机械工程材料及成形工艺基础 作者 张至丰 第五章钢的热处理.pptVIP

第五章 钢的热处理 概 述 热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。 奥氏体为碳溶解在γ-Fe中的间隙固溶体（如图）碳原子位于γ-Fe八面体中, 即面心立方点阵晶胞的中心或棱边的中心。 二、奥氏体晶粒长大及其控制 1、奥氏体的晶粒度 可用晶粒直径、单位面积中的晶粒数等方法来表示晶粒大小。 （1）起始晶粒度 加热转变终了时所得A晶粒度 （2）实际晶粒度 冷却开始时A晶粒度 （3）本质晶粒度 采用标准试验方法，930±10℃保温足够时间（3－8小时）所测得钢的晶粒大小——近年已用较少 (本质粗晶粒、本质细晶粒） （1）加热温度和保温时间： T加热 ↑→奥氏体晶粒↑；τ保温↑→奥氏体晶粒↑ （2）钢的成分 奥氏体中的碳含量↑→晶粒长大的倾向↑。若碳以未溶碳化物的形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。 钢中加入能形成稳定碳化物的元素（如：钛、钒、铌、锆等）和能生成氧化物和氮化物的元素（如：适量铝等），有利于得到本质细晶粒钢。磷和锰是促进晶粒长大的元素。 （1）含碳量(奥氏体的含碳量) 含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，C曲线右移 （2）合金元素 除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使C曲线右 移，形状也可能会发生改变。 （3）加热温度和保温时间 随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。 3、共析钢的过冷奥氏体等温转变 （1）高温转变区：在临界点A1以下，珠光体型组织转变区，A→P； （2）中温转变区：在A1以下、MS以上，发生贝氏体转变的区域，A→B。 （3）低温转变区：在MS以下，发生马氏体转变的区域，A→M；（见连续转变） 在转变终了线右边，对A→P而言，A全部转变为P；在转变终了线左边，对A→B而言，A不能全部转变为B，会保留有未转变的AR；在转变开始线和终了线之间为二相组织。 由于形状的缘故，上述C形曲线也称为C曲线，或TTT曲线(Time Temperature Transformation 的缩写)。 高温转变：A1～550℃ 一是铁、碳原子扩散 二是晶格重组 扩散型转变 下贝氏体形成过程示意图 中温转变：550 ℃～Ms点 转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力 转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物 共析钢的C曲线和CCT曲线比较及组织 亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变 马氏体形态与碳质量分数的关系 显微镜下的马氏体转变 第三节 钢的退火与正火 一、退火 将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫作退火。 二、正火 钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）和Accm（过共析钢）以上30～50℃，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺称为正火。 *退火和正火的目的 降低或提高硬度，便于进行切削加工 消除残余应力 细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能 为最终热处理作好组织准备 1、从切削加工性考虑 钢的硬度在170～260HBW范围内时，切削加工性能较好，碳的质量分数小于0.5％的结构钢选用正火为宜；碳质量分数大于0.5％的结构钢选用完全退火为宜；而高碳工具钢则应选用球化退火作为预备热处理。 2、从零件的结构形状考虑 对于形状复杂的零件或尺寸较大的大型钢件，以采用退火为宜。 3、从经济性考虑 因正火比退火的生产周期短，成本低，操作简单，故在可能条件下应尽量采用正火，以降低生产成本。 第四节 钢的淬火 将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得M组织的热处理工艺称为淬火。 淬火是钢的最重要的强化方法。 一、钢的淬火工艺 1、淬火加热温度 在一般情况下，亚共析钢的淬火温度为Ac3以上30～50℃；共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上30～50℃。 各种淬火方法示意图 二、淬火方法 1、钢的淬透性的概念 淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是钢材本身固有的属性，取决于M体的临界冷却速度 通常用淬透层深度来表示（在相同的加热条件下） 淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度 淬透性的实用意义 （1）含碳量 亚共析钢，含碳量增加，奥氏体稳定性增大，Ｃ曲线右移，淬透性提高 过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，Ｃ曲线左移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解) （2）合金元素 除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高 （3）加热温