热处理基本知识及工艺原理-PPT课件.ppt
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1、热处理基本知识及工艺原理热处理基本知识及工艺原理2 2 2常见热处理设备常见热处理设备目目录录1234金属学与热处理基本原理金属学与热处理基本原理工业用钢及其热处理工业用钢及其热处理钢的热处理工艺钢的热处理工艺5热处理常见缺陷热处理常见缺陷3 3金属学与热处理基本知识金属学与热处理基本知识1一一 铁碳合金及其相图铁碳合金及其相图1 纯铁的晶体结构与性能纯铁的晶体结构与性能(1)纯铁冷却中晶体结构的变化:)纯铁冷却中晶体结构的变化: 1538 1394 912 L Fe Fe Fe bcc fcc bcc 纯铁在冷却过程中经历两次同素异构转变(2)纯铁性能:)纯铁性能: 强度低、硬度低、塑性好
2、、铁磁性4 4金属学与热处理基本知识金属学与热处理基本知识12 铁碳合金与铁碳相图铁碳合金与铁碳相图(1)铁碳合金中的基本相与基本组织)铁碳合金中的基本相与基本组织基本组元基本组元: Fe、C基本相基本相:5 5金属学与热处理基本知识金属学与热处理基本知识1(2)铁碳相图)铁碳相图(1)铁素体(F)(2)奥氏体()(3)渗碳体(Fe3C)(4)珠光体(P) :F Fe3C 共析反应产物(5)莱氏体(Ld):Fe3C共晶反应产物(6)变态莱氏体(Ld):PFe3C6 6金属学与热处理基本知识金属学与热处理基本知识1铁碳合金含碳量为2.11%6.69%的铁碳合金。共晶白口铸铁: 含碳量为4.3%
3、;亚共晶白口铸铁:含碳量在2.11%4.3%之间;过共晶白口铸铁:含碳量在4.3%6.69%之间;含碳量小于0.0218%的铁碳合金。工业纯铁碳钢白口铸铁含碳量为0.0218%2.11%的铁碳合金。根据金相 组织的不同,可分为三种:共析钢: 含碳量为0.77%;亚共析钢:含碳量在0.0218%0.77%之间;过共析钢:含碳量在0.77%2.11%之间;(2)铁碳合金分类)铁碳合金分类附件:附件:7 7金属学与热处理原理金属学与热处理原理1二二 热处理基本原理热处理基本原理1 热处理基本概念与知识热处理基本概念与知识 定义定义:在一定介质中,通过加热、保温、冷却以使金属的组织发生转变以获得所需性
4、能的一种工艺过程。三个基本过程三个基本过程:TtT保温保温t保温保温V冷却冷却V加热加热加热、保温、冷却四个重要参数:四个重要参数: V加热加热、 T保温保温、 t保温保温、V冷却冷却8 8金属学与热处理原理金属学与热处理原理145#钢 V冷却不同对其性能的影响示例示例9 91010金属学与热处理原理金属学与热处理原理12 钢在加热时的转变钢在加热时的转变目的目的:获成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒 形核Fe3C 的溶解长大的均匀化奥氏体化奥氏体化:将钢件加热至临界点以上,使之转变为,称为奥氏体化。 共析碳钢奥氏体形成过程示意图1111金属学与热处理原理金属学与热处理原理1 亚共析钢:F + P
5、 F + A A 过共析钢: Fe3C + P Fe3C + A A1212金属学与热处理原理金属学与热处理原理13 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却方式有两种:一是等温冷却(常用于理论研究) 二是连续冷却(常用于生产)1313金属学与热处理原理金属学与热处理原理1(1)过冷奥氏体等温转变图)过冷奥氏体等温转变图 (C曲线或TTT曲线)共析钢C曲线1414金属学与热处理原理金属学与热处理原理1亚共析钢和过共析钢的C曲线1515金属学与热处理原理金属学与热处理原理1共析钢的CCT曲线(2)过冷奥氏体连续冷却转变图)过冷奥氏体连续冷却转变图 (CCT曲线)1616金属学与热处理原理金属学与热处
6、理原理1亚共析钢和过共析钢的CCT曲线1717金属学与热处理原理金属学与热处理原理1(3)几种转变的特点)几种转变的特点1818金属学与热处理原理金属学与热处理原理1片状珠光体粒状珠光体1919金属学与热处理原理金属学与热处理原理1上贝氏体下贝氏体2020金属学与热处理原理金属学与热处理原理1板条状马氏体针状马氏体2121钢的热处理工艺钢的热处理工艺22222钢的热处理工艺钢的热处理工艺2一一 退火退火1 1 定义定义:钢加热到适当温度,保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速,获平衡组织的工艺。2323钢的热处理工艺钢的热处理工艺22 2 目的:目的: 降低硬度,改善切削加工性能; 适合机加工
7、的硬度范围:150250HB; 细化晶粒;均匀组织; 消除内应力。2424钢的热处理工艺钢的热处理工艺23 3 各种退火工艺及其特点各种退火工艺及其特点 :(1 1)球化退火)球化退火工艺规范:工艺规范:2525钢的热处理工艺钢的热处理工艺2特点:特点:工艺:不完全奥氏体化 组织:球状(粒状)珠光体目的:目的:降低(过)共析钢硬度,适合切削 为最终热处理做组织准备适用范围适用范围:含碳量较高的工、模具钢的预备热处理2626钢的热处理工艺钢的热处理工艺2(2 2)完全退火)完全退火工艺规范:工艺规范:特点:特点:工艺:完全奥氏体化 组织:层片状珠光体目的:目的:降低硬度,改善切削加工性能 细化晶
8、粒;消除内应力;减轻组织不均匀性(消除魏氏组织等)适用范围:适用范围:亚共析钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理2727钢的热处理工艺钢的热处理工艺2(3 3)均匀化退火)均匀化退火工艺规范:工艺规范:特点:特点:(1)高温、长时间 (2)需再经重结晶工艺(完全退火或正火)以细化晶粒目的:目的:消除或减轻偏析、带状组织等适用范围:适用范围:合金钢锭、大型铸钢件2828钢的热处理工艺钢的热处理工艺2(4 4)再结晶退火)再结晶退火工艺规范:工艺规范:目的:目的: 消除加工硬化 完全消除残余应力适用范围:适用范围:冷塑性变形件2929钢的热处理工艺钢的热处理工艺2(5 5)去应力退火)去应力
9、退火工艺规范:工艺规范:目的:目的:消除内应力,防工件变形适用范围:适用范围:铸、锻、焊、冲压、机加工件3030钢的热处理工艺钢的热处理工艺2(6 6)等温退火)等温退火工艺规范:工艺规范: AC3 +2030 AC3 Ar1 tTAc1 AC1 +2030 Ar1 -2030 特点:特点:(1)缩短时间; (2)组织更均匀;3131二二 正火正火1 1 定义定义:钢加热到AC3或ACm以上的区域,保持一定时间后在空气中冷却,以获得接近平衡状态组织的工艺。正火 退火钢的热处理工艺钢的热处理工艺2Tt32322 2 目的目的: 细化晶粒,消除铸锻焊件组织缺陷; 提高低碳钢硬度,改善切削加工性能;
10、 消除高碳钢网状二次渗碳体,为球化退火作组织准备; 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理钢的热处理工艺钢的热处理工艺233333 正退火区别正退火区别钢的热处理工艺钢的热处理工艺23434钢的热处理工艺钢的热处理工艺2示例示例3535钢的热处理工艺钢的热处理工艺24 正火与退火的选用正火与退火的选用 原则原则:能用正火处则不用退火 正火可作为大件或不重要工件的最终热处理,而 退火一般不作为最终热处理3636钢的热处理工艺钢的热处理工艺2三三 淬火淬火淬火与回火时不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺淬火与回火时不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺1 1 定义定义:钢加热到AC3 或AC1
11、以上,保温一定时间后使其奥氏体化,然后以大于其临界冷速的速度急剧冷却,获马氏体或贝氏体体组织的工艺方法。等温淬火 AC1 MS VC VC 淬火 2 2 目的目的:淬火可以显著提高钢的硬度、强度及耐磨性等。Tt3737钢的热处理工艺钢的热处理工艺23.3.加热温度加热温度3838钢的热处理工艺钢的热处理工艺2AC3 AC1 ACmM+ARAM+AR+A+Fe3C(C)()A+FM+FFe3C亚共析钢与过共析钢加热温度为何有区别?亚共析钢:若AC3 AC1保温, F多,硬度等过共析钢:若T ACm C%,AR,硬度等 组织粗大3939钢的热处理工艺钢的热处理工艺24淬火介质淬火介质理想:理想:6
12、50以上,慢,减小热应力 650-400,快,避免C曲线 400以下,慢,减轻相变应力TtA1MS理想水油4040钢的热处理工艺钢的热处理工艺25淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性淬透性:淬透性:淬火条件下得到M组织的能力,取决于 VK(上临界冷却速度)淬硬性淬硬性:钢在淬火后获得硬度的能力,取决于M中C%,C%淬硬性4141钢的热处理工艺钢的热处理工艺2 淬透层深度淬透层深度:由工件表面半马氏体点(50%M)的深度。 淬透层深度50%M4242钢的热处理工艺钢的热处理工艺24343钢的热处理工艺钢的热处理工艺2TtA1MS分级淬火双液淬火等温淬火单液淬火5几种淬火方法几种淬火方法4444钢的热处理
13、工艺钢的热处理工艺2四四. .回火回火1.1.定义定义:将淬火后的钢在A1以下温度加热,使其转变为稳定的回火组织,并以适当方式冷却的工艺过程。2.2.目的目的:消除淬火应力,降低脆性; 稳定工件尺寸,由于M、残余A不稳定 获得要求的强度、硬度及塑性、韧性的配合 回火脆性钢回火脆性钢水、油冷;水、油冷; 高合金钢的多次回火高合金钢的多次回火 4545钢的热处理工艺钢的热处理工艺23. 回火与温度的关系回火与温度的关系不同含碳量的碳钢回火温度与硬度之间的关系4646钢的热处理工艺钢的热处理工艺24.4.回火种类回火种类4747钢的热处理工艺钢的热处理工艺25.5.调质处理调质处理淬火+高温回火调质
14、处理42CrMo调质工艺及其金相组织4848钢的热处理工艺钢的热处理工艺2五五. .表面淬火表面淬火表面淬火:表面淬火:不改变表面化学成分,只改变其表面组织的局部热处理方法。 目的:目的:心部保持较高的综合机械性能,表面具有高硬度和耐磨性。感应加热表面淬火感应加热表面淬火原理:原理:电磁感应及集肤效应分类:分类: a. 高频 200-300KHz 淬硬深度0.5-2mm 小工件 b. 中频 2500-8000Hz 淬硬深度2-5mm 尺寸较大的工件 c. 低频 50Hz 淬硬深度10-15mm 大型工件适用范围:适用范围:中碳钢和中碳低合金钢,如:40、45、50和40Cr、40MnB等494
15、9钢的热处理工艺钢的热处理工艺2特点:特点:组织:MMFT FPb.加热T , 形核,不易长大,实际晶粒组度小,淬火得到极细隐晶马氏体,硬度,脆性c.残余压应力提高寿命d.不易氧化、脱碳、变形小e.工艺易控制,设备成本高5050钢的热处理工艺钢的热处理工艺2定义:定义:将工件在特定的介质中加热、保温,使介质中的某些元素渗入工件表层,以改变其表层化学成分和组织,获得与心部不同性能的热处理工艺。分类:分类:渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、碳氮共渗等基本过程:基本过程:分解、吸附和扩散三个基本过程六六. .化学热处理化学热处理5151钢的热处理工艺钢的热处理工艺21 渗碳渗碳目的:目的:提高表面硬度(62-
16、68HRC),耐磨性,而使心部仍保持一定的强度和良好的塑性 和韧性。分类:分类:气体渗碳、液体渗碳及固体渗碳气体渗碳原理:气体渗碳原理:在高温(900950)气体介质中的渗碳适用范围:适用范围:低碳钢、低碳合金钢碳原子的分解COC+1/2O2CH4C+2H2碳原子的吸收碳原子的扩散5252钢的热处理工艺钢的热处理工艺2组织:组织:过共析层回火M+细小碳化物+残共析渗碳层回火M亚共析过渡层回火MF5353钢的热处理工艺钢的热处理工艺2淬火方法:淬火方法:(1)直接淬火 (如图a、b曲线) 奥氏体晶粒大,马氏体粗大,残余多,耐磨性低,变形大。 只适用于本质细晶钢或耐磨性要求低和承载低的零件。(2)
17、一次淬火 (如图c曲线)(3)二次淬火 (如图d曲线)5454钢的热处理工艺钢的热处理工艺22 其他化学热处理其他化学热处理5555工业用钢及其热处理工业用钢及其热处理31 1 碳钢碳钢优点优点:价廉、实用;缺点:缺点:(1)淬透性低:水淬,D临 =10 20mm (2)强度、屈强比较低; 20钢与16Mn的s:240、360MN/m2; 40钢与35CrNi3Mo的s/b:0.43、0.74 (3)回火稳定性差,综合机械性能较差 (4)不能满足特殊性能要求一一. .概述概述5656工业用钢及其热处理工业用钢及其热处理3合金钢:合金钢:提高淬透性:Si、Mn、Cr、B、Ni、W、Mo、Cu固溶
18、强化 :Si、Mn、Ni细化晶粒:Al、V、Ti、W、Mo、Nb、Zr提高回火稳定性:W、Mo、V、Si、Cr消除高温回火脆性:W、Mo特殊耐蚀、耐热性5757工业用钢及其热处理工业用钢及其热处理3二二. .工业用钢工业用钢1 结构钢结构钢要求要求: : (1) 尺寸大,形状复杂,需承受较大的载荷,因此,要求钢材必须具有较高的强度(包括屈服强度和抗拉强度)和足够的韧性; (2)具有良好的塑性与焊接性能 (3)必须具有良好的冷脆性和耐候性成分特点:成分特点: (1)低碳、C0.2% , 满足成型、焊接性要求 (2) Me(3%),微合金化或低合金化 Mn(0.81.7%): 固溶强化、增加珠光体
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