第三章 钢的热处理原理与工艺.pdf

陶静梅_金属材料及热处理学课程内容，自行整理，请勿乱传。——Y.Z. 第三章 钢的热处理原理与工艺 引言： 1. 同一种材料热处理工艺不一样其性能差别很大，原因是不同热处理后的内部组织截然不同 2. 热处理工艺or制度选择要根据材料的成分 3. 热处理工艺中三大基本要素：加热、保温、冷却 ①加热：临界点A 以下加热，不分手组织变化；临界点A 以上加热，获得均匀的奥氏体 1 1 组织 ②保温：热处理的中间工序，既要保证工件烧透，又要防止脱碳氧化。保温时间和介质的 选择与工件的尺寸和材质有直接的关系 ③冷却：冷却是热处理最终最重要工序 4. 基本类型 ①普通热处理：退火、正火、淬火、回火； ②表面热处理：感应加热表面淬火、火焰……、电接触……、渗碳、丹华、碳氮共渗； ③其他热处理：可控气氛热处理、真空……、变形…… 一、钢在加热时的组织转变 奥氏体化：钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体的过程 1. 奥氏体的组织结构 ●奥氏体的组织：由等轴状的多边形晶粒所组成，晶内常可出现相变孪晶 ●晶体结构：FCC，碳溶于γ-Fe八面体间隙的中心 由于C原子半径大于八面体间隙，晶格畸变致使C在A 中的最大溶解度仅为2.11%， 同时C在A 中存在C 的浓度起伏。注：合金元素Mn、Si、Cr、Ni、Co是置换固溶体， C是间隙固溶体 ●奥氏体的存在形式 高温：钢中高温稳定相； 室温：在钢中加入足够量的能扩大γ相区的元素，可使A在室温称为稳定相 ●奥氏体的力学性能： 硬度、屈服强度均不高； 塑性好，度按照加工常要求在A稳定存在的高温区域进行 ●奥氏体的物理性能： FCC为最密排的点阵结构，A 比容最小； A导热性差，加热速度不宜过大，避免热应力过大引起工件变形； A线膨胀系数大； 单相A具有耐腐蚀性； 具有顺磁性； A 中Fe原子自扩散激活能大 2. 奥氏体的形成 2.1 形成条件 加热or冷却时会有滞后（热滞/冷滞）现象，速度越快滞后越明显。加热的临界点角标c：A 、 c1 A 、A ，冷却角标r：A 、A 、A c3 ccm r1 r3 rcm -1- 陶静梅_金属材料及热处理学课程内容，自行整理，请勿乱传。——Y.Z. 驱动力：新旧两项自由能之差 2.2 形成机制 奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体均匀化 （1）奥氏体形核 地点：F与Fe C 的交界面 3 原因：①浓度起伏：界面两边的C浓度差最大； ②结构起伏：界面上原子排列叫不规则； ③能量起伏：界面上杂质及缺陷较多，且界面本已存在，此处形核只是将原来的变为新的 （2）奥氏体长大 奥氏体不断向两侧扩展长大（铁、碳区域缩小），直至铁素体消失 片状珠光体受C在A 中的扩散控制；粒状珠光体受C在F 的扩散控制 （3）剩余渗碳体溶解 Fe C与A界面上的C浓度差大，且Fe C本身晶体结构复杂，所以F转变速度高于Fe C溶解速 3 3 3 度，需要一段时间溶解 （4）奥氏体均匀化 原Fe C部位的C含量高，原F部位的C含量低 3 3. 影响奥氏体形成速度的因 3.1 加热温度的影响 ①加热温度越高，起始晶粒度越细 —→ T ↑，扩散↑，形核速度增量＞长大速度增量 ②加热温度越高，残余碳化物数量越多 —→ 向F界面推动速度＞向Fe C界面推动3 3.2 碳含量的影响 ①