金属热处理及表面改性

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1、第3章金属热处理及表面改性3.1钢的热处理原理45钢σb（MPa）δ（％）αk（J/cm2）退火650～70015～2040～60正火700～80015～2050～80淬火1500～17001～215～20钢在固态下，通过加热、保温和冷却，以改变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。钢的热处理分类钢加热(冷却)时各临界点的位置由于过冷和过热现象的存在3.1.1钢在加热时的组织转变1.奥氏体的形成(共析钢)P(F+Fe3C)→A两相→单相的过程晶格改组和铁原子扩散的过程四个阶段：奥氏体形核晶核的长大残留渗碳体的溶解奥氏体的均匀化2.奥氏体晶粒大小及影响因素起始晶粒是指珠光体刚刚全

2、部转变成奥氏体时的晶粒。一般很细小。实际晶粒是指钢在某个具体热处理或热加工条件下所获得的奥氏体晶粒。直接影响热处理后钢的晶粒大小。A晶粒大小的控制“小晶粒→大晶粒”将使合金总的晶界面积减少，从而减少了界面能，使合金的总能量下降，因此高温下A晶粒的长大是一个自发的过程。钢的成分和冶炼条件：C和难溶第二相微粒加热温度和保温时间3.1.2钢在冷却时的组织转变冷却过程是热处理的关键工序，决定着钢在热处理后的组织和性能。热处理的冷却方式可分为两种：等温冷却：将奥氏体迅速冷至Ar1以下某个温度，等温停留一段时间，再继续冷却。连续冷却：将奥氏体以一定的速度冷却，如水冷、油冷、空冷、炉冷等。过冷

3、A等温转变图过冷A在不同过冷温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图，也称TTT(Time-Temperature-Transformation)曲线，或C曲线。1.共析钢A等温转变曲线的建立共析碳钢的等温转变曲线通常采用金相法配合测量硬度的方法建立，有时需用磁性法和膨胀法给予补充和校核。将一系列共析碳钢薄片试样加热到奥氏体化后，分别迅速投入Ac1以下不同温度的等温槽中，使之在等温条件下进行转变；每隔一定时间取出一块，立即在水中冷却，对各试样进行金相观察，并测定硬度；由此得出在不同温度、不同恒温时间下奥氏体的转变量；并分别测定出过冷奥氏体的转变开始和转变终了

4、时间，将所得结果标注在温度与时间的坐标系中，再将意义相同的点连接起来，即可得TTT图。2.A等温转变曲线的分析五条线：A1线转变开始线转变终了线M转变开始线：MsM转变终了线：Mf四个区域：稳定A区过冷A区转变过渡区转变产物区高温转变产物区中温转变产物区低温转变产物区高温转变产物——珠光体型（727～550℃）铁素体＋渗碳体的层片粗片状珠光体（727～650℃）索氏体（650～600℃）：细片P托氏体（600～550℃）：极细片P组织名称及符号珠光体(P)索氏体(S)托氏体(T)形成温度范围A1~650℃650~600℃600~550℃片层间距(μm)>0.40.4~0.2<0.

5、2HBS70~230230~320300~400σb/MPa5508701100中温转变产物——贝氏体型（550～230℃）过饱和铁素体＋微小渗碳体上贝氏体（550～350℃）：羽毛状下贝氏体（350～230℃）：黑色针状低温转变产物——马氏体型（<230℃）马氏体M＋残余奥氏体Ar属非扩散型转变马氏体M：过饱和的α-Fe固溶体含碳量小于0.2％时，马氏体呈板条状含碳量大于1.0％时，马氏体呈片状或针叶状3.连续冷却转变曲线这两种转变的不同处在于：①在连续冷却转变曲线中，珠光体转变所需的孕育期要比相应过冷度下的等温转变略长，而且是在一定温度范围中发生的②共析碳钢和过共析碳钢连续冷

6、却时一般不会得到贝氏体组织临界冷却速度与CCT曲线相切的冷却曲线Vk叫做淬火临界冷却速度，它表示钢在淬火时过冷奥氏体全部发生马氏体转变所需的最小冷却速度。Vk值愈小，钢在淬火时愈容易获得马氏体组织，即钢接受淬火能力愈大。按不同冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体转变成不同的产物：5.5℃/秒——珠光体；33℃/秒——珠光体和少量马氏体；138℃/秒——马氏体和残余奥氏体。3.2钢的普通热处理工艺3.2.1钢的退火与正火3.2.2钢的淬火与回火3.2.1钢的退火与正火主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件，由于处理时冷却速度较慢，故对钢的强化作用较小，在许多情况下不能满足使用要求。除

7、少数性能要求不高的零件外，一般不作为获得最终使用性能的热处理，而主要用于改善其工艺性能，故称为预备热处理退火与正火的目的有以下几点：①消除残余内应力，防止工件变形、开裂②改善组织，细化晶粒③调整硬度，改善切削性能④为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备3.2.1钢的退火与正火一、钢的退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退火和去应力退火。1、完全退火定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC，完全