钢的热处理工艺含习题和答案.pptx
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1、一般要求1.钢在加热和冷却时组织转变的机理;2.各种热处理的具体工艺过程;3.钢在加热和冷却过程中产生的缺陷;热处理热处理把固态金属材料通过一定的加热,保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。热处理工艺的分类常规热处理(退火、正火、淬火和回火),表面淬火及化学热处理。教学内容5.1钢在加热时的组织转变5.2钢在冷却过程中的组织转变53钢的退火与正火工艺5.4钢的淬火与回火5.5钢的表面热处理5.6钢的化学热处理“钢的热处理钢的热处理”练习题练习题5.1钢在加热时的组织转变一、共析钢的奥氏体化(晶格改组和Fe,C原子的扩散过程,遵循形核、长大规律)1共析钢奥氏体化温度2共析钢奥氏体化过程a.形核
2、(优先在相界(F,Fe3C)b.长大c.渗碳体完全溶解d.碳的均匀化二、亚(过)析钢的奥氏体化三、影响奥氏体化的因素1加热温度TA化(D浓度梯度大)2加热速度转变开始温度,转变时间3含碳量C%界面多核心多转变快4合金元素a.Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素,奥氏体形成速度b.C0、Ni非碳化物形成元素,奥氏形成速度c.Al、Si、Mn影响不太5原始组织片状,片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散距离短奥氏体形核长大快粒状四、奥氏体晶粒大小及控制1晶粒度:表征晶体内晶粒大小的量度,通常用长度,面积,体积或晶粒度级别表示。2起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度本质晶粒度:钢奥氏体晶粒长大
3、的倾向。奥氏体晶粒随温度的升高而且迅速长大本质粗晶钢奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时,才迅速长大本质细晶钢3奥氏体晶粒度的控制a.加热工艺加热温度,保温时间b.钢的成分合金化A中C%晶粒长大MxC%是粒长大1)碳化物形成元素细化晶粒2)Al本质细晶钢3)Mn、P促进长大5.2钢在冷却过程中的组织转变一、过冷奥氏体的等温转变二、影响C曲线的因素三、过冷奥氏体的连续冷却转变图一、过冷奥氏体的等温转变1共析钢过冷A等温转变曲线。冷却到一定温度,保温,测量A过冷转变开始和终了时间A1以上:A稳定A1以下:A不稳定,过冷C曲线有一最小孕育期:1:T,AP的驱动力F提高2:TD2共析钢过冷奥氏体等温转变产
4、物的组织和特征(1)高温转变区A1鼻子温度(5500C)A过冷P(S,T)索氏体,屈氏体。P的形成取决于生核,长大速率。T,生核,长大。T6000C,D,长大慢层间距薄,短扩散型相变,综合性能好,HB较低,韧性好。THB,强度(2)中温区转变,贝氏体转变550230(MS)A过冷B,碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物550350上贝氏体半扩散型,Fe不扩散羽毛状碳化物在F间,韧性差350MS下贝氏体C原子有一定的扩散能力针状碳化物在F内,韧性高,综合机械性能好(3)低温区转变马氏体转变,MSMf之间一个温度范围内连续冷却完成的,离于非扩散型转变。a.A过冷M+A残余b.转变产物:
5、马氏体M,碳在-Fe中的过饱和固溶体。C%1.0%,针状,马氏体c.实质:T低C无法扩散非扩散性晶格切变过饱和C的铁素体。d.M转变的特征,无扩散性瞬时性存在Ms,Mf不完全性体积膨胀M的形态与含碳量的关系C%针状M%M的硬度与含碳量的关系C%HRCM转变温度与含碳量的关系C%A%A含量与含碳量的关系C%A%3共析钢等温转变组织性能的关系(1)珠光体型转变温度降低,片间距小,细晶强化强度、硬度、塑性、韧性提高(2)贝氏体B上:强度、韧性差B下:硬度高,韧性好,具有优良的综合机械性能(3)马氏体硬度高C%HRC针状马氏体,硬而脆,塑、韧性差板条状,强度高,塑性,韧性好二、影响C曲线的因素C曲线反
6、映奥氏体的稳定性及分解转变特性,这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。C曲线的形状位置,不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性能具有重要意义,而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。(一)A成分1含碳量A中C%C曲线右移.对亚共析钢,钢中C%,A中C%C曲线右移对过共析钢,一般在AC1以上A化,钢中C%,未溶Fe3C有利于形核C曲线左移共析钢,C曲线最靠右边,稳定性最高。2合金元素,(C0%左移)C0以外,所有合金元素溶入A中,增大过冷A稳定性右移非碳化物形成元素,Si,Ni,Cu,不改变C曲线形状强碳化物形成元素,Cr,Mo,W,V,Nb,Ti,改变C曲线形状除C0,Al外,均使Ms,M
7、f下降,残余A(二)A化条件的影响1加热温度和时间A化温度,时间(成分均匀,晶粒大,未溶碳化物少,形核率降低)A稳定性,C曲线右移三、过冷奥氏体的连续冷却转变图PS:AP开始线Pf:AP终止线K:珠光体型转变终止线Vk:上临界冷却速度(马氏体临界冷却速度)M最小冷速Vk:下临界冷速完全P最大冷速2连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较(1)CCT位于TTT曲线右下方AP转变温度低一些,t长一些(2)CCT无AB转变CCT测定困难,常用TTT曲线定性分析3C曲线的应用(1)根据工件要求,确定热处理工艺。(2)确定工件淬火时的临界冷速。(3)可以指导连续冷却操作V1:炉冷(退火)PV2:空冷,S,T
8、V3:空冷,S,TV4:油冷,T+M+AV5:M+A(4)选择钢材的依据(5)C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。53钢的退火与正火工艺一、退火(将钢件加热到适当温度,保温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺。)1完全退火加热温度:Ac3以上20-30度组织:P+F目的:细化,均匀化粗大、不均匀组织接近平衡组织调整硬度切削性消除内应力应用范围:亚共折钢,共析钢,不适用于过共析钢。2球化退火(不完全退火)加热温度:Ac1以上20-40度应用范围:过共析钢,共析钢组织:球状P(F+球状Cem)目的:使Cem球化HRC,韧性切削性为淬火作准备3扩散退火(均匀化退火)1050-1150,10-20h,
9、P+F或P+Fe3CII目的:消除偏析后果:粗大晶粒(应用完全退火消除)4再结晶退火加热温度:Ac1以下50-150度,或T再+30-50度目的:消除加工硬化5去应力退火500-6505.去应力退火去应力退火钢的各种退火工艺比较钢的各种退火工艺比较 退火工艺退火工艺 加热温度加热温度 退火目的退火目的 说明说明 完全退火完全退火 Ac3+2030 细化晶粒,均匀化组织细化晶粒,均匀化组织 降低硬度降低硬度 切削性切削性 消除内应力消除内应力 适于亚共析、共析钢适于亚共析、共析钢 球化退火球化退火 Ac1+2030 使使Cem球化球化HRC,韧性,韧性 ,切削性,切削性为淬火作组为淬火作组 织准
10、备织准备 适于过共析、共析钢。适于过共析、共析钢。退火组织:球状退火组织:球状P(F+球状球状Cem)扩散退火扩散退火 略低于略低于 固相线固相线 消除成分偏析消除成分偏析 又叫又叫 均匀化退火均匀化退火 等温退火等温退火 Ac1 或或 Ac3+2030 缩短退火时间缩短退火时间 在鼻尖在鼻尖 温度等温冷却温度等温冷却 再结晶退火再结晶退火 TR+30 50 消除加工硬化消除加工硬化 去应力退火去应力退火 500650 消除内应力消除内应力-二、正火(空冷)AC3或Accm+30-50组织:S+(F或Fe3C)应用:(1)作最终热处理,普通结构钢零件目的:a.细化A晶粒,组织均匀化b.减了亚共
11、析钢中F%P%,细化强度,韧性,硬度(2)预先热处理a.消除魏氏组织,带状组织;细化组织为淬火、调质作准备b.使过共析钢中Fe3CII使其不形成连续网状,为球化作准备(3)改善切削加工性能三、退火、正火的选择正火:冷速快,材料组织细化,机械性能好1切削加工低、中碳钢正火中高碳刚,合金工具钢完全退火,球化退火2作为最终热处理正火3为最终热处理提供良好的组织状态工具钢正火+球化退火结构钢正火返修件退火5.4钢的淬火与回火一、淬火二、钢的淬透性三、回火一、淬火加热到AC3、AC1相变温度以上,保温,快速冷却M+A1淬火温度的决定亚共析钢Ac3+30-50度共析钢Ac1+30-50度过共析钢Ac1+3
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