武汉理工工程材料7第二章2.4.1-2.4.2.ppt

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1、2.4钢的热处理Theheattreatmentofsteels2.4.0热处理的概念2.4.1钢在加热时的转变2.4.2钢在冷却时的转变2.4.3钢的普通热处理2.4.4钢的表面热处理2.4.5钢的化学热处理热处理的概念将固态金属材料在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面的组织，从而获得所需性能的工艺。为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。时间温度临界温度热加保温冷却在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70

2、-80%。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业中被广泛采用。工具、模具、滚动轴承100%需经过热处理。总之，很多重要零件都需适当热处理后才能使用。热处理的主要目的：改变钢的性能（工艺性能和使用性能）。热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火；表面淬火化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳渗氮碳氮共渗热处理的特点（区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等）：只通过改变工件的组织来改变性能，不改变工件的形状。热处理的适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料，不能用热处理

3、方法来强化。schmaticofcastingschematicofrolling零件的生产工艺过程及热处理在其中的作用选材毛坯预先热处理机械加工最终热处理检验预先热处理：调整硬度，为切削加工做好组织准备。最终热处理：使材料的使用性能达到预定的要求。热处理的内容（包含两部分）：热处理原理：描述热处理过程中钢的组织转变规律。热处理工艺：根据热处理原理而制定的工艺参数（如温度、时间、介质等）。2.4.1钢在加热时的组织转变转变温度A形成影响A转变速度的因素A的晶粒度A晶粒度的影响因素加热是热处理的第一道

4、工序。加热分两种：一种是在临界点A1以下加热，不发生相变；一种是加热到临界点A1以上，发生相变，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化。实际加热速度较快，偏离平衡临界点，存在过热现象（过热度）；冷却时存在过冷现象（过冷度）。即临界温度与实际转变温度之间有一定的差异。转变温度(transformationtemperature)临界温度与实际转变温度铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。实际加热或冷却时存在着过热或过冷现象，因此将钢实际加热时的转变温度分别用Ac1、Ac3、Acc

5、m表示；实际冷却时的转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。由于加热和冷却速度直接影响转变温度，实际转变温度可参考手册，手册中的数据是以30-50℃/h的速度加热或冷却时测得的。第一步A形核P组织第二步A长大第三步残余碳化物溶解第四步A均匀化A组织奥氏体的形成过程加热时奥氏体形成（奥氏体化）也是一个形核和长大的过程，分为四步。以共析钢为例说明：第一步奥氏体晶核的形成：加热到Ac1以上时，A晶核首先在F与Fe3C相界形核。第二步奥氏体晶核的长大：A晶核通过原子的扩散向F和Fe3C方向长大。第三步残余

6、Fe3C的溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而首先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。第四步奥氏体成分的均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位的碳含量仍很高，需通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。由于先共析F或二次Fe3C的存在，要获得全部的奥氏体组织，必须相应地加热到Ac3或Accm以上才能获得单一的A组织。⑴加热温度和保温时间:加热温度提高、保温时间延长，碳原子扩散速度增加，奥氏体转变速度↑。⑵加热速度:加热速度越快，过热度越大

7、，形核率越高，实际转变温度越高，所需时间越短，奥氏体转变速度↑。⑶合金元素：A化速度↑或↓（合金钢）。Co、Ni等↑奥氏体转变速度；Cr、Mo、V等↓奥氏体转变速度；Si、Al、Mn等不影响。影响A转变速度的因素⑷钢中碳质量分数：钢中C%↑，Fe3C量增加→F和Fe3C界面多，形核多→转变↑。钢中碳质量分数高，⑸原始组织：相界面多，形核多→转变↑。层片状组织比球状组织的界面多，形核多→转变↑Fe3C的片间距↓→界面多，形核多→转变↑。影响A转变速度的因素A晶粒度及其影响因素奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶

8、粒长大过程相同。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒进一步长大，这是一个自发的过程。如果奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。如果奥氏体晶粒细小，冷却后得到的组织也细小，钢的常温力学性能较好。因此，加热得到细小而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。根据标准晶粒度等级图，1-4级为粗晶粒度，5-8级为细晶粒度。某种具体热处理或热加工条件下奥氏体的晶粒度称为实际晶粒度。钢加热时奥氏体晶粒长大的倾向称为本质晶粒度。冶