金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 吴惠明 第6章.ppt

第6章 钢的热处理 知识目标： 了解钢在加热和冷却时的组织转变 掌握热处理基本原理及热处理的主要目的和工艺特点 技能目标： 掌握钢的退火、正火、淬火、回火及表面热处理的方法 掌握常用零件的热处理工艺在零件加工过程中的作用和位置 合理安排零件加工工艺路线 第6章 钢的热处理 6.1 概述 6.1.1 热处理的概念 6.1.2 热处理的目的 6.1.3 热处理的作用 6.1.4 热处理分类 6.1.5 热处理工艺 6.1.6 为什么热处理能使钢的性能发生变化 6.1.1 热处理的概念 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能。 所谓热处理，就是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构和性能的工艺。 6.1.2 热处理的目的 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理不仅可以改进钢的加工工艺性能，更重要的是可显著提高钢的力学性能，充分发挥钢材的潜力，延长工件的使用寿命，减轻工件自重，节约材料，降低成本。 6.1.3 热处理的作用 ★热处理的作用：挖掘材料潜能，减少零件重量；提高产品质量，延长零件使用寿命。 6.1.4 热处理分类 钢的热处理的最基本的类型可根据加热和冷却方式不同，大致分为以下几类： 6.1.5 热处理工艺 热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段组成，并可用温度-时间坐标图来表示，如图所示为热处理工艺曲线。 加热分为两种：一种是在温度临界点A1线以下的加热，此时不发生向奥氏体转变；另一种是在温度临界点A1线以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。 保温的目的 是要保证工件热透并防止脱碳和氧化等。保温时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。 冷却 是热处理的最终工序，也是热处理最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织，从而获得不同的性能。 6.1.6 为什么热处理能使钢的性能发生变化 根本原因是由于铁具有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与晶格结构变化。不同的加热温度、不同的冷却速度会得到不同的组织，因而可得到不同的性能。 6.2 钢在加热时的转变 6.2.1 钢的奥氏体化 6.2.2 奥氏体晶粒的长大 6.2.3 影响奥氏体晶粒长大的因素 6.2 钢在加热时的转变 6.2 钢在加热时的转变 A1、A3和Acm是在极其缓慢加热和冷却条件下测得的临界点，又叫平衡临界点。 由于过热和过冷现象的影响，加热时温度偏向高温，冷却时偏向低温，这种现象称为滞后。 通常加热时的临界点用符号Ac1、Ac3、Accm表示；冷却时的临界点用符号Ar1、Ar3、Arcm表示。 6.2.1 钢的奥氏体化 通过加热获得奥氏体组织的过程称为奥氏体化。 共析钢的奥氏体形成过程分为以下四个阶段，即晶核形成、晶核长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。 6.2.2 奥氏体晶粒的长大 不论原来钢的晶粒是粗或是细，通过加热时的奥氏体化，都能得到细小晶粒的奥氏体。但是随着加热温度的升高，保温时间的延长，奥氏体晶粒会自发地长大。加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大。晶粒的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行的。 6.2.3 影响奥氏体晶粒长大的因素 1.奥氏体晶粒度的概念 晶粒度是表示晶粒大小的一种尺度。根据奥氏体形成过程和晶粒长大情况奥氏体晶粒度可分为：起始晶粒度，实际晶粒度和本质晶粒度。 为了测定或比较钢的实际晶粒大小，把试样在金相显微镜下放大100倍，然后与标准晶粒号（图6-5）比较以确定其等级。标准晶粒度分为8个等级。1级最粗，8级最细。其中晶粒度在1～4级的钢为粗晶粒钢，5～8级的钢为细晶粒钢。 2. 影响奥氏体晶粒长大的因素 （1）加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。 （2）加热速度 加热速度越快，奥氏体形核率越高，晶粒越细小。 （3）奥氏体中碳的质量分数 奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒的长大倾向增大。 （4）合金元素 形成稳定碳化物的元素（如钛、钒、铌、锆、钨、钼、铬等），形成不溶于奥氏体的氧化物及氮化物的元素（如铝），促进石墨化的元素（如硅、镍、钴），以及在结构上自由存在的元素