钢在加热和冷却时的转变.docVIP

第七章 钢在加热和冷却时的转变 §7.1 钢的热处理概述 钢的热处理 热处理的定义 钢的热处理是指在固态下，将钢加热到一定的温度、保温一定的时间，然后按照一定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。具体的热处理工艺过程可用热处理工艺曲线表示（图7.1）。从该曲线可以看出：热处理过程由加热、保温、冷却三阶段组成，影响热处理的因素是温度和时间。 热处理的原理 钢能进行热处理，是由于钢在固态下具有相变。通过固态相变，可以改变钢的组织结构，从而改变钢的性能。钢中固态相变的规律称为热处理原理，它是制定热处理的加热温度、保温时间和冷却方式等工艺参数的理论基础。热处理原理包括钢的加热转变、冷却转变和回火转变，在冷却转变中又可分为：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。 热处理的作用 热处理通过改变钢的组织结构，不仅可以改善钢的工艺性能，而且可以提高其使用性能，从而充分发挥钢材的潜力。 热处理还可以部分消除钢中的某些缺陷，细化晶粒，降低内应力，使组织和性能更加均匀。 热处理的分类 根据加热、冷却方式的不同，热处理可分为：普通热处理，表面热处理和特殊热处理。普通热处理又包括退火、正火、淬火和回火，俗称四把火。表面热处理又包括：表面淬火和化学热处理。特殊热处理又包括形变热处理和真空热处理。 根据生产流程，热处理可分为：预备热处理和最终热处理。前者是指为满足工件在加工过程中的工艺性能要求进行的热处理，主要有退火和正火。而后者是指工件加工成型后，为满足其使用性能要求进行的热处理，主要有淬火和回火。 热处理的重要性 热处理在冶金行业和机械制造行业中占有重要的地位。常用的冷、热加工工艺只能在一定程度上改变工件的性能，而要大幅度提高工件的工艺性能和使用性能，必须进行热处理。例如，热轧后的合金钢钢材要进行热处理，汽车中70%——80%的零件也要进行热处理。如果把预备热处理也包括进去，几乎所有的工件和零件都要进行热处理。总之，为了保证冶金和机械产品质量，热处理工序往往是最关键的工序，因而引起人们的广泛重视。 钢的临界温度 平衡临界温度 图7.2是Fe~Fe3C相图的共析反应部分。由图可知：将共析钢缓慢加热至A1线（也称PSK线或共析线）以上，可获得单相奥氏体组织，而将共析钢缓慢冷却至A1线以下，可获得珠光体组织。因此，A1线是共析钢在缓慢加热或缓慢冷却时，奥氏体和珠光体相互转变的临界温度。这个临界温度是在缓慢加热或缓慢冷却条件下得到的，所以把A1称为奥氏体和珠光体相互转变的平衡临界温度。 相同道理，是亚共析钢在缓慢加热或缓慢冷却时，先共析铁素体和奥氏体相互转变的临界温度，所以把称为奥氏体和先共析铁素体相互转变的平衡临界温度；而线（即线）是过共析钢在缓慢加热或缓慢冷却时，二次渗碳体和奥氏体相互转变的临界温度，所以把称为奥氏体和二次渗碳体相互转变的平衡临界温度。对成分一定的钢来说，是确定的温度点，是非常缓慢加热和非常缓慢冷却条件下的临界温度点，统称为称为平衡临界温度。 实际临界温度 实际生产中，钢在热处理时的加热和冷却不是缓慢进行的，而是具有一定的加热速度和冷却速度。因此，相变不是按照平衡临界温度进行的，总存在不同程度的滞后现象。加热时，实际相变的临界温度高于平衡临界温度；冷却时，实际相变的临界温度低于平衡临界温度。总之，实际相变的临界温度偏离了平衡临界温度，加热和冷却速度越大，偏离程度也越大。实际相变的临界温度称为实际临界温度，为了区别于平衡临界温度，加热时的实际临界温度加注脚字母“c”，用表示；冷却时的实际临界温度加注脚字母“r”，用表示。钢加热和冷却时实际临界温度的意义如下： ——加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度 ——冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度 ——加热时先共析铁素体溶入奥氏体的结束温度 ——冷却时奥氏体析出先共析铁素体的开始温度 ——加热时二次渗碳体溶入奥氏体的结束温度 ——冷却时奥氏体析出二次渗碳体的开始温度 §7.2 钢在加热时的转变 钢的奥氏体化 前面介绍过：钢能进行热处理，是因为钢会发生固态相变，因此，钢的热处理大多是将钢加热到临界温度以上，获得奥氏体组织，然后再以不同的方式冷却，使钢获得不同的组织而具有不同的性能。通常将钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。奥氏体化过程分为两种：一种是使钢获得单相奥氏体，这称为完全奥氏体化；另一种是使钢获得奥氏体和渗碳体（或者奥氏体和铁素体）的两相组织，这称为不完全奥氏体化。下面以共析钢为例，介绍钢的奥氏体化过程。 共析钢的奥氏体化过程 奥氏体化过程是扩散型相变 前面我们学习过：共析钢缓慢冷却得到的平衡组织是片状珠光体。它是由片状的铁素体和渗碳体交替组成的两相混合物。当以一定的加热速度加热至温度以上时，将发生珠光体向奥氏体的转变。转变的反应式为： 体心立方 正交晶系