4-第四章-钢的热处理

第四章：钢的热处理§4-1热处理的原理及分类§4—1热处理的原理及分类•1、热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。•2、热处理的目的：①、提高零件的使用性能；②、充分发挥钢材的潜力；③、延长零件的使用寿命；④、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。•3、热处理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面热处理。但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。•4、热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变§4—2钢在加热及冷却时的组织转变教学目的：1、了解钢在加热时的转变及A晶粒的长大。2、掌握热处理概念、分类、热处理工艺曲线；钢加热及保温得目的。3、掌握过冷奥氏体的等温转变图建立；4、掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。教学重点和难点：1、A晶粒的长大是教学的重点。2、过冷奥氏体的等温转变图建立；过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能是教学的难点。热处理中，钢加热为获得A；且A晶粒大小、成分、均匀程度，对钢冷却后的组织、性能有重要的影响。1、钢的奥氏体化：（1）、奥氏体晶核的形成及长大；（2）、残余渗碳体的溶解；（3）、奥氏体的均匀化；2、在热处理工艺中，钢保温的目的是：①为了使工件热透；②使组织转变完全；③使奥氏体成分均匀。3、奥氏体晶粒的长大：•加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大•由Fe-Fe3C相图可知，A1、A3、Acm是钢在极缓慢加热（或冷却）时的临界点。但实际冷速、热速较快，钢转变总有滞后现象。•实际加热，钢转变总高于相图临界点，分别用：Ac1、Ac3、Accm；•实际冷却，钢转变总低于相图临界点，分别用：Ar1、Ar3、Arcm。第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热时的转变第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变（1)、钢经过加热获得A组织后，如在不同的冷却条件下冷却，可使钢获得不同的力学性能，组织也有明显的不同。•为何存在差异?A在冷却过程中的组织变化规律?（2）、热处理工艺中,常用的冷却方式:（a）等温冷却转变；（b）连续冷却转变。过冷A的等温转变：•A在临界点A1以下是不稳定的，必会发生转变，但不是冷到A1以下立即发生，而是经一个孕育时期后才开始。•这种在共析温度（A1）以下存在的A，----称为“过冷A”。•过冷A在不同℃进行转变，将获得不同组织。•能表示过冷A的转变℃、转变时间、转变产物之间关系的曲线，称为“等温转变图”。---简称为：C曲线钢在冷却时的转变★第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变过冷A在A1以下等温转变的℃不同，则转变产物不同，在Ms以上，可发生两种类型的转变：相图分析第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变1、P转变：A1～550℃范围等温。--分解转变为F、Fe3C片混合物。此P转变区内，当等温℃↓，则P片层越薄→产物塑变抗力↑、бb和硬度↑。因为等温温度和片层间距由大到小，所以分别有产物：P（A1～650℃）、S（650℃～600℃）、T（600℃～550℃）。2、B转变：550℃～Ms范围等温。---形成含过饱和碳的F+Fe3C组成的非片层混合物，称为“贝氏体”B随A成分、转变温度不同有多种形态，常有：•B上----550℃～350℃间等温，呈羽状。•硬度为40～45HRC，塑性很差。•B下---350℃～Ms间等温，呈黑针状。•硬度为45～55HRC，бb、塑性、韧性良好。3、M（马氏体）转变：---是非扩散过程的转变当钢从A区急冷到Ms以下时，A转变为M（碳在α-Fe中的过饱和固溶体）。★★★第四章：钢的热处理§4-2钢在加热及冷却时的组织转变（3）M组织形态：针状M一般为C1.0%的钢淬火后所获得→高碳M.，硬度高、脆性大。板条M---一般为C0.2%的钢淬火后所获得→低碳M.良好бb,较好韧性.当C=0.2%～1.0%的钢淬火后可获得---针状M+板条M.【小结】钢在热处理时的转变。【作业】P812由于转变℃低，原子扩散能力小，在M转变过程中，只有晶格改变γ-Fe→α-Fe，而无碳原子的扩散。（1）M晶格特点：体心正方晶格。（2）马氏体转变的特点：（a)转变是在一定的℃范围内（Ms～Mf）连续冷进行；(b)转变速度极快；(c）转变时体积发生膨胀，产生很大的内应力，工件易裂、变形；（d)转变不完全性，在Mf以下仍有A残（使硬度、耐磨性↓）。★★★第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法§4—3热处理的基础方法-1教学目的：1、掌握退火、正火的概念、目的；2、掌握退火的分类及应用。教学重点与难点：1、掌握退火、正火的概念、目的；2、掌握退火的分类及应用第四章：钢的热处理复习旧课：1、热处理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面热处理。2、钢在加热时的转变及钢在冷却时的转变。导入新课：1、概念：将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。2、退火的主要目的是：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工；（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织上的准备；（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。§4-3热处理的基础方法退火与正火第四章：钢的热处理3、退火的方法：（1）完全退火：完全退火是将钢加热到完全奥氏体（Ac3以上30~50C），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。（随炉冷）应用：中碳钢及低、中碳合金结构钢的锻件、铸件、热轧型材等。（2）球化退火：球化退火是将钢加热到AC1以上20－30C，保温一定时间，以不大于50C/H得冷却速度随炉冷却，使钢中的碳化物呈球状的工艺方法。应用：适用于共析钢及过共析钢。如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等（3）去应力退火：去应力退火是将钢加热到略低于A1得温度，保温一定时间后缓慢冷却得工艺方法。应用：消除塑性变形、焊接、切削加工、铸造等形成的残余内应力。1、概念：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50C，保温适当的时间，在空气中冷却的工艺方法。正火退火的目的基本相同。§4-3热处理的基础方法正火第四章：钢的热处理【小结】退火与正火的概念及目的。【作业】P811、4、5、6、7§4-3热处理的基础方法2、正火主要用于如下场合：（1）善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；（2）正火可细化晶粒；（3）消除过共析钢中的网状渗碳体，改善钢的力学性能，并为球化退火作组织准备；（4）代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法§4—3热处理的基础方法-2教学目的：1、了解钢的淬透性和淬硬性、淬火缺陷。2、掌握钢的淬火的定义、加热温度、淬火冷却方法、淬火方法。教学重点与难点：1、钢的淬火的定义，加热温度，淬火冷却方法，淬火方法是重点。2、钢的淬透性和淬硬性、淬火缺陷是难点。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法复习旧课：1、退火与正火的目的。2、退火的分类。导入新课：★1、概念：将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后快速冷却，以获得马氏体或下马贝氏组织的热处理工艺称为淬火。目的：主要获得马氏体，提高钢的强度和硬度。★2、淬火加热温度：亚共析钢的淬火加热：Ac3以上30~50℃共析钢和过共析钢的淬火加热：Ac1以上30~50℃淬火第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法3、淬火冷却介质：（1）淬火主要目的：获得M，所以V冷V临，但V冷过快→工件体积收缩，组织转变剧烈→内应力↑→工件易变形、开裂。所以淬火介质的选择很重要。（2）由C曲线可知，要获得M-----无需在整个冷却过程中都快关键在C曲线鼻尖附近快冷。所以在高温段650℃——550℃冷却速度要足够快，而低温段300℃以下要足够慢。（3）常用淬火冷却介质：油、水、盐水、碱水等。其中碳钢适用冷却介质---一般为“水”；合金钢---“油”。4、淬火方法：（1）单液淬火法；（2）双介质淬火：如，先水后油；先水后空气；（3）马氏体分级淬火；（4）贝氏体等温淬火。5、钢的淬透性、淬硬性（1)、淬透性指在规定条件下，钢淬火冷却时所获M组织深度的能力。用不同的钢制成相同形状、尺寸工件，在同样的淬火条件下，淬透性好的钢获M深度较深；淬透性差的钢获M深度较浅。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法淬透性与钢的V临有关：当钢的V临越低→钢的淬透性越好。•→钢的淬透性越好，淬火回火后截面组织均匀、综合力学性能好。•→钢的淬透性越好—在冷却时可用较缓和冷却介质，↓变形开裂。•→淬透性好的钢，其淬硬性不一定好。（2）淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度的能力。、淬硬性主要取决于：钢中的含碳量。C%↑，钢淬硬性↑。、淬硬性与淬透性是两个完全不同的概念。6、淬火缺陷：（1）、氧化与脱碳；（2）、过热和过烧；（3）、变形与开裂；（4）、硬度不足；（5）、软点【小结】1、钢的淬火的定义，加热温度，淬火冷却方法，淬火方法。2、钢的淬透性和淬硬性、淬火缺陷。【作业】练习册相关内容。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法§4—3热处理的基础方法-3教学目的：1、掌握回火的概念、目的；2、掌握淬火钢回火时组织与性能的变化；3、重点掌握回火的分类及应用，调质；教学重点与难点：钢的回火分类及应用是教学重点与难点。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法复习旧课：1、淬火的概念及淬火方法、应用。2、钢的淬火缺陷。导入新课：1、概念：将钢淬火后，再加热到Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。2、回火目的：（1）消除内应力；（2）获得所需要的力学性能；（3）稳定组织和尺寸。回火第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法3、淬火钢在回火时组织与性能的变化（1）马氏体分解；（2）残余奥氏体分解（3）渗碳体的形成（4）渗碳体的聚集长大。其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。4、回火的分类及应用。（1）淬火钢回火的组织转变过程是由非平衡组织到平衡组织转变，依靠原子扩散而进行的，原子扩散速度取决于温度，温度越高，扩散速度愈高。决定钢回火后的组织、性能的主因素是：回火温度。（2）回火温度根据工件要求的力学性能来选择。第四章：钢的热处理§4-3热处理的基础方法高温回火：（500-650℃）--获回火S工件性能：良好的综合力学性能(足够强度、高韧性,硬度15-36HRC)。广泛用于：受力构件。如：螺栓、连杆、齿轮、曲轴等。注：淬火+高温回火→称为“调质”处理。【小结】钢的回火分类及应用。【作业】练习册相关内容（3）回火种类有：低温回火：（150-250℃）--获回火M工件性能：保持高硬度(58-64HRC)和耐磨性，一定的韧性（↓钢的淬火应力、脆性）。中温回火:（350-500℃）—获回火T工件性能：高弹性极限、δS和适当韧性，硬度可达：35-50HRC。主要用于：弹性零件、热锻模具等。★第四章：钢的热处理§4-4钢的表面热处理§4—4钢的表面热处理教学目的：1、掌握钢的表面热处理概念、两种方法；2、掌握钢的渗碳的原理及热处理方法；教学重点与难点：1、掌握钢的表面热处理概念、两种方法是重点；2、掌握钢的渗碳的原理及热处理方法是难点；第四章：钢的热处理§4-4钢的表面热处理复习旧课：回火的概念及回火的方法、应用。导入新课：在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。这类零件要进行表面热处理常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。1、火焰加热表面淬火工艺：应用氧—乙炔（或其他可燃气体）火焰对零件表面进行快速加热并随后冷却。特点：淬硬层深度一般为2mm—6mm。加热温度及淬硬层不易控制，容易产生过热和加热不均匀现象