材料力学第四章钢的热处理

1、,本章提要 1、学习目的和要求 通过本章的学习，熟悉钢在热处理过程中的组织转变产物的形态和性能；掌握退火、淬火、正火及热处理的工艺特点及应用；了解常见热处理缺陷、产生原因及预防措施；了解钢的热处理新技术。,本章提要 2、课程内容 （1）钢在加热时的组织转变（奥氏体的形成，奥氏体的晶粒度，晶粒大小及控制）； （2）钢在冷却时的组织转变（过冷奥氏体等温转变曲线，珠光体型转变，贝氏体型转变，马氏体型转变，过冷奥氏体连续转变曲线）； （3）钢的退火与正火（目的，工艺方法及应用）；,本章提要 （4）钢的淬火（淬火的目的，淬火温度，淬火介质，淬火方法，淬透性）； （5）钢的回火（回火的目的，回火的组织与性能变化，回火的种类及应用）； （6）钢的表面淬火和化学热处理（表面淬火的基本原理及应用，感应加热淬火，火焰加热表面淬火，渗碳，氮化，氰化）；,第一节 钢在加热时的组织转变 第二节 钢在冷却时的组织转变 第三节 钢的退火和正火 第四节 钢的淬火 第五节 钢的回火 第六节 钢的表面热处理,钢的热处理是通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改变其 内部组织结构，以获得所需性能的一种加工工艺。 热处理是

2、机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处 理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的 显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。,热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和 冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。,热处理工艺曲线,钢的热处理在生产上应用的种类很多，按加热和冷却方式的不同，大 致上可分为如下几种：,第一节 钢在加热时的组织转变 一、钢的临界温度 加热是热处理的第一道工序。在临界点以上加热，目的是获得均匀 的奥氏体组织，称奥氏体化。,第一节 钢在加热时的组织转变 二、奥氏体的形成 奥氏体形成的基本过程,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 1.奥氏体晶粒度的概念 起始晶粒度：珠光体刚刚转变成 奥氏体的晶粒大小。 实际晶粒度：某一具体加热条件 下所获得的奥氏体晶粒的大小。 本质晶粒度：根据标准试验方 法，在930+10, 保温3-8h,缓 冷,后测得的奥氏体晶粒大小。,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 1.

3、奥氏体晶粒度的概念,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 2.影响奥氏体晶粒大小的因素 加热温度：加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大。 保温时间：随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长， 晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。 加热速度：加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。 钢的化学成分：阻碍奥氏体晶粒长大的元素有Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、 Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成元素；促进奥氏体晶粒长大的 元素：Mn、P、C、N等。,第二节 钢在冷却时的组织转变 钢在热处理时的冷却方式 过冷奥氏体的转变方式有等温冷却转变和连续冷却转变两种。,加热,保温,等温冷却,连续冷却,温度,时间,临界温度,第二节 钢在冷却时的组织转变 一、过冷奥氏体的等温转变（奥氏体等转变图） C 曲线的建立,第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 1.珠光体型转变 铁素体与渗碳体片层相间，根据片层间距的不同分为： a)A1650：P，525HRC，片间距为0.60.7m，( 500 )。 b)650 600：

4、细片状P-索氏体(S)，片间距为0.20.4m，2536HRC。 c)600 550：极细片状P-托氏体(T)，片间距为0.2m，3540HRC。,a) b) c),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550Ms，根据其组织形态不同，分为： a)550 350：上贝氏体，过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值 b)350Ms ：下贝氏体，过饱和针状F弥散-Fe2.4C，综合性能好,a),b),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （1）马氏体的形成：非扩散相变，Ms以下, AM,第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （2）马氏体的组织形态：非扩散相变，Ms以下, AM a)低碳(1.0%)马氏体：针片状_硬而脆,a),b),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （3）马氏体转变的特点： a)非扩散型转变( Fe、C原子均不扩散 ) b)转变速度极快，即瞬间形核与长大 c)转变不完全性，总要残

5、留少量奥氏体 d)在一个温度范围内连续冷却完成 e)马氏体比体积较大，奥氏体转变为马 氏体会引起体积膨胀，产生很大内应力。,第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 4.马氏体的性能 高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳 量。含碳量增加，其硬度增加。当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体强化的主要原因是过饱和碳 引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马 氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板 条马氏体具有较好的塑性和韧性.,第二节 钢在冷却时的组织转变 三、影响等温转变图的因素 1.碳的质量分数 a)影响C曲线的形状（产物）,第二节 钢在冷却时的组织转变 三、影响等温转变图的因素 1.碳的质量分数 a)影响C曲线的位置（稳定性）,第二节 钢在冷却时的组织转变 三、影响等温转变图的因素 2.合金元素 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等

6、温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。,第二节 钢在冷却时的组织转变 四、过冷奥氏体的连续冷却曲线 1.过冷奥氏体的连续冷却转变图和等温转变图的比较,与过冷奥氏体等温转变图相比 a)孕育期不同 b)过冷度不同 c)转变产物不同,第二节 钢在冷却时的组织转变 四、过冷奥氏体的连续冷却曲线 2.过冷奥氏体的连续冷却转变图的应用,第二节 钢在冷却时的组织转变 四、过冷奥氏体的连续冷却曲线 2.过冷奥氏体的连续冷却转变图的应用,本章练习1 1、将5mm的T8钢加热至760并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体，托氏体+马氏体+下贝氏体+残留奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。 2、比较45钢经不同热处理后硬度值的高低，并说明原因 （1）45钢加热到700后，投入水中快冷 （2）45钢加热到750 后，投入水中快冷 （3）45钢加热到840 后，投入水中快冷

7、3、比较T12钢经不同热处理后硬度值的高低，并说明原因 （1）T12钢加热到700后，投入水中快冷 （2）T12钢加热到750 后，投入水中快冷 （3）T12钢加热到840 后，投入水中快冷,本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所对应的组织。,本章练习1 5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77的钢片加热至727以上，分别以不同方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。试问图中、点各是什么组织?定性地比较、点组织的硬度大小。,本章练习1 6、有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3 级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？,本章练习1 7、分析冷却后的室温组织,机械零件的一般加工工艺为： 毛坯（铸、锻）预备热处理机加工最终热处理。,退火与正火主要用于 预备热处理，只有当 工件性能要求不高时 才作为最终热处理。,第三节 钢的退火和正火,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 定义：把零件加温到某一温度,保温一段时间,然后随炉冷却。 目的：消

8、除应力；调整硬度；细化晶粒；均匀成分；为最终热处理作好 组织准备。,真空退火炉,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火,重结晶 退 火,低温 退火,完全退火,扩散退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,普通退火,等温退火,普通球化 退 火,等温球化 退 火,退火,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 完全退火：Ac3+3050，缓冷，得到 F+P；主要适用于c=0.3 0.6%的中 碳钢及中碳合金钢的铸件、锻件、轧制 件及焊接件 等温退火：亚共析钢，Ac3+3050， 共析、过共析钢，Ac1+2040，保温 后快冷到略低于Ar1的温度停留，待相 变完成后出炉空冷；适用于高碳钢、中 碳合金钢、经渗碳处理后的低碳合金钢 的大型铸、锻件以及冲压件,钢的退火加热温度范围,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 等温退火,高速钢等温退火与普通退火的比较,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 球化退火：过共析钢，Ac1+1020， 使片状碳化物成为球状；适用于共析和 过共析成分的碳钢和合金钢锻、轧件。,钢的退火加热温度范围,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 扩散退火（均匀化退火） 铸锭或铸件在凝固

9、过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150200)，保温时间长(10h以上) 去应力退火 用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 200 )，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至300 200 以下出炉。,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 再结晶退火 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒 重新转变为均匀的等轴晶粒。 目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。 特点：加热温度通常比理论再结晶温度高100 150 ，通常在去应力退 火温度之上。,第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火 正火是将亚共析钢加热到Ac3+3080，共析钢加热Ac1+3080， 过共析钢加热到Accm+3080，保温后空冷的工艺。 与退火相比，冷却的速度稍快，得到的组织较细小，所以强度、硬 度比退火的高。,45钢退火、正火状态的力学性能比较,第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火 正火的目的 (1) 改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性； (2) 作为普通结构零件或大型及形状复杂零 件的最终热处理； (3) 作为中碳和低合金结构钢重要零件的预 备热处理； (4) 消除过共析钢中的网状二次渗碳体 正火后的组织 S (Wc=0.61.4%)， S+F (Wc0.6%),第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火 正火与退火的选择 （1）从切削加工性考虑：作为预备热处理，低碳钢正火优于退火，而高 碳钢正火后硬度太高，必须采用退火 （2）从使用性能考虑：对于亚共析钢工件来说，正火比退火具有较好的 力学性能。如果零件的性能要求不高，则可用正火作为最终热处理。但当 零件形状复杂时，由于正火冷却速度快，有引起开裂的危险，则以采用退 火为宜 （3）从经济上考虑：正火比退火的

《材料力学第四章钢的热处理》由会员F****n分享，可在线阅读，更多相关《材料力学第四章钢的热处理》请在金锄头文库上搜索。