金属材料概论第六章-3

第三节退火和正火退火和正火是应用很广泛的预备热处理工艺：安排在工件毛坯生产之后、切削(粗)加工之前→用以消除前一工序带来的某些缺陷；→并为后一工序作好组织准备。一、退火工艺：将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡态组织的热处理工艺。Ac1以上或以下温度随炉缓慢冷却分类：完全退火等温退火球化退火均匀化退火去应力退火（一）完全退火—简称退火，应用最广1·加热温度：Ac3+20~30℃→完全奥氏体化2·组织：P+F3.目的：①细化组织，降低硬度②改善可加工性能③消除内应力4·适用范围：亚共析钢的锻件、热轧件、铸钢件不适用：低碳钢，过共析钢45钢经锻造及完全退火前后的性能与组织如：45,50,65Mn,40Cr,ZG270-500铸造齿轮（二）球化退火(不完全退火)2·加热温度：Ac1+(20~30)℃4·适用范围：适用于共析和过共析成分的碳钢和钢锻a)3.组织：球状P（F+球状Fe3C）如：T7,T8,T12,T12A1·球化退火：使钢中的碳化物球化，获得粒状P的一种热处理工艺白色—铁素体；球状—渗碳体（三）均匀化退火（扩散退火）1·加热温度：Ac3+150~200℃碳钢：1100~1200℃，合金钢：1200~1300℃保温时间：10~20h3.应用范围：优质合金钢或偏析严重的合金钢铸件4·后果：粗大晶粒（应用完全退火消除）2.目的:消除偏析,组织不均匀性（四）去应力退火1.加热温度：Ac1—(100~200)℃钢铁材料：500~650℃2.目的:去除工件内部的残留应力3.后果：不发生组织的转变4.应用：55，60，65，70，Cr12,9Cr18二、正火工艺:将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Accm(过共析钢)以上30~50℃，保温以后在空气中冷却得到索光体(S)正火与退火的区别：强度,硬度,韧性较高,塑性基本不降低正火的冷却速度要快一些,形成S;应用：调整锻、铸钢件的硬度，细化晶粒，消除网状渗碳体并为淬火作好组织准备。目的：(1)改善低碳钢的切削加工性能；(2)预先热处理,中碳结构钢;(3)最终热处理，普通结构钢零件;(4)消除过共析钢的网状碳化物;(5)用于某些碳钢、低合金钢的淬火返修件工艺曲线退火、正火的工艺示意图加热温度范围第四节淬火与回火钢的淬火和回火是热处理工艺中最重要、用途最广泛的工序淬火：显著提高钢的强度和硬度回火：消除淬火钢的残余内应力→得到不同强度、硬度和韧性配合的性能不可分割紧密衔接淬火和回火作为最终热处理赋予钢件最终性能的关键性工序钢件热处理强化的重要手段第四节淬火与回火淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后以适当速度冷却，获得M或下B组织的热处理工作——强化钢材最重要的热处理手段一、淬火(一)淬火工艺1·加热温度的选定为获得细小而均匀的奥氏体，使淬火后得到细小而均匀的马氏体或下贝氏体组织！亚共析钢Ac3+30~50℃获得细小而均匀的马氏体组织共析钢Ac1+30~50℃马氏体+残余奥氏体+颗粒状Fe3C过共析钢Ac1+30~50℃保留一定的颗粒状Fe3C→HRC↑，耐磨性↑A中C%↓→M中C%↓→M脆性↓A中C%↓→M过饱和度↓→残余奥氏体↓2·淬火冷却介质①理想淬火介质的冷却特性650℃以上，慢，减小热应力650-500℃，快，避免C曲线400℃以下，慢，减轻相变应力理想淬火介质的冷却特性②常用淬火介质水，水基(盐水，碱水溶液)及油及油基名称最大冷却速度平均冷却速度/（℃。S-1）所在温度冷却速度/（℃.S-1）650~550℃300~200℃静止自来水，20℃340775135450静止自来水，40℃285545110410静止自来水，60℃2202758018510%NaCl浓度的水溶液，20℃58020001900100015%NaOH浓度的水溶液，20℃560283027507755%Na2CO3浓度的水溶液，20℃4301640114082010号机油，20℃4302306065常用淬火介质的冷却特性注：冷却速度均由直径为20mm的银球所测（二）常用淬火方法由于淬火介质不能完全满足淬火质量要求，所以在热处理工艺上还应在淬火方法上加以解决！单介质淬火双介质淬火M分级淬火贝氏体等温淬火（二）常用淬火方法1·单介质淬火：加热奥氏体化后的工件放入一种淬火冷却介质中连续冷却到室温的淬火方法。★方法操作简便，适用于形状简单的工件★缺点：工件表面与心部温差大→造成淬火内应力Ms碳钢在水中的淬火合金钢在油中淬火2·双介质淬火：先在水中冷却到接近Ms点时，立即取出再放入油中冷却的方法。Ms在缓冷介质中进行马氏体转变，产生的内应力↓，减少了变形、开裂的可能性。操作复杂，操作人员要有实践经验。3·M分级淬火：把加热好的工件先放入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温适当时间Ms工件内外的温度达到均匀，然后取出在空气中冷却→发生M转变。有效地↓热应力和相变应力；↓工件变形和开裂的倾向。盐浴或碱浴的冷却能力较小，它只适用于截面尺寸较小(10mm)、变形小、尺寸精度高的工件4·贝氏体等温淬火：快冷到B转变温度区(260~400℃)等温（过冷奥氏体完全转变为具有高强韧性的下贝氏体）空冷Ms※↓↓钢件的内应力，↓变形；常用来处理形状复杂、尺寸要求精确，并且要求有较高强度、韧性的工具、模具和弹簧。二、钢的淬透性和淬硬性钢在淬火后的淬硬层深度,表征钢在淬火时获得马氏体的能力(一)淬透性：影响因素：临界冷却速度vKvK↓,奥氏体愈稳定，钢的淬透性越好！1、合金元素2、碳的质量分数3、奥氏体化温度4、钢中未溶第二相—主要因素,大多数合金元素(除Co)↓vK,提高淬透性钢中的C含量越接近共析成分—vK↓，淬透性越好；亚共析钢的淬透性随C含量↑而↑过共析钢的淬透性随C含量↑而↓↑奥氏体化温度,↓vK,提高淬透性未溶碳化物,↑vK,降低淬透性（二）钢的淬硬性：影响因素：马氏体中的含碳量C%C%↑,淬火后的硬度愈高钢在理想条件下进行淬火硬化(得到M组织)所能达到的最高硬度的能力,它主要决定于M的含碳量多少三、回火将淬火钢重新加热到Ac1以下某一温度→保温→冷却到室温的热处理工艺。（一）淬火钢的回火组织转变和性能—共析钢①马氏体的分解（80~200℃）→回火马氏体（M回）析出亚稳定的ε-碳化物（Fe2.4C）晶格畸变程度↓内应力有所↓②残余奥氏体的分解（200～300℃）AR→M回(下B)淬火应力进一步↓,硬度降低不大,屈服强度有所↑③回火T氏体的形成（300～400℃）④渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶（400℃）（二）回火的分类与应用②中温回火(350~500℃)回火屈氏体※获得较高的弹性极限和屈服强度，改善塑性和韧性，并且具有一定的硬度※多用于处理各种弹簧③高温回火(500~650℃)回火索氏体↓强度、硬度及耐磨性，↑塑性、韧性①低温回火(150~250℃)回火马氏体※主要用于处理高碳钢工具、模具、滚动轴承调质钢件淬火+高温回火的复合热处理工艺调质与正火比较：调质强度高，塑性和韧性较好∵调质得到的S’中的渗碳体为粒状正火得到的S中渗碳体为片状又∵粒状渗碳体对阻止断裂的发展片状渗碳体3.回火脆性淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度通过该温度区间时，冲击韧性显著↓，产生脆化现象①第一类回火脆性※250℃~400℃※几乎所有钢都存在低温回火脆性※消除方法：避免在此温度区间回火②第二类回火脆性※550℃左右回火或经更高温度回火缓慢冷却情况下出现※快速冷却，淬火现象将消失或受到抑制※不是所有钢都存在高温回火脆性—钢中含有Cr、Mn、P第七章钢铁材料一、钢中常存硫和磷元素对其性能的影响FeSFeSC1190FeFeS共晶体热脆钢进行热加工时，共晶体将熔化，钢的强度，韧性大大降低而产生开裂的现象！PFeFeP3溶入铁素体中，↑强度和硬度，剧烈的↓塑性和韧性冷脆极脆偏析于晶界增加脆性的现象合金化：假如适当化学元素改变金属性能的方法合金钢：为改善和提高钢的力学性能或使之获得某些特殊的物理、化学性能而特定加入含量在一定范围内的化学元素的钢固溶态、化合态、游离态二、合金元素在钢中主要作用