热处理钢的热处理原理.ppt

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1、第八章钢的热处理原理本章目的：1阐明钢的热处理的基本原理；2揭示钢在热处理过程中工艺－组织－性能的变化规律；本章重点：（1）C曲线的实质、分析和应用；（2）过冷奥氏体冷却转变及回火转变的各种组织的本质、形态和性能特点；(3)马氏体高强度高硬度的本质一热处理的定义及作用1热处理的定义：金属或合金在固态下于一定介质中加热到一定温度，保温一定时间，以一定速度冷却下来的一种综合工艺。TtT保温t保温V冷却V加热2热处理工艺曲线四个重要参数：V加热、T保温、t保温、V冷却三个基本过程：加热、保温、冷却§8-1热处理概述2热处理的意义及作用意义：应用广泛、效果显著：汽车零

2、件80%；工模具、轴承100%例：45#钢，840℃加热，不同方式冷却冷却方式随炉冷却空气冷却油冷水冷却HRC15~1818~2440~5052~60组织P+FP+F（少）组织细M+PM作用：（1）显著提高材料的使用性能（2）改善加工性能（切削、热处理）。二热处理的条件有固态相变加热时溶解度显著变化的合金。α+LL+βα+βαLLL+γγα+γγ+βα+βL+β为什么钢能热处理?①α→γ固态相变﹄有相变重结晶②C溶解度显著变化﹄可固溶强化热处理温度区间：A1＜T＜TNJEF热处理第一步—加热奥氏体化LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCES

3、PQGKFDABC%6.69FeTJNHA1→Fe3C铁碳相图§8-2钢在加热时的转变一奥氏体形成的机理1奥氏体组织结构和性能①定义：C及合金元素固溶于面心立方结构的γ-Fe中形成的固溶体。C溶于γ相八面体间隙中，R间隙=0.535A﹤Rc=0.77A→γ晶格畸变，并非所有晶胞均可溶碳，1148℃→2.5个晶胞溶一个C原子。②性能：顺磁性；比容最小；塑性好；线膨胀系数较大奥氏体化中成分组织结构的变化以共析钢为例F+Fe3C→A(727℃)成分(C%)0.02186.690.77结构体心立方复杂斜方面心立方说明奥氏体化中须两个过程：①C成分变化：C的扩散②铁晶格

4、改组：Fe扩散3奥氏体形成热力学条件热力学条件:T﹥A1原因：以珠光体与奥氏体的体积自由能之差来提供驱动力以克服新相晶核的表面能及弹性能FTFPFAA1影响过热度主要因素:V加热V加热↑，过热度⊿T↑；⊿TT实际——存在过热度⊿T:T实际-T理论A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3同理，冷却过程的固态相变需过冷度钢的热处理中六个重要的温度参数：A1A3Acm；Ac1Ac3Accm——加热过程Ar1Ar3Arcm——冷却过程4奥氏体形成过程（共析钢）（4）奥氏体中C的扩散均匀化。(万秒)（3）剩余Fe3C的溶解；(千秒)（2）奥氏体向F及Fe

5、3C两侧长大(几百秒)四个阶段：（1）奥氏体在F—Fe3C界面上形核（10秒）*任何固态相变均需形核与长大过程*形核需要“三个起伏条件”：成分起伏、结构起伏、能量起伏——故晶界或缺陷处易形核5亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程亚共析钢：F+P→F+A→A过共析钢：Fe3C+P→Fe3C+A→A例：球化退火，要求获得粒状珠光体→要求A中C不均匀→控制第三、四阶段*奥氏体化的目的：获成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒*实际热处理中须控制奥氏体化程度。加热时影响奥氏体形成的因素及作用1、提高加热温度，缩短奥氏体形成时间2、提高加热速度，提高转变温度，提高并转变温度范围、均

6、匀化困难3、碳含量提高，使奥氏体形成速度增大4、合金元素使奥氏体转变减慢5、球状珠光体比片状珠光体的转变慢（原始组织的影响）。三奥氏体晶粒度及影响因素1奥氏体晶粒度概念奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业上一般分为8级。1-4级粗(0,-1)，5-8级细，8级以上极细;计算式：n=2N-1N：晶粒度级别n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数(100X)。标准晶粒度级别图标准晶粒度级别图奥氏体有三种不同概念的晶粒度(1)初始晶粒度：奥氏体转变刚结束时的晶粒大小。——通常极细小(2)实际晶粒度：具体加热条件下获得的奥氏体晶粒大小①与具体热处理工艺有关：热处理温度↑

7、，时间↑，晶粒长大。②与晶粒是否容易长大有关———引入本质晶粒度概念（3）本质晶粒度指钢在特定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向性，分为本质粗晶粒度和本质细晶粒度。测定方法：加热至930±10℃，保温8h，若A晶粒1-4级：本质粗晶粒度钢，5-8级：本质细晶粒度钢。关于本质晶粒度概念的要点：①表征该钢种在通常的热处理条件下A晶粒长大的趋势，不代表真实、实际晶粒大小；②本质粗晶粒度钢实际晶粒度并非一定粗大，本质细晶粒度钢实际晶粒度并非一定细小；而与具体的热处理工艺有关。③本质晶粒度主要与成分或冶炼条件有关机理：难溶粒子的机械阻碍作用Al脱氧镇静钢含V、Ti、Nb

8、、Zr钢机理：难溶粒子的机械阻碍作用例