第三章热处理1课件

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1、课堂讨论课堂讨论3 3、比较下列材料的各方面的性能优劣：、比较下列材料的各方面的性能优劣：铸造性能铸造性能（A A共晶白口铸铁，共晶白口铸铁，B B 高碳钢）高碳钢）轧制性能（轧制性能（A A 低碳钢，低碳钢， B B 中碳钢）中碳钢）焊接性能（焊接性能（A A 低碳钢，低碳钢，B B中碳钢）中碳钢）抗拉强度（抗拉强度（A A 低碳钢，低碳钢， B B 中碳钢）中碳钢）断裂韧度（断裂韧度（A A 中碳钢，中碳钢，B B 高碳刚）高碳刚）硬度（硬度（A A中碳钢，中碳钢，B B 高碳钢）高碳钢）硬度（硬度（A A 共析钢，共析钢， B B过共析钢）过共析钢）抗拉强度（抗拉强度（A A 共析钢，共

2、析钢，B B 亚共析钢）亚共析钢）AAABABBA中碳钢由于含碳量较高，有较大的淬硬倾向，焊缝容易产生冷裂纹，因此焊接性比低碳钢差回复：加热到回复温度，不能引起显微组织的变化，保持拉长、破碎的晶粒外形，晶格畸变减轻，保留加加工工硬硬化化性能，但使内内应应力降低。力降低。1)回复温度：T回0.250.3T熔（K）；2)回复应用：如冷卷弹簧去去应应力力退退火火，使内应力下降，E不变；再结晶：加热到再结晶温度（高于回复温度），位错密度大大降低，显微组织发生明显变化，破碎、拉长晶粒变成细小均匀的无变形的等轴晶粒，强度、硬度下降，韧性上升。内应力完全消失，内应力完全消失，加工硬化完全消失。加工硬化完全消

3、失。最低再结晶温度：T T再再0.4T0.4T熔熔点点（K K）再结晶应用：冷轧带钢、冷拔钢丝、深冲工件（弹壳）的再结晶退火 第三章 钢的热处理热处理热处理 (Heat-treatment, heat-treating）金属材料在固态下通过加热、保温、冷却加热、保温、冷却的方法，改变钢的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺。热处理中的淬火热处理中的淬火0.09 0.17 0.5314956.69A1A3AcmGPSE热处理与Fe-Fe3C相图平衡相图平衡相图钢的加热转变热处理的分类热处理的分类热处理普通热处理表面热处理特种热处理退火正火回火淬火表面淬火表面化学热处理真空热处理可控气氛热处理形变

4、热处理整体表面与心部要求不同第一节 钢在加热时的转变第一节 钢在加热时的转变一、奥氏体形成A1A3AcmGPSEAF+AA+Fe3CPF+PP+Fe3C亚共析钢共析钢过共析钢奥氏体化：把亚共析钢、共析钢、过共析钢分别加热到A3、A1和Acm温度以上，都会形成单相奥氏体，共析钢的奥氏体化过程奥氏体形核奥氏体长大铁素体和渗碳体相界渗碳体溶解残余渗碳体溶解奥氏体均匀化奥氏体化奥氏体化加热温度加热温度加热速度加热速度原始组织原始组织加热温度高，奥氏体形核多，加热温度高，奥氏体形核多，C扩扩散快，奥氏体化速度快散快，奥氏体化速度快加热速度快，发生转变温度高，加热速度快，发生转变温度高，转变温度范围大，转

5、变时间短转变温度范围大，转变时间短原始组织的渗碳体和铁素体越细原始组织的渗碳体和铁素体越细小、相界越多、形核位置越多，小、相界越多、形核位置越多，奥氏体化速度越快奥氏体化速度越快影响奥氏体化的因素影响奥氏体化的因素亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程亚共析钢先共析铁素体珠光体过共析钢珠光体先共析二次渗碳体奥氏体同素异构转变溶入二、奥氏体晶粒大小奥氏体实际晶粒度：在具体的加热条件下得到的奥氏体晶粒大小实际晶粒度实际晶粒度加热温度加热温度保温时间保温时间温度升高，晶粒长大温度升高，晶粒长大时间延长，晶粒长大时间延长，晶粒长大奥氏体实际晶粒度奥氏体本质晶粒度奥氏体晶粒度实际晶粒度冷却后组织大小强度塑性

6、韧性过热过烧加热时奥氏体晶粒大小超过规定的尺寸加热时奥氏体晶粒大小超过规定的尺寸加热时奥氏体晶界发生熔化现象，不可恢复加热时奥氏体晶界发生熔化现象，不可恢复奥氏体化过程出现的缺陷奥氏体化过程出现的缺陷可以通过热处理消除正火，淬火奥氏体的本质晶粒度：加热时奥氏体晶粒长大的倾向，不表示奥氏体实际晶粒度大小本质细晶粒钢本质粗晶粒钢含Al,Nb,Ti,V,等合金元素，形成AlN,Al2O3,NbC,TiC, VC等硬质粒子，阻止奥氏体晶粒长大Si, Mn脱氧钢，不含硬质粒子，奥氏体容易长大奥氏体的本质晶粒度钢的本质晶粒度本质晶粒度的意义长时间的热处理工艺：要使用本质细晶粒钢，如渗碳工艺，900-950

7、度，5-8h较高温度的处理工艺：本质细晶粒钢如焊接工艺，焊接热影响区的过热度轻930930摄氏度保温摄氏度保温3-83-8h h，冷却后制成金相样品，冷却后制成金相样品，100100x x显显微镜与标准晶粒等级图比较。微镜与标准晶粒等级图比较。1-4级 本质粗晶粒5-8级 本质细晶粒钢的本质晶粒度测量第二节 奥氏体转变图A1A3AcmGPSEA奥氏体A1,A3, Acm以下过冷奥氏体不稳定,在不同的温度,转变为不同产物等温转变连续转变一、奥氏体的等温转变图一、奥氏体的等温转变图Time-Temperature Transformation (TTT)1，奥氏体等温转变图测定原理:奥氏体恒温盐浴

8、/金属浴测量转变开始时间和结束时间.2 2，共析钢奥氏体等温转变图分析，共析钢奥氏体等温转变图分析 （TTT TTT 曲线或曲线或C C曲线）曲线）C曲线的特点：1，560度孕育期最短2,转变类型随等温温度而变化BupperBlowerA12 2，共析钢奥氏体等温转变图分析，共析钢奥氏体等温转变图分析 （TTT TTT 曲线或曲线或C C曲线）曲线）3 3，过冷奥氏体等温转变过程和产物，过冷奥氏体等温转变过程和产物（1）珠光体转变A1560 之间奥氏体晶界渗碳体铁素体铁素体C浓度降低C浓度降低渗碳体珠光体珠光体转变机制珠光体转变机制BuBlA1粗大极细珠光体的层片厚度等温转变温度珠光体P索氏体

9、S托氏体T强度硬度韧性珠光体的种类珠光体的种类高低珠光体转变过程珠光体转变过程 粗珠光体 细珠光体1000x（2 2）贝氏体转变）贝氏体转变BuBlA1奥氏体过冷到560-Ms温度保温时，首先从奥氏体晶界形成含碳过饱和铁素体晶核并长大，随后在这种铁素体中析出细小的渗碳体。贝氏体形成示意图上贝氏体 B上 , Bu560-350形成，呈羽毛状，相互平行的过饱和铁素体片和分布在片间的断续的细小渗碳体组成。40-45HRC,硬度较高，塑性、韧性差下贝氏体B下, Bl350 -Mf范围内形成，呈针状，针叶状过饱和铁素体和分布在其中的极细小渗碳体组成。50-60HRC,硬度更高，塑性、韧性较好Upper

10、bainite (dark) and martensite (light) in a partially transformed (1525F - 30 min, 1000F - 1 min, water quench) specimen of AISI type 5160 alloy steel. Lower bainite (dark) and martensite (light) in a partially transformed (1525F - 30 min, 650F - 5 min, water quench) specimen of AISI type 5160 alloy

11、steel. Source:Microstructure of Ferrous Alloys GeorgeF.VanderVoort,Director,Research&Technology,BuehlerLtd.,LakeBluff,IL放大的上贝氏体和下贝氏体(10000x)贝氏体转变（3）马氏体转变BuBlA1马氏体转变：在Ms-Mf温度计之间发生转变，速度很快，孕育期很短，难以测出。马氏体晶体结构马氏体碳含量越高，c/a越大， 晶格畸变程度越大，内应力越大。碳在-Fe中的过饱和固溶体,体心正方结构。低碳马氏体：0.1-0.25%C, 马氏体呈板条状，35-45HRC, ss= 800-

12、1300MPa,sb=1000-1500MPa,d=9-17%, y=40-65%,ak=60-180J/cm2高碳马氏体：0.6%C, 马氏体呈透镜片状，或者针状，62-64HRC, ss= 1500-2000MPa,sb=1800-2300MPa,d=1%, y=30%,ak=10J/cm2马氏体的形态马氏体的形态低碳马氏体，板条状（lath）高碳马氏体，透镜片状（plate）马氏体转变机制(切变机制)nOrientation relationships in the Bain model are:(111)g (011)a 101g 111a 110g 100a 112g 011a 切变

13、机制的证据切变机制的证据马氏体转变的变形切变马氏体转变马氏体转变的形状记忆效应马氏体转变的形状记忆效应Shape Memory Effect1234Shape memory metal at 100应用领域：温度继电器、玩具、机械、电子、自动控应用领域：温度继电器、玩具、机械、电子、自动控制、机器人、热机等许多领域，已有一些产品进入了制、机器人、热机等许多领域，已有一些产品进入了市场市场 形状记忆合金应用的原理形状记忆合金应用的原理单程形状记忆单程形状记忆双程形状记忆双程形状记忆超超弹性弹性相变阻尼相变阻尼应用举例：4，影响奥氏体等温转变图的主要因素（1）碳含量亚共析钢共析钢亚共析钢先共析铁素

14、体先共析渗碳体珠光体转变等温转变鼻尖最靠左等温转变鼻尖靠右等温转变鼻尖靠右对亚共析钢，钢中C%，A中C%C曲线右移对过共析钢，一般在AC1以上A化，钢中C%，未溶Fe3C有利于形核C曲线左移共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。 （2）合金元素除Co以外，所有合金元素溶入奥氏体后都会使等温转变图右移。除Co,Al以外，其他元素溶入奥氏体后都会使等温转变图中的Ms-Mf下移，某些合金元素会改变C曲线的形状BupperBlowerA1二、奥氏体的连续冷却转变图Continuous Cooling Transformation (CCT)连续冷却转变曲线： 用体积膨胀法测定，根据转变产物的比容不同，测

15、出开始点（），结束点（），连线而成。CCT曲线只有C曲线的上半部分，所以连续冷却得不到贝氏体（B）组织；临界冷却速度Vk：得到马氏体的最小冷却速度。 CCT曲线测定困难，目前材料手册中某些钢材无CCT曲线 T A体化 Ac1 A过 Vk V5 V4 V3 V2 V1 时间等温冷却曲线在连续冷却中的应用 1)等温转变的Vk大于连续转变的Vk,即VkVk2) C曲线估算连续转变的产物：仅作定性分析 T A Ac1 Vk Vk V4 V3 V2 V1 时间/SV1: 相当于炉冷 A PV2：相当于空冷AS； V3：相当于油冷AT+B+M；V4：相当于水冷AM； 课堂讨论试比较一般情况下列铁碳合金中的组织的力学性能（给出顺序）硬度铁素体 渗碳体 珠光体 莱氏体 奥氏体马氏体 上贝氏体 下贝氏体 奥氏体 珠光体强度珠光体 索氏体 托氏体 铁素体 塑性奥氏体 铁素体 渗碳体 马氏体 托氏体韧性珠光体 索氏体 托氏体 渗碳体上贝氏体 下贝氏体 韧性硬度