《金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 叶宏 主编 沟引宇 张春艳 副主编第二章 钢的热处理原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《金属材料与热处理 教学课件 ppt 作者 叶宏 主编 沟引宇 张春艳 副主编第二章 钢的热处理原理（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第2章 钢的热处理原理章 钢的热处理原理 2 2.1 概述概述 2.1.1 热处理的作用热处理的作用 1.热处理的定义热处理的定义 热处理是根据钢在固态下组织转变的规律，通热处理是根据钢在固态下组织转变的规律，通 过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结 构，达到改善钢材性能的一种热加工工艺。构，达到改善钢材性能的一种热加工工艺。 3 2.热处理的目的及作用热处理的目的及作用 v 改善工艺性能改善工艺性能 v 获得所需要的使用性能获得所需要的使用性能 l热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广 泛应用。泛
2、应用。 l在机床制造中约在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。 l在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达 70-80%。 l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经过热处理。需经过热处理。 l总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。 4 2.1.2 钢的临界温度钢的临界温度 钢在热处理过程的加热和冷却时，实际转变温度钢在热处理过程的加热和冷却时，实际转变温度 往往要偏离平衡的临界温度。随着加热和冷却速度的往往要偏离平衡的临界温度。随着加热和冷却速度的 增加，滞后现象将越加严重。增加，滞后现
3、象将越加严重。 通常把加热时的临界温度标以字母通常把加热时的临界温度标以字母“C”，如，如AC1、 AC3、ACm等；把冷却时的临界温度标以字母等；把冷却时的临界温度标以字母“r”，如，如Ar1、 Ar3、Arm等。等。 5 6 2.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 钢热处理时，一般都要先将钢加热到临界温钢热处理时，一般都要先将钢加热到临界温 度以上，形成奥氏体组织，这个过程叫做度以上，形成奥氏体组织，这个过程叫做奥氏体奥氏体 化化。 2.2.1 奥氏体形成的热力学条件奥氏体形成的热力学条件 G= Gr-Gp0 7 2.2.2 奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 以共析钢为例说以共析钢为例说
4、明明奥氏体的形成过程。奥氏体的形成过程。 1. 奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面 上或在珠光体团的边界上形成。上或在珠光体团的边界上形成。 8 2. 奥氏体晶核长大奥氏体晶核长大 奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩 散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断 溶入溶入 到奥氏体到奥氏体中去而进行中去而进行的。的。 u Fe原子自扩散完原子自扩散完成成晶格晶格改组；改组； u C原子扩散原子扩散使奥氏体使奥氏体晶核向相晶核向相和和Fe3C相
5、两侧推移相两侧推移 并长大并长大。 9 C1与与Fe3C相接相接的奥氏体的的奥氏体的C%； C2与与F相接相接的奥氏体的的奥氏体的C%； C3与与Fe3C相接相接的的F的的C%； C4与与奥氏体奥氏体相接相接的的F的的C%； 10 3. 剩余剩余渗碳体的渗碳体的溶解溶解 铁素体铁素体全全部部消失消失以后，以后，仍有仍有部部分剩余分剩余渗碳体渗碳体未溶未溶 解解，随着时间随着时间的的延延长，长，这些剩余这些剩余渗碳体不断渗碳体不断地溶入地溶入到到 奥氏体奥氏体中去中去，直至全直至全部部消失消失。 4. 奥氏体成奥氏体成分均匀化分均匀化 渗碳体渗碳体全全部部溶解完毕时溶解完毕时，奥氏体的成，奥氏体
6、的成分分是不是不均均 匀匀的，的，只有延只有延长保温长保温时间时间，通过碳原子的扩散，通过碳原子的扩散才才能能 获得均匀化获得均匀化的奥氏体。的奥氏体。 11 亚亚共析钢的加热过程共析钢的加热过程： 过共析钢的加热过程过共析钢的加热过程： AAFPF ACAC + 31 ACFeACFeP cm AC AC + 33 1 12 2.2.3 影响影响奥氏体形成奥氏体形成速速度的度的因因素素 1、加热温度的、加热温度的影响影响 A的形成的形成速速度度主要取决于主要取决于A和和P自由自由能能差差，又受又受 Fe、C等等原子的扩散原子的扩散所控制所控制。提高提高A的形成温度，的形成温度，A 的形成的形
7、成速速度度越快越快。 2、加热、加热速速度的度的影响影响 加热加热速速度度越快越快，则则珠光体的过热度珠光体的过热度越越大，转变大，转变 的的开始开始温度温度Ac1 越高越高，终了终了温度温度也越高也越高，但但转变的转变的 孕育期越短孕育期越短，转变，转变所需所需的的时间也就越短时间也就越短。 13 3、化化学成学成分分的的影响影响 （1）碳钢碳钢中含中含碳碳量越高量越高，奥氏体的形成，奥氏体的形成速速度度 越快越快。 （2）合金元）合金元素的素的影响影响 v合金元合金元素素影响影响碳在碳在A中中扩散扩散速速度度 Cr, Mo, W, V, Ti等使等使A形成速度形成速度 Co, Ni等使等使
8、A形成速度形成速度 v合金元合金元素改变素改变了了钢的临界温度钢的临界温度 Ni, Mn, Cu等降低等降低A 点，使 点，使A形成速度形成速度 Cr, Mo, W, V, Ti等提高等提高A 温度，使 温度，使A形成速度形成速度 14 v合金元合金元素在珠光体素在珠光体中中的的分布分布不不均匀均匀 Cr, Mo, W, V, Ti等元素主要集中在碳化物中等元素主要集中在碳化物中 Ni, Si,Al等元素主要集中在铁素体中等元素主要集中在铁素体中 合金元素在合金元素在A中扩散速度很慢。中扩散速度很慢。 4、原、原始始组织的组织的影响影响 当当钢的钢的化化学成学成分相分相同同时时，原，原始始组织
9、组织愈细愈细，相相 界面的面界面的面积愈多积愈多，形核，形核率愈高率愈高，加，加速了速了奥氏体的奥氏体的 形成。形成。 15 2.2.4 奥氏体的晶奥氏体的晶粒粒度及其度及其影响因影响因素素 （一一）奥氏体的晶奥氏体的晶粒粒度度 晶晶粒粒度是度是表示表示晶晶粒粒大大小小的一种的一种尺尺度。度。它由单它由单 位位面面积积内内所包含所包含晶晶粒个粒个数来数来度度量量，也也可可用用直直接接 测测量量晶晶粒粒平平均直均直径径大大小小(用用毫米毫米或或微米微米)来来表示表示。 晶晶粒粒大大小小广泛采广泛采用的是与用的是与标准标准金相金相图片图片（标准标准 评级图评级图）相）相比较比较的的方法来评方法来评
10、定晶定晶粒粒大大小小的的级别级别。 通通常将常将晶晶粒粒大大小分小分为为8级级，1级最粗级最粗，8级最级最细细。 通通常常14级为粗级为粗晶晶粒粒度，度，58级为级为细细晶晶粒粒度。度。 16 17 1.起始晶粒起始晶粒度度: 珠光体珠光体刚刚刚刚转变成奥氏体的晶转变成奥氏体的晶粒粒大大小小。 2.实际实际晶粒晶粒度度: 热处理后热处理后所获得所获得的奥氏体晶的奥氏体晶粒粒的大的大小小。 3.本质晶粒本质晶粒度度: 钢加热到钢加热到93010，保温，保温3- 8小小 时时，测测得得的奥氏体晶的奥氏体晶粒粒的大的大小小。 意义：意义：度度量量钢钢本身本身晶晶粒粒在在930以下以下,随随温度温度升
11、升高高, 晶晶粒粒长大的长大的程程度。度。 18 （二二）影响）影响奥氏体晶奥氏体晶粒粒长大的长大的因因素素 . 加热温度和保温加热温度和保温时间时间的的影响影响 . 加热加热速速度的度的影响影响 加热温度和保温加热温度和保温时间时间的的影响影响 加热加热速速度的度的影响影响 从从上上图图得得出什么出什么结结论？论？ 19 .钢的钢的化化学成学成分分 （1）含）含碳碳量量的的影响影响 含含碳碳量量在一定在一定范围范围内，内，随含随含碳碳量量的的增增加，加，晶晶 粒粒长大的长大的倾倾向向增增大。大。 （2）合金元）合金元素的素的影响影响 4. 原原始始组织的组织的影响影响 当当成成分分一定一定时
12、时，原，原始始组织组织愈细愈细，碳，碳化化物弥物弥散度散度 愈愈大，大，则则奥氏体晶奥氏体晶粒愈细小粒愈细小。 20 2.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 热处理时常用的冷却热处理时常用的冷却方式有两方式有两种种：一是一是连续连续冷却冷却； 二二是等温冷却是等温冷却。 21 （一一）过冷奥氏体过冷奥氏体等等温转变温转变曲线曲线的的建立建立 2.3.1 过冷奥氏体的等温转变曲线（过冷奥氏体的等温转变曲线（TTT曲线曲线/C曲线）曲线） T - - -time T - - -temperature T - - -transformation 22 共析共析碳钢碳钢 C曲线曲线的的建立建立: 取
13、取一一批批小小试样并试样并进行进行奥氏体奥氏体化化。 将试样将试样分分组组淬淬入入低低于于A1 点点的不的不 同温度的同温度的盐浴盐浴中中,隔隔一定一定时间取时间取 一一试样淬试样淬入入盐水盐水中中。 测测定定每每个个试样试样的转变的转变量量，确确定定各各 温度下转变温度下转变量量与转变与转变时间时间的的关系关系。 将各将各温度下转变温度下转变开始时间开始时间及及终了终了 时间时间标标在温度在温度-时间时间坐标坐标中中，并并 分分别连线别连线。转变。转变开始开始点点的的连线称连线称 转变转变开始开始线线。转变。转变终了终了点点的的连线连线 称称转变转变终了终了线线。 23 （二二）过冷奥氏体过
14、冷奥氏体等等温转变温转变曲线曲线的的分分析析 共析钢的过冷奥氏体等温转变共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线曲线 24 n 转变转变开始开始线线与与纵纵 坐标之坐标之间间的的距离为距离为 孕育期孕育期。 n孕育期越小孕育期越小，过冷，过冷 奥氏体奥氏体稳稳定性定性越小越小. n孕育期孕育期 最最小小处处称称C 曲线曲线的的“鼻尖鼻尖”。碳。碳 钢钢鼻尖鼻尖处的温度处的温度为为 550。 25 n在在鼻尖鼻尖以上以上, 温度温度 较较高高，相相变变驱动驱动力力 小小. n在在鼻尖鼻尖以下，温度以下，温度 较低较低，扩散，扩散困难困难。 从从而而使奥氏体使奥氏体稳稳定定 性性增增加。加。 n C曲线明确
15、曲线明确表示表示 了了过冷奥氏体在不过冷奥氏体在不 同温度下的同温度下的等等温转温转 变变产物产物。 26 （三三）影响）影响过冷奥氏体过冷奥氏体等等温转变的温转变的因因素素 1. 含含碳碳量量的的影响影响 共析共析钢的过冷奥氏体钢的过冷奥氏体最稳最稳定，定，C曲线最曲线最靠靠右右。 Ms与与Mf点点随含随含碳碳量量增增加加而而下下降降。 与与共析共析钢钢相相比比，亚亚共析共析钢和过钢和过共析共析钢钢C曲线曲线 的上部的上部各各多多一条先一条先共析共析相相的的析出线析出线。 2. 合金元合金元素的素的影响影响 除除Co和和Al外外, 凡凡溶入溶入奥氏体的奥氏体的合金元合金元素素都都使使 C曲线
16、曲线右移右移。并并使使Ms点点下下降降。 27 n3. 加热温度和保温加热温度和保温时间时间的的影响影响 n奥氏体奥氏体化化温度温度提高提高和保温和保温时间延时间延长，使奥氏体长，使奥氏体 成成分均匀分均匀、晶、晶粒粒粗粗大、大、未溶未溶碳碳化化物物减少减少，增增加加 了了过冷奥氏体的过冷奥氏体的稳稳定性，使定性，使C曲线曲线右移右移。 28 2.3.2 珠光体转变珠光体转变 在在A1550 之 之间间发生发生，又又称称高高温转变，温转变， 属属于于扩散扩散型型转变转变。 （一一）珠光体的组织形态和力学性能珠光体的组织形态和力学性能 组织形态组织形态：片片状状珠光体，珠光体，粒粒状状珠光体珠光体 1、片片状状珠光体珠光体 u由片层相间的铁素体和渗碳体片
