第四章 鋼的熱處理PPT學(xué)習(xí)課件.ppt

第四章金屬材料熱處理(HeatTreatmentofSteel),概述鋼的普通熱處理工藝鋼的表面熱處理工藝機(jī)械制造過(guò)程中的熱處理,1,第一節(jié)概述,1、熱處理:是指將金屬材料(鋼)在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻,以改變鋼的組織結(jié)構(gòu),獲得所需要性能的一種工藝.,為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過(guò)程，通常用溫度時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。,2,2、熱處理特點(diǎn):熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。,3、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。,3,2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。,3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)。,4.熱處理的分類,熱處理,普通熱處理,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;,4,一.鋼的退火(Annealingofsteel),一)定義:把鋼加溫到預(yù)定溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢冷卻后（通常隨爐冷卻），獲得接近于平衡組織的熱處理工藝,二)目的:消除應(yīng)力;降低硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。,退火,5,（1）完全退火,工藝規(guī)范：加熱溫度，Ac3+3050保溫時(shí)間；據(jù)零件大小，裝爐量多少和加熱方式而定冷卻方式：隨爐冷卻，實(shí)際應(yīng)用為了縮短生產(chǎn)周期，冷至600后往往出爐空冷。主要適用于亞共析鋼.將其加熱到Ac3+3050使鋼材完全奧氏體化,緩慢冷卻后獲得接近于平衡狀態(tài)的珠光體組織.使熱加工過(guò)程中造成的粗大不均勻組織均勻細(xì)化,降低硬度,提高塑性,改善加工性能,消除內(nèi)應(yīng)力.缺點(diǎn):所需時(shí)間較長(zhǎng),生產(chǎn)率低。特別是某些奧氏體化比較穩(wěn)定的合金鋼，退火時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十小時(shí)以上，所以一般對(duì)合金鋼大件常采用等溫退火工藝。,6,將鋼件加熱保溫后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變的溫度范圍內(nèi)，等溫保持到奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織，然后出爐空冷。,等溫退火與完全退火目的相同，但等溫退火可以通過(guò)控制等溫溫度，更快地獲得所需要的均勻組織和性能，退火效果好，大大縮短了退火時(shí)間。,7,（2）球化退火,、工藝規(guī)范：加熱溫度：Ac1+1030、保溫時(shí)間：以充分使二次滲碳體球化為原則。、冷卻方式：經(jīng)過(guò)保溫后采用空氣中冷卻。使用于共析鋼和過(guò)共析鋼。、球化原因：使鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體和珠光體中的片狀滲碳體球化，降低材料硬度，改善切削加工性，為最終熱處理做準(zhǔn)備。球化退火保溫時(shí)間較長(zhǎng)，以保證二次滲碳體球化。為了獲得較好的球化效果，對(duì)于含碳量高、網(wǎng)狀滲碳體嚴(yán)重的鋼，應(yīng)在退火前用正火消除網(wǎng)狀滲碳體。,8,T10鋼球化退火組織(化染)500,9,（3）擴(kuò)散退火,、工藝規(guī)范：加熱溫度：Ac3+150200以上（10501150），長(zhǎng)時(shí)間保溫（1015h）后隨爐冷卻。主要使用合金鋼大型鑄、鍛件。目的是為了消除其化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性。缺點(diǎn)：擴(kuò)散退火容易使鋼的晶粒粗大，影響力學(xué)性能，因此，一般擴(kuò)散退火后仍需進(jìn)行完全退火或正火，以細(xì)化擴(kuò)散退火中因高溫和長(zhǎng)時(shí)間的保溫所產(chǎn)生的粗大組織。,10,（3）、去應(yīng)力退火,、工藝規(guī)范：加熱溫度：Ar1以下，通常為Ar1以下，一般為500650，充分保溫后緩慢冷卻至200出爐空冷。去應(yīng)力退火加熱溫度低，在退火過(guò)程中無(wú)組織變化。目的是為了消除毛坯和零件中的殘余應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸及形狀，減少零件在切削加工和使用過(guò)程中的變形和開(kāi)裂傾向。、保溫時(shí)間：一般保溫時(shí)間都較短、冷卻方式：隨爐緩冷至200左右出爐。,11,把零件加溫到Ac3（亞共析鋼）或Accm以上3050,保溫一段時(shí)間，然后在空氣中冷卻。目的：（1）對(duì)普通碳、低合金鋼和力學(xué)性能要求不高的結(jié)構(gòu)件，可作為最終熱處理。（2）對(duì)低碳素鋼用來(lái)調(diào)整硬度，避免切削加工中“粘刀”現(xiàn)象，改善切削性能（3）對(duì)共析鋼、過(guò)共析鋼用來(lái)消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作好組織準(zhǔn)備。正火比退火加熱溫度高，冷卻速度快，冷卻后組織中鐵素體量少，珠光體彌散度大，得到的索氏體組織比退火的珠光體組織細(xì)，故正火比退火具有較高的力學(xué)性能。同樣的鋼件在正火后強(qiáng)度和硬度比退火后高,二、正火,12,另外，正火生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，操作簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)性好。低碳鋼含碳量少，經(jīng)過(guò)正火處理后的強(qiáng)度和硬度與退火后的差不多，所以在條件允許的情況下，盡量采用正火。,13,四)工藝參數(shù):,14,三、淬火,把鋼材加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼和過(guò)共析鋼）以上3050，經(jīng)過(guò)保溫后在冷卻介質(zhì)中水）迅速冷卻，得到以馬氏體和貝氏體為主的的熱處理工藝。淬火的目的：提高鋼的力學(xué)性能，強(qiáng)化材料。例如：過(guò)共析鋼退火后硬度為25HRC，而淬火后為62HRC。淬火工藝的選擇對(duì)淬火工件的質(zhì)量影響較大。淬火工藝的選擇對(duì)淬火工件的質(zhì)量影響較大，如果選擇不當(dāng)，容易使淬火件力學(xué)性能不足或產(chǎn)生過(guò)熱，馬氏體晶粒粗大和變形開(kāi)裂等缺陷，嚴(yán)重的會(huì)造成零件報(bào)廢。因此，對(duì)淬火工藝提出更為嚴(yán)格的要求,15,一、淬火溫度和加熱時(shí)間,碳鋼亞共析鋼,淬火溫度為Ac3+3050。淬火后的組織為均勻細(xì)小的馬氏體。,16,加熱溫度小于Ac3。淬火組織為馬氏體和鐵素體，強(qiáng)度、硬度低。,加熱溫度大于Ac3。將導(dǎo)致馬氏體晶粒粗大并引起工件變形。,17,過(guò)共析鋼淬火溫度:Ac1+3050.淬火組織:M+Fe3C顆粒+A。,T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織,溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開(kāi)裂傾向增加。,18,2、合金鋼由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。亞共析鋼淬火溫度為Ac3+50100。共析鋼、過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac1+50100。,鋼坯加熱,19,五)淬火加熱時(shí)間()的選擇:,=KD,20,冷卻是決定鋼的淬火質(zhì)量的關(guān)鍵。根據(jù)VkCCT曲線可知，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度才能獲得全部進(jìn)行馬氏體轉(zhuǎn)變，但冷卻速度過(guò)快又不可避免地造成很大內(nèi)應(yīng)力，使工件產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。,二、淬火介質(zhì),21,理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小,內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒(méi)有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。,22,油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).,23,2.常用的淬火冷卻介質(zhì),24,三、淬火方法,采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,25,2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過(guò)鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀,復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。,26,3、分級(jí)淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。,可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。,鹽浴爐,27,4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。,28,1.碳鋼的淬火工藝是將其工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后采用的冷卻方式是（）。A隨爐冷卻B在風(fēng)中冷卻C在空氣中冷卻D在水中冷卻2.正火是將工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后采用的冷卻方式是（）。A隨爐冷卻B在油中冷卻C在空氣中冷卻D在水中冷卻3.完全退火主要用于（）。A亞共析鋼B共析鋼C過(guò)共析鋼D所有鋼種,29,4.退火是將工件加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后采用的冷卻方式是（）。A隨爐冷卻；B在油中冷卻；C在空氣中冷卻D在水中冷卻5亞共析鋼加熱到AC1AC3之間某溫度，水冷后組織為.A馬氏體+珠光體；B馬氏體+鐵素體；C馬氏體+殘余奧氏體；D鐵素體+滲碳體6常用淬火冷卻介質(zhì)有、和。7常用淬火方法有淬火、淬火、淬火和淬火。8.含碳量為0.4%的碳鋼分別經(jīng)過(guò)退火、正火和淬火后，那種工藝處理后鋼材的硬度最高，那種工藝處理后硬度最低？,30,7確定碳鋼淬火加熱溫度的基本依據(jù)是-AC曲線BFeFe3C相圖C鋼的Ms線DCCT曲線判斷正誤1.過(guò)共析鋼完全退火后能消除網(wǎng)狀滲碳體。2.完全退火主要應(yīng)用于過(guò)共析鋼。3.去應(yīng)力退火的溫度一般在500650,因此退火過(guò)程是沒(méi)有相變的。4去應(yīng)力退火可以細(xì)化鋼的晶粒。5鋼的含碳量愈高，淬火加熱溫度愈高。簡(jiǎn)答題1在C曲線上畫(huà)出常用的幾種淬火方法，并說(shuō)明單液淬火方法的優(yōu)缺點(diǎn)。,31,四.鋼的回火(Temperingofsteel),為什么鋼要進(jìn)行回火？鋼在淬火后一般很少直接使用，因?yàn)榇慊鸷蟮慕M織馬氏體和殘余奧氏體，馬氏體雖然強(qiáng)度、硬度高，但塑性差，脆性大，在交變載荷和沖擊載荷作用下極易斷裂；此外，淬火后組織是不穩(wěn)定的，在室溫下就能緩慢分解，產(chǎn)生體積變化而導(dǎo)致工件變形。因此，淬火后的零件必須進(jìn)行回火才能使用。回火的定義一)定義:把淬火后的零件重新加熱到低于Ac1的某個(gè)溫度,保溫一段時(shí)間,然后冷卻到窒溫的熱處理工藝。,32,二)回火的目的:1.消除內(nèi)應(yīng)力鋼在淬火后，存在較大的內(nèi)應(yīng)力，加上淬火馬氏體性能較脆時(shí)，容易出現(xiàn)開(kāi)裂，有的零件淬火當(dāng)時(shí)未裂，在大的內(nèi)應(yīng)力作用下，放置或稍有受力就開(kāi)裂。利用回火可以消除或減小內(nèi)應(yīng)力，達(dá)到防止以后變形開(kāi)裂。2.穩(wěn)定組織和尺寸淬火后的組織為馬氏體加殘余奧氏體，它們都是不穩(wěn)定組織，使用過(guò)程中溫度發(fā)生變化，它們都會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，會(huì)帶來(lái)零件的尺寸和性能的變化。利用回火讓可能的變化的熱處理時(shí)發(fā)生，得到的亞穩(wěn)組織在使用過(guò)程中不再發(fā)生變化，達(dá)到穩(wěn)定零件的組織性能和尺寸。,33,3.調(diào)整性能淬火后得到的馬氏體在含碳量較高時(shí)，材料的硬度高，脆性大，通過(guò)回火處理，控制回火的溫度和時(shí)間，達(dá)到需要的強(qiáng)度、塑性和韌性。,未經(jīng)淬火的鋼回火無(wú)意義，而淬火鋼不回火在放置使用過(guò)程中易變形或開(kāi)裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火,34,1.淬火鋼回火過(guò)程中的組織變化淬火后的組織為馬氏體+殘余奧氏體，都是不穩(wěn)定組織，本身有向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，回火過(guò)程加熱和保溫加速這一過(guò)程的發(fā)展。,（1）馬氏體的分解（200以下）回火溫度100時(shí)，鋼的組織和體積無(wú)變化。100-200加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出-碳化物(-FeXC)，使馬氏體過(guò)飽和度降低，正方度降低。析出的-碳化物具有密排六方晶格，它是以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，其數(shù)量隨鋼中含碳量增多而增多。這種彌散的-碳化物和與它保持共格聯(lián)系的低碳馬氏體稱回火馬氏體，用M回表示。,二）回火組織變化及性能變化,35,2殘余奧氏體的分解（200300）殘余奧氏體也是不穩(wěn)定組織,由于溫度升高,碳原子的擴(kuò)散速度加快和馬氏體不斷分解,造成體積縮小,減少了對(duì)殘余奧氏體的壓力,促使殘余奧氏體發(fā)生分解。殘余奧氏體從200開(kāi)始分解，到300左右分解基本完成。200300是下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度范圍，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榕c回火馬氏體近似的下貝氏體?；鼗瘃R氏體的組織與下貝氏體非常相像，難以區(qū)分,統(tǒng)一稱為回火馬氏體。,36,3.滲碳體的形成（250400）在250以下由馬氏體和殘余奧氏體分解生成的碳化物和較低程度的過(guò)飽和固溶體,隨著溫度升高進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變。由于碳原子析出、擴(kuò)散能力增強(qiáng),過(guò)飽和固溶體含碳量下降至正常含碳量,由體心正方晶格變?yōu)轶w心立方晶格,即鐵素體。而亞穩(wěn)定狀態(tài)的碳化物也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的細(xì)顆粒狀的滲碳體。碳化物和母相的共格關(guān)系消失，固溶體與滲碳體各形成自己的界面，導(dǎo)致了內(nèi)應(yīng)力的大量消除。此階段所形成的組織為鐵素體與極細(xì)粒狀滲碳體的混合物，即回火托氏體。,37,4滲碳體的聚集長(zhǎng)大（400以上）回火托氏體中的鐵素體晶體內(nèi)位錯(cuò)密度很高，還沒(méi)有完全失去其馬氏體形態(tài)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，內(nèi)部組織發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變時(shí)，產(chǎn)生位錯(cuò)密度較低的鐵素體等軸狀晶粒，而滲碳體也不斷聚集長(zhǎng)大，固溶強(qiáng)化作用逐漸減弱?；鼗饻囟仍礁?，滲碳體質(zhì)點(diǎn)越大，彌散度越小，則鋼的硬度和強(qiáng)度越低，塑性、韌性越高。此時(shí)的組織主要是回火索氏體”,38,從低溫到高溫的回火過(guò)程中，鋼在100-200回火時(shí)產(chǎn)生的主要變化是馬氏體的含碳量降低（馬氏體分解）；在200-300回火時(shí)，主要變化是殘余奧氏體分解；在300-400回火時(shí)，主要是滲碳體的全部析出及內(nèi)應(yīng)力基本消除；在400以上回火時(shí)，是滲碳體聚集粗化（碳化物尺寸增大）,39,回火時(shí)的性能變化回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。,40,其原因是由于回火溫度的提高，產(chǎn)生馬氏體分解，滲碳體析出和聚集長(zhǎng)大，固溶強(qiáng)化消失，彌散強(qiáng)化減弱，內(nèi)應(yīng)力消除過(guò)程而形成?；鼗鸾M織與過(guò)冷奧氏體直接分解的組織的區(qū)別：回火組織與過(guò)冷奧氏體直接分解的組織相比，均具有較優(yōu)的性能。在硬度相同時(shí)，回火托氏體與回火索氏體比托氏體、索氏體具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。其主要原因是過(guò)冷奧氏體直接分解出來(lái)的滲碳體是片狀滲碳體，而回火組織轉(zhuǎn)變的是顆粒狀滲碳體。片狀滲碳體在受力時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成裂紋和具有較大的脆性，所以受交變應(yīng)力和沖擊作用的重要零件應(yīng)采用淬火和高溫回火處理，以獲得較高的力學(xué)性能。,41,根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。,淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱調(diào)質(zhì).,回火工藝及應(yīng)用,42,回火馬氏體組織金相圖,43,回火屈氏體組織金相圖,44,回火索氏體組織金相圖,45,回火脆性,淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢通過(guò)該溫度區(qū)間的脆化現(xiàn)象，即在此溫度區(qū)間產(chǎn)生的組織，其沖擊韌性反而顯著降低，這種現(xiàn)象稱為回火脆性。,46,回火脆性,第一類回火脆性：又稱不可逆回火脆性或低溫回火脆性，是淬火鋼在300左右回火時(shí)所產(chǎn)生的回火脆性。,第二類回火脆性：又稱可逆回火脆性或高溫回火脆性，是含有Ni、Cr、Mn的鋼淬火后，在脆化溫度（450550）回火，或經(jīng)更高溫度回火后緩慢冷卻通過(guò)脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的脆性。這種脆性可通過(guò)高于脆化溫度的再次回火后快冷以消除，消除后如再次在回火溫度區(qū)回火，或更高溫度回火后緩慢冷卻通過(guò)脆化溫度區(qū)，則重復(fù)出現(xiàn)。,47,第一類回火脆性產(chǎn)生的原因：鋼材在此溫度范圍內(nèi)，碳化物沿馬氏體的晶界析出并不斷增厚，割裂了基體的連續(xù)性使鋼的韌性下降，所有鋼幾乎都存在第一類回火脆性，第一類回火脆性不易消除，應(yīng)避免在此溫度區(qū)回火。但可用更高溫度的回火提高韌性，以后再次在300回火則不再重復(fù)出現(xiàn)。,第二類回火脆性產(chǎn)生的原因：鋼中Ni、Cr、Mn等合金元素本身在回火時(shí)易產(chǎn)生晶界偏析，而且還促使其他雜質(zhì)元素偏聚在晶界，造成高溫回火脆性。第二類回火脆性僅在部分材料中發(fā)生，且回火后采用快速冷卻可以抑制其發(fā)生，也稱可逆回火脆性。對(duì)具有第二類回火脆性的鋼在高溫回火后必須采用快速冷卻或加入合金元素W、Mo、Nb消除或減弱回火脆性。,48,1.在鋼的回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，淬火鋼的組織轉(zhuǎn)變可以歸納為以下四個(gè)階段：馬氏體的分解，殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，（），（）。2.鋼的高溫回火的溫度范圍在（），回火后的組織為（）。3.鋼的低溫回火的溫度范圍在（），回火后的組織為（）。4.鋼的高溫回火的溫度為（）。A500B450C400D3505.鋼的中溫回火的溫度為（）。A350B300C250D2006.鋼的低溫回火的溫度為（）。A400B350C300D250,49,7.可逆回火脆性的溫度范圍是（）。A150200；B250300；C400550；D5506508.不可逆回火脆性的溫度范圍是（）。A150200；B250300；C400550；D5506509.調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)淬火和高溫回火后的組織是回火馬氏體。10.在生產(chǎn)中，習(xí)慣把淬火和高溫回火相結(jié)合的熱處理方法稱為預(yù)備熱處理。11.淬火后的鋼在回火時(shí)，回火溫度越高，其強(qiáng)度和硬度越高。2某鋼材調(diào)質(zhì)處理與正火后性能比較，硬度相當(dāng)，為什么調(diào)質(zhì)處理后的強(qiáng)度、塑韌性更好？,50,六、鋼的淬透性,1.淬透性的概念,淬透性是指在規(guī)定的淬火條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。通常用在規(guī)定的淬火條件下（工件尺寸、淬火介質(zhì)）所能獲得的淬硬層深度來(lái)表示。同樣形狀和尺寸的工件，在同樣加熱和冷卻條件下淬火，由于鋼種類不同，淬硬層的深度也不同。它是一種材料特性，與零件的尺寸和淬火工藝無(wú)關(guān)。同樣淬透性的鋼，用不同冷卻方法得到的淬硬層深度是不一樣的。,51,52,淬硬層深度當(dāng)試樣尺寸較大時(shí)，從表面向內(nèi)冷卻速度逐漸減小，當(dāng)冷卻速度低于Vk，就不能得到全部馬氏體，隨著深度的加深，馬氏體的數(shù)量愈來(lái)愈少，得到一定的深度后，冷卻速度低于Vk，根本不能發(fā)生馬氏體相變。所以大尺寸試樣想全部得到馬氏體是不可能的，隨著馬氏體數(shù)量的減少，對(duì)應(yīng)的硬度也不斷下降，通常把淬火鋼從表面到馬氏體組織占50處的距離成為淬硬層深度。實(shí)際淬硬層的深度除了與材料本身有關(guān)外，還與試樣的大小、冷卻方式有密切的關(guān)系。,53,淬透性與淬硬層深度之間的關(guān)系兩者之間并不是同一概念，鋼的淬透性是鋼材本身固有的屬性，它不受其他外部工藝條件的影響，而鋼的淬硬層深度雖然取決鋼的淬透性，但規(guī)定條件如果改變，淬透性高的鋼材淬硬層深度不一定深。例如,工件尺寸大,淬火冷卻介質(zhì)冷卻能力低,即便淬透性高的鋼材也很不容易獲得較大的淬硬深度。因?yàn)榇蠊ぜ牟繙囟雀撸绊懥慵鋮s速度。工件小，淬火介質(zhì)冷卻快，很容易獲得較大的淬硬層深度，甚至可以全部淬透。,54,鋼的淬硬性是指鋼在淬火時(shí)所能獲到的最高硬度。淬硬性大小主要決定于馬氏體的含碳量。馬氏體含碳量越高則淬硬性越高。在馬氏體含碳量相同的條件下，馬氏體量越多，則淬硬性越高。淬硬性是反映鋼材在淬火時(shí)的硬化能力。,55,影響鋼的淬透性的因素是鋼的臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性越大。Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.,鋼的含碳量。在亞共析鋼范圍內(nèi)，隨含碳量的增加，臨界冷卻速度降低，鋼的淬透性提高，而在過(guò)共析鋼范圍內(nèi)，隨含碳量的增加，臨界冷卻速度增大，鋼的淬透性降低。,共析鋼的C曲線最靠右，Vk越小，鋼的淬透性最好,56,合金元素。除Co外，大多數(shù)合金元素都能增加奧氏體的穩(wěn)定性，絕大部分都使C曲線右移，臨界冷卻速度降低，鋼的淬透性提高.鋼中的未溶物質(zhì):鋼中形成碳化物、氧化物和其他非金屬夾雜物等未溶入奧氏體的物質(zhì),有促進(jìn)奧氏體分解的作用,使臨界冷卻速度增大，鋼的淬透性降低.工件的截面尺寸和淬火的冷卻速度也影響了鋼的淬硬層深度,同種材料,在同一淬火介質(zhì)中,工件的截面尺寸越小,心部冷卻速度越快,則淬火層深度越大.而同種材料,工件直徑相同,則冷卻能力大的淬火介質(zhì)淬硬層深度大。,57,淬透性的測(cè)試方法,臨界直徑法：鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體或50%馬氏體組織的最大直徑（臨界直徑）的方法。D0與介質(zhì)有關(guān)，如45鋼D0水=16mm，D0油=8mm。只有冷卻條件相同時(shí)，才能進(jìn)行不同材料淬透性比較，如45鋼D0油=8mm，40CrD0油=20mm。,端淬實(shí)驗(yàn)法：,58,端淬實(shí)驗(yàn)法“國(guó)家規(guī)定試樣尺寸為25100mm；水柱自由高度65mm；將鋼加熱奧氏體化后，迅速噴水冷卻。顯然，在噴水端冷卻速度最大，沿試樣軸向的,冷卻速度逐漸減小。據(jù)此，末端組織應(yīng)為馬氏體，硬度最高，隨距水冷端距離的加大，組織和硬度也相應(yīng)變化，將硬度隨水冷端距離的變化繪成曲線稱為淬透性曲線。,不同鋼種有不同的淬透性曲線，工業(yè)上用鋼的淬透性曲線幾乎都已測(cè)定，并已匯集成冊(cè)可查閱參考。由淬透性曲線就可比較出不同鋼的淬透性大小。,59,淬透性與選材的關(guān)系,鋼的淬透性是選擇材料的重要依據(jù)之一。合理的選擇材料淬透性，可以充分發(fā)揮材料的性能潛力，防止產(chǎn)生熱處理缺陷，提高材料使用壽命。所以選擇材料時(shí)應(yīng)考慮以下方面：,重要零件對(duì)心部性能要求較高的，如連桿、鍛模等，為保證心部的性能需要淬透，選用淬透性較高的鋼；對(duì)焊接件為減小熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)淬火組織，造成變形開(kāi)裂，應(yīng)用淬透性較低的鋼為宜。根據(jù)鋼的淬透性不同，在淬火時(shí)選用合適的淬火冷卻介質(zhì)?？紤]工件的尺寸效應(yīng)。手冊(cè)中的試樣性能數(shù)據(jù)是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試樣（尺寸較?。y(cè)試而得出的，不能直接用于大尺寸工件。在相同材料和相同淬火冷卻介質(zhì)的條件下，截面尺寸大的工件淬硬深度小，有時(shí)連表面也淬不硬；而截面尺寸小的工件淬硬深度大，容易全部淬透。,60,第五節(jié)材料表面熱處理,表面淬火化學(xué)熱處理其它新技術(shù),61,為什么要采用表面淬火？對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等交變載荷及沖擊載荷并在摩擦條件下工件的零件，如齒輪、軸類等，不但要求表面有高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，還要求零件心部有足夠的塑性和韌性，以使零件的表面和心部實(shí)現(xiàn)良好的性能配合。普通熱處理方法不能滿足這些性能要求，生產(chǎn)上常用表面淬火的方法。,表面淬火,62,表面淬火,一、定義:是將淬火零件表層金屬迅速加熱至相變溫度以上，而心部未加熱，然后迅速冷卻，使零件表層獲得馬氏體而心部仍為原始組織的“外硬內(nèi)韌”狀態(tài)。是一種不改變表層化學(xué)成分,但改變表層組織的局部熱處理工藝。,表面淬火所用零件材料的含碳量在0.40%0.50%之間。含碳量過(guò)高，會(huì)增加表面淬硬層的脆性，易開(kāi)裂，而心部塑性也較差。含碳量過(guò)低，表面淬硬層的硬度和耐磨性不足，不能滿足要求。為了保證心部較好的塑性和韌性，在表面淬火前應(yīng)進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)處理。,63,感應(yīng)加熱表面淬火示意圖,5、表面淬火常用加熱方法感應(yīng)加熱:利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。,64,根據(jù)所用電流頻率，感應(yīng)加熱分為：高頻感應(yīng)加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm.中頻感應(yīng)加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz，淬硬層深度1015mm因此，隨著電流頻率提高，淬火后工件淬硬層越薄。,65,3)生產(chǎn)特點(diǎn):淬火件的質(zhì)量好;工件變形小;不易氧化及脫碳;淬火層容易控制;生產(chǎn)率高。設(shè)備投資大,不適于復(fù)雜形狀零件和小批量生產(chǎn)。,66,2.火焰加熱表面淬火,1)火焰加熱表面淬火的基本方法,67,2)火焰加熱表面淬火的特點(diǎn):,*設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,成本低。*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)。,68,化學(xué)熱處理,一、定義:將零件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中,通過(guò)加熱、保溫,使介質(zhì)中一種或幾種元素原子滲入工件表層,以改變鋼表層的化學(xué)成分和組織的熱處理工藝。而表面淬火是一種不改變表層化學(xué)成分，但改變表層組織的局部熱處理工藝。,69,與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。因此，鋼經(jīng)過(guò)化學(xué)熱處理后，除了使工件表面硬度、耐磨性提高外，還可以使工件表面獲得一些特殊性能，如耐熱性、耐腐蝕性。,70,一、化學(xué)熱處理的基本過(guò)程,1、活性原子(滲劑)的產(chǎn)生:在進(jìn)行化學(xué)熱處理時(shí)必須使化學(xué)介質(zhì)受熱分解而產(chǎn)生活性原子，只有活性原子才能滲入到零件表面，改變工件表面成分。如：滲碳CH42H2+C氮化2NH33H2+2N2、活性原子的吸收:活性原子必須被工件表面吸收，吸附在工件表面并進(jìn)入工件表面的金屬晶格中，形成固溶體或化合物。一般吸收過(guò)程是首先形成固溶體，當(dāng)其溫度很高時(shí)，達(dá)到飽和以后才形成化合物。所以如果金屬表層材料不能與滲入元素的原子形成固溶體或化合物，則活性原子沒(méi)有溶解能力，是不能吸收的。,71,（3）活性原子的擴(kuò)散工件表面吸收活性原子后，使表面滲入元素的濃度增大，與內(nèi)部形成較大的濃度差，導(dǎo)致滲入元素向內(nèi)部進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子遷移。在擴(kuò)散層（滲入層）內(nèi)滲入元素的濃度是不均勻的，表面濃度最高，隨著離表面距離增大，濃度逐漸減少?；瘜W(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物。,72,二、鋼的滲碳是指向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。,1、滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。滲層要求（1）足夠高%C，0.85-1.05；（2）合適的滲層深度，0.5-2.0mm；（3）滲層%C分布要平緩2、滲碳用鋼主要是低碳鋼和低合金鋼。,3)方法:固體滲碳和氣體滲碳。,73,氣體滲碳是將工件放入井式氣體滲碳爐內(nèi)進(jìn)行，密封后通入滲碳?xì)怏w，如煤氣