碳钢的热处理.ppt

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1、第五章  碳钢的热处理HeatTreatmentofCarbonSteel前言一、热处理的概念通过对材料进行加热、保温、冷却的操作方法使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种工艺。普通热处理：退火、正火、淬火、回火热处理表面淬火：火焰加热、感应加热、电接触加热、表面热处理激光加热、等离子体加热化学热处理：渗碳、氮化、渗V、渗B、渗Nb二、热处理的分类三、热处理在机械零件制造工艺中的位置坯料→锻造→热处理Ｉ→粗加工→半精加工→热处理Ⅱ→精加工→热处理Ⅲ→（抛光）→成品热处理Ｉ：称为改善材料切削加工性能热

2、处理最佳切削硬度：HB170-230（1）低碳钢含有大量柔软的铁素体；切削加工性能较差，易产生“粘刀”现象，影响加工面的表面质量（粗糙度），刀具寿命也受到影响，故加工前应进行正火热处理，以提高硬度，以改善加工性能。（2）高碳钢含有较多的网状渗碳体，难以切削，应退火处理，再加工。（3）冷加工硬化的坯料，应进行再结晶退火，以降低硬度，改善切削加工性能。热处理Ⅱ：改善零件机械性能热处理。正火，淬火＋回火，化学热处理热处理Ⅲ：消除加工残余应力热处理。去应力退火、时效四、热处理在机械制造业中的应用汽车制造业：70％—80

3、％的零件需进行热处理机床创造业：60％—70％的零件需进行热处理各种工具、轴承等：100％的零件需进行热处理五、热处理的主要工艺参数1、加热速度2、加热温度3、保温时间4、冷却速度第一节   钢在加热时的组织转变一、奥氏体的形成大多数热处理工艺的加热温度都高于钢的临界点（A1或A3），使钢具有奥氏体组织，然后以一定的冷却速度冷却，以获得所需的组织和性能。铁碳合金缓慢加热时奥氏体的形成可以从Fe-Fe3C相图中反映出来，珠光体向奥氏体的转变属于扩散型相变。以共析钢为例，珠光体组织在A1（727℃）以

4、下，组织保持不变（α相中碳的溶解度及Fe3C的形状稍有变化）；当加热到A1点以上时，珠光体全部转变为奥氏体。奥氏体的形成过程可以分为四个步骤：①奥氏体晶核的形成②奥氏体晶粒长大③残余渗碳体溶解④奥氏体成分均匀化对于亚共析钢（过共析钢），当缓慢加热到A1以上时，除珠光体全部转化为奥氏体外，还有少量先共析铁素体转变为奥氏体（过共析钢二次渗碳体溶解）,随着温度升高，先共析铁素体不断向奥氏体转变，当温度高于A3时，组织为单相奥氏体。二、奥氏体形成的热力学条件钢加热时组织转变的动力是奥氏体与旧相之间的体积自由能

5、之差ΔFv，而相变进行的条件是系统总的自由能降低。根据相变理论，奥氏体形成晶核时，系统总自由能变化ΔF为：ΔF=-ΔFv+ΔFs+ΔFe式中：ΔFs——形成奥氏体时所增加的表面能ΔFe——形成奥氏体时所增加的应变能由于奥氏体是在高温下形成的，其相变应变能ΔFe很小，可以忽略，故上式可写为：ΔF=-ΔFv+ΔFs显然，只有当ΔFv能克服因奥氏体形成所增加的表面能ΔFs时，珠光体才能自发地形成奥氏体，因此奥氏体的形成必须有一定的过热度ΔT。体积自由能温度FpFAA1T1ΔFv℃奥氏体形成的热力学条件三、影响珠光体向

6、奥氏体转变的因素1、温度的影响提高温度，原子的扩散能力增大。特别是碳原子在奥氏体中的扩散能力增大，奥氏体的形成速率加快。2、含碳量的影响钢中含碳量增加，铁素体与渗碳体的相界面总量增多，有利于加速奥氏体形成。3、合金元素的影响钢中加入合金元素，可影响奥氏体的形成：强碳化物元素（减缓C的扩散，减缓A的形成）；非碳化物形成元素加速A形成。4、钢组织中珠光体越细，奥氏体形成速度越快（相界面积大）。5、加热速度越快，奥氏体形成温度升高，形成速度越快。四、奥氏体晶粒度及其影响因素1、奥氏体晶粒度的概念a、起

7、始晶粒度：指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的晶粒度。b、实际晶粒度：指钢在具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒度。c、本质晶粒度：不是指具体的晶粒大小，只表示钢的奥氏体晶粒长大的倾向性（易长大，还是不易长大）。一般将钢的奥氏体晶粒长大倾向分为两类：如图：21930加热温度℃4级晶粒度级别Ac1曲线1：随加热温度的升高，奥氏体晶粒一直长大，逐渐粗化。曲线2：一定温度下（Ac1）加热，奥氏体晶粒长大缓慢，保持细小晶粒，超过一定温度（930℃后），奥氏体晶粒急剧长大，突然粗化。凡是符合曲线1的钢—本质粗晶粒钢

8、凡是符合曲线2的钢—本质细晶粒钢一般钢的奥氏体晶粒度分为8级，1级最粗，8级最细。晶粒度1-4级的钢，称为本质粗晶粒钢晶粒度5-8级的钢，称为本质细晶粒钢。镇静钢为本质细晶粒钢，沸腾钢为本质粗晶粒钢。需经热处理强化的零件一般都采用本质细晶粒钢---镇静钢制作。2、影响奥氏体晶粒度的因素高温下，奥氏体晶粒长大，晶界总面积减少，系统自由能降低，是自发过程。a、奥氏体转化温度越高，晶粒越容