第5章金属的热处理分析.ppt

第 5章 钢的热处理 改善和提高钢的性能，有两个主要途径：一是调整钢的化学成分，加入合金元素，即合金化；另一是对钢实施热处理。这两者之间有着极为密切、相辅相成的关系。合金化在合金钢章节中作介绍。本章介绍“钢的热处理”。 概 述 一、热处理概念： 是指将钢在一定介质中加热、保温和冷却，改变钢的组织，从而改变钢的性能的一种加工工艺。 热处理的工艺曲线示意图 二、热处理的特点： 只改变钢的组织和性能，不改变其形状（大多情况下）。 只适用于固态下发生组织相变的材料。 三、分类 四、加热和冷却时的临界温度 第 1 节 钢在加热时的组织转变 为获得所要求的性能，对于大多数热处理工 艺(如淬火、正火、普通退火等)，其加热温度应 高于钢的临界点A1或A3，使钢具有单相奥氏体组织，然后以—定的冷却方式冷却，以获得所要求的组织和性能。加热(及保温)获得奥氏体组织的这一过程称为奥氏体化。 一、奥氏体的形成过程 由相图知，共析钢在A1温度以下加热时，相组成保持不变。加热到Al点以上时，珠光体全部转变为奥氏体。对亚共析(过共析)钢，当缓慢加热到A1稍上温度后，除珠光体全部转变为奥氏体外，还有少量先共析铁素体(渗碳体)转变为奥氏体。此时钢由先共析铁素体(渗碳体)加奥氏体两相组成，继续升温，先共析铁素体(渗碳体)不断向奥氏体转变。当温度升高到A3(Acm)点以上时，先共析相全部转变为奥氏体，此时钢中只有单相奥氏体存在。奥氏体的形成是通过形核及长大过程来实现的，基本过程可以描述为四个步骤，如图所示。现以共析钢为例说明。 1. A 晶核的形成：在F和Fe3C界面形成。原因有： （1）F和Fe3C界面处碳原子含量差大，有利于A晶核形成所需的碳含量； （2） F和Fe3C界面处原子排列不规则，Fe原子可通过短程扩散发生点阵重组； （3） F和Fe3C界面处，位错、空位密度高。 2. A晶核长大。 3. 残余Fe3C溶解—在A形成过程中F先消失。 4. A均匀化--C的均匀化。 二、影响奥氏体形成速度的因素 (一)温度 随着奥氏体形成温度的提高，原子的扩散能 力增大，特别是碳原子在奥氏体中的扩散能力增 大，同时，铁碳合金相图中GS线与ES线之间的距 离增大，即增大了奥氏体中碳的含量梯度，从而 加速了奥氏体的形成。在各种影响奥氏体形成的 因素中，温度的作用最为强烈，因此控制奥氏体 的形成温度十分重要。 (二)钢的成分 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度愈快。 因为碳含量高，碳化物数量多，增加了铁素 体与渗碳体的相界面，增加了奥氏体形核部位， 因而在相同加热温度下奥氏体的形核率增加。加 之碳原子扩散距离的减小，因此增加了奥氏体的 形成速度，钢中加入合金元素并不改变奥氏体形 成的基本过程，但显著影响奥氏体的形成速度。 (三)原始组织 若钢的成分相同，原始组织中碳化合物分散度愈大，相界面愈多，形核率便愈大，珠光体片间距愈小，奥氏体中碳含量梯度愈大，碳的扩散速度便愈快，碳化物分散度大使碳原子扩散距离缩短，奥氏体晶核长大速度增加。 原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快。 因此，粒状珠光体与片状珠光体相比，由于片状珠光体的相界面较大，渗碳体较薄，易于溶解，加热时奥氏体容易形成。 (四)加热速度 在连续加热时，随着加热速度的增大奥氏体形成的温度升高，温度范围扩大，形成所需的时间缩短。 三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素 (一)奥氏体晶粒度概念 根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况奥氏体晶粒度可分为起始晶粒度、实际晶粒度和本质晶粒度 起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变为奥氏体时的奥氏体晶粒度。一般情况是，奥氏体的起始晶粒度比较小，继续加热或保温将使它长大。 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。直接影响钢的性能。实际晶粒度一般总比起始晶粒度大，因为热处理生产中，通常都有一个升温和保温阶段，就在这段时间内，晶粒有了不同程度的长大。 本质晶粒度是指钢在加热时的长大倾向，奥氏体晶粒长大倾向大的钢称为本质粗晶粒钢。奥氏晶粒长大倾向小的，称为本质细晶粒钢。所以“本质晶粒度”并不是指具体的晶粒大小，是表示某种钢的奥氏体晶粒长大的倾向性。 (二)奥氏体晶粒长大及其影响因素 奥氏体晶粒长大，伴随着晶界总面积的减少，使体系自由能降低，高温下奥氏体晶粒长大是一个自发过程。 1.温度:奥氏体化温度越高,晶粒长大越明显。