《chapter钢的热处理原理简介》由会员分享，可在线阅读，更多相关《chapter钢的热处理原理简介（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、钢的热处理原理简介第一章 钢的热处理原理钢的热处理：把钢在固态下加热到预定的温度，保温预定的时间，然后以预 定的方式冷却下来。通过这一过程使钢的性能发生预期变化。（为了达到这一预期的变化，任何一个热处理过程都有严格的工艺制度）（就图解释） 热处理工艺曲线温度时间加热保温冷却热处理目的：改变钢的性能，改善钢的 工艺性能和使用性能第一章 钢的热处理原理工艺性能（成形性能）改善锻、切削加工等，中间热处理、预备热处理使用性能 使用过程中所表现的性能、力学性能,最终热处理例如：用于制造 高速切削金属的钻头、铣刀等刀具的 钢，要求高硬度，高耐磨性、红硬性可选用W18Cr4V高速钢，此钢在空气中冷却，即 可
2、得到马氏体，硬度十分高，满足高速切削的刀具的 要求，即使用性能的要求。但是刀具需要成型才可使 用，一般的工艺流程为：下料锻造球化退火 机械粗（半精）加工淬火、回火（HRC35） 磨削第一章 钢的热处理原理中间热处理：球化退火处理，降低硬度、以利加工最终热处理：高温淬火 十 三次高温回火，高硬度，高 耐磨性 、 高红硬性6.67Lreturn1H: 0.09 J: 0.17 B :0.53Areas: , ANH,NJESG, AHB, NHJ, JECB,CDF, GPS,ESKF, Lines:HJB, ECF,PSKPoints:E, S, CReturn 2Return 3 AFeC平衡
3、相图钢和铁的区别？二元体系成分的表达？FeC二元相图给了我们什么信息 ? 纯铁的冷却, FeC合金的冷却？第一节 钢加热时的组织转变 为何要研究加热时钢的组织转变? 四把火中,退火、正火、淬火都首先要获得奥 氏体，而加热时形成的奥氏体的组织形态对冷却后的产物的组织和性能有显著的影 响加热或冷却速度对临界温度的影响 PSA3Ac3Ar3AccmArcmAcmA1Ac1Ar1C, wt.%T,GFe-C相图共析钢的组织return钢加热时的组织转变1、形核：相界面形核（C浓度不均匀，原子排列不规 则，浓度和结构条件）珠光体结构，相组成？一、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）完全奥氏体化和不完全奥氏体
4、化 亚共析钢和过共析钢2、长大： 转变，Fe3C不断溶入。 快，首先完成。消失，可认为P向转化 完成，但仍有部分Fe3C未溶解。3、剩余渗C体的溶解：保温时间延长，剩余渗碳体不断溶解。4、奥化体的均匀化，其中C浓度的均匀化钢加热时的组织转变1、转变温度 有何影响，为什么？ T越高，G越大，转变推动力大 T越高，原子扩散快，Fe的晶格重组和C的均匀化越快二、影响奥氏体化的因素0.5%99.5%均匀奥氏体 （）700720T，t，s共析钢的等温奥氏体化曲线影响奥氏体化的因素2、加热速度的影响 加热速度越快，转变开始的Ac1越高，终了温度也越高， 而转变所须时间越短。3、合金元素影响 合金元素亦要扩
5、散重新分配，而合金元素的扩散慢得 多； 强烈的C化物形成元素形成稳定的C化物，如Ti、V、W、Mo等，很难溶入，必须进行较长时间的高温加热才能完全溶解。合金钢的奥氏体均匀化时间比C钢长得多。 、原始组织的影响：相界形核，组织决定相界面的多 少 原始组织为淬火状态最快，正火态次之，球化退火态，最慢 原因：淬火态钢在点以下升温时形成微细粒状珠光体（回火索 氏体或回火屈氏体），组织最弥散，相界最多，最有利于奥 氏体的形核长大。正火态：细片状珠光体，其相界面积也大，转变也快。球化退火状态的粗粒状珠光体，相界面积最小，奥氏体化最 慢。（何为粒状珠光体？） 影响奥氏体化的因素结论：原始组织越弥散，相界面越
6、大，奥氏体化速度越快。 钢加热时的组织转变三、奥氏体晶粒大小 1、奥氏体晶粒大小对性能的影响 影响淬火低温回火钢的屈服强度，s= 0 + Kd-1/2, 0 为单 晶体屈服强度 50CrNiMo40CrNiMo结论：奥氏体晶粒越细小，淬火后屈服度越高马氏体板条或针不穿越奥氏体晶界 奥氏体晶粒大小影响淬火钢的冲击韧性晶粒大小细粗冲击值 N.m等温淬火钢淬火回火钢奥化体晶粒度越细小，淬火后的冲击韧性越高 结论：奥化体晶粒度越细越好。 奥氏体晶粒大小2、晶粒度 晶粒大小：n = 2N-1（N放大100倍时平均6.45cm2即1平方英寸所含晶粒数目n） a、起始晶粒度：奥氏体转变刚完成时的晶粒大小（
7、消失，渗碳体未完全溶解，未均匀化 ） b、实际晶粒度：某一具体加热过程或热加工条件下所得到的奥氏体实际晶粒大小。 C、本质晶粒度：反映钢加热时，奥氏体晶粒长大的不同倾向。 奥氏体晶粒大小本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢，奥氏体晶粒长大的倾向不同0 1 234 5 67 8晶粒度温度，本质细晶粒钢本质粗晶粒钢本质晶粒度、本质细晶粒钢沸腾钢，以弱脱氧剂Si、Mn脱氧的C钢本质粗晶粒钢 本质晶粒度与成份和冶炼条件有关沸腾钢：浇铸凝固过程中，由于氧在固体钢中的溶解度比在液体钢中低得 多，钢水中残留的氧与溶解于钢中的碳生成CO逸出，钢锭模内产 生沸腾现象。沸腾钢中不容易形成大的缩孔，但易形成细小的缩松。优点是
8、成材率高，表面光洁度好，缺点是强度低。镇静钢 用强脱氧剂铝进行深脱氧 本质细晶粒，AlN、Al2O3等阻碍晶界迁移， 从而阻止晶粒长大Ti、V、 Zr、W、Mo等C化物形成元素的合金钢，本质细晶粒。为什么本质细晶粒钢在一定温度范围内晶粒长大很有限，到某一温度突然剧烈长大？ 阻碍晶粒长大的化合物分解所致本质细晶钢粗化温度以内加热，晶粒度基本不变，不与时间有关，只与加热温度有关。第二节 钢在冷却时的转变 冷却方式： 等温冷却 迅速冷却至临界度以下某一温度保温，以进行恒温转变 连续冷却 炉冷、空冷、油冷、水冷，冷却速度不同，转变产物组织和性能不同。慢冷产物、强度低、硬度低、塑性好、快冷产物。 时间温
9、度12第二节 钢在冷却时的转变 一、过冷奥氏体的等温转变曲线（C曲线 ,TTT曲线） (以共析钢为例） Time-Temperature-Transformation Curve550700727PBPBMsTimeTemperature ()MA1 bcaMfa-b:孕育期转变开始线转变结束线在靠近A1点和Ms点的温度，过冷A稳定，孕育期最 长，转变也慢 (分析原因)过冷奥氏体转变是热力学和动力学矛盾竞争的结 果（G，扩散系数D）550700727PBPBMsTimeMA1 bcaMf550（“鼻子”）左右，孕育期最短，转变最快转变产物： 1、A1“鼻子”温度，片层状珠光体，扩散相变 2、“
10、鼻子温度”Ms，贝氏体转变，扩散相变 3、MsMf 马氏体转变， 非扩散相变550700727PBPBMsTimeMA1 bcaMf片层状珠光体片层状珠光体组织珠光体是两相组织。渗碳 体（黑）和铁素体（白） 相间排列第二节 钢在冷却时的转变二、珠光体形成及先共析相析出奥氏体化比较完全（剩余C化物溶解，C浓度比较均匀时形成片层状 珠光体。转变温度越低，过冷度越大，珠光体越细）A1650， 珠光体（片层间距大）650600，索氏体（细珠光体，高倍光学显微镜可看出）600550，屈氏体（极细珠光体，电子显微镜下才可看出） 先共析相的析出 含C量偏离共析成份的亚共析钢和过共析钢，恒温转变 图上有先共析
11、产物的开始析出线C浓度离共析成份越远，C曲线左移（碳浓度越低，中析出 越快；碳浓度越高，中析出Fe3C 越快）一、过冷奥氏体的等温转变曲线 粒状珠光体的形成 粒状珠光体：渗碳体呈颗粒状分散在铁素体基体中，可由过冷奥氏 体分解得到，也可由淬火组织回火而成。 奥氏体形成条件：不完全奥氏体化，只进行第一、二阶段，此时奥 氏体中的大量未溶的Fe3C颗粒，且已趋于球化(?)，同时C浓度分布不均匀。 奥氏体分解：有一定的过冷度，趋于球形的Fe3C颗粒成为非均匀形核的核心，每个晶核独立长大（不断吸收C原子），周围形成铁素体，于是形成粒状珠光体。形成粒状珠光体的关键是奥氏体化的状态：大量未溶的Fe3C颗粒，C
12、溶 度不均匀。过共析钢或过共析合金钢较易得到粒状珠光体粒状珠光体性能：切削加工性能好，强度、韧性好，拉伸性能好（高C钢球化退火 合金钢） 两种方式均可得到粒状珠光体，用哪种方式较好？）（机器零件主轴等用调质钢，调质处理） 第二节 钢在冷却时的转变三、马氏体转变马氏体是过饱和C的固溶体Ms以下，Fe、C扩散不可能，无扩散切变方式瞬间完成点阵重构， 重构成体心立方（低C或无C）或体心正方（高C钢），C原子被迫瞬间固定下来二、珠光体形成及先共析相析出550700727PBPBMsTimeMA1 bcaMf1、马氏体的组织形态板条状马氏体，低C（C0.6%）混合组织 0.2%1.2%钢高温较快冷却时，
13、先共析 或Fe3C沿奥氏体一定晶面呈针片状析出，由晶界插入晶粒内部，即魏氏组织。第三节 钢在回火时的转变 回火：把淬火的钢加热至低于A1的某一温度，经充分保温后以一定速度冷却的热处工艺，目的是消除或减小淬火钢的内应力，降低硬度，改善韧性，是淬火后必须进行的后续工序。 350以下回火，过饱和固溶体+碳化物组成的复相组织，称为回火马氏体。室温150附近，过饱和固溶体析出弥散的碳化物，薄片状，并与之共格。 150350，C原子活动能力增强，碳化物长大，中C浓度降低， 相接近饱和成份，马氏体分解结束。一、 回火转变和组织（以C钢为例）回火转变和组织350500回火细粒状渗C体+针状铁素体复相组织，称回
14、火屈氏体。在此温度范围，低温析出的Fex-C亚稳相向Fe3C转变（稳定 相），转变过程是FexC重新溶入固溶体，而Fe3C不断析出的 方式进行。同时固溶体分解完成，但保持针状外形。（体心正方体心立方） 400以上，相回复，形成多边化的亚晶。回复后的组织仍 具有条状或片状的特征。 回火转变和组织500650 回火，粒状渗C体和多边形的铁素体所构成的复相组织，回火索氏体。这一温度范围内，固溶体再结晶多边形铁素体，粒状渗C体长大（不稳定的，细小的渗C体质点重新溶入 固溶体，较稳定的，较大的颗粒状渗C体进一步长大。650以上，更粗大的粒状渗C体和铁素体，球化组织（又称回火 珠光体、粒状珠光体）第三节
15、钢在回火时的转变 硬度：200以下，硬度下降不明显，原因是 固溶体中析出大量弥散的共格碳化物，增大范性变形的阻力。 300以上，FexC变成Fe3C，共格破坏且Fe3C聚积长大，硬度直线下降。500600回火 高强度、高范性、韧性的配合，有良好的综合力学性能。 二、回火过程中性能的变化 强度：300回火，抗拉强度极限特别是屈服强度明显升高，（内应力消除）回火温度继续升高，硬度、强度下降，范性、韧性提高。第三节 钢在回火时的转变 1、低温回火脆性：250400，尤其300回火时发生，回火后的冷却速度对这类脆性无影响，将已产生这类 脆性的工件在更高的温度回火后，脆性消除，再次在300左右回火，脆性不复出现，故称不可道回火脆性，或第一类回火脆性。三、回火脆性：随着回火温度的升高，钢的冲击韧性不是随回 火温度开高而简单地增加，650以下回火，有两个温度区域内回火时存在冲击韧性显著下降的现象，这种脆化现象称为回火脆性。 原因：350左右FexCFe3C（极细的薄片状渗C体沿马氏体的晶界析出，成薄膜状）2、高温回火脆性450650范围内，在合金钢尤其是含Cr、Mn、Ni等 的钢中，与加热和冷却条件有关，如加热至600以上缓慢 通过450550脆化温度区出现，快冷
