[工学]材料第2章之4 钢的热处理.ppt

北京邮电大学自动化学院 一、热处理的基本概念 热处理通常指的是将材料加热到相变温度以上发生相变，再施以冷却再发生相变的工艺过程。 通过这个相变与再相变，材料的内部组织发生了变化，因而性能变化。 （1）热处理的基本要素 热处理工艺中有三大基本要素：加热、保温、冷却。这三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。 加热：是热处理的第一道工序。不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热，此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。 保温：目的是要保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。 冷却：热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。 二、钢在加热时的转变 钢的热处理多数需要先加热得到奥氏体，然后以不同速度冷却使奥氏体转变为不同的组织，得到钢的不同性能。因此掌握热处理规律，首先要研究钢在加热时的变化。 加热的目的是得到奥氏体。 （1）加热时奥氏体的形成过程之共析钢的加热转变 　　　珠光体转变为奥氏体并使奥氏体成分均匀必须有两个必要而充分条件：一是温度条件，要在Ac1以上加热；二是时间条件，要求在Ac1以上温度保持足够时间。 　　　在一定加热速度条件下，超过Ac1的温度越高，奥氏体的形成与成分均匀化需要的时间愈短；在一定的温度（高于Ac1）条件下，保温时间越长，奥氏体成分越均匀。　　 三、钢在冷却时的转变 同一种钢加热到奥氏体状态后，由于尔后的冷却速度不一样，奥氏体转变成的组织不一样，因而所得的性能也不一样。 （1）等温处理：临界点以下进行保温，恒温转变 （2）连续冷却：以某种速度连续冷却 （2）中温转变（贝氏体转变） 贝氏体组织B：贝氏体按形成温度不同分为两种：上贝氏体和下贝氏体。 上贝氏体的形成温度为550℃～350℃，它的硬度比同样成份的下贝氏体低，韧性也比下贝氏体差，所以上贝氏体的机械性能很差，脆性很大，强度很低，基本上没有实用价值。 　　　 下贝氏体的形成温度为350℃～Ms，它有较高的强度和硬度，还有良好的塑性和韧性，具有较优良的综合机械性能，是生产上常用的组织。获得下贝氏体组织是强化钢材的途径之一。 2、过冷奥氏体的连续冷却转变（马氏体转变） 马氏体组织 过冷奥氏体在马氏体开始形成温度Ms以下转变为马氏体，这个转变持续至马氏体形成终了温度Mf。在Mf以下，过冷奥氏体停止转变。经冷却后未转变的奥氏体保留在钢中，称为残余奥氏体。 过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线） 四、 钢的普通热处理 钢的热处理工艺可分为三大类： 一是：一般热处理（或常规热处理），即退火、正火、淬火、回火的“四火”处理； 二是：表面热处理，如高频感应加热淬火、渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗等； 三是：其它热处理，如可控气氛热处理、真空热处理、形变热处理等。 将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺叫淬火。马氏体强化是钢的主要强化手段，因此淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理中应用最广的工艺之一。 （1）淬火温度的确定 淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体组织。 亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30℃～50℃，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。 过共析钢的淬火温度为Ac1以上30℃～50℃，这个加热温度能保留少量二次渗碳体，降低了奥氏体的含碳量，可以改变马氏体的形态，降低马氏体的脆性。 （2）淬火介质的确定： 淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。 淬火的目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。 （3）淬火工艺 回火工艺 重要的机械零件都要淬火和回火。钢淬火和回火后的机械性能取决于淬火的质量和回火的合理性。在淬火得到细小、均匀和完全的马氏体的前提下，工件的性能主要取决于回火温度。 按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低温回火，中温回火、高温回火。按照回火温度和工件所要求的性能，一般将回火分为三类。 （1）低温回火