金属学与热处理1(第七章)热处理.ppt

第七章 钢的热处理原理 钢的热处理原理： 钢中组织转变的规律。 着重讨论的是金属及合金在固态下的相变规律、影响因素、动力学、非平衡转变，以及在热处理中的应用，研究热处理组织和性能之间的关系等。 §7-1 概述 一、热处理及其作用 1.热处理 将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。 热处理的目的： 改变钢的内部组织结构，以改善钢的工艺性能和使用性能。 充分挖掘材料的潜力，延长零件的使用奉命，提高产品质量，节约材料和能源。此外，还可以消除材料经铸造、锻造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷、细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能更加均匀。 二、钢的临界温度 （一）钢能够进行热处理的条件： 1)加热或冷却时合金发生溶解度的 显著变化； 2)加热或冷却时合金发生固态相变。 （二）临界温度 钢在实际加热或冷却条件下发生相变的具体温度称临界温度。 1.钢在平衡冷却条件下发生相变的温度: A1、 A2、 A3、A4、Acm ； 2.钢在实际加热条件下发生相变的温度： Ac1、 Ac2、 Ac3、Ac4、Accm； 3.钢在实际冷却条件下发生相变的温度： Ar1、Ar2、Ar3、Ar4、Arcm。 §7-2 钢在加热时的转变 奥氏体化：钢在加热时，由加热前的组织转变为奥氏体的过程，被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。 一、奥氏体的形成过程 (一)奥氏体的形成过程 奥氏体的形成包括两个过程： 1.碳原子重新分布 即由碳含量高碳的渗碳体和低碳的铁素体转变为谈含量为0．77％的奥氏体； 2. 点阵重构 由体心立方的铁素体和正交点阵的渗碳体转变为面心立方的奥氏体。 (二)奥氏体的转变的四个阶段： 2.奥氏体的长大 3.剩余渗碳体的溶解 实验表明在珠光体向奥转变过程中，铁素体和渗碳体并不是同时消失，而总是铁素体首先消失，将有一部分渗碳体残留下来。这部分渗碳体在铁素体消失后，随着保温时间的延长或温度的升高，通过碳原子的扩散不断溶入奥氏体中。一旦渗碳体全部溶入奥氏体中，这一阶段便告结束。 1. 加热温度的影响 加热温度升高，原子扩散速率 加快，相变驱动力迅速增加，奥氏体中碳的浓度梯度增大，奥氏体的形核率和长大速度大大增高，故转变的孕育期和转变完成所需时间也显著缩短。加热温度越高，转变的孕育期和完成转变的时间越短，即奥氏体的形成速度越快。 2．原始组织的影响 1)原始组织越细，奥氏体的形成速度愈快。 2)片状珠光体比粒状珠光体的奥氏体形成速度大。 (2)合金元素的影响 钢中加入合金元素（除钴等以外）全减慢碳在奥氏体中的扩散速度，同时合金元素本身的扩散速度也很慢，因此降低了奥氏体的形成速度。 由于合金钢的奥氏体均匀化过程 比碳钢慢，因此合金钢热处理加热时必需比碳钢有较高的温度和较长的保温时间。 ①强碳化物形成元素： Cr、Mo、W等，降低碳在奥氏体中扩散系数，推迟珠光体转变为奥氏体； ②非碳化物形成元素： Co、Ni等增大碳在奥氏体中的扩散系数，使奥氏体形成速度加快；Si、Al等对碳原子的扩散系数影响不大，因此对奥氏体的形成无明显的影响。 三、奥氏体的晶粒大小及其影响因素 1．奥氏体晶粒度 晶粒度是衡量晶粒大小的一种尺度，它由单位面积内所包含晶粒个数来度量，也可用直接测成晶粒平均直径大小(用毫米或微米)来表示。 (1)起始晶粒度 是指把钢加热到临界温度以上，奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的奥氏体晶粒大小。 (2)实际晶粒度 是指钢在具体的热处理或热加工条件下，实际获得的奥氏体晶粒大小。 (3)本质晶粒度 是表示在规定