第三章 热处理的基本知识.ppt

第三章 热处理的基本知识 改善和提高合金性能的方法虽然很多，但主要是通过调整化学成分、控制冶金质量、冷热加工变形和热处理这四条途径实现的。 热处理可以消除上一工序所产生的缺陷并为下一工序创造条件。更重要的是通过热处理的加热、冷却可使组织结构发生变化，发挥合金元素的固溶作用，进而提高合金的性能。 热处理可分为淬火、正火、退火和回火等工艺。 3.1 铁碳平衡相图及其简介 Fe-Fe3C状态图由三部分构成，左上角为包晶相图，右侧为共晶相图，左下角为共析相图（共析转变的含义稍后介绍）。ABCD为液相线，AHJECF为固相线。可以看出，Fe-C在液态完全互溶，在固相形成有限固溶体，C在δ-Fe和α-Fe中的溶解度很低，最大溶解度分别为0.09%(1495℃)和0.02%(727℃)。碳在γ-Fe中的溶解度较大，最大溶解度为2.11％（1148℃），Ｃ在α-Fe中形成的固溶体称铁素体（记为Ｆ），Ｃ溶解于γ-Fe中形成的固溶体称奥氏体（记为Ａ）。其主要相区见图中所注。在Fe-Fe3C相图中有三个恒温转变，其中包晶转变和共晶转变分别为： 共析转变为固态相变，它是与共晶转变类似的一种恒温转变，只是将其中的液相换成一个固溶体相，可表达为： 即：S成分（含碳量0.77％）的奥氏体在727℃同时析出成分为0.02％Ｃ的铁素体和Fe3C（渗碳体）。因同时析出的铁素体和渗碳体交替呈层片状排列，似贝壳状花纹，故称珠光体（记为Ｐ）。 Fe-C相图中的五个相： (1) 1536℃以上为钢水液相（L）； (2) 1392℃至熔点是体心立方的δ-Fe；对工程上应用的铁碳合金的组织和性能没有什么影响，故不作为铁碳合金的基本相。 (3) 奥氏体（简称γ或A）：奥氏体是727℃以上的平衡相；也称高温相.碳溶于面心立方γ-Fe的间隙固溶体，在1148℃时碳原子在其中的最大固溶度为2.11％C，随着温度降低，碳在γ—Fe中的固溶度下降，在727℃时是0.77％。奥氏体硬度低、塑性高 (4) 铁素体（α或F）：碳溶于体心立方α-Fe的间隙固溶体。纯铁素体的碳含量低(最大为0.02)，而在室温时固溶度几乎为零.所以强度和硬度不高，但塑性和韧性比较好。铁素体是9l 2℃以下的平衡相，也称作常温相。 (5) 渗碳体[C]：钢中的Fe3C相，渗碳体是铁与碳原子结合形成的具有金属性质的复杂间隙化合物。它的晶体结构复杂属于复杂八面体结构，属于正交系，分子式为Fe3C，含碳量6.69％，它硬度很高，塑性极差，是钢中主要强化相。 从液相析出的Fe3C称为一次渗碳体[C1]；从奥氏体中析出的渗碳体称为二次渗碳体[C2]；从铁素体中析出的渗碳体称为三次渗碳体[简称C3]。 3.11. 特性点 纯铁的熔点“A”为1538℃； 一次渗碳体的熔点“D”为1227℃，含6.69%C； 铸铁共晶点“C”为1148℃，含碳量4.3%； “E”点（1148 ℃）是碳在奥氏体中的最大溶度为2.11%C，也是钢与铁的分界线，低于2.11%C者为钢，高者为铸铁； “P”点是碳在铁素体中的最大溶解度，含量为0.021C；“S”为共析点，参数为727℃，0.77%C。 “Q”为碳在室温下铁素体中的最大溶解度 “G”为α－Fe和γ－Fe的转变点（9120C) 3.1.2.特性线 1. ABCD线为液相线； 2. AHJECF线为固相线； 3.ES线是碳在奥氏体中的溶解度线，当碳含量超过此线时，多余的碳以渗碳体形式从奥氏体中析出，二次渗碳体； 4.GS线是冷却时，奥氏体转变为铁素体的开始线（Aγ3），同时也是加热时（AC3 Aγ3）铁素体转变为奥氏体的终了线； 5.GP线是冷却时，奥氏体转变为铁素体的终止线 6.PQ线是碳在铁素体中溶解度线，当超过此线时，Fe3C从铁素体中析出； 7.水平线HJB线是包晶线， LB+δH γJ 8.水平线ECF线是共晶线：（形成莱氏体） Lc γE+Fe3C 9.水平线PSK线是共析线 。 γS αP+ Fe3C 共析混合物（αP+ Fe3C）统称为珠光体 3.2 典型合金结晶过程及室温组织 钢和铸铁 按照组织的不同，习惯将钢和铸铁分为共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铸铁、亚共晶白口铸铁和过共晶白口铸铁等六种典型合金。 杠杠定律 设Cx成分的合金总质量 量为1,t℃时液相L的质量 为wl，固相α的质量为 wα ，则： wl ＝1一wα 即： Wl＋Wα ＝1 WlCl＋ Wα C α=1 Cx (二)亚共析钢 含碳量低于0.77％的 钢均称为亚共析钢。 （三）过共析钢 含碳量在0.