金属材料与热处理教学课件作者吴广河第五章.ppt

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1、第五章　钢的热处理第一节　钢在加热时的组织转变第二节　钢在冷却时的组织转变第三节　钢的热处理工艺第四节　钢的表面热处理第五节　其他热处理工艺简介第六节　热处理零件的结构工艺性返回第一节　钢在加热时的组织转变一、奥氏体的形成共析钢加热至Ａｃ１时.将形成奥氏体.奥氏体的形成是通过形核及核长大过程来实现的.其基本过程可以描述为四个步骤.如图５－２所示.１.奥氏体晶核的形成奥氏体晶核易于在铁素体与渗碳体相界面形成.因为此处原子排列较紊乱.位错、空位密度较高.成核的能量条件、成分条件以及晶体结构条件都较好.下一页返回第一

2、节　钢在加热时的组织转变２.奥氏体的长大奥氏体晶核形成后.两侧分别与渗碳体和铁素体相连接.和渗碳体连接处的含碳量远高于和铁素体连接处的含碳量.必然引起奥氏体中的碳由高浓度向低浓度扩散.其结果是促使铁素体向奥氏体的转变和渗碳体的溶解.即奥氏体长大.直至铁素体全部转变为奥氏体.３.残余渗碳体的溶解渗碳体向奥氏体的溶解比铁素体向奥氏体的转变要缓慢.所以.当铁素体全部转变为奥氏体后.仍有部分渗碳体未溶解.随着时间的延长.这些渗碳体继续向奥氏体中溶解.直至全部消失为止.４.奥氏体均匀化上一页下一页返回第一节　钢在加热时的

3、组织转变渗碳体全部溶解时.奥氏体中的碳浓度仍然是不均匀的.继续延长保温时间.通过扩散使奥氏体中的含碳量逐渐趋于均匀.对于亚共析钢和过共析钢.加热到Ａｃ１只能使珠光体转变为奥氏体.还要继续升高温度.才能使铁素体和二次渗碳体转变为奥氏体.直至加热到Ａｃ３和Ａｃｃｍ以上时.才能全部转变为均匀的单相奥氏体.二、奥氏体晶粒大小及影响因素奥氏体的晶粒大小决定了其冷却后转变产物的晶粒大小和性能.因此.总是希望经加热过程能获得细小而又均匀的奥氏体晶粒.一般说来.加热温度过高.保温时间过长.奥氏体晶粒就粗大.其中加热温度的影响更

4、为显著.所以热处理总是根据材料的不同化学成分严格控制加热温度和保温时间.上一页返回第二节　钢在冷却时的组织转变钢件经加热、保温后采用不同冷却方式.将获得不同的组织和性能.所以冷却是钢的热处理关键工序.它决定钢在热处理后的组织与性能.冷却方式不同也正是各种热处理工艺的主要区别所在.热处理常采用等温冷却和连续冷却两种冷却方式.其工艺曲线如图５－３所示.下面以共析钢为例.说明冷却方式对钢的组织和性能的影响.一、过冷奥氏体的等温冷却转变将奥氏体过冷到Ａ１以下某一温度.并在此温度下等温停留.完成其组织转变过程.称为过冷奥

5、氏体的等温转变.(一)过冷奥氏体等温转变曲线图的建立下一页返回第二节　钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体等温转变曲线图常用金相法测定.它是将若干组奥氏体化的薄片试样迅速冷却到Ａｒ１以下各个不同的等温温度.测定在每一个等温温度下过冷奥氏体开始转变和终了转变的时间.将这些时间点画在温度－时间的坐标图上.然后将每一等温温度下的开始转变点和终了转变点分别连成曲线.并标明马氏体开始转变和终了转变温度.就构成了奥氏体等温转变曲线图(简称Ｃ曲线、Ｓ曲线或ＴＴＴ曲线).如图５－４所示.(二)奥氏体等温转变产物及其性能由图５－４可知

6、.共析钢过冷奥氏体转变产物大致可分为三个区域:上一页下一页返回第二节　钢在冷却时的组织转变１.高温转变(珠光体型转变)过冷奥氏体在Ａ１~５５０℃温度范围内.等温转变为片状铁素体和片状渗碳体的机械混合物.等温转变的温度越低.形成的铁素体和渗碳体就越细.按片层的粗细分别称为珠光体、索氏体(细珠光体)和屈氏体(极细珠光体).并用符号Ｐ、Ｓ和Ｔ表示.２.中温转变(贝氏体型转变)过冷奥氏体在Ｃ曲线鼻子相应的温度至马氏体开始转变点的温度范围内发生贝氏体型转变.贝氏体是过饱和碳的铁素体和非片层状渗碳体的混合物.按形态不同.分

7、为上贝氏体(Ｂ上在５５０℃~３５０℃形成)和下贝氏体(Ｂ下在３５０℃~２３０℃形成).Ｂ上硬度可达４５ＨＲＣ左右.但由于Ｂ上中铁素体片宽.上一页下一页返回第二节　钢在冷却时的组织转变渗碳体较粗大且分布在铁素体层片间.故其强度低.塑、韧性差.Ｂ下在光学显微镜下呈黑色针状形态.如图５－５所示.硬度可达５５ＨＲＣ左右.是实际生产中希望获得的组织.贝氏体型转变时.只有碳原子扩散.铁原子不扩散.故贝氏体转变属于半扩散型转变.３..低温转变(马氏体型转变)奥氏体以极大的冷却速度过冷到Ｍｓ~Ｍｆ(２３０℃~－５０℃).发生马

8、氏体型转变.形成马氏体组织.如图５－６所示.发生马氏体转变时.过冷度极大.转变温度低.上一页下一页返回第二节　钢在冷却时的组织转变只有γ－Ｆｅ向α－Ｆｅ晶格改组.碳原子来不及进行扩散而被保留在α－Ｆｅ晶格中.所以马氏体是碳在α－Ｆｅ中的过饱和固溶体.用符号Ｍ表示.它具有高的强度、硬度与耐磨性.是钢热处理强化的主要应用手段.马氏体转变属于非扩散型转变.转变速度极快.内应力大.而且其转变是