【文章內容簡介】 00元 用10年 3)鐵素體不銹鋼: 15000元 用6年1):2):3) =1::2第四章 鋼的熱處理 167。1 概述一 鋼的熱處理: 把鋼在固態(tài)下加熱到一定的溫度進行必要的保溫,并以適當的速度冷卻到室溫,以改變鋼的內部組織,從而得到所需性能的工藝方法* 只改變組織和性能,能提高產品質量,延長機件壽命,節(jié)約金屬材料,所以,重要機件都要經過熱處理.(提問:前面學過的改善金屬材料性能的手段—固溶強化)熱處理工藝曲線: 各種熱處理都可以用溫度—時間的坐標圖形表示.應用廣泛:機械制造業(yè)中70% 拖拉機 制造業(yè)70~80% 量具 刃具 模具 滾動軸承等100% 二 目的 1 冶金 鍛 鑄 焊毛坯或成品,消除缺陷,(如機加)做好組織,性能,準備. 退火 正火 2 是鋼件的機械性能提高,達到鋼件的最終使用性能指標,以滿足機械零件或工具使用性能要求. 淬火+回火 表面淬火 化學處理l 依據:狀態(tài)圖 167。2 熱處理過程中的組織轉變 一 鋼在加熱時的組織轉變 1 臨界溫度: 狀態(tài)圖上 A1 : 共析線(PA)臨界溫度: A3 : A析出F(FA) 極緩慢冷卻 Acm : A 析出Fe3CⅡ( )實際加熱臨界溫度 Ac1 Ac3 A “過熱”Accm實際冷卻臨界溫度 Ar1 PAr3 A 析出F “過冷”Arcm 析出Fe3CⅡ 2組織轉變 1) 共析鋼: P(F+Fe3C)A(1) A晶核形成:F和Fe3C界面上先形成A晶核(因界面原子排列不規(guī)則,缺陷多,能量低)(2) A晶核長大:F晶格轉變,Fe3C不斷溶入A, A晶核不斷生成, 先消失.(3) 殘余滲碳體的溶解:隨保溫時間加長, 殘余Fe3C逐漸溶入A(4)A成分均勻化: A轉變完成后,各處含C濃度不均勻,繼續(xù)保溫,C充分擴散,得到單一的均勻A 這個過程是A重結晶的過程.2) 亞共析鋼: F+P—Ac1—F+A—Ac3A3) 過共析鋼: P+ Fe3CⅡAc1—A+ Fe3CⅡAccmA(晶粒粗化) 二 鋼在冷卻時的組織轉變(鋼在室溫時的機械性能不僅與加熱,保溫有關,與冷卻過程也有關)1 冷卻方式1) 連續(xù)冷卻: 時加熱到A的鋼,在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉變. 水冷 油冷 空冷(正火) 爐冷(退火)2) Ar1 (2) (1)等溫冷卻: 使加熱到A的鋼,先以較快的速度冷卻到Ar1線下某一溫度,成為過冷A,保溫,使A在等溫下發(fā)生組織轉變,轉變完,再冷卻到室溫. 等溫退火 等溫淬火 2 共析鋼冷卻時的等溫轉變 以共析鋼為例,進行一系列不同過冷度的等溫冷卻實驗,可以測出過冷奧氏體在恒溫下開始轉變和轉變終了的時間,畫到”溫度—時間”坐標系中,然后,把開始轉變的時間和轉變終了的時間分別連接起來,. 1) 高溫產物: Ar1 ～650℃ P 層片較厚 500X 顯微鏡 HRC1020650～600℃ 細珠光體 索氏體S HRC25~35 層片較薄 800~1000X600～550℃ 極細珠光體 屈氏體T HRC30~40 層片極薄 l a）以上三種均為F+ Fe3C 層片相間的珠光體，只是層片厚度不同。l b）由于過冷度從小到大，原子活動能力由強到弱，致使析出的滲 碳體和鐵素體層片越來越來薄。l c）珠光體層片越薄，塑變抗力越大，強，硬越大。 2）中溫產物 550~350℃ 上貝氏體 B上 電鏡下觀察，滲碳體不連續(xù)，短桿狀，分布于許多平行而密集的鐵素體條之間。350 ~ 230℃ 下貝氏體 B下 比B上 有較高強、硬、韌、塑。片狀過飽和F和其內部沉淀的碳化物組織（因為過飽和F有析出Fe3C傾向，但過冷度太大，導致碳原子沒能擴散超出F片，只是在片內沿一定晶面聚集，沉淀出碳化物粒子） 3）低溫轉變產物：230 ~ 50℃ 馬氏體（M）+殘余A 馬氏體：過飽和的α固溶體“M” （由于溫度低，原子活動能力低，晶格轉變完成，但是，C原子不能從面心中擴散出來，仍留在體心中，形成過飽和α固溶體） ∵ 晶格嚴重畸形，∴ M硬↑ HRC65 塑 韌 →0 3 共析鋼連續(xù)冷卻轉變 連續(xù)冷卻可能發(fā)生幾種轉變，很復雜。 共析鋼連續(xù)冷卻，只有珠光體轉變區(qū)和馬氏體轉變區(qū)。 珠光體轉變區(qū)：三條線構成：開始，終了，終止線冷卻速度過“開始”“終了”線，組織為珠光體冷卻速度過“開始”“終止”線，組織為珠光體和馬氏體冷卻速度不過珠光體區(qū)，則為M 167。3 鋼的熱處理工藝 熱處理: 整體熱處理: 退火 正火 淬火 回火 表面熱處理: 表面淬火 化學熱處理—滲碳 滲氮 一 退火 將鋼件加熱到高于或低于鋼的臨界點,保溫一定時間,隨后在爐內或埋入導熱性較差的介質中緩慢冷卻,以獲得接近平衡的組織,這種工藝叫—目的: 1) 降低硬度—切削加工 2) 細化晶粒,改善組織—提高機械性能 3) 消除內應力—淬火準備4) 提高塑性,韌性—冷沖壓, 冷拉拔 1 完全退火:將鋼加熱到Ac3以上30~50℃,保溫一定時間后,緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織(P+F)的熱處理工藝.目的:通過完全重結晶,使鍛,鑄,焊件降低硬度,便于切削加工,同時可消除內應力,使A充分轉變成正常的F和P.應用: 亞共析鋼* 不能用于共析鋼,∵在Accm以上緩冷,會析出網狀滲碳體(Fe3CⅡ),脆性↑ 2 不完全退火:將共析鋼或過共析鋼加熱到Ac1以上20~30℃,適當保溫,緩慢冷卻的熱處理工藝 又叫球化退火.目的:使珠光體組織中的片狀滲碳體轉變?yōu)榱罨蚯驙?這種組織能將低硬度,.應用:共析鋼,過共析鋼(球化退火) 3 等溫退火：將鋼件加熱到Ac3A（亞共析鋼）或Ac1(共析鋼或過共析鋼)以上,保溫后較快地冷卻到稍低于Ar1的溫度,再等溫處理,A轉變成P后,出爐空冷.目的: 節(jié)省退火時間,得到更均勻的組織,性能.應用: 合金工具鋼,高合金鋼 4 去應力退火:將鋼加熱到Ac1以下某一溫度(約500~650℃)保溫后緩冷. (又叫低溫退火)目的:消除內應力應用:鑄,鍛,焊*不發(fā)生相變,重結晶 例子:杯裂 5 再結晶退火:將鋼件加熱到再結晶溫度以上150~250℃,即650~750℃,保溫,空冷. 目的: 發(fā)生再結晶,消除加工硬化. 應用: 冷扎,冷拉,冷壓等 * 可能相變 6 擴散退火: 均勻化退火,高溫進行 目的:消除偏析,應用:鑄件二 正火 鋼件加熱到Ac3(亞)或Accm(過共)以上30~50℃,保溫,空冷* 正火作用與退火相似,區(qū)別是正火冷速快,得到非平衡的珠光體組織,細化晶粒,效果好,能得到片層間距較小的珠光體組織. 與退火對比 含碳量工藝碳素結構鋼(HB)碳素工具鋼(HB)≤~%~%~%退火≤150150220220229187217(球化)正火≤156156228230280229341實踐表明:工件硬度HB170230時,對切削有利正火目的:1 提高機械性能 2 改善切削加工性 3 為淬火作組織準備—大晶粒易開裂 對于過共析鋼,正火能減少二次滲碳體的析出,使其不形成連續(xù)的網狀結構,有利于縮短過共析鋼的球化退火過程,經正火和球化退火的過共析鋼有較高的韌性,淬火就不易開裂,用于生產過共析鋼的工具的工藝路線: 鍛造—正火—球化退火—切削加工—淬火, 回火—磨 低碳鋼,正火代替退火,中C鋼: 正火代調質(但晶粒不均) 三 淬火將鋼件加熱到Ac3(亞)或Ac1(過)以上3050℃,經過保溫,然后在冷卻介質中迅速冷卻,以獲得高硬度組織的一種熱處理工藝.目的:提高硬度,耐磨性應用:工具,模具,量具,滾動軸承.組織:淬火冷卻:決定質量,. 1 常用淬火法: 1) 單液淬火(普通淬火):缺點: 水冷,易變形,開裂. 油冷:易硬度不足,或不均優(yōu)點: 易作,易自動化. 2) 雙液淬火:先在冷卻能力較強的介質中冷卻到300℃左右,再放入冷卻到冷卻能力較弱的介質中冷卻,獲得馬氏體.對于形狀的碳鋼件,先水冷,后空冷.優(yōu)點: 防低溫時M相變開裂. 3) 分級淬火:工件加熱后迅速投入溫度稍高于Ms點的冷卻介質中,(如言浴火堿浴槽中)停25分(待表面與心部的溫差減少后再取出)取出空冷. 應用:小尺寸件(如刀具淬火) 防變形,開裂 優(yōu)點: 工藝理想,操作容易 缺點: ∵在鹽浴中冷卻,速度不夠大 ∴只適合小件 4) 等溫淬火:將加熱后的鋼件放入稍高于Ms溫度的鹽浴中保溫足夠時間, 使其發(fā)生下貝氏體轉變,隨后空冷. 應用: 形狀復雜的小零件,硬度較高,韌性好,防變形,開裂. 例子:螺絲刀(T7鋼制造) 用淬火+低溫回火 HRC55, 韌性不夠,扭10176。時易斷 如用等溫淬火, HRC55~58 韌性好, 扭90176。不斷 等溫淬火后如有殘余A,需回火, AF. 如沒有殘余A,不需回火 缺點:時間長 2 鋼的淬透性與淬硬性 淬透性:鋼在淬火時具有獲得淬硬層深度的能力. 淬硬性:在淬火后獲得的馬氏體達到的硬度,它的大小取決于淬火時溶解在奧氏體中的碳含量. 四 回火 將淬火后的鋼加熱到Ac1以下某一溫度,保溫一定時間,后冷卻到室溫的熱處理工藝. 目的:消除淬火后因冷卻快而產生的內應力,降低脆性,使其具有韌性,防止變形,開裂,調整機械性能. 1 低溫回火:加熱溫度 150~250℃組織: 回火馬氏體—過飽和度小的α固溶體,片狀上分布細小ε碳化物目的: 消除內應力,~64應用: 量具,刃具 低碳鋼: 高塑性,韌性,較高強度配合 2 中溫回火:加熱溫度 350~500℃組織: 極細的球(粒)狀Fe3C和F機械混合物. (回火屈氏體)目的:減少內應力,提高彈性,硬度略降.應用:(~%)彈簧,模具 高強度結構鋼 3 高溫回火:500~650℃組織: 回火索氏體—較細的球(粒)狀Fe3C和F機械混合物.目的: 消除內應力,較高韌性,硬度更低.應用: 齒輪,曲軸,連桿等(受交變載荷)淬火+高溫回火調質 五 表面淬火 表面層淬透到一定深度而中心部仍保持原狀態(tài).應用:既受摩擦,又受交變,沖擊載荷的件.目的:提高表面的硬度,有利的殘余應力. 提高表面耐磨性,疲勞強度加熱方法:1 火焰: 單間小批局部,質量不穩(wěn) 2 感應加熱: 質量不穩(wěn) 六 化學熱處理 工件放在某種化學介質中加熱,保溫,使化學元素滲入工件表面,改善工件表面性能.應用: 受交變載荷,強烈磨損,或在腐蝕,高溫等條件下工作的工件.滲C: 表面成高碳鋼,細針狀高碳馬氏體(~%),心部又有高韌性的受力較大的齒輪,軸類件固體滲碳, 液體滲碳,氣體滲碳(常用:滲碳劑如甲醇+丙酮 900~930℃)如: 低碳鋼,表層:P+Fe3CⅡ 內部:P+F