工程学第5章讲义.ppt

第5章;钢的热处理是通过不同的加热、保温和冷却方式，以改变其整体组织或表面组织和表面成分，从而得到所要求性能的一种加工工艺。 钢的热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。 特点：不改变材料形状和尺寸，在固态下进行。;为简明表示热处理的基本工艺过程，通常用温度—时间坐标绘出热处理工艺曲线。 ;热处理的基本要素 热处理工艺三大基本要素：加热、保温、冷却。三大基本要素决定了材料热处理后的组织和性能。 【加热】热处理第一道工序。不同材料的加热工艺和加热温度都不同。加热分为两种：一种是在临界点A1以下的加热，此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。 【保温】目的是保证工件烧透，防止脱碳、氧化等。保温时间和介质的选择与工件尺寸和材质有直接关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。 【冷却】热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。 ;其他热处理;§5-2 钢在加热时的组织转变;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。;(1)奥氏体形核 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。 (2)奥氏体晶核长大 奥氏体晶核形成后，依靠铁、碳原子扩散，使铁素体不断向奥氏体转变（?-Fe ? ?-Fe晶格重构），渗碳体不断溶入到奥氏体中。 (3)残留渗碳体的溶解 铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。 (4)奥氏体均匀化 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的奥氏体。;亚共析钢的加热过程：;奥氏体形成是通过形核与长大实现的，凡是影响形核与长大的因素，都影响奥氏体的形成速度。 (1) 加热速度的影响 加热速度↑，奥氏体化温度↑，过热度↑，相变驱动力↑； 同时由于奥氏体化温度↑，原子扩散速度↑，形核与长大的速度↑，从而加快奥氏体的形成。 ;(2) 化学成分的影响 钢中含碳量↑，碳化物数量↑，F和Fe3C的相界面↑，奥氏体晶核数↑，其转变速度↑。 钢中的合金元素不改变奥氏体的形成过程，但能影响奥氏体的形成速度。因为合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的奥氏体形成速度一般比碳钢慢，尤其高合金钢，奥氏体化温度比碳钢要高，保温时间也较长。; (3) 原始组织的影响 钢的原始组织中碳化物分散度越大，相界面越多，形核率越大；原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致奥氏体形成速度加快。 片状P比粒状P的奥氏体形成速度快，原因是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。 ;§5-2-3 奥氏体晶粒的长大及其影响因素;不同牌号的钢，奥氏体晶粒的长大倾向是不同的。有些钢的奥氏体晶粒随着加热温度升高会迅速长大，称为“本质粗晶粒钢” ；而有些钢的奥氏体晶粒则不容易长大，只有加热到更高温度时才开始迅速长大，称为 “本质细晶粒钢”。 晶粒度在1～4级的为本质粗晶粒钢，5～8级为本质细晶粒钢。;(2) 影响奥氏体晶粒大小的主要因素 ①加热温度 加热温度越高，保温时间足够长，奥氏体晶粒越容易自发长大粗化。当加热温度确定后，加热速度越快，相变时过热度越大，相变驱动力也越大，形核率提高，晶粒越细，所以快速加热，短时保温是实际生产中细化晶粒的手段之一。加热温度一定时，随保温时间延长，晶粒也会不断长大。但保温时间足够长后，奥氏体晶粒就几乎不再长大而趋于相对稳定。 ②钢的化学成分 碳：钢中碳以固溶态存在时，C↑，奥氏体晶粒长大倾向增大；碳以碳化物形成存在时，有阻碍晶粒长大的作用。 钢中合金元素：碳化物形成元素能阻碍晶粒长大，非碳化物形成元素有的阻碍晶粒长大（如：Cu、Si、Ni等），有的促进晶粒长大（如P、Mn）。;随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。 §5-3-1 珠光体类型组织转变 共析成分的奥氏体在A1～550℃温度范围内等温停留时，将发生珠光体转变，形成铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物——珠光体。通常所说的珠光体就指这一类。因转变的温度较高，也称高温转变。 根据珠光体片间距不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体。 ;(1) 珠光体 形成温度为A1～650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。;(2) 索氏体 形成温度为650～600℃，片层较薄，800～1000倍光镜下可辨，用符号S表示。;(3