05-钢的热处理-(《工程材料》机械专业)摘要.ppt

第五章 钢的热处理; 改善钢的性能，主要有两条途径： 一是合金化，这是下几章研究的内容； 二是热处理，这是本章要研究的内容。 ;热处理(heat treatment)：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需材料性能的工艺过程。;在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-90%。;热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。;热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律； 热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数。;根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：;预备热处理——为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。 最终热处理——赋予工件所要求的使用性能的热处理。;钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。;加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。;第一步奥氏体晶核形成：首先在?与Fe3C相界形核； 第二步奥氏体晶核长大：? 晶核通过碳原子的扩散向? 和Fe3C方向长大； 第三步剩余Fe3C溶解：铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失；残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失； 第四步奥氏体均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。;亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析?或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。;珠光体向奥氏体转变完成时，奥氏体的晶粒很细小，称此为起始晶粒度； 随着加热温度升高和保温时间延长，会出现晶粒长大现象，在给定温度下的奥氏体晶粒度称为实际晶粒度；;奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响：; 热 加;稳定的奥氏体区;过冷奥氏体在A1到 550℃间将转变为珠光体类型组织； 铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物； 转变温度越低，层间距越小； 根据片层厚薄不同,又细分为珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)。;形成温度为A1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨； 用符号P表示。;形成温度为650～600℃,片层较薄，800～1000倍光镜下可辨；;形成温度为600～550℃，片层极薄，电镜下可辨； 用符号T表示。;珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。;扩散型的形核、长大过程，通过碳、铁原子的扩散和晶体结构的重构来实现； 渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。; 5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变;贝氏体转变也是形核和长大的过程； 贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散； 根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)。;上贝氏体转变过程;光镜下;下贝氏体转变;光镜下;上贝氏体;强化钢的重要途径之一； 非扩散型转变。;当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织； 碳在?-Fe中的过饱和固溶体； 马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中； 铁原子微调整，使原来奥氏体的面心立方晶格改组成体心立方晶格。;板条状、针状； 形态取决于奥氏体的含碳量：;板条马氏体：;在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状； 在电镜下，亚结构主要是孪晶； 高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。;马氏体的硬度主要取决于其含碳量； 含碳量增加，其硬度增加； 当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓； 合金元素对马氏体硬度的影响不大。;主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变，即固溶强化； 转变过程中的大量晶体缺陷和引起的组织细化； 过饱和的碳以弥散碳化物的形式析出。;a.非扩散型 铁和碳原子都不扩散，转变形成碳在α铁中的过饱和固溶体； 因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。;b.共格切变性 由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的； 使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形； 在预先抛光的表面上产生浮凸现象。;c.降温形成;d.形成速度极快 马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。;材料大师——徐祖耀;;共析钢中奥氏体最稳定，C曲线最靠右边，亚共析钢和过共析钢的C曲线相对共析钢C曲线全部左移。;除钴以外，所有合金元素使C曲线右移； 非碳化物形成元素：硅、镍、铜，右移，不改变形状； 强碳化物形成元素：铬、钼、钨、钒、钛