第四节钢的热处理_精品文档.ppt

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热处理的实验,现象：

放在水中冷却的一根钢丝硬而脆，很容易折断；放在空气中冷却的一根较软、有较好的塑性，可以卷成圆圈而不断裂。

第四节钢的热处理,实验说明：

虽然钢的成分相同，加热的温度也相同，但采用不同的冷却方法，却得到了不同的力学性能。

这主要是因为在不同冷却速度的情况下，钢的内部组织发生了不同的变化。

定义及工艺过程,机床60%70%零件汽车70%80%零件工具、模具及滚动轴承则要100%进行热处理,目的及应用,提高材料的使用性能，延长零件的使用寿命。

改善材料的工艺性能，确保后续加工的顺利进行。

特点：

只改变内部组织结构，不改变形状与尺寸。

热处理的内容,制定正确的热处理规范，如加热温度、保温时间、冷却方式等。

阐述材料在不同加热和冷却条件下，组织和性能的变化规律，确保热处理质量，它是制定正确的热处理工艺的理论基础。

热处理工艺：

热处理原理：

高速钢淬火、回火工艺曲线,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）钢在加热时的组织转变,加热是热处理的第一道工序。

一、钢的热处理原理,钢的临界温度,G,P,Q,S,E,A,F,F+A,A+Fe3C,P,F+P,P+Fe3C,Ac3,Accm,Ac1,Ar3,Ar1,Arcm,A1,0.0218,0.77,2.11,临界点：

钢在固态下发生组织转变的温度线。

A1线（PSK）,A3线（GS）,Acm线（ES）,实际加热时的临界点：

Ac1、Ac3、Accm实际冷却时的临界点：

Ar1、Ar3、Arcm,1.共析钢奥氏体的形成在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。

奥氏体的形成的基本过程奥氏体化也是形核和长大的过程。

转变是靠铁碳原子的扩散和铁原子的晶格改组来完成的。

分为四步。

第一步：

奥氏体晶核形成：

首先在F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。

铁素体在成分、结构上比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。

第四步：

奥氏体均匀化。

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。

视频热处理视频教程奥氏体晶粒的长大热处理视频教程奥氏体形成,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F或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。

3.奥氏体晶粒的大小及影响因素,奥氏体晶粒细小室温组织晶粒越细小强韧性能（综合力学性能）越好,奥氏体的三种不同概念的晶粒度,起始晶粒度珠光体刚转变为奥氏体时的晶粒度。

此时晶粒非常细，难以测定，无实际意义。

实际晶粒度具体热处理或热加工条件下的奥氏体晶粒度，它实际决定钢的性能。

本质晶粒度反应钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向，加热时晶粒容易长大的钢称为本质粗晶粒钢；加热时晶粒不易长大的钢为本质细晶粒钢。

生产中，用锰硅脱氧的钢、沸腾钢一般为本质粗晶粒钢；用铝脱氧的钢、镇静钢一般是本质细晶粒钢。

晶粒度通常分8级：

1-4级为粗晶粒度；5-8级为细晶粒度；超过8级的为超细晶粒度。

奥氏体晶粒度,4.影响奥氏体晶粒度的因素,

（1）加热温度和保温时间的影响加热温度越高，晶粒长大越明显。

在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。

（2）钢的成分的影响碳含量与合金元素的影响碳含量奥氏体中的碳含量增高时，晶粒长大的倾向增大。

若碳以未溶碳化物的形式存在，则阻碍晶粒长大。

合金元素阻止A晶粒长大的合金元素有：

钒V、钛Ti、铌Nb、钨W、铬Cr、钼Mo等；促进A晶粒长大的合金元素有：

锰Mn、磷P、碳C、氮N。

（二）钢在冷却时的组织转变,过冷奥氏体的等温转变,过冷奥氏体的连续冷却转变,过冷奥氏体的等温转变产物的组织和性能,两种冷却方式示意图1等温冷却2连续冷却,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。

过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。

1.过冷奥氏体的等温冷却转变,过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急速冷却到临界点A1以下在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间的关系曲线。

又称C曲线或TTT曲线。

（Time-Temperature-Transformation）,

（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。

45,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。

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。

（2）C曲线的分析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。

从而使奥氏体稳定性增加。

C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。

2.过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能随过冷度不同，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。

以共析钢为例说明：

（1）珠光体转变珠光体的组织形态及性能,过冷奥氏体在A1到550间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体。

珠光体：

形成温度为A1-650，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。

索氏体形成温度为650-600，片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S表示。

屈氏体形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，用符号T表示。

珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。

片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。

2、珠光体转变过程珠光体转变也是形核和长大的过程。

渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间,形核并长大，形成一个珠光体团。

珠光体转变是扩散型转变。

（2）贝氏体转变贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在550-230（Ms）间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。

根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体（B上）和下贝氏体（B下）。

上贝氏体形成温度为550-350。

在光镜下呈羽毛状。

在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。

下贝氏体形成温度为350-230（Ms）。

在光镜下呈竹叶状。

在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长轴方向呈55-60角。

上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。

下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。

贝氏体转变过程贝氏体转变也是形核和长大的过程。

发生贝氏体转变时，首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之间，为过饱和铁素体。

当转变温度较高（550-350）时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，形成B上。

贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。

当转变温度较低（350-230）时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低，其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。

3.马氏体转变当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏体类型组织。

马氏体转变是强化钢的重要途径之一。

马氏体的晶体结构碳在-Fe中的过饱和固溶体称马氏体,用符号M表示。

马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。

马氏体组织,马氏体具有体心正方晶格（a=bc）轴比c/a称马氏体的正方度。

C%越高，正方度越大，正方畸变越严重。

当0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。

马氏体的形态马氏体的形态分板条和针状两类。

板条马氏体立体形态为细长的扁棒状在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。

每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。

在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，又称位错马氏体。

针状马氏体立体形态为双凸透镜形的片状。

显微组织为针状。

在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。

马氏体的形态主要取决于其含碳量A的c1.0%的淬火钢组织几乎全部是针状马氏体，称为高碳马氏体。

200以下A的c在0.21.0%之间为板条与针状的混合组织。

马氏体的性能高硬度是马氏体组织性能的主要特点。

马氏体的硬度主要取决于其含碳量。

含碳量增加，其硬度增加。

当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。

合金元素对马氏体硬度的影响不大。

针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。

马氏体转变的特点马氏体转变也是形核和长大的过程。

其主要特点是：

非扩散性,铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。

共格切变性由于没有扩散，晶格的转变是以切变的机制进行的。

降温形成马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms表示。

马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf表示.只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变。

在Ms以下，随温度下降，转变量增加，冷却中断，转变停止。

高速长大马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。

转变不完全即使冷却到Mf点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A或表示。

Ms、Mf与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）。

马氏体转变后，A量随含碳量的增加而增加，当含碳量达0.5%后，A量才显著。

过冷奥氏体转变产物（共析钢）,4.过冷奥氏体连续冷却转变过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。

（1）CCT曲线和C曲线的比较CCT曲线位于TTT曲线右下方。

CCT曲线获得困难，TTT曲线容易测得。

可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。

方法是将连续冷却曲线绘在C曲线上，依其与C曲线交点的位置来说明最终转变产物。

（2）Vk为CCT曲线的临界冷却速度，即获得全部马氏体组织时的最小冷却速度。

连续冷却过程中TTT曲线的分析,V1=5.5/s:

炉冷;P,V2=20/s:

空冷;S,V3=33/s:

油冷;T+M+A残,V4138/s:

水冷;M+A残,5.C曲线的应用

（1）根据工件要求，确定热处理工艺。

（2）确定工件淬火时的临界冷速。

（3）可以指导连续冷却操作V1:

炉冷（退火）PV2:

空冷，SV3：

空冷，SV4：

油冷，T+M+AV5：

水冷，M+A（4）选择钢材的依据（5）C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。

马氏体中碳的偏聚,

（二）淬火钢在回火时的组织转变,马氏体的分解,残余奥氏体的转变,渗碳体的聚集长大,马氏体+残余奥氏体,低温回火：

150250,回火马氏体,弥散的碳化物+针状相,回火屈氏体,中温回火：

350500,碳化物由亚稳定稳定,相回复、再结晶,回火索氏体,高温回火：

500650,1.四个阶段,2.淬火钢回火后的组织和性能,预先热处理:

退火;正火,最终热处理:

淬火;回火,一般零件生产的工艺路线:

二、钢的热处理工艺及应用,

（一）钢的退火,将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却（炉冷）的热处理工艺叫做退火。

真空退火炉,1、退火目的调整硬度，便于切削加工。

适合加工的硬度为180-230HB。

提高塑性、便于冷变形加工。

消除阻止缺陷、改善性能消除内应力，防止加工中变形。

细化晶粒，为最终热处理作组织准备。

2.退火的分类,退火,重结晶退