《机械制造基础》教学案卷

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1、《机械制造基础》教学案卷对象:交通运输时间:2011/02-2011/07沈阳农业大学工程学院赵秀荣6/18/2021AssociateProfXiurongZhao,ShenyangAgricultureUniversity,China3钢的热处理3-1概述3-2钢在加热时的转变3-3钢在冷却时的转变3-4常用钢的热处理6/18/20213-1概述随着工业生产和科学技术的不断发展,对钢铁材料的性能要求也越来越高。为了改善钢铁材料的性能,目前主要有两种途径:一是调整其化学成分,加入合金元素,研制新的合金材料;二是对其进行适当

2、的热处理,以提高其机械性能。6/18/20213-1概述钢的热处理(Heattreatment)是指将钢在固态下施以不同的加热、保温、冷却,改变其内部(或表面的)组织,从而获得所需的性能的工艺过程。热处理应伴随固态相变和扩散。6/18/20213-1概述热处理通常分为普通热处理(包括退火、正火、淬火、回火)、表面热处理(包括表面淬火、化学热处理)和特殊热处理(如磁场热处理、形变热处理)几种主要方法。6/18/20213-1概述热处理可以消除上一工艺过程所产生的缺陷,为下一工艺过程创造条件,也可以直接提高工件使用性能,是充分发

3、挥钢材潜力,提高产品质量、延长工件使用寿命的工艺方法。在机械制造中,多数零件,特别是重要的机械零件,如齿轮、传动轴、轴承、弹簧、工磨具等均需进行热处理。6/18/20213-1概述热处理都是由加热、保温和冷却三个阶段组成。冷却保温温度/℃临界点加热时间/s图3-1钢的热处理工艺曲线6/18/20213-2钢在加热时的转变在Fe-Fe3C相图中,A1、A3和Acm是碳钢在极其缓慢的加热或冷却时的转变温度,是平衡临界点。在实际生产中,不可能极其缓慢地加热和冷却,因此不可能在平衡临界点进行组织转变。实际加热时各临界点用Ac1、Ac

4、3和Accm线表示,而实际冷却时各点临界位置分别用Ar1、Ar3和Arcm线表示。6/18/20213-2钢在加热时的转变SA温度/℃EP+FωC×100A+Fe3CⅡA+FAc1A1Ar1A3Ar3Ac3AccmAcmArcmP+Fe3CⅡ图3-2碳素钢加热冷却温度临界点6/18/20213-2钢在加热时的转变一、奥氏体的形成将共析钢加热到Ac1时便发生珠光体向奥氏体的转变。奥氏体的形成过程分三个阶段,如下图FFe3CA核正在长大的A核未溶的Fe3CA成分均匀化6/18/20213-2钢在加热时的转变A奥氏体形核与核长大在

5、珠光体团界面(P/P)及铁素体渗碳体界面(F/Fe3C)形成奥氏体晶核,并逐步张大形成奥氏体晶粒。6/18/20213-2钢在加热时的转变B残余渗碳体继续溶入奥氏体由于渗碳体的晶体结构及碳含量都与奥氏体差别很大,故铁素体向奥氏体的转变速度比渗碳体向奥氏体的溶解要快,因此在铁素体全部消失以后,仍有部分渗碳体未溶解,随着保温时间延长,残余渗碳体不断溶入奥氏体,直至全部消失为止。6/18/20213-2钢在加热时的转变C奥氏体均匀化由于原来珠光体中的碳主要集中在渗碳体中,故当残余渗碳体完全溶解后,奥氏体中碳浓度仍是不均匀的,原先渗

6、碳体的地方碳浓度较高,而原来铁素体的地方碳浓度较低,只有继续延长保温时间,通过碳原子的扩散才能获得均匀的奥氏体。6/18/20213-2钢在加热时的转变亚共析碳钢和过共析碳钢的奥氏体化过程:首先是珠光体转变为奥氏体,然后是铁素体或渗碳体继续向奥氏体转变或溶解,最后得到单相奥氏体组织。6/18/20213-2钢在加热时的转变(二)奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒形成后,继续加热或保持恒温,它们将聚集长大,即由小晶粒合并为较粗大的晶粒。由热力学原理可知,这是一种必然发生的过程,因为晶粒合并将使晶界总面积减少,从而使总晶界能降低。6/1

7、8/20213-3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变加热钢使其奥氏体化只是热处理第一步,而冷却过程则是热处理的关键一步。在热处理生产中,奥氏体冷却时发生转变的温度通常都低于临界点,即有一定的过冷度。6/18/20213-3钢在冷却时的转变为了了解奥氏体在冷却过程的相变规律,通常采用两种方法:第一种是把钢加热到奥氏体化后,快速冷却到A1以下,在不同过冷度下等温,测定奥氏体的转变过程,绘出奥氏体等温转变曲线。6/18/20213-3钢在冷却时的转变第二种是在不同冷却速度(如炉冷、空冷、油冷、水冷)的连续冷却过程中测定奥氏体的转变过

8、程,绘出奥氏体连续冷却转变曲线。这两种曲线能正确说明奥氏体的冷却条件与组织转变间的相互关系,是热处理的理论基础。6/18/20213-3钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温转变动力学--TTT曲线(TimeTemperatureTransform)。转变动力学研究转变量与转变温度和时间的关系

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1、《机械制造基础》教学案卷对象:交通运输时间:2011/02-2011/07沈阳农业大学工程学院赵秀荣6/18/2021AssociateProfXiurongZhao,ShenyangAgricultureUniversity,China3钢的热处理3-1概述3-2钢在加热时的转变3-3钢在冷却时的转变3-4常用钢的热处理6/18/20213-1概述随着工业生产和科学技术的不断发展,对钢铁材料的性能要求也越来越高。为了改善钢铁材料的性能,目前主要有两种途径:一是调整其化学成分,加入合金元素,研制新的合金材料;二是对其进行适当

2、的热处理,以提高其机械性能。6/18/20213-1概述钢的热处理(Heattreatment)是指将钢在固态下施以不同的加热、保温、冷却,改变其内部(或表面的)组织,从而获得所需的性能的工艺过程。热处理应伴随固态相变和扩散。6/18/20213-1概述热处理通常分为普通热处理(包括退火、正火、淬火、回火)、表面热处理(包括表面淬火、化学热处理)和特殊热处理(如磁场热处理、形变热处理)几种主要方法。6/18/20213-1概述热处理可以消除上一工艺过程所产生的缺陷,为下一工艺过程创造条件,也可以直接提高工件使用性能,是充分发

3、挥钢材潜力,提高产品质量、延长工件使用寿命的工艺方法。在机械制造中,多数零件,特别是重要的机械零件,如齿轮、传动轴、轴承、弹簧、工磨具等均需进行热处理。6/18/20213-1概述热处理都是由加热、保温和冷却三个阶段组成。冷却保温温度/℃临界点加热时间/s图3-1钢的热处理工艺曲线6/18/20213-2钢在加热时的转变在Fe-Fe3C相图中,A1、A3和Acm是碳钢在极其缓慢的加热或冷却时的转变温度,是平衡临界点。在实际生产中,不可能极其缓慢地加热和冷却,因此不可能在平衡临界点进行组织转变。实际加热时各临界点用Ac1、Ac

4、3和Accm线表示,而实际冷却时各点临界位置分别用Ar1、Ar3和Arcm线表示。6/18/20213-2钢在加热时的转变SA温度/℃EP+FωC×100A+Fe3CⅡA+FAc1A1Ar1A3Ar3Ac3AccmAcmArcmP+Fe3CⅡ图3-2碳素钢加热冷却温度临界点6/18/20213-2钢在加热时的转变一、奥氏体的形成将共析钢加热到Ac1时便发生珠光体向奥氏体的转变。奥氏体的形成过程分三个阶段,如下图FFe3CA核正在长大的A核未溶的Fe3CA成分均匀化6/18/20213-2钢在加热时的转变A奥氏体形核与核长大在

5、珠光体团界面(P/P)及铁素体渗碳体界面(F/Fe3C)形成奥氏体晶核,并逐步张大形成奥氏体晶粒。6/18/20213-2钢在加热时的转变B残余渗碳体继续溶入奥氏体由于渗碳体的晶体结构及碳含量都与奥氏体差别很大,故铁素体向奥氏体的转变速度比渗碳体向奥氏体的溶解要快,因此在铁素体全部消失以后,仍有部分渗碳体未溶解,随着保温时间延长,残余渗碳体不断溶入奥氏体,直至全部消失为止。6/18/20213-2钢在加热时的转变C奥氏体均匀化由于原来珠光体中的碳主要集中在渗碳体中,故当残余渗碳体完全溶解后,奥氏体中碳浓度仍是不均匀的,原先渗

6、碳体的地方碳浓度较高,而原来铁素体的地方碳浓度较低,只有继续延长保温时间,通过碳原子的扩散才能获得均匀的奥氏体。6/18/20213-2钢在加热时的转变亚共析碳钢和过共析碳钢的奥氏体化过程:首先是珠光体转变为奥氏体,然后是铁素体或渗碳体继续向奥氏体转变或溶解,最后得到单相奥氏体组织。6/18/20213-2钢在加热时的转变(二)奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒形成后,继续加热或保持恒温,它们将聚集长大,即由小晶粒合并为较粗大的晶粒。由热力学原理可知,这是一种必然发生的过程,因为晶粒合并将使晶界总面积减少,从而使总晶界能降低。6/1

7、8/20213-3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变加热钢使其奥氏体化只是热处理第一步,而冷却过程则是热处理的关键一步。在热处理生产中,奥氏体冷却时发生转变的温度通常都低于临界点,即有一定的过冷度。6/18/20213-3钢在冷却时的转变为了了解奥氏体在冷却过程的相变规律,通常采用两种方法:第一种是把钢加热到奥氏体化后,快速冷却到A1以下,在不同过冷度下等温,测定奥氏体的转变过程,绘出奥氏体等温转变曲线。6/18/20213-3钢在冷却时的转变第二种是在不同冷却速度(如炉冷、空冷、油冷、水冷)的连续冷却过程中测定奥氏体的转变过

8、程,绘出奥氏体连续冷却转变曲线。这两种曲线能正确说明奥氏体的冷却条件与组织转变间的相互关系,是热处理的理论基础。6/18/20213-3钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体等温转变动力学--TTT曲线(TimeTemperatureTransform)。转变动力学研究转变量与转变温度和时间的关系

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