《工程材料》课件：07-第二章.ppsx

1、上次课回顾上次课回顾2.3 2.3 金属的塑性加工金属的塑性加工 2.3.1 2.3.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 1、单晶体的塑性变形、单晶体的塑性变形 2 2、多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 3 3、塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 2.3.2 2.3.2 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化塑性变形后的金属在加热时组织和性能的变化 回复回复/ /再结晶再结晶/ /晶粒长大晶粒长大 2.3.3 2.3.3 金属材料的热加工与冷加工金属材料的热加工与冷加工 金属的金属的热热/ /冷加工冷加工及其对组织、性能的影响及其对组织、性能的影响2.4 2.4 钢的

2、热处理钢的热处理 2. .4. .1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1 1、A的形成的形成2 2、影响影响A形成速度的因素形成速度的因素3、影响、影响A晶粒度的因素晶粒度的因素本次课内容本次课内容2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理 1 1、过冷、过冷A A的等温转变的等温转变2 2、过冷、过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变2.4.3 2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理1、退火退火2、正火正火3、淬火淬火4、回火回火2.4.2 2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 2.4.4 2.4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理1、感应加热表面热处理感应加热表面热处理 2、火焰加热表面

3、热处理火焰加热表面热处理2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1、过冷过冷A的等温转变的等温转变(1)(1)共析钢过冷共析钢过冷A A的等温转变的等温转变C 高温转变高温转变 中温转变中温转变 低温转变低温转变PST上上B下下B扩散型转变扩散型转变Fe、C扩散扩散半扩散型转变半扩散型转变仅仅C扩散扩散非扩散型转变非扩散型转变Fe、C不扩散不扩散PST上上B羽毛状的上羽毛状的上B: 片状片状Fe3C断续分断续分布在布在C过饱和的过饱和的片状片状F间间针状的下针状的下B:粒状粒状Fe2.4C分布在分布在C过过饱和针状饱和针状F内内过冷过冷A孕育期孕育期2.

4、4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1、过冷过冷A的等温转变的等温转变(2)(2)亚共析钢过冷亚共析钢过冷A A 的等温转变的等温转变 在在C曲线上方高温区多曲线上方高温区多 了一条过冷奥氏体转变了一条过冷奥氏体转变 为为F的转变开始线。的转变开始线。 C 越少，越少，C曲线位置往曲线位置往 左移，同时左移，同时M MS S、M Mf f线往线往 上移。上移。2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变1、过冷过冷A的等温转变的等温转变（3 3）过共析钢过冷）过共析钢过冷A A 的等温转变的等温转变 在在C曲线上方高温

5、区多曲线上方高温区多 了一条过冷奥氏体转变了一条过冷奥氏体转变 为为Fe3C的的转变开始线转变开始线 C越多，越多，C曲线位置往曲线位置往 左移，同时左移，同时M MS S、M Mf f线往线往 下移下移2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2、过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 （1 1）共析钢过冷）共析钢过冷A A的连续的连续 冷却转变冷却转变CCTCCT曲线曲线 上临界冷却速度上临界冷却速度Vk下临界冷却速度下临界冷却速度Vk 共析钢共析钢CCT曲线与曲线与C曲线的比较曲线的比较 CCT曲线中没有曲线中没有A转变为转变为B的部分的部分CC

6、T曲线位于曲线位于C曲线的右下方曲线的右下方共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2、过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 （1 1）共析钢）共析钢CCTCCT曲线曲线 转变过程及产物转变过程及产物炉冷炉冷V1空冷空冷V2油冷油冷V4水冷水冷V5PST+M+A残残M+A残残2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2、过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 马氏体转变的特点马氏体转变的特点过冷过冷A A转变为转变为M是一种非扩散型转变是一种非扩散型转变M的形成的形成是一个连

7、续冷却的转变过程是一个连续冷却的转变过程M M转变是不彻底的，总要残留少量转变是不彻底的，总要残留少量A AM M形成时体积膨胀，产生很大内应力形成时体积膨胀，产生很大内应力（1 1）共析钢）共析钢CCTCCT曲线曲线M为为C过饱和的过饱和的F2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2、过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 马氏体的形态与特点马氏体的形态与特点 a a低碳低碳A形成板条状形成板条状M， 高碳高碳A形成针状形成针状M。b M M很硬，且碳质量分很硬，且碳质量分 数越高，数越高，M M硬度越高硬度越高 c c当当A转变为转变为M时，体时

8、，体 积会膨胀。积会膨胀。（1 1）共析钢）共析钢CCTCCT曲线曲线低碳低碳M=M=板条板条M=M=位错位错M M高碳高碳M=M=针状针状M=M=孪晶孪晶M M2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2、过冷过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变 （2 2）亚）亚/ /过共过共析析钢过冷钢过冷 奥氏体的连续冷奥氏体的连续冷 却转变却转变 亚共析钢过冷亚共析钢过冷A在高温时有在高温时有一部分将转变为一部分将转变为F，在中温，在中温转变区会有少量上转变区会有少量上B产生。产生。过共析钢过冷过共析钢过冷A A在高温区将在高温区将首先析首先析出二次渗碳体，残余

9、出二次渗碳体，残余奥氏体较多。无奥氏体较多。无B产生。产生。+F+B上2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变3、 钢冷却转变的总结钢冷却转变的总结2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理1、退火退火（1 1）完全退火）完全退火将组织偏离平衡状态的钢适将组织偏离平衡状态的钢适当加热和保温，然后当加热和保温，然后缓慢冷缓慢冷却却，以获得接近平衡状态组，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。织的热处理工艺叫做退火。（2 2）等温退火）等温退火（3 3）球化退火）球化退火（4 4）扩散退火）扩散退火（5 5）去应力退火）去应力退火2.4.3 钢的普通热处理钢

10、的普通热处理温温度度碳质量分数碳质量分数目的/工艺/组织/应用范围500650 C2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2、正火正火将钢加热到将钢加热到 AC3线或线或 Accm线线以上以上 3050 C，保温适当时，保温适当时间后，在自由流动的空气中间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺。均匀冷却的热处理工艺。温温度度碳质量分数碳质量分数目的/工艺/组织/应用范围作为亚共析钢的最终热处理。作为亚共析钢的最终热处理。 细化晶粒，减少铁素体含量，从细化晶粒，减少铁素体含量，从而提高钢的强度、硬度和韧性。而提高钢的强度、硬度和韧性。作为过共析作为过共析钢的钢的预先热处理。预先热处理。减少二次渗

11、碳体含量，使其不成减少二次渗碳体含量，使其不成连续网状，为球化退火作组织准连续网状，为球化退火作组织准备。备。改善低碳钢或低碳合金钢的切改善低碳钢或低碳合金钢的切削加工性能。削加工性能。 正火可提高其硬度正火可提高其硬度，改善其切削加工性能。，改善其切削加工性能。2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理3、淬火淬火将钢加热将钢加热到相变温度以上，到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处却以获得马氏体组织的热处理理工艺称为淬火。工艺称为淬火。（1 1）淬火工艺）淬火工艺温温度度时间时间2.4.3 钢的普通热处理钢

12、的普通热处理温温度度碳质量分数碳质量分数温度/介质/方法/单介质淬火；单介质淬火；双介质淬火；双介质淬火；分级淬火；分级淬火；等温淬火等温淬火Ms2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理3、淬火淬火钢淬火时形成钢淬火时形成M的能力叫做的能力叫做钢的淬透性。用钢的淬透性。用“末端淬火末端淬火法法” GB/T225-2006来测定来测定（2 2）钢的淬透性）钢的淬透性dJ558 J自由水柱高自由水柱高655mm，水温水温2030C磨窄面深度磨窄面深度0.20.5mm2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理3、淬火淬火（2 2）

13、钢的淬透性）钢的淬透性淬透层深度淬透层深度：从试样表面：从试样表面至半马氏体区的距离。至半马氏体区的距离。钢的淬透性：钢的淬透性： 钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。钢接受淬火时形成马氏体的能力叫做钢的淬透性。淬透层深度：淬透层深度： 指实际工件在具体条件下淬火得到的表面到半马氏指实际工件在具体条件下淬火得到的表面到半马氏 体处的距离，它与钢的淬透性、工件的截面尺寸和体处的距离，它与钢的淬透性、工件的截面尺寸和 淬火介质的冷却能力等有关。淬火介质的冷却能力等有关。钢的淬硬性：钢的淬硬性： 钢淬火后能够达到的最高硬度，它主要决定于马氏钢淬火后能够达到的最高硬度，它主要决定于马氏 体的碳

14、含量。体的碳含量。脆性断裂变为韧脆性断裂变为韧性断裂的转折点性断裂的转折点2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理3、淬火淬火（2 2）钢的淬透性）钢的淬透性影响淬透性的因素：影响淬透性的因素： 碳质量分数碳质量分数：共析钢的临界冷却速度最小，其淬透性最好。共析钢的临界冷却速度最小，其淬透性最好。 合金元素：合金元素：除钴外，其余合金元素除钴外，其余合金元素溶于溶于奥氏体后，提高奥氏体后，提高淬透性。淬透性。 奥氏体化温度：奥氏体化温度：温度提高，奥氏体晶粒长大、成分均匀，减少温度提高，奥氏体晶粒长大、成分均匀，减少P的生的生 核率，降低钢核率，降低钢的临界

15、冷却速度，增加其淬透性。的临界冷却速度，增加其淬透性。 钢中未溶第二相：钢中未溶第二相：成为奥氏体分解的非成为奥氏体分解的非自发核心，降低淬透性。自发核心，降低淬透性。M S回(M S回)+ （S+F）(M S回)+（S+F）2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理4、回火回火钢件淬火后，为了消除内应力钢件淬火后，为了消除内应力并获得所要求的组织和性能，并获得所要求的组织和性能，将其加热到将其加热到AC1以下以下某一某一温度温度，保温一定时间，然后冷却到，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。室温的热处理工艺叫做回火。（1 1）低温回火（低温回火

16、（150250 C）v低温回火后的组织：低温回火后的组织：在低温回火时，从淬火马氏体内部析出在低温回火时，从淬火马氏体内部析出 碳化物（碳化物（ Fe2.4C）薄片，马氏体的过饱和度减小。）薄片，马氏体的过饱和度减小。极细的极细的 碳碳化物化物和和低过饱和度的低过饱和度的 固溶体固溶体组成回火马氏体；部分残余奥氏组成回火马氏体；部分残余奥氏体转变为下贝氏体。所以低温回火后组织为：体转变为下贝氏体。所以低温回火后组织为：回火马氏体回火马氏体+残残余奥氏体余奥氏体+下贝氏体下贝氏体。v低温回火的目的：低温回火的目的：降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后的高硬度

17、和高耐磨性。后的高硬度和高耐磨性。v低温回火的应用：低温回火的应用：主要用于处理各种高碳钢工具、模具、滚主要用于处理各种高碳钢工具、模具、滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。淬火后均须淬火后均须回火回火2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理4、回火回火（2 2）中温回火（中温回火（350500 C）v中温回火后的组织：中温回火后的组织：在中温回火时，在中温回火时，得到（得到（尚未再结晶的尚未再结晶的） 铁素体基体与大量铁素体基体与大量弥散分布的细粒状渗弥散分布的细粒状渗 碳体碳体的混合组织，叫做的混合组织，叫做回火屈氏体回火屈

18、氏体。v中温回火的目的：中温回火的目的： 提高工件的弹性极限、屈服强度和韧性提高工件的弹性极限、屈服强度和韧性v中温回火的应用：中温回火的应用： 主要用于处理各类弹簧。主要用于处理各类弹簧。2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理4、回火回火（3 3）高温回火（高温回火（500650 C）v高温回火后的组织：高温回火后的组织：在高温回火时，得到在高温回火时，得到细粒状渗碳体细粒状渗碳体和铁和铁 素体基体（素体基体（已再结晶已再结晶）的混合组织，称）的混合组织，称 为为回火索氏体回火索氏体。v高温回火的目的：高温回火的目的： 提高工件的综合机械性能。提高工件的

19、综合机械性能。v高温回火的应用：高温回火的应用： 广泛用于各种重要的机器结构件，特别广泛用于各种重要的机器结构件，特别 是受交变载荷的零件，如连杆、轴等。是受交变载荷的零件，如连杆、轴等。淬火淬火 + 高温回火高温回火 = 调质调质2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理4、回火回火（4 4）回火温度对性能的影响回火温度对性能的影响回火脆性：回火脆性： 在在250250400400 C C和和 450450650650 C C两个温度区间回火后，两个温度区间回火后，钢的冲击韧性明显下降。这种钢的冲击韧性明显下降。这种现象在合金钢中比较显著，应现象在合金钢中比

20、较显著，应当设法避当设法避免。免。 40钢2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理1、感应加热表面热处理感应加热表面热处理（1 1）原理原理仅对钢的表面加热、冷却而不仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为改变其成分的热处理工艺称为表面热处理，也叫表面淬火。表面热处理，也叫表面淬火。)(500mmf（2 2）钢种钢种（3 3）特点特点加热加热+喷淋喷淋+自回火自回火 表面表面为隐晶马氏体，比一般淬火高为隐晶马氏体，比一般淬火高23HRC3HRC，而且脆性较低。，而且脆性较低。 表面表面层残余压应力大，显著层残余压应力大，显著提高工件的疲劳强度。提

21、高工件的疲劳强度。 加热加热速度快，无保温时间，工件氧化脱碳少，速度快，无保温时间，工件氧化脱碳少，淬火变形小。淬火变形小。 加热温度和淬硬层厚度容易控制，便于机械化加热温度和淬硬层厚度容易控制，便于机械化和自动化。和自动化。 设备较贵，形状复杂的零件处理比较困难。设备较贵，形状复杂的零件处理比较困难。中碳中碳(低合金低合金)钢钢2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理2.4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理2、火焰加热表面热处理火焰加热表面热处理（1 1）原理原理火焰加热表面淬火，是用乙炔火焰加热表面淬火，是用乙炔-氧或煤气氧或煤气-氧等火焰加热工件表氧等火焰加热工件表面，进行淬火面，进行淬火。

22、（2 2）特点特点（3 3）应用应用单件、小批量生单件、小批量生产及大型零件产及大型零件的的表面淬火。表面淬火。 设备简单；成本低；设备简单；成本低；生产率低；表面生产率低；表面过热程度不同，质量难控制。过热程度不同，质量难控制。本次课小结本次课小结2.4 2.4 钢的热处理钢的热处理 1 1、过冷、过冷A A的等温转变的等温转变2 2、过冷、过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变2.4.3 2.4.3 钢的普通热处理钢的普通热处理1、退火退火2、正火正火3、淬火淬火4、回火回火2.4.2 2.4.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 2.4.4 2.4.4 钢的表面热处理钢的表面热处理1、感应加热表面热处理感应加热表面热处理 2、火焰加热表面热处理火焰加热表面热处理