第四章 热处理Word格式文档下载.docx
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保温多长时间呢?
要视情况而定,但原则上是要让相变充分完成,而组织又不粗化。
冷却的方式和速度大小对组织的影响更大,根据不同的性能需要,可以采用不同的冷却速度。
三、目的
1.消除毛坯中的缺陷,改善工艺性能,为切削加工或最终热处理做组织和性能上的准备。
——预备热处理。
2.提高金属材料的力学性能,充分发挥材料的潜力,节约材料延长零件使用寿命。
——最终热处理。
三、热处理的方法(按工艺方法不同分)
退火:
完全退火、球化退火、去应力退火等
正火
淬火:
回火:
低温回火、中温回火、高温回火
固溶处理
整体热处理
表面热处理
表面淬火:
火焰加热、感应加热、激光加热
物理气相沉积
化学气相沉积
等离子化学气相沉积
渗碳
渗氮
碳氮共渗
其它:
渗其它金属或非金属、多元共渗
化学热处理
第一节 热处理基本原理
热处理之所以能够使钢的性能发生很大变化,主要是由于在加热和冷却过程中,钢的内部组织发生了变化造成的
一、钢在加热时的转变
大多数热处理工艺需要将钢加热到临界(相变)温度以上(A区域)才能进行,所以加热转变主要包括A的形核和晶核长大两个过程。
1、奥氏体的形成
以共析钢为例(ωc=0.77%)
影响奥氏体形成的因素:
Ø
温度:
温度越高,原子扩散能力越大,加速奥氏体形成。
原始组织:
原始组织越细,相界面越多,提供的奥氏体晶核就愈多,碳原子的扩散距离也越短,加速奥氏体形成。
钢的成分:
含碳量增加,F和Fe3C相界面越多,加速奥氏体形成。
加入合金元素后不改变A形成的基本过程,但会减缓A的形成速度
2、奥氏体晶粒的长大(粗化)
随着温度的升高,奥氏体晶粒会逐渐长大。
晶粒度:
表示晶粒大小的尺度。
分为十个等级。
一级最粗,十级最细。
粗大的A晶粒→冷却后得到粗大的晶粒组织→力学性能和工艺性能差→合理选择加热温度和保温时间。
小结:
概念、工艺过程、目的、分类;
加热保温阶段的组织转变过程,影响奥氏体形成和晶粒大小的因素
作业:
习题集
板书设计:
一、定义
1、消除毛坯中的缺陷,改善工艺性能,为切削加工或最终热处理做组织和性能上的准备。
2、提高金属材料的力学性能,充分发挥材料的潜力,节约材料延长零件使用寿命。
T↑→原子扩散能力↑→奥氏体形成↑。
原始组织越细→相界面越多→提供的奥氏体晶核就愈多→碳原子的扩散距离也越短→加速奥氏体形成。
ωc↑→F和Fe3C相界面越多→加速奥氏体形成。
合金元素→减缓A的形成速度
温度升高,奥氏体晶粒会逐渐长大。
1.热处理有哪些种类?
2.钢再加热时组织是如何转变的?
我们已经了解了钢在加热时的组织转变?
那么在热处理的冷却阶段钢的组织又会有什么变化呢?
二、钢在冷却时的转变
室温时钢的力学性能,不仅与经过加热、保温后获得的奥氏体晶粒大小有关,而且决定于奥氏体经冷却转变后所获得的组织。
而冷却方式、冷却速度对奥氏体组织的转变有直接影响。
奥氏体钢冷却至室温有两种方式:
连续冷却:
就是使奥氏体化后的钢,在温度连续下降的过程中发生组织转变。
如水冷、油冷、炉冷、空冷。
等温冷却:
将奥氏体化后的钢迅速冷却到A1以下某一温度,恒温停留一段时间,在这段保温时间内发生组织转变,然后再冷却下来。
1.过冷奥氏体的等温转变
•以共析钢为例:
•过冷A的等温转变曲线:
由于过冷温度和等温时间不同,过冷A的等温转变过程及转变产物也不相同,表示过冷A不同的等温冷却温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线—C曲线。
(1)建立C曲线
共析钢A的等温转变曲线的建立是通过一系列不同过冷的等温冷却实验建立的。
通过实验测出:
不同过冷A在恒温下开始转变和转变终了的时间,画到温度—时间坐标系中,然后把开始时间和转变终了时间分别连接起来,即得共析钢C曲线。
(2)共析钢过冷A等温转变产物组织和性能
珠光体类型(高温转变产物):
共析钢A过冷到723℃—550℃之间A等温转变产物属于P型组织。
分类如图。
•贝氏体形转变(中温转变产物):
A在550℃--230℃保温转变为贝氏体型转变,其组织类型为贝氏体组织。
——它是由含碳过饱和的F+Fe3C两相混合物。
分类如图。
•马氏体型转变(低温转变产物):
230℃——-60℃保温转变为马氏体型转变,其组织类型为马氏体组织。
分为板状和片状马氏体,图3-9。
马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。
(3)影响过冷奥氏体等温转变的因素
C曲线的形状和位置不仅对奥氏体等温转变速度及转变产物的性质具有十分重要的意义,同时对钢的热处理工艺及淬透性也有指导性作用。
碳的影响:
ωc增加,亚共析钢的C曲线右移;
过共析钢的C曲线左移。
合金元素的影响:
除CO外,所有合金元素如入奥氏体后会增加过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移。
2.过冷A的连续冷却转变
与等温冷却曲线相比,连续冷却曲线都处于右下方,说明转变温度低,孕育期长。
共析钢连续冷却时,只有珠光体转变而无贝氏体转变。
亚共析钢可以产生贝氏体组织。
合金钢可以有珠光体及贝氏体转变,有珠光体无贝氏体。
或有贝氏体而无珠光体转变等多种情况。
当连续冷却速度达到某一值时,冷却曲线与C曲线相切,不发生珠光体转变,而在低温区发生马氏体转变,通常称为临界冷却速度。
冷速小时,得到珠光体与马氏体混合组织,更小时,得到珠光体组织。
3、过冷奥氏体转变图的应用
过冷奥氏体转变图是选择钢种及制订热处理工艺的基本依据之一。
(1)不同成分的钢具有不同的转变图,设计时可根据要求合理选择适用而廉价的材料。
(2)制定热处理工艺规程,选择冷却介质。
(3)估计零件在热处理条件下各部位可能得到的组织。
(2)共析钢过冷A等温转变产物组织和性能
共析钢A过冷到723℃~550℃之间A等温转变产物属于P型组织。
A在550℃~230℃保温转变为贝氏体型转变,其组织类型为贝氏体组织。
230℃~-60℃保温转变为马氏体型转变,其组织类型为马氏体组织。
临界冷却速度:
当连续冷却速度达到某一值时,冷却曲线与C曲线相切,不发生珠光体转变,而在低温区发生马氏体转变,通常称为临界冷却速度。
1.钢在不同温度区等温冷却时的分别得到哪些转变产物?
其性能如何?
2.钢在连续冷却时可得到哪些组织?
3.什么是临界冷却速度?
以上我们学习了钢的热处理原理,知道了钢以不同的冷却方式和冷却速度冷却时可得到不同的组织和性能,那么热处理原理在生产中是如何应用的呢?
第二节退火和正火
钢的整体热处理有退火、正火、淬火和回火四种工艺。
一、钢的退火
概念:
将钢加热、保温后缓慢冷却,以获得接近平衡组织的工艺过程。
根据钢的成分和工艺目的不同,退火可分为完全退火、普通退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等。
1.完全退火
工艺:
加热Ac3以上30~50℃——保温——随炉冷到500度以下——空冷至室温。
目的:
细化晶粒,均匀组织,提高塑韧性,消除内应力,便于机械加工。
(适用于亚共析钢)
2.等温退火
加热Ac3以上——保温——快冷至珠光体转变温度——等温停留——转变为P——出炉空冷
同上。
但时间短,易控制,脱氧、脱碳小。
(适用于过冷A比较稳定的合金钢及大型碳钢件)
3.球化退火
是使钢中的渗碳体球化的工艺过程。
对象:
共析钢和过共析钢
(1)等温球化退火:
加热Ac1以上20~30度→保温→迅速冷却到Ar1以下20度→等温→随炉冷至600度左右→出炉空冷。
(2)普通球化退火:
加热Ac1以上20~30度→保温→极缓慢冷却至600度左右→出炉空冷。
(周期长,效率低,不适用)
降低硬度、提高塑韧性,便于切削加工。
机理:
使片状或网状渗碳体变成颗粒状(球状)
说明:
退火加热时,组织没有完全A化,所以又称不完全退火。
4.去应力退火
加热Ac1以下某一温度(500~650度)—保温—缓冷至室温。
消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力,稳定工件尺寸。
二、钢的正火
加热到Ac3或Accm以上30~50度—保温—出炉空冷。
亚共析钢中自由铁素体减少,过共析钢中网状渗碳体消失。
低碳钢
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