金屬學(xué)與熱處理教案6鋼的熱處理原理

1、,第6章 鋼的熱處理原理,§ 6.1 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,,,問題的提出,1.改變成分可以改變材料的性能，還有沒有其他手段可以改變材料的性能呢？,2.一把含碳量1.0%的高碳鋸條不經(jīng)過任何處理能使用嗎？,,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?,待解決的問題：W-W-H,Why,What,How,,熱處理是改變

2、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,

3、,,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),§6.2 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)—— A1 A3 Acm加熱時(shí)—— Ac1 Ac3 Accm冷卻時(shí)—— Ar

4、1 Ar3 Arcm,,（一）奧氏體的形成過程,1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 2、晶核長大 （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1-4級(jí)為粗晶粒度，5-8級(jí)為細(xì)晶粒度。,奧氏

5、體晶粒度：分為起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度GB /T 6394-2002,2.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，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 C Mn和P是促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素。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

6、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 。A. Ac1、Ac3、Accm B. A1、A3、Acm C. Ar1、Ar3、Ar

7、cm2.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,,§6.3 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

8、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。,6.3.1 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變(TTT)圖,6.3.2 過冷奧氏體連續(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Fe-Fe3C平衡相圖分析?！脺y(cè)定的過冷奧氏體等溫和連續(xù)轉(zhuǎn)變圖來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

9、點(diǎn)A1 以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線.又稱C 曲線、S 曲線或TTT曲線。,,2、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析,,C 曲線的分析⑴ 轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期最小處稱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。,⑵ C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。

10、,,3、過冷奧氏體等溫轉(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、長大 是擴(kuò)散型相變?形態(tài)： A1~650℃ ： 珠光體 P 20HRC 片狀 650~600℃ ：索氏體 S（細(xì)P） 30HRC600~550℃ ：托氏體 T（極細(xì)P又稱屈氏體） 40HRC珠光體性能:

11、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、長大.是半擴(kuò)散型相變?形態(tài)：550~350℃：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:40-45HRC

12、 下貝氏體 綜合性能好,硬度: 45-50HRC,,,(3)馬氏體轉(zhuǎn)變☆馬氏體：碳在α- Fe中的過飽和固溶體。形成特點(diǎn)： 1．在固態(tài)下形核、長大 2．是無擴(kuò)散型相變 3．變溫形成，高速長大 4．轉(zhuǎn)變不完全（在C >0.5%的鋼中總有殘余A）?形態(tài)： 板條 M —— 低碳 M（C1.0%) 立體形態(tài)：雙凸透鏡 0

13、.2~1.0%C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。,

14、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，稱殘余奧氏體，用A’ 或?’ 表示。,,6.3.2 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,“CCT(Contin