金属学与热处理(哈工大版)第3版“四把火”

一、退火 1、退火:将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度,保温一段时间,然后缓慢冷却,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺 (1)相变重结晶退火:临界温度(AC1或AC3)以上 (2)再结晶退火:临界温度以下 (3)连续退火和等温退火 (4)正火 2、完全退火:将钢加热到AC3以上,保温足够长时间,使组织完全奥氏体化后缓慢冷却,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺 (1)目的:细化晶粒、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷,降低硬度,改善切削加工性能和冷塑性变形性能。 (2)加热温度:AC3以上20~30℃ 退火保温时间:工件透烧时间、组织转变所需时间(钢材化学成分、工件形状和尺寸、加热设备类型、装炉量以及装炉方式) 冷却速度:缓慢,保证奥氏体在Ar1温度以下不大的过冷条件下进行P转变(避免硬度过高) (3)等温退火:奥氏体化后很快降至稍低于Ar1温度等温一段时间,可缩短退火时间 3、不完全退火:将钢加热至AC1~AC3或AC1~Accm之间,保温后缓慢冷却,以获得接近平衡组织的热处理工艺 (1)组织:仅是P发生相变重结晶转变为A,基本上不改变先共析F或Fe3C形态和分布 (2)优点:加热温度低,工艺周期短,消耗热量少,成本低,生产率高 4、球化退火:使钢中的碳化物球化,获得粒状珠光体的一种热处理工艺(不完全退火) (1)目的:降低硬度,改善切削加工性能,获得均匀组织,改善热处理工艺性能(为淬火作组织准备) (2)加熱溫度:AC1以上20~30℃,随炉加热 保温时间:不能太长(2~4 h) 冷却方式:炉冷,或在Ar1以下20℃左右进行长时间等温处理 (3)关键:使A中保留大量未溶碳化物质点,造成A中碳浓度分布不均匀性 (4)一次球化退火 等温球化退火(广泛应用) 往复球化退火 5、扩散退火(均匀化退火):将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度,长时间保温,然后随炉缓慢冷却 (1)目的:消除晶内偏析,使成分均匀化 (2)实质:使钢中各元素的原子在A中充分扩散——温度高时间长 (3)退火加热温度:AC3或Accm以上150~300℃ 保温时间:根据钢件最大截面积厚度计算 (4)组织:A晶粒十分粗大→进行一次完全退火或正火细化晶粒、消除过热缺陷 (5)缺点:生产周期长,热能消耗大,设备寿命短,生产成本高,工件烧损严重 6、去应力退火:(精加工或淬火之前)将工件加热至AC1以下某一温度,保温一定时间,然后缓慢冷却 (1)目的:消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力,提高工件的尺寸稳定性,防止变形和开裂 (2)退火加热温度:宽泛,根据具体情况而定(500~650℃) 保温时间:根据工件的截面尺寸或装炉量 冷却速度:保温后缓慢冷却,200~300℃后出炉空冷至室温 7、再结晶退火(中间退火):将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上,保温适当时间后,使变形晶粒重新转变为新的等轴晶粒,同时消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺 (1)退火温度:高于再结晶温度(与金属化学成分和冷变形量有关) (2)一般钢材650~700℃,1~3 h,空冷 (3)临界变形度→正火或完全退火代替再结晶退火 正火 正火:将钢加热到AC3或Accm以上适当的温度,保温一定时间,使之完全奥氏体化,然后在空气中冷却,得到P类型组织的热处理工艺 (1)加热温度与时间:与完全退火相同(AC3或Accm以上30~50℃) 冷却速度:较快亚共析钢正火组织析出的F较少,P较多且间距小 转变温度:较低过共析钢正火可抑制先共析网状渗碳体的析出 冷却方式:工件从炉中取出后空冷,大件可采用鼓风或喷雾等方式 (2)实质:完全奥氏体化加伪共析转变 (3)适用对象:碳素钢及低、中合金钢 (4)应用:改善低碳钢的切削加工性能;消除中碳钢热加工缺陷;消除过共析钢的网状碳化物(增加 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 脆性,降低强度,降低零件疲劳寿命);提高普通结构件的机械性能 淬火 淬火:将钢加热到临界点AC3或Accm以上一定的温度,保温一定时间,然后以大于临界淬火速度的速度冷却,使过冷奥氏体转变为马氏体(或贝氏体)组织的热处理工艺 (1)实质:奥氏体化后进行马氏体转变(或贝氏体转变) (2)组织:马氏体(或下贝氏体),少量残余A及未溶的第二相 (3)特点:提高工件的强度、硬度和耐磨性 结构钢:淬火和高温回火(调制),获得较好的强度和塑性、韧性配合 弹簧钢:淬火和中温回火,获得很好的弹性极限 工具钢、轴承钢:淬火和低温回火,获得高硬度和高耐磨性 2、淬火应力:热应力和组织应力 (1)热应力:工件在加热或冷却过程中,由于不同部位的温度差异,导致热胀冷缩的不一致而产生的应力→快速冷却时工件截面上温差造成的 快速冷却, 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 层先冷中心后冷,表层冷却快中心冷却慢 冷却初期,表层冷却快、温度低、收缩量大,表层产生拉应力、心部产生压应力 冷却后期,心部体积继续收缩,表层产生压应力、心部产生压应力 (2)组织应力:工件在冷却过程中,由于温差造成的不同部位组织转变不同时性而引起的内应力→与钢在M转变温度范围的冷却速度、工件尺寸、钢的导热性、A的屈服强度,钢的含碳质量分数、M的比热容及钢的淬透性有关 淬火初期,表层发生M转变体积膨胀,表层产生压应力、心部产生拉应力 继续冷却,心部发生M转变体积膨胀,表层产生拉应力、心部产生压应力 组织应力引起的残余应力与热应力恰好相反 3、淬火加热:加热温度、加热时间、加热方式、选择介质 (1)加热温度:根据钢的临界点确定,以得到均匀细小的A晶粒为原则、以便淬火后获得细小M组织 亚共析钢:AC3+(30~50℃) 共析钢和过共析钢:AC1+(30~50℃) 低合金钢:根据临界点AC1或AC3、合金元素的作用确定,AC1或AC3+(50~100℃) (2)过热:工件在淬火加热时。由于温度过高或时间过长,造成A晶粒粗大的缺陷 进行一次细化晶粒的退火或正火,然后按工艺规程进行淬火 (3)过烧:工件在淬火加热时,温度过高,使A晶界发生氧化或者出现局部融化 (4)氧化:淬火加热时工件和加热介质相互作用,使工件尺寸减小、表面粗糙度降低、影响淬火冷却速度 (5)脱碳:工件在加热过程中,钢中的C与炉中O2、H2O、CO2及H2发生化学反应,生成含碳气体逸出钢外,是工件表面含碳质量分数降低的过程 盐浴加热、保护气氛加热、真空加热或装箱加热 淬火冷却:冷却速度必须大于临界冷却速度;适当的淬火介质(水、油) 淬火方法 (1)单液淬火法:将加热至A状态的工件,淬入某种淬火介质中,连续冷却至介质温度的淬火方法 操作简单,容易实现机械化、自动化 在M转变区冷却速度较快,易产生加大的组织应力,增大工件变形、开裂的倾向 (2)双液淬火法:将加热至A状态的工件先在冷却能力较强的淬火介质中快速冷却至接近Ms的温度(避免过冷A发生P和B的转变),然后再转入冷却能力较弱的淬火介质中继续冷却,使过冷A在缓慢冷却条件下转变成M 水-油双液淬火法:中、高碳钢工件和合金钢制大型工件 油-空气双液淬火法:合金钢工件 (3)分级淬火法:将加热至A状态的工件先淬入高于Ms的热浴中停留一定时间,待工件各部分与热浴温度一致后,取出空冷至室温,在缓慢冷却的条件下完成M抓变的淬火方法(4)等温淬火法:将加热至A状态的工件淬入温度稍高于Ms的盐浴中等温,保持足够长时间,使之转变成下B,然后取出空冷的淬火方法 4、钢的淬透性:钢在淬火时获得马氏体的能力,是钢的固有属性 (1)淬透层深度:由表面至半M区的深度 (2)影响因素:钢的临界冷却速度,过冷A的稳定性 (3)淬硬性:钢淬火后形成M组织所达到的硬度→取决于M中含碳质量分数 (4)测定方法:末端淬火法(端淬法);端淬曲线;,d的单位为mm 回火 回火:将淬火钢加热到低于临界点A1的某一温度,保温一段时间,使淬火组织转变为稳定的回火组织,然后以适当的方式冷却至室温的一种热处理工艺 (1)目的:稳定组织,减小或消除淬火应力,提高钢的塑性和韧性,获得强度、硬度和塑性、韧性的适当配合,以满足不同工件的性能要求 (2)回火温度:低温、中温和高温回火 低温回火:150~250℃,淬火高碳钢和淬火合金钢→回火M(强度、硬度、耐磨性) 中温回火:350~500℃,各种弹簧零件和热锻模具→回火T(弹性极限) 高温回火:500~650℃,中碳结构钢和低合金结构钢→回火S(综合力学性能) (3)回火保温时间:保证工件各部分温度均匀和组织转变充分进行,降低或消除内应力 (4)回火后的冷却:空冷;高温回火后油冷或水冷(抑制回火脆性) 2、回火转变: (1)M中碳的偏聚→金相方法不可见,电阻法和内耗法可测得 (2)M的分解:回火温度越高,M的碳浓度越低,c越小、a越大;回火时间影响小 回火M:高碳钢在350℃以下回火时,M分解成α相和弥散ε--碳化物组成的复相组织 易腐蚀,金相显微镜下呈黑色针状组织 (3)残余A的转变:残余A与过冷A无本质区别;P与B两种转变之间有稳定区 残余A向B转变速率加快,而向P转变速度减慢 回火M或下B:淬火碳钢在200~300℃回火时,残余A分解成α相和碳化物的机械混合物(4)碳化物的转变:回火时间延长,碳化物转变温度逐渐降低 回火T:由针状α相和其它无共格联系的细小颗粒与片状Fe3C组成的机械混合物 (5)Fe3C的聚集长大和α相回复、再结晶 回火S:F与粗粒状Fe3C的机械混合物 3、淬火钢回火时的机械性能变化: (1)硬度:回火温度升高,硬度下降(弥散强化引起硬度小幅上升) 合金元素:强碳化物形成元素在高温回火时弥散强化使钢的硬度显著上升(二次硬化) (2)强度和韧性:强度指标ζb和ζs不断下降,塑性指标δ、ψ不断上升 4、回火脆性:在某些温度区间内回火,可能出现冲击韧性显著降低的现象 (1)第一类回火脆性(低温回火脆性):所有钢中都会出现(不可逆回火脆性) M分解时沿M条或片的边界析出断续的薄壳状碳化物,降低晶界的断裂强度 合金元素一般不能抑制,但Si、Mn等可提高脆化温度 避免在脆化温度范围内回火 (2)第二类回火脆性(高温回火脆性):合金结构钢(可逆回火脆性) Cr、Mn、P、As、Sb、Sn等合金元素使第二类回火脆性增大 将脆化状态的钢重新回火,然后快速冷却即可消除