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1、第3章金属的热处理工程材料及其热处理-31教学基本要求：1.了解强化金属基本途径。2.具有分析和应用C曲线的初步能力，熟悉金属热处理基本概念。3.熟练掌握热处理工艺知识,熟知整体热处理方法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。4.掌握热处理在零件加工工艺流程中的位置和作用等基本知识。5.了解热处理工件的结构工艺性及热处理新工艺知识。工程材料及其热处理-32§1概述金属热处理是将固态金属或合金采用适当的方法进行加热、保温和冷却，获得所需要的组织结构与性能的工艺。热处理用于消除上一工艺过程所产生的金属材料内
2、部组织结构上的某些缺陷，改善切削性能，还可进一步提高金属材料的性能，充分发挥材料性能的潜力。因此，大部分机器零件都要进行热处理。工程材料及其热处理-33金属热处理可分为:整体处理、表面热处理和化学热处理。整体处理包括：退火、正火、淬火和回火等；本表要熟记！工程材料及其热处理-34一、钢在加热时的组织转变由Fe-Fe3C相图知,A1、A3和Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却时的转变温度,因此,A1、A3和Acm点都是平衡临界点。在实际中,加热和冷却并不是极缓慢的,钢不可能在平衡点进行组织转变。实际加热时各
3、临界点的位置分别为图中的Ac1、Ac3、Accm线,实际冷却时各临界点的位置分别为Arl、Ar3、Arcm。工程材料及其热处理-35钢热处理时先要加热,任何成分的碳钢加热到A1(PSK线)点以上时,其组织都要发生P向A的转变,这种转变称为奥氏体化A化。转变过程是通过铁原子和碳原子的扩散进行的,因此P向A的转变是一种扩散型相变。加热是热处理的重要阶段,下面以共析钢为例,研究钢在加热时的组织转变规律。工程材料及其热处理-361.奥氏体的形成过程将共析钢加热至Ac1时,会发生P向A的转变,过程也是形核和和长
4、大的过程,分四个阶段⑴A晶核形成A晶核优先在F和Fe3C的两相界面上形成,因为相界面处成分不均匀,原子排列不规则,晶格畸变大,能为产生A晶核提供成分和结构两方面的有利条件。⑵A晶核的长大工程材料及其热处理-37A晶核形成后,依靠F的晶格改组和Fe3C的不断溶解,A晶核不断向F和Fe3C二个方向长大。与此同时,新的A晶核也不断形成并随之长大,直至F全部转变为A为止。⑶残余Fe3C的溶解在A的形成过程中，当F全部转变为A后,仍有部分Fe3C尚未溶解（称为Fe3C残）,随着保温时间的延长,Fe3C残将不断溶
5、入A中，直至完全消失。工程材料及其热处理-38⑷A均匀化当Fe3C残溶解后,A中的C成分是不均匀的,在原Fe3C处的碳浓度比原F处的要高。只有经过一定时间的保温,碳原子的不断扩散,才能使A中的C均匀一致。亚共析钢和过共析钢的A形成过程与共析钢基本相同,不同的是亚共析钢的平衡组织中除了P外还有先析出的F。过共析钢中除了P外还有先析出的Fe3C。工程材料及其热处理-39若加热至Ac1温度,只能使P转变为A，得到A+F或A+二次Fe3C残组织,称为不完全A化。只有继续加热至Ac3或Accm温度以上,才能得
6、到单相A组织,即完全A化。2.影响奥氏体转变的因素1)加热温度加热温度高,C原子扩散快,A化加快。2)加热速度加热快,过热度大,发生转变的快!工程材料及其热处理-3103)化学成分C浓度大,则Fe3C数量多,F与Fe3C的相界面增大,使A的核心增多,促进A化.常见合元能明显影响A化的速度,以钴和镍等有加快转变过程的效果；铬、钼、钒等有降低转变速度的作用；硅、锰、铝等对转变过程基本没有影响。4)原始组织在成分相同的钢材中,P越细,相界面越大,形核机会越多,使得A形成速度变快；工程材料及其热处理-311A
7、晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。3.奥氏体晶粒长大及其控制措施钢加热时P向A转变刚结束时,A晶粒是细小的。如继续加热或保温,A晶粒会变粗大。加热温度越高,保温时间越长,A晶粒越粗大。粗大A晶粒冷却后仍是粗大晶粒产物,使钢的强度、塑性、韧性显著下降。要控制A晶粒长大,制定合理的热处理工艺,即合理选择加热温度、保温时间和加热速度等。工程材料及其热处理-312一般将钢加热到临界点以上某一适当温度,保温时间的确定除考虑相变需要外,还考虑工件内外温度一致。当加热温度相同时,加热速度越快,保温时间越短,晶粒越细
8、,所以生产中常采用快速加热、短时保温的方法来细化晶粒。此外,加入一定量的合金元素（除Mn、P外），都会阻碍A晶粒长大,而达到细化晶粒的目的。工程材料及其热处理-313二、钢在冷却时的组织转变钢A化后,采用不同方式冷却,获得所需要的组织和性能。冷却是钢热处理的关键工序,实际生产中,不同加热速度、冷却方式、冷却速度会得不同产物,对钢的组织和性能有很大影响。在热处理工艺中,A化后的冷却方式通常有等温冷却和连续冷却两种。工程材料及其热处理-314等温冷却是将已A
