金属工艺学1-3钢的热处理.ppt
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金属工艺学1-3钢的热处理.ppt
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第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第一节第一节概述概述l1、热处理:
、热处理:
金属在固态下,通过加热、保温和冷却,以改变金属组织,从而获得所需性能的工艺方法。
原理:
改变组织。
GB/T7372-99l2、目的:
、目的:
改变钢的工艺性能;强化钢材;满足使用要求。
对于毛坯件,则获得所需的加工性能。
l3、方法:
、方法:
(1)普通热处理)普通热处理:
退火、正火、淬火、退火、正火、淬火、回火;回火;
(2)表面热处理)表面热处理:
表面淬火、化学热处表面淬火、化学热处理、(渗碳、渗氮、碳氮共渗等理、(渗碳、渗氮、碳氮共渗等);(3)特殊热处理)特殊热处理:
形变热处理、磁场热形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等。
处理、真空热处理、激光热处理等。
第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第一节第一节概述概述4、组织转变的临界温度、组织转变的临界温度热处理的基础:
热处理的基础:
同素异晶转变。
理想的缓慢冷却或加热:
理想的缓慢冷却或加热:
铁碳合金平衡状态图实际应用的快速加热或冷却时:
实际应用的快速加热或冷却时:
转变温度滞后。
加热时加热时-组织转变需过热度;冷却时冷却时-组织转变需过冷度。
临界转变温度曲线:
临界转变温度曲线:
加热时:
“c”下标如:
Ac1;Ac3;Accm冷却时:
“r”下标如:
Ar1;Ar3;Arcm第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第一节第一节概述概述5、奥氏体的形成、奥氏体的形成*以共析钢为例,室温以共析钢为例,室温P为(为(F+Fe3C)混合物混合物F体心立方体心立方WC=0.0218%;Fe3C密排六方密排六方WC=6.69%A面心立方面心立方WC=0.77%*奥氏体形成的过程是奥氏体形成的过程是Fe、C原子的扩散过程原子的扩散过程*形成过程形成过程:
1、奥氏体的形核与长大、奥氏体的形核与长大2、剩余、剩余Fe3C的溶解的溶解3、奥氏体的均匀化、奥氏体的均匀化*影响影响A形成的因素形成的因素1、加热速度、温度的影响、加热速度、温度的影响2、原始组、原始组织的影响织的影响3、化学成分的影响、化学成分的影响Fe3CFA核核AA6.69%0.0218%奥氏体的形核与长大奥氏体的形核与长大0.77%第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第二节第二节退火和正火退火和正火一、退火一、退火退火退火概念概念:
将工件加热到适当温度,保:
将工件加热到适当温度,保温后缓慢冷却的热处理工艺,称温后缓慢冷却的热处理工艺,称退火退火。
分:
分:
完全退火完全退火、球化退火球化退火、低温退火、低温退火(去应力退化去应力退化、再结晶退火)等。
、再结晶退火)等。
1、完全退火、完全退火:
(1)工艺:
)工艺:
将工件加热到将工件加热到AC3+30-50完全奥氏体化完全奥氏体化,随炉缓慢冷却,获,随炉缓慢冷却,获得接近平衡组织(得接近平衡组织(P+F)的退火工艺)的退火工艺
(2)目的)目的:
细化晶粒,提高性能;消细化晶粒,提高性能;消除应力,防止变形;降低硬度。
提高切除应力,防止变形;降低硬度。
提高切削加工性削加工性。
(3)应用)应用:
亚共析钢;铸件;锻件;:
亚共析钢;铸件;锻件;焊接件。
焊接件。
第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第二节第二节退火和正火退火和正火一、退火一、退火2、球化退火、球化退火
(1)概念)概念:
使工件中碳化物球状化而进行的退火:
使工件中碳化物球状化而进行的退火工艺工艺。
加热温度加热温度Ac1+3050
(2)目的)目的:
HB,切削加工性(切削加工性(195HBS左右);左右);为淬火做准备。
为淬火做准备。
(3)应用应用:
过共析钢,模具钢,合金工具钢:
过共析钢,模具钢,合金工具钢。
3、低温退火、低温退火
(1)去应力退火去应力退火:
将工件加热到:
将工件加热到500-600左右,左右,保温较长时间,随炉冷到保温较长时间,随炉冷到200-300,再空冷的方,再空冷的方法。
法。
目的目的:
去除内应力,稳定尺寸,减少变形:
去除内应力,稳定尺寸,减少变形。
应应用用:
铸件,锻造件,焊接件,切削加工件。
:
铸件,锻造件,焊接件,切削加工件。
(2)再结晶退火再结晶退火:
将工件加热到再结晶温度以上:
将工件加热到再结晶温度以上150-250,即,即650-750,保温后空冷的方法。
,保温后空冷的方法。
目的目的:
去除冷变形产生的加工硬化:
去除冷变形产生的加工硬化。
应用应用:
冷拔、:
冷拔、冷轧、冷冲等。
冷轧、冷冲等。
A+Fe3CP+Fe3CAAc13050完全退火完全退火球化退火球化退火去应力去应力退火退火500600第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第二节第二节退火和正火退火和正火二、正火二、正火1、概念、概念:
将工件加热到:
将工件加热到奥氏体化奥氏体化状态,然状态,然后在后在空气空气中冷却的热处理工艺。
中冷却的热处理工艺。
2、加热温度、加热温度:
Ac3或或Accm+30503、目的、目的:
细化晶粒,调整硬度,消除网状:
细化晶粒,调整硬度,消除网状Fe3C。
4、应用、应用:
碳钢件。
:
碳钢件。
*正火和完全退火相同点:
都是将钢加热到正火和完全退火相同点:
都是将钢加热到奥氏体区,使钢进行重结晶,从而解决铸钢奥氏体区,使钢进行重结晶,从而解决铸钢件、锻件的粗大晶粒和组织不均问题。
件、锻件的粗大晶粒和组织不均问题。
不同点:
正火比退火的冷却速度稍快,所形不同点:
正火比退火的冷却速度稍快,所形成的成的(F+Fe3C)机械混合物比退火得到的珠光机械混合物比退火得到的珠光体片层更薄,这种细珠光体组织称为体片层更薄,这种细珠光体组织称为“索氏索氏体体”(S)。
索氏体的强度、硬度较珠光体)。
索氏体的强度、硬度较珠光体高,但韧性并未下降。
高,但韧性并未下降。
AF+AA+Fe3CP+Fe3CSFPG正火正火AccmAc33050第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第二节第二节退火和正火退火和正火二、正火二、正火优点:
优点:
占用设备时间短,生产率高,应尽量用正火取代退火(钢和含碳较低的中碳钢)。
缺点:
缺点:
但含碳较高的钢的正火后硬度太高,加工困难,因此中碳合金钢、高碳钢及复杂件仍选用退火。
可用于过共析钢,以减少或消除网状二次可用于过共析钢,以减少或消除网状二次渗碳体,为球化退火做准备。
渗碳体,为球化退火做准备。
*退火与正火的选择退火与正火的选择1、使用性能、使用性能:
工件要:
工件要求不高,用求不高,用正火正火;形状复杂、大件用;形状复杂、大件用退火退火。
2、可加工性、可加工性:
WC0.45%碳钢用正火;碳钢用正火;高碳钢用退火,高碳钢用退火,HB。
3、经济性、经济性:
正火:
正火经济;退火经济;退火工艺繁杂;工艺繁杂;第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第三节第三节淬火和回火淬火和回火一、淬火一、淬火(蘸火)quenching卒卒ZU(兵)(兵)CU(忽然)(忽然)1、概念、概念将工件加热到奥氏体化后以适将工件加热到奥氏体化后以适当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的当的方式冷却获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。
热处理工艺。
2、目的、目的:
提高硬度,高弹性和耐磨性:
提高硬度,高弹性和耐磨性3、加热温度、加热温度:
亚共析钢:
亚共析钢:
AC3+30-50过共析钢:
过共析钢:
AC1+30-50太低:
太低:
奥氏体化不均匀,出现软点奥氏体化不均匀,出现软点;太高太高:
晶粒粗大:
晶粒粗大4、保温时间:
、保温时间:
太短太短奥氏体化不均匀,出现软点奥氏体化不均匀,出现软点;太长太长钢件晶粒粗大、表面出现氧化、脱钢件晶粒粗大、表面出现氧化、脱碳。
碳。
AA+Fe3CM+A少少M+Fe3C+A很少很少第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第三节第三节淬火和回火淬火和回火一、淬火一、淬火5、淬火组织转变:
、淬火组织转变:
共析钢:
共析钢:
加热到Ac1以上A化,缓慢冷却时形成P。
水淬时,冷却速度非常快,A中的C原子来不及扩散形成Fe3C,仅发生-Fe向-Fe的转变,转变后-Fe处于低温状态,C原子也难以扩散形成Fe3C,这样就形成了C在-Fe中的过饱和固溶体,称作马氏体(M)。
*C在-Fe中的过饱和,致使体心立中的过饱和,致使体心立方的方的-Fe晶格发生严重畸变,增加了变晶格发生严重畸变,增加了变形抗力,因此,形抗力,因此,M呈高硬度、高耐磨性,呈高硬度、高耐磨性,但塑性和韧性较差。
含碳量越高,晶格但塑性和韧性较差。
含碳量越高,晶格畸变越大,硬度越高。
畸变越大,硬度越高。
第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第三节第三节淬火和回火淬火和回火6、淬火冷却介质、淬火冷却介质水:
冷却水:
冷却较快,易变形开裂。
较快,易变形开裂。
油:
冷却油:
冷却较慢,变形小于水淬,如较慢,变形小于水淬,如10#、20#机油。
机油。
食盐水食盐水:
冷却能力提高,加:
冷却能力提高,加10%NaCI。
7、淬火方法:
单介质、双介质、分级淬火、淬火方法:
单介质、双介质、分级淬火等。
等。
8、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬硬性
(1)淬透性)淬透性获得硬度深度和硬度分布的能获得硬度深度和硬度分布的能力。
硬度层越深,淬透性越好。
力。
硬度层越深,淬透性越好。
(2)淬硬性)淬硬性:
淬火后获得的最高硬度的能:
淬火后获得的最高硬度的能力。
取决于力。
取决于C、WC的含量;的含量;注意:
淬火后硬度高的钢,不一定淬透性好;注意:
淬火后硬度高的钢,不一定淬透性好;淬火后硬度低的钢,也可能具淬火后硬度低的钢,也可能具有高的淬透性。
有高的淬透性。
当当WC0.7%,随,随WC,淬透性;,淬透性;当当WC0.7%,随,随WC,淬透性,淬透性。
(3)对力学性能的影响)对力学性能的影响:
淬透性好的钢,力学性能高;淬透性差的钢,尤淬透性好的钢,力学性能高;淬透性差的钢,尤其是心部力学性能底,受力易变形其是心部力学性能底,受力易变形.第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第二节第二节退火和正火退火和正火9、淬火工艺措施、淬火工艺措施-Fe的的致致密密度度比比-Fe小小,因因此此,马马氏氏体体的的比比容容比比奥奥氏氏体体大大,致致使使形形成成马马氏氏体体过过程程中中将将伴伴随随看看体体积积膨膨胀胀,造造成成淬淬火火内内应应力力。
同同时时,马马氏氏体体含含碳碳愈愈高高,脆脆性性愈愈大大,使使工工件件在淬火时容易产生裂纹或变形。
在淬火时容易产生裂纹或变形。
因因此此,除除选选用用适适合合的的钢钢材材和和正正确确的的结结构构外外,在在工工艺艺上上还还应采取如下措施:
应采取如下措施:
(1)严格控制淬火加热温度。
严格控制淬火加热温度。
(2)合理选择淬火介质。
合理选择淬火介质。
(3)正正确确选选择择淬淬火火方方法法。
单单介介质质淬淬火火法法操操作作简简单单,便便于于实现机械化和自动化生产,故应用最广。
实现机械化和自动化生产,故应用最广。
第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第三节第三节淬火与回火淬火与回火二、回火二、回火1、概念:
、概念:
淬火后的工件,再加热到淬火后的工件,再加热到A1以下某一温度、保以下某一温度、保温一定时间,然后冷却到室温的工艺。
温一定时间,然后冷却到室温的工艺。
2、目的、目的:
(1)使工件获得要求的力学性能;()使工件获得要求的力学性能;
(2)稳定)稳定工件尺寸;(工件尺寸;(3)消除或减少内应力;()消除或减少内应力;(4)改善工件的切)改善工件的切削加工性。
削加工性。
3、回火方法、回火方法、组织转变、性能、应用、组织转变、性能、应用
(1)低温回火)低温回火(150-250)获得获得M回回组织组织;58-65HRC;用于高碳钢、;用于高碳钢、工具钢(刀具、量具、模具工具钢(刀具、量具、模具)、)、滚滚动轴承钢动轴承钢。
(2)中温回火)中温回火(350-500)获得获得T回回组织;组织;b、s较较高,内应力消除,高,内应力消除,ak较好较好。
用于弹簧钢用于弹簧钢、锻模。
、锻模。
第一篇第一篇第三章第三章钢的热处理钢的热处理第三节第三节淬火与回火淬火与回火二、回火二、回火(3)高温回火)高温回火(50
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