钢的热处理原理课件.ppt

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1、钢的热处理原理1铁碳合金平衡组织2概　述定义：钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。目的与用途：通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源。消除铸造、锻造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷。时间温度加热保温冷却热处理工艺曲线示意图3热处理原理：钢中组织转变的规律是热处理的理论基础，称为热处理原理。热处理原理的内容：包括钢的加热转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏

2、体转变和回火转变。根据热处理原理制定的具体的加热温度、保温时间、冷却方式等参数就是热处理工艺。4钢为什么能够进行热处理？原则上只有在加热或冷却时发生溶解度的显著变化或发生固态相变的合金才能进行热处理。根据Fe-Fe3C相图，钢在高温和低温时具有不同的结构状态：共析钢在加热和冷却过程中经过PSK线（A1）时，发生珠光体和奥氏体之间的相互转变；亚共析钢经过GS线（A3）时，发生铁素体与奥氏体之间的相互转变；过共析钢经过ES线（Acm）时，发生渗碳体与奥氏体之间的相互转变。钢在加热和冷却过程中越过上述临界点就要发生固

3、态相变，所以能进行热处理。5Ar1：冷却时A→P开始温度Ar3：冷却时A→α开始温度Arcm：冷却时A→Fe3CⅡ开始温度Ac1：加热时P→A开始温度Ac3：加热时α→A终了温度Accm：加热时Fe3CⅡ→A终了温度在Fe-Fe3C相图上反应的临界温度A1、A3、Acm是平衡临界温度，即在非常缓慢的加热或冷却条件下钢发生组织转变的温度。实际加热或冷却时组织转变会产生滞后现象，加热和冷却速度越快，滞后现象将越加严重。钢的相变临界点加热和冷却速度为0.125℃／min时对临界温度的影响6钢在加热时的转变钢在冷却时发

4、生的固态转变(P、B、M)，其母相均为奥氏体。为了使钢在热处理后获得所需要的组织和性能，多数工艺都须先将钢加热至单相奥氏体，然后再以适当方式(或速度)冷却，以获得所需要的组织和性能。钢加热获得奥氏体的转变过程，称为奥氏体化过程。奥氏体组织的状况（如成分、均匀程度、晶粒大小等）直接影响冷却转变过程以及转变产物的组织和性能，因此，研究加热时奥氏体的形成过程具有重要的意义。7当温度等于A1时，珠光体与奥氏体的自由能相等。只有当温度高于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱动力才能克服界面能和应变能的相变阻力，使奥氏体的自由能

5、低于珠光体的自由能，奥氏体才能自发形核。奥氏体形成的热力学条件珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的曲线奥氏体形成时系统总的自由能变化为：ΔG=ΔGV+ΔGS+ΔGe式中，ΔGV为新相奥氏体与母相之间的体积自由能差；ΔGS为形成奥氏体时所增加的界面能；ΔGe为形成奥氏体时所增加的应变能。其中，ΔGV是奥氏体转变的驱动力，ΔGS与ΔGe是相变的阻力。81.奥氏体的形成过程Fe3C6.69％C复杂晶格α-Fe0.02％Cbccγ-Fe0.77％Cfcc+共析钢为例奥氏体的形成过程就是铁晶格的改组和铁、碳原子的扩散过程。

6、具体过程包括：奥氏体的形核，奥氏体的长大，剩余渗碳体的溶解和奥氏体的成分均匀化过程．9(1)奥氏体的形核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成，此处容易获得奥氏体形核所需要的浓度起伏、结构起伏和能量起伏。珠光体群边界也可以成为奥氏体的形核部位；在快速加热时，由于过热度大，也可以在铁素体亚晶边界上形核。FFe3CA晶核(2)奥氏体晶核长大奥氏体晶核形成后即开始长大，奥氏体和铁素体中碳的扩散是奥氏体吞噬渗碳体和铁素体而长大的驱动力……未溶Fe3CAA10扩散破坏了该温度下相界面的平衡浓度，为了恢复平衡，渗碳体势必溶入奥

7、氏体，使它们相邻界面的碳浓度恢复到Cγ-C，与此同时，另一个界面上，发生奥氏体碳原子向铁素体的扩散，促使铁素体转变为奥氏体，使它们之间界面的碳浓度恢复到Cγ-α。这样，奥氏体的两个界面就向铁素体和渗碳体两个方向推移，奥氏体便长大。由于Cγ-C>Cγ-α，在奥氏体中出现碳的浓度梯度，并引起碳在奥氏体中不断地由高浓度向低浓度的扩散。由于在铁素体内，铁素体与渗碳体和铁素体与奥氏体接触的两个界面之间也存在着碳浓度差Cα-C—Cα-γ，因此碳在在铁素体中也进行着扩散，奥氏体长大机制11由于铁素体与奥氏体相界面的浓度差（C

8、γ-α—Cα-γ）远小于渗碳体与奥氏体相界面的浓度差（CC—Cγ-C），一份渗碳体溶解将促进几份铁素体转变，因此，铁素体向奥氏体转变的速度比渗碳体溶解的速度快得多。当铁素体全部转变为奥氏体时，仍有部分渗碳体尚未溶解，剩余在奥氏体中。这时，奥氏体的平均成分低于共析成分。随后剩余Fe3C通过扩散，不断溶人A中，使A碳浓度逐渐趋于共析成分。一旦渗碳体全部溶解，这一阶段便告结束。A未溶碳化物(