资源预览内容
第1页 / 共22页
第2页 / 共22页
第3页 / 共22页
第4页 / 共22页
第5页 / 共22页
第6页 / 共22页
第7页 / 共22页
第8页 / 共22页
第9页 / 共22页
第10页 / 共22页
亲,该文档总共22页,到这儿已超出免费预览范围,如果喜欢就下载吧!
资源描述
第六章 钢的热处理概 述 一、 什么是热处理?用加热、保温和冷却的方法,改 变钢的组织,提高其性能的一种工 艺。二、钢的临界点 钢实际加热(冷却)时的相变温度比平衡条件下的温度高(低)一 些。平衡条件下 加热时 冷却时A1(PSK线) Ac1 Ar1A3(GS线) Ac3 Ar3Acm(ES线) Accm ArcmAccm与 Arcm 都可简写为Acm 三、热处理的分类普通热处理: 退火、正火、淬火、 回火;表面热处理:表面淬火、化学热处理;特殊热处理:真空热处理、形变热处理、可控气氛热处理 16 1 钢在加热时的组织转变一、奥氏体的形成 根据 Fe - Fe3C 相图,钢在加热时发生珠光体向奥氏 体的转变,此转变过程称奥氏体化。共析钢: P A亚共析钢:P + F A + F A过共析钢:P + Fe3C A+ Fe3C A热处理时应进行适当时间的保温。保温的目的是使工 件各部分温度一致,组织转变充分均匀。2二、 奥氏体的晶粒度1. 奥氏体的晶粒的长大钢形成奥氏体后继续加热或保温,晶粒将会长大(此过程会 使晶界面积减小,降低能量,能自发进行)。奥氏体的晶粒度对钢的力学性能有重要影响。2. 几个概念起始晶粒度:奥氏体刚形成时的晶粒大小。实际晶粒度:在实际加热条件下的奥氏体晶粒大小。本质晶粒度:在规定加热条件下的奥氏体晶粒大小。为比较不同钢的奥氏体晶粒长大的倾向,把不同钢种在规定 条件下加热保温(930,8h),比较其晶粒大小。晶粒易长大的称本质粗晶粒钢,晶粒不易长大的称本质细晶 粒钢。3三、影响奥氏体晶粒长大的主要因素1. 加热温度越高,保温时间越长,则奥氏体晶粒越大。2. 晶粒长大是一原子扩散的过程,在加热时钢的组织中若 有未溶质点存在,则扩散阻力增大,故可阻碍奥氏体晶 粒长大。加热时未溶的碳化物质点可阻碍奥氏体晶粒长大,故:碳化物形成元素可以细化晶粒,碳化物形成元素越强,作用越显著。过共析钢在Ac1 Acm之间加热,可获得较细小的奥氏体晶粒。 46 2 钢在冷却时的组织转变一、 过冷奥氏体的等温转变曲线 Time-Temperature-Transformation1. 共析碳钢的过冷奥氏体的等温转 变曲线 (简称TTT曲线或C曲 线)过冷奥氏体:在A1以下的奥氏体。建立:实验方法,如右图。 孕育期:C曲线上曲线与纵轴间 的距离。在550左右处孕育期 最短,过冷奥氏体最不稳定。此 处称C曲线的鼻部。52. 转变产物及性能 珠光体型转变 发生在鼻部以上(Ar1 550 ) 产物为层片状的 F 与 Fe3C 机 械混合物,如右图所示。 随温度由高至低,层片由粗到 细,分别称为珠光体(P)、索 氏体(S)、屈氏体(T),硬 度逐渐升高,同时韧性也有改 善。P、S 、T的比较见下表:名 称 代号 转变温度 片间距m 硬度HRC 珠光体 Pearlite P Ar1 650 0.4 0.7 25索氏体 Sorbite S 650 600 0.25 0.4 35 25屈氏体 Troostite T 600 550 0.25以下 40 35 6贝氏体型转变 贝氏体: bainite 发生在鼻部以下( 550Ms) 产物也为F与Fe3C机械混合物, 随温度由高至低,分别称为: 上贝氏体 B上、下贝氏体 B下 , 其形貌、性能如下表所示:名 称 符 号 形 成 温 度 形 貌 性 能 上贝氏体 B上 550 350 羽毛状 HRC4050, 韧性差 下贝氏体 B下 350 Ms 竹叶状 HRC5055, 韧性好 B下具有优良的综合力学性能,生产实践中应用于要求高强韧 性的工件(如工模具等)。7 上贝氏体的形貌为羽毛 状, 如右图所示: 下贝氏体的形貌为竹叶 状, 如右图所示:8马氏体型转变产生:奥氏体急冷至Ms(约230)线以下,过冷度极大, 转变趋势极大,奥氏体极快地由 fcc 变成 bcc,而碳原子来 不及扩散,形成碳在 Fe中的过饱和间隙固溶体,即马 氏体,Martensite (M)。形貌:决定于奥氏体的含碳量: 当Wc 1.0%时,全部形成针片状马氏体 M片; 当Wc 0.2%时,全部形成板条状马氏体 M条; 当0.2%Wc1.0%时,形成混合马氏体。性能:因碳在 Fe中的过饱和,晶格严重畸变,所以M片具有高硬度高强度,但塑性韧性低;M条具有较高硬度强度,塑性韧性也较好。9板条状马氏体的形貌 针片状马氏体的形貌 马氏体转变的主要特点 转变驱动力极大,转变中无原子扩散,高速形成。 转变总是进行不完全,存在残余奥氏体 A。但碳素钢的残余奥氏体 少,可忽略。合金钢则不能忽略。 在Ms以下降温过程中形成,等温过程马氏体量不增加。 转变过程伴随体积膨胀,导致工件变形。103. 非共析碳钢C曲线 亚共析碳钢的C曲线还有一条 AF 转变线(F是先共析相 ); 过共析碳钢的C曲线还有一条 AFe3C 转变线( Fe3C是先 共析相) :114. 合金元素对C曲线的影响 加热时,合金元素溶入奥氏体后一般都使C曲线右移(钴 元素除外),孕育期变长。这是合金元素提高钢淬透性的 理论根据。某些合金元素使C曲线出现二个鼻子。12二、过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 Continuous Cooling Transformation(CCT曲线)1. CCT曲线的建立、形状及转变组织都 与TTT曲线相似。主要区别:共析钢和过共析钢的 CCT无贝氏体转变。在生产实践中一般以TTT曲线代替 CCT曲线分析连续冷却转变组织。2. 应用根据TTT(或CCT)曲线可以方便 地解决以下问题:冷却方式 所得组织3. 临界冷却速度:在连续冷却过程中只发生马氏体转 变的最小冷却速度(图中Vk)。136 3 钢的整体热处理概 述1. 机械零件加工的一般工艺流程铸(锻)造成形 预先(备)热处理 粗加工 最终 热处理 精加工2. 热处理工序的作用预先(备)热处理 :包括退火、正火。消除铸(锻)件的组织缺陷,均匀组织,细化晶粒,降低 硬度,消除应力。最终热处理 :包括淬火、回火。形成零件使用时需要的组织和性能。14一、退火 annealing1. 完全退火 用于亚共析钢加热温度Ac3 + 2030,保温后缓 慢冷却。 组织:F + P 降低硬度,均匀组织。 2. 球化退火 用于过共析钢加热温度Ac1 + 2030,保温后 缓慢冷却。在两相区保温时,形成 A +大量 未溶的 Fe3C 颗粒。缓冷过程中产生的 Fe3C 依附于 未溶的Fe3C 颗粒长大,最后形成 :铁素体基体上分布着颗粒状 Fe3C,即粒状珠光体,这种组织 硬度低,利于切削加工。 153. 去应力退火 加热至Ac1以下(250400),保温后缓冷。 无组织变化,用于铸、锻、焊及冷变形件去除应力。二、正火 normalizing 1. 工艺: 加热温度: 亚共析钢 Ac3 + 3050 过共析钢 Acm + 3050 冷却方式:保温后在空气中冷却。 2. 组织: 亚共析钢 :F(少量) + S(或T) 过共析钢: Fe3C (少量) + S(或T) 3. 主要作用:亚共析钢:在低、中碳钢中代替完全退火。过共析钢:因空气冷却速度较快,先共析相 Fe3C 的析出量 较少,不能连成网状,故起到消除网状组织的作用。16三、淬火 quenching 将钢加热至临界点以上保温后,以大于临界冷却速度的冷速 冷至Ms点以下获得马氏体的热处理工艺。1. 加热温度亚共析钢: Ac3 + 3050 淬火组织: M + A(少量)过共析钢: Ac1 + 3050 保温时组织:A + Fe3C(粒) 淬火组织:M +A少量 + Fe3C(粒)保温时未溶的Fe3C(粒)可阻碍 奥氏体晶粒长大,淬火组织中 Fe3C(粒)可以提高钢的耐磨性。最终得到高硬度、高耐磨性及适 当韧性的淬火组织。172. 冷却方法原则:淬火时既要快冷获得M ,又要尽可能减小内应力, 减少变形和开裂。单液淬火:碳钢 水合金钢 油。双液淬火:水淬油冷。分级淬火:冷却时短暂停留 ,减小冷却温差。等温淬火:获得下贝氏体。18四、回火 tempering 1. 目的:淬火组织为M + A,不稳定,内应力大,脆性大,所以钢 淬火后必须 回火。淬火钢再加热至Ac1以下某温度保温后冷却,获得回火组织,可以稳定组织,消 除应力,降低脆性,调整性能。2. 回火组织与性能:回火时 碳化物逐渐析出,A 逐渐消失,形成碳化物分布在 M 或 F 的基体之上的 粒状组织。随回火温度升高,颗粒渐粗, 硬度渐低。因此组织粒度可调,材料性能可调。与片状组织相比,粒状组织在相同强度时韧性更好,具有更好的综合力学性能。回 火 组 织 符 号 形成温度 硬 度 及 应 用 回火马氏体 M回 150250 高硬度、高耐磨性用于工模具、轴承、齿轮表面等回火屈氏体 T回 350500 HRC 3545各类弹簧回火索氏体 S回 500650 HRC 2535 用于要求强韧性配合的零件,如轴类等 193. 回火温度低温回火: 150250 ;中温回火: 350500 ;高温回火: 500650 ,淬火 + 高温回火又称为调质。五、钢的淬透性与淬硬性 1. 淬硬性:淬火得到马氏体硬度的高低。影响淬硬性主要因素是:马氏体内含碳量越多,硬度越高。 2. 淬透性:淬火得到马氏体层的深度,即得到马氏体多少的能力。影响淬透性主要因素是:加热时溶入A的合金元素越多,C曲 线就越右移,则零件淬火时得到的M越多,淬透性就越好。合金钢的淬透性优于碳素钢。20 6 4 钢的表面热处理一、 表面淬火:对工件表面快速加热,迅速冷却,只使 表面发生相变。1. 加热方法: 感应加热、火焰加热。 2. 选用钢种:中碳钢、中碳合金钢。 3. 工序位置:整体热处理(调质)、精加工以后进行。后接低温回火。 4. 性能:表硬里韧,变形小。 5. 典型零件:机床齿轮。21二、化学热处理1. 概念:将工件置于一定化学介质中加热、保温,介质中的活性 原子渗入工件表面,然后进行渗后热处理,既改
网站客服QQ:2055934822
金锄头文库版权所有
经营许可证:蜀ICP备13022795号 | 川公网安备 51140202000112号