工程材料 教学课件 作者 王正品 第5章　钢的热处理.pptx

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1、第5章钢的热处理主编第5章钢的热处理5.1热处理概述5.2钢在加热时的组织转变5.3钢在冷却时的组织转变5.4钢的普通热处理5.5钢的表面热处理5.1热处理概述5.1.1热处理的分类5.1.2钢的临界温度5.1热处理概述图5-1热处理的一般过程5.1.1热处理的分类(1)普通热处理包括退火、淬火、回火和正火。(2)化学热处理包括渗碳、渗氮(氮化)、碳氮共渗、渗铝等。(3)特种热处理包括表面热处理、真空热处理、形变热处理、激光热处理、时效处理等。5.1.2钢的临界温度图5-2钢的相变临界温度5.2钢在加热时的组织转变

2、5.2.1奥氏体的形成5.2.2奥氏体的晶粒大小及控制5.2.1奥氏体的形成1.奥氏体的形核2.奥氏体的长大3.渗碳体的溶解4.奥氏体的均匀化5.2.1奥氏体的形成图5-3共析钢的奥氏体形成过程示意图a)珠光体组织b)奥氏体形核和长大c)渗碳体的溶解d)奥氏体的均匀化1.奥氏体的形核①在α/Fe3C界面处，碳原子浓度相差很大，有利于获得形成奥氏体所需要的成分起伏；另外，在A1温度以上，随着温度的升高，奥氏体可以稳定存在的碳含量的范围变宽，同时，与铁素体相平衡的奥氏体的碳含量则减小，使奥氏体更易于形核。②从能量上考虑

3、，由于界面处有高的畸变能，可以提供形核功。③相界面处畸变严重，有利于扩散，又因为原子排列不规则的相界更容易容纳一个新相而有利于点阵重构。2.奥氏体的长大当奥氏体在铁素体和渗碳体两相界面上成核之后，便同时形成了γ/α和γ/Fe3C两个相界面。奥氏体的长大过程即为这两个界面向原有的铁素体和渗碳体中推移的过程。它依靠铁、碳原子的扩散，使得铁素体和渗碳体逐渐消失来实现其长大过程。3.渗碳体的溶解理论分析表明，在780℃时，奥氏体界面向铁素体推移的速度是向渗碳体推移速度的15倍，而通常珠光体中铁素体片的厚度约为渗碳体片厚度的

4、7倍。4.奥氏体的均匀化当渗碳体全部溶解时，奥氏体中碳的浓度分布仍然是不均匀的。原渗碳体区域的碳含量高，原铁素体的中心地带的碳含量低；高温下形成的奥氏体碳含量低，低温下形成的奥氏体碳含量高。如继续在奥氏体区停留，将通过碳在奥氏体中的扩散而使奥氏体中碳的分布均匀化。5.2.2奥氏体的晶粒大小及控制1.奥氏体的晶粒度2.奥氏体晶粒度的控制1.奥氏体的晶粒度图5-4奥氏体晶粒长大的倾向与温度的关系1—本质细晶粒钢2—本质粗晶粒钢2.奥氏体晶粒度的控制(1)加热温度和保温时间的影响加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒将越

5、粗大，如图5-5所示。(2)加热速度的影响加热速度越快，奥氏体实际形成温度越高，奥氏体成核率与长大速度之比随之增大，因此快速加热时可以获得细小的起始晶粒。(3)钢的含碳量的影响因为钢中碳含量增加时，碳原子在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度均增大，故奥氏体晶粒长大倾向增大。(4)合金元素的影响钢中加入适量的形成难熔化合物的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta等，将强烈地阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒粗化温度显著升高。(5)原始组织的影响原始组织主要影响起始晶粒度。图5-5奥氏体晶粒大小与加热温度、保温时间

6、的关系［w(C)0.48%-w(Mn)0.82%钢］5.3钢在冷却时的组织转变5.3.1过冷奥氏体的等温转变图和连续冷却转变图5.3.2珠光体转变5.3.3马氏体转变5.3.4贝氏体转变5.3.1过冷奥氏体的等温转变图和连续冷却转变图1.过冷奥氏体的等温转变图2.过冷奥氏体的连续冷却转变(Continuous3.等温转变图与连续冷却转变图的比较4.影响等温转变图的因素5.3.1过冷奥氏体的等温转变图和连续冷却转变图图5-6热处理常用的冷却方式a)等温冷却b)连续冷却1.过冷奥氏体的等温转变图图5-7共析钢的过冷奥氏

7、体等温转变图1.过冷奥氏体的等温转变图图5-8亚共析钢和过共析钢的等温转变图a)亚共析钢b)过共析钢2.过冷奥氏体的连续冷却转变(Continuous图5-9共析钢的过冷奥氏体连续转变图3.等温转变图与连续冷却转变图的比较图5-10共析钢的等温转变图和连续冷却转变图的比较4.影响等温转变图的因素(1)碳的影响在正常加热条件下，亚共析钢的等温转变图随碳含量的增加向右移；过共析钢的等温转变图，随碳含量增加向左移。(2)合金元素的影响除钴以外，所有溶入奥氏体的合金元素均提高了过冷奥氏体的稳定性，使等温转变图右移，如图5-

8、11所示。(3)奥氏体化条件的影响奥氏体化时，加热温度的高低和保温时间的长短，都会影响到奥氏体晶粒的大小和成分的均匀程度。(4)塑性形变的影响对奥氏体进行塑性变形，由于形变可促进碳和铁原子的扩散，因此都将加速珠光体的转变。图5-11合金元素对等温转变图的影响a)非碳化物形成元素对等温转变图的影响b)碳化物形成元素对等温转变图的影响5.3.2珠光体转变1.珠光