第4章金属材料热处理祥解.ppt

第4章 金属材料热处理 金属材料热处理是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法，也称之为金属材料的改性处理。 热处理工艺按其工序位置可分为预备热处理和最终热处理。预备热处理可以改善金属材料的加工工艺性能，为后续工序作好组织和性能准备，从而提高生产率和加工质量。最终热处理可以提高金属材料的使用性能，充分发挥金属材料的性能潜力，保证产品质量，延长零件使用寿命。 根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，热处理可分为三大类： 1．普通热处理：退火、正火、淬火、回火。 2．表面热处理：⑴表面淬火。⑵化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属。 3．其他热处理：形变热处理、超细化热处理、真空热处理。 §4．1 退火与正火 退火与正火常作为预备热处理。铸造、锻造和焊接后的毛坯件在热加工过程中不仅组织粗大，成分不均匀，而且存在残余应力，这些缺陷使材料力学性能变差，影响切削加工性能，易使零件产生变形。经过退火或正火后，可以使毛坯件组织细化，成分均匀，消除内应力，改善力学性能和切削加工性能，减少零件产生变形和裂纹的倾向。 对于一些不重要或受力不大的零件，退火和正火也可作为最终热处理。 4.1.1 退火 退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却（通常随炉冷却），获得接近于平衡组织的热处理工艺。 退火的目的： ⑴降低硬度，改善切削加工性。 ⑵消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。 ⑶细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 1．完全退火 完全退火是将钢加热到Ac3以上30-50℃，保温一定时间后随炉冷却到500℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。 完全退火主要适用于亚共析钢和铸件、锻件及焊接件等，将其加热到Ac3以上使钢材完全奥氏体化，缓慢冷却后获得接近于平衡状态的珠光体组织，使热加工过程中造成的粗大不均匀组织均匀细化，降低硬度，提高塑性，改善加工性能，消除内应力。 完全退火的过程所需时间较长，长达几十小时以上，生产率低。 2．等温退火 等温退火是将钢加热到Ac3以上30-50℃，保温一定时间后，快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体全部转变为珠光体后，空冷至室温。 等温退火与完全退火目的相同，但所需时间可缩短一半，组织也较均匀。 3．球化退火 球化退火是将钢加热到Ac1以上10-30℃，保温较长时间后以极其缓慢的速度冷却到600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。 球化退火主要适用于共析钢和过共析钢及合金工具钢的退火，使钢中的网状二次渗碳体和珠光体中的片状渗碳体球化，降低材料硬度，改善切削加工性，并可减小最终淬火变形和开裂为以后的热处理作准备。 4．扩散退火（均匀化退火） 扩散退火加热温度高，一般在Ac3以上150-200℃，长时间保温（10-15h）后随炉缓冷。 扩散退火适用于合金钢大型铸、锻件，目的是消除其化学成分的偏析和组织的不均匀性。 扩散退火容易使钢的晶粒粗大，影响力学性能，因此一般扩散退火后仍需进行完全退火或正火，以细化扩散退火中因高温和长时间保温所产生的粗大组织。 5．去应力退火 去应力退火加热温度低于Ac1以下，一般为500-650℃，充分保温后缓慢冷却至200℃出炉空冷。 去应力退火加热温度低，在退火过程中无组织变化，适用于铸、锻、焊件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的变形和开裂倾向。 4.1.2 正火 正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（共析钢和过共析钢）以上30-50℃，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。（完全奥氏体化，伪共析转变。） 正火的目的： ⑴对普通碳素钢、低合金钢和力学性能要求不高的结构件，可作为最终热处理。 ⑵对低碳钢用来调整硬度，避免切削加工中粘刀现象，改善切削加工性。 ⑶对共析、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为球化退火作好组织准备。 正火比退火加热温度高，冷却速度快，冷却后组织中铁素体量少，索氏体组织细，具有较高的力学性能。而且正火生产周期短、生产率高、操作简便、经济性好。 §4．2 钢的淬火 淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。 淬火可以使钢件获得马氏体或贝氏体组织，以提高钢的力学性能。淬火是强化钢件的最主要而且是最常用的热处理方法。 4.2.1 淬火加热温度和加热时间 亚共析钢的淬火加热温度为Ac3+（30-50）℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体。 过共析钢的淬火加热温度为Ac1+（30-50）℃，淬火后的组织为均匀细小的马氏体和粒状二次渗碳体，有利于增加钢的硬度和耐磨性。如果加热温度过高，则二次渗碳体将全部溶入奥氏体，使马氏体转变温度降低，淬火组织中残余奥氏体增多，粒状