7.钢的热处理（课件）-高二《汽车机械基础》同步教学（人民交通版）

钢的热处理 案例引入：如图2-13所示，某发动机曲轴采用含碳量0.45%的亚共析钢作为毛坯材料，在加工过程中，还要经过热处理工艺，热处理工艺是何含义，对材料的性能有何影响？能否去掉这些工艺？ 钢的热处理案例 图2-13 发动机曲轴 2023/6/30 热处理是将金属或合金在固态下进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构和性能的工艺。 热处理应用的主要对象是钢。钢的热处理方法有退火、正火、淬火、回火及各种表面热处理等。各种热处理的工艺过程都是由加热、保温和冷却三个阶段组成，其中加热温度对热处理影响最大，通常可用“温度—时间”为坐标的曲线图来表示，称为热处理工艺曲线，如图2-16所示。 钢的热处理案例 图2-14 热处理工艺曲线图 2023/6/30 1．钢的奥氏体化 钢加热时的组织转变 1 钢在加热时的组织转变 图2-15 共析钢中奥氏体形成过程示意图 2023/6/30 2．奥氏体晶粒的长大 刚转变的奥氏体晶粒往往是细小的，如果继续升温或进行长时间的保温，就会引起奥氏体晶粒的长大。一般来说，加热温度的影响远比保温时间的影响大。加热温度越高，奥氏体晶粒就越易长大，在高温下的停留时间越长，奥氏体晶粒也越易长大。冷却后,钢的晶粒完全由奥氏体晶粒大小所决定，只有细小的奥氏体晶粒，才会得到细小的钢的室温组织。因此，在加热时，如何获得细而均匀的奥氏体晶粒，常常成为热处理产品质量的关键之一。 钢加热时的组织转变 2023/6/30 1. 等温冷却转变 共析钢的等温冷却转变主要有三种： 1）珠光体转变：共析钢奥氏体（A ）过冷到727~550℃之间进行等温转变得到的最 产物，其显微组织属于珠光体类型，都是铁素体和渗碳体的层片壮组织构成的机械混合物。727~650℃之间等温转变产物是正常珠光体（P ），硬度为150~220HBS；650~600℃之间等温转变产物是细珠光体，又称索氏体（S ），硬度为220~270HBS之间；600~550℃之间等温转变产物是极细珠光体，又称托氏体( T )，硬度为270~430HBS。 钢冷却时组织转变 2 钢在冷却时的组织转变 2023/6/30 1. 等温冷却转变 共析钢的等温冷却转变主要有三种： 2）贝氏体转变：在550~230℃温度范围等温转变，得到的最终产物为贝氏体（B ）。 550~350℃之间等温转变产物为上贝氏体，350~230℃之间等温转变产物为下贝氏体。上贝氏体和下贝氏体比较，下贝氏体有较高的硬度和强度，同时塑性、韧性也好。 钢冷却时组织转变 2 钢在冷却时的组织转变 2023/6/30 2. 连续冷却转变 马氏体转变：当钢从高温急冷到230℃时，便开始转变为马氏体（M ），马氏体组织是碳在а-Fe 中的过饱和固溶体，用M 表示。马氏体具有较高的强度和硬度，含碳量较低的马氏体（wc<0.2%）具有良好的塑性和韧性，是一种强韧性很好的组织。含碳量高的马氏体的塑性、韧性差。马氏体转变是强化钢铁材料的有效手段。但马氏体形成时要伴随体积膨胀，因而产生内应力，组织也不稳定。 钢冷却时组织转变 2023/6/30 1. 退火 退火是将金属或合金加热到适当温度保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 （1）退火的目的 1）调整硬度，便于切削加工。 2）消除或改善工件在铸、锻、焊等加工过程中所造成的成分不均匀或组织缺陷，以提 高工件的工艺性能和使用性能。 3）消除内应力或加工硬化，以防工件变形开裂。 （2）退火的方法 退火的方法一般有：完全退火、球化退火、均匀化退火和去应力退火。 典型热处理工艺方法 3 典型热处理工艺方法 2023/6/30 2. 正火 正火是将钢材或钢件加热到Ac3（或Accm）以上30~500oC，保温适当的时间后在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火由于冷却速度比退火快，所以得到的组织是非平衡组织。 正火主要有以下几方面的作用： 1）对于普通结构钢中的低碳钢、低碳合金钢工件，正火的目的是消除铸造和焊接过程引起的过热缺陷，细化晶粒、提高硬度、改善切削加工性。 2）对力学性能要求不高或尺寸较大的结构件，常用正火作为最终热处理，以提高其强度、硬度。 典型热处理工艺方法 2023/6/30 2. 正火 3）对中碳结构钢工件，正火可消除成形工艺过程中产生的缺陷，保证合适的切削加工硬度，为后续热处理作好组织准备。 4）消除过共析钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。 典型热处理工艺方法 2023/6/30 3. 淬火 淬火是将钢加热到Ac1或Ac3 线以上30~500oC温度，保温一定时间，然后进行快速冷却的一种热处理工艺。其目的是获得马氏体组织，使钢具有高硬度和高耐磨性。淬火是强化钢材的重要方法。 常用的