聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.,3、淬火方法,采用不同的淬火方法,可弥补介质的不足,各种淬火方法示意图,1,单液淬火法,2,双液淬火法,3,分级淬火法,4,等温淬火法,四、回 火,回火,是指将淬火钢加热到A,1,以下的某温度保温适当时间后，置于空气或水中冷却的工艺。,1、目 的,：,减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂,；,获得所需要的力学性能。,淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性；,稳定尺寸,；,对于某些高淬透性的钢,，空冷即可淬火，如采用,回火软化既能,降低硬度,，又能,缩短软化周期。,2、钢在回火时的转变,马氏体的分解,残余奥氏体分解,-,碳化物转变为,Fe,3,C,Fe,3,C聚集长大和铁素体多边形化,3、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,。,第一类回火脆性,又称不可逆回火脆性。,是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。,这种回火脆性是不可逆的，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,第二类回火脆性,又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650范围内回火后缓冷时出现的脆性.,回火后快冷不出现，是可逆的。,防止办法：,回火后快冷。,加入合金元素W(,约,1%),、,Mo(,约,0.5%),。该法更适用于大截面的零部件,4、回火种类,广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。,适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。,应用,获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。,提高,e,及,s,，同时使工件具有一定韧性。,在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力,。,回火目的,S,回,T,回,M,回,回火组织,500-650,350-500,150-250,回火温度,高温回火,中温回火,低温回火,适用于,弹簧热处理,淬火加高温回火的热处理称作,调质处理,，,简称,调质,试验方法与步骤,1、将,20钢、45钢、T11,钢分别在,920,、880,、860,加热，,保温20分钟,，并分别在,10%盐水,、,水、和油,中淬火；,2、观察淬火后式样的组织并测其洛氏硬度；,3、将各个试样分别在,180,、350,、560,回火,半个小时；,4、观察回火组织并测其洛氏硬度,。,试验方法与步骤,实 验 报 告 要 求,1、写明实验目的、实验原理及试验方法,2、根据性能测定和组织观察，能够选定适当的淬火回火工艺得到所需要的力学性能,3、分析不同的回火温度对结构钢组织和性能的影响,实验数据表（硬度单位：HRC）,钢号,组织与性能,淬火,180,回火,350,回火,560,回火,组织,硬度,组织,硬度,组织,硬度,组织,硬度,20钢,45钢,T8钢,