热处理PPT_.ppt

1、SEI热 处 理科技开发研究中心u改善钢的性能，主要有两条途径：u一是合金化u二是热处理u1、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.u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。钢的热处理钢的热处理科技开发研究中心u2、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。u3、热处理适用范围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。u4、热处理分类 u热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。u热处理工艺：根据热处理原理

2、制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。科技开发研究中心科技开发研究中心其他热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理激光热处理控制气氛热处理表面淬火感应加热、火焰加热、电接触加热等化学热处理渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等u物质由液态转变为固态的过程称为凝固。u物质由液态转变为晶态的过程称为结晶。u物质由一个相转变为另一个相的过程称为相变。因而结晶过程是相变过程。2.2钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识科技开发研究中心玻璃制玻璃制品品水水晶晶u2.2.1金属的结晶金属的结晶u纯金属的结晶一、结晶的一般过程1、结晶的基本过程u结晶由晶核的形成和晶核的长大两个基本

3、过程组成.u液态金属中存在着原子排列规则的小原子团，它们时聚时散，称为晶坯。在T0以下,经一段时间后(即孕育期),一些大尺寸的晶坯将会长大，称为晶核。2.2钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识科技开发研究中心u晶核形成后便向各方向生长，同时又有新的晶核产生。晶核不断形成，不断长大，直到液体完全消失。每个晶核最终长成一个晶粒，两晶粒接触后形成晶界。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心2 2、晶核的形成方式、晶核的形成方式u形核有两种方式，即均匀形核和形核有两种方式，即均匀形核和非均匀形核。非均匀形核。u由液体中排列规则的原子团形成由液体中排列规则的原子团形成晶核称均匀形核。晶核称均匀形

4、核。u以液体中存在的固态杂质为核心以液体中存在的固态杂质为核心形核称非均匀形核。形核称非均匀形核。3 3、晶核的长大方式、晶核的长大方式u晶核的长大方式有两种，即均匀晶核的长大方式有两种，即均匀长大和树枝状长大。长大和树枝状长大。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心均匀长均匀长大大树枝状长大树枝状长大u在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。在正温度梯度下，晶体生长以平面状态向前推进。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心正正温温度梯度度梯度u实际金属结晶主要以树枝状长大.u这是由于存在负温度梯度，且晶核棱角处的散热条件好，生长快，先形成一次轴，一次轴又会产生二次轴，树枝

5、间最后被填充。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心负温温度梯度度梯度u树枝状长大树枝状长大2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心u二、同素异构转变u物质在固态下晶体结构随温度变化的现象称同素异构转变。同素异构转变属于相变之一固态相变。u1、铁的同素异构转变u铁在固态冷却过程中有两次晶体结构变化，其变化为：2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心-Fe -Fe -Fe1394912-Fe -Fe -Fe纯铁的同素的同素异构异构转变u-Fe、-Fe为体心立方结构为体心立方结构(BCC)，-Fe为面心立方结为面心立方结构构(FCC)。都是铁的同素异构体。都是铁的同素异构体。2

6、.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心-Fe-Feu2、固态转变的特点、固态转变的特点u形核一般在某些特定部位形核一般在某些特定部位发生（如晶界、晶内缺陷、发生（如晶界、晶内缺陷、特定晶面等）。特定晶面等）。l由于固态下扩散困难，因由于固态下扩散困难，因而过冷倾向大。而过冷倾向大。l固态转变伴随着体积变化，固态转变伴随着体积变化，易造成很大内应力。易造成很大内应力。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心固固态相相变的晶界形核的晶界形核合金的结晶合金的结晶u合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析合金的结晶过程比纯金属复杂，常用相图进行分析.u相图是用来表示合金系中各合金在缓冷

7、条件下结晶过程相图是用来表示合金系中各合金在缓冷条件下结晶过程的简明图解。又称状态图或平衡图。的简明图解。又称状态图或平衡图。2.2.1金属的结晶金属的结晶科技开发研究中心u铁碳合金相图铁碳合金相图 是研是研究铁碳合金最基究铁碳合金最基本的工具，是研本的工具，是研究碳钢和铸铁的究碳钢和铸铁的成分、温度、组成分、温度、组织及性能之间关织及性能之间关系的理论基础系的理论基础,是是制定热加工、热制定热加工、热处理、冶炼和铸处理、冶炼和铸造等工艺依据造等工艺依据.2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心u铁碳合金铁碳合金碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。碳钢和铸铁，是工业应用最广的合金。u含

8、碳量含碳量0.0218%2.11%的称钢的称钢;2.11%6.69%的称铸铁的称铸铁u铁和碳化合物：铁和碳化合物：Fe3C、Fe2C、FeC，u含碳量大于含碳量大于Fe3C成分（成分（6.69%）时，无实用价值。）时，无实用价值。u实际所讨论的铁碳合金相图是实际所讨论的铁碳合金相图是Fe-Fe3C相图。相图。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心FeFe3CFe2CFeCCC%(at%)u铁碳合金的组元和相铁碳合金的组元和相l组元：组元：Fe、Fe3Cl相相l 铁素体：铁素体：l碳在碳在-Fe中的固溶体称铁素体中的固溶体称铁素体,用用F或或 表示。表示。u碳在碳在-Fe中的固溶体称

9、中的固溶体称-铁素体，用铁素体，用 表示。表示。u都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低都是体心立方间隙固溶体。铁素体的溶碳能力很低,在在727时最大为时最大为0.0218%，室温下仅为，室温下仅为0.0008%。u铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。铁素体的组织为多边形晶粒，性能与纯铁相似。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心铁素体素体u奥氏体奥氏体:u碳在碳在 -Fe中的固溶体称奥氏体。用中的固溶体称奥氏体。用A或或 表示。表示。u是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，是面心立方晶格的间隙固溶体。溶碳能力比铁素体大，1148时最大为时最大为2.11%。l

10、组织为不规则多面体晶粒，组织为不规则多面体晶粒，晶界较直。强度低、塑性好，晶界较直。强度低、塑性好，钢材热加工都在钢材热加工都在 区进行区进行.l碳钢室温组织中无奥氏体。碳钢室温组织中无奥氏体。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心奥奥氏体氏体u渗碳体：即渗碳体：即Fe3C,含碳含碳6.69%,用用Fe3C或或Cm表示。表示。uFe3C硬度高硬度高、强度低强度低(b 35MPa),脆性大脆性大,塑性几乎为零塑性几乎为零uFe3C是一个亚稳相，在一定是一个亚稳相，在一定条件下可发生分解：条件下可发生分解：Fe3C3Fe+C(石墨石墨),u由于碳在由于碳在-Fe中的溶解度中的溶解度很小

11、，因而常温下碳在铁碳很小，因而常温下碳在铁碳合金中主要以合金中主要以Fe3C或石墨的或石墨的形式存在。形式存在。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心铸铁中的石墨中的石墨钢中的渗中的渗碳碳体体u铁碳合金相图的分析铁碳合金相图的分析2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心 LJNG +Fe3C+Fe3CL+Fe3CL+u特征线特征线u 液相线液相线ABCD，固相线固相线AHJECFDu三条水平线：三条水平线：uHJB：包晶线：包晶线LB+H JuECF：共晶线：共晶线LC E+Fe3Cu共晶产物是共晶产物是 与与Fe3C的机械混的机械混合物，称作莱氏体合物，称作莱氏体,用用

12、Le表示。表示。为蜂窝状为蜂窝状,以以Fe3C为基，性能为基，性能硬而脆。硬而脆。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心莱莱氏体氏体uPSK：共析线：共析线 S FP+Fe3Cu共析转变的产物是共析转变的产物是 与与Fe3C的的机械混合物，称作珠光体，用机械混合物，称作珠光体，用P表示。表示。u珠光体的组织特点是两相呈片层珠光体的组织特点是两相呈片层相间分布相间分布,性能介于两相之间。性能介于两相之间。PSK线又称线又称A1线线 。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心u其它相线其它相线uGS,GP 固溶体转固溶体转变线变线,GS又称又称A3线。线。uHN,JN 固溶体

13、转固溶体转变线，变线，uES碳在碳在 -Fe中的固溶中的固溶线。又称线。又称Acm线。线。uPQ碳在碳在-Fe中的固溶中的固溶线。线。2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心l相区相区l 五个单相区：五个单相区：L、Fe3Cl七个两相区七个两相区:L+、L+、L+Fe3C、+、+Fe3C、+、+Fe3Cu三个三相区：即三个三相区：即HJB(L+)、ECF(L+Fe3C)、PSK(+Fe3C)三条水平线三条水平线 2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图科技开发研究中心 u工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 u合合金金液液体体在在1-2点点间间转转变变为为，3-4点点间间 ，5-6点点间间

14、 。到到7点点，从从 中中析析出出Fe3C。NSJBH L+2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u工业纯铁的结晶过程工业纯铁的结晶过程 科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图l从铁素体中析出的渗碳体从铁素体中析出的渗碳体称三次渗碳体，用称三次渗碳体，用Fe3C表表示。示。Fe3C以不连续网状以不连续网状或片状分布于晶界。或片状分布于晶界。l随温度下降，随温度下降，Fe3C量不断量不断增加，合金的室温下组织增加，合金的室温下组织为为F+Fe3C。科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u共析钢的共析钢的结晶过程结晶过程 u合金液体在合金液体在1-2点间转变点间转变为为。到。到

15、S点点发生共析转发生共析转变：变：S P+Fe3C,全全部部转转变变为为珠光体。珠光体。科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u珠光体在光镜下呈指纹状珠光体在光镜下呈指纹状.l珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。珠光体中的渗碳体称共析渗碳体。lS点以下，共析点以下，共析 中析出中析出Fe3C，与共析，与共析Fe3C结合不易结合不易分辨。室温组织为分辨。室温组织为P科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程u0.090.53%C亚共析钢冷却时发生包晶亚共析钢冷却

16、时发生包晶反应反应.u以以0.45%C的钢为例的钢为例u合金在合金在4点以前通过匀晶点以前通过匀晶包晶包晶匀晶匀晶反应全部转变为反应全部转变为。到。到4点，由点，由 中析出中析出 。到。到5点点,成分沿成分沿GS线变到线变到S点，点，发发生共析反应转变为珠光体。温度继续下生共析反应转变为珠光体。温度继续下降，降，中析出中析出Fe3C，由于与共析，由于与共析Fe3C结合结合,且量少且量少,忽略不计忽略不计科技开发研究中心+Fe3CGSPABJH2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u亚共析钢的结晶过程亚共析钢的结晶过程科技开发研究中心2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u亚共析钢室温下的组织为亚共析钢室温下的组织为F+P.u在在0.02180.77%C范围内范围内珠光体的量随含碳量增加而增加。珠光体的量随含碳量增加而增加。科技开发研究中心含含0.45%C钢的的组织含含0.20%C钢的的组织含含0.60%C钢的的组织2.2.2铁碳合金相图铁碳合金相图u过共析钢的结晶过程过共析钢的结晶过程 u合金在合金在12点转变为点转变为 ,到到3点点,开始析出开始析出Fe3C。从奥氏。从奥氏体中析出的体中析出