1、熱處理三個(gè)基本過程:加熱、保溫、冷卻。2、熱處理的條件:(1)有固態(tài)相變(2)加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金。3、熱處理只能改變鑄鐵基體組織,不能改變石墨形態(tài)。鋼的熱處理中六個(gè)重要的溫度參數(shù):5、奧氏體形成過程(共析鋼):(1)奧氏體的形核。(2)奧氏體的長(zhǎng)大。(3)剩余滲碳體的溶解。(4)奧氏體中 C 的擴(kuò)散均勻化。6、鋼在加熱到 Ac1 以上某一溫度時(shí),珠光體處于不穩(wěn)定狀態(tài),通常首先在鐵素體和滲碳體相界面上形成奧氏體晶核,這是由于鐵素體和滲碳體相界面上碳濃度分布不均勻,原子排列不規(guī)則,易于產(chǎn)生結(jié)構(gòu)起伏和濃度起伏區(qū),為奧氏體形核創(chuàng)造條件。過共析鋼:Fe3C + P → Fe3C + A → A 注:(F,P 珠光體,A 奧氏體,M 馬氏體)8、奧氏體化的目的:獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒。① 加熱溫度和保溫時(shí)間 T(加熱溫度)↑、 t(保溫時(shí)間)↑, A 晶粒長(zhǎng)大;T 的影響遠(yuǎn)大于 t。② 加熱速度 常規(guī)加熱速度下影響不大;快速加熱,短時(shí)保溫的超細(xì)化工藝如高頻加熱,激光加熱等③成分 強(qiáng)烈阻礙:Al、V、Ti、 Zr、Nb 原因:形成難溶碳、氮化物;中等阻礙:Cr、W、Mo;促進(jìn)長(zhǎng)大:Mn(降低鐵原子的結(jié)合力,促進(jìn)鐵的擴(kuò)散) P 溶入 A 的 C10、 合金鋼的奧氏體均勻化的時(shí)間要比碳鋼長(zhǎng)得多。在制定合金鋼的加熱工藝時(shí), 與碳鋼相比, 加熱溫度要高, 保溫時(shí)間要長(zhǎng)。① 不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同;高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1~550℃) :珠光體( P) ——擴(kuò)散型中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550℃~MS) :貝氏體( B) —半擴(kuò)散型低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MS~Mf) :馬氏體( M) ——非擴(kuò)散型——過冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備時(shí)間④ T 轉(zhuǎn)↓ , 產(chǎn)物硬度↑ 。⑤ 馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組織,非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入,使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實(shí)用。12 冷卻速度對(duì)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型的影響:可用 VC、VC′判斷。當(dāng) V > VC 時(shí),A 過冷→M ;當(dāng) V<VC′時(shí),A 過冷→P ;當(dāng) VC′< V <VC時(shí),A 過冷→P +M13、珠光體的形態(tài)取決于加熱時(shí)奧氏體化的程度(奧氏體成分較均勻時(shí)→片狀;不均勻時(shí)→球(粒) 狀)。14、淬火馬氏體金相形態(tài)影響因素:實(shí)質(zhì)取決于轉(zhuǎn)變溫度:高于 200 ℃——板條狀馬氏體;低于 200 ℃——片狀馬氏體 。形態(tài)與 C%關(guān)系:低碳——板條狀;高碳——片狀 。馬氏體特點(diǎn)強(qiáng)度高硬度高 C%↑, 馬氏體 HRC↑ 。② 相變強(qiáng)化(亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化) :高密度位錯(cuò)、孿晶、層錯(cuò);③ 時(shí)效(沉淀) 強(qiáng)化:C 向缺陷處擴(kuò)散偏聚或析出,釘扎位錯(cuò)。16、片狀 M:硬而脆;板條 M:強(qiáng)而韌(與亞結(jié)構(gòu)有關(guān))17、板條 M 塑韌性好的原因:①含碳量低, 過飽和度小;② 淬火內(nèi)應(yīng)力小,形成微裂紋的敏感度小;高碳片狀 M 塑韌性差的原因:① C 過飽和度高,畸變大,②淬火內(nèi)應(yīng)力大,形成微裂紋的敏感度高。18、下貝氏體高強(qiáng)度、韌性好原因:下貝氏體中鐵素體針細(xì)小而均勻分布,位錯(cuò)密度很高,在鐵素體內(nèi)部又沉淀析出細(xì)小、多量而彌散的ε-碳化物。19、在奧氏體晶粒較粗大,冷卻速度相對(duì)較快時(shí),鋼中先共析相(先共析鐵素體或先共析滲碳體)以針狀或片狀形態(tài)從原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內(nèi)平行或規(guī)則生長(zhǎng),并與片狀珠光體混合存在,該組織稱為魏氏體。(冷速較大時(shí)易形成,韌性↓↓ ; 消除方法:正火)20、淬火:鋼加熱到 AC3或AC1以上,保溫,V>V 臨界 ,M 或 B。回火:淬火鋼加熱到低于臨界點(diǎn) A1 的某溫度,保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的熱處理工藝。(1) 調(diào)整鋼強(qiáng)硬度與塑韌性的配合, 獲要求的性能;(2) 降低內(nèi)應(yīng)力, 防止工件變形或開裂;21、定義:隨回火溫度提高,淬火鋼韌性在某些溫度區(qū)間顯著下降的現(xiàn)象。低溫回火脆性形成原因及防止方法形成原因:片狀碳化物沉淀理論;雜質(zhì)偏聚。防止方法:a. 避免在此溫度區(qū)間回火;b. 使ε→θ 的溫度↑ :c. 采用等溫淬火.回火脆性形成原因及防止方法特點(diǎn):a.與回火后冷卻速度有關(guān);b. 可逆性. ;產(chǎn)生原因:P、 Sn、 As 、Sb 等雜質(zhì)元素晶界偏聚。防止方法:注:無論碳鋼、合金鋼,只要在該溫區(qū)回火,就會(huì)產(chǎn)生低溫回火脆性,a. ↑鋼純度;b. 回火后快冷;c. 加入 Mo、 W 等元素;注:碳鋼不產(chǎn)生高溫回火脆性, 合金鋼尤含Mn、 Cr 的合金鋼易產(chǎn)生回火脆性。22、珠光體、馬氏體、貝氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)比較?23、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點(diǎn)?① 顯微組織特征不同,下貝氏體為黑針狀或竹葉狀,高碳馬氏體為片狀;② 亞結(jié)構(gòu)不同,下貝氏體亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò),高碳馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為孿晶;③性能特點(diǎn)不同,下貝氏體具有良好的綜合機(jī)械性能,高碳馬氏體強(qiáng)度硬度高,塑性和韌性差;④相變特點(diǎn)不同,下貝氏體為半擴(kuò)散型相變,高碳馬氏體非擴(kuò)散型相變。⑤下貝氏體為復(fù)相組織,高碳馬氏體為單相組織。24. 珠光體、貝氏體、馬氏體的特征、性能特點(diǎn)是什么?片狀 P 體,片層間距越小,強(qiáng)度越高,塑性、韌性也越好;粒狀 P 體,Fe3C顆粒越細(xì)小,分布越均勻,合金的強(qiáng)度越高。第二相的數(shù)量越多,對(duì)塑性的危害越大;片狀與粒狀相比,片狀強(qiáng)度高,塑性、韌性差;上貝氏體為羽毛狀,亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò),韌性差;下貝氏體為黑針狀或竹葉狀,亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò),位錯(cuò)密度高于上貝氏體,綜合機(jī)械性能好;低碳馬氏體為板條狀,亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò),具有良好的綜合機(jī)械性能;高碳馬氏體為片狀,亞結(jié)構(gòu)為孿晶,強(qiáng)度硬度高,塑性和韌性差。退火: 是將鋼加熱至臨界點(diǎn) Ac1 以上或以下溫度,保溫以后隨爐緩慢冷卻以獲得平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。目的:是均勻鋼的化學(xué)成分及組織,細(xì)化晶粒,調(diào)整硬度,消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化,改善鋼的成形及切削加工性能,并為淬火作好組織準(zhǔn)備。分類:臨界溫度以上:完全退火、均勻化退火、不完全退火和球化退火。臨界溫度以下:再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。定義:正火是將鋼加熱到Ac3(或Acm)以上適當(dāng)溫度,保溫以后再空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火過程的實(shí)質(zhì)是:完全奧氏體化加偽共析轉(zhuǎn)變。當(dāng)鋼中碳含量為 0. 6~1. 4%時(shí),正火組織中不出現(xiàn)先共析相,只有偽共析體或索氏體。碳含量小于 0. 6%的鋼,正火后除了偽共析體,還有少量鐵素體。目的:正火作為預(yù)備熱處理,為機(jī)械加工提供適宜的硬度,又能細(xì)化晶粒,消除應(yīng)力,消除魏氏組織和帶狀組織,為最終熱處理提供合適的組織狀態(tài)。正火工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的熱處理方式。主要用于:③消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物, 便于球化退火;④提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能。定義:將鋼加熱至臨界點(diǎn) Ac3 或 Ac1 以上一定溫度,保溫后以大于臨界冷卻速度冷卻得到馬氏體(或下貝氏體)的熱處理工藝叫做淬火。目的:使奧氏體化后的工件獲得盡量多的馬氏體,熱后配以不同溫度回火獲得各種需要的性能。(1)淬火應(yīng)力。工件在淬火過程中會(huì)發(fā)生形狀和尺寸的變化,甚至產(chǎn)生淬火裂紋。工件變形或開裂的原因是由于淬火過程中在工件內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力造成的。分類:淬火內(nèi)應(yīng)力主要有熱應(yīng)力和組織應(yīng)力兩種。當(dāng)淬火應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí),就會(huì)產(chǎn)生塑性變形;當(dāng)淬火應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度時(shí),工件則發(fā)生開裂。熱應(yīng)力:工件加熱或冷卻時(shí)由于內(nèi)外溫差導(dǎo)致熱膨脹冷縮不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。熱應(yīng)力是由于快速冷卻時(shí)工件界面溫差造成的。組織應(yīng)力:工件在冷卻過程中,由于內(nèi)外溫差造成組織轉(zhuǎn)變不同時(shí),引起內(nèi)外比體積的不同變化而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。工件淬火冷卻過程中的瞬間應(yīng)力和殘余應(yīng)力是熱應(yīng)力和組織應(yīng)力疊加的結(jié)果。(2)淬火加熱溫度。淬火加熱溫度的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則,以便淬火后得到細(xì)小的馬氏體組織。淬火溫度主要根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)確定。(3)淬火介質(zhì)。鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms 點(diǎn)一下所用的冷卻介質(zhì)。圖10-4(5)鋼的淬透性。是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力,其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布來表示。淬透性與淬硬性的區(qū)別:淬透性表示鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力,他反應(yīng)鋼的過冷奧氏體穩(wěn)定性, 即與鋼的臨界冷卻速度有關(guān)。而淬硬性表示鋼淬火時(shí)的硬化能力,用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。它主要取決于馬氏體中的含碳量。馬氏體中含炭量越高,鋼的淬硬性越高。定義:是將淬火鋼在A1以上溫度加熱,使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織,并以適當(dāng)方式冷卻到室溫的工藝過程。目的:減少或消除淬火應(yīng)力,保證相應(yīng)的組織轉(zhuǎn)變,提高鋼的韌性和塑性,獲得硬度、強(qiáng)度、塑形和韌性的適當(dāng)配合,以滿足各種用途工件的性能要求。定義:是將工件快速加熱到淬火溫度,熱后迅速冷卻,僅使表面獲得淬火組織的熱處理方法。目的:可以使零件表面具有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性;使心部具有一定的強(qiáng)度、足夠的塑形和韌性。一般選用中碳鋼及中碳合金鋼,其表面淬火前的原是組織為調(diào)質(zhì)態(tài)或正火態(tài)。感應(yīng)加熱表面淬火:是利用電磁感應(yīng)原理,在工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流,并使之迅速加熱至奧氏體狀態(tài),隨后快速冷卻獲得馬氏體組織的淬火方法。分類:高頻感應(yīng)加熱表面淬火、中頻感應(yīng)加熱表面淬火、工頻感應(yīng)加熱表面淬火。滲碳:將低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中,在 900~950℃加熱保溫,是活性碳原子滲入鋼件表面并獲得高碳滲層的工藝方法。目的(作用):使表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度。心部仍保持低碳,具有良好的塑形和韌性。滲氮:向鋼件表面滲入氮元素,形成富氮硬化層化學(xué)熱處理稱為滲氮,也稱為氮化目的:和滲碳相比,鋼件滲氮后具有更高的表面硬度和耐磨性。滲氮鋼件具有很好的熱穩(wěn)定性。比滲碳更高的疲勞強(qiáng)度、抗咬合性能和低的缺口敏感應(yīng)。滲氮后由于鋼件表面形成致密的氮化物薄膜, 因此具有良好的耐腐蝕性能。絕大多數(shù)合金元素可或多或少固溶于鐵素體中,形成α-Fe的間隙或置換固溶體細(xì)化晶粒:Al、V、Ti、W、Mo、Nb、Zr提高回火穩(wěn)定性:W、Mo、V、Si、Cr特殊耐蝕、耐熱性合金鐵素體合金元素有固溶強(qiáng)化作用。(1)碳素結(jié)構(gòu)鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼通常以熱軋空冷狀態(tài)供應(yīng),其塑形高,焊接性好,使用狀態(tài)下組織為鐵素體加珠光體。其中 Q235A 鋼既有較高的塑形又有時(shí)鐘的強(qiáng)度,成為應(yīng)用最廣發(fā)的一種碳素結(jié)構(gòu)鋼,既可以作較重要的建筑、車輛及橋梁等的各種型材,又可以制造一般的機(jī)器零件。(2)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在含碳量 Wc≤0. 20%的碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上, 加入少量的合金元素發(fā)展起來的,強(qiáng)度高于碳素結(jié)構(gòu)鋼。具有足夠的塑形、低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度以及良好的焊接性能和耐蝕性,廣泛應(yīng)用于建筑、石油、化工,鐵路等。這類鋼大多在熱軋狀態(tài)下使用的,組織為鐵素體加珠光體。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼。調(diào)質(zhì)鋼具有高強(qiáng)度,良好的塑形和韌性。具有良好的綜合力學(xué)性能的原因:與調(diào)質(zhì)鋼處理后組織為回火索氏體有關(guān)。①在鐵素體機(jī)體上均勻分布的粒狀碳化物起彌散強(qiáng)化作用,溶于鐵素體中的合金元素起固溶強(qiáng)化作用,從而保證鋼有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。②組織均勻性好,減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成可能性,可以保證有良好的塑形和韌性。③作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成,晶粒細(xì)小,使鋼的冷脆傾向性大大減小。a, 反復(fù)鍛造,打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物;b, 分級(jí)預(yù)熱(600~800℃)(1)高速鋼的退火。高速鋼鍛、軋后應(yīng)進(jìn)行退火,其目的是降低硬度,以利切削加工,同時(shí)也使碳化物形成均勻分布的顆粒,為淬火做準(zhǔn)備。退火工藝分為普通退火和等溫退火兩種。(2)高速鋼淬火。淬火加熱的最大特點(diǎn)是奧氏體化溫度過高。只有將高速鋼中W、Mo、Cr、V 等大量碳化物形成元素更多的溶解到奧氏體中時(shí),才能充分發(fā)揮碳和合金元素的作用,淬火后獲得高碳高合金的馬氏體,回火后才析出合金碳化物,從而保證高速鋼獲得高的淬透性、淬硬性和熱硬性。多次回火的目的:①產(chǎn)生二次硬化;②消除殘余奧氏體6、W 18 Cr 4 V 是什么鋼?主要性能特點(diǎn)是什么?合金元素在鋼中的主要作用是什么?為什么此鋼淬火加熱的奧氏體化溫度(1280±5℃)非常高?回火工藝是什么?最終組織是什么?W18Cr4V 是高速鋼,主要性能特點(diǎn)是具有很高的紅硬性,高硬度、高耐磨性和高的淬透性。①提高淬透性。②形成高硬度碳化物,在回火時(shí)彌散析出,產(chǎn)生二次硬化效應(yīng), 顯著提高鋼的紅硬性、 硬度和耐磨性。③ Cr 能提高鋼的抗氧化、 脫碳和抗腐蝕能力。目的是讓鋼中的碳化物形成元素 W、Cr、V 更多地溶解到奧氏體中,充分發(fā)揮碳和合金元素的作用,淬火后獲得高碳、高合金的馬氏體,回火時(shí)以合金碳化物形式析出,從而保證高速鋼獲得高的淬透性、淬硬性和紅硬性。退火狀態(tài)下這些合金元素大部分存在于合金碳化物中,而這些合金碳化物的穩(wěn)定性很高,需要加熱到很高的溫度,才能使其向奧氏體中大量溶解。
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