工程材料第三章

第4章金属材料热处理
第4章金属材料热处理
来自百度文库图4.3碳钢的硬度与热处理关系
图4.4各种退火及正火的加热温度范围
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4.2钢的淬火
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淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30°C～50°C，经 过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。
4.2.1淬火加热温度和加热时间
（1）降低硬度，改善切削加工性。 （2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。 （3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
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根据钢成分和退火的目的不同，退火可分为完全退火、 球化退火、扩散退火和去应力退火。
1.完全退火
将钢加热到Ac3以上30℃ ～50℃ ，保温一定时间后随 炉冷却到500℃以下再出炉空冷的热处理工艺。
碳钢的淬火加热温度范围如图所示。
图4.5碳钢的淬火加热温度范围
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4.2.2淬火冷却介质
使零件获得某种冷却速度的介质称为淬火冷却介质。 最常用的有水、盐（碱）水、油三类。
4.2.3淬火冷却方法
图4.6理想淬火冷却曲线
1-单介质淬火法；2-双介质淬火法； 3-马氏体分级淬火法；4-贝氏体等温淬法
热处理的工艺过程如图：
图4.1热处理工艺曲线
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根据工序位置，热处理可分为预备热处理和最 终热处理。
根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，热 处理可分为三大类：
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4.1退火与正火
4.1.1退火 退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢
冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。 退火的目的是：
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钢的淬硬层深度是指从淬硬的工件表面量至规定硬 度值处的垂直距离。
淬透性高的钢材淬硬层 深度一定深吗?
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影响钢的淬透性的因素：与钢的临界冷速有关，临 界冷速越小，钢的淬透性越大。
1 钢的含碳量 2 合金元素(Mn, Cr, Si, Ni)(Co, Al) 3 钢中未熔解物质
图4.2高速钢等温退火与完全退火的比较
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2.球化退火
将钢加热到Ac1以上10℃～30℃，保温较长时间 缓慢冷却到600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。
适用于共析钢, 过共 析钢的退火,使钢中 二次渗碳体和珠光体 中的渗碳体球化, 降 低硬度,提高切削加 工性能, 并减小最终 淬火变形和开裂,为 以后热处理做准备.
火温度不同，回火方法分为三种： 低温回火（150℃～250℃）；中温回火（350℃～500℃）； 高温回火（500℃～650℃）。
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回火规范主要用于碳钢和低合金钢，对含合金元素多的 合金钢则应适当提高回火温度。 4.4.4回火脆性
淬火钢在某些温度区间回火，或从回火温度缓慢冷 却通过该温度区，产生的组织冲击韧性显著降低，这现 象称为回火脆性
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4.1退火与正火 4.2钢的淬火 4.3钢的表面淬火 4.4钢的回火 4.5钢的淬透性 4.6固溶热处理与时效强化 4.7钢的化学热处理 4.8热处理零件的结构工艺性及技术条件标注
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金属材料的热处理是金属材料在固态下，通 过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料 内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方 法。也称之为金属材料的改性处理。
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脱硫泵泵体裂纹
热处理工艺: 退火: 800-850 ℃ 正火：960-1000 ℃ 回火：650 ℃
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4.5钢的淬透性
4.5.1钢铁淬透性 钢的淬透性是在规定的淬火条件下，决定钢
材淬硬深度和硬度分布的特性。通常用所获得的 淬硬层深度来表示。
图4.8工件截面的不同冷却速度
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4.4.2回火组织转变及性能变化
回火时的加热、保温将促使淬火马氏体 和残余奥氏体向稳定组织转变，可分为四个 阶段：马氏体的分解；残余奥氏体的分解； 渗碳体的形成；渗碳体聚集长大。
淬火钢回火时硬度和强度随温度升高而 下降，其塑性和韧性相应提高。
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4.4.3回火工艺及应用 钢淬火回火后的组织和性能取决于回火温度，根据回
钢的淬硬性是指钢在淬火时所能获得的最高硬度。它反映 钢材在淬火时的硬化能力。与马氏体的含碳量及马氏体本 身量有关。
4.5.2淬透性的测试方法
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常用的测定方法有临界直径法和端淬试验法。
4.5.3淬透性与选材关系
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1 对承受交变载荷和动载荷下, 整体界面受力均匀, 应力状态较 复杂的零件,拉杆、锻模、锤杆等 工件，应选用淬透性好的钢。
充分保温后缓慢冷却到200℃出炉空冷.
• 在退火过程中无组织变化,适用于铸锻焊件及经过 切削加工的零件,消除毛胚零件中的残余应力,稳 定工件尺寸,减少零件在适用中的变形和裂纹倾向 .
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4.1.2正火 正火是将钢加热到Ac3或Ac㎝以上30℃～50℃，保
温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。 正火组织晶粒细小, 分布较均匀
图4.7各种淬火方法示意图
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45号钢在水中, 油中,空气中冷却后得到组织及硬度:
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4.3钢的表面淬火
表面淬火方法是将淬火零件迅速加热至相变 温度以上，而心部未被加热，然后迅速冷却，使 零件表层获得马氏体而心部仍为原始组织的“外 硬内韧”状态。 一、感应加热表面淬火 二、火焰加热表面淬火
3.扩散退火（均匀化退火）
• 将钢加热到Ac3以上150℃～200℃，长时间保温（10～15h） 后随炉缓冷。
• 适用于大型铸锻件,消除其化学成分的偏析和组织不均匀性.
• 扩散退火容易使钢晶粒粗大,所以要进行完全退火或正火以细 化晶粒.
4.去应力退火
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•
加热低于Ac1以上，一般为500℃～650℃，
见视频13
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4.4钢的回火
回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于 Ac1某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理 工艺。 4.4.1回火目的 （1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形 和开裂。 （2）稳定组织、尺寸和形状，保证零件的使用 精度和性能。 （3）调整零件的强度、硬度，获得所需的韧性 和塑性。