机械工程材料-钢的退火和正火-课件.ppt

1、5.3 钢的退火和正火钢的退火和正火1ppt课件5.3 钢的退火和正火 铜棒 24 mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？电缆线 0.15 mm2ppt课件 切削件的硬度在170230HB范围内，切削性能较好。刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？3ppt课件季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？4ppt课件5.3 钢的退火和正火5ppt课件 为什么将其安排在与 之间呢?为什么退火与正火有着非常广泛的应用?5.3 钢的退火和正火6ppt课件 在铸/锻造/焊接之后，钢件中不但残留有铸造或锻造应力，而且还往往存在着

2、成分和组织上的不均匀性，因而机械性能较低，还会导致以后淬火时的变形和开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备经过退火与正火后，钢的组织接近于平衡组织，其硬度适中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高时，退火或正火常作为最终热处理。5.3 钢的退火和正火7ppt课件 一.钢的退火 完全退火 等温退火 球化退火 去应力退火 扩散退火 二.钢的正火 三.退火和正火的选择 5.3 钢的退火和正火8ppt课件 定义：定义：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当 温度，保温一定时间，然

3、后缓慢冷却 （炉冷炉冷、坑冷、灰冷），以获得接近 平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。目的：目的：减轻钢的成分及组织的不均匀性，细化晶粒，调整硬度，消除内应力，为淬火作组织准备返回5.3 钢的退火和正火9ppt课件名称由来：经历完全奥氏体化过程问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师，你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？问题1:在相图的哪一个区域可以获得完全奥氏体组织？目的：细化，均匀化粗大、不均匀组织 接近平衡组织调整硬度切削性 消除内应力5.3 钢的退火和正火10ppt课件加热温度：Ac3以上20-30度温度过高：奥氏体晶粒粗大，综合机械性能下降（霍尔佩奇公式）温度过低：测

4、温仪器的偏差，适当顾及热处理效率5.3 钢的退火和正火11ppt课件答：答：完全退火不能用于过共析过共析钢钢，因为加热到Accm 以上再缓慢冷却时会得到平衡组织，平衡组织，即在晶界处即在晶界处析出网状渗碳体网状渗碳体，造成钢的脆化。应用范围：应用范围：亚共折钢，共析钢，不适用于过共析钢。不适用于过共析钢。反问：过共析钢的平衡组织？反问：过共析钢的平衡组织？网状渗碳体网状渗碳体问题：为什么不适用于过共析钢呢？问题：为什么不适用于过共析钢呢？5.3 钢的退火和正火12ppt课件完全退火组织P+F问题：问题：亚共析钢（共析钢）的平衡状态组织？平衡状态组织？返回5.3 钢的退火和正火13ppt课件等温

5、退火：等温退火：先以较快的速度，将工件加热到Ac3以上3050，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，使奥氏体转变成珠光体，待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。完全退火的缺点：完全退火的缺点：所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时解决：解决：为了缩短退火时间，可采用等温退火。5.3 钢的退火和正火14ppt课件可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。等温温度根据要求的组织和性能而定：等温温度越高，则珠光体组织越粗大，钢的硬度越低。返回5.3 钢的退火和正火15ppt课件 目的：目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韧性，改善切削加工性

6、；为以后淬火做准备。实质：实质：通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。5.3 钢的退火和正火16ppt课件球化退火工艺：球化退火工艺：Ac1以上20-40度保温，缓冷应用范围：应用范围：过共析钢，共析钢组织：组织：球状P（F+球状FeC3）返回5.3 钢的退火和正火17ppt课件去应力退火目的：去应力退火目的：消除铸、锻、焊件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的5.3 钢的退火和正火残余内应力。18ppt课件 将工件随炉缓慢加热至500650（A1点），保温一段时间后随炉缓慢冷却，至200出炉空冷。退火温度愈高，内应力消除越充

7、分，退火所需的时间越短。在去应力退火中不发生相变。返回返回5.3 钢的退火和正火19ppt课件为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以下100 200）的温度，长时间保温（10h15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火扩散退火或均匀化退火。返回返回5.3 钢的退火和正火 扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。20ppt课件 正火：将工件加热到Ac3或Accm以上3080，保温后从炉中取出在冷却。冷速快（空冷），组织细，强/硬度提高。应用范围广 保温温度高5.3 钢的退火和正火21ppt课件共析钢正火后组织：S，

8、而退火后组织：P。5.3 钢的退火和正火22ppt课件正火的应用（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。（3）用于过共析钢，消除网状Fe3C，有利于球化退火的进行。（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。返回5.3 钢的退火和正火23ppt课件（2）从使用性能上考虑）从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能。但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。（3）从经济上考虑）从经济上考虑 正火比退火的生产周期短，耗能少，操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑正火。（1）从切削加工

9、性上考虑）从切削加工性上考虑一般金属的硬度在HB170230范围内，切削性能较好。高则过硬，难加工，刀具磨损快；低则切屑不易断，刀具发热和磨损，加工后零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢、工具钢和中碳以上合金钢则以退火为宜。5.3 钢的退火和正火24ppt课件正火和退火工艺总结5.3 钢的退火和正火25ppt课件 淬火的定义和目的 钢的淬火工艺 钢的淬透性 5.3 钢的淬火5.3 钢钢的淬火的淬火26ppt课件 概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上3050，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体（或下贝氏体）的一种操作。目的：获得马

10、氏体（或下贝氏体）。27ppt课件下下板条板条针状针状返回返回28ppt课件淬火加热温度的选择 淬火冷却介质 淬火方法 中国古代淬火技术5.3 钢的淬火返回返回29ppt课件淬火加热温度是淬火工艺的主要参数。它的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以使淬火后获得细小的马氏体组织。为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般限制在临界点以上30一50范围。细小细小细小细小淬火加热温度的选择30ppt课件亚共析钢:温度：Ac3(3050)。组织：均匀细小的马氏体组织。温度过高:粗大马氏体组织，严重变形温度过低:组织中出现铁素体，硬度不足。“软点软点”淬火加热温度的选择31ppt课件共析钢和过共析钢

11、温度：Ac1(3050)组织：共折钢:均匀细小 M+少量 A 过共析钢:均匀细小 M+粒状 Fe3C+少量 A 有利于获得最佳硬度和耐磨性。温度过高：粗大的M+较多A，降低了钢的硬度和耐磨度性，增大淬火变形和开裂倾向。温度过低：？淬火加热温度的选择32ppt课件淬火加热温度的选择33ppt课件为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线。淬火加热温度的选择返回返回34ppt课件时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf在“鼻尖

12、”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。淬火冷却介质35ppt课件高温区高温区（650-550oC）低温区低温区（300-200oC）理想介质理想介质快快慢慢水水慢慢快快盐水盐水快快快快油油慢慢慢慢碱碱/硝盐浴硝盐浴慢慢特慢特慢淬火冷却介质36ppt课件应用应用水水形状简单、硬度要求高、变形度要求形状简单、硬度要求高、变形度要求不高的碳钢不高的碳钢盐水盐水油油合金钢和小尺寸碳钢合金钢和小尺寸碳钢碱碱/硝盐浴硝盐浴截面不大、形状复杂、变形要求严格截面

13、不大、形状复杂、变形要求严格的合金钢的合金钢淬火冷却介质37ppt课件单液淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入一种介质中连续冷却获得马氏体组织的一种淬火方法双液淬火：是先将奥氏体化后的钢件淬入冷却能力较强的介质中冷至接近MS点温度时快速转人冷却能力较弱的介质中冷却，直至完成马氏体转变。分级淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入稍高于MS点温度的盐浴中，保持到工件内外温度接近后取出，使其在缓慢冷却条件下发生马氏体转变。等温淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入高于MS点温度的盐浴中，等温保持，以获得下贝氏体组织的一种淬火工艺。淬火冷却介质38ppt课件亚共析钢亚共析钢 连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷 F+P空冷空冷

14、 F+S油冷油冷 T+M水冷水冷 M过共析钢过共析钢 连续冷却转变连续冷却转变炉冷炉冷 P+Fe3C空冷空冷 S+Fe3C油冷油冷 T+M+A水冷水冷 M+A返回返回39ppt课件中国在春秋晚期已掌握冶铁技术。战国时期，冶铁业已逐渐盛行，到了晚期，不仅能炼出高碳钢，并掌握了淬火技术，于是开始进入以铁兵器代替铜兵器的时代。战国晚期还出现了铁制铠甲。40ppt课件西汉史记天官书中有“水与火合为淬”一说，正确地说出了钢铁加热、水冷的淬火热处理工艺要点。汉书王褒传中记载有“清水淬其锋”的制剑技术。明代科学家宋应星在天工开物一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。返回返回41ppt课件钢的淬透

15、性一、淬透性的概念一、淬透性的概念 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小可用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。淬透层越深，表明钢的淬透性越好。HBbsak（a）（b）（c）淬火得M组织淬火后未得M组织42ppt课件淬透性与淬硬性？淬透性与淬硬性？淬透性淬透性是钢淬火时获得M的能力！淬硬性淬硬性是钢淬火获得M的硬度！淬透性与具体工件的淬透深度？淬透性与具体工件的淬透深度？淬透性淬透性是钢的一种属性，在相同的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是不变的！具体工件的淬透深度具体工件的淬透深度是指在实际生产条件下得到半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，受淬透性、工件尺寸、冷

16、却介质等的影响。钢的淬透性43ppt课件二、淬透性的影响因素二、淬透性的影响因素 主要为化学成分，除Co外，合金使VK,淬透性 奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都会影响淬透性 钢的淬透性44ppt课件三、淬透性的测定及表示方法三、淬透性的测定及表示方法 测定钢的淬透性的最常用的方法是末端淬火法末端淬火法（简称端淬法）。先将标准试样加热至奥氏体化温度，停留30 40min，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却，从试样的末端开始向上测量硬度值，得出硬度沿轴线方向的分布。淬透性实验淬透性实验钢的淬透性45ppt课件四、淬透性曲线的应用四、淬透性曲线的应用 根据淬透性曲线可以比较比较不同钢种

17、的淬透性大小 利用淬透性曲线可以确定钢棒的临界淬火直径临界淬火直径 利用淬透性曲线可推导圆钢淬火后横截面上的硬度分布硬度分布 淬透性与机械设计设计钢的淬透性46ppt课件5.5 钢的回火回火的主要目的是：l降低脆性 l稳定组织和工件尺寸 l获得要求的机械性能 回火回火是将淬火钢加热到临界点Acl以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。一、淬火钢在回火时的转变与回火组织一、淬火钢在回火时的转变与回火组织1.淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变 残余奥氏体转变残余奥氏体转变200-300 碳化物的转变碳化物的转变250-400 渗碳体聚集长大和渗碳体聚集长大和相再结晶相再结

18、晶400 以上以上 马氏体分解马氏体分解80-350 47ppt课件第五章 钢的热处理2.回火组织回火组织 碳钢的主要回火组织分为三类：n回火马氏体回火马氏体 n回火托氏体回火托氏体 n回火索氏体回火索氏体 二、回火钢的性能二、回火钢的性能淬火钢在回火过程中，回火温度回火组织钢的性能之间存在着一一对应关系。u回火温度越高，钢的硬度越低 u在较低温度（200-300）回火时，因淬火引起的内应力被消除，钢的屈服强度和抗拉强度都得到提高。48ppt课件第五章 钢的热处理三、回火种类三、回火种类淬火钢回火后的组织和性能决定于回火温度。按回火温度范围的不同，可将钢的回火分为三类：l 低温回火：低温回火：

19、回火温度范围一般为150250，得到回火马氏体组织。（HRC58-64）l 中温回火：中温回火：回火温度范围通常为350500，得到回火托氏体组织。（HRC35-45）l 高温回火：高温回火：回火温度范围通常为500650，得到回火索氏体组织。（HRC25-35）调质处理调质处理49ppt课件四、回火脆性四、回火脆性1.1.低温回火脆性低温回火脆性 淬火钢在250400温度范围内回火出现的脆性称为低温回火脆性，也叫第一类回火脆性。2.2.高温回火脆性高温回火脆性 淬火钢在500-650温度范围内回火出现的脆性称为高温回火脆性，又叫第二类回火脆性。不可逆回火脆性不可逆回火脆性可逆回火脆性，快速冷

20、却可消除可逆回火脆性，快速冷却可消除50ppt课件5.6 钢的表面淬火概念：概念：表面表面淬火淬火是采用快速加热的方法使工件表面奥氏体化，然后快冷获得表层淬火组织，而心部仍保持原来组织的一种热处理工艺。应用：应用：中低碳钢和中低碳合金钢特点：特点：a.加热速度快(几秒几十秒)b.加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体 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51ppt课件 表面淬火方法 1.感应加热表面淬火（）（）2.火焰加热表面淬火 3.接触电阻加热表面淬火 4.电解液加热表面淬火 5.激光加热表面淬火5.6 钢的表面淬火52ppt课件感应加热表面淬火

21、感应加热表面淬火示意图感应加热表面淬火示意图集肤效应示意图集肤效应示意图图5-28 感应加热表面淬火示意图1.感应加热的基本原理 感应加热是利用电磁感应原理，使工件表面产生密度很高的感应电流，将工件表层迅速加热。2.感应加热表面淬火的种类 1)高频感应加热表面淬火 2)中频感应加热表面淬火 3)工频感应加热表面淬火 53ppt课件火焰加热表面淬火54ppt课件激光表面处理示例核电站阀门盖修复 船用阻尼套激光强化 齿圈激光淬火 齿弧激光表面处理 55ppt课件电解液加热表面淬火 将工件淬火部位浸入电解液中，工件接阴极，电解槽接阳极。接较高电压的直流电后，电解液发生电解，在阴极上生成氢气，围绕工件

22、表面形成氢气膜，电流流经电阻大的氢气膜时产生大量的热量。迅速将浸入的工件表面层加热到淬火温度；断电后氢气膜消失，电解液变为冷却介质，使工件表面层淬火。56ppt课件电接触加热表面淬火57ppt课件5.7 钢的化学热处理一、化学热处理的基本过程化学热处理过程是一个比较复杂的过程。一般将它看成由渗剂渗剂的分解、工件表面对活性原子的吸收和渗入工件表面的原子向的分解、工件表面对活性原子的吸收和渗入工件表面的原子向内部扩散内部扩散三个基本过程组成。二、钢的渗碳将低碳钢放人渗碳介质中，在900950加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面以获得高碳渗层的化学热处理工艺称为渗碳渗碳。主要目的主要目的是提高工件表面

23、的硬度、耐磨性和疲劳强度，同时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。1.1.渗碳方法渗碳方法气体渗碳气体渗碳固体渗碳固体渗碳液体渗碳液体渗碳 零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱58ppt课件第五章 钢的热处理2.2.渗碳层成分、组织和厚度渗碳层成分、组织和厚度 低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐降低，直至渗碳钢的原始成分 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。3.3.渗碳后的热处理渗碳后的热处理1)直接淬火2)一次淬火59ppt课件钢的渗氮（气体氮化）钢的渗氮（气体氮化）概念：概念：在一定温度(一般在AC1以下)使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺 目的：目的：提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度 钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗 概念概念：在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗碳为主的化学热处理工艺。分类分类 中温气体碳氮共渗、低温气体碳氮共渗（气体软氮化）60ppt课件61ppt课件