金属材料与热处理 教学课件 作者 李炜新第六章 钢的热处理.ppt

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1、第六章钢的热处理钢的热处理是指将钢在固态范围内采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。热处理是机械零件及工具制造过程中的必要工序，在机械制造业中占有十分重要的地位。它可以充分发挥钢材的潜力，提高工件的性能和使用寿命，减轻工件重量，节约材料，降低成本。根据热处理的目的、加热和冷却方式的不同，热处理的分类见表6–1。表6–1热处理分类热处理热处理方法很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的，通常可在温度–时间坐标图中用图形表示，称为热处理工艺曲线，如图6–1所示。因此，要了解各种热处理方法对钢

2、的性能的改变情况，必须先了解钢的组织在加热、保温和冷却过程中的变化规律。第一节钢在加热时的组织转变在Fe–Fe3C相图中，PSK线、GS线、ES线上的相变点分别用A1点、A3点、Acm点表示，A1、A3、Acm都是平衡相变点。实际上，钢在热处理时并不是在平衡相变点进行组织转变的。加热时的组织转变是在平衡相变点以上进行的，冷却时是在平衡相变点以下进行的，而且，加热或冷却时的速度越快，其组织转变时的温度与平衡相变点之间的差距越大。一般，加热时的相变点用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示，如图6–2所示。加热时获得奥氏

3、体的组织转变称为奥氏体化一、奥氏体的形成由图6–2可知，将钢加热到Ac1温度时会发生珠光体向奥氏体的转变；亚共析钢加热到Ac3温度时，先析铁素体将完成向奥氏体的转变；过共析钢加热到Accm温度时，二次渗碳体将完成向奥氏体的溶解。共析碳钢的奥氏体化过程如图6–3所示。共析碳钢的室温组织是珠光体，即铁素体和渗碳体的两相机械混合物。铁素体具有体心立方晶格，在A1温度时碳的质量分数为0.0218%；渗碳体具有复杂晶格，碳的质量分数为6.69%。加热到Ac1温度后，珠光体转变为奥氏体，具有面心立方晶格，碳的质量分数为0.77%。可见，奥氏体化过程必须进行晶格的改

4、组和铁、碳原子的扩散。奥氏体化过程是通过奥氏体晶核的形成和长大来实现的。珠光体向奥氏体的转变可分为以下三个阶段：1．奥氏体晶核的形成与长大奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面处形成的。奥氏体晶核形成以后逐渐长大。2．残余渗碳体的溶解由于渗碳体的晶体结构及碳的质量分数与奥氏体相差很大，所以在铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解，称为残余渗碳体。3．奥氏体均匀化当残余渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳原子的分布仍然是不均匀的。(单击图片播放)二、奥氏体晶粒大小及影响因素1．奥氏体晶粒度钢在加热到相变点以上时，刚形成的奥氏体晶粒都很细小，称为起始晶粒。如果继

5、续升温或保温，将引起奥氏体晶粒长大。从奥氏体晶粒长大的连续性来看有两种情况：一种是粗晶粒钢；另一种是细晶粒钢。在热处理生产中，实际获得的奥氏体晶粒越细小，冷却后钢的力学性能越高。2．影响奥氏体晶粒大小的因素（1）加热温度和保温时间加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。（2）加热速度在连续升温加热时，奥氏体化过程是在一个温度区间内完成的。加热速度快，有利于获得细小奥氏体晶粒。（3）钢的组织和成分钢的原始组织越细小，有利于细化奥氏体晶粒。随奥氏体中碳的质量分数增加，奥氏体晶粒的长大倾向也增加。但当奥氏体晶界上存在残余渗碳体时，有阻止奥氏体晶粒长大的

6、作用。另外，如果钢中含有碳化物形成元素，如钨、钼、钒、钛等时，也有阻止奥氏体晶粒长大的作用。(单击图片播放)第二节钢在冷却时的组织转变冷却过程是钢热处理的关键，它对控制钢在冷却后的组织和性能有决定性意义。实践表明，同一种钢在相同的加热条件下获得奥氏体组织，但以不同的冷却条件冷却后，钢的力学性能有明显的差异，见表6–2。表6–245钢加热到840℃，以不同方法冷却后的力学性能冷却方法抗拉强度/MPa屈服点/MPa伸长率（%）断面收缩率（%）硬度炉内冷却53028032．549．3160~200HBS空气中冷却670~72034015~1845~50170

7、~240HBS油中冷却90062018~204840~50HRC水中冷却11007207~812~1452~60HRC一、过冷奥氏体及其转变方式奥氏体在Ar1温度以下处于不稳定状态，必然要发生相变。但过冷到Ar1温度以下的奥氏体并不是立即发生转变，而是要经过一段孕育期后才开始转变。这种在孕育期暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。在实际生产中，转变方式不同，过冷奥氏体转变后的组织和性能也不同，常用过冷奥氏体的转变方式有两种：等温转变和连续冷却转变。二、共析碳钢过冷奥氏体的等温转变1．等温转变图过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中，转变温度、

8、转变时间及转变产物量（转变开始及终了）的关系曲线，称为等温转变图，又称为C曲线。建立共析碳钢过