钢的热处理[精选].ppt

* * 第四章 钢的热处理 引言 材料的性能可以通过下面方法得以改善 1. 在钢铁的冶炼过程中，加入所需的合金元素； 2. 对材料进行后续处理——热处理 热处理：对金属材料在不同的固态温度范围内进行加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。 保温 加热 冷却 时间 温度 提供组织准备 通过改变冷却速度，控制组织中成分和结构变化，获得相应组织和性能 §1 钢在加热时的组织转变 一、加热温度的确定 亚共析钢: Ac3+(20~40 ℃) 共析钢: Ac1+(20~40 ℃) 过共析钢: Accm+(20~40 ℃) 保温 加热 冷却 时间 温度 二、奥氏体的形成——以共析钢为例 F (0.0218) +Fe3C（6.69） A（0.77） 面心立方 体心立方 正交晶格 1.晶格改组 2.碳原子的再分布 G 0.77 2.11 含碳量（%） A E P S Q 0.0218 A1 Ac1 A3 Accm Ac3 Acm P F Fe3C A F A Fe3C 奥氏体晶核的形成 奥氏体晶核的长大 残余Fe3C的溶解 奥氏体成分均匀化 奥氏体化过程: 影响奥氏体形成速度的因素 a.加热温度和加热速度 b.原始组织 (含碳量) c.合金元素 影响奥氏体晶粒大小的因素 a.加热温度和保温时间。加热温度越高，保温时间越长，晶粒就越粗大 b.钢的化学成分。碳含量增加，晶粒有长大的倾向；合金元素磷（P）、锰（Mn）促进奥氏体晶粒长大，其它易形成稳定难溶化合物的合金均阻碍奥氏体晶粒长大。 §2 钢在冷却时的组织转变 G 0.77 2.11 含碳量（%） A E P S Q A1 Ar1 A3 Arcm Ar3 Acm 0.0218 P 过冷奥氏体 连续冷却 等温冷却 时间 温度 加热温度 临界温度 过冷奥氏体的两种冷却方式 一. 过冷奥氏体的等温转变曲线（C曲线） 金相法 过冷奥氏体 孕育期 转变开始 转变过渡区（过冷奥氏体和转变产物） 转变结束（转变产物：珠光体（＞550℃）； 贝氏体（＜ 550℃）； 马氏体（Ms与Mf 之间） 1. 珠光体转变——高温转变（A1~550℃） 珠光体形成示意图 等温转变形成的珠光体组织 ２. 贝氏体转变——中温转变（550℃~Ｍs） 上贝氏体形成示意图 下贝氏体形成示意图 上贝氏体： （550℃~350 ℃） 下贝氏体： （350℃~Ｍs） 贝氏体组织形态与性能 1）上贝氏体（图4-8）： 2）下贝氏体（图4-9） ： 组织呈羽毛状，为一束大致平行的铁素体板条，碳化物呈棒状或片状分布在铁素体板条间。 强度较低，塑性和韧性都很差，不适用于机械零件． 组织内铁素体呈针状，碳化物细小且均匀弥散分布在铁素体内。 强度和硬度高，且具有良好的塑性和韧性，综合力学性能较好。 马氏体转变是将奥氏体快速冷却到Ms温度以下得到的组织。 3. 马氏体转变——低温转变（Ｍs~Ｍf ） 马氏体转变的特点： 1）在较低的温度下进行，Fe及 C原子都不能进行扩散，因此马氏体实际是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，晶体结构仍为体心结构，但由于碳的溶入使原体心立方结构变成体心正方结构，即C轴伸长。 2）马氏体转变的非恒温性。奥氏体温度降到Ms点以下任一温度时，马氏体转变以极大速度进行，但转变很快停止。为了使转变继续进行，必须继续降低温度。当温度降到某一温度以下时，虽然马氏体转变量未达到100%，但转变已不能进行，该温度称为马氏体转变终了温度，用Mf 表示。此时将有一部分奥氏体未转变而被保留下来，称为残余奥氏体。 马氏体的组织形态 （1）板条状马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成的一种马氏体。由许多马氏体板条集合而成。马氏体板条的立体形态可以是扁条状，也可以是薄板状。内部存在大量位错—位错马氏体 （2）片状马氏体：常在中、高碳钢析出。立体外形呈双凸透镜状，与试样磨面相截则呈针状或竹叶状，所以又称针状马氏体。亚结构主要为孪晶—孪晶马氏体。 板条状马氏体 片状马氏体 马氏体组织的性能 10 1 66 2000 2300 片状马氏体（1.0%） 60 9 50 1300 1500 板条马氏体（0.2%） αk /（J/cm2） δ /% HRC σ0.2 /MPa σb /MPa 马氏体类型 1.马氏体具有高强度和高硬度，随着含碳量增加，马氏体的硬度也增加。 2.马氏体的塑性和韧性均与含碳量有关。高碳马氏体（片状马氏体）晶格畸变较大，有许多显微裂纹，塑