《机械工程材料(第4版)》教学课件第3章热处理.ppt

1、THE END第二章 钢的热处理HEAT TREATMENT OF STEELn 什么是钢的热处理 通过对钢件进行加热、保温、冷却，从而改变钢件性能的操作退火正火淬火回火n 热处理普通热处理表面热处理表面淬火表面化学热处理特种热处理真空热处理可控气氛热处理形变热处理共析钢奥氏体的形成过程示意图1.共析钢奥氏体的形成过程一、奥氏体的形成第一节 钢在加热时的转变TRANSFOEMATION OF STEELAS BEING HEATED 加热保温的目的：获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体2.亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程THE END二、奥氏体晶粒大小1.Practically grain deg

2、ree of austenite Schematic showing essentially grain degree of steel2.Essentially grain degree of austenite 3.Factors affecting essentially grain degree of steel n Alloy elements 一、奥氏体等温转变图共析钢曲线测定原理示意图1.奥氏体等温转 变图测定原理第二节 奥氏体转变图TANSFORMATION DIAGRAM OF AUSTENITETHE END共析钢的奥氏体等温转变图2.共析钢的奥氏体等温转变图分析1)珠光体

3、型转变A1650 珠光体(P)650600 索氏体(S)600550 托氏体(T)索氏体(S)细片状铁素体与渗碳体交替排列的混合物托氏体(T)极细片状铁素体与渗碳体交替排列的混合物珠光体形成示意图不同等温温度形成的珠光体的显微组织(a)655 (b)600 (c)534 珠光体(P)索氏体(S)托氏体(T)减小 片 间 距 增大 强、硬度 增大 塑、韧性2)贝氏体型转变共析钢的奥氏体等温转变图350230 下贝氏体()B下550350 上贝氏体()B上 贝氏体(B)过饱和铁素体与渗碳体组成的混合物上贝氏体()相互平行的过饱和铁素体片与分布在片间的断续细小的渗碳体组成的羽毛状混合物脆性大性能差B

4、上 贝氏体形成示意图a)上贝氏体 b)下贝氏体 下贝氏体()针叶状的过饱和铁素体与分布在其中的极细小的渗碳体粒子组成的混合物脆性小性能好B下上贝氏体的显微组织下贝氏体的显微组织3)马氏体型转变T 230 马氏体(M)马氏体(M)碳在-Fe中的过饱和固溶体共析钢的奥氏体等温转变图奥氏体向马氏体转变的特点：速度极快无扩散 只与温度有关 有残余奥氏体高碳马氏体()：片(或针)状，硬而脆低碳马氏体()：板条状，强而韧%0.1Cw%25.0CwFe-1.8 wt.%C合金冷却到下列不同温度形成高碳马氏体的过程(a)24 (b)60 (c)100 高碳马氏体形成过程示意图低碳马氏体的显微组织高碳马氏体的显

5、微组织 a)淬火态 b)回火态 3.亚共析钢的奥氏体等温转变图亚共析钢等温转变图(a)与共析钢等温转变图(b)的比较 与共析钢的奥氏体等温转变图相比，亚共析钢的奥氏体等温转变图多一条 AF 转变线过共析钢等温转变图(c)与共析钢等温转变图(b)的比较4.过共析钢的奥氏体等温转变图 与共析钢的奥氏体等温转变图相比，过共析钢的奥氏体等温转变图多一条 AFe3C 转变线5.影响奥氏体等温转变图的主要因素1)碳含量的影响 形 状位 置过共析钢的多一条AFe3C线 共析钢的最靠右亚共析钢的多一条AF线 2)合金元素的影响 形 状位 置除Co外，其他都使“”曲线右移不讲二、奥氏体连续冷却转变图(以共析钢为

6、例)共析钢奥氏体连续冷却转变图（实线）与等温转变图（虚线）的比较 特点:向右下方移动无贝氏体转变多一条珠光体转变中止线K三、用等温转变图定性判断连续冷却转变产物共析钢奥氏体等温转变图在连续冷却时应用示意图 P1v S2v3v T+M+A M+A4v M+ACv第三节 钢的普通热处理COMMON HEAT TREATMENT OF STEEL钢的退火钢的正火钢的淬火钢的回火一、钢的退火钢的退火完全退火球化退火均匀化退火再结晶退火去应力退火1.完全退火1)工艺：Ac3以上3050加热保温后，随炉冷却至500以下出炉空冷2)目的：调整硬度，以利切削细化组织，提高力学性能3)适用于：中碳钢4)组织：A

7、1A3温度 时 间2.球化退火2)目的：调整硬度，以利切削3)适用于：高碳钢1)工艺：Ac1以上3050加热保温后，在A1温度上下反复升温降温，后随炉冷却至600以下出炉空冷4)组织：P球A1温度 时 间3.组织：二、钢的正火1.工艺过共析钢:Accm以上3050加热后空冷共析钢:Ac1以上3050加热后空冷亚共析钢:Ac3以上3050加热后空冷2.目的中碳钢制一般零件:做为最终热处理低碳钢:调整硬度,以利切削过共析钢:消除网状 ,以利球化Fe3C共析钢:S亚共析钢:F+S 过共析钢:S+Fe3CA1温度 时 间3.淬火介质：三、钢的淬火共析、过共析钢:Ac1以上3050亚共析钢:Ac3以上3

8、0501.目的：获得马氏体,以提高硬度2.工艺：加热后快冷（大于临界冷却速度）1)理想的冷却速度钢的理想淬火冷却速度2)常用淬火介质水：淬冷能力强，但工件表面有软点，易变形开裂油：淬冷能力弱，但工件不易变形开裂盐水：淬冷能力更强，工件表面光洁、无软 点，但更易变形开裂4.常用淬火方法常用淬火方法示意图(a)单液淬火法 (b)双液淬火法 (c)分级淬火法(d)等温淬火法4.钢的淬透性1)钢的淬透性 钢在淬火时获得淬硬层深度 大小的能力淬硬层工件表面至半马氏体层之间的区域(a)顶端淬火法(b)淬透性曲线淬硬性正常淬火条件下,以超过临界冷却 速度冷却所形成的马氏体达到的硬 度高低.主要取决于钢的含碳

9、量.2)影响淬透性的主要因素合金元素：除Co外，其他都提高淬透性共析钢的最高钢的：%Cw3)如何在选材中考虑钢的淬透性横截面受力均匀的零件：淬透性要高横截面受力不均匀的零件：淬透性不必高避免脆性断裂的零件：淬透性不能高四、钢的回火3.回火的种类、组织、性能及应用1.工艺：将淬过火的钢在A1以下温度加热保温后空冷2.目的降低硬度，提高塑性消除内应力，降低脆性稳定组织，稳定尺寸应 用工具、滚动轴承弹 簧低温回火中温回火高温回火组 织温 度种 类 性 能 150250350500500650M回+A残T回S回高硬度高耐磨HRC5864适当的强、硬度足够的塑、韧性HRC2535高、高 一定韧性HRC3

10、545Se重要零件 过饱和固溶体+碳化物回火马氏体 ：M回 F+极细粒状 Fe3C回火托氏体 ：T回 F+细粒状 Fe3C回火索氏体 ：S回注意：相同硬度下M回 比 MT回 比 TS回 比 S 有更高强度，更好塑、韧性淬火马氏体（a）和回火马氏体（b）的显微组织钢的力学性能随回火温度的变化 a)不同含碳量的硬度变化 b)35钢的各种力学性能变化第四节 钢的表面热处理SURFACE HEAT TREATMENT OF STEEL1.目的：使工件表硬心韧，如曲轴、齿轮2.表面淬火用钢的碳含量一、表面淬火%5.04.0Cw过低：表面硬度不足过高：心部韧性不足3.常用方法火焰加热表面淬火感应加热表面淬

11、火火焰加热表面淬火示意图1烧嘴2喷水管3加热层4工件5淬硬层4.火焰加热表面淬火特点：设备简单，质量不易保证，适合单件生产5.感应加热表面淬火1)基本原理：感应电流的集肤效应2)感应电流频率感应加热表面淬火示意图1加热淬火层2间隙3工件4加热感应圈5淬火喷水套高频 100500KHz 深度小中频 50010000Hz 低频 50Hz 深度大4)后续热处理：低温回火3)预先热处理(1)目的：使工件心部具有高的综合力学性能(2)方法：一般零件:正火处理重要零件:调质处理(淬火高温回火)S回5)最终组织表层：中碳 M回+A残心部：或 P+F7)应用举例：中碳钢制齿轮制造工艺路线下料锻造退火粗加工调质

12、精加工 感应淬火低温回火精磨成品6)特点：设备复杂，质量高，适合批量生产THE END感应加热表面淬火齿轮的淬硬层分布THE END激光表面淬火的汽缸套气体渗碳法示意图二、表面化学热处理1.目的：改变工件表层化学成分、组织，从而改善工件性能2.常用方法渗碳渗氮3.钢的气体渗碳1)装置：气体渗碳炉2)渗碳用钢：低碳钢3)渗碳基本原理：碳原子在钢件表面 吸附、扩散4)渗碳剂：煤油，或甲醇丙酮，5)渗碳温度：9306)渗碳时间：一般为数小时十几小时7)渗碳后的碳浓度分布0至工件表面的距离0.21.0碳浓度，wC%8)一般工艺路线 如：用低碳钢制造汽车变速齿轮下料锻造正火机加工渗碳淬火低温回火精磨喷丸成品9)最终组织 表层：高碳 心部：P+F(未淬透),低碳(淬透)M回+粒状碳化物A残M回+F渗碳齿轮