碳钢地热处理2013.ppt

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1、第五章钢的热处理将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的工艺方法称热处理。第五章钢的热处理实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结构发生了变化，从而改变了其性能；目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能；作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，延长零件寿命；应用：十分广泛。第五章钢的热处理按目的、加热条件和特点不同，热处理分为：整体热处理表面热处理化学热处理其它热处理热处理的工艺参数有：加热温度保温时间冷却方式目的：通过加热使原始组织转变为奥氏体；将钢加热至Ac3或Ac1以上，获得完全或部分奥氏体组织的操作称为奥氏体化。钢热处理

2、加热的临界温度为727℃。§5.1钢在加热时的组织转变§5.1钢在加热时的组织转变在实际生产中，由于加热和冷却不是很缓慢，因此实际发生组织转变的温度与相图的A1、A3、Acm有一定的偏离。通常加热用Ac1、Ac3、Accm表示，冷却用Ar1、Ar3、Arcm表示。（一）奥氏体的形成1.奥氏体晶核的形成奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面上形成。这是因为在两相的相界上为形核提供了良好的条件。2.奥氏体晶核的长大A形核后,由于A与Fe3C形界处的含C量不同。将引起A中C的扩散。通过Fe、C原子的扩散和Fe原子的晶格改组,A向F和Fe3C两个方向长大。3.残余渗碳体溶解在奥氏体形成过程

3、中,铁素体比渗碳体先消失,因此奥氏体形成之后,还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长,继续不断地溶入奥氏体,直至全部消失。4.奥氏体均匀化渗碳体完全溶解后奥氏体中碳的浓度分布并不均匀,原先是渗碳体地方碳浓度高,原先铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温,通过碳的扩散,使奥氏体成分均匀化。（二）影响奥氏体转变的因素1.加热温度和加热速度的影响提高加热温度，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高(AC1越高),形成所需的时间缩短。2.化学成分的影响随着钢中含碳量增加,铁素体核渗碳体相界面总量增多,有利于奥氏体的形成。3.原始组织的影响由于奥氏体的晶

4、核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成,所以原始组织越细,相界面越多,形成奥氏体晶核的＂基地＂越多,奥氏体转变就越快。（三）奥氏体晶粒大小及其控制1.奥氏体晶粒大小一般根据标准晶粒度等级图确定钢的奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为8级，1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。2.实际晶粒度和本质晶粒度   某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能。钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度来表示。钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。3.奥氏体晶粒大

5、小的控制（1）合理选择加热温度和保温时间随着温度升高晶粒度将之间长大。温度愈高,晶粒长大于愈明显。在一定温度下,保温时间愈长,奥氏体晶粒也越粗大。（2）加入合金元素奥氏体中的含碳量增高时,晶粒长大的倾向增多。若碳以未溶的碳化物形式存在,则它有阻碍晶粒长大的作用。（3）合理选择原始组织§5.2钢在冷却时的组织转变冷却是热处理的最后一个工序，也是最关键的工序，它决定了钢热处理后的组织和性能。同一种钢，加热温度和保温时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。那么奥氏体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？这就是本次课的主要内

6、容。§5.2钢在冷却时的组织转变当温度在A1以上时,奥氏体是稳定的。当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷A是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的转变。连续冷却转变——使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变等温冷却转变——使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1以下某温度保温，在等温下发生组织转变。§5.2钢在冷却时的组织转变碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除退火外），所以热处理后的组织为非平衡组织。碳钢非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相比差别很大。所以不能再用铁碳相图加以分

7、析，而应使用C曲线来确定。共析钢过冷A的等温转变曲线图（1）高温转变（珠光体型转变）在A1～550℃之间,过冷奥氏体的转变产物为珠光体型组织,此温区称珠光体转变区。珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物,渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的形核、长大过程,是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。2.过冷奥氏体的等温转变产物组织和性能A1~650℃片层珠光体<25HRC650℃~600