【2017年整理】武汉理工工程材料7二2.4.1-2.4.2.ppt

2.4 钢的热处理 The heat treatment of steels 热处理的概念 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70-80%。 热处理的特点（区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等）：只通过改变工件的组织来改变性能，不改变工件的形状。 零件的生产工艺过程及热处理在其中的作用 热处理的内容（包含两部分）： 热处理原理：描述热处理过程中钢的组织转变规律。 热处理工艺：根据热处理原理而制定的工艺参数（如温度、时间、介质等）。 2.4.1 钢在加热时的组织转变 转变温度 A形成 影响A转变速度的因素 A的晶粒度 A晶粒度的影响因素 加热是热处理的第一道工序。 加热分两种： 一种是在临界点A1以下加热，不发生相变； 一种是加热到临界点A1以上，发生相变，目的是获得均匀的奥氏体组织，称为奥氏体化。 转变温度( transformation temperature ) 第一步 奥氏体晶核的形成：加热到Ac1以上时，A晶核首先在F与Fe3C相界形核。 第二步 奥氏体晶核的长大：A晶核通过原子的扩散向F和Fe3C方向长大。 第三步 残余Fe3C的溶解: 铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而首先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。 第四步 奥氏体成分的均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位的碳含量仍很高，需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。 由于先共析F或二次Fe3C的存在，要获得全部的奥氏体组织，必须相应地加热到Ac3或Accm以上才能获得单一的A组织。 ⑴加热温度和保温时间: 加热温度提高、保温时间延长，碳原子扩散速度增加，奥氏体转变速度↑。 ⑵加热速度: 加热速度越快，过热度越大，形核率越高，实际转变温度越高，所需时间越短，奥氏体转变速度↑ 。 ⑶合金元素：A化速度↑或↓（合金钢）。 Co、Ni 等↑奥氏体转变速度； Cr、Mo、V等↓奥氏体转变速度； Si、Al、Mn等不影响。 ⑷钢中碳质量分数： 钢中C%↑，Fe3C量增加→ F和Fe3C界面多，形核多→ 转变↑。钢中碳质量分数高， ⑸原始组织：相界面多，形核多 → 转变↑。 层片状组织比球状组织的界面多，形核多 → 转变↑ Fe3C的片间距↓→ 界面多，形核多→ 转变↑。 A晶粒度及其影响因素 奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒进一步长大，这是一个自发的过程。 如果奥氏体晶粒粗大，冷却后得到的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。如果奥氏体晶粒细小，冷却后得到的组织也细小，钢的常温力学性能较好。 因此，加热得到细小而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。 根据标准晶粒度等级图，1-4级为粗晶粒度，5-8级为细晶粒度。 钢本质晶粒度示意图 A晶粒度的影响因素 （1）加热温度和保温时间 →随着加热温度↑，保温时间↑，晶粒长大，晶粒尺寸↑。 （2）钢的成分 → A晶粒度↑或↓ 。 ①钢中溶解的碳含量↑，晶粒长大倾向↑ ，晶粒尺寸↑； ②若碳以碳化物形式存在，阻碍晶粒长大，使晶粒尺寸↓； ③合金元素若形成稳定碳化物或氧化物或氮化物，阻碍晶粒长大，使晶粒尺寸↓； ④杂质元素Mn、P促进晶粒长大，使晶粒尺寸↑。 2.4.2 钢在冷却时的组织转变 钢热处理时的冷却方式 过冷奥氏体的等温冷却转变 过冷奥氏体的连续冷却转变 钢热处理时的冷却方式 过冷奥氏体等温转变曲线：奥氏体急速冷却到临界点A1 以下，在各个不同的温度下等温保持，是描述等温转变量与转变时间之间关系的曲线，称为C 曲线（根据曲线形状），又称为TTT曲线。 共析钢 TTT 曲线建立过程示意图 C曲线的分析 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小。 孕育期最小处称为C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃。 在鼻尖以上，温度较高，但过冷度较小， 相变驱动力（制约因素）较小。 在鼻尖以下，温度较低，扩散（制约因素）困难，从而使奥氏体稳定性增加。 先看横坐标（时间轴）孕育区 →转变区 →产物区再看纵坐标（温度轴）高温转变区→中温转变区→低温转变区 珠光体转变 Transformation of austenite(A) into pealite(P)