第5讲钢的热处理原理.doc

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1、授课章节钢的热处理原理授课时数2教学目的与要求钢的热处理原理难点过冷奥氏体的连续、等温冷却转变重点过冷奥氏体的连续、等温冷却转变授课方式课堂讲授第四章钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料

2、、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则Wc＝0.0218％（体心立方晶格F）Wc＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T上升到Ac1后Wc＝0.77％

3、（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。2、残余Fe3C的溶解A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe3C先消失）3、奥氏体成分的均匀化残余Fe3C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。

4、（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响A晶粒粗大因素1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理）。2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。二、钢在冷却时的转变生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却。（一）过冷奥氏体的等温转变A在相变点A1以上是稳定相，冷却至A1以下就成了不稳定相，必然要发

5、生转变。1、奥氏体等温转变图：表示奥氏体过冷在不同温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图。曲线形状与“C”字相似，所以又称C曲线。2、共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能1）高温珠光体型转变：A1~550℃（1）珠光体（P）A1~650℃粗层状约0.3μm<25HRC（2）索氏体（S）650~600℃细层状0.1~0.3μm25~35HRC（3）托氏体（T）600~550℃极细层状约0.1μm35~40HRC2）中温贝氏体型转变：550~Ms（1）上贝氏体（B上）550~350℃羽毛状40~45HRC，脆性大，无使用价值（2

6、）下贝氏体（B下）350~MS黑色针状45~55HRC，韧性好，综合力学性能好3）低温马氏体型转变：Ms~Mf当A被迅速过冷至MS以下时，则发生马氏体（M）转变，主要形态是板条状和片状。（当WC＜0.2％时，呈板条状，当WC＞1.0％呈针片状，当WC＝0.2％～1.0％时，呈针片状和板条状的混合物）（二）过冷奥氏体的连续冷却转变1．奥氏体连续冷却转变图（共析钢的连续冷却转变如图）连冷却转变图是表示钢经A后，在不同冷却速度的连冷却条件下，过冷A转变开始及转变终了时间与转变温度之间的关系曲线图。2．共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能（1）随炉

7、冷P170~220HBS（700～650℃）（2）空冷S25~35HRC（650～600℃）（3）油冷T＋M45~55HRC550℃（4）水冷M+A′55~65HRC3．马氏体转变当冷速>VK时，奥氏体发生M转变，即碳溶于α—Fe中的过饱和固溶体，称为M（马氏体）。（VK——马氏体临界冷却速度）（1）转变特点：M转变是在一定温度范围内进行（Ms～Mf）M转变是在一个非扩散型转变（碳、铁原子不能扩散）M转变速度极快（大于Vk）M转变具有不完全性（少量的残A）M转变只有α－Fe、γ－Fe的晶格转变（2）M的组织形态WC（％）M形态σb/Mpaσs/MPa

8、δ(%)Ak/JHRC0.1-0.25板条状1020－1530820－13309－1760－18030－50