热处理1.docx

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热处理1

钢在热处理冷却时的组织转变

相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。

一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。

等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。

连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却

二、等相图只适用于缓慢冷却，而实际热处理则是以一定的冷却速度来进行的，所以出现C曲线。

一、A冷却C曲线转变温度与转变时间之间关系的曲线。

1.等温冷却C曲线将钢急冷到临界温度以下某一温度，在此温度等温转变，在冷却过程中测绘出过冷A等温转变图。

2.连续冷却C曲线将钢在连续冷却的条件下转变，此时测绘出的冷却

二、等温冷却C曲线

过冷A等温转变图可综合反映过冷A在不同过冷度下的等温转变过程，转变开始和终了时间，转变产物类型以及转变量与温度和时间的关系等，由于等温转变图通常呈“C”形状，所以也称C曲线，另外还称TTT图，现以共析钢为例来说明TTT图的建立.

1.相图的建立

①把钢材制成Φ10×1.5mm的圆片试样,分成若干组

②取一组试样,在盐炉内加热使之A化.

③将A化后的试样快速投入A1以下某一温度的浴炉中进行等温转变

④每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中,而后将各试样取出制样,进行组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时,所对应的等温时间就是A开始转变时间,到某一试样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。

共析碳钢等温转变图（C曲线）

将其余各组试样，用上述方法,分别测出不同等温条件下A转变开始和终了时间,最后将所有转变开始时间点和终了时间点标在温度、时间（对数）坐标上,并分别连接起来,即得C曲线.

2.图形分析

3.等T转变特点

①过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。

孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。

②鼻点:

550℃最不稳定,转变速度最快

③C形状原因过冷度和原子扩散为两个制约因素

在A1~550℃区间,随过冷度增大,原子扩散较快,转变速度较快。

550℃以下,随过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。

4.相变特点

①高温转变--P转变（Ar1~550）

A→F+Fe3C（片层相间平行排列的机械混合物）

温度A相变层片间距HRCAr1~600℃A→P0.4mm20650℃~600℃A→S0.4~0.230600℃~550℃A→T0.240

②中温转变—贝氏体转变（550℃~240℃）

A→B（F+Fe3C）,其中F具有一定过饱和度

A→B上（550℃~350℃）羽毛状

Fe3C以较粗大片状分布在较宽的F片之间,易发生脆断,HRC=45。

A→B下（350℃~240℃）针状

强韧性好,Fe3C细小,均匀分布在过饱和F针内

③低温转变----M转变（C在α--Fe中过饱和固溶体）

MS→240℃MSHRC=62~65。

5.亚共析钢和过共析钢的TTT曲线

①图形分析（与共析钢图形一样）

亚共析钢有先析出F线

过共析钢有先析出Fe3C线

40钢过冷,F析出受抑制,P型↑,所以不能用显微分析判断钢种。

6.影响C曲线形状和位置的因素

①碳钢a.C%↑亚共析钢,C曲线右移

过共析钢,C曲线左移

共析钢,C曲线最右

C曲线位置表示A稳定性,C曲线越靠右,A越稳定。

b.C%↑，MS↓、Mf↓,C曲线下移

②合金钢

a.A中含Co、大于2.5%的Al,C曲线左移

其它均会使C曲线右移,A稳定性升高

还有一些Me的存在会使C形状变化,如Cr、W、Mo

b.Me存在也会影响MS、Mf点

③加热因素t℃↑、τ↑,C曲线右移,A越稳定,且晶粒粗化。

三、连续冷却转变C曲线（CCT图）

1.无B转变,因冷却速度快,无孕育期

2.图形特点:

与TTT基本一致,位置稍偏右下

3.连续冷却A转变特点:

①晶粒粗细不等,组织为混合组织

②临界冷却温度:

获得完全M组织的最小冷却速度,或与转变开始线相切的冷却速度。

由于生产中连续冷却曲线不易获得,所以通常将冷却速度线叠加到等温转变C曲线（TTT图）上,来大致估计冷却后获得什么组织.

以V1冷却,相当于炉冷,转变产物为P

以V2冷却,相当于空冷,转变产物为S

以V3冷却,相当于油冷,转变产物为T+M+A´

以V4冷却,相当于水冷,转变产物为M+A´

四、C曲线应用

1.用来研究钢热处理后所获得的组织及机械性能,从而合理选用钢材

2.制订合理的热处理工艺,选择等温退火,等温淬火的温度等

3.用来估计钢的淬透性及临界冷却速度,选择适当的淬火介质

钢在热处理加热时的转变

一、钢加热时的A化过程1。

共析钢P在加热温度大余等于Ac1时，转化为A。

其转化可分为以下四个阶段：

①A形核②A晶核长大③残余Fe3C溶解④A均匀化A形成必须要有一定的过热度△T，提供相变驱动力△G①A形核,成核位置通常在F和Fe3C两相界面上。

②A晶核长大，形核后同时向F和Fe3C两个相界面推移，F晶格重构成面心立方一、钢加热时的A化过程

1.共析钢P在加热温度大余等于Ac1时，转化为A.

其转化可分为以下四个阶段：

①A形核②A晶核长大③残余Fe3C溶解④A均匀化

A形成必须要有一定的过热度△T，提供相变驱动力△G

①A形核,成核位置通常在F和Fe3C两相界面上。

②A晶核长大，形核后同时向F和Fe3C两个相界面推移，F晶格重构成面心立方，Fe3C不断溶解，向A提供C分。

重构速度比Fe3C溶解速度快，所以F先溶解，剩余Fe3C通过C原子扩散，从而使A均匀化。

亚共析钢和过共析钢要分别加热到Ac3或Accm以上才能完全转变为A。

二、A晶粒大小

晶粒大小对冷却转变过程及其所获得的组织与性能均有很大影响。

因此，掌握A晶粒长大的规律性及控制A晶粒度的方法，对于热处理实践具有很重要的意义

1.A化后晶粒长大

A化后，随着温度升高或保温时间延长，A晶粒会不断长大

2.A晶粒大小指标

①晶粒度：

晶粒直径的平均值。

根据GB6394-86，A晶粒度一般分10个级别（标准照片对照），数字越大，晶粒越细。

1-4级，粗晶粒；5-10级细晶粒；10级以上超细，也有比1级还粗的0级、-1级等。

②起始晶粒度：

A形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。

与A长大倾向性有关，还与化学成分有关。

3.影响A长大因素:

①内因：

钢的成分、组织决定它具有一定的A长大倾向性。

长大倾向性：

同样条件下，有些晶粒容易长大，因钢种的不同而不同，甚至对同一种钢，由于冶炼方法不同，在同样加热条件下也可以表现出不同的晶粒长大倾向性。

a.钢C%↑,亚共析钢易长大，过共析钢不易长大，共析钢最易长大。

b.合金元素

除Mn、P外，一般合晶元素均能阻止A晶粒长大，如V、Ti、Nb、Al等分布在晶界形成难溶化合物均能强烈阻止A晶粒长大。

c.优质结构钢、碳素工具钢、A晶粒不易长大

②外因：

加热条件

加热温度越高,保温时间越长，原子扩散越容易，晶界越易迁移，A实际晶粒就越大。

晶粒长大过程实际上是无数个晶粒同时长大的过程，是一种大晶粒吞并小晶粒的过程。

钢的热处理概述

一、热处理加工的目的和条件1。

热处理定义：

将固态金属或合金采取适当方式进行加热，保温和冷却以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。

热处理目的：

通过适当的热处理工艺，来控制相变过程中组织转变的程度和转变产物的形态3。

热处理条件：

有固相转变条件二、热处理的工艺过程及主要参数1。

一、热处理加工的目的和条件

1.热处理定义：

将固态金属或合金采取适当方式进行加热，保温和冷却以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。

2.热处理目的：

通过适当的热处理工艺，来控制相变过程中组织转变的程度和转变产物的形态

3.热处理条件：

有固相转变条件

二、热处理的工艺过程及主要参数

1.工艺过程

①加热（保温）临界点+△T值②冷却临界点-△T值一定冷却速度

2.主要参数

①加热温度②保温时间τ

③冷却介质如：

水、盐水、碱水、空气

冷却介质决定冷却速度V

三、热处理分类

1.按处理阶段及目的的不同分预处理和最终处理

①预处理作用：

消除偏析、内应力，为最终热处理获得平衡组织

②最终处理：

最终组织

2.热处理工艺参数的不同及钢的组织转变特征

①普通热处理退火、正火、淬火、回火等

②化学热处理表面渗C、渗N

③表面热处理表面淬火

钢的热处理

钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。

所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

正火正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。

淬火淬1.退火

将钢加热到一定温度并保温一段时间，然后使它慢慢冷却，称为退火。

钢的退火是将钢加热到发生相变或部分相变的温度，经过保温后缓慢冷却的热处理方法。

退火的目的，是为了消除组织缺陷，改善组织使成分均匀化以及细化晶粒，提高钢的力学性能，减少残余应力；同时可降低硬度，提高塑性和韧性，改善切削加工性能。

所以退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理。

钢的铁-碳平衡图

2.正火

正火是将钢加热到临界温度以上，使钢全部转变为均匀的奥氏体，然后在空气中自然冷却的热处理方法。

它能消除过共析钢的网状渗碳体，对于亚共析钢正火可细化晶格，提高综合力学性能，对要求不高的零件用正火代替退火工艺是比较经济的。

3.淬火

淬火是将钢加热到临界温度以上，保温一段时间，然后很快放入淬火剂中，使其温度骤然降低，以大于临界冷却速度的速度急速冷却，而获得以马氏体为主的不平衡组织的热处理方法。

淬火能增加钢的强度和硬度，但要减少其塑性。

淬火中常用的淬火剂有：

水、油、碱水和盐类溶液等。

而高速钢的淬火剂可以是“风”，所以高速钢又被称为“风钢”。

4.回火

将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。

其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。

回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。

回火多与淬火、正火配合使用。

调质处理：

淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。

高温回火是指在500-650℃之间进行回火。

调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。

时效处理：

为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150-250℃）精加工前，把工件重新加热到100-150℃，保持5-20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。

对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。

5.表面热处理

表面淬火：

是将钢件的表面通过快速加热到临界温度以上，但热量还未来得及传到心部之前迅速冷却，这样就可以把表面层被淬在马氏体组织，而心部没有发生相变，这就实现了表面淬硬而心部不变的目的。

适用于中碳钢。

化学热处理：

是指将化学元素的原子，借助高温时原子扩散的能力，把它渗入到工件的表面层去，来改变工件表面层的化学成分和结构，从而达到使钢的表面层具有特定要求的组织和性能的一种热处理工艺。

按照渗入元素的种类不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、氰化和渗金属法等四种。

渗碳：

渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。

也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。

渗氮：

又称氮化，是指向钢的表面层渗入氮原子的过程。

其目的是提高表面层的硬度与耐磨性以及提高疲劳强度、抗腐蚀性等。

目前生产中多采用气体渗氮法。

氰化：

又称碳氮共渗，是指在钢中同时渗入碳原子与氮原子的过程。

它使钢表面具有渗碳与渗氮的特性。

渗金属：

是指以金属原子渗入钢的表面层的过程。

它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。

生产中常用的有渗铝、渗铬、渗硼、渗硅等。

冲模零件材料及热处理要求

1、冲模工作零件常用材料及硬度要求

模具名称

使用条件

推荐使用钢号

代用钢号

工作硬度HRC

轻载冲裁模（t<2mm）

<0.3mm软料箔带 硬料箔带小批量、简单形状中批量、复杂形状高精度要求 大批量生产 高硅钢片（小型）（中型）各种易损小冲头

T10A 7CrSiMnMoVT10AMnCrWVCr2MnCrWVCr12MoVCr5Mo1VCr12Cr12MoVW6Mo5Cr4V

T8A CrWMnCr29Mn2VCrWMn9CrWMnCr4W2MoV Cr12MoV W18Cr4V

56～60（凸模）37～40（凹模）62～64（凹模）48～52（凸模）58～62（易脆折件56～58）    59～61

重载冲裁模

中厚钢板及高强度薄板 易损小尺寸凸模

Cr12MoVCr4W4MoVW6Mo5Cr4V

Cr5Mo1V W18Cr4V、V3N

54～56（复杂）56～58（简单）58～61

重载拉深模

大批量小型拉深模大批量大、中型拉深模耐热钢、不锈钢拉深模

SiMnMoNi－Cr合金铸铁Cr12MoV65Nb（小型）

Cr12球墨铸铁 GT－15

60～6245～5065～67（渗氮）64～66

弯曲、翻边模

轻型、简单简单易裂轻型复杂大量生产用高强度钢板及奥氏体钢板

T10AT7ACrWMnCr12MoVCr12MoV

9CrWMn

57～6054～5657～6057～6065～67（渗氮）

   2、冲模一般零件用料及热处理要求

零件名称及其使用情况

选用材料

热处理硬度HRC

上模座下模座

一般负荷一般负荷负荷较大负荷特大，受高速冲击用于滚动导柱模架用于大型模具

HT200、HT250HT250、Q23545QT400－18，ZG310－570HT250，ZG310－570

——（调质）28～32——

模柄

压入式、旋入式和凸缘式通用互换性模柄带球面的活动模柄、垫块等

Q235、Q27545、T8A45

—43～4843～48

导柱导套

大量生产单件生产用于滚动配合

20T10A、9Mn2VCr12、GCr15

（渗碳淬硬）56～6056～6062～64

固定板、卸料板、定位板

Q235（45）

（43～48）

垫板

一般用途单位压力特大

45T8A、9Mn2V

43～4852～55

推板顶板

一般用途重要用途

Q23545

—43～48

顶杆推杆

一般用途重要用途

45Cr6WV、CrWMn

43～4856～60

导料板

Q235（45）

（43～48）

导板模用导板

HT200、45

侧刃、挡块

45（T8A、9Mn2V）

43～48（56～60）

定位钉、定位块、挡料销

45

43～48

废料切刀

T10A、9Mn2V

58～60

导正销

一般用途高耐磨

T10A、9Mn2V、Cr12Cr12MoV

56～6060～62

斜楔、滑块

Cr6WV、CrWMn

58～62

圆柱销、销钉

（45）T7A

（43～48）50～55

模套、模框

Q235（45）

（调质28～32）

卸料螺钉

45

（头部淬硬）35～40

圆钢丝弹簧

65Mn

40～48

蝶形弹簧

65Mn、50CrVA

43～48

限位块（圈）

45

43～48

承料板

Q235

—

钢球保持圈

ZQSn10－1、2A04

—

压边圈

一般拉深

小型

T10A、9Mn2V、CrWMn

54～58

大、中型

低合金铸铁 CrWMn、9CrWMn

双动拉深

钼钒铸铁

中层预应力圈

5CrNiMo、40Cr、35CrMoA

45～47

外层预应力圈

5CrNiMo、40Cr、35CrMoA、35CrMnSiA、45

40～42