机械工程材料第2版 教学课件 作者 王章忠 主编 第六章.ppt

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1、第一节钢的加热及组织转变第六章钢的热处理第二节钢的冷却及组织转变第三节退火和正火第四节淬火及回火第五节钢的表面热处理和化学热处理工艺第六节热处理新技术和新工艺第一节钢的加热及组织转变相变点是指金属或合金在加热或冷却过程中发生相变的温度，又称临界点。一、钢的相变点（临界温度）钢的相变点根据Fe-Fe3C相图可知，钢在缓慢加热或冷却过程中，在PSK线、GS线和ES线上都要发生组织转变。因此，任一成分碳钢的固态组织转变的相变点，都可由这三条线来确定。加热时热处理的第一道工序，任何成分的碳钢加热到Ac1线以上时，都将发生珠光体向奥氏体的转变。把钢加热到相变点以上获得奥氏体组织的

2、过程称为“奥氏体化”。钢只有处在奥氏体状态下才能通过不同的冷却方式转变为不同的组织，从而获得所需的性能。二、奥氏体化过程及影响因素奥氏体过程及影响因素下面以共析钢为例来说明奥氏体的过程。室温组织为珠光体的共析钢加热至A1（Ac1）以上时，将形成奥氏体，即发生P（F+Fe3C）→A的转变。奥氏体形成是通过形核和长大的结晶过程来实现的，奥氏体化过程包括奥氏体晶核的形成、奥氏体的长大、残留渗碳体的溶解和奥氏体均匀化四个阶段，如图6-3所示。（一）奥氏体的形成奥氏体过程及影响因素（一）奥氏体的形成图6-3共析钢奥氏体化过程示意图a）奥氏体形核b）奥氏体长大c）残留渗碳体溶解

3、d）奥氏体成分均匀化奥氏体过程及影响因素1.加热温度随着奥氏体形成温度的升高，原子扩散能力提高，特别是碳在奥氏体中的扩散能力提高；同时Fe-Fe3C相图中GS线和SE线间的距离加大，即增大了奥氏体中的碳浓度梯度，这些都将加速奥氏体的形成。（二）影响奥氏体形成的因素奥氏体过程及影响因素2.加热速度连续加热时，随加热速度的增大，奥氏体形成速度加快，形成的温度范围扩大，形成所需的时间缩短。（二）影响奥氏体形成的因素奥氏体过程及影响因素3.钢的成分随含碳量升高，铁素体和渗碳体相界面总量增大，有利于奥氏体的形成；钢中加入合金元素，并不改变奥氏体形成的基本过程，但显著影响其形成

4、速度。（二）影响奥氏体形成的因素奥氏体过程及影响因素4.原始组织钢成分相同时，组织中珠光体越细，奥氏体形成速度越快，层片状珠光体中比粒状珠光体更容易形成奥氏体。（二）影响奥氏体形成的因素（一）奥氏体晶粒度晶粒度是指多晶体内的晶粒大小，常用晶粒度等级来表达。晶粒度等级是最初由美国材料试验协会（ASTM）制定的，后来为世界各国所采用的一种表达晶粒平均大小的编号。它是将金相组织放大100倍时与标准晶粒度等级图片进行比较来确定晶粒度等级的。按晶粒大小，晶粒度等级分为00、0、1--10共12级。晶粒越细，晶粒度等级数越大，可用标准评级图片评定，也可用直接测量法来测定。三、奥

5、氏体晶粒大小及其控制奥氏体晶粒大小及其控制加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏体晶粒，称为奥氏体起始晶粒。其大小称为起始晶粒度。奥氏体的起始晶粒一般都很细小，但随着加热温度的升高和保温时间的延长，其晶粒将不断长大，长大到钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为实际晶粒，其大小称为实际晶粒度。奥氏体的实际晶粒度直接影响钢热处理后的组织与性能。（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒大小及其控制除上述成分、冶炼条件外，为获得细小的晶粒，还需控制热处理加热制度。主要考虑：1.加热温度2.保温时间3.加热速度（三）奥氏体晶粒大小的控制（一）氧化钢在高温作用下，与加热介质中O2、CO2、H2

6、O等氧化性介质发生氧化反应，形成金属氧化物的现象称为氧化。钢的氧化铀两种：表面氧化合内氧化。四、加热易产生的缺陷加热易产生的缺陷钢在加热和保温时，炉气中含有O2、CO2、H2O、H2等的脱碳性气氛，钢表层中固溶的碳和这些介质在高温作用下发生氧化反应，使表层碳浓度降低，即产生脱碳。表层脱碳后，内层的碳便向表层扩散，这些碳又被氧化使脱碳层逐渐加深。（二）脱碳加热易产生的缺陷加热温度过高或保温时间过长，得到粗大晶粒组织，称作过热。过热产生的粗大显微组织，将使钢的性能变坏，特别是是人性严重下降。过热的工件必须重新且可以进行加热使晶粒细化。（三）过热加热易产生的缺陷由于加热温

7、度过高，使奥氏体晶界严重氧化，甚至发生了局部熔化，这种现象称为过烧。过烧严重降低了钢的性能。产生了过烧得工件无法挽回，只能报废。（四）过烧钢经加热获得均匀的奥氏体组织，只是为随后的冷却转变作好了准备，热处理后钢的组织与性能是由冷却过程来决定的，所以控制奥氏体在冷却时的转变过程是热处理的关键。常用的冷却方式有连续冷却和等温冷却两种。第二节钢的冷却及组织转变奥氏体在A1点以下处于不稳定状态，必然要发生相变。但过冷到A1以下的奥氏体并不是立即发生转变，而是要经过一个孕育期后才开始转变。这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏