机械工程材料及成型工艺第五章课件.ppt

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1、第五章金属热处理及表面改性教学目的和要求1.掌握热处理的概念，熟悉热处理的分类，掌握钢在加热时的组织转变和钢在冷却时的组织转变2.掌握普通热处理的种类、概念和用途3.熟悉钢的表面热处理教学内容提纲1.钢的热处理原理（重点）2.钢的普通热处理（重点）3.钢的表面热处理（熟悉）第一节钢的热处理原理(HeatTreatmentPrincipleofSteel)概述钢在加热时的转变钢在冷却时的转变一、概述1热处理概念将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，从而获得所需要性能的一种热处理工艺。保温冷却加热温度/℃时间/s0临界温度2.热处理特点、目的

2、和应用范围特点：只通过改变工件的组织来改变性能，不改变其形状。热处理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强化；目的：改变钢的性能；应用范围：整个制造业。3.热处理的分类根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点的不同，将热处理工艺分类如下：普通热处理：退火、正火、淬火和回火；表面热处理：表面淬火、化学热处理；其他热处理：真空热处理、形变热处理、控制气氛热处理、激光热处理等。4.加热和冷却对临界转变温度的影响A3AC3Ar3ACcmACmArcmA1Ar1Ac1含碳量/%温度/℃0二、钢在加热时的转变1.奥氏体的形成共析钢奥氏体的

3、形成过程2.奥氏体晶粒度及其影响奥氏体晶粒尺寸的因素1）奥氏体晶粒度起始晶粒度：珠光体向奥氏体转变刚刚完成时的晶粒度；实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下的晶粒度；本质晶粒度：度量钢本身晶粒在930℃以下，随温度升高,晶粒长大的程度，表示奥氏体长大倾向。钢的本质晶粒度示意图2）影响奥氏体晶粒度的因素加热温度和保温时间；加热速度；合金元素；原始组织。3）奥氏体晶粒度对钢力学性能的影响奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。三、钢在冷却时的转变冷却方式加热保温时间/S临界温度连续冷却等温冷却

4、0温度/℃过冷奥氏体的等温冷却转变建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线(C曲线)T---timeT---temperatureT---transformation共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低

5、温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf转变产物的组织与性能1.珠光体型(P，Pearlite)转变(A1～550℃，扩散性转变）:A1～650℃:P;5～25HRC;片间距为0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:细片状P---索氏体(S);片间距为0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。600～550℃:极细片状P---屈氏体(T);片间距为＜0.2μm(电镜);35～40HRC。珠光体形貌像光镜下形貌电镜

6、下形貌光镜形貌电镜形貌索氏体形貌像屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌珠光体转变示意图珠光体型转变示意图珠光体P，3800×索氏体S8000×屈氏体T8000×层片间距：P>S>T2贝氏体（Bainite，半扩散性转变）概念：含碳过饱和的铁素体与渗碳体或碳化物的混合物，转变温度为：550℃～Ms。根据转变温度和组织形态分类：上贝氏体和下贝氏体。550～350℃:B上;40～45HRC;B上=过饱和碳α-Fe条状+Fe3C小片状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状B上，550～350℃产物——羽毛状，小片状Fe3C分布在F间；B上性能：强度和韧性差。光学显

7、微照片1300×电子显微照片5000×B上显微组织350～230℃:B下;50～60HRC;B下=过饱和碳α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状F针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒电子显微照片12000×T8钢，B下，黑色针状光学显微照片×400B下韧性高，综合机械性能好。3马氏体型转变（非扩散性转变）1）马氏体（Martensite）概念：碳在α－Fe中的过饱和固溶体。用M表示。2）转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散)；共格切变性；转变不完全性。

8、3）马氏体的分类、性能特点和组织形态按形态分类：板条状马氏体和针状马氏体C%<0.2%，形成板条状马氏体；C