碳含量對鐵碳合金組織和性能影響

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1、,,,,,,,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,,*,鐵碳合金相圖復(fù)習(xí),,,一、鐵,-,碳合金相圖,,會分析各種不同成分鐵,-,碳合金的結(jié)晶過程,,二、碳含量對鐵碳合金組織和性能影響,,,三、鐵碳合金相圖應(yīng)用,,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ,圖,2,分析,Ⅰ,、,Ⅱ,、,Ⅲ,、,Ⅳ,、,Ⅴ,六個成分冷卻、結(jié)晶過程,Ⅵ,1,2,3,3,3,3,3,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,4,4,,第三講 鋼的熱處理、分類和牌號,,,一、鋼在熱處理中的組織轉(zhuǎn)變,,二、鋼的熱處理工藝,,三、鋼的分類,,四、鋼的牌號和應(yīng)用,,,鋼的熱處理概述：,

2、,概念：,將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和,,冷卻，以改變整體或表面組織，獲得所需性能,,的工藝。,,目的：,1,）可以消除工件上一工藝過程產(chǎn)生缺陷；,,,2,）也能為下一工藝過程創(chuàng)造條件。,,據(jù)統(tǒng)計：,機(jī)床零件中,60-70%,要進(jìn)行熱處理；,,汽車、拖拉機(jī)零件中,70-80%,要進(jìn)行熱處理；,,軸承、各種工具和模具幾乎全部需要熱處理。,,鋼的熱處理曲線,,熱處理分類：,,,,,,,,普通熱處理,表面熱處理,,其他熱處理,退火,Annealing,,正火,Normalizing,,淬火,Hardening(Quenching),,回火,Tempering,表面淬火,化學(xué)熱處理,,火焰

3、加熱,Flame,,感應(yīng)加熱,Induction,滲碳,Carburization,,滲氮,Nitrogenizing,,碳氮共滲,真空熱處理,Vacuum,,可控氣氛熱處理、形變熱處理,,Controled,Atmosphere,熱處理,,一、鋼在熱處理中的組織轉(zhuǎn)變,(,Transformation,),,1.,鋼在加熱和冷卻時存在過熱、過冷。,,2.,共析鋼被加熱到,A,cl,以上時，珠光體,,轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。,,過程包括：,1,）,A,晶核的形成；,,,2,）,A,晶核的長大；,,,3,）滲碳體的溶解；,,,4,）,A,晶粒的均勻化。,,鋼在加熱和冷卻時，臨界轉(zhuǎn)變溫度變化,,共析鋼加熱獲得

4、單一奧氏體的過程,,注意：,,,1,）對于,亞共析鋼,和,過共析鋼的,A,化與,,共析鋼大體相同。,超過,A,c3,時，,F,轉(zhuǎn)變?yōu)?A,；,,超過,A,ccm,時，二次滲碳體逐漸溶入,A,中。,,,,2,）,A,,剛形成時晶粒細(xì)小。細(xì)小,A,冷卻后組織也細(xì)小。所以，加熱溫度不宜太高、時間不宜太長。,,,,鋼的加熱溫度過高對轉(zhuǎn)變組織影響,,奧氏體晶粒長大示意圖,,3.,鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,,鋼在,A,化后，緊接著是冷卻。所獲得的組織與冷卻方式和冷卻速度密不可分。有兩種冷卻方式：,,1,）連續(xù)冷卻：,,鋼在溫度連續(xù)下降過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變；,,2,）等溫冷卻：,,,A.,鋼先迅速冷卻到臨界溫度下

5、某一溫度，,,成為過冷,A,；,,,B.,在該溫度下保溫，使過冷,A,發(fā)生組織轉(zhuǎn)變；,,,C.,轉(zhuǎn)變完成后，冷卻到室溫。,,鋼熱處理的兩種冷卻方式,,,4.,以共析鋼為例，分析過冷,A,在不同溫度下,,等溫冷卻時的組織轉(zhuǎn)變：,,,1,）過冷,A,在,A,r1,-550℃,間轉(zhuǎn)變，形成,珠光體,型,,組織：滲碳體片分布在,F,基體上 ；,,,A,r1,- 650℃,，,生成粗片狀,P,；,,,650-600℃,，,生成細(xì)片狀,P,；（,索氏體,）,,,600-550℃,，生成極細(xì)片狀,P,（,屈氏體,）,,2,）過冷,A,在,550-,M,s,間轉(zhuǎn)變，形成,貝氏體,型,,組織：,（,Bainit

6、e,),,,碳過飽和,F,和微小彌散分布,滲碳體組成。,,3,）過冷,A,迅速冷卻到,M,s,以下轉(zhuǎn)變，形成,馬氏體,,組織：,（,Martensite,),,,碳過飽和地固溶在,α-Fe,中。,,注意：,A.,實際上，,過冷,A,,不能在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)?M,，,,而是在,M,s,-,M,f,之間連續(xù)冷卻時完成；,,,B.,隨著,A,中碳含量增大，,M,s,和,M,f,不斷降低；,,,,C.,殘余,A,：,冷卻到室溫下未轉(zhuǎn)變的過冷,A,,；,,,,,D.,共析鋼,在,M,s,-,M,f,間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：,M+,殘余,A,,5.,實際生產(chǎn)中常采用連續(xù)冷卻方式，,共析鋼,,過冷,A,在,連續(xù)冷卻,時組

7、織轉(zhuǎn)變：,,,,1,）隨爐緩慢冷卻時，形成粗片狀,P,,；,,,,2,）,在空氣中冷卻時，形成細(xì)片狀,P,,；,,,3,）,在油中冷卻時，形成極細(xì),P,+M+,殘余,A,,；,,,4,）,在水中冷卻時，形成,M+,殘余,A,,。,,,二,.,熱處理工藝,Type of Heat Treatment,1.,退火,Annealing,：,,,加熱到適當(dāng)溫度，保溫后緩冷，獲得接近平衡組織。,,,目的：,,,1,）降低硬度利于切削；,,,2,）細(xì)化晶粒，提高性能；,,,3,）除內(nèi)應(yīng)力，為下一工序作準(zhǔn)備；,,,4,）降低鋼錠、鑄件或鍛坯成分不均勻性。,,,分類：,完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火和擴(kuò)散退火

8、。,,,1,）完全退火：,適用于亞共析鋼。,,加熱到,A,c3,以上,20,～,30℃,，保溫一定時間，完全奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻，或埋入石灰中冷卻。,,目的：細(xì)化晶?；蚪档椭刑间摶蚝辖痄撚捕?。,,2,）球化退火：,適用共析和過共析鋼,。,,,加熱至,A,c1,以上,20,～,30℃,，使片狀或網(wǎng)狀滲碳體球化。,,目的：,,降低硬度或為下一步淬火做好組織準(zhǔn)備。,,,3,）去應(yīng)力退火：,加熱到低于,A,c1,，,目的：消除內(nèi)應(yīng)力。,,,4,）擴(kuò)散退火（均勻化退火）：,加熱到略低于固相線溫度，,,長時間保溫后緩冷的處理。用于鋼錠、鑄件和鍛坯。,,,2.,正火,Normalizing,：,加熱到,

9、A,c3,或,A,ccm,以上,30-50,℃,，,保溫后在空氣中冷卻。,,目的：,,,1,）提高低碳鋼或低碳合金鋼硬度，改善切削；,,,2,）對于中碳和中碳合金鋼，細(xì)化晶粒比完全退火好；,,,3,）使過共析鋼的滲碳體呈鏈狀，利于下步一球化。,,,碳素鋼正火、退火加熱溫度范圍,,3.,淬火,Quenching,：,,加熱到,A,c1,或,A,c3,以上,30-50℃,，保溫后快速,,冷卻，獲得,M,組織：提高鋼的硬度和耐磨性。,,,對于,亞共析鋼：,M,+,殘余,A,,,共析、過共析鋼：,細(xì)小,M,+,粒狀滲碳體,+,殘余,A,,,冷卻介質(zhì)：水、油和熔鹽等。,,水：冷卻能力強(qiáng)，主要用于碳鋼工件

10、；,,油：冷卻能力較弱，主要用于合金鋼工件；,,熔鹽：冷卻能力中等，用于形狀復(fù)雜小工具。,,,,,碳素鋼淬火加熱溫度范圍,,4.,回火,Tempering,：,,將淬火鋼加熱到,A,c1,以下一溫度，保溫后自然冷卻的處理。,,,目的：,降低淬火鋼脆性，減小或消除內(nèi)應(yīng)力。,,分類,：,1,）,低溫回火：,加熱到,150-250℃,；,,組織：回火,馬氏體，用于工具、軸承等。,,,,降低淬火應(yīng)力，保持高,硬度和高耐磨性。,,,2,）,中溫回火：,加熱到,350-500℃,；,,組織：,F,基體,+,極細(xì),粒狀滲碳體,,有高的彈性、屈服點和韌性，,用于彈簧。,,,3,）,高溫回火：,加熱到,500-

11、650℃,；,,組織：,F,基體,+,較細(xì),粒滲碳體,,有良好綜合性能，廣泛,用于軸、齒輪等。,,,,將淬火鋼加熱到,500-650℃,，進(jìn)行,高溫,,回火,的處理。,,組織：,F,基體,+,較細(xì),粒滲碳體,,性能特點：獲得高強(qiáng)度、塑性和韌性,。,,,應(yīng)用：,廣泛,用于處理各種重要零件，尤其受動載荷和交變載荷的零件：,,像，傳動軸、齒輪和連桿等。,,調(diào)質(zhì)處理：,,三,.,鋼的分類,Class of steels,,鋼：,C,＜,,2.11%Fe-C,合金，還有,Si,、,Mn,、,S,、,P,等。,,1.,按成分,(,by Composition,),,,低碳鋼,—— C,＜,0.25%,；,

12、,碳素鋼 中碳鋼,——,0.25%,≤C≤,0.60%,；,,Carbon,,高碳鋼,—— C,＞,0.6%,；,,,低合金鋼,——,合金元素總量,＜,,5%,；,,合金鋼 中合金鋼,——5% ≤,合金,≤,10%,,Alloy,,高合金鋼,——,合金元素總量＞,10%,；,,注意：,常存元素對碳鋼性能的影響,鋼,,1,）錳：因用錳鐵脫氧而殘留鋼中。含量,0.25~0.8%,,存在形式：,固溶于鐵素體，形成置換固溶體，使鋼強(qiáng)化。,,2,）硅：用硅鐵脫氧而殘留鋼中，含量＜,0.4%,,存在形式：,大部分固溶于鐵素體使鋼強(qiáng)化，屬有益元素。,,3,）硫：由礦石和燃料帶入鋼中，屬有害元素。,

13、,存在形式：,不溶于鐵，以,FeS,形式與,Fe,形成共晶體,,低熔點（,985,℃,）,，易形成熱脆。,,4,）磷：來源于礦石和生鐵。,,存在形式：,固溶于鐵素體提高強(qiáng)度，但降低塑性和韌性。,,2.,按質(zhì)量,：,(by quality),,普通鋼,：,S,≤0.055%,；,,,(normal),P,≤0.045%,；,,,優(yōu)質(zhì)鋼,：,S,≤,（,0.030,~,0.040,）,%,、,,,(high quality),,P,≤,（,0.035,~,0.040,）,%,；,,,高級優(yōu)質(zhì)鋼,：,S,≤0.020,~,0.030%,；,,,(high duty),P,≤,（,0.030,~,0.

14、035,）,%,；,,,3.,按用途,(,by purpose),,,(structural),結(jié)構(gòu)鋼,---,工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件；,,,(tool),,工具鋼,---,工具、模具和量具；,,,(special,）,特殊鋼,---,不銹鋼、耐熱、耐磨和耐蝕鋼。,,,四,.,鋼的牌號,Marks of Steels,,1,.,碳素結(jié)構(gòu)鋼,,,由于碳素結(jié)構(gòu)鋼一般不需熱處理，按力學(xué)性能供貨，其牌號組成：,,屈服點字母,+,屈服點數(shù)值,+,質(zhì)量等級,+,脫氧方法,,如：,Q235-A.F,：,屈服強(qiáng)度,235MPaA,級沸騰鋼。,,其它見：,,,2004,年 嚴(yán)紹華 主編,《,熱加工工藝基礎(chǔ),》,P,

15、278,,,2.,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,：,,供貨時，既要保證成分，又需保證性能。,,牌號：平均,碳含量萬分?jǐn)?shù)：,25,、,30,、,45,,,若錳含量較高：,45,Mn,,3.,碳素工具鋼,：,碳含量在,0.65,~,1.35%,之間,,牌號：平均,碳含量千分?jǐn)?shù)：,T8,、,T10,、,T12A,,4.,合金結(jié)構(gòu)鋼,：,30CrMnSi,、,12CrNi3,,,牌號：平均,碳含量萬分?jǐn)?shù),+,元素符號,+,數(shù)字,,滾珠軸承鋼,牌號前加“,G”,，如,GC,r15,,5.,合金工具鋼,：,用于刀具、模具和量具,,牌號：,9SiCr,、,Cr12,、,5CrMnMo,,,平均,碳含量千分?jǐn)?shù),+,元素符號

16、,+,數(shù)字,,,碳含量≥,1%,，不標(biāo)出，如,,W18Cr4V,,,6.,特殊用途合金鋼,：,不銹鋼、耐熱和耐磨鋼,,牌號：與合金工具鋼相同。如，,1Cr18Ni9,,1Cr13,、,4Cr9Si2,、,ZG,Mn13,和,0Cr18Ni9Ti,,,碳含量≤,0.03%,和,,≤,0.08%,，冠以‘,00’,和‘,0’,,總結(jié)：,,,一、鋼在熱處理中的組織轉(zhuǎn)變,,,二、鋼的熱處理工藝,,三、鋼的分類,,,四、鋼的牌號和應(yīng)用,,,,QUESTIONS:,1. Distinguish between the following:,,a. Quenching and Tempering,,b.

17、Normalizing and annealing,,c.,Cementite,and,martensite,,,2. Explain why tempering follows the quenching process,,in heat treatment of steel,,詞匯：,,鋼熱處理：,Heat Treatment of Steel,,退火：,Annealing,正火：,Normalizing,,淬火：,Hardening,（,Quenching,）,,回火：,Tempering,,表面熱處理：,Surface Heat Treatment,,火焰加熱：,Flame Heated,,感應(yīng)加熱：,Induction Heated,,滲碳：,Carburization,滲,氮：,Nitrogenizing,,真空熱處理：,Vacuum Heat Treatment,,可控氣氛熱處理：,,,Controled,Atmosphere Heat Treatment,,貝氏體：,Bainite,,馬氏體,：,Martensite,,熱處理類型：,Type of Heat Treatment,,鋼分類：,Classes of Steels,,碳素鋼：,Carbon Steel,,合金鋼 ：,Alloying Steel,,鋼的編號：,Marks of Steels,,,