工程材料基礎(chǔ) 教學(xué)課件 作者 張文灼 趙振學(xué) 主編 第4章 鋼的熱處理.ppt

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1、第四章鋼的熱處理熱處理概念、特點(diǎn)及功用概念在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，從而改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，最終獲得所需性能的工藝方法熱處理的四大要素加熱溫度加熱速度保溫時間冷卻速度特點(diǎn)不改變工件的形狀，只改變材料的組織結(jié)構(gòu)和性能無固態(tài)相變的材料不能用熱處理來進(jìn)行強(qiáng)化功用提高鋼的使用性能，改善鋼的工藝性能減少零件的重量，延長產(chǎn)品使用壽命，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益熱處理分類鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變固態(tài)臨界點(diǎn)鋼在固態(tài)下進(jìn)行加熱、保溫和冷卻時將發(fā)生組織轉(zhuǎn)變Ar1Ar3AccmAC1AC3AccmA1A3AcmS平衡相

2、變臨界點(diǎn)：A1、A3、Acm加熱相變臨界點(diǎn)：Ac1、Ac3、Accm冷卻相變臨界點(diǎn)：Ar1、Ar3、Arcm轉(zhuǎn)變臨界點(diǎn)偏移距離與加熱和冷卻速度有關(guān)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變過程共析鋼奧氏體化加熱奧氏體化奧氏體晶核形成奧氏體晶粒長大殘余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化亞共析鋼和過共析鋼奧氏體化亞共析鋼過共析鋼先進(jìn)行：PA然后：先析出相A完全奧氏體化不完全奧氏體化影響奧氏體轉(zhuǎn)變過程的因素加熱溫度和加熱速度含碳量原始組織勻細(xì)合金元素T2T1△T1△T2奧氏體化加速T加奧氏體化加速奧氏體化加速碳化物形成元素非碳化物形成元素Co、Ni

3、奧氏體化變慢奧氏體化加速奧氏體化加速奧氏體晶粒大小及控制晶粒度：表示晶粒大小的一種尺度1～4級為粗晶粒，5～8級為細(xì)晶粒，超過8級為超細(xì)晶?？刂仆緩郊訜釡囟群捅貢r間鋼的成分（增加未溶碳化物比例）加入能形成穩(wěn)定碳化物或穩(wěn)定氧化物的元素鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與冷卻方式和冷卻速度有關(guān)過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過冷奧氏體區(qū)奧氏體穩(wěn)定區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)混合區(qū)高溫中溫低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)及性能高溫轉(zhuǎn)變（珠光體型轉(zhuǎn)變）A1～550℃轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀組織，即珠光體型組織。等溫溫度越低，鐵素體層和滲碳體層越薄

4、，層間距越小，硬度越高。根據(jù)片層的厚薄不同，這類組織又可細(xì)分為三種，分別稱為珠光體（P）、索氏體（S）和托氏體（T）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體型轉(zhuǎn)變）550℃~MS（馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度）貝氏體用符號“B”表示，它仍是由鐵素體與滲碳體組成的機(jī)械混合物，但其形貌及滲碳體的分布與珠光體型不同，硬度也比珠光體型的高上貝氏體下貝氏體低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體型轉(zhuǎn)變）轉(zhuǎn)變溫度低于MS鐵、碳原子均不能進(jìn)行擴(kuò)散，碳將全部固溶在α-Fe的晶格中，這種含過飽和碳的固溶體稱為馬氏體，用符號M表示根據(jù)組織形態(tài)的不同，馬氏體可分為高碳馬氏體（針狀）和低碳馬氏

5、體（板條狀）兩種硬而脆較高的強(qiáng)度、良好的韌性和塑性過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變在生產(chǎn)實(shí)踐中，過冷奧氏體大多是在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生轉(zhuǎn)變的，如在爐內(nèi)、空氣里、油或水槽中冷卻鋼的退火鋼的退火是將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上的適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（通常隨爐冷卻）以獲得接近平衡的珠光體組織的熱處理工藝退火目的降低硬度，提高塑性，以利于切削加工或繼續(xù)冷變形細(xì)化晶粒，消除組織缺陷，改善鋼的性能，并為最終熱處理作組織準(zhǔn)備消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工作尺寸，防止變形與開裂為后續(xù)熱處理做準(zhǔn)備完全退火完全退火是一種將鋼加熱到Ac3以上

6、30～50℃，保溫一定時間，緩慢冷卻（隨爐或埋入石灰和砂中冷卻）至500℃以下，然后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝一般常作為一些不重要工件的最終熱處理或作為某些重要件的預(yù)先熱處理使熱加工造成的粗大、不均勻的組織均勻化和細(xì)化；或使中碳以上的碳鋼及合金鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，并降低硬度、改善切削加工性能；還可消除殘余應(yīng)力完全退火的保溫時間按鋼件的有效厚度計(jì)算。在箱式電爐中加熱時，碳鋼厚度不超過25mm需保溫1h，以后每增加25mm厚度延長0.5h；合金鋼每20mm保溫1h。保溫后的冷卻一般是關(guān)閉電

7、源讓鋼件在爐中緩慢冷卻，當(dāng)冷至500～600℃時即可出爐空冷等溫完全退火等溫完全退火是將鋼件或毛坯加熱到高于Ac3或Ac1的溫度，保溫適當(dāng)時間后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度，并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后在空氣中冷卻的退火工藝加熱過程較易控制，能獲得均勻的預(yù)期組織，比完全退火所需時間短球化退火得到球狀珠光體主要用于共析鋼和過共析鋼制造的刀具、量具及模具等零件降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，以獲得均勻的組織，改善熱處理工藝性能，并為以后淬火做組織準(zhǔn)備普通球化退火時采用隨爐緩冷，至50

8、0～600℃出爐空冷；等溫球化退火則先在Ar1以下20℃等溫足夠時間，然后再隨爐緩冷至500～600℃出爐空冷。球化退火是一種將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫一定時間，并緩慢冷卻，使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝均勻化退火均勻化退火又稱擴(kuò)散退火，是將鋼加熱到略低于固相線的溫度(1050～1150℃)下長期加熱，長時間保溫（10～20h），然后緩慢冷卻，以消除或減少