第七章 钢淬火与回火(3).pptVIP

中南大学 金属材料热处理 MSE___材料科学与工程学院 第七章 钢的淬火和回火 （3） 7.6 钢的时效硬化 7.7 钢的表面淬火 7.6 钢的时效硬化 时效硬化：过饱和固溶体的析出（即过饱和固溶体分解并形成和析出偏聚区、过渡相或平衡相），从而引起合金强化的过程。铝合金、镁合金、铍青铜、镍基耐热合金及部分钢。 钢的时效（硬化）：马氏体的分解和二次硬化，即过饱和固溶体中碳（氮）化物、合金化合物析出；奥氏体中二次碳化物、F中三次碳化物析出等过程。硬化也可能来自于多边化减慢。 7.6.1 析出强化钢： 1.马氏体时效钢：微碳Fe-Ni合金（Ni、Co、Mo、Ti、A1、或Ti、A1、Nb）。加入合金元素形成金属间化合物(Ni3M)强化基体。 2. 沉淀硬化超强不锈钢：以18-8不锈钢为基础，添加少量A1、Ti、Mo的A—M沉淀硬化不锈钢和以Cr13型M不锈钢为基础添加Mo、W、Ti、Nb和Co的低碳M沉淀硬化超高强不锈钢。合金元素间形成IMC。 3. 微合金钢：低碳/低碳锰钢中添加微量A1、Nb、V、Ti 等。这些合金元素与钢中的C和N形成细小弥散的合金碳化物、氮化物或碳-氮化物。减缓晶粒（奥氏体或再结晶）的长大；微合金C化物、N化物为相界沉淀，对回复、再结晶的影响？ 4. M时效钢与沉淀硬化高强不锈钢的析出强化必须通过固溶—时效才能体现，微合金钢一般只需在加工中采用合适的控轧控冷工艺。另外，前二者在热处理中经历多型性转变。 强化主要来自于第二相析出 7.6.2 马氏体时效钢的淬火时效 M时效钢超高强、有良好的塑性和韧性，用于承受大负荷的结构件。 原因：淬火强化（板条状马氏体）+时效强化 成分：C≤0.03％，Ni＝18％~25％，含能产生时效强化的合金元素。 分三类：18Ni型、20Ni型和25Ni型。 钢种 标准化学成分/% 力学性能 屈服强度 /MPa 冲击值 J/cm2 Ni Co Mo Ti Al C 18Ni型：淬火态屈服强度约690MPa；时效强度达690~1380MPa， 断裂韧性比一般超高强钢高出一倍以上，热处理后不变 形。用于空间飞行器的部件、大负荷扭转或弯曲的结构 件、高压容器和部分工模具。 18Ni型M时效钢的化学成分与力学性能 添加少量Co减少Mo在M内的溶解度，促进Ni3Mo的析出，避免钢的回火脆性 18Ni型马氏体时效钢的热处理工艺 强化效应： 淬火后得到板条马氏体；时效后板条M上高弥散度（约10nm)、高硬度化合物(Ni3Mo，Ni3Ti)分布；且化合物与马氏体基体半共格。淬火态屈服强度约686MPa，时效态可达1200MPa，断裂韧性很高，热处理变形少。左上图合金高温时效时，有可能Fe2Ni、Fe2Mo替代Ni3Mo、Ni3Ti。前者与基体非共格，后者与基体半共格。 时效温度对18Ni马氏体时效钢力学性 能的影响(18Ni, 7Co, 4.5Mo, 0.3Ti) Another kind of precipitating hardening steel: 17-4PH（S17780马氏体析出硬化钢，主体成分：Fe-0.09C-1Mn-0.5Si-16~17.25Cr-6.5~7.75Ni-0.75~1.25Al）。凝固时可得到100% F，继续冷却得到几乎全部A+残留F。轧制后，F沿轧制方向排列。 析出处理：760OCx2hr---空冷---621OCx4hr。抗拉强度达790MPa，冲击韧性值可达75。 1040OC退火 1040OC退火+482OC时效 (d) Fe-30Mn-7.8Al-1.3C heated at 1253K for 30 min then quenched to 823K for different durations. (a) 180, (b) 6000, (c) 48800, (d) 17300min. ?→?0??’→??? Austenite steel: aging-hardening; To replace Fe-Ni-Cr Other aging-hardening steel Fe-30Mn-7.8Al-1.3C: 2 stages of ageing 7.7 钢的表面淬火 钢制零件（齿轮、曲轴、冷轧辊等）服役条件要求：心 部韧性和塑性高、表层硬且耐磨。要求：表层M，芯部 为淬火前的原始组织。利用热传导的时间差！ 整体热处理可否达到要求？多种方法！ 7.7.1 表面淬火方法 传统方法(火焰表面淬火法 、感应加热表面淬火法)