机械工程材料第五章.ppt

第五章 钢的热处理;热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺. 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。 实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结构发生了变化，从而改变了其性能； 目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能； 作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，延长零件寿命；;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%。;热处理特点: 热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。 ;根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：; ;一、钢的奥氏体化 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。 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。;第一步 奥氏体晶核形成：首先在?与Fe3C相界形核。 第二步 奥氏体晶核长大：? 晶核通过碳原子的扩散向? 和Fe3C方向长大。 第三步 残余Fe3C溶解: 铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。 第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。 ;共析钢奥氏体化过程;亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析? 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上.(完全奥氏体化与不完全奥氏体化);二、奥氏体晶粒长大及其控制 随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。 （一）奥氏体的晶粒度 晶粒度 晶粒度的重要性：奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。 ;晶粒大小的两种表达方法： 晶粒尺寸 晶粒号N??将放大100倍的金相组织与标准晶粒号图片进行比较。大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。 ;;（二）奥氏体晶的长大倾向 奥氏体长大倾向。 起始晶粒度：奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。 实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能 本质晶粒度：钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。 ;（三）奥氏体晶粒长大的影响因素及控制 加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长, ? 晶粒粗大。但随时间延长，晶粒的长大速度越来越慢。 加热速度：加热速度越快,过热度越大, 形核率越高, 晶粒越细，生产中常快速加热，短时保温。 合金元素： 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。;阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。只有温度超过一定值时，奥氏体才突然长大。 由于常用的奥氏体加热温度在800~930℃，该类钢均可以得到细小的晶粒。 ;第二节 钢在冷却时的转变;冷却的方式 连续冷却：使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变 等温冷却：使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到Ar1以下某温度保温，在等温下发生组织转变。 ;一、过冷奥氏体的等温转变 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。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。 ; 过冷奥氏体的等温转变图，又称C 曲线、S 曲线或TTT曲线。;1、C曲线的建立 以共析钢为例： 取一批小试样并进行奥氏体化。 将试样分组淬入低于A1 点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬入水中。 ;;测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。 将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度—时间坐标中，并分别连线。 转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连线称转变终了线。 冷却到230以下将发生马氏体转变。;2、C 曲线的分析 转变区域 A1-Ms 间及转变开始线以左的区域为过冷奥氏体区。 转变终了线以右及Mf以下为转变产物区。 两线之间及Ms与Mf之间为转变区。; 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，相变驱动力小。 在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从