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    鋼的熱處理,一份清晰的基礎(chǔ)知識匯總PPT

    鋼的熱處理,一份清晰的基礎(chǔ)知識匯總PPT   鋼的熱處理

    改善鋼的性能,主要有兩個(gè)途徑
    (1)       調(diào)整鋼的化學(xué)成分,加入合金元素
    (2)       鋼的熱處理,改變組織結(jié)構(gòu)
    熱處理:通過加熱,保溫,冷卻等操作方法,使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,以獲得所需性能的一種加工工藝。
    分類:
          普通熱處理:退火,正火,淬火,回火
          表面熱處理:表面淬火(火焰加熱,感應(yīng)加熱),化學(xué)熱處理(滲碳,氮化,碳氮共滲)

    3.1    鋼熱處理的基本原理

    加熱或冷卻時(shí)鋼組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
    3.1.1       鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變
    A1,A3,Acm是反映不同含碳量的鋼在緩慢加熱和冷卻時(shí)的相變溫度(平衡臨界點(diǎn))。實(shí)際生產(chǎn)中,加熱和冷卻速度不可能很慢,總有過冷和過熱現(xiàn)象。加熱和冷卻速度越大,相變溫度偏離平衡臨界點(diǎn)的程度也越大,即過冷度和過熱度越大。通常用Ac1,Ac3和Accm表示加熱時(shí)偏離后的相變溫度;用Ar1,Ar3和Arcm表示冷卻時(shí)偏離后的相變溫度。
    大多數(shù)熱處理工藝都是將鋼加熱至相變溫度以上,使其室溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驃W氏體, 即“奧氏體化”。
    以共析鋼為例說明鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變。
    3.1.1.1    形成過程
    共析鋼在室溫時(shí)具有珠光體組織,將其加熱到Ac1以上時(shí),珠光體將全部轉(zhuǎn)為含碳量為0.77%的奧氏體。
    P=F(體心立方)+Fe3C(復(fù)雜晶格)——>A(面心立方)
    奧氏體化是一個(gè)重結(jié)晶的過程,分為四個(gè)階段:
    * 奧氏體晶核形成
          晶核易于在F和Fe3C相界面形成,這是因?yàn)榇颂幵优帕形蓙y,位錯(cuò)、空位密度高。
    * 奧氏體晶核的長大
          含碳量不同出現(xiàn)碳濃度梯度,引起F->A及Fe3C溶解。
    * 殘余奧氏體的溶解
          F先轉(zhuǎn)變完,F(xiàn)e3C完全溶解
      * 奧氏體成分均勻化
          碳擴(kuò)散使A含C量趨于均勻。
    3.1.1.2    影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素
    * 形成溫度,鋼的成分和原始組織及加熱速度
          形成溫度越高,原子擴(kuò)散能力增大,增大了A中C濃度梯度,加速成A形成。
    * 含C量越高,F(xiàn)和Fe3C相界面增多,有得于A形成。
    * P越細(xì),A形成速度越快。
    * 連續(xù)加熱時(shí),隨著加熱速度增大,A形成溫度提高,所需時(shí)間縮短。
    3.1.1.3  奧氏體晶粒的長大及其影響因素
    晶粒度分為起始晶粒度,實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度。
    起始晶粒度:指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)锳時(shí)的A晶粒度。
    實(shí)際晶粒度:指鋼在具體的熱處理或熱加工條件下實(shí)際獲得的奧氏體晶粒大小。直接影響鋼件性能。
    本質(zhì)晶粒:指A晶粒長大的傾向性(本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,本質(zhì)粗晶粒鋼)
    A晶粒長大及其影響因素:
    * 奧氏體化溫度越高,晶粒長大越明顯。
    * 加入合金元素影響奧氏體晶粒長大。
          能形成穩(wěn)定碳化物元素Ti,Cr,抑制A長大。
          Mn,P等則加速A長大

    3.1.2       鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變
    冷卻方式有兩種:
    (1)等溫冷卻
    就是將加熱后組織為全部奧氏體的鋼,先以較快的冷卻速度冷卻到Ar1線以下某一溫度,這時(shí)奧氏體尚未來得及轉(zhuǎn)變,但已成為過冷奧氏體。然后進(jìn)行保溫,使奧氏體在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。再繼續(xù)冷卻到室溫,如等溫退火、等溫淬火等。
    (2)連續(xù)冷卻、
    將加熱后組織為全部奧氏體的鋼,以某一速度冷卻,使奧氏體在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。如退火(爐冷),正火(空冷),普通淬火(油、水泠)。
    過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能
    珠光體,索氏體,屈氏體:晶粒粗細(xì)之分。
    馬氏體:C在α-Fe中的過飽和固溶體,高強(qiáng)度,高硬度和耐磨性
    貝氏體:由含碳過飽和F和碳化物組成的兩相混合物。上貝氏體,下貝氏體(高強(qiáng),韌)
    3.1.2.1    過冷A等溫冷卻
    將A過冷到Ar1以下的某一溫度,并在此溫度等溫停留過程中完成其組織轉(zhuǎn)變過程,稱為過冷A的等溫轉(zhuǎn)變。
    (1)       高溫轉(zhuǎn)變區(qū)Ar1-550
    (2)       中溫轉(zhuǎn)變區(qū)550-230
    (3)       低溫轉(zhuǎn)變區(qū)
    3.1.2.2.    過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變
    在實(shí)際熱處理生產(chǎn)中,A的轉(zhuǎn)變大多是在連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行的,常在爐內(nèi)、空氣中,油中或水中冷卻。與等溫轉(zhuǎn)變一樣也能發(fā)生珠光體、貝氏體、馬氏體等轉(zhuǎn)變,但不同的是冷卻過程要經(jīng)過各個(gè)轉(zhuǎn)變溫度區(qū),會(huì)發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變,得到幾種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的復(fù)合組織。

    3.2    鋼的熱處理

    3.2.1       退火與正火
    鋼的退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝,例如各類鑄、鍛、焊生產(chǎn)的毛坯或半成品的預(yù)備熱處理,目的在于消除冶金及熱加工過程中產(chǎn)生的某此缺陷,改善組織和工藝性能,為以后的機(jī)加工及最終熱處理做好組織與性能準(zhǔn)備。對于某些性能要求不高的機(jī)械零件,經(jīng)退火或正火后可直接使用。此時(shí),退火或正火也就成為最終熱處理。

    退火:把鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上或以下的一定溫度,保溫一段時(shí)間,隨后在爐中或埋入爐中或?qū)嵝暂^差的介質(zhì)中,使其緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)的穩(wěn)定的組織。
     

    目的:
    (1)降低鋼的硬度,改善切削加工性;
    (2)提高鋼的塑韌性,便于成形加工;
    (3)細(xì)化晶粒
    (4)消除工件內(nèi)的殘余應(yīng)力。
     

    正火:將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-50℃,適當(dāng)保溫后,從爐中取出在靜止的空氣中冷卻至室溫。
     

    目的:
    (1)細(xì)化晶粒,消除缺陷
    (2)調(diào)整鋼的硬度
    (3     消除內(nèi)應(yīng)力
    既可做為中間熱處理,也可用作最終熱處理。

    3.2.2       淬火與回火
    淬火:將鋼加熱到Ac3或Ac1線以上30-50℃,保溫一定時(shí)間后,在水或油中快速冷卻,以獲得馬氏體組織。
    目的:主要是獲得馬氏體,提高鋼的硬度和耐磨性。
    兩個(gè)概念:淬透性,淬硬性

    淬火后強(qiáng)度和硬度有了較大提高,但塑性和韌性卻顯著降低,此外,淬火工件內(nèi)部有較大內(nèi)應(yīng)力,如不及時(shí)處理,
    會(huì)進(jìn)一步變形至開裂,為此,淬火后要及時(shí)回火。
    回火:將淬火后的鋼加熱到Ac1線以下的某一溫度,在該溫度下保溫一定時(shí)間(2-4小時(shí)),然后取出在空氣或油中冷卻。
    回火通常作鋼件熱處理的最后一道工序,因此,把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為最終熱處理。

    目的:
    (1)降低脆性,減少內(nèi)應(yīng)力,防止變形開裂
    (2)調(diào)整鋼件的機(jī)械性能
    (3)穩(wěn)定組織,保證工件尺寸、形狀穩(wěn)定。
    低溫回火:加熱到150-250℃,保溫1-3小時(shí)后空冷,得到回火馬氏體。(保證高硬度,如刃具、量具)
    中溫回火:加熱到350-450℃,保溫后空冷,得到回火屈氏體。(高彈性極限,有一定韌度和硬度,如彈簧)
    高溫回火:加熱到500-650℃,保溫后空冷,得到回火索氏體。(有一定強(qiáng)度和硬度,又有良好的塑性和韌性,如曲軸,齒輪)
    淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理

    3.2.3 表面熱處理
    機(jī)器零件如齒輪,曲軸工件條件不同,有時(shí)受沖擊,表面受摩擦,要求芯部有足夠強(qiáng)度,韌性,表面有高的硬度和耐磨性。

    3.2.3.1. 表面淬火
    火焰加熱表面淬火;感應(yīng)加熱表面淬火
    3.2.3.2. 表面化學(xué)熱處理
    滲碳:向鋼的表面滲入碳原子,提高表面含碳量,提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性。
    滲氮:在工件表面滲入氮原子,形成一個(gè)富氮硬化層的過程。提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性,且滲氮性能優(yōu)于滲碳。
    碳氮共滲:碳氮同時(shí)滲入工件表層。提高表面硬度、抗疲勞性和耐磨性,并兼具滲碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)。
    滲鉻:有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性,可代替不銹鋼和耐熱鋼用于機(jī)械和工具制造。
    滲硼:十分優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力,耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層,但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具。

    下面我通過一組PPT 來學(xué)習(xí)一下這方面的知識:

    來源:熱處理小講堂


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