5章钢的热处理.ppt

　 第五章 钢的热处理 　　钢的热处理是将钢在固态下，通过加热、保温、冷却，以改变钢的组织，从而获得所需性能的工艺方法。 　　热处理只改变金属材料的组织和性能，不改变其形状和尺寸。 　　热处理的目的在于 消除毛坯中的缺陷，改 善其工艺性能，为后续 工序作组织准备．　　 　　热处理可以提高零件的强度、硬度、韧性、弹性等，同时可以改善材料的工艺性能，使之易于加工。 　　热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、 　延长使用寿命、挖 　掘材料潜力不可缺 　少的工艺方法。 　　　具体的方法主 　要有： §5—1 钢在加热时的转变 　　钢在热处理时首先要加热，目的是使其获得均匀的奥氏体组织。这个过程称为“钢的奥氏体化”。 　　在实际生产中，为了实现钢的奥氏体化，得到均匀的奥氏体组织，通常应根据铁碳合金状态图对其进行加热和保温，同时加热的温度必须在相应材料的平衡相变线Ａ1(PSK)、Ａ3 (GS) 、ＡCM (ES)以上。 　　　 　　这是因为，加热和冷却不可能无限缓慢，钢材本身的温度与加热温度之间会产生一个滞后现象。因此，加热和冷却时的相变点应分别高于或低于平衡相变点。这个现象称为“过冷”或“过热”。 　　过热时的相变点加 下标“ｃ”表示，即 Ａc1、Ａc3、Ａccm。 过冷相变点加下标 “ｒ”表示,即 Ａr1、Ａr3、Ａrcm.。 一、钢的奥氏体化 共析钢形成过程 P—A的转变，4个过程。 （1）、奥氏体晶核的形成； （2）、奥氏体的长大； （3）、残余渗碳体的溶解； （4）、奥氏体的均化。 　　珠光体是由成分不同、晶格类型不同的F+Fe3C组成，转变为另一种晶格类型的单相A。在转变过程中必然有晶格的改组和碳原子的扩散，并遵循晶核形成和长大的规律。 　　热处理过程中的保温时间，主要为了使工件表面与心部材料的温度趋于一致，并获得均匀的奥氏体组织，以便在冷却转变时得到良好的组织和性能。 　　亚共析钢在室温下组织为P+F，加热到AC1时，P转变为A，进一步加温，F逐渐转变为A。超过AC3时，全部转变为较细的A晶粒，再升温A晶粒长大。 　　过共析钢在室温下组织为P+Fe3C，加热到AC1时，P转变为A，进一步加温，Fe3C逐渐溶入A中。超过Accm时，全部转变为较细的A晶粒，再升温A晶粒长大。 二、奥氏体晶粒长大及其控制 　　奥氏体形成后继续加热或保温，其奥氏体晶粒将会长大。奥氏体晶粒的大小决定了冷却后转变组织的细密程度和性能。奥氏体细小，冷却后转变组织也细小，钢的强度与韧性较高。热处理过程中缺陷也少。 　　不同牌号的钢材，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢材奥氏体晶粒随着加热温度的升高迅速长大，而有些钢材奥氏体晶粒则不容易长大。 1、奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度是衡量晶粒尺寸大小的一种尺度。 　　根据国家的有关标准，将奥氏体晶粒分为12级。00、0—10级。级数越高，表示晶粒越细，钢材的性能余好。实际操作时常通过与标准评级图对比来评定。 　　另一种表示方法用晶粒的尺寸来表示。如：平均直径、单位面积内的平均晶粒数表示。 2、奥氏体晶粒长大 奥氏体晶粒度与加热温度、保温时间有关外，还与奥氏体中碳的含量及合金元素的含量有关。含碳量增加，晶粒长大倾向也增加。在晶界上有残余渗碳体时奥氏体晶粒长大缓慢。 钢中加入合金元素，影响奥氏体晶粒长大。若含有钛、钒、铝等易于形成稳定碳化物、氮化物、氧化物的元素，则可阻止奥氏体晶粒的长大。 　　在冶炼过程中若采用铝脱氧的钢为本质细晶粒钢，用锰、硅脱氧的钢为粗晶粒钢。 3、奥氏体晶粒度的控制 (1)控制加热温度 (2)控制保温时间 (3)控制加热速度 §5—2 钢在冷却时的转变 　　钢材热处理的最终性能取决于奥氏体的冷却过程。加热和保温的过程只是为随后的冷却作准备。 　　常用热处理的冷却方式有两种: 等温冷却:将加热到奥氏体的钢，快速冷却到Ａr1以下某一温度，等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。 连续冷却:将加热到奥氏体的钢，以不同 的冷却速度（炉冷、空冷、油冷、水冷） 连续冷却到室温。 钢材的奥氏体化不同，冷却条件不同，所得到的组织与性能也不同。 一、过冷奥氏体的等温转变 奥氏体过冷至 Ａ1以下成为热力学不稳定状态，必定要发生相 变。但过冷到Ａ1线的奥 氏体并不立即发生转变， 要经过一个孕育期后才开 始转变，在孕育期内，处 于不稳定状态的奥氏体称 为“过冷奥氏体”。 　　过冷奥氏体经过一段等温时间后将转变为稳定的新相。 １、过冷奥氏体等温转变曲线 等温转变曲线是根据过冷奥氏体等温转变前后的组织和性能的变化来测定的。测定方法采用金相法，与铁碳合金状态图测试方法基本相同。 　　将共析钢分成几组，经相同条件奥氏体化后，分