3 钢的热处理

1第三章钢的热处理本章重点：1.钢加热和冷却时的组织转变2.C曲线3.各种热处理工艺的原则和应用2改善钢材性能的主要办法•1.合金化•2.钢的热处理3第一节钢加热时的组织转变加热（冷却）时铁碳相图上各临界点的位置一、转变温度4二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）4.奥氏体成分的均匀化2.奥氏体长大3.残余渗碳体的溶解1.奥氏体形核5三、奥氏体晶粒的长大及影响因素2.影响奥氏体晶粒长大的因素1）加热温度、速度和保温时间2）化学成分①C②合金元素1.奥氏体的晶粒度1）起始晶粒度2）实际晶粒度3）本质晶粒度6四、加热时常见的缺陷•1.过热和过烧•2.氧化和脱碳7第二节钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变1.等温转变曲线（C曲线）的建立82.等温转变曲线（C曲线）的分析9二、过冷奥氏体的连续冷却转变10三、冷却转变后的组织和性能•共析钢的C曲线详图1、珠光体转变高温转变：A1～550℃一是铁、碳原子扩散二是晶格重组扩散型转变珠光体：A1～650℃索氏体：650～600℃托氏体：600～550℃转变产物1112•表1过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能•可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高。•同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火莱得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。组织名称表示符号形成温度范围/℃硬度片间距/nm能分辨片层的放大倍数珠光体PA1~650170~200HB150~450＜500×索氏体S650~60025~35HRC80~150＞1000×托氏体T600~55035~40HRC30~80＞2000×132、贝氏体转变•中温转变：550℃～Ms点•转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力•转变产物：贝氏体，即Fe3C分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物上贝氏体：550～350℃，呈羽毛状下贝氏体：350℃～Ms点，呈针状14上贝氏体中的Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低15•下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、无方向性，且碳化物分布均匀，弥散度大，故下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有应用价值的组织16173）马氏体转变马氏体(M)：C在a－Fe中的过饱和固溶体。•转变特点：①无扩散型转变，•②降温形成:连续冷却完成•③形成速度极快•④转变的不完全性(AR)•AR的量主要取决于MS和MF点的位置1819•当奥氏体的含碳量大于1.0％时，得到全部片状马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬度和强度高，但塑性和韧性很低马氏体的组织类型马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳量20•当奥氏体含碳量小于0.2％时得到全部板条马氏体组织，呈扁担状，亚结构以位错为主，有较高的强度和韧性，具有良好的综合机械性能。21223.影响C曲线的因素•1）含碳量(奥氏体的含碳量)•含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，C曲线右移•2）合金元素•除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使C曲线右移，形状也可能会发生改变。•3）加热温度和保温时间•随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。23第三节钢的退火与正火•一、退火和正火的目的•降低或提高硬度，便于进行切削加工•消除残余应力•细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能•为最终热处理作好组织准备24二、退火工艺及其应用•完全退火和等温退火（亚共析钢）•球化退火（过共析钢）•去应力退火•扩散退火第三节钢的退火与正火25第三节钢的退火与正火•三、正火工艺及其应用•正火：将工件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30~50℃，保温后从炉中取出，在空气中冷却的一种热处理工艺。•过共析钢正火加热温度必须高于Accm。过共析钢正火加热的目的：消除网状渗碳体。•应用：1）可作为最终热处理；•2）作为预处理，调整硬度，便于切削加工•3）用于过共析钢，抑制或消除网状渗碳体的形成。26第四节钢的淬火•一、淬火的目的•获得马氏体组织。•二、淬火的一般工艺•1.淬火温度的选择•2.保温时间的确定•27第四节钢的淬火•3.淬火冷却介质28第四节钢的淬火29第四节钢的淬火•三、常用的淬火方法•1.单液淬火（a）•2.双液淬火（b）•3.分级淬火（c）•4.等温淬火（d）•5.局部淬火30•四、钢的淬透性•1.淬透性与淬硬性•钢的淬透性：钢在淬火时能够获得马氏体的能力。•是钢材本身固有的属性，与钢的过冷奥氏体稳定性有关。•过冷奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。•钢的淬硬性：钢在淬火后所能达到的最高硬度。取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。31四、钢的淬透性•1、钢的淬透性与淬硬性的概念•淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是钢材本身固有的属性，取决于M体的临界冷却速度•通常用淬透层深度来表示（在相同的加热条件下）•淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度•淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于M体的含碳量。•淬透性好的钢其淬硬性不一定高。•如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高322、影响淬透性的因素•1）含碳量亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，Ｃ曲线右移，淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，Ｃ曲线左移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解)•2）合金元素除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高•3）加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性4）钢中未溶第二相未溶第二相越多，作为结晶核心，使A体不稳定，C曲线左移，淬透性下降33•四、钢的淬透性•3.淬透性的测定343536讨论题•1、直径为10mm的45钢和T12钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表1所示，请说明：•（1）不同热处理条件下的显微组织（填入表1的显微组织栏中）；•（2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；•（3）回火温度对钢硬度的影响及其原因。•2、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性和淬硬性的高低：T8、40Cr、20CrMnTi、40。37•表1材料热处理工艺硬度显微组织热处理温度/oC冷却方式回火温度/oCHRBHRCHB45钢860炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷20040060085133855534024148196349538515369243750水冷45422T12750炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷20040060093264666635130176257437693652495283860水冷61637