金属材料 第三章.ppt

第三章　钢的热处理 学习要求 1．熟悉工程材料常见的强化方式，了解其机理； 2．明确工程材料强韧化的基本途径； 3．掌握钢铁热处理的基本原理，并熟悉常见热处理工艺的工艺特点及适用范围等； 4．充分认识合金元素在钢中的作用（即钢的合金化原理）。 重点、难点：钢铁材料强化的主要途径： 1． 对钢铁材料实施热处理。 2．通过调整钢的化学成分，加入合金元素，以改善钢的性能。 §3.1　钢的热处理基础 一、概述 热处理是改善钢的使用性能和工艺性能最重要和最基本的方法。钢在加热和冷却是的组织转变理论，是钢的热处理的基础。大多数机器零件都必须进行各种热处理才能使用。 钢的热处理：是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。 热处理的目的：是显著提高钢的力学性能，发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和寿命。还可以作为消除毛坯（如铸件、锻件）中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。 热处理是强化钢材，充分挖掘材料潜力、提高质量的有效手段。热处理的方法很多，但其过程均是由加热、保温、冷却三个基本环节组成的，一般用热处理工艺曲线来描述，　　　　　 依据热处理加热与冷却方式不同1.整体热处理：是指对工件整体进行穿透加热的热处理，包括淬火、回火、正火、退火 2.表面热处理：是指为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。 3.化学热处理：是指将工件置于适当的活性介质中加热，保温、使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分，组织和性能的热处理。主要包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。 钢在加热阶段的转变由于加热温度、保温时间和冷却速度的不同，钢会产生不同的组织转变。 铁碳合金状态图中，钢的组织温度转变临界温度A1、A3、Acm是在极其缓慢的加热或冷却条件下测定的。然而实际热处理过程中加热或冷却的速度都比较快，存在一定的热过度或冷过度。通常将加热时的实际相变温度加注字母 c，如Ac1、Ac3、Accm，将冷却时的实际相变温度加注字母r，如Ar1、Ar3、Arcm （1）奥氏体的形成 在Fe-Fe3C相图中，共析钢加热到Ac1（PSK线）以上，其组织完全转变为奥氏体；亚共析钢和过共析钢必须加热到A3（GS线）和A㎝（ES线）以上才能全部转变为奥氏体。 奥氏体的形成是通过形核与长大过程来实现的，其转变过程分三个阶段：如图1.3.2示： 2、奥氏体晶粒度及其影响因素 钢在加热时，奥氏体的晶粒大小直接影响到热处理后的性能。加热时奥氏体晶粒细小，冷却后组织也细小；反之，组织则粗大。 钢材晶粒细化，既能有效地提高强度，又能明显提高塑性和韧性，这是其它强化方法所不及的。 2）合金成分：若在钢中加入一些形成碳化物的合金元素（铬、钨、钼、钒、钛…），由于形成的碳化物分布在奥氏体的晶界上，可有效地阻止晶粒长大。 3）合理选择原始组织：原始组织愈细，晶粒愈细。 注：锰和磷是促进奥氏体晶粒长大的元素，必须严格控制热处理时加热温度，以免晶粒长大而导致工件的性能下降。 钢的加热并不是最终目的，而冷却过程是热处理的关键阶段，它决定着钢热处理后的组织与性能。（在实际生产中，钢在热处理时采用的冷却方式通常是两种。一种是等温冷却，另一种是连续冷却。 过冷奥氏体的等温转变：反映了过冷奥氏体在等温冷却时组织转变的规律。 如图1.3.4所示：共析钢的C曲线，可将其分成5个区域：A1线以上是稳定的奥氏体区；曲线左边为过冷奥氏体区；曲线右边是奥氏体转变产物区；两曲线中间为过冷奥氏体＋转变产物混合物；在Ms—Mf之间为马氏体区。 过冷奥氏体在各个温度下的等温转变并非瞬间就开始的，而是经过一段“孕育期”（即转变开始线与纵坐标的水平距离）。孕育期的长短反映了过冷奥氏体稳定性的大小，孕育期最短处，过冷奥氏体最不稳定，转变最快，这里被称为C曲线图的“鼻端”。在靠近A1和MS线的温度，孕育期较长，过冷奥氏体稳定性较大，转变速度也较慢。 共析钢的奥氏体在A1温度以下不同温度范围内会发生三个不同类型的转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。 （2）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能 1）珠光体转变：珠光体、索氏体、屈氏体、 2）贝氏体转变：上贝氏体、下贝氏体、马氏体 亚共析钢在过冷奥氏体转变为珠光体之前，首先析出共析相铁素体，所以在C曲线上还有一条铁素体析出线，如图1.3.5所示。 过共析钢在过冷奥氏体转变为珠光体之前，首先析出共析相二次渗碳体，所以C曲线上还有一条二次渗碳体析出线，如图1.3.6所示。 （1）过冷奥氏体连续冷却转变（如图3－5所示） 连续冷却转变曲线只P、M转变区，无B转变区。Ps、Pf为过冷奥氏体向珠光体转变的开始线和终了线。AB线是珠光体的停止转变线。当冷却曲线与AB线相交时，过冷