1 模型锻造工艺基础（2）修订版 常州精棱铸锻有限公司 第四章钢铁材料的热处理 1.什么是钢铁材料 2.什么是热处理 3.热处理自动调质线及自动正火线 模型锻造工艺基础（2）1.钢铁材料 人们通常说的钢铁材料指的是钢和铸铁，二者主要是以含碳量多少来划分的，通常将碳含量小于0.0218%的叫工业纯铁，碳含量在0.0218%至2.11%之间的叫钢，碳含量大于2.11%的叫铸铁。 钢铁材料中的组织形式主要有铁素体、奥氏体、渗碳体及石墨。钢铁材料主要是由铁（Fe）元素与碳（C）元素组成的铁碳合金，在合金中Fe、C原子以机械混合物（如砂子和米）、化合物 （即按严格比例化合成另一种性能的物质如 Fe3C ）、固溶体三种状态存在。 钢中的基本组织 铁素体F渗碳体Fe3C珠光体P 奥氏体A（高温）马氏体M（高温急冷） 1.钢铁材料..1.钢铁材料 固溶体是固态下C原子溶进了铁原子晶格或把Fe原子置换出来。控制温度，就能控制C原子的溶进数量和位置，从而改变金属材料的组织与性能。 1.1 铁素体 铁素体是指碳在α-Fe中的固溶体 它的晶格间隙很小，溶碳能力极差，在室温时溶碳量可以忽略不计，因此其性能几乎和纯铁相同。1.1 铁素体 铁素体 F： C在—Fe 中的固溶体 α – Fe ：体心立方晶格 1.2 奥氏体 奥氏体：碳及各种化学元素在γ－Fe中形成的固溶体 γ－Fe溶碳能力比α-Fe强。 γ－Fe最大溶碳量为2.11% ，而α-Fe最大溶碳量为0.0218%1.2 奥氏体 奥氏体 A 碳溶于γ-Fe中的 间隙固溶体 C在—Fe 中的固溶体最大溶解度 E 2.11% 1148℃ S 0.77% 727 ℃ γ – Fe：面心立方晶格 1.3 渗碳体 渗碳体的分子式为 Fe3C ，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。 渗碳体硬度很高（相当于 HB800 ），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。 渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。 Fe3C也是一种亚稳定相，在一定条件下会发生分解：Fe3C→3Fe+C，所分解出的单质碳为石墨。 11 通常情况下，钢铁材料是以铁素体为基体，渗碳体（石墨）以不同形状和位置分布在铁素体基体上，往往这种组织不能满足产品的性能要求，这时就需要通过热处理来改变渗碳体的形状和位置。 12 2 钢铁材料的热处理 钢铁材料热处理是将钢铁材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种热加工工艺。 13 热处理的主要目的:改变钢的性能。. 热处理的应用范围:整个制造业。. 热处理的分类 热处理 表面淬火 化 学 热处理 感应淬火. 火焰淬火. 渗碳; 渗氮; 碳氮共渗; 表面 热处理 整体 热处理 退火;正火; 淬火;回火; 2钢的热处理－热处理的分类：.2.钢铁材料的热处理－热处理的分类： 2.1 加热及保温 加热的目的是为了得到（部分）奥氏体。 常温条件下钢铁材料就是铁素体和渗碳体（石墨）的机械混合物，加热到临界温度并保温一段时间后铁素体和渗碳体转变为奥氏体，然后冷却再转变为铁素体和渗碳体。通过控制冷却速度，改变渗碳体在铁素体基体上的形状和位置。 16 2 钢铁材料的热处理 高温 高温急冷通常钢铁材料的晶粒度是指奥氏体晶粒度。 晶粒度：表示晶粒的大小。 晶粒：很小的晶体。 晶体：其内部的构造质点(如原子、分子)呈平移周期性规律排列的固体。 因为形成奥氏体的过程只在加热及保温阶段，所以晶粒度的大小只与加热及保温相关，与冷却无关。 18 影响奥氏体晶粒长大的因素 1.加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。 2.保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。 19 奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响 1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。 2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。 所以要严格控制加热温度、保温时间。 20 本质晶粒度——表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。通常采用标准实验的方法，即将钢加热到（930±10）℃，保温3-8小时，冷却后测得的晶粒度 21 过热与过烧 钢坯在高温下长时间加热时，钢的晶粒不断长大，当晶粒长大到一定程度时，晶粒间结合力减弱，钢的塑性变坏。这种现象就是钢的过热。过热的钢坯很容易在锻造中造成开裂。 22 钢在凝固过程中，非金属夹杂的凝固点较低，被留在金属晶粒之间最后凝固，当温度升高时，熔点低的夹杂先熔化。一旦晶粒边界开始熔化，则钢的结晶组织便遭到破坏，失去金属应具有的塑性和强度。这种现象称为钢的过烧。 23 轻微的过热组织通常可以通过正火、退火及淬火消除，但是严重的过热往往需要两次普通热处理，或者需要高温扩散等特殊热处理方式来消除。过烧组织是不可逆的，出现过烧组织的锻件一般只能报废。所以应该避免过热、过烧的现象发生。 24 2.2 冷却 冷却阶段是奥氏体转变为铁素体和渗碳体的过程，而渗碳体的形状和分布就是由冷却速度决定的，所以冷却阶段是一个关键过程。 钢铁材料的热处理根据冷却速度的快慢可以分为正火、退火和淬火。 25 正火及退火 正火是将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能。 退火指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。