1、第三章鋼的熱處理HEAT TREATMENT OF STEELn 什么是鋼的熱處理 通過對鋼件進行加熱、保溫、冷卻， 從而改變鋼件性能的操作SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END退火正火淬火回火表面淬火表面化學熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理特種熱處理形變熱處理SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END第一節鋼在加熱時的轉變TRANSFOEM

2、ATION OF STEELASBEING HEATED加熱保溫的目的：獲得成分均勻、晶粒細小的奧氏體SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END 一、奧氏體的形成 1. 共析鋼奧氏體的形成過程 共析鋼奧氏體的形成過程示意圖 2. 亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體形成過程 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END第二節奧氏體轉變圖TANSFORMATION DIAGRAM O

3、F AUSTENITE 一、奧氏體等溫轉變圖共析鋼曲線測定原理示意圖SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYTHE END1. 奧氏體等溫轉變圖測定原理 2. 共析鋼的奧氏體等溫轉變圖分析A1550珠光體型轉變550230貝氏體型轉變< 230馬氏體型轉變共析鋼的奧氏體等溫轉變圖SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY1)珠光體型轉變珠光體形成示意圖A1650650600珠光體(P)粗片

4、狀鐵素體與滲碳體交替排列的混合物細片狀鐵素體與滲碳體交替排列的混合物極細片狀鐵素體與滲索氏體(S) 600550托氏體(T) 碳體交替排列的混合物SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY不同等溫溫度形成的珠光體顯微組織 (a) 655 (b) 600 (c)534珠光體(P) 索氏體(S) 托氏體(T) SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)貝氏體型轉變貝氏體( B) 過飽和鐵素體與滲碳

5、體組成的混合物550350 上貝氏體( B上 )350230 下貝氏體( B下上貝氏體( B上) 相互平行的過飽和鐵素體片與分布在片間的斷續細小滲碳體組成的羽毛狀混合物脆性大性能差)共析鋼的奧氏體等溫轉變圖SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY上貝氏體形成示意圖上貝氏體的顯微組織(a)光鏡(b)掃描電鏡SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY下貝氏體( B下 ) 針葉狀的過飽和鐵素體與分布在

6、其中的極細小的滲碳體粒子組成的混合物脆性小性能好下貝氏體形成示意圖下貝氏體的顯微組織 (a)光鏡(b)掃描電鏡SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3)馬氏體型轉變T< 230 馬氏體( M )馬氏體( M) 碳在a-Fe中的過飽和固溶體> 1.0%)高碳馬氏體( wC片(或針)狀，硬而脆< 0.25%)低碳馬氏體(wC板條狀，強而韌共析鋼的奧氏體等溫轉變圖SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTON

7、G UNIVERSITY高碳馬氏體形成過程示意圖Fe-1.8 wt. % C合金冷卻到下列不同溫度形成高碳馬氏體的過程(a) 24 (b) 60 (c) 100 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高碳馬氏體的顯微組織a)淬火態b)回火態低碳馬氏體的顯微組織SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3. 亞共析鋼的奧氏體等溫轉變圖 與共析鋼的奧氏體等溫轉變圖相比，亞共析鋼的奧氏體等溫轉變圖

8、多一條 AF 轉變線亞共析鋼等溫轉變圖(a)與共析鋼等溫轉變圖(b)的比較SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 過共析鋼的奧氏體等溫轉變圖 與共析鋼的奧氏體等溫轉變圖相比，過共析鋼的奧氏體等溫轉變圖多一條 AFe3C轉變線過共析鋼等溫轉變圖(c)與共析鋼等溫轉變圖(b)的比較SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 5. 影響奧氏體等溫轉變圖的主要因素 1)碳含量的影響 形 狀 過共

9、析鋼的多一條AFe3C線 共析鋼的最靠右 2)合金元素的影響 形 狀 位 置 不講除Co外，其他都使“”曲線右 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 二、奧氏體連續冷卻轉變圖( 以共析鋼為例) 與“C”曲線相向右下方移動 比無貝氏體轉變 共析鋼奧氏體連續冷卻轉變圖（實線）與等溫轉變圖（虛線）的比較SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYv1 v2 v3 v4 P S T + M + AA

10、M +vC M +A共析鋼奧氏體等溫轉變圖在連續冷卻時應用示意圖SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第三節鋼的普通熱處理COMMON HEAT TREATMENT OF STEEL鋼的退火鋼的正火鋼的淬火鋼的回火SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、鋼的退火 完全退火球化退火去應力退火 均勻化退火 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERIN

11、G OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 1. 完全退火 工藝： Ac3 以上3050加熱保溫后， 隨爐冷卻至500以下出爐空冷適用于：中碳鋼1)2)A3A1溫度3)組織：時 間目的： 調整硬度，以利切削4)細化組織，提高力學性能SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 球化退火 工藝：Ac1以上3050加熱保溫后，在A1溫度上下

12、反復升溫降溫，后隨爐冷卻至600以下出爐空冷1)2)適用于：高碳鋼A1溫度組織： P球3)時間4)目的：調整硬度，以利切削SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY二、鋼的正火亞共析鋼: Ac3以上3050加熱、空冷共析鋼: Ac1以上3050加熱、空冷過共析鋼: Accm以上3050加熱、空冷 1. 工藝 3. 組織A1溫度亞共析鋼: F+SS共析鋼:過共析鋼: S+ Fe3C時間低碳鋼: 調整硬度,以利切削過共析鋼: 消除網狀Fe3C , 以利球化中碳鋼制一般零件: 做為最終熱處理SCHOO

13、L OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2. 目的SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 三、鋼的淬火 1. 目的獲得馬氏體,以提高硬度加熱后快冷（大于臨界冷卻速度） 亞共析鋼: Ac3以上3050共析、過共析鋼: Ac1以上3050 2. 工藝 3. 淬火介質1)理想的冷卻速度鋼的理想淬火冷卻速度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN

14、 JIAOTONG UNIVERSITY2)常用淬火介質 “神刀蒲元”的故 水：淬冷能力強，但工件表面有軟點，易變形開裂鹽水：淬冷能力更強，工件表面光潔、無軟點，但更易變形開裂油：淬冷能力弱，但工件不易變形開裂4. 常用淬火方法SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY常用淬火方法示意圖(a) 單液淬火法 (b) 雙液淬火法 (c) 分級淬火法 (d) 等溫淬火法SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVER

15、SITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 鋼的淬透性 1) 鋼的淬透性 鋼在淬火時獲得淬硬層深度大小的能力淬硬層工件表面至半馬氏體層之間的區域(a) 頂端淬火法(b) 淬透性曲線SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)影響淬透性的主要因素鋼的 wC %：合金元素：淬硬性正常淬火條件下,以超過臨界冷卻速度冷卻所形成的馬氏體達到的硬度高低.主要取決于鋼的含碳量.3) 如何在選材中

16、考慮鋼的淬透性 淬透性要高 淬透性不必高 淬透性不能高 橫截面受力均勻的零件：橫截面受力不均勻的零件： 避免脆性斷裂的零件： SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 四、鋼的回火 將淬過火的鋼在A1以下溫度加熱保溫后空冷 1. 工藝 降低硬度，提高塑性 2. 目的 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 3. 回火的種類、組織、性能及應用 種類低溫回火中溫回火高溫回火500650溫度150

17、250350500M回+A殘T回高s S、高s eS回組織適當的強、硬度足夠的塑、韌性HRC2535高硬度高耐磨HRC5864性能一定韌性HRC3545工具、滾動軸承彈簧應用重要零件SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY回火馬氏體 M回 過飽和a固溶體+碳化物極細粒狀 Fe3C細粒狀 Fe3CF+F+M回比 M T回比T S回比 S注意：相同硬度下SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高碳

18、馬氏體的顯微組織a)淬火態b)回火態SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY鋼的力學性能隨回火溫度的變化a)不同含碳量的硬度變化 b) 35鋼的各種力學性能變化SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第四節鋼的表面熱處理SURFACE HEAT TREA

19、TMENT OF STEEL 一、表面淬火使工件表硬心韌，如曲軸、齒輪 1. 目的過低：表面硬度不足過高：心部韌性不足wC= 0.4 - 0.5%火焰加熱表面淬火感應加熱表面淬火 3. 常用方法 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 4. 火焰加熱表面淬火特點：設備簡單，質量不易保證，適合單件火焰加熱表面淬火示意圖2噴水管 3加熱層 4工件1燒嘴5淬硬層SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSI

20、TY 5. 感應加熱表面淬火 1)基本原理感應電流的集膚效應感應電流頻率高頻 100500KHz 深度小中頻 50010000Hz2)低頻 50Hz深度大感應加熱表面淬火示意圖1加熱淬火層2間隙3工件4加熱感應圈5淬火噴水套SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3)預先熱處理(1) 目的：使工件心部具有高的綜合力學性能一般零件:重要零件:正火處理調質處理(淬火高溫回火)(2) 方法4)后續熱處理：低溫回火表層：中碳M回+A殘5)6)7)最終組織心部： S回或 P+F特點：設備復雜，質量高，適合批量生產應用舉例：中碳鋼制齒輪制造工藝路線下料鍛造退火粗調質精感應淬火低溫回火精磨成品SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE A