钢材的热处理工艺PPT资料.ppt

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只适用于固态下发生只适用于固态下发生相变的材料相变的材料，不发生，不发生固态相变的材料不能固态相变的材料不能用热处理强化。

用热处理强化。

钢加热时的实际转变温度分别钢加热时的实际转变温度分别用用AcAc11、AcAc33、AcAccmcm表示表示;

冷却时的实际转变温度分别用冷却时的实际转变温度分别用ArAr11、ArAr33、ArArcmcm表示。

表示。

v由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以中的数据是以30-50/h30-50/h的速度加热或冷却时测得的的速度加热或冷却时测得的.l33、临界温度与实际转、临界温度与实际转变温度变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSKPSK、GSGS、ESES线线分别用分别用AA11、AA33、AAcmcm表示表示.l实际加热或冷却时存在着实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将过冷或过热现象，因此将三固态相变的特点11、相变阻力大、相变阻力大新相与母相成分结构的差异。

其新旧相相比必然新相与母相成分结构的差异。

其新旧相相比必然不同。

相变时发生体积变化。

母相是固相新相的形不同。

母相是固相新相的形成必受母相的约束导致应变能。

成必受母相的约束导致应变能。

新旧相相界面原子引起弹性畸变导致应变能。

q所以：

与结晶相、固态相变阻力不但有界面能，还所以：

与结晶相、固态相变阻力不但有界面能，还多了一项应变项。

多了一项应变项。

G=G=ggvvV+SV+Sss+W+WVVv22、新旧相间存在一定的晶体学位向关系新旧相间存在一定的晶体学位向关系在许多情况下，固态相变时新相与母相间往往在许多情况下，固态相变时新相与母相间往往存在一定的取向关系，而且新相往往又是在一定的存在一定的取向关系，而且新相往往又是在一定的晶面族上形成，这种晶面称为惯习面，它通常以母晶面族上形成，这种晶面称为惯习面，它通常以母相晶面指数来表示。

相晶面指数来表示。

33、母相晶体缺陷对固态相变起促进作用母相晶体缺陷对固态相变起促进作用44、易于出现过渡相易于出现过渡相固态相变阻力大，且固相中原子扩散慢，当固态相变阻力大，且固相中原子扩散慢，当TT较较低时，新旧相成分大时，扩散来不及，易形成过渡低时，新旧相成分大时，扩散来不及，易形成过渡相。

相。

四固态相变的类型v11扩散型相变扩散型相变新相的形核长大主要依靠原子长距离的扩散进行，新相的形核长大主要依靠原子长距离的扩散进行，相界面是共格的。

相界面是共格的。

v22非扩散型相变非扩散型相变新相的生长不通过扩散，而通过切变和转动进行新相的生长不通过扩散，而通过切变和转动进行的。

的。

v33过渡型相变过渡型相变介于上述两种转变之间，如贝氏体相变。

介于上述两种转变之间，如贝氏体相变。

第二节第二节钢在加热时的转变钢在加热时的转变v加热是热处理的第一道工序。

加热是热处理的第一道工序。

v钢加热时获得均匀的奥氏体组织的过程，称奥氏体化。

钢加热时获得均匀的奥氏体组织的过程，称奥氏体化。

v加热形成的奥氏体的成分、均匀化程度、晶粒大小以加热形成的奥氏体的成分、均匀化程度、晶粒大小以及加热后未溶入奥氏体的及加热后未溶入奥氏体的碳化物等过剩相的数量和碳化物等过剩相的数量和分布情况，直接影响钢在分布情况，直接影响钢在冷却后的组织与性能。

冷却后的组织与性能。

l一、共析钢一、共析钢奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程当原始组织为片状珠光体：

当原始组织为片状珠光体：

F+Fe3CA1Av0.0218%C6.69%C0.77%Cv体心立方体心立方正交点阵正交点阵面心立方面心立方vAA的形成由下面四个基本过程组成：

的形成由下面四个基本过程组成：

（一）奥氏体形核奥氏体形核形核地点形核地点:

FFFeFe33CC相界相界PP晶团边界晶团边界原因：

原因：

AA晶核的形成需要晶核的形成需要能量起伏、浓度起伏、结构起伏。

能量起伏、浓度起伏、结构起伏。

aa、F/FeF/Fe33CC相界和相界和PP晶团边界处晶团边界处晶体缺陷较为集中晶体缺陷较为集中，具，具有较高的有较高的畸变能畸变能。

为形核增加了一部分。

为形核增加了一部分附加的驱动力附加的驱动力；

bb、在、在F/FeF/Fe33CC相界面及相界面及PP晶界处，晶界处，碳原子易于偏聚碳原子易于偏聚，碳浓，碳浓度较高。

有利于达到度较高。

有利于达到AA形核时所需要的碳浓度形核时所需要的碳浓度；

cc、在、在F/FeF/Fe33CC相界和相界和PP晶团边界，晶团边界，原子排列不规则原子排列不规则。

有利。

有利于满足于满足结构起伏结构起伏的要求。

的要求。

（二二）、AA晶核的长大晶核的长大AA晶晶体体的的长长大大，伴伴随随着着体体心心立立方方的的FF向向面面心心立立方方的的AA的的点点阵重构阵重构和和FeFe33CC的溶解的溶解以及以及碳的扩散碳的扩散过程。

过程。

假定在假定在A1A1以上的某一温度下在以上的某一温度下在F/Fe3CF/Fe3C界面上界面上形成了一个形成了一个AA晶核这样就形成了两个新的界面：

晶核这样就形成了两个新的界面：

F/AF/A界面和界面和A/FeA/Fe33CC界面。

界面处各相的界面平衡浓度界面。

界面处各相的界面平衡浓度可由可由FeFeFeFe33CC相图来确定。

相图来确定。

在在F/AF/A相界面上：

相界面上：

与与AA相接触的相接触的FF中的碳浓度为中的碳浓度为CC/与与FF相接触的相接触的AA中的碳浓度为中的碳浓度为CC/在在FeFe33CC/AA相界面上：

与与AA相接触的相接触的FeFe33CC的碳浓度仍然是的碳浓度仍然是6.676.67与与FeFe33CC相接触的相接触的AA的碳浓度为的碳浓度为CC/c/c在温度在温度T:

T:

与与FeFe33CC相接触的相接触的AA中的碳浓度中的碳浓度CCcc高于高于FF相接触相接触的的AA中的碳浓度中的碳浓度CC。

这个浓度差将导致这个浓度差将导致:

AA中的碳从碳浓度高的中的碳从碳浓度高的FeFe33CC界面处向碳浓度低的界面处向碳浓度低的界面扩散，界面扩散，使使AA在在FeFe33CC界面处的浓度碳界面处的浓度碳CCcc降低降低而而AA在在界面处的碳浓度界面处的碳浓度CC上升上升（三）残留（三）残留FeFe33CC的溶解的溶解在在AA形形核核和和核核心心长长大大刚刚刚刚完完成成后后，往往往往有有残残留留的的FeFe33CC存在。

存在。

vFeFe33CC晶体结构的复杂性造成晶体结构的复杂性造成vFeFe33CC含碳量很高含碳量很高因此，因此，AA向向FF中长大的速度远大于中长大的速度远大于AA向向FeFe33CC的长大的长大速度。

在继续加热或保温过程中，这些残留速度。

在继续加热或保温过程中，这些残留FeFe33CC必将溶解到必将溶解到AA中去。

从而获得单一的中去。

从而获得单一的AA组织。

组织。

（四）、（四）、AA成分均匀化成分均匀化v残残留留FeFe33CC刚刚刚刚全全部部溶溶解解到到AA中中时时，AA中中的的碳碳浓浓度度是是不不均匀的。

均匀的。

v在原在原FeFe33CC部位，含碳量高；

部位，含碳量高；

v而在原而在原FF部位，含碳量低；

部位，含碳量低；

v在在继继续续加加热热或或保保温温过过程程中中，将将通通过过碳碳原原子子的的充充分分扩散获得碳含量均匀的单相扩散获得碳含量均匀的单相AA。

（五）、共析钢（五）、共析钢AA等温形成机理小结：

等温形成机理小结：

11、PP向向AA转转变变是是一一种种扩扩散散型型相相变变。

相相变变时时有有点点阵阵重重构构和和碳的扩散。

碳的扩散。

22、PP向向AA转转变变是是通通过过形形核核和和长长大大来来完完成成的的。

AA核核心心优优先先在在FF/FeFe33CC界面以及界面以及PP晶团边界以扩散方式形成。

晶团边界以扩散方式形成。

33、已已形形成成的的AA晶晶核核通通过过吞吞吃吃周周围围的的FF和和FeFe33CC长长大大。

同同时时，其其它它有有利利于于形形核核的的部部位位形形成成新新的的晶晶核核并并长长大大。

直直到到各各处处的的AA晶晶核核长长大大到到相相互互接接触触。

AA晶晶核核的的长长大大速速度度为为CC的的扩扩散散速速度度所控制。

所控制。

44、PP中中的的FF刚刚刚刚全全部部转转变变为为AA时时，有有部部分分FeFe33CC残残留留。

在在继继续加热或保温过程中会逐渐溶入续加热或保温过程中会逐渐溶入AA。

55、残残留留FeFe33CC刚刚消消失失的的AA中中，其其碳碳浓浓度度是是不不均均匀匀的的。

只只有有在继续加热或保温时，在继续加热或保温时，AA成分才能均匀一致。

成分才能均匀一致。

二、奥氏体的形成速度奥氏体等温形成图上表现出来的规律性a.A形成需要孕育期，加热温度越高，孕育期越短。

b.随等温温度升高，全部完成P向A转变所需的时间缩短，即A形成速度加快。

c.在P向A转变的全过程中，残留Fe3C的溶解和A成分的均匀化所需的时间最长。

三、三、影响影响AA形成速度的因素形成速度的因素影响影响AA形核率和长大速度的因素，都影响形核率和长大速度的因素，都影响AA形成形成速度。

速度。

1.1.化学成分化学成分含碳量：

含碳量：

随钢中含碳量增加，随钢中含碳量增加，AA形成速度加快。

形成速度加快。

含碳量增加，含碳量增加，FeFe33CC数量数量增加，增加，FF/FeFe33CC界面界面增增加，加，AA形核率增大；

形核率增大；

含碳量增加，碳在含碳量增加，碳在AA中的扩散速率增大。

中的扩散速率增大。

合金元素：

合金元素的影响很复杂，多数合金合金元素的影响很复杂，多数合金元素减慢元素减慢AA的形成速度，少数合金元素增加的形成速度，少数合金元素增加AA的的形成速度，如形成速度，如NiNi和和CoCo。

a.a.合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度。

合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度。

合金元素和碳形成的化合物越稳定，对合金元素和碳形成的化合物越稳定，对AA形成速形成速度的减慢作用越明显。

度的减慢作用越明显。

b.b.合金元