机械制造基础（上册）教学课件陈仪先 梅顺齐第5章金属材料的改性处理.ppt

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1、第五章金属材料的改性处理改善金属材料的性能，主要可以通过如下几种途径：合金化即加入合金元素，调整材料的化学成分。可显著提高钢的强度、硬度和韧性，并使其具有耐蚀、耐热等特殊性能热处理即金属材料通过不同的加热、保温和冷却的方式，使其内部的组织结构发生变化，以达到改善加工工艺性能和强化力学性能的目的细晶强化即通过增加过冷度和变质处理细化晶粒，使金属材料的强度、硬度和塑、韧性都得到提高。冷变形强化即对金属材料进行冷塑性变形，改变其组织、结构，使强度、硬度提高，而塑性、韧性下降本章主要介绍钢的热处理、钢的表面强化处理、铸铁的改性处理等有关内容5.1金属材料的改性处理

2、理论基础5.1.1钢在加热时的组织转变Fe-Fe3C相图中，PSK、GS、ES三条线是钢的固态平衡临界温度线，分别以A1、A3、Acm表示但在实际加热时，相变临界温度都会有所提高。为区别于平衡临界温度，分别以Ac1、Ac3、Accm表示实际冷却时，相变临界温度又都比平衡时的临界温度有所降低，分别以Ar1、Ar3、Arcm表示图5-1为这些临界温度线在Fe-Fe3C相图上的位置示意图。上述的实际临界温度并不是固定的，它们受到含碳量、合金元素含量、奥氏体化温度、加热和冷却速度等因素的影响而变化1.奥氏体的形成以共析碳钢为例，常温组织为珠光体，当温度加热到Acl

3、以上时，必将发生奥氏体转变，其转变也是由形核和核长大两个基本过程完成的。此时珠光体很不稳定，铁素体和渗碳体的界面在成分和结构上处于有利于转变的条件，首先在这里形成奥氏体晶核，随即建立奥氏体与铁素体以及奥氏体与渗碳体之间的平衡，依靠铁、碳原子的扩散，使邻近的铁素体晶格改组为面心立方晶格的奥氏体。同时，邻近的渗碳体不断溶入奥氏体，一直进行到铁素体全部转变为奥氏体，这样各个奥氏体的晶核均得到了长大，直到各个位向不同的奥氏体晶粒接触为止。由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体的差别很大，故铁素体向奥氏体的转变速度要比渗碳体向奥氏体的溶解快得多。渗碳体完全溶解后，奥

4、氏体中碳浓度的分布是不均匀的，原来是渗碳体的地方碳浓度较高，原先是铁素体的地方碳浓度较低，必须继续保温，通过碳的扩散获得均匀的奥氏体。上述奥氏体的形成过程可以看成由奥氏体形核、晶核的长大、残留渗碳体的溶解和奥氏体的均匀化四个阶段组成，图2-1-2示意说明了转变的整个过程。亚共析钢和过共析钢的完全奥氏体化过程与共析钢基本相似。亚共析钢加热到Ac1以上时，组织中的珠光体先转变为奥氏体，而组织中的铁素体只有在加热到Ac3以上时才能全部转变为奥氏体。同样，过共析钢只有加热到Accm以上时才能得到均匀的单相奥氏体组织。2.奥氏体晶粒大小及影响因素钢的奥氏体晶粒的大小

5、直接影响到冷却后所得的组织和性能。奥氏体的晶粒越细，冷却后的组织也越细，其强度、塑性和韧性愈好。因此在用材和热处理工艺上，如何获得细的奥氏体晶粒，对工件最终的性能和质量具有重要意义(1)奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种指标，奥氏体晶粒度有三种不同的概念起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变成奥氏体时其晶粒的大小实际晶粒度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的大小本质晶粒度表示钢在规定条件下奥氏体晶粒的长大倾向根据奥氏体晶粒在加热时长大的倾向性不同，将钢分为两类一类是晶粒长大倾向小的钢，称本质细晶粒钢另一类是晶粒长大倾向大的，称本质粗晶粒钢

6、据冶金部标准规定，本质晶粒度是将钢加热到930±10℃、保温3～8小时冷却后，在显微镜下放大100倍测定的奥氏体晶粒的大小本质细晶粒钢在加热到临界点Ac1以上直到930℃晶粒并无明显长大，超过此温度后,由于阻止晶粒长大的氧化铝等不熔质点消失，晶粒随即迅速长大本质粗晶粒钢，由于没有氧化物等阻止晶粒长大的因素，加热到临界点Acl以上，晶粒开始不断长大在工业生产中，一般经铝脱氧的钢大多是本质细晶粒钢，而只用锰硅脱氧的钢为本质粗晶粒钢；沸腾钢一般都为本质粗晶粒钢，而镇静钢一般为本质细晶粒钢。需经热处理的工件一般都采用本质细晶粒钢。为了评定奥氏体晶粒的大小，制定了奥

7、氏体晶粒等级标准，如图5-3所示。一般结构钢的奥氏体晶粒度分为8级，1级最粗，8级最细，一般认为1～4级为粗晶粒，5～8级为细晶粒。（2）影响奥氏体晶粒度的因素加热温度和保温时间随着奥氏体晶粒长大，晶界总面积减少而系统的能量降低。所以在高温下奥氏体晶粒长大是一个自发过程。奥氏体化温度越高，晶粒长大越明显。在一定温度下，保温时间越长越有利于晶界总面积减少而导致晶粒粗化钢的成分奥氏体中含碳量增加时，奥氏体晶粒的长大倾向也增大，碳是一个促使钢的奥氏体晶粒长大的元素。如果碳以未溶碳化物的形式存在，则具有阻碍晶粒长大的作用钢中加入能形成稳定碳化物的元素(如Ti、V、

8、Nb、Zr等)，能生成氧化物和氮化物的元素(如A1)，都会不同程度