2020热处理讲义

盈通企管盈通企管 热处理培训教材 一、钢铁的组成和分类 1．钢铁的组成：铁和碳是组成钢铁材料的两个最基本的元素，其中铁元素是主要成分。 2．根据碳在钢铁中的含量分类：含碳量小于等于 2.11%的钢铁材料称为钢，含碳量大于 2.11%的钢铁材料称为铸铁。 3．按钢材的用途、化学成分和质量的不同，可将钢分为许多类： ⑴按用途分类按用途分类 按钢材的用途可分为三大类：结构钢，工具钢，特殊性能钢。 结构钢：①用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢（如 20CYMnTi） 、调质钢（如 45 和 40CY） 、弹簧钢（如 65Mn）及滚动轴承钢(如 GY15)。 ②用作工程结构的钢。它包括碳素结构钢（如 Q235A，旧牌号为 A3）和低合金高强 度钢（如 Q345，旧牌号为 16Mn） 。 工具钢：用来制造各种工具的钢。它分为刃具钢、模具钢与量具钢。 特殊性能钢：具有特殊物理化学性能的钢。它分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 ⑵按化学成分分类按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。 碳素钢：按钢的含碳量可分为低碳钢（含碳量≤ 0.25%） ，如20 号钢，表示平均含碳量 为 0.20%的钢；中碳钢（0.30～0.55%C） ，如 45 号钢，表示平均含碳量为 0.45%的钢和高 碳钢（≥0.60%C） ，如 T12，表示平均含碳量为1.20%的钢等。 合金钢：按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%） ；中合金钢（合金 元素总含量=5～10%） ；高合金钢（合金元素总含量＞10%） 。 ⑶按质量分类按质量分类 按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（磷、硫含量均≤ 0.050%） ；优质钢（磷、 硫含量均≤0.040%） ；高级优质钢（磷含量≤0.035%，硫含量≤0.035%） 。 钢的命名，常常将用途、成分和质量结合起来。如将钢称为优质碳素结构钢（如 20 和 45） 、碳素工具钢（如 T12） 、高级优质碳素工具钢（如 T12A） 、合金结构钢（如 40CY 和 20CYMnTi） 、合金工具钢（如 9SiCY 和高速钢 W18CY4V）等。 另外，对应变形钢，还有铸钢，如我公司常用的一般工程用碳素铸钢 ZG310-570（旧 牌号 ZG45） ，合金铸钢 ZG40CY 和 ZG35CYMo 等。 二、铁-渗碳体相图 Fe 和 Fe3C 是组成 Fe-Fe3C 相图的两个基本组元。 1，基本概念 铁素体铁素体：以 F 表示。组成：碳溶于α-Fe 中的间隙固溶体。铁素体是铁碳合金基本相之一。 性能：具有良好的塑性和韧性。 奥氏体奥氏体：以 A 表示。组成：碳溶于γ-Fe 中的间隙固溶体。奥氏体是铁碳合金基本相之一。 性能：硬度较低而塑性较高，易于锻压成型。 渗碳体渗碳体：以 Fe3C 表示。组成：具有复杂结构的间隙化合物。 渗碳体是铁碳合金基本相之一。 性能：硬度很高，而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。 【MeiWei_81 重点借鉴文档】 盈通企管盈通企管 珠光体珠光体：以 P 表示。组成：铁素体( (F)+渗碳体( (Fe3C)。性能：介于铁素体和渗碳体之间。 高温莱氏体高温莱氏体：以 Ld 表示。组成：奥氏体( (A)+渗碳体( (Fe3C)。 低温莱氏体低温莱氏体：以 Ld’表示。组成：珠光体( (P)+渗碳体( (Fe3C)。 贝氏体贝氏体：以 B 表示。 组成： 含碳过饱和的铁素体( (F)+渗碳体( (Fe3C)。 性能： 具有较高的强度、 硬度、塑性与韧性相配合的综合机械性能。 马氏体马氏体：以 M 表示。组成：碳溶于α-Fe 中的过饱和固溶体。性能：硬度和强度高。 2.铁-渗碳体相图分析 铁-渗碳体相图中各点、线含义 A 点：温度 1538℃，C%=0，纯铁的熔点 C 点：温度 1148℃，C%=4.3，共晶点 D 点：温度 1227℃，C%=6.69，渗碳体的熔点 E 点：温度 1148℃，C%=2.11，碳在奥氏体中的最大溶解度 F 点：温度 1148℃，C%=6.69，渗碳体的成分 G 点：温度 912℃，C%=0，α-Fe 和γ-Fe 转变点 K 点：温度 727℃，C%=6.69，渗碳体的成分 P 点：温度 727℃，C%=0.0218，碳在铁素体中的最大溶解度 【MeiWei_81 重点借鉴文档】 盈通企管盈通企管 S 点：温度 727℃，C%=0.77，共析点 Q 点：温度 600℃，C%=0.0057，碳在铁素体中的溶解度 AC 线：液相线，液态金属开始结晶出奥氏体 CD 线：液相线，液态金属开始结晶出渗碳体 AE 线：固相线，奥氏体的结晶终了线 ECF 线：固相线，液态金属开始结晶出高温莱氏体的转变线（称为共晶线） GS 线：奥氏体转变为铁素体的开始线，又称A3线，线上的点为A3点 GP 线：奥氏体转变为铁素体的终了线 ES 线：碳在奥氏体中溶解度线，又称Acm线，线上的点为Acm点 PQ 线：碳在铁素体中溶解度线 PSK 线：奥氏体开始析出珠光体的转变线（称为共析线） ，又称A1线，线上的点为A1点 三、钢的热处理 1．热处理的定义和分类 钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得 所需性能的一种工艺。 根据加热和冷却方法的不同，热处理方法大致可分为普通热处理和表面热处理。普通热 处理又可分为退火、正火、淬火和回火。 表面热处理又可分为表面淬火（包括感应加热淬火 和火焰加热淬火）和化学热处理（包括渗碳、氮化、碳氮共渗等） 。 2．钢在加热时的组织转变 3．钢在冷却时的组织转变 4．钢的退火和正火 ㈠退火或正火的目的： ⑴降低钢件硬度，以利于随后的切削加工。 ⑵消除残余应力，以稳定钢件尺寸并防止其变形和开裂。 ⑶细化晶粒，改善组织，以提高钢的机械性能。 ⑷．最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。 ㈡退火 完全退火： 将钢加热到临界点 Ac3以上， 保温一定时间， 随炉缓慢冷却到 600℃以下， 再出炉在空气中冷却。它主要用于铸钢件和锻钢件，退火时间较长。 等温退火：将钢加热到临界点Ac3以上，保温一定时间，再以较快速度冷却到临界点 AY1以下，等温一定时间，然后出炉在空气中冷却。它可缩短退火时间，代替完全退火；还 可作为渗碳钢零件淬火前的预先热处理， 以消除渗碳件的表面网状碳化物， 防止出现磨削裂 纹。 去应力退火：又称低温退火，将工件缓慢加热到临界温度 Ac1以下，保温一定时间 (3min/mm)，然后随炉缓慢冷却（≤ 100℃/h）至200℃再出炉冷却。它主要用于消除焊接 件、冷冲压件和机加工件中的残余应力，防止工件的变形和开裂。 ㈢正火 正火就是将钢加热到临界点（Ac3、Acm）以上，保温一定时间(1min/mm)，然后在 【MeiWei_81 重点借鉴文档】 盈通企管盈通企管 空气中冷却。正火主要用与以下几个方面： 1．作为普通结构零件的最终热处理。 2．改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性（提高硬度） 。 3．作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理。 4．消除高碳钢中的网状二次渗碳体，可作为渗碳钢零件淬火前的预先热处理。 5．对一些大型的或形状较复杂的零件， 淬火可能有开裂危险时