簡(jiǎn)介:,第6章鋼的熱處理原理,§61熱處理概述,,與本節(jié)相關(guān)重點(diǎn)內(nèi)容回顧鐵碳平衡相圖,,G,,,問(wèn)題的提出,1改變成分可以改變材料的性能,還有沒(méi)有其他手段可以改變材料的性能呢,2一把含碳量10的高碳鋸條不經(jīng)過(guò)任何處理能使用嗎,,熱處理是改變材料性能的另一重要手段。,鋼的熱處理,,1為什么要進(jìn)行熱處理,2什么是熱處理,3如何進(jìn)行熱處理,待解決的問(wèn)題WWH,WHY,WHAT,HOW,,熱處理是改變材料性能的一種加工工藝,1為什么要進(jìn)行熱處理,,熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻,以改變材料整體或表面組織,從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。常用熱處理工藝可分為普通熱處理(退火、正火、淬火和回火)和表面熱處理(表面淬火和化學(xué)熱處理)。,2什么是熱處理,,1特點(diǎn)在固態(tài)下,只改變工件的組織,不改變形狀和尺寸,目的獲得所需性能,依賴(lài)于材料組織結(jié)構(gòu)的改變,固態(tài)金屬在一定介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻,,,一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,四、鋼的表面熱處理以后內(nèi)容,3如何進(jìn)行熱處理,三、?鋼的普通熱處理以后內(nèi)容第7章,§62鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變,鋼加熱的目的,獲得奧氏體,鋼加熱的溫度,,,,(一)奧氏體的形成過(guò)程,(二)奧氏體晶粒大小及其控制,實(shí)際加熱和冷卻時(shí)的相變點(diǎn)平衡時(shí)A1A3ACM加熱時(shí)AC1AC3ACCM冷卻時(shí)AR1AR3ARCM,,(一)奧氏體的形成過(guò)程,1、形核(在F/FE3C相界面上形核)2、晶核長(zhǎng)大(F→A晶格重構(gòu),F(xiàn)E3C溶解,C→A中擴(kuò)散)3、殘余FE3C溶解4、奧氏體均勻化,,保溫工序的目的得到成分均勻的奧氏體,消除內(nèi)應(yīng)力,促進(jìn)擴(kuò)散,,(二)奧氏體晶粒大小及其控制,1晶粒大小的表示方通常將晶粒大小分為8級(jí),1級(jí)最粗,8級(jí)最細(xì)。通常14級(jí)為粗晶粒度,58級(jí)為細(xì)晶粒度。,奧氏體晶粒度分為起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度GB/T63942002,2奧氏體晶粒大小的控制⑴加熱溫度與保溫時(shí)間加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長(zhǎng),奧氏體晶粒越粗大,因?yàn)檫@與原子擴(kuò)散密切相關(guān)。,,⑵加熱速度加熱速度越快,過(guò)熱度越大,奧氏體實(shí)際形成溫度越高,可獲得細(xì)小的起始晶粒。⑶鋼的化學(xué)成分CMN和P是促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素。合金元素TI、ZR、V、NB、AL等,當(dāng)其形成彌散穩(wěn)定的碳化物和氮化物時(shí),由于分布在晶界上,因而阻礙晶界的遷移,阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大,有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。4原始組織細(xì)奧氏體晶粒越細(xì),,加熱溫度↑,保溫時(shí)間↑→A晶粒長(zhǎng)大快加熱速度↑→A晶粒細(xì)加入合金元素→A晶粒細(xì)原始組織細(xì)→A晶粒細(xì),奧氏體晶粒大小的控制因素,,練習(xí)題1鋼在加熱時(shí)的臨界溫度為,冷卻時(shí)臨界溫度為。AAC1、AC3、ACCMBA1、A3、ACMCAR1、AR3、ARCM2鋼加熱時(shí)奧氏體的晶核是在相界面處形成。A鐵素體與滲碳體B珠光體與馬氏體C貝氏體與馬氏體3影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素有、加熱速度、鋼中的碳含量、合金元素、原始組織。A晶核數(shù)量B保溫時(shí)間C加熱溫度,,§63鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變,鋼經(jīng)加熱奧氏體化后,可以采用不同的冷卻條件,獲得所需的組織和性能。例如45鋼加熱后,隨冷卻速度的增加,強(qiáng)度、硬度增加,但塑性、韌性降低。,45鋼,840℃加熱,不同方式冷卻,,鋼的冷卻方式等溫冷卻和連續(xù)冷卻。,631過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變TTT圖,632過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,,※鋼在連續(xù)冷卻或等溫冷卻時(shí),由于冷卻速度較快,其組織轉(zhuǎn)變不能用FEFE3C平衡相圖分析?!脺y(cè)定的過(guò)冷奧氏體等溫和連續(xù)轉(zhuǎn)變圖來(lái)分析不同冷卻條件下的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。(講等溫轉(zhuǎn)變),,1、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立,是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各不同溫度下的保溫過(guò)程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線又稱(chēng)C曲線、S曲線或TTT曲線。,,2、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析,,C曲線的分析⑴轉(zhuǎn)變開(kāi)始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期最小處稱(chēng)C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。在鼻尖以上,溫度較高,相變驅(qū)動(dòng)力小在鼻尖以下,溫度較低,擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。,⑵C曲線明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。,,3、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能,1珠光體轉(zhuǎn)變珠光體組成F和FE3C的機(jī)械混合物形成特點(diǎn)在固態(tài)下形核、長(zhǎng)大是擴(kuò)散型相變形態(tài)A1650℃珠光體P20HRC片狀650600℃索氏體S(細(xì)P)30HRC600550℃托氏體T(極細(xì)P又稱(chēng)屈氏體)40HRC珠光體性能珠光體片越細(xì)→HB↑,ΣB↑且Δ↑,ΑK↑C相同時(shí),球狀P比片狀P相界面少→HB↓,ΣB↓,Δ↑,ΑK↑,,,電鏡形貌,,2貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體組成過(guò)飽和F和碳化物的機(jī)械混合物形成特點(diǎn)在固態(tài)下形核、長(zhǎng)大是半擴(kuò)散型相變形態(tài)550350℃上貝氏體(B上)羽毛狀組織350℃MS下貝氏體(B下)針片狀組織性能上貝氏體塑性差,硬度4045HRC下貝氏體綜合性能好,硬度4550HRC,,,3馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體碳在ΑFE中的過(guò)飽和固溶體。形成特點(diǎn)1.在固態(tài)下形核、長(zhǎng)大2.是無(wú)擴(kuò)散型相變3.變溫形成,高速長(zhǎng)大4.轉(zhuǎn)變不完全(在C05的鋼中總有殘余A)形態(tài)板條M低碳M(C10立體形態(tài)雙凸透鏡0210C之間的鋼得到混合M,,馬氏體性能馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量(即母相奧氏體的含碳量)塑性和韌性低碳M的塑性韌性好,高碳M塑性韌性差。馬氏體性能低碳M(板條M)強(qiáng)而韌高碳M(片狀M)硬而脆,,,馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外,馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化,馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。,馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大,板條馬氏體具有較好的塑性和韌性,馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)⑴無(wú)擴(kuò)散性,鐵和碳原子都不擴(kuò)散,因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。,2在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的,,3轉(zhuǎn)變不完全,即使冷卻到MF點(diǎn),也不可能獲得100的馬氏體,總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái),稱(chēng)殘余奧氏體,用A’或?’表示。,,632過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,“CCTCONTINUOUSCOOLINGTRANSFORMATION”,VK’,VK,共析鋼的CCT曲線,,,,,623過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用,1等溫轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用2)連續(xù)冷卻曲線的應(yīng)用,THANKSFORYOURATTENTION,
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