工程材料及热加工―钢的热处理原理.ppt

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1、钢的热处理原理一、概述二、钢的热处理原理一、概述1、定义：将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工工艺。工艺曲线：2、目的：充分发挥材料的性能潜力。调整材料的工艺性能和使用性能。3、分类：普通热处理：整体穿透加热表面热处理：表层的成分、组织、性能特殊热处理：形变热处理、真空热处理二、钢的热处理原理1、钢的临界温度铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中，加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发生一定的滞后现象，也就是通常所

2、说的需要有一定的过热和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、Accm表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm表示。2、钢在加热时的组织转变钢的热处理首先是加热，使钢奥氏体化，随后才能通过不同的冷却方式使其转变为不同的组织和性能。其奥氏体化的程度以及晶粒的大小对冷却过程及最终组织性能都将产生极大的影响。2.1奥氏体的形成（以共析钢为例，说明奥氏体的形成过程。）2.1.1奥氏体形核：奥氏体晶核优先在铁素体与渗碳体相界面处形成。这是由于此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，

3、容易满足形成奥氏体所需的能量和碳浓度所致。2.1.2奥氏体长大：奥氏体晶核形成之后，它一面与渗碳体相接，另一面与铁素体接。这使得在奥氏体中出现了碳的浓度梯度，即奥氏体中靠近铁素体一侧含碳量较低，而靠近渗碳体一侧含碳量较高,引起碳在奥氏体中由高浓度一侧向低浓度一侧扩散。随着碳在奥氏体中的扩散，破坏了原先相界面处碳浓度的平衡，即造成奥氏体中靠近铁素体一侧的碳浓度增高，靠近渗碳体一侧碳浓度降低。为了恢复原先碳浓度的平衡，势必促使铁素体向奥氏体转变以及渗碳体的溶解。这样，奥氏体中与铁素体和渗碳体相界面处碳平衡浓度的破坏与恢复的反复循环过程，就使奥氏体逐渐向

4、铁素体和渗碳体两方向长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。2.1.3剩余渗碳体溶解：铁素体消失以后，随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体通过碳原子的扩散，不断溶入奥氏体中，使奥氏体的碳浓度逐渐接近共析成分。这一阶段一直进行到渗碳体全部消失为止。2.1.4奥氏体成分均匀化：当剩余渗碳体全部溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原来存在渗碳体的区域碳浓度较高，只有继续延长保温时间，才能得到成分均匀的单相奥氏体。2.2奥氏体晶粒度及其影响因素奥氏体的晶粒大小对钢随后的冷却转变及转变产物的组织和性能都有重要影响。通常，粗大的奥氏体晶粒冷却后得到粗大的组织

5、，其力学性能指标较低。2.2.1奥氏体晶粒度的概念。奥氏体晶粒的大小是用晶粒度来度量的。晶粒度的评定一般采用比较法，即金相试样在放大100倍的显微镜下，与标准的图谱相比。晶粒度分为8级，1级最粗，8级最细。2.2.2影响晶粒长大的因素。a.加热温度和保温时间:温度的影响最显著。在一定温度下，随保温时间延长，奥氏体晶粒长大。b.加热速度:实际生产中经常采用快速加热，短时保温的办法来获得细小晶粒。因为加热速度越大，奥氏体转变时的过热度越大，奥氏体的形核率越高，起始晶粒越细，加之在高温下保温时间短，奥氏体晶粒来不及长大。c.钢的化学成分:⑴随着含碳量的增

6、加，奥氏体晶粒长大倾向增大。⑵加入适量能形成难熔中间相的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb等，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大，达到细化晶粒的目的。3、钢在冷却时的转变当奥氏体被冷至A1线以下不同温度处发生转变时，由于冷却过程为非平衡过程，因此不能依据铁碳相图来判定和分析其组织转变。其转变产物随转变温度和冷却速度的不同而不同，性能也有很大的差别。常用等温转变曲线和连续转变曲线来说明这一规律。3.1过冷奥氏体等温转变使加热到奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷到A1线以下一定的温度，然后进行保温，使奥氏体在等温下发生组织转变。3.1.1过冷奥氏体等温转变曲线

7、(TTT曲线)奥氏体等温转变曲线反映了奥氏体在冷却时的转变温度、时间和转变量之间的关系。它是在等温冷却条件下，通过实验的方法（金相法）绘制的。该曲线颇似“C”，故简称C曲线。简介试验过程。3.1.2过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能⑴珠光体型转变：（A1～550℃）转变特点：扩散型相变。组织：珠光体是铁素体和渗碳体两相的机械混合物。其组成相通常呈片层状。根据珠光体片间距的大小，可将珠光体类型组织分为三种:①珠光体:片间距约为450~150nm，形成于A1~650℃范围内。在光学显微镜下可清晰分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态。②索氏体:片间距约为1

8、50~80nm，形成于650~600℃范围内。只有在800倍以上光学显微镜下观察才能分辨出铁素体和渗碳体片层状组织形态。③