Lecture 10 钢在加热时的转变.ppt

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1、Lecture10热处理概述、钢在加热时的转变一、本课的基本要求：⒈掌握共析钢奥氏体的形成过程。⒉了解奥氏体晶粒长大及控制因素。二、本课的重点、难点：重点：奥氏体的形成。难点：奥氏体的形成过程。三、思考题、作业：1.何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度？2.简述晶粒大小对钢的性能的影响？7.1.热处理概述⑴热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。⑵热处理工艺曲线：为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。⑶热处理是一种重要的

2、加工工艺，在制造业被广泛应用。在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使用。7.1.1热处理的概念热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。7.1.2热处理特点7.1.3.热处理适用范围只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。7.1.4.热处理分类根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，

3、将热处理工艺分类如下：热处理普通热处理退火正火淬火回火表面热处理表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理—渗碳、氮化、碳氮、共渗、渗其他元素等其他热处理控制气氛热处理真空热处理形变热处理激光热处理7.1.5.临界温度与实际转变温度铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。由于实际加热或冷却时存在过冷或过热现象，因此，将钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示，冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数

4、据是以30-50℃/h的速度加热或冷却时测得的。7.2.钢在加热时的转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织。7.2.1.奥氏体化的概念奥氏体化：钢在加热时获得均匀的奥氏体组织的过程。7.2.2.奥氏体的形成过程奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步进行。现以共析钢为例说明：第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。这样能满足：(1)能量起伏；(2)结构起伏；(3)成分起伏三个条件。晶体结构：体心立方复杂斜方面心立

5、方含碳量：0.0218%6.69%0.77%第二步：奥氏体晶核长大：长大过程是依靠原子扩散完成的，原子扩散包括：①Fe原子自扩散完成晶格改组；②C原子扩散使奥氏体晶核向α相和Fe3C相两侧推移并长大。第三步：残余Fe3C溶解：铁素体在成分、结构上比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。第四步：奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。7.2.3.影响奥氏体形成的因素一切影响形核率N和长大速度G的因素均影响珠光

6、体→奥氏体的因素。⑴加热温度的影响加热温度T↑，过热度ΔT↑，相变驱动力ΔG↑，原子扩散速度↑，形核率N↑↑，长大速度G↑，促进奥氏体形成。⑵原始组织的影响原始组织越细，碳化物越分散，珠光体的层片间距越小，相界面越多，形核率N越大，同时碳的浓度梯度增加，长大速度G均增加。⑶合金元素的影响①强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等降低扩散系数，使残余碳化物溶解及奥氏体均匀化速度减小。非碳化物形成元素Co、Ni等使扩散系数增大，扩散速度提高。②Ni、Mn、Cu使A1点↓使过热度ΔT↑、相变驱动力ΔG↑，形核率↑、长大速

7、度↑，Cr、Mo、Ti、W可降低A1↑，ΔT↓，ΔG↓，形核率↓，长大速度↓。7.2.4.奥氏体晶粒长大及控制⑴奥氏体晶粒度奥氏体晶粒大小用晶粒度表示，通常分8级评定，1-4级为粗晶粒，5-8级为细晶粒。若晶粒度在10以上则称“超细晶粒”。晶粒度级别与晶粒大小的关系为：式中，n—放大100倍视野中单位面积内晶粒个数(个/平方英寸，1平方英寸=6.45平方厘米)；N—晶粒度级别。奥氏体晶粒度有三种，即起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度。①实际晶粒度：经热处理后获得的实际奥氏体晶粒大小。②起始晶粒度：奥氏体形成刚结

8、束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。③本质晶粒度：经930℃±10℃，保温3-8小时后测得奥氏体晶粒大小。（根据标准试验方法(YB27—64)奥氏体晶粒度大小在5-8级为本质细晶粒钢，1-4级为本质粗晶粒钢。本质晶粒度表明了奥氏体晶粒长大倾向。⑵影响奥氏体晶粒长大的因素①加热温度和保温时间加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。②加热速度加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。