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1、按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,*,4.3,金屬材料熱處理工藝,Heat Treatment Metallic Materials,4.3.1,退火與正火,（,Annealing and normalizing,）,4.3.2,淬火與回火,（,Quenching and tempering,）,4.3.3,鋼的淬透性,（,The hardenability of steel,）,1,本節授課的,重,點,：,1.,各種普通熱處理工藝（,即退火、正火、淬火及回火,）的類別，主要目的，適用材料及相應的組織狀態（以自學為主）；,2.,淬透性的有關概念（學
2、習重點與難點）,（,1,）有關淬透性的概念；,（,2,）淬透性對鋼力學性能的影響；,（,3,）影響淬透性的主要因素；,（,4,）淬透性的表示方法；,（,5,）淬透性的實際意義。,2,4.3,金屬材料熱處理工藝,Heat treatment process of metallic materials,強化,3,4.3.1,退火與正火,(,Annealing and normalizing),1.,定義、目的,把工件加熱至臨界點,Ac1(,或,Accm),以上或以下，保溫一定時間后，使其緩慢冷卻,(,生產中隨爐冷卻,),以獲得接近平衡狀態的組織，這種熱處理工藝稱為,退火,。,而,正火,(,?；?)
3、,是將鋼件加熱至,Ac3(,亞共析鋼,),或,Accm(,過共析鋼,),以上,30,50,，經保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。,正火與退火的主要區別,在于冷卻速度不同，正火冷卻速度較快，得到的組織較細，硬度、強度、韌性等也較高。,當碳鋼中,W(C),0.6%,時，正火后的組織為,F+S;,當,W,（,C,）,=0,6%,1,4%,時，正火后組織為,S(,偽共析組織,),。,4,4.3.1,退火與正火,(,Annealing and normalizing),1.定義、目的,退火和正火的目的大致可歸納為如下幾點:,（1）調整硬度以便進行切削加工。因為工件經鑄造或鍛造等熱加工后，硬度常偏高或偏低而
4、且不均勻，嚴重影響切削加工。而經適當退火或正火后可使鋼件的硬度調整至170250HBW范圍且比較均勻，從而改善了切削加工性。,（2）消除剩余內應力，以防鋼件在淬火時產生變形或開裂。,（3）細化晶粒、改善組織以提高鋼的力學性能。,（4）為最終熱處理(淬火、回火)作好組織上的準備。,5,4.3.1,退火與正火,(,Annealing and normalizing),2.,退火與正火的種類、工藝特點及適用范圍,6,4.3.1,退火與正火,(,Annealing and normalizing),2.,退火與正火的種類、工藝特點及適用范圍,圖,4.35,（,a,）各種退火與正火工藝的加熱溫度,7,4
5、.3.2.,淬火與回火,(Quenching and tempering),淬火工藝是將鋼加熱至臨界點(Ac3或Ac1)以上，保溫后以大于VKC的速度冷卻，使A轉變為M(或B下)的熱處理工藝;而回火則系指將淬火后的鋼加熱至A1以下的某一溫度后進行冷卻的熱處理工藝。,一般淬火工件必經過回火前方能使用。淬火與回火總是經常配合使用的兩種應用最廣且最重要熱處理工藝。,淬火的目的就是為了獲得M(或B下)，以提高鋼的力學性能。淬火鋼件回火的目的在于:,(1)降低脆性，減少或消除內應力，防止變形開裂;,(2)調整淬火鋼的組織與性能，用不同的回火溫度配合，獲得工件使用要求的性能;,(3)穩定工件尺寸，以保證工
6、件在使用過程中不發生尺寸和形狀變化。,(4)對某些高淬透性合金鋼，空冷便可淬成M，如采用退火軟化，則周期很長。此時可用高溫回火，使K聚集長大，降低硬度，以利切削加工，同時可縮短軟化周期。,對有色金屬、A不銹鋼等，固溶處理習慣稱淬火。,圖,4.21,共析碳鋼的,CCT,曲線,8,1.,淬火工藝特點,（）淬火加熱溫度的選擇,其主要原則是獲得均勻細小的,A,組織。一般規定淬火加熱溫度在臨界點以上,30,50,。,對于亞共析碳鋼，淬火加熱溫度為,Ac,3,+30,50,，淬火組織為,M,。當,Wc,0.5%,時淬火組織中還有少量,Ar;,對于共析鋼和過共析碳鋼，淬火加熱溫度為,Ac,1,+30,50,
7、，,淬火后的組織為,M+Fe,3,C+Ar,，分散分布的未溶顆粒狀滲碳體對鋼的硬度和耐磨性有利。,圖,4.,碳鋼的淬火加熱溫度范圍,圖,4.,奧氏體的碳含量對,M,轉變溫度（,a,）及,AR,量（,b,）的影響,9,1.,淬火工藝特點,（2）淬火冷卻介質 合理選擇淬火冷卻介質是淬火工藝的重要問題。為保證得到M組織，淬火冷卻速度必須大于VKC，但快冷不可防止地會造成很大內應力，往往會引起工件變形和開裂。要想既得到M又防止變形開裂，理想的淬火冷卻曲線如右圖4-36所示。即在C曲線拐點附近其V冷VKC。而在拐點以下，MS點附近，則應盡量慢冷，以減少M轉變時產生的內應力。工業上常用的淬火冷卻介質是水、
8、鹽水、油等。,圖,4.36,淬火時的理想冷卻曲線示意圖,表,4.,常用淬火介質及其冷卻特性,10,1.,淬火工藝特點,（,3,）淬火方法,目前還沒有理想的淬火介質，在實際生產中應根據淬火件的具體情況采用不同的淬火方法，以盡量取得好的淬火效果。常用淬火方法的冷卻方式與特點等,如圖,4-37,及表,4-6,所示,。,表,4-6,常用淬火方法的種類、冷卻特點和應用,圖,4.37,各種淬火冷卻曲線示意圖,11,2.,回火的種類及適用范圍,回火溫度對,50,鋼力學性能的影響圖,（,a,）,wC,0.82,的鋼 （,b,）,wC,0.2,的鋼,鋼的力學性能與回火溫度的關系圖,12,2.,回火的種類及適用范
9、圍,圖,4.30,鋼的沖擊韌度與回火溫度關系,13,2.,回火的種類及適用范圍,表,4.7,回火種類、溫度范圍、組織形態、性能特點及應用,14,例題,4-1,共析碳鋼在例題圖,.,所示方法冷至室溫后的轉變組織為何？,i.分析 此題旨在檢查是否正確掌握利用C曲線來近似分析不同熱處理工藝（冷卻）條件下獲得轉變產物（組織）的方法。,冷卻速度條件下，由于冷速緩慢，當緩冷至點i時，A 開始轉變為A+P組織，繼續緩冷至點ii以下時，會得到全部P組織。,冷卻速度，外表觀察該冷卻速度曲線似乎已切割了C曲線。但仔細分析，在臨界點以上的那一段緩慢冷卻實屬保溫時間，此時該合金的組織仍為穩定A，它如同仍在左上角O點一
10、樣，此時A并不會發生分解。只有繼續快速冷卻，當其實際VVKC時，就一定會獲得M組織。現可從O點作V2的平行線V4，并判斷其V4是否大于VKC。很顯然此處V4VKC，故V2下最終的組織為M+AR。,在冷卻速度曲線的中下方有一水平臺階，它相當于等溫冷卻，此冷卻線與A等溫冷卻轉變開始線的下半局部相交，說明會產生局部B下轉變，當又繼續快速冷卻時，剩余的A將轉變為M+AR。,在冷卻速度條件下，由于其冷速大于VKC，故所獲得組織應為M+AR。,例題圖,4.1 C,曲線的應用,15,例題,4-1,共析碳鋼在例題圖,.,所示方法冷至室溫后的轉變組織為何？,ii.解答 獲得組織：P；M+AR；B下+M+AR;M
11、+AR。,iii.歸納 初學者易產生的錯誤可概括為：只獲得B下；下，獲得P或P+M。這說明僅從形式上認識冷卻速度曲線與C曲線關系是遠遠不夠。對于，開始的近乎水平似的冷卻可看成是保溫，因而就如同從O點開始一樣，如再做一條平行線平行于，就很容易看出只能會得到M+AR組織。對于，當A在等溫冷卻階段僅有局部轉變為B下，繼續快速冷卻時尚未轉變的A隨即又轉變為M+AR，這里關鍵是應明確鋼的冷卻轉變實質上是A的轉變，當A遇到第一條C字時即開始發生B下轉變，但還未與第二條C字相遇，這說明仍有局部A，因而在快速冷卻時會繼續轉變。,該題所反映出來的問題是大多數初學者都會遇到的普遍性問題，它說明對于C、CCT曲線的
12、含義還未真正搞清。另外，冷卻速度曲線與不同熱處理工藝相對應，掌握它更具實際應用意義。這亦需要引起學習者足夠重視。,iv.請思考：若要獲得T+M+AR組織，請在圖中繪出所選擇的相應冷卻速度曲線？,例題圖,4.1 C,曲線的應用,16,例題,4-2,在分析共析鋼正火作用時，應根據曲線、曲線還是,e,e3,相圖？,i.分析 此題旨在檢查正火的定義是否真正理解。所謂正火，即把鋼件加熱至Ac3或Accm以上，經一定時間保溫后取出空冷，以期獲得索氏體組織的一種熱處理工藝操作。從定義的敘述中，可體會到正火包含加熱過程，保溫，冷卻過程。,加熱，就需要確定具體的加熱溫度范圍，這就需要借助于變化了的e e3相圖；
13、,冷卻過程是在空氣中進行的，那就需要根據CCT曲線來分析了，但由于C曲線和CCT曲線存有共同的理論基礎，如果手頭沒有CCT曲線（因其測定較困難），因而可根據C曲線近似地估計正火連續冷卻時的轉變產物。,17,例題,4-2,在分析共析鋼正火作用時，應根據曲線、曲線還是,e,e,3,相圖？,ii.,解答,在分析共析鋼的正火作用時，確定正火的加熱溫度范圍時應依據變化了的,Fe-Fe3C,相圖；當判斷正火的冷卻組織時則應依據,CCT,曲線來分析。,若查不到有關,CCT,曲線的資料時，則可利用,C,曲線近似地估計正火冷卻時的組織。,iii.,歸納,正火的定義可能人人都會背，但深入理解正火的作用并非易事，決
14、不能只知其一就算了事。既要考慮加熱溫度范圍，又要分析冷卻過程中的變化，還要與該鋼的,C,、,CCT,曲線結合起來綜合考慮。對于其它的熱處理工藝亦是一樣。,iv.,請思考：,若,45,鋼，,T12,鋼正火處理后，分別將獲得何種類型的組織呢？,18,請帶著以下問題學習“鋼的淬透性：,1.,有關淬透性的概念,（,1,）何謂淬透性？（,2,）淬透性大小是如何確定的？,（,3,）確定淬硬層深度的組織標準是什么？,（,4,）淬透性與淬硬性、淬硬層深度的區別又是什么？,2.,淬透性對鋼力學性能產生如何影響？,（,1,）強度（,b,、,s,）、硬度（,HBS,）與塑、韌性（,K,）等,（,2,）疲勞強度（,-
15、1,）與屈強比（,s,/,b,）,3.,影響淬透性的決定性因素與主要因素分別是什么？,（,1,）決定性因素,V,KC,（,2,）鋼的化學成分,碳含量與合金元素含量,（,3,）鋼的奧氏體化條件,4.,淬透性的表示方法是什么？,（,1,）末端淬火法（,J,）；（,2,）臨界直徑法（,D,C,）,5.,淬透性的實際意義又在何處？,19,4.3.3,鋼的淬透性,（,The hardenability of steel,）,網帶式淬火爐,淬透性,是鋼的主要熱處理工藝性能，,它,對合理選材及正確制訂熱處理工藝，具有十分重要的意義。,20,4.3.3,鋼的淬透性,（,The hardenability of
16、 steel,）,現有一60mm的45鋼坯棒料，加熱到奧氏體化溫度水淬，擊斷后觀察其斷口，可看到沿外外表一圈呈脆性的細瓷狀和心部呈韌性的纖維狀的雙層結構；若將斷口磨平依次測量硬度，可以發現試棒外表硬度高（壓痕小而淺）而心部硬度低（壓痕大而深），如左以下圖所示。,觀察其斷口金相組織，發現試棒外表是M組織，靠內是T組織，從外表至心部其M數量是逐漸減少的，如右以下圖所示。,45,鋼未淬透斷口及沿斷面硬度壓痕大小,斷面上,M,的分布情況（金相組織及分布曲線）,21,4.3.3,鋼的淬透性,（,The hardenability of steel,）,由于工件截面中心的冷卻速度鋼的VKC，工件就會淬透。而工件淬火時外表冷速最大，心部冷速最小，由外表至心部冷速逐漸降低（見右圖所示）。只有冷速VKC的工件外層局部才能得到M（右圖中陰影局部），這就是工件的淬透層。而冷速VKC的心部只能獲得非M組織，這就是工件的未淬透區。,圖,4.,工件截面不同冷速（,a,）與未淬透區（,b,）示意圖,22,1.,有關淬透性的概念,圖,4.,M,量和硬度隨深度的變化,所謂,淬透性,系指鋼在淬火時獲得淬透層深度的能力，是
43金屬材料熱處理工藝
