【正文】 鋼的合金化 ◆碳鋼的不足： 淬透性差； 強度和屈強比低； 回火穩(wěn)定性差； 應(yīng)用范圍小 ◆合金鋼： 向碳鋼中加入合金元素形成的一類鋼 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ◆合金元素存在形式： ◇ 溶于 F、 A中 (Co、 Al、 Cu、 Ni等 )； ◇ 形成碳化物 (V、 Ti、 W、 Mo、 Cr等 ) ◇ 形成其它類型化合物 (MnS、 FeCr、 Ni3Al等 ) CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (1)形成合金滲碳體 (Fe,Me)3C，硬度 ↑,難溶于 A，強化鋼 (2)形成碳化物：彌散的高硬質(zhì)點 →鋼的強、硬度 ↑,塑性、韌性 ↓ 一、合金元素對鋼的 平衡 組織和性能的影響 F 提高硬度，一般會降低韌性 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (1)擴大 A區(qū)的元素 ： Mn、 Ni、 N等 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (2)縮小 A區(qū)的元素 ： W、 Mo、 V、 Ti、 Cr等 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 二、合金元素對鋼的 熱處理 組織和性能的影響 ： A穩(wěn)定性提高，得 S、T甚至 B或 M ： (1)阻止 A晶粒長大 →淬火后得 細(xì)小 M (2)溶入 A的 Me(Co除外 )提高淬透性 (3)溶入 A的 Me(Co、 Al除外 ) AR量 ↑ CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (4)提高 回火穩(wěn)定性 －淬火鋼在回火狀態(tài)下抵抗硬度下降的能力 (5)二次硬化 － 400℃ 以上回火時產(chǎn)生彌散分布的碳化物，硬度 ↑ (6)回火脆性溫度區(qū)升高 注： CHAPTER 4 金屬材料強韌化 本章小結(jié) ： (1) 鋼的 TTT、 CCT曲線； (2) 過冷 A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能特點 (3) 淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的組織與性能 (4) 淬透性概念 (5) 常規(guī)熱處理工藝 2. 學(xué)習(xí)方法提示 ： 總結(jié) 5大轉(zhuǎn)變的性質(zhì)、溫度、特征、組織、性能和應(yīng)用。 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (1)氣體氮化 ： 氨氣分解， 500~580℃ ， ～ ，30~60h (2)離子氮化： 低真空容器中電離 N＋ ，滲 N速度快。 (1)介質(zhì)的 分解 ：介質(zhì)分解生成 活性原子 如：滲碳 2CO → CO 2 ＋ [C]； CH4 → 2H 2 ＋ [C] 滲氮 2NH3 → 3H 2 ＋ 2 [N] CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (2)工件表面 吸收 活性原子：活性原子進入工件表面，作為 溶質(zhì)原子 或與其他元素形成 化合物 (3)擴散 ：溶入原子向工件內(nèi)部擴散，形成一定厚度的滲層 。 一、表面淬火 將工件表面快速加熱至淬火溫度，在熱量 尚未傳到心部時快速冷卻，使表層淬硬而心 部未淬火的工藝方法 ◆ 原理：感應(yīng)器通電－工件感生電流－集膚效應(yīng)－工件表層溫度最高－淬火。 淬火＋高回＝調(diào)質(zhì) CHAPTER 4 金屬材料強韌化 167。具有良好 的綜合性能。主要應(yīng)用于要求彈性好的工件如彈簧、鋼絲繩等。 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ⑵中溫回火 (350～ 500℃ )： 回火托氏體 T回 。 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 三、淬火與回火 （一）淬火 將鋼件加熱至 Ac3(亞共析鋼 )或 Ac1 (過共析鋼 ) 以上 30～ 50℃ ，保溫后激冷，獲得高硬度的 M 亞共析鋼 ：完全 A化，無軟相 F，冷卻后得 M (或少量 AR) 共析鋼和過共析鋼： 加熱后組織為： A＋ Fe3C 淬火后為： M＋ Fe3C＋ AR CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ◆ 理想情況： 在 C曲線 “ 鼻尖 ” 處 v vc，保證過冷 A轉(zhuǎn)變?yōu)?M；其他慢冷，減小熱應(yīng)力，減輕工件變形和開裂傾向 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 冷卻介質(zhì) ：水，鹽水，油， 油水雙液；等溫淬火用鹽浴等 等 ⑴單液淬火法： 工件在單一介質(zhì)中冷卻 ⑵雙液淬火法 ：水淬油冷，油淬空冷 ⑶分級淬火法： 在 Ms附近的鹽浴或堿浴中等溫，工件溫度均勻后取出緩冷 ⑷等溫淬火： 在鹽浴或堿浴中等溫得 B下 ⑸冷處理： 鋼淬火到室溫后繼續(xù)深冷，減少 AR CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (二 )回火 ： ①消除應(yīng)力，降低脆性； ②穩(wěn)定尺寸和組織； ③獲得最終性能 ⑴ 低溫回火 (150～ 250℃ )： 得 M回 ， 58～ 65HRC，高硬度高耐磨，內(nèi)應(yīng)力和脆性降低。隨后正 (退 )火消除過熱缺陷 ： 工件加熱至 500~650℃ ，保溫后緩冷 ◆ 消除鑄件、鍛件、焊接件的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件形狀和尺寸 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 二、正火 將工件加熱至 Ac3或 Accm以上 30～ 50℃ ，保溫后空氣中 (風(fēng)中或噴霧 )冷卻 ◆ 細(xì)化晶粒，適當(dāng)提高中、低碳鋼的強度和硬度便于切削加工 ◆ 冷速快，使過共析鋼來不及結(jié)成 Fe3C網(wǎng)狀，便于球化退火 ◆ 正火效率高，成本低。 ◆ 常用于 ％ C以上 的亞共析鋼 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ： 共析和過共析鋼 加熱至 Ac1＋ 10～20℃ ,保溫后緩冷至 600℃ 左右 空冷 ,得到球狀 P ◆ 目的：①降低硬度，改善切削性能； ②為淬火做組織準(zhǔn)備 —— 減少淬火時由于激冷而產(chǎn)生的變形和開裂。 避免措施：快冷；減少鋼中雜質(zhì) CHAPTER 4 金屬材料強韌化 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 167。 1. 回火時的組織轉(zhuǎn)變 (1)淬火 M轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗?M(100～ 200℃ ) M回 — 過飽和 α－固溶體上分布著細(xì)小薄片狀 ε－碳化物 (2)殘余 A分解 (200～ 300℃ ) 過飽和 α－固溶體上分布著細(xì)粒 θ－碳化物 (3)碳化物類型轉(zhuǎn)變 (250～ 400℃ ) T↑, ε－ → χ－ Fe5C2 → θ－ Fe3C 回火托氏體 T回 ： F＋細(xì)粒 θ－ Fe3C CHAPTER 4 金屬材料強韌化 (4)碳化物長大與 α相再結(jié)晶 (400℃ ) 回火索氏體 S回 — 等軸細(xì)粒 F＋粒狀 θ－ Fe3C 2. 性能變化 隨回火溫度 ↑ ，強度、硬度 ↓，塑性 ↑ 3. 回火脆性 低溫回火脆性 (第一類～ )： 250～ 400℃ ； 與 V冷 無關(guān) 。 VKC’— 下臨界冷速 : 全部 P型轉(zhuǎn)變 Vmax ③ VKC— 上臨界冷速 : 過冷 A全部冷 到 Ms以下才發(fā)生轉(zhuǎn)變的 Vmin。而片狀 M的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，滑移系少，塑性韌性下降；含碳量高，相變膨脹量大，易產(chǎn)生微裂紋。 CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ◆ M的韌性 ：同樣強度的板條 M比片狀 M塑性韌性好得多。 ◆ 時效強化 ： M中過飽和 C原子在很低溫度下發(fā)生擴散，形成彌散相，對位錯有 “ 釘扎 ” 作用。透射電鏡觀察可見孿晶亞結(jié)構(gòu) . CHAPTER 4 金屬材料強韌化 馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系 %C %C 1..2%C CHAPTER 4 金屬材料強韌化 ③ M強化原因 ◆ 相變強化 ： M晶格切變后，產(chǎn)生大量晶體缺陷，如板條 M的高密度位錯，片狀 M的高密度孿晶等，阻礙滑移。形狀呈針片狀或竹葉狀，其立體形態(tài)是雙