金属熔焊基础 第2版 教学课件 作者 赵枫 英若采第二章.ppt

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1、第二章钢的热处理基础第一节　概　　述一、热处理在金属制造业中的作用为了使金属材料的力学性能得到提高，充分发挥材料的潜力或者使材料获得一些特殊性能，以满足各种使用条件下对材料的要求，在金属制造业中，改善金属材料性能的途径主要有两种：一种是改善金属的化学成分，通过金属的熔化结晶过程来实现，如采用铸造、焊接等工艺方法；另一种是改变金属材料的内部组织，通过控制金属的加热、冷却过程来实现，如采用轧制、锻造、热处理等工艺方法。可见，金属材料的热处理是金属加工过程的重要工序，它对改善材料的性能起着重要作用，是工程材料研究和应用的主要方

2、法之一。可以看出由于热处理的方法不同，其性能差别很大。又如工具钢在未经淬火和回火之前，硬度很低，根本不能用作工具使用，但经淬火和低温回火之后，硬度可高达60HRC以上，具有很高的耐磨性，能制作多种刃具、模具和量具使用；大型、重要的焊接件焊后若不进行消除应力退火，就会产生裂缝而使焊件报废造成重大经济损失。二、热处理的实质及分类热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在此温度保持一定的时间，然后以预定的冷却方式和速度冷却，以改变钢的内部组织结构，从而获得所需性能的一种工艺方法。热处理与其他加工工艺(锻压、焊接、切削加工)不同

3、，它不改变零件的形状和尺寸，而是通过改变内部组织进而改变其性能。热处理方法很多，但任何一种热处理方法都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成。图2-1就是最基本的热处理工艺曲线。因此，要了解各种热处理方法对钢的组织与性能改变的道理，就必须研究钢在加热(包括保温)和冷却过程中组织转变的规律。第二节　钢在加热时的组织转变大多数机械零件的热处理都需要加热到临界点以上，使其全部或部分转变为奥氏体，以便采用适合的冷却方式获得所需组织。加热时，要略高一些，冷却时，要略低一些。随着加热和冷却速度增加，滞后现象越严重。为区别实际加热和冷却时

4、的临界点，把加热时临界点标以符号Ac1、Ac3、Accm；冷却时临界点标以符号Ar1、Ar3、Arcm等，如图2-2所示。通常将钢加热时获得奥氏体的组织转变过程，称为“奥氏体化”。一、奥氏体的形成与长大以共析钢为例，当温度加热到Ac1线时，珠光体向奥氏体转变，这一过程同样是由形核及晶核长大两个基本过程来实现的。它的转变全过程，可分为下列几个阶段，如图2-3所示。(1)奥氏体形核　实验证明，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成。这是因铁素体和Fe3C两相中碳的浓度差很大，相界面处原子排列较不规则，位错、空位密度较高

5、，晶核形成所需功小，为奥氏体形核在浓度和结构方面提供了有利条件。(2)奥氏体长大　奥氏体的晶核生成后，依靠铁素体和渗碳体的不断溶入，开始长大。由于铁素体晶格改组比渗碳体的溶解快，所以，铁素体消失后，仍有部分剩余的渗碳体。(3)剩余渗碳体溶解　铁素体消失后，随着保温时间的延长，渗碳体相继溶入奥氏体中。(4)奥氏体均匀化　剩余渗碳体的溶解完毕后，奥氏体中碳的浓度还是不均匀的，在原先是渗碳体的地方，碳的浓度较高；原先是铁素体的地方，碳的浓度较低。为此，必须继续保温，通过原子扩散才能取得均匀化的奥氏体。(5)奥氏体晶粒的长大　已

6、经形成的奥氏体晶粒，若温度继续升高或保温时间的延长，就会迅速长大，特别是加热温度比保温时间影响更大。影响奥氏体化的主要因素是加热温度和加热速度。这种影响在珠光体向奥氏体等温转变的曲线上看得非常清楚，如图2-4所示。由图可见，珠光体向奥氏体转变，要在A1点以上温度才能进行。当加热到A1点以上某一温度时珠光体并不立即转变，而要经过一段时间才开始转变，这段时间称为“孕育期”。加热温度越高，则孕育期越短，转变所需时间也越短，即奥氏体化速度越快。同样，加热速度越快，转变开始温度和终了温度越高，转变所需时间越短。图中加热速度v2＞v

7、1，其v2所对应的转变开始温度和终了温度均高于后者。二、奥氏体晶粒的大小及控制措施奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的力学性能有很大影响，如加热得到细小而均匀的奥氏体晶粒，则冷却时，奥氏体的转变产物的组织也均匀细小，其强度、塑性、韧性都比较高；反之，则都差。故加热时总是希望得到细小均匀的奥氏体晶粒。在生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的长大。1.合理选择加热温度与保温时间奥氏体形成后，随着加热温度的升高，保温时间的延长，奥氏体晶粒将会长大。特别是加热温度对其影响较大，这是因为晶粒长大是通过原子扩散进行的，原子扩散速度随着温度

8、的升高而急剧增加。2.选用含有合金元素的钢碳与一种或多种金属元素构成的化合物，称为碳化物。大多数合金元素，如Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr等，在钢中可以形成难溶于奥氏体的碳化物，分布在晶粒的边界，将阻碍奥氏体晶粒长大。第三节　钢在冷却时的组织转变钢经加热、保温得到奥氏体，创造了实现热处理目的的先决条件，但是最终