【正文】 第四章 材料的改性 改造材料性能的手段 改變材料的成分 采用不同的加工工藝改變材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 鋼的熱處理 熱處理： 將鋼在固態(tài)下采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、 保溫和冷卻以獲得所需的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝 要素：加熱、保溫、冷卻 時(shí)間 溫度 臨界溫度 保溫 熱處理特點(diǎn)： 只通過(guò) 改變工件的組織 來(lái)改變性能， 而 不改變其形狀。 熱處理適用范圍： 只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料， 不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。 熱處理的分類(lèi) 整體 熱處理 表面 熱處理 退火；正火； 淬火；回火； 表面淬火 化學(xué) 熱處理 感應(yīng)加熱淬火 火焰加熱淬火 滲碳；滲氮； 碳氮共滲； 熱處理 (1)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) (2)按零件 在生產(chǎn)中工藝流程的位臵和作用不同 為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或 進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。 預(yù)備熱處理 最終熱處理 賦予工件所要求的使用性能的熱處理 。 退火 — 將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷 )的熱處理工藝。 第二類(lèi)退火： 以改變組織與性能為目的 的退火工藝方法。 完全退火、等溫退火、球化退火等。 第一類(lèi)退火： 不以組織轉(zhuǎn)變?yōu)槟康?的退火工藝方法。 均勻化退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。 ② 工藝： 隨爐緩慢冷卻 至 500℃ 以下 空冷。 Ac3+30～ 50℃ ， 保溫一定時(shí)間， (1)完全退火 空冷 Fe C%→ A G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac3 Ac1 Ac3+30～ 50℃ ①目的： 細(xì)化組織；降低硬度、改善切削加工性能； 去除內(nèi)應(yīng)力。 ④應(yīng)用： wC=～ %的中碳及中碳合金鋼的鑄件、 鍛件、軋制件及焊接件。 不適于過(guò)共析鋼 C＜ %不宜用退火方式改善切削加工性能 ③ 組織： 平衡組織 對(duì)于某些 A比較穩(wěn)定的合金鋼， 需十幾個(gè)小時(shí)甚至幾天。 退火時(shí)間很長(zhǎng) 完全退火 的局限性： 保溫后 快冷到 Ar1以下 某一溫度下 等溫保溫 ， 使過(guò)冷 A轉(zhuǎn)變?yōu)?P體， ⑵等溫退火 ① 工藝： A Fe C%→ G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac3 Ar1 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac1 Ar1 Ac1+20～ 40℃ 空冷 相變完成后 空冷至室溫。 亞共析 Ac3+30～ 50℃ ； Ac3+30～ 50℃ 共、過(guò)共析 Ac1+20～ 40℃ 空冷 A→P ② 特點(diǎn)： 大大 縮短 合金鋼 (A較穩(wěn)定 )的 退火時(shí)間 。 ③ 應(yīng)用： A較穩(wěn)定的 合金鋼 轉(zhuǎn)變易控制 ，能獲得均勻的預(yù)期組織； 將鋼中 滲碳體球狀化 的退火工藝 ⑶球化退火 600℃ 空冷。 Fe C%→ A G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac1 Ar1 Ac1177。 10～ 20℃ 空 冷 空 冷 ① 目的： 降低硬度 ，提高塑性，改善切削加工性能； ② 工藝： Ac1177。 (10～ 20)℃ 保溫， 獲得均勻組織，改善熱處理工藝性能， 為以后 的淬火作組織準(zhǔn)備 。 等溫冷卻或緩慢冷卻， ③退火組織： 球狀 P(F+顆粒狀滲碳體 )。 ④ 應(yīng)用： 共析 和 過(guò)共析 成分的碳鋼和合金鋼鍛、軋件。 球化退火前 原始組織中 不允許有網(wǎng)狀 Fe3CⅡ 存在， 否則球化效果不好 (難以將網(wǎng)狀碳化物熔斷、球化 )。 如有，應(yīng)先進(jìn)行 正火 ，以 消除網(wǎng)狀 Fe3CⅡ 。 空冷 Fe C%→ A G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac3 1100℃ 左右 保溫 10～ 15h ② 工藝： Ac3+150～ 200℃ (溫度高 ) ，保溫 10～ 15h， 隨爐緩冷到 350℃ ， 出爐空冷。 ③ 退火組織： 粗大過(guò)熱平衡組織 退火后需進(jìn)行一次完全退火或正火來(lái)細(xì)化晶粒 ④ 應(yīng)用： 質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件或鍛件 (4)均勻化退火 (擴(kuò)散退火 ) ① 目的： 減輕化學(xué)成分偏析和組織不均勻性。 350℃ (5)去應(yīng)力退火 ①目的： 消除殘余內(nèi)應(yīng)力，提高工件尺寸穩(wěn)定性， 防止變形和開(kāi)裂。 (不發(fā)生組織的轉(zhuǎn)變 ) ② 工藝： 工件隨爐緩慢加熱到 Ac1(100～ 200)℃ 保溫， 隨爐緩慢冷卻至 200℃ 出爐 Fe C%→ A G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac1 500～ 650℃ 空冷 200℃ ③應(yīng)用： 鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機(jī)加工件 A Fe C%→ G P S Q 時(shí)間 /s 溫度/℃ Ac3（ Ac1） 正火 消除 過(guò)共析鋼 二次網(wǎng)狀滲碳體 ，有利于球化退 火的進(jìn)行。 (1)目的： 細(xì)化晶粒， 提高 低碳鋼、低碳低合金鋼 硬度 (140～ 190HBS)，改善切削加工性； 在靜止的空氣中冷卻。 Ac3(Ac1)+30～ 50℃ 空冷 加熱到 Ac3(或 Accm)+30～ 50℃ ，完全 A化后， (2)工藝： (3)組織： 偽共析組織 C%=%～ %， 偽共析的 P或 索氏體 S。 C%＜ %， S+有少量的 F。 (4)優(yōu)點(diǎn) (與退火比 ) 力學(xué)性能高 退火組織 正火組織 操作方便 生產(chǎn)周期短、耗能少 、低合金鋼的淬火返修件 注： 不適于高 合金鋼 (C曲線(xiàn)右移， 空氣中也能淬火 ) (5)應(yīng)用 鋼的淬火 ① 淬火加熱溫度 溫度過(guò)低 (＜ Ac3)： 淬火組織中有 F殘 。 Fe C%→ A G P S Q (1)鋼的淬火工藝 淬火 — 將鋼加熱到 Ac3或 Acl以上 ，保持一定時(shí)間后以 適 當(dāng)速度冷卻， 獲得 馬氏體和 (或 )貝氏體 組織。 溫度過(guò)高： A晶粒粗化， M粗大，使鋼的脆性增大； 淬火組織： 細(xì)小而均勻的 M。 Ac3+30～ 50℃ 預(yù)備熱處理組織： 退火 或 正火 組織。 淬火應(yīng)力增大， 易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。 氧化脫碳嚴(yán)重； 過(guò)共析鋼 — M+粒狀滲碳體 +A殘 (預(yù)備組織為 P球 ) 過(guò)共析鋼 加熱溫度 大于 Accm，有害： ⅰ )A的 C%增加， Ms和 Mf點(diǎn)降低，淬火后 A殘 增加，使 鋼的 硬度和耐磨性降低。 ⅱ )A晶粒粗大， M片粗 ，使鋼的脆性增大。 組織： 共析鋼 — M+A殘 Fe C%→ A G P S Q ⅲ )淬火 應(yīng)力大 ，工件表面 氧化 、 脫碳 嚴(yán)重。 、過(guò)共析鋼 過(guò)共析鋼組織中有未溶滲碳體， 淬火后鋼的硬度和耐磨性高。 Ac1+30～ 50℃ Ac1(Ac3)+50～ 100℃ 提高淬火溫度有利于合金元素在 A中充分溶解和均勻化。 ② 淬火介質(zhì) 得到 M；避免零件的變形和開(kāi)裂 A 時(shí)間 (s) 300 102 103 10 1 0 800 100 100 200 500 600 700 溫度 (℃ ) 0 400 A1 Ms Mf vk ⅰ )淬火冷卻速度必須大于 vk ⅱ )“鼻子”附近快冷； “鼻子”上方， 在不出現(xiàn)P前提下， 盡量緩冷 ，以降低零件的熱應(yīng)力； “鼻子”下方 M轉(zhuǎn)變區(qū)，應(yīng) 緩冷 ，減緩相變應(yīng)力。 此介質(zhì)不存在。 ⅰ )水 應(yīng)用： 只適于 尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單的碳鋼 零件淬火。 特點(diǎn)： 650～ 500℃ (“鼻子”附近 )，冷卻能力不夠。 300～ 200℃ (M區(qū) )不夠緩冷。 ⅱ )鹽水 5%～ 15%的鹽水溶液 650～ 500℃ 冷卻能力遠(yuǎn)大于水，且件 Ra低。 特點(diǎn)： 300～ 200℃ 冷卻能力也大于水，工件易產(chǎn)生變 形，甚至開(kāi)裂。 應(yīng)用： 用于 形狀簡(jiǎn)單、硬度要求較高而均勻、表面要 求光潔、變形要求不嚴(yán)格的碳鋼零件 。 螺釘、銷(xiāo)、墊圈 價(jià)廉 冷卻能力較強(qiáng) ⅲ )油 特點(diǎn)： 300～ 200℃ V冷 ＜水，零件 淬火應(yīng)力 大大降 低 。 650～ 500℃ V冷 小，對(duì) 防止過(guò)冷 A的分解不利 。 應(yīng)用： 過(guò)冷 A較穩(wěn)定的 合金鋼 或尺寸較小的碳鋼件。 (2)淬火方法 可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足 、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化 特點(diǎn)： ① 單液淬火法 (工件表面與心部溫差大 ) 應(yīng)用： 適用于 形狀簡(jiǎn)單的工件 。 ；油淬易硬度不足或硬度不均勻 A1 Ms Mf 時(shí)間 溫度 0 單液 V冷 小 ② 雙液淬火法 將 A化后的工件在水中冷卻到接近 Ms時(shí)，立即取出 放入油中冷卻。 應(yīng)用： 形狀中等復(fù)雜的高碳鋼小件和尺寸較大的合金鋼 零件。 特點(diǎn)： 既防止 A→M 發(fā)生中途分解，又 防止淬火變形、開(kāi)裂 (M相變?cè)诰? 冷的介質(zhì)中進(jìn)行 ) 條件理想 溫差較大 ； 工藝 操作困難 。 A1 Ms Mf 時(shí)間 溫度 0 單液 雙液 應(yīng)用： 適用于尺寸較小，要求變形小、尺寸精度高的工 件，如刀具、量具等。 ④ 等溫淬火 將 A化鋼件快冷到 B轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使 A→B下后，取出空冷。 特點(diǎn)： 淬火 應(yīng)力與變形極小， 有較高的塑性和韌性。 應(yīng)用： 常用來(lái)處理形狀復(fù)雜、尺 寸要求精確，強(qiáng)韌性高的工 具、模具和彈簧等。 A1 Ms Mf 時(shí)間 溫度 0 單液 雙液 分級(jí) 等溫 ⑤冷處理 將零件淬火至室溫后，立即放入 0℃ 以下的介質(zhì) (如 溫度為 78℃ 的干冰 +酒精 )