钢的热处理基础.ppt

钢的热处理 钢的热处理 热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。 为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。 钢铁是机械工业中应用最广的材料，热处理不仅提高零件的使用性能，延长其使用寿命，而且还能改善工件的热加工工艺性能，提高加工质量，在机械制造业中占有很重要的地位。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金甚至聚合物材料也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。 热处理的分类 根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，我们可以把热处理工艺分成如下几类： （1）普通热处理：退火、正火、淬火和回火，根据其处理过程是否采取防护及采取的防护方法，又分为五保护气氛热处理、保护气氛热处理、盐浴热处理和真空热处理等。 （2）化学热处理：包括渗碳、氮化、碳氮共渗、软氮化、渗金属等。 （3）表面热处理：仅在材料表面进行热处理，如感应加热、火焰加热、激光加热等各种表面加热处理方式。 （4）复合热处理：将两种或两种以上热处理方式进行复合处理来改善材料使用性能的热处理方式。 第一节 钢的热处理基础知识 奥氏体（austenite）：碳在γ-Fe中的间隙固溶体，具有FCC结构，其中碳在γ-Fe中的最大溶解度成分只有２.１１％。在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小，奥氏体在形成或转变为其它组织时，都会产生体积变化，引起残余应力。此外奥氏体具有顺磁性，而铁素体和马氏体具有铁磁性。 钢的普通热处理主要是奥氏体的转变。因此铁碳相图上奥氏体转变点附近的温度对热处理来讲非常重要。 第一讲 钢的热处理基础知识 第一讲 钢的热处理基础知识 奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体界面处形成，由于此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，容易满足形成奥氏体所需的能量和碳浓度所致。奥氏体形核后，一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接。这使得在奥氏体中出现了碳的浓度梯度，即靠近铁素体一侧碳浓度低，靠近渗碳体一侧碳浓度高，导致碳在奥氏体中由高浓度向低浓度扩散。随着碳在奥氏体中的扩散，破坏了原有的相界面处碳浓度的平衡，形成新的碳浓度的平衡，促使铁素体向奥氏体的转变以及渗碳体的溶解。铁素体消失后，随着保温时间延长或继续升温，残余渗碳体通过碳原子的扩散，不短溶解到奥氏体中，直至全部消失为止。当渗碳体完全溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原来存在渗碳体的区域碳浓度较高，因此，还需要继续延长保温时间，才能获得成分均匀的单相奥氏体。 第一讲 钢的热处理基础知识 如果保温时间过长或温度过高，会导致奥氏体的晶粒急剧长大，冷却后的晶粒也粗大，这种现象称为过热。会使钢的力学性能下降，特别是强度和韧性变差。若加热温度更高，接近固相线时，在钢的晶粒边界上产生氧化或熔化，这种现象叫过烧。过烧的钢力学性能很差，无法使用，只能报废。 第一讲 钢的热处理基础知识 影响奥氏体形成的因素 随着钢中碳含量的增加，铁素体和渗碳体的界面总量增加，有利于加速奥氏体的形成。 合金元素的影响，Ni、Co促进奥氏体的形成；Cr、Mn、Mo、V等阻碍奥氏体的形成。 影响奥氏体晶粒长大的因素 （1）加热温度和保温时间。温度的影响较保温时间更显著。在一定温度下，随着保温时间的延长，奥氏体晶粒长大。 （2）加热速度。加热速度越快，保温时间越短，越能获得细小的晶粒。因为加热速度大，奥氏体转变的过热度大，奥氏体形核率高，起始晶粒越细，高温下保温时间短，晶粒来不及长大，可以获得细晶组织。 （3）化学成分的影响。碳含量，奥氏体长大倾向增加，但当碳含量超过一定限度时，奥氏体晶粒长大倾向反减小。因为碳含量达到一定限度时，钢中会出现二次渗碳体，对奥氏体晶粒的长大有阻碍作用。钢中加入适量形成难熔中间相的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb等，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大达到细化晶粒的目的，而Mn、P则有加速奥氏体晶粒长大倾向。 第一讲 钢的热处理基础知识 珠光体pearlite 珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号P表示，含碳量为wc＝0.77％。在珠光体中铁素体占88%，渗碳体占12%。由于铁素体的数量大大多于渗碳体，所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化退火条件下，珠光体中的渗碳休也可呈粒状，其组织是在铁素体基体上分布颗粒状Fe3C。这样的珠光体