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1、2018/9/28,第六章 钢的热处理,1,第六章 钢的热处理,引 言 1.钢的热处理概念：钢的热处理指将钢在固态下加热、保温与冷却，改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺 。,图6-1 热处理的一般过程,引 言,第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节钢的退火和正火 第四节 钢的淬火与回火 第五节热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系 第六节 钢的表面热处理,注：与铸、锻、焊、切削加工等工艺方法不同，热处理是改变工件内在性质的一种工艺，而工件的形状和尺寸基本不变。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,2,根据加热和冷却的方法的不同，热处理工艺大致分类如下：,热处理,普通
2、热处理,退火正火淬火回火,表面热处理,表面淬火,火焰加热淬火感应加热淬火激光加热淬火等,化学热处理,渗碳氮化,碳氮共渗及其它,2.热处理分类,第六章 钢的热处理,引 言,第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节钢的退火和正火 第四节 钢的淬火与回火 第五节热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系 第六节 钢的表面热处理,2018/9/28,第六章 钢的热处理,3,3.热处理的作用热处理在机械零件加工制造过程中有着十分重要的地位和作用： (1)它可以消除铸、锻等毛坯中的组织缺陷， (2)改善其切削加工性能或其它的工艺性能，为后续工序作好组织准备。 (3)更重要的是它能进一步提高钢
3、的原材料的使用性能和使用寿命。,第六章 钢的热处理,引 言,第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节钢的退火和正火 第四节 钢的淬火与回火 第五节热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系 第六节 钢的表面热处理,注： 如果将钢的原材料不经热处理直接制作机械零件，则通常是不经济的，甚至不可能达到性能要求的，因此在机械工业中，绝大多数重要零件必须经过热处理。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,4,本章主要讲三个问题： 1.热处理原理-研究钢在热处理过程中的组织转变及常见组织转变产物的形态和性能(为下面讲述热处理工艺打下基础)； 2.热处理工艺简介-主要介绍退火、正火、淬火、回
4、火以及常用表面热处理 ，要求主要掌握它们的目的和应用，并了解常见的热处理缺陷； 3.热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系。,第六章 钢的热处理,引 言,第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节钢的退火和正火 第四节 钢的淬火与回火 第五节热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系 第六节 钢的表面热处理,2018/9/28,第六章 钢的热处理,5,一、奥氏体的形成 1.奥氏体化在Fe-Fe3C相图中：(1)奥氏体化的概念：在钢热处理时，大多数情况下都是把钢加热到PSK线(A1线)以上，使,A1,Acm,A3,图 在Fe-Fe3C相图中A1线、 A3线和Acm线,第一节 钢在加热
5、时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,第一节 钢在加热时的转变,它的相结构向奥氏体转化，这种转变过程称为奥氏体化。,PSK线称为A1线， GS线称为A3线， SE线称为Acm线。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,6,(2)奥氏体化有两种情况： 一种情况是完全奥氏体化：若把钢加热到单相奥氏体区，则经过
6、保温后，钢的相结构会全部转变为单相奥氏体，这种转变称为完全奥氏体化。,Acm,A3,A1,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,例如：把共析钢加热到PSK线(A1线)以上一定的温度 范围，或者把亚共析钢加热到GS线(A3线)以上一定温度范围，或者把过共析钢加热到SE
7、线(Acm线)以上一定温度的范围内，,2018/9/28,第六章 钢的热处理,7,另一种情况是不完全奥氏体化若把钢加热到包含奥氏体的两相区的温度范围，即把亚共析钢加热到A1线和A3线之间的温度范围，或者把过共析钢加热到A1线和Acm线之间温度范围，则经过保温后钢的相结构不能全部转变为奥氏体，这种转变称为不完全奥氏体化。,Acm,A3,A1,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大
8、 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,2018/9/28,第六章 钢的热处理,8,显然亚共析钢不完全奥氏体化后的组成相为： 奥氏体十铁素体，而过共析钢则为：奥氏体 十渗碳体。,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；
9、 3.本质晶粒度的意义,2018/9/28,第六章 钢的热处理,9,(3)钢的奥氏体化的目的和条件目的：主要目的是为了获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒，为热处理的冷却阶段做好组织准备。条件：除了要有适当的加热温度条件外，还需要一定的保温时间。并且加热温度越高，原子的扩散能力越强，奥氏体化所需的保温时间越短。,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转
10、变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,注： 对钢的奥氏体化基本过程本课程从略，而只需明确有加热条件和保温时间就行了。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,10,2.钢在加热或冷却时的相变温度 (1)平衡临界点概念：平衡临界点是指碳钢在无限缓慢的加速速度或冷却速度条件下的相变临界点。,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥
11、氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,(2)相变有迟滞现象(a) 概念：而实际上进行热处理时的加热速度和冷却速度均不可能无限缓慢，因此相变有迟滞现象，即实际加热时的相变温度总要高于平衡状态下的临界点，而冷却时的相变温度总要低于平衡状态下的临界点，并且随着加热速度或冷却速度的增加，它们的温度差别越大。,例如：在Fe-Fe3C相图中，A1线(PSK线)、A3线(GS线)、Acm线(SE线)表示钢的平衡相变的温度， 它们是平衡临界点。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,11,(b)实际相变点的表示法： 加热时A1Ac1 ，A3
12、 Ac3 ，Acm Accm ， 冷却时A1Ar1 ，A3 Ar3 ，Acm Arcm 。 图6-2为这些相变临界点在Fe-Fe3C相图上的位置示意图。,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,2018/9/28,第六章 钢的热处理,12,图6-2 加热和冷却时碳钢相
13、变临界点的位置,第一节,一、奥氏体的形成,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,2018/9/28,第六章 钢的热处理,13,二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响(1)晶粒越细：若加热和保温后钢的奥氏体晶粒越细小，则冷却转变后钢的晶粒也越细小，力学性能也
14、越高，特别是冲击韧性也越高；(2)晶粒越粗：但若奥氏体晶粒越粗大，则冷却转变后钢组织的晶粒也越粗大，力学性能也越低，特别是冲击韧性下降较多，即发生所谓“过热”现象。这是热处理加热过程中的一种缺陷。,二、奥氏体晶粒的长大,第一节,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,注意：因此，钢在热处理加热
15、时，加热温度和保温时间必须控制在一定的范围内，以便获得细小而均匀的奥氏体晶粒。,2018/9/28,第六章 钢的热处理,14,2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢 (1)奥氏体晶粒的长大是一个自发过程。由于小晶粒转变为大晶粒将使合金总的晶界面积减少，从而减少了界面能，使合金的总能量下降，因此奥氏体晶粒的长大是一个自发过程 。,二、奥氏体晶粒的长大,第一节,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒
16、的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,图扩5-7 晶粒长大示意图,2018/9/28,第六章 钢的热处理,15,(2)奥氏体晶粒长大的两种不同的倾向不同成分的钢，在加热时，奥氏体晶粒长大的倾向是不同的。这通常可分为两种情况：一种是有些钢的奥氏体晶粒随温度的升高会迅速长大，这样的钢称为本质粗晶粒钢；,二、奥氏体晶粒的长大,第一节,第一节 钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.奥氏体化；(1)奥氏体化的概念；(2)奥氏体化有两种情况；(3)钢的奥氏体化的目的； 2.钢在加热或冷却时的相变温度； (1)平衡临界点； (2)相变有迟滞现象； 二、奥氏体晶粒的长大 1.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响； 2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢； 3.本质晶粒度的意义,
