热处理工艺学课件.ppt

第七章 钢的热处理原理 钢的热处理是通过钢在固态下的加热、保温和冷却改变钢的内部组织，从而改变性能的一种工艺方法. 钢经热处理后，内部组织的转变--相变，是热处理的基础。制定热处理工艺的根据，就是通过钢中固有的内在相变，确保获得相应于预期性的的组织。要掌握钢的热处理工艺，必须掌握钢的相变规律以及它和外界工艺条件间的相互关系． 第一节 钢在加热时的组织相变 由铁碳相图可知 PSK(A1)、GS(A3) 、 ES (A c m)是在极其缓慢加热或冷却时的组织转变温度。而在实际生产中，其组织转变温度随加热或冷却速度的变化而变化的。加热速度愈大，其临界温度升高愈多，反之，冷却速度愈大，则临界温度也降低愈多。所以，实际发生组织转变的温度和状态图所示的临界点 A1、A3、 A c m 二之间是有一定偏离的。通常，把加热时的临界点标为 A c1、Ac3 、 A c c m ；冷却时的临界点标为 A r1 、 A r 3、 A r c m 。 一、钢在加热时奥氏体的形成 以共析钢为例,当加热温度在A c1以上,珠光体转为奥氏体.由于铁素体、渗碳体与奥氏体不仅晶格类型不同,而且含碳量也相差较大。因此， 这一转变过程必然伴随着晶格改变和碳原子的重新分布，而这两者之间又是依靠铁原子和碳原子的扩散过程来完成的。为此，奥氏体的为形成过程也遵循金属结晶的一般规律即生核及长大过程。具体转变过程通过以下三个步骤完成的： 1.奥氏体晶核的形成和长大 珠光体向奥氏体的转变，首先在铁素体和渗淡体相界面处形成奥氏体晶核。因为，相界面处约原子是按铁素体与渗碳沐两种晶格的过渡结构排列着，很不规则，原子偏离平衡位置处于畸变而具有较高能量状态。这就有利于铁原子的扩散和碳原子的扩散和聚集，为新相奥氏体形核提供了良好的条件，奥氏体晶核形成后，其长大在两个方向上进行。 铁素体方向上奥氏体的长大依靠奥氏体-铁素体相界面的推移来完成。这种相界面的推移引起铁素体向奥氏体溶解，使铁素体相对量不断减少；在渗碳体方向上也发生相界面的推移和长大，引起渗碳体的溶解使渗碳体相对量不断减少。而新相奥氏体的相界面的推移是通过铁原子和碳原子的扩散来进行的。 2.剩余渗碳体的溶解 由于渗碳体的晶体结构和含量碳都与奥氏体差别很大，故渗碳体溶解入奥氏休，必然落后于铁素体向奥氏体的转变。在铁素体完全转变为奥氏体后，仍有部分渗碳体尚未溶解。这部分渗碳体还需要经过一段时间才能溶解完毕。 3.奥氏体成分的均匀化 在刚形成的奥氏体晶粒中，由于原来是渗碳体片层的地方比原来是铁素体片层地方的碳浓度要高些，碳原子的扩散就需要一定的时间，最后才能得到均匀的奥氏体晶粒。因此，钢在加热时需要一定的保温时间。这不仅是为了使工件烧透（心部和表面温度一致），而且是为了获得成分均匀的奥氏体晶粒，以便在冷却时获得良好的组织和性能。 亚共析钢和过共析钢不同的是，在组织中除了珠光体外，正有铁素体或二次渗碳体。所以，亚共析和过共析钢加热时，在珠光体转变成奥氏体后，还有铁素体或二次渗碳体向奥氏体转变或溶解的过程。 二、影晌珠光体向奥氏体转变速度的因素 1.加热温度、加热速度的影响 加热温度越高，奥氏体形成越迅速，珠光体向奥氏体转变所需的时间越短 . 这是因为加热温度高，原子扩散速度增大。与此同时，残余碳化物的溶解以及奥氏体均匀化的时间也将大大缩短。 加热速度越快，珠光体向奥氏体转变开始温度越高，转变所经历的时间越短。高温快速加热时，由于奥氏体形成时间极短，又加之随着温度的升高形核率的增加远大于其长大线速度的增加，所以只要正确地控制加热时间，尽管加热温度很高依然可以得到细晶粒的组织. 2 .碳和合金元素的影响 钢中的含碳量越高，渗碳体的数量越多，铁素体与渗碳体的相界面也越多，使奥氏体生核的基地增多，从而使奥氏体形成的速度加快。 钢中的合金元素除钴外，大多数合金元素都会减慢碳在奥氏休中的扩散速度，大大延缓了奥氏体的形成速度。碳化物形成元素，将会增加碳化物的稳定性，使碳化物不易溶解，而增加残余碳化物的数量。它的溶解只有在更高的温度和更长的时间内才能完戎。如果碳化物聚集成大块状，或形成特殊碳化物，则即使延长加热时向也不能使其充分溶解，将造成奥氏体中含碳量及合金化程度的降低。 由于不同的合金元素和铁、碳的亲和力不同，因而它们在铁素体和碳化物中的分布也不同。非碳化物形