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1、1 第第3 3章章 钢的热处理3.1钢在加热时的组织转变3.2钢在冷却时的组织转变3.3钢的普通热处理3.4钢的表面热处理2热处理是指将钢在固态下加热到预定的温度，保温一段时间，然后以预定的方式冷却到室温，来改变其内部组织结构，以获得所需性能的一种热加工工艺。特点：改变钢的内部组织，而不改变其形状和尺寸。分类：普通热处理（退火、正火、淬火、回火）；表面热处理（表面淬火、化学热处理）；其他热处理加热冷却保温过程：过程：33.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变4A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm两种加热：1.临界温度线以下的加热；2.临界线以上的加热。53
2、.1.1奥氏体化过程：奥氏体晶核长大奥氏体晶核形成残余渗碳体溶解奥氏体成分均匀化6加热时由铁素体+渗碳体转变为奥氏体的过程。涉及晶格改组和Fe、C原子的扩散过程。遵循形核、长大规律。2共析钢奥氏体化温度共析钢奥氏体化温度Ac1温度。1）、共析钢的奥氏体化）、共析钢的奥氏体化1奥氏体化奥氏体化7a.形核：优先在相界形核：优先在相界F，Fe3Cb.长大：长大：c.渗碳体完全溶解：渗碳体完全溶解：d.碳的均匀化：碳的均匀化：3共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69)A(Fcc,0.77)示意82）、亚）、亚(过过)析钢的奥氏体化析钢的奥氏体化亚析钢亚析钢过
3、析钢过析钢P+FAP+Fe3CAAc1Ac3Ac1Accm9、奥氏体晶粒大小及控制、奥氏体晶粒大小及控制表征晶体内晶粒大小的量度，通常用长度、面积、体积或晶粒度级别表示。1晶粒度晶粒度102起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度本质晶粒度本质晶粒度：钢奥氏体晶粒长大的倾向。奥氏体晶粒随温度的升高而迅速长大本质粗晶钢奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大本质细晶钢（见下图）起始晶粒度起始晶粒度：PA结束时的晶粒度；实实际际晶晶粒粒度度：钢在某一具体处理过程中所得奥氏体晶粒的大小；11本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）123、影响奥
4、氏体化的因素、影响奥氏体化的因素a加热温度加热温度TA化速度(因为过热度、D、形核孕育期）V转变开始温度，转变时间；V，转变时间，接近平衡转变b加热速度加热速度13c含碳量含碳量C%Fe3C/Fe3C界面多形核核心多转变快d合金元素合金元素a.Cr、Mo、W、Mn、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，形成碳化物，阻碍碳扩散，奥氏体形成速度；b.Co、Ni非碳化物形成元素，奥氏形成速度；c.Al、Si影响不太。e原始组织原始组织片状，片间距小相界面多碳弥散度大碳原子扩散距离短奥氏体形核长大快；片状粒状。144奥氏体晶粒度的控制奥氏体晶粒度的控制a.加热工艺加热工艺合理的加热温度（见下图）与保温时间。
5、b.钢的成分钢的成分合金化合金化i.A中C%晶粒ii.合金元素%晶粒碳化物形成元素碳化物形成元素：形成稳定碳化物阻碍扩散，细化晶粒；Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率且C扩散受阻本质细晶钢；Mn、P等等：促进长大。15161.1.奥奥氏氏体体晶晶粒粒均均匀匀细细小小, ,热热处理后钢的力学性能提高。处理后钢的力学性能提高。2.2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。甚至开裂。奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响17、钢在加热时常见的缺陷及防止措施、钢在加热时常见的缺陷及防止措施1常见缺
6、陷常见缺陷氧化；脱碳；过热；过烧2防止措施防止措施在真空中加热；可控气氛加热；盐浴加热；183.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变1连续处理2等温处理过冷奥氏体的连续冷却转变影响C曲线的因素过冷奥氏体的等温转变19A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm20共析钢等温转变图（共析钢等温转变图（C曲线）曲线）（a）不同等温下的等温转变动力学曲线（b）等温转变图（C曲线）一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变1共析钢过冷共析钢过冷A等温转变曲线等温转变曲线（TTT图、C曲线）获得获得：冷却到一定温度，保温，测量A过冷转变开始和终了时间T - timeT
7、 - temperatureT - transformationC - Shape2122特点：特点：i.A1（727度）以上：A稳定ii.A1（727度）以下：过冷A不稳定，iii.C曲线有一最小孕育期（550度）：1：T，AP的驱动力提高2：TDiiii.转变开始线与转变终了线23稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产产物物区区230 - 50; 低温转低温转变区变区; 非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)300102103104101080
8、0-100100200500600700温度()0400A1MsMf550230;中温转变中温转变区区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变; P 转变区。转变区。A+产产2共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征24A1鼻子温度（鼻子温度（550）A过冷过冷P（S，T）索氏体，屈氏体。）索氏体，屈氏体。P的形成取决于形核、长大速率。的形成取决于形核、长大速率。T，形核，长大。T600，D，长大慢层间距薄、短扩散型相变，综合性能好扩散型相变，综合性能好。HB较低，韧性好
9、。THB，强度（1）高温转变区）高温转变区PST25A1650 : P ; 525HRC; 片间距为片间距为0.60.7m ( 500 )。650600 : 细片状细片状P-索氏体索氏体(S); 片间距为片间距为0.20.4m (1000);2536HRC。600550:极细片极细片状状P-屈氏体屈氏体(T); 片间片间距为距为0.2m ( 电镜 );3540HRC。26珠珠 光光 体体 形形 貌貌 像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌27光镜形貌电镜形貌 索索 氏氏 体体 形形 貌貌 像像28 屈屈 氏氏 体体 形形 貌貌 像像电镜形貌光镜形貌29（2）中温区转变）中温区转变贝氏体转
10、变贝氏体转变550230（Ms）A过冷过冷B，碳化物分布在含过饱和碳的，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的两相机械混合物。基体上的两相机械混合物。550350上贝氏体上贝氏体半扩散型，半扩散型，Fe不扩散不扩散羽毛状羽毛状（见下图）（见下图）碳化物在碳化物在F间，韧性差间，韧性差350Ms下贝氏体下贝氏体C原子有一定原子有一定的扩散能力的扩散能力针状针状（见下图）（见下图）碳化物在碳化物在F内，韧性高，内，韧性高，综合机械性能好综合机械性能好B上B下30B上上 =过饱和碳过饱和碳 -Fe条状条状+ Fe3C细条状细条状过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状B下下 =过
11、饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状 + Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳 -Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状31上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图32a.转变产物：转变产物：马氏体M，碳在-Fe中的过饱和固溶体。使-Fe晶格发生变化。b.实实质：质：T低C无法扩散非扩散性晶格切变(见下图)过饱和C的铁素体。（3）低温区转变）低温区转变马马氏氏体体转转变变，MSMf之之间间一一个个温温度度范范围围内内连连续续冷冷却却完完成成的的，属于非扩散型转变。属于非扩散型转变。A过冷过冷M+A残余残余33 由由于于碳碳的的过过饱饱和和作作用用, ,使
12、使FeFe晶晶格格由由体体心心立立方方变成体心正方晶格。变成体心正方晶格。34奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响35奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响36d.M的组织形态的组织形态板条状板条状 - 低碳马氏体低碳马氏体(0.23%C ); 3050HRC ; = 917%。C%1.0%，针，针/片状马氏体片状马氏体M针针37针、片状针、片状 - 高碳马氏体高碳马氏体(1.0%C); 66HRC左右左右 ; 1%。高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图38e.M的性能的性能马氏体的碳浓度 Wc 1005070406
13、02030100.10.30.20.400.5 0.6 0.7 0.80.9 1.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉强度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200主要取决于马氏体中的碳浓度。主要取决于马氏体中的碳浓度。39M转变的特征：转变的特征：无扩散性；瞬时性；存在Ms,Mf；不完全性；体积膨胀。403共析钢等温转变组织共析钢等温转变组织性能的关系性能的关系转变温度降低，片间距小，细晶强化强度、硬度、塑性、韧性提高。B上（羽毛状）：强度、韧性差；B下（针状）：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能。硬度高C%HRC针/片状马氏体（高C%），硬而脆，塑、韧性差；板条状
14、（低C%），强度高，塑性、韧性好。（1）珠光体型）珠光体型（2）贝氏体）贝氏体（3）马氏体）马氏体414亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线在C曲线左端多一条曲线。亚：先析出F，过：先析出Fe3C碳含量对碳钢C曲线的影响42二、影响二、影响C曲线的因素曲线的因素C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性，这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的状态。学成分和加热时的状态。C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温转变速度和转变产物的性能具有重要意义，而且对钢的热处
15、理工艺也有指导性作用。能具有重要意义，而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。A中中C%C曲线右移曲线右移.对亚共析钢对亚共析钢：钢中：钢中C%，A中中C%C曲线右移曲线右移对过共析钢对过共析钢：一般在：一般在AC1以上以上A化，钢中化，钢中C%，未溶，未溶Fe3C有利于形核有利于形核C曲线左移；曲线左移；当温度超过当温度超过Accm时，时，Fe3C全溶解，全溶解，C曲线右移曲线右移共析钢共析钢：C曲线最靠右边，稳定性最高，孕育期最长。曲线最靠右边，稳定性最高，孕育期最长。1含碳量含碳量下图：碳含量对碳钢下图：碳含量对碳钢C曲线的影响曲线的影响43碳含量对碳钢碳含量对碳钢C曲线的影响曲线的影响44
16、除除Co以外，所有合金元素溶入以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷中，增大过冷A稳定性稳定性C曲线右移曲线右移非碳化物形成元素，非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu,不改变不改变C曲线形状，使右移曲线形状，使右移强碳化物形成元素，强碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改变改变C曲线形状并右移曲线形状并右移除除Co、Al外，均使外，均使Ms、Mf下降，残余下降，残余A2合金元素，（合金元素，（Co%左移）左移）（见下图见下图）A化化温温度度或或加加热热时时间间（成成分分均均匀匀，晶晶粒粒大大，未未溶溶碳碳化化物物少少，形形核率降低）核率降低）A稳定性稳定性，孕育期延长，孕育期延长，C曲
17、线右移曲线右移3加热温度和加热时间加热温度和加热时间45合金元素对碳钢合金元素对碳钢C曲曲线的影响线的影响（a）Ni的影响的影响（b）Cr的影响的影响（c）W的影响的影响A1Ms含含Cr合金钢合金钢MsA1向右移向右移向向下下移移除除 Co、 Al (2.5% ) 外外,所所有有合合金金元元素素溶溶入入奥奥氏体中，会使氏体中，会使:46三、过冷奥氏体的连续冷却转变三、过冷奥氏体的连续冷却转变（CCT曲线）Ps：AP开始线开始线Pf：AP终止线终止线K：珠光体型转变终止线：珠光体型转变终止线Vk：上临界冷却速度（马氏体临界：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）冷却速度）M最小冷速最小冷速Vk：下
18、临界冷速：下临界冷速完全完全P最大冷速最大冷速1过冷奥氏体的连续冷却转变图过冷奥氏体的连续冷却转变图C - continuousC - coolingT - transformation47（1）CCT位位于于TTT曲曲线线右右下下方方，AP转转变变温温度度低低一些，一些，t长一些长一些（2）CCT无无AB转变转变CCT测测定定困困难难，常常用用TTT曲线定性分析曲线定性分析2连续冷却转变曲线和等连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较温转变曲线的比较48（1）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。（2）为了获得）为了获得M，确定工件淬火时的临界冷速
19、。，确定工件淬火时的临界冷速。（3）可以指导连续冷却操作。）可以指导连续冷却操作。（4）选择钢材的依据。钢号不同，）选择钢材的依据。钢号不同，C曲线不同。曲线不同。（5）C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。3C曲线的应用曲线的应用V1：炉冷（退火）：炉冷（退火）PV2：空冷，：空冷，S，TV3：空冷，：空冷，S，TV4：油冷，：油冷，T+M+AV5：M+A49共析钢的等温转变和连续转变曲线的比较及转变组织50作业：作业：术语：珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒度术语：珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒度简答题简答题：1、碳在、碳在Fe-
20、C合金中有哪些存在方式？合金中有哪些存在方式？2、液态、液态Fe-C合金中析出石墨的过程分为哪几个阶段？合金中析出石墨的过程分为哪几个阶段？3、简述钢的奥氏体化过程，以及影响奥氏体化的因素。、简述钢的奥氏体化过程，以及影响奥氏体化的因素。4、影响奥氏体的晶粒度的因素有哪些？如何控制奥氏体的晶粒度。、影响奥氏体的晶粒度的因素有哪些？如何控制奥氏体的晶粒度。5、简述过冷奥氏体等温转变产物及特征，与性能关系怎样？、简述过冷奥氏体等温转变产物及特征，与性能关系怎样？6、简述马氏体转变的特征。、简述马氏体转变的特征。7、简述影响、简述影响C曲线的因素。曲线的因素。8、简述、简述C曲线和曲线和CCT曲线的区别。曲线的区别。
