碳含量對(duì)鐵碳合金組織和性能影響

,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(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,鐵碳合金相圖復(fù)習(xí),一、鐵,-,碳合金相圖,會(huì)分析各種不同成分鐵,-,碳合金的結(jié)晶過(guò)程,二、碳含量對(duì)鐵碳合金組織和性能影響,三、鐵碳合金相圖應(yīng)用,圖,2,分析,、,、,、,、,六個(gè)成分冷卻、結(jié)晶過(guò)程,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(lèi)和牌號(hào),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(lèi),四、鋼的牌號(hào)和應(yīng)用,鋼的熱處理概述：,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(guò)程產(chǎn)生缺陷；,2,）也能為下一工藝過(guò)程創(chuàng)造條件。,據(jù)統(tǒng)計(jì)：,機(jī)床零件中,60-70%,要進(jìn)行熱處理；,汽車(chē)、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(xiàn),熱處理分類(lèi)：,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(shí)存在過(guò)熱、過(guò)冷。,2.,共析鋼被加熱到,A,cl,以上時(shí)，珠光體,轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。,過(guò)程包括：,1,）,A,晶核的形成；,2,）,A,晶核的長(zhǎng)大；,3,）滲碳體的溶解；,4,）,A,晶粒的均勻化。,鋼在加熱和冷卻時(shí)，臨界轉(zhuǎn)變溫度變化,共析鋼加熱獲得單一奧氏體的過(guò)程,注意：,1,）對(duì)于,亞共析鋼,和,過(guò)共析鋼的,A,化與,共析鋼大體相同。,超過(guò),A,c3,時(shí)，,F,轉(zhuǎn)變?yōu)?A,；,超過(guò),A,ccm,時(shí)，二次滲碳體逐漸溶入,A,中。,2,）,A,剛形成時(shí)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(shí)間不宜太長(zhǎng)。,鋼的加熱溫度過(guò)高對(duì)轉(zhuǎn)變組織影響,奧氏體晶粒長(zhǎng)大示意圖,3.,鋼在冷卻時(shí)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(guò)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某一溫度，,成為過(guò)冷,A,；,B.,在該溫度下保溫，使過(guò)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(guò)冷,A,在不同溫度下,等溫冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變：,1,）過(guò)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(guò)冷,A,在,550-,M,s,間轉(zhuǎn)變，形成,貝氏體,型,組織：,（,Bainite,),碳過(guò)飽和,F,和微小彌散分布,滲碳體組成。,3,）過(guò)冷,A,迅速冷卻到,M,s,以下轉(zhuǎn)變，形成,馬氏體,組織：,（,Martensite,),碳過(guò)飽和地固溶在,-Fe,中。,注意：,A.,實(shí)際上，,過(guò)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(shí)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(guò)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(shí)際生產(chǎn)中常采用連續(xù)冷卻方式，,共析鋼,過(guò)冷,A,在,連續(xù)冷卻,時(shí)組織轉(zhuǎn)變：,1,）隨爐緩慢冷卻時(shí)，形成粗片狀,P,；,2,）,在空氣中冷卻時(shí)，形成細(xì)片狀,P,；,3,）,在油中冷卻時(shí)，形成極細(xì),P,+M+,殘余,A,；,4,）,在水中冷卻時(shí)，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(lèi)：,完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火和擴(kuò)散退火。,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(shí)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取?2,）球化退火：,適用共析和過(guò)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?yàn)橄乱徊酱慊鹱龊媒M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(xiàn)溫度，,長(zhǎng)時(shí)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,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(duì)于中碳和中碳合金鋼，細(xì)化晶粒比完全退火好；,3,）使過(guò)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(duì)于,亞共析鋼：,M,+,殘余,A,共析、過(guò)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；,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(lèi),：,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(diǎn)和韌性，,用于彈簧。,3,）,高溫回火：,加熱到,500-650,；,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(diǎn)：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(dòng)載荷和交變載荷的零件：,像，傳動(dòng)軸、齒輪和連桿等。,調(diào)質(zhì)處理：,三,.,鋼的分類(lèi),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%,；,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(duì)碳鋼性能的影響,鋼,1,）錳：因用錳鐵脫氧而殘留鋼中。含量,0.250.8%,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。,存在形式：,不溶于鐵，以,FeS,形式與,Fe,形成共晶體,低熔點(diǎn)（,985,）,，易形成熱脆。,4,）磷：來(lái)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(jí)優(yōu)質(zhì)鋼,：,S,0.020,0.030%,；,(high duty),P,（,0.030,0.035,）,%,；,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(hào),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(hào)組成：,屈服點(diǎn)字母,+,屈服點(diǎn)數(shù)值,+,質(zhì)量等級(jí),+,脫氧方法,如：,Q235-A.F,：,屈服強(qiáng)度,235MPaA,級(jí)沸騰鋼。,其它見(jiàn)：,2004,年 嚴(yán)紹華 主編,熱加工工藝基礎(chǔ),P,278,2.,優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,：,供貨時(shí)，既要保證成分，又需保證性能。,牌號(hào)：平均,碳含量萬(wàn)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(hào)：平均,碳含量千分?jǐn)?shù)：,T8,、,T10,、,T12A,4.,合金結(jié)構(gòu)鋼,：,30CrMnSi,、,12CrNi3,牌號(hào)：平均,碳含量萬(wàn)分?jǐn)?shù),+,元素符號(hào),+,數(shù)字,滾珠軸承鋼,牌號(hào)前加“,G”,，如,GC,r15,5.,合金工具鋼,：,用于刀具、模具和量具,牌號(hào)：,9SiCr,、,Cr12,、,5CrMnMo,平均,碳含量千分?jǐn)?shù),+,元素符號(hào),+,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(hào)：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(lèi),四、鋼的牌號(hào)和應(yīng)用,QUESTIONS:,1. Distinguish between the following:,a. Quenching and Tempering,b. 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(lèi)型：,Type of Heat Treatment,鋼分類(lèi)：,Classes of Steels,碳素鋼：,Carbon Steel,合金鋼 ：,Alloying Steel,鋼的編號(hào)：,Marks of Steels,