钢的热处理-钢的热处理工艺优秀PPT.ppt

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1、钢的热处理钢的热处理钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的回火回回火火的的定定义义：把把淬淬火火钢钢件件加加热热到到低低于于A1温温度度，保保温温确确定定时时间间后后以以适适当当方方式式冷冷却却到到室室温温的的热处理工艺。热处理工艺。回回火火的的目目的的：减减小小淬淬火火工工件件的的内内应应力力，降降低低脆脆性性，提提高高塑塑性性、韧韧性性和和组组织织稳稳定定性性，以以获获得得强强度度与与韧韧性性良良好好协协作作的的最最佳佳运运用用性性能能。对对某某些些含含氢氢量量比比较较高高的的钢钢，回回火火还还能能起起到到除氢、削减氢脆的作用。除氢、削减氢脆的作用。一、回火过程中钢的组织状态变更一、回火过程中钢

2、的组织状态变更马氏体的分解与碳化物的形成马氏体的分解与碳化物的形成碳碳原原子子在在稳稳定定较较低低时时在在位位错错处处偏偏聚聚，降降低低能能量量。大大多多数数低低碳碳钢钢（0.2%C）在在淬淬火时就发生碳原子的偏聚。火时就发生碳原子的偏聚。大大于于0.2%C的的碳碳素素钢钢，一一部部分分碳碳原原子子偏偏聚聚在在位位错错处处，剩剩余余原原子子占占据据间间隙隙位位置置，马马氏体显示出正方性。氏体显示出正方性。马氏体分解和马氏体分解和碳化物的形成碳化物的形成大大于于0.2%C的的钢钢在在20150回回火火，从从马马氏体中析出氏体中析出碳化物。碳化物。碳碳化化物物：密密排排六六方方晶晶体体结结构构，比

3、比FeFe3 3C C碳碳含含量量 高高，与与 相相 保保 持持 共共 格格 关关 系系，(011)(011)M M(0001)(0001)，101101M M10111011。回回火火马马氏氏体体：马马氏氏体体在在250250以以下下温温度度回回火火时时，分分解解为为低低碳碳马马氏氏体体和和碳碳化化物物的的混混合合物物，称为回火马氏体。称为回火马氏体。回火马氏体马氏体及其中析出的回火马氏体马氏体及其中析出的碳化物碳化物渗碳体的析出、球化与聚集长大渗碳体的析出、球化与聚集长大约在约在250以上，以上，碳化物向渗碳体碳化物向渗碳体转变，结果转变，结果碳化物消逝，渗碳体形成。碳化物消逝，渗碳体形成

4、。碳化物颗粒渐渐溶入到碳化物颗粒渐渐溶入到相中消逝，相中消逝，渗碳体形成，有放热现象。渗碳体形成，有放热现象。有人认为有人认为碳化物的溶解和渗碳体的碳化物的溶解和渗碳体的析出在同一地点形成（渗碳体就地形析出在同一地点形成（渗碳体就地形核）。核）。碳化物形成元素推迟碳化物形成元素推迟碳化物向渗碳碳化物向渗碳体的转化，使体的转化，使碳化物存在于更高的温碳化物存在于更高的温度。度。在在450以上温度回火时，含以上温度回火时，含Ti、Nb、V、Mo、Cr的钢在马氏体的基体的钢在马氏体的基体上形成碳化物，起弥散强化作用，有上形成碳化物，起弥散强化作用，有时引起二次硬化。时引起二次硬化。相的回复与再结晶相

5、的回复与再结晶回复：回复：400渗碳体起先球化，铁素体渗碳体起先球化，铁素体胞状结构的边界和亚晶粒内部的位错胞状结构的边界和亚晶粒内部的位错密度急剧降低，点阵畸变起先消逝，密度急剧降低，点阵畸变起先消逝，亚晶粒渐渐长大变成多边晶粒。亚晶粒渐渐长大变成多边晶粒。再结晶：再结晶：600以上温度，铁素体由细以上温度，铁素体由细小的晶粒长成为较大的等轴晶粒。碳小的晶粒长成为较大的等轴晶粒。碳化物也聚集长大。化物也聚集长大。二、钢中残余奥氏体的转变二、钢中残余奥氏体的转变对对碳碳素素钢钢来来说说，在在通通常常回回火火条条件件下下，残残余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体。余奥氏体转变为下贝氏体或回火马氏体

6、。残残余余奥奥氏氏体体回回火火时时，转转变变的的产产物物随随回回火火温温度度的的不不同同而而异异。在在珠珠光光体体形形成成温温度度范范围围内内，从从残残余余奥奥氏氏体体中中可可以以析析出出先先共共析析相相，随随后后分分解解为为珠珠光光体体。在在贝贝氏氏体体的的形形成成温温度度内，残余奥氏体转变为贝氏体。内，残余奥氏体转变为贝氏体。回回火火脆脆性性的的概概念念：有有些些钢钢在在某某些些温温度度范范围围内内回回火火时时，其其冲冲击击韧韧性性比比在在较较低低温温度度回回火火时时反反而而显显著著降降低低，这这种种脆脆化化现现象象称称为为回回火火脆脆性。性。回回火火脆脆性性可可分分为为低低温温回回火火脆

7、脆性性和和高高温温回回火脆性。火脆性。三、钢的回火脆性及其本质三、钢的回火脆性及其本质低温回火脆性低温回火脆性碳钢和低合金钢在250400回火时出现的脆性称为低温回火脆性，或第一类回火脆性。几乎所用淬火后形成马氏体组织的碳钢及合金钢，在300左右温度回火时都会或多或少地发生这种脆性。特点：在此温度范围内回火，无论接受何种回火方法或回火后接受何种冷却速度，都不行避开地使韧性降低。假如将这种已经产生脆性的工件在更高一些温度回火后，其脆性将消逝。在置于300左右温度重新回火时，脆性不再重复出现。不同含碳量钢的冲击韧性随回火温度变更关系不同含碳量钢的冲击韧性随回火温度变更关系低温回火脆性产生的缘由低温

8、回火脆性产生的缘由回火脆性的机理目前不特别清晰。以往大多认为，低温回火脆性是韧性较高的残余奥氏体转变为脆性较大的马氏体造成的。另一种观点认为，在低碳和中碳钢内，由于原奥氏体晶界在高温加热时溶有氮、碳和氧，低温回火时这些元素以化合物的形式析出，使脆性增大。目前大多认为，低温回火脆性可能与马氏体分解初期析出的渗碳体具有特殊的形态有关。影响低温回火脆性的因素及消退方法影响低温回火脆性的因素及消退方法钢的碳含量越高，脆化的程度越严峻。钢的碳含量越高，脆化的程度越严峻。合合金金元元素素一一般般都都不不能能抑抑制制第第一一类类回回火火脆脆性，但可变更脆性产生的温度范围。性，但可变更脆性产生的温度范围。目前

9、无有效方法消退低温回火脆性。目前无有效方法消退低温回火脆性。（）尽尽量量避避开开在在这这一一温温度度范范围围内内回回火火是是最最好方法；好方法；（）用快速加热回火的方法可以减小脆性；（）用快速加热回火的方法可以减小脆性；（）用等温淬火的方法代替淬火；（）用等温淬火的方法代替淬火；（）Ti、Al、B等等元元素素对对低低温温回回火火脆脆性性有有确确定的抑制作用。定的抑制作用。高温回火脆性（其次类回火脆性）高温回火脆性（其次类回火脆性）概概念念：钢钢在在450550或或更更高高温温度度（650左左右右）回回火火时时出出现现的的脆脆性性，称称为为高高温温回回火火脆脆性或其次类回火脆性。性或其次类回火脆

10、性。特特点点：在在上上述述温温度度范范围围内内回回火火，假假如如快快速速冷冷却却（水水冷冷或或油油冷冷），韧韧性性并并不不降降低低；反反之之，慢慢冷冷（空空冷冷或或炉炉冷冷）则则韧韧性性显显著著下下降降，冷冷却却越越慢慢，韧韧性性降降低低的的越越显显著著。一一般般都都是是沿沿晶断裂。晶断裂。高温回火脆性产生的缘由高温回火脆性产生的缘由迄今无一样看法。迄今无一样看法。（）相相中中的的氮氮、碳碳和和氧氧，低低温温回回火火时时这这些些元元素素以以化化合合物物的的形形式式沿沿晶晶界界析析出出，使使脆脆性性增大。增大。（）碳碳化化物物从从相相中中析析出出导导致致体体积积变变更更，从从而在原来的奥氏体晶界

11、产生应力集中引起。而在原来的奥氏体晶界产生应力集中引起。（）晶晶界界富富集集和和偏偏析析理理论论。合合金金元元素素或或微微量量的的的的杂杂质质元元素素（P、Sb、Sn、As）偏偏聚聚到到原原来来的的奥奥氏氏体体晶晶界界上上，减减弱弱了了原原奥奥氏氏体体晶界上原子间的结合力，使钢变脆。晶界上原子间的结合力，使钢变脆。防止和消退高温回火脆性的方法防止和消退高温回火脆性的方法（）两两次次淬淬火火法法，第第一一次次在在正正常常的的Ac3点点以以上上温温度度淬淬火火，其其次次次次是是在在Ac1 Ac3之之间间不不完完全全淬淬火火；（）变变形形热热处处理理，高高温温锻锻、轧轧后后马马上上进进行行热热处处理

12、理；（）细细化化奥奥氏氏体体晶晶粒粒；（）快快速速加加热热回回火火；（）缩缩短短产生回火脆性温度下的保温时间。产生回火脆性温度下的保温时间。最最常常用用的的方方法法：回回火火后后快快冷冷或或向向钢钢中中加加入入0.30.5%的钼。的钼。钢的退火与正火钢的退火与正火退退火火：将将钢钢加加热热到到低低于于或或高高于于Ac1点点温温度度，保保持持确确定定时时间间后后随随炉炉缓缓慢慢冷冷却却，以以获获得得接接近平衡状态的组织。近平衡状态的组织。正正火火：将将钢钢加加热热到到Ac3点点以以上上3050或或更更高高温温度度的的奥奥氏氏体体区区域域，保保持持确确定定时时间间后后在在空空气中进行冷却，以获得珠

13、光体类的组织。气中进行冷却，以获得珠光体类的组织。一、退火与正火的目的与用途一、退火与正火的目的与用途退火的目的及其分类退火的目的及其分类目的：目的：（）降低钢的硬度，便于切削加工；（）降低钢的硬度，便于切削加工；（）消消退退内内应应力力或或冷冷作作硬硬化化，提提高高塑塑性性以以利于接着冷加工；利于接着冷加工；（）改改善善或或消消退退毛毛坯坯在在铸铸、锻锻、焊焊时时所所造造成成的的成成分分或或组组织织不不均均（偏偏析析、带带状状组组织织和和魏魏氏氏组组织织），以以提提高高其其工工艺艺性性能能和和组组运运用用性能；性能；（）细细化化晶晶粒粒，改改善善高高碳碳钢钢中中碳碳化化物物的的分分布和形态，

14、为最终热处理作好准备。布和形态，为最终热处理作好准备。退火的类别：退火的类别：（）低温退火（）低温退火加加热热温温度度低低于于Ac1点点，退退火火过过程程中中没没有有相相变变发发生生，其其目目的的在在于于消消退退内内应应力力，降降低低硬硬度度，复复原原塑塑性和消退冷作硬化；性和消退冷作硬化；（）不完全退火（）不完全退火加加热热到到Ac1点点以以上上2030，使使珠珠光光体体转转变变成成奥奥氏氏体体，对对亚亚共共析析钢钢的的先先共共析析铁铁素素体体和和过过共共析析钢钢的的先先共共析析渗渗碳碳体体均均无无变变更更。对对锻锻、轧轧后后的的亚亚共共析析钢钢，不不完完全全退退火火可可消消退退内内应应力力

15、，降降低低硬硬度度。对对过过共共析析钢钢不不完完全全退退火火使使片片状状珠珠光光体体球球化化，降降低低硬硬度度，改改善善切切削削性性能能。因因此此，有有时时也也把把这这种种退退火火称称为为球球化退火。化退火。（）完全退火（）完全退火加热到加热到Ac3点以上点以上3050，目的在于消，目的在于消退组织缺陷，细化晶粒。主要适用于亚共退组织缺陷，细化晶粒。主要适用于亚共析钢，消退铸造、锻、轧工艺产生的组织析钢，消退铸造、锻、轧工艺产生的组织缺陷。过共析钢一般运用正火工艺消退组缺陷。过共析钢一般运用正火工艺消退组织缺陷。织缺陷。（）扩散退火（）扩散退火加热到加热到Ac3点以上点以上150250，长时间

16、保，长时间保温，使钢的成分和组织在高温下通过扩散温，使钢的成分和组织在高温下通过扩散匀整化。匀整化。正火的目的和用途正火的目的和用途目的：目的：（）对对大大型型锻锻件件和和较较大大界界面面的的钢钢材材，可可使使组组织织匀匀整化，细化晶粒，为淬火作好组织上的准备；整化，细化晶粒，为淬火作好组织上的准备；（）改改善善一一些些钢钢种种的的板板材材、管管材材、带带材材和和型型钢钢的的机械性能，正火往往是最终热处理工艺；机械性能，正火往往是最终热处理工艺；（）改改善善低低碳碳钢钢和和低低碳碳合合金金钢钢的的显显微微组组织织和和性性能能，提高切削加工性能；提高切削加工性能；（）改善和细化铸钢件的铸态组织；

17、（）改善和细化铸钢件的铸态组织；（）对对大大型型工工件件，淬淬火火简简洁洁产产生生变变形形，用用正正火火工工艺代替淬火工艺。艺代替淬火工艺。退火与正火工艺的应用退火与正火工艺的应用（）冷冷加加工工钢钢材材，一一般般运运用用再再结结晶晶退退火火工工艺艺消消退退加加工工硬硬化化。包包括括有有色色金金属属、软软钢钢、硅硅钢钢片片、精精密密合合金金、各各种种冷冷加加工工的的板板、管管、丝、带、型钢等金属材料。丝、带、型钢等金属材料。（）结结构构钢钢热热轧轧后后，为为了了消消退退内内应应力力，通通常常接接受受低低温温（低低于于Ac1点点，约约650700)退火，匀整热透后出炉空冷或随炉冷却。退火，匀整热

18、透后出炉空冷或随炉冷却。（）为为了了消消退退中中碳碳结结构构钢钢铸铸、锻锻、轧轧后后组组织织中中的的魏魏氏氏组组织织、晶晶粒粒粗粗大大、带带状状组组织织，常接受完全退火或正火工艺进行热处理。常接受完全退火或正火工艺进行热处理。（）低低碳碳结结构构钢钢（小小于于0.25%C）和和低低合合金金钢钢，假假如如接接受受退退火火工工艺艺处处理理，反反而而使使少少量量的的珠珠光光体体球球化化，钢钢变变的的更更软软。为为了了提提高高硬硬度度和和切切削削加加工工性性能能，大大多多接接受受正正火火处处理理，以获得细片状的珠光体。以获得细片状的珠光体。（）工工具具钢钢常常运运用用球球化化退退火火（不不完完全全退退

19、火火，加加热热到到加加热热到到Ac1点点以以上上2030）。碳碳素素工工具具钢钢、一一部部分分合合金金工工具具钢钢和和轴轴承承钢钢，在在轧轧（锻锻）后后的的堆堆冷冷或或空空冷冷时时，组组织织中中会会出出现现片片状状珠珠光光体体（甚甚至至网网状状渗渗碳碳体体），淬淬火火过程中工件简洁开裂。过程中工件简洁开裂。钢的淬火工艺钢的淬火工艺淬淬火火的的定定义义：淬淬火火就就是是把把钢钢加加热热到到临临界界温温度度（Ac1或或Ac3）以以上上，保保温温确确定定时时间间使使之之奥奥氏氏体体化化后后，再再以以大大于于临临界界冷冷却却速速度度的的冷冷速速急急剧剧冷冷却却，从从而而获获得得马马氏氏体体组组织织的的

20、热热处处理理方法。方法。按按淬淬火火加加热热温温度度不不同同可可分分为为完完全全淬淬火火和和不完全淬火。不完全淬火。一、淬火温度的选择一、淬火温度的选择选择的依据：选择的依据：）钢的化学成分；）钢的化学成分；）工件尺寸、形态与技术要求；）工件尺寸、形态与技术要求；）奥氏体晶粒的长大倾向；）奥氏体晶粒的长大倾向；）接受的淬火介质与淬火方法。）接受的淬火介质与淬火方法。钢的化学成分与淬火温度钢的化学成分与淬火温度亚共析钢一般选择在Ac3以上3050淬火加热。缘由是，假如低于Ac3，组织中会保留一部分先共析铁素体，淬火后出现软点，钢的硬度达不到要求。过共析钢淬火加热温度选为Ac1 3050。因为过共

21、析刚淬火以前，一般都要经过球化处理，加热温度在Ac1以上时，钢的组织是奥氏体和一部分未溶解的粒状碳化物（渗碳体），淬火后，奥氏体转变为马氏体，未溶解碳化物保留下来，提高钢的耐磨性。二、保温时间的确定二、保温时间的确定（）钢的化学成分；（）钢的化学成分；（）工件的形态与尺寸；（）工件的形态与尺寸；（）加热介质；（）加热介质；（）装炉状况（）装炉状况（Kt）；）；（）炉温。（）炉温。盐浴炉：盐浴炉：t=0.20.4D （D-有效直径，有效直径，mm）空气电阻炉：空气电阻炉：t=1.01.2D（碳钢）（碳钢）t=1.21.5D（合金钢）（合金钢）三、加热介质的选择三、加热介质的选择空气、可控气氛、燃

22、料气体、各种盐浴。空气、可控气氛、燃料气体、各种盐浴。液体介质液体介质主主要要是是盐盐浴浴。优优点点：炉炉温温简简洁洁限限制制、工工件件受受热热匀匀整整、加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小。加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小。常用盐浴成分及其运用温度常用盐浴成分及其运用温度盐浴的配比盐浴的配比熔化温度（熔化温度（）正常使用温度（正常使用温度（）100%BaCl296011001350100%Na2Ba4O770080013502030%NaCl+BaCl265070010002030%NaCl+KCl66067070010002030%NaCl+KCl+BaCl256058088050%N

23、a2CO3+50%KCl550590810四、淬火介质四、淬火介质工件在淬火介质中的工件在淬火介质中的冷却过程冷却过程（）蒸汽膜阶段（）蒸汽膜阶段(AB)（）沸腾冷却阶段（）沸腾冷却阶段(BC)（）对流冷却阶段（）对流冷却阶段(CD)常用淬火介质常用淬火介质（）水（）水优点：易得、廉价、冷却实力强。优点：易得、廉价、冷却实力强。缺缺点点：在在马马氏氏体体转转变变区区间间冷冷速速太太大大；冷冷却却实实力力对对水水温温敏敏感感；不不溶溶杂杂质质会会显显著著降降低其冷却实力。低其冷却实力。（）盐水与碱水（）盐水与碱水优优点点：蒸蒸汽汽膜膜因因盐盐的的加加入入提提早早裂裂开开，高高温温（650550）

24、区区间间的的冷冷却却实实力力约约为为水水的的10倍；倍；冷却实力受温度的影响较水为小。冷却实力受温度的影响较水为小。缺缺点点：在在低低温温区区间间（200300）的的冷冷速速过大；过大；对工件有确定的腐蚀作用。对工件有确定的腐蚀作用。（）油（）油优优点点：对对流流阶阶段段起起先先温温度度比比水水高高，在在Ms点点旁旁边边已已经经进进入入对对流流阶阶段段，低低温温区区间间的的冷冷速速远小于水，可减小工件的开裂与变形。远小于水，可减小工件的开裂与变形。缺缺点点：高高温温区区间间的的冷冷却却实实力力小小，不不能能用用于于淬淬透透性性低低的的碳碳素素钢钢；易易老老化化；易易着着火火；工件淬火后须要清洗

25、。工件淬火后须要清洗。五、钢的淬透性五、钢的淬透性工件断面不同冷速与未淬透区示意图工件断面不同冷速与未淬透区示意图淬淬硬硬层层深深度度：从从工工件件表表面面对对里里深深化化到到半半马马氏氏体区的深度。体区的深度。淬淬透透性性：指指钢钢被被淬淬透透的的实实力力，或或者者说说钢钢在在淬淬火时所能得到的淬硬层的深度。火时所能得到的淬硬层的深度。临临界界淬淬透透直直径径：指指钢钢在在某某种种淬淬火火介介质质中中，其其断断面面中中心心被被淬淬透透（淬淬成成50%马马氏氏体体）的的最最大直径。大直径。淬透性的测量方法：淬透性的测量方法：GB225-63、GB227-63。末端淬火法末端淬火法末端淬火法示意图，（）淬火装置，（）淬透性曲线末端淬火法示意图，（）淬火装置，（）淬透性曲线钢的化学热处理钢的化学热处理化化学学热热处处理理与与其其它它热热处处理理方方式式比比较较，其其特特点点是是除除了了组组织织发发生生变变更更外外，钢钢材材表表面面的化学成分也发生变更。的化学成分也发生变更。化学热处理的主要作用：化学热处理的主要作用：（）强强化化表表面面，提提高高表表面面硬硬度度、耐耐磨磨性性、疲惫强度和多次疲惫抗力；疲惫强度和多次疲惫抗力；（）提高零件表面耐高温及抗腐蚀的实力。（）提高零件表面耐高温及抗腐蚀的实力。一、钢的渗碳