机械工程材料 教学课件 作者 倪兆荣 张海筹 主编第6章 钢的热处理.ppt

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1、机械工程材料倪兆荣张海筹/主编张帆朱成华/副主编王宏启/主审热处理通常是由加热、保温和冷却三个阶段组成的，大多数热处理过程，首先必须把钢加热到奥氏体状态，然后以适当的方式冷却以获得所期望的组织和性能。图6.1钢的临界温度共析钢的奥氏体化形成过程现以共析钢为例来说明钢的奥氏体化过程。由Fe-Fe3C相图可知，共析钢的室温组织是珠光体。珠光体是由铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物。当加热到Ac1以上时，珠光体将向奥氏体转变，其转变过程是通过形核和长大来完成的。这种转变可用下式表示：共析钢中奥氏体的形成由下列四个基本过程组成：奥

2、氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化，如图6.2所示。奥氏体晶核的形成和长大（1）奥氏体的形成将钢加热到Ac1以上某一温时，珠光体处于稳定状态，通常首先在铁素体和渗碳体相界面上形成奥氏体晶核，这是铁素体和渗碳体相界面上碳浓度分布不均匀，原子排列不规则，易于产生浓度和结构起伏区，为奥氏体形核创造了有利条件。珠光体的边界也可成为奥氏体的形成部位。在快速加热时，由于过热度大，也可以在铁素体亚晶边界上成核。（2）奥氏体的长大奥氏体晶格形成以后即开始长大。奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散

3、和铁素体继续向奥氏体转变而进行的。2.残余渗碳体的溶解由于渗碳体的晶体结构和碳含量都与奥氏体相差很大，故渗碳体向奥氏体中的溶解，必然落后于铁素体的晶格改组。即在铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶的残余渗碳体将通过碳原子的扩散，不断地向奥氏体中溶解，直到全部消失为止。3.奥氏体成分均匀化当渗碳体刚刚全部溶入奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，原来是渗碳体的地方碳浓度较高，而原来是铁素体的地方碳浓度较低，只有经过长时间的保温或继续加热，让碳原子进行充分地扩散才能获得成分均匀的奥氏体。影响奥氏体形成速度的因素1.加热温度和

4、保温时间为了描述珠光体向奥氏体的转变过程，通常将研究钢的试样迅速加热到Ac1以上各个不同的温度保温，记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间，绘制在转变温度和时间坐标图上，便得到钢的奥氏体等温形成图，见图6.3。2.原始组织的影响钢的原始组织为片状珠光体，铁素体和渗碳组织越细，它们的相界面越多，则形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成过程。若遇先经球化处理，使原始组织中渗碳体为球状，因铁素体和渗碳体的相界面减小，则将减慢奥氏体的形成速度。如共析钢

5、在原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时，则等温奥氏体化曲线如图6.4所示。奥氏体晶粒大小及其影响因素1.奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度是衡量晶粒大小的尺度。奥氏体晶粒大小通常以单位面积内晶粒的数目或以每个晶粒的平均面积与平均直径来描述。（1）起始晶粒度钢在临界温度以上奥氏体形成刚结束，其晶粒刚刚相互接触时的晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度。（2）本质晶粒度本质晶粒度表示钢在一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向性。（3）实际晶粒度所谓实际晶粒度是指钢在某一具体热处理加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。（1）加热温度和保温时间的影响

6、由于奥氏体晶粒长大与原子扩散有密切关系，一般加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒越粗大。加热温度越高，晶粒长大速度也越快，最终晶粒尺寸也越大。（2）加热速度的影响加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度越大，则奥氏体的起始晶粒越细小。（3）钢的化学成分的影响在一定的含碳量范围内，随着奥氏体中碳的含量的增加，由于碳在奥氏体中扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加。（4）钢的原始组织的影响一般来说，钢的原始组织越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体的起始晶粒越细小。细珠光体和粗珠光体相比，总是

7、易于获得细小而均匀的奥氏体起始晶粒度。钢在加热时的转变在热处理工艺中，钢在奥氏体化后通常有两种冷却方式：一种是连续冷却方式，如图6.6曲线2所示，钢从高温奥氏体状态一直连续冷却到室温。一种是等温冷却方式。如图6.6曲线1所示，将奥氏体状态的钢迅速冷却转到临界点下以下某一温度保温，让其发生恒温转变过程，然后冷却下来。共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线1.共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线建立2.共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线的分析C-曲线上部的水平线A1是奥氏体和珠光体的平衡温度。C-曲线下面还有两条水平线分别表示奥氏体向马氏体开始

8、转变温度Ms点和奥氏体向马氏体转变终了温度Mf点。Ms和Mf温度多采用膨胀法或磁性法等物理方法测定。共析钢的等温转变产物与性能1.珠光体转变（1）片状珠光体的形成、组织和性能由Fe-Fe3C相图可知，wC=0.77%的奥氏体在近于平衡的缓慢冷却条件下形成的珠光体是由于渗碳体和铁素体组成的片层相间的组织。