理化检验-2011-6(ppt文档可编辑修改).ppt

理化检验图图1-23 铁碳合金相图铁碳合金相图LL+AAF+AFF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdA+Fe3CIIA+Fe3CII+LdLdLdL+Fe3CILd+Fe3CILd+Fe3CI一、有关合金的基本概念一、有关合金的基本概念1、合金、合金 alloy由两种或两种以上金属元素或者金属元素与由两种或两种以上金属元素或者金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。如非金属元素组成的具有金属特性的物质。如铜合金、铝合金、铁碳合金等。铜合金、铝合金、铁碳合金等。2、组元、组元 constituent组成合金的最基本的独立的物质称组元，简组成合金的最基本的独立的物质称组元，简称称“元元”。如：黄铜。如：黄铜 CuZn；硬铝硬铝 AlCu 等都称等都称二元合金二元合金。问题：问题：铁碳相图中的组元是什么？铁碳相图中的组元是什么？3、系、系 system由给定组元可以按不同比例配制一系列成由给定组元可以按不同比例配制一系列成分不同的合金，简称：分不同的合金，简称：“系系”。4、相图、相图 ：表示合金系中合金状态与温度、：表示合金系中合金状态与温度、成分之间的关系的图解。成分之间的关系的图解。如：如：铁碳合金状态图铁碳合金状态图5、相、相 phase ：指同一化学成分，同一结构指同一化学成分，同一结构并以界面互相分开的均匀组成部分并以界面互相分开的均匀组成部分。如如 固相、固相、液相等。液相等。6、组织、组织 structure ：借助于放大镜、显微镜借助于放大镜、显微镜下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。下观察到具有某种形态、形貌特征的组成部分。问题：铁碳相图中的相和组织有哪些？问题：铁碳相图中的相和组织有哪些？注意组织和相的区别。如渗碳体是一种相。但注意组织和相的区别。如渗碳体是一种相。但可以分为不同组织。一次渗碳体，二次渗碳体，可以分为不同组织。一次渗碳体，二次渗碳体，三次渗碳体，共晶渗碳体，共析渗碳体。三次渗碳体，共晶渗碳体，共析渗碳体。特征：特征：（1）晶格仍保持原晶格（溶剂）晶格仍保持原晶格（溶剂）。（2）化学成分在一定范围内可改变。）化学成分在一定范围内可改变。（3）性能随化学成分改变而逐渐变化。）性能随化学成分改变而逐渐变化。性能：性能：造成晶格畸变，强度、硬度上升。造成晶格畸变，强度、硬度上升。这种现象称这种现象称固溶强化固溶强化。若若溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高溶质原子质量分数（含量）适当，其力学性能高。二、合金的相结构二、合金的相结构1、固溶体、固溶体 solid solution 概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均概念：溶质原子溶入溶剂晶格中所形成的一种均匀固体。如；匀固体。如；铁素体铁素体。2、金属化合物、金属化合物 compound 概念：概念：合金元素之间发生相互作用而生成的合金元素之间发生相互作用而生成的一种具有金属特性的新相。如一种具有金属特性的新相。如 Fe与与CFe3C 特征：特征：（1）具有一定的化学成分。）具有一定的化学成分。（2）与任一组元成分不同。）与任一组元成分不同。（3）熔点高、脆性大、硬度高。）熔点高、脆性大、硬度高。性能：性能：渗碳体，晶格：复杂斜方，渗碳体，晶格：复杂斜方，、HB，、ak，脆性大。脆性大。3、机械混合物、机械混合物 mixture 概念：概念：两相按固定比例构成的组织（复合相），两相按固定比例构成的组织（复合相），称机械混合物。如称机械混合物。如 铁碳合金中铁碳合金中 F与与Fe3C结合为结合为P。什么固定比例？什么固定比例？特征特征：各相保持自己的晶格类型、性能特点。各相保持自己的晶格类型、性能特点。强度、硬度强度、硬度适中，适中，目前钢铁材料中大目前钢铁材料中大 部分是这种组织。部分是这种组织。（注意其与金属化合物的区别）（注意其与金属化合物的区别）问题：问题：铁碳相图中有哪些是固溶体、金属化合物铁碳相图中有哪些是固溶体、金属化合物、机械混机械混合物合物？为什么不都形成固溶体？注意溶解度的不同。为什么平衡相图中室温时都由F和Fe3C组成，但会有不同相结构和不同组织。注意马氏体、贝氏体不用铁碳相图分析。平衡与非平衡之分。如T8钢Ms点为230，从铁碳相图上看，认为230以下为马氏体。错误。那如何分析呢？要用C曲线。注意母相和冷却速度。第第3节节 铁碳合金铁碳合金（体心立方晶格）（体心立方晶格）（面心立方晶格）（面心立方晶格）（体心立方晶格）（体心立方晶格）1.3.1 铁碳合金的基本组织和性能铁碳合金的基本组织和性能1.铁的同素异晶转变铁的同素异晶转变 金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶金属在固态下发生的晶格结构的转变叫同素异晶（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，（构）转变。金属的同素异构转变也是一种结晶过程，有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两有一定的转变温度和过冷度；也有晶核的形成和长大两个阶段。故同素异构转变又称为个阶段。故同素异构转变又称为重结晶重结晶。铁的同素异构。铁的同素异构转变如下所示。转变如下所示。重结晶与再结晶的区别？重结晶与再结晶的区别？重结晶与再结晶不同，重结晶是具有多型性相变的金属和合金，当温度改变通过其临界转变温度时，发生从一种点阵结构转变成另一种点阵结构的过程。再结晶金属冷加工变形后，由于内能提高而处于不稳定状态，当加热到适当温度时，由于原子扩散能力增强，在晶格畸变较严重处，将进行重新成核和晶粒长大，形成一些位向与变形晶粒不同、内部缺陷减少的等轴小晶粒。这些小晶粒不断向外扩展长大，直至冷变形组织完全消失，从而获得没有内应力和形变的稳定组织。这一没有相变的结晶过程叫做再结晶。可以进行再结晶的最低温度叫做等再结晶温度。再结晶温度的高低，一般和金属的成分和形变量有关。能导致再结晶的最小形变量叫做临界形变。经再结晶后，金属的强度、硬度显著下降，塑性、韧性大大提高，加工硬化状态消失，内应力完全消除，金属的性能又重新复原到冷变形之前的状态。动力不同。再结晶：动力乃冷变形组织拥有的畸变能。重结晶：动力乃新旧相之间的自由能差。再结晶和去应力退火的区别：再结晶：有新的无畸变晶粒的生核和长大的过程。应力彻底释放。去应力退火：主要是一个回复的过程。是一个点缺陷减少明显，位错进行滑移和攀移的运动。位错密度减少有限，只是分布进行了调整（多边形化形成亚晶），籍此而使系统的弹性能降低，应力得到一定释放的过程。2.2.铁素体（铁素体（F F）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，铁铁素素体体（F）保保持持体体心心立立方方晶晶格格结结构构。溶溶解解度度（0.0008%0.0008%0.0218%0.0218%），故故性性质质接接近近纯纯铁铁，强强度、硬度低，塑性、韧性好。（溶质是度、硬度低，塑性、韧性好。（溶质是C C，溶剂是，溶剂是FeFe。）3.3.奥氏体（奥氏体（A A）碳碳溶溶于于 中中的的固固溶溶体体，保保持持面面心心立立方方晶晶格格结结构构。溶溶解解度度（0.77%0.77%2.11%2.11%），其其强强度度和和硬硬度度略略高高于于铁铁素素体体，塑塑性性、韧性较好。韧性较好。（溶质是（溶质是C，溶剂是，溶剂是Fe。）。）问题：碳在问题：碳在F F和和A A中的溶解度哪个大，为什么？中的溶解度哪个大，为什么？渗碳处理在什么温度进行好？渗碳处理在什么温度进行好？4.渗碳体（渗碳体（Fe3C）铁和碳组成的铁和碳组成的金属化合物金属化合物，复杂斜方晶，复杂斜方晶体结构。含碳量为体结构。含碳量为6.69%，其硬度很高，塑，其硬度很高，塑性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条性、韧性几乎为零，脆性极大，在一定条件下分解为铁和石墨。件下分解为铁和石墨。说明石墨比渗碳体更稳定，说明石墨比渗碳体更稳定，那么为什么不那么为什么不直接析出石墨而析出渗碳体呢直接析出石墨而析出渗碳体呢？固态相变的一大特点，相变阻力大，通常固态相变的一大特点，相变阻力大，通常有亚稳相析出。有亚稳相析出。6.6.莱氏体莱氏体LdLd 莱莱氏氏体体在在7277270 0C C以以上上，由由奥奥氏氏体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为高高温温莱莱氏氏体体LdLd；在在7277270 0C C以以下下，该该组组织织转转变变为为由由珠珠光光体体与与渗渗碳碳体体组组成成的的机机械械混混合合物物，称称为为低低温温莱莱氏氏体体LdLd。其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。其力学性能与渗碳体相似，硬度较高，脆性较大。问题：问题：渗碳体中含碳量为渗碳体中含碳量为6.69%，如何计算？，如何计算？Fe3C：含一个：含一个C原子，原子，3个铁原子。个铁原子。5.5.珠光体珠光体 P P 珠珠光光体体是是铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的机机械械混混合合物物。珠珠光光体体强强度度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间。1.3.2 铁碳合金相图铁碳合金相图 铁碳合金相图：表示在铁碳合金相图：表示在平衡状态平衡状态下铁碳合金的化学成下铁碳合金的化学成分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁分、相、组织与温度的关系图。利用它可以研究钢和铸铁的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为的内部组织及其变化规律，从而为更好的利用它们，并为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。在工程中一般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构般研究的铁碳合金状态图实际上都是铁与渗碳体两组元构成的状态图，如图成的状态图，如图1-231-23所示。所示。钢：含碳量小于钢：含碳量小于2.11%的铁碳合金；的铁碳合金；铸铁：含碳量大于铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。图图1-23 铁碳合金相图铁碳合金相图LL+AAF+AFF+PPP+Fe3CIIP+Fe3CII+LdA+Fe3CIIA+Fe3CII+LdLdLdL+Fe3CILd+Fe3CILd+Fe3CI 相图上的特性线和点如下：相图上的特性线和点如下：2）AHJECFAHJECF线线（固固相相线线）。当当合合金金冷冷却却到到此此线线时时，金金属属液液全部结晶为固相，全部结晶为固相，在此线以下区域为固相在此线以下区域为固相。问题：在这两条线之间是什么？问题：在这两条线之间是什么？1）ABCDABCD线线（液液相相线线）。当当金金属属液液冷冷却却到到此此线线时时开开始始结结晶晶，在此线以上区域为液相在此线以上区域为液相。由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。由于图中左上角部分在实用中用处不大，故不予分析。3）A A点。纯铁的熔点（点。纯铁的熔点（153815380 0C C）。）。4 4）D D点。渗碳体的熔点（点。渗碳体的熔点（122712270 0C C）。）。5 5）C C点。共晶点，温度点。共晶点，温度114811480 0C C，成分，成分4.3%C4.3%C。共共晶晶：指指合合金金在在一一定定的的条条件件(温温度度、成成分分)下下，由由液液体体合合金金中中同同时时结结晶晶出出两两种种不不同同的的晶晶体体，而而形形成成一一种种特特殊殊的的共共晶晶体体组织组织的的转变转变。即即 6 6）ECFECF线线（共共晶晶线线）。含含碳碳量量在在2.11%2.11%6.69%6.69%的的铁铁碳碳合合金金，冷冷却却到到此此线线时时（114811480 0C C），将将发发生生共共晶晶反反应应，同同时时结结晶晶出出奥氏体和渗碳体的共晶混合物莱氏体。奥氏体和渗碳体的共晶混合物莱氏体。问题：不在问题：不在C点的合金为何也有共晶反应。点的合金为何也有共晶反应。共晶反应是定成分点反应。固相、液相成分变化规律。共晶反应是定成分点反应。固相、液相成分变化规律。7 7）ESES线线。是是碳碳在在 中中的的溶溶解解度度曲曲线线，E E点点表表示示在在114811480 0C C时时碳碳在在 中中的的最最大大溶溶解解度度为为2.11%2.11%。随随着着温温度度降降低低，溶溶解解度度下下降降，即即含含碳碳量量大大于于0.77%0.77%的的奥奥氏氏体体冷冷却却过过程程中中都都将将从从奥奥氏氏体体中中析析出出渗渗碳碳体体（次次生生渗渗碳碳体体，二二次次渗渗碳碳体体），常称为，常称为A Acmcm线。线。8 8）GSGS线线。是是冷冷却却过过程程不不同同含含碳碳量量的的奥奥氏氏体体中中析析出出铁铁素素体体的的转变线，常称为转变线，常称为A A3 3线。线。1010）PSKPSK线线（共共析析线线）。含含碳碳量量在在0.0218%0.0218%6.69%6.69%的的铁铁碳碳合合金金，冷冷却却到到此此线线时时（7277270 0C C），将将发发生生共共析析反反应应，从从奥奥氏氏体体中中同同时时结结晶晶出出铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体的的共共析析混混合合物物珠珠光光体体。常称为常称为A A1 1线。线。问题：不在问题：不在S点的合金为何也有共析反应。点的合金为何也有共析反应。共析反应是一个定成分反应，共析反应是一个定成分反应，A、F成分变化规律。成分变化规律。亚亚共共析析钢钢A、F的的含含碳碳量量都都在在增增加加而而合合金金总总含含碳碳量量不不变变如如何理解？何理解？9 9）S S点。共析点，温度点。共析点，温度7277270 0C C，成分成分0.77%0.77%。共共析析转转变变：指指合合金金在在一一定定条条件件下下，由由一一种种固固相相转转变变成成两两个固相的机械混合物的个固相的机械混合物的过过程。程。即：即：Fe-Fe3C相图分析（书相图分析（书P17）点：点：A、G、Q、(D)；E、P；C、S线：线：ACD、AECF；ECF、PSK；ES、PQ；GS；区：单相区区：单相区5个（哪五个）个（哪五个）两相区两相区7个（哪七个）个（哪七个）三相区三相区3个（哪三个）个（哪三个）问题：如何以三相区来问题：如何以三相区来 记忆记忆Fe-Fe3C相图？相图？简化相图简化相图1.3.3 铁碳合金的组织转变铁碳合金的组织转变 工业纯铁工业纯铁 含碳量小于含碳量小于0.0218%0.0218%的铁碳合金，的铁碳合金，钢钢 含碳量在含碳量在0.0218%0.0218%2.11%2.11%的铁碳合金，的铁碳合金，共析钢共析钢 含碳量等于含碳量等于0.77%0.77%，亚共析钢亚共析钢 含碳量小于含碳量小于0.77%0.77%，过共析钢过共析钢 含碳量位于含碳量位于0.77%0.77%2.11%2.11%，白口铸铁白口铸铁 含碳量在含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金的铁碳合金 共晶白口铸铁共晶白口铸铁 含碳量等于含碳量等于4.3%，亚共晶白口铸铁亚共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于2.11%4.3%过共晶白口铸铁过共晶白口铸铁 含碳量位于含碳量位于4.3%6.69%1.钢的结晶过程钢的结晶过程 为为方方便便起起见见，按按照照铁铁碳碳合合金金的的分分类类，把把相相图图分分为为钢钢和和白白口口铸铸铁铁两两部部分分；如如图图1-24为为经经过过简简化化的的钢钢的的铁铁碳碳合合金金相相图图。下下面分析其结晶过程：面分析其结晶过程：1）共析钢（如图）共析钢（如图I号合金）的结晶过程号合金）的结晶过程 其其室室温温组组织织为为珠珠光光体体，为为层层片片状状组组织织，具具有有较较高高的的强强度度 =800MPa，硬硬度度HBS=230,塑性较低塑性较低 =12%。问问题题：书书中中P18珠珠光光体体组组织织是是层层片片状状的的，其其中中F体体积积大大约约是是渗渗碳碳体体的的8倍倍，如如何何得得来？来？图图1-24 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%共析钢的结晶过程共析钢的结晶过程显微组织2）亚共析钢（如图）亚共析钢（如图II号合金）的结晶过程号合金）的结晶过程 其其室室温温组组织织为为铁铁素素体体加加珠珠光光体体，其其显显微微组组织织如如图图1-29；其其性性能能介介于于铁铁素素体体和和珠珠光光体体之之间间；随随含含碳碳量量升升高高，珠珠光光体体量量增增多多，故故强度硬度增加，塑性韧性下降。强度硬度增加，塑性韧性下降。问问题题：书书中中P21如如何何近近似似地地根根据据亚亚共共析析钢钢的的平衡组织来估算它的含碳量？平衡组织来估算它的含碳量？重点是杠杆定律的应用，如何确定三个点。重点是杠杆定律的应用，如何确定三个点。定定量量金金相相的的应应用用。IPP软软件件应应用用测测定定含含碳碳量量，测定晶粒度，测量马氏体针的长度等。测定晶粒度，测量马氏体针的长度等。图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%亚共析钢的结晶过程：亚共析钢的结晶过程：显显微微组组织织其其室室温温组组织织为为渗渗碳碳体体加加珠珠光光体体，其其显显微微组组织织如如图图1-31；随随含含碳碳量量升升高高，渗渗碳碳体体量量增增多，故硬度增加，韧性下降。多，故硬度增加，韧性下降。二次渗碳体呈网状。二次渗碳体呈网状。图图1-20 钢的铁碳合金相图钢的铁碳合金相图0.772.11C%3）过共析钢（如图）过共析钢（如图III号合金）的号合金）的结晶过程结晶过程过共析钢的结晶过程：过共析钢的结晶过程：显微组织过共析钢的显微组织：过共析钢的显微组织：铸铸铁铁根根据据含含碳碳量量的的不不同同可可分分为为共共晶晶白白口口铸铸铁铁（4.3%C）、亚亚共共晶晶白白口口铸铸铁铁（4.3%C）；其其简简化化的的铁铁碳碳合合金金相相图图如如图图1-22所示，下面分别分析其结晶过程。所示，下面分别分析其结晶过程。2.白口铸铁的结晶过程白口铸铁的结晶过程图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690C1）共晶白口铸铁（如图）共晶白口铸铁（如图V）的结晶过程的结晶过程其室温组织为莱氏体。其室温组织为莱氏体。共共晶晶成成分分合合金金熔熔点点最最低低。适适合合铸铸造造合合金金成成分分选选取取。这这也也是是相相图图应应用用之之一。一。共晶白口铁的结晶过程：共晶白口铁的结晶过程：显显微微组组织织莱氏体（Ld）是在室温时珠光体及二次渗碳体和共晶渗碳体所组成的机械混合物。含碳量为4.3%的共晶白口铸铁在1148时形成由奥氏体和渗碳体组成的共晶体，其中奥氏体冷却时析出二次渗碳体，并在727以下分解为珠光体。莱氏体的显微组织特征是在亮白色的渗碳体基体上相间地分布着暗黑色斑的点状或细条状的珠光体。二次渗碳体和共晶渗碳体连在一起，从形态上难以区分。其室温组织为珠光体加莱氏体。其室温组织为珠光体加莱氏体。图图1-22 生铁的铁碳合金相图生铁的铁碳合金相图2.114.36.690C2）亚共晶白口铸铁（如图）亚共晶白口铸铁（如图IV）的结晶过程的结晶过程3）过共晶白口铸铁（如图）过共晶白口铸铁（如图IIV）的结晶过程的结晶过程 其室温组织为渗碳体加莱氏体。其室温组织为渗碳体加莱氏体。亚共晶白口铁的结晶过程：亚共晶白口铁的结晶过程：过共晶白口铁的结晶过程：过共晶白口铁的结晶过程：亚共晶白口铁（含碳量2.114.3%）室温组织为珠光体、二次渗碳体和低温莱氏体。在显微镜下，珠光体呈黑色块状或树枝状，莱氏体则在呈白色基体上散布黑色麻点和黑色条状，二次渗碳体则分布在珠光体枝晶的边缘。共晶白口铁（含碳量为4.3%）室温组织为低温莱氏体，显微镜下看到的是黑色粒状或条状珠光体散布在白色渗碳体基体上。过共晶白口铁（含碳量4.36.69%）由先结晶的一次渗碳体与低温莱氏体组成，显微镜下看到的是一次渗碳体呈亮白色条状分布在莱氏体基体上。1.3.4 铁碳合金相图的应用铁碳合金相图的应用 1 1）在铸造中的应用。）在铸造中的应用。根根据据相相图图可可以以知知道道各各种种成成分分的的钢钢和和铸铸铁铁的的结结晶晶温温度度，可可确确定定合合金金的的浇浇注注温温度度，知知道道合合金金的的凝凝固固温温度度范范围围，判判断断流流动动性性以以及及缩缩孔孔、缩缩松松的的倾倾向向。共共晶晶成成分分的的合合金金，结结晶晶温温度度较较低低，偏偏析析较较小小，流流动动性性好好，因因而而铸铸造造合合金金的的成成分分常常选选用用接接近近共共晶晶成成分。分。2 2）在锻造中的应用。）在锻造中的应用。钢钢中中有有奥奥氏氏体体组组织织时时，塑塑性性好好，变变形形抗抗力力低低，便便于于塑塑性性变变形形，故常选择故常选择单相奥氏体区域单相奥氏体区域的适当温度范围。的适当温度范围。3 3）在热处理中的应用。）在热处理中的应用。相相图图反反映映了了不不同同成成分分的的合合金金在在缓缓慢慢加加热热或或冷冷却却时时，所所发发生生的组织转变温度，是的组织转变温度，是制订热处理工艺制订热处理工艺的依据。的依据。思考题：思考题：1.1.何何谓谓奥奥氏氏体体、铁铁素素体体、渗渗碳碳体体、珠珠光光体体、莱莱氏氏体体，它它们的性能如何？们的性能如何？2.2.试试简简述述铁铁碳碳合合金金状状态态图图中中C C点点、S S点点、ECFECF线线、PSKPSK线线、ESES线和线和GSGS线的物理含义。线的物理含义。3.3.试试分分析析含含碳碳0.4%C0.4%C、0.77%C0.77%C、1.0%C1.0%C、3.0%C3.0%C、4.3%C4.3%C和和5.0%C5.0%C的的合合金金在在极极缓缓慢慢冷冷却却时时组组织织的的转转变变过过程程，并并指指出出其其室温组织。室温组织。4.4.和和 的最大含量？的最大含量？5.5.铁碳合金相图的应用。铁碳合金相图的应用。第二章第二章 钢的热处理基础钢的热处理基础 Heat treatment of carbon steel1、热处理概念、热处理概念 GB/T737299采用适当的方式对金属材料或工件进行采用适当的方式对金属材料或工件进行加热加热、保保温温、冷却冷却以获得预期的以获得预期的组织结构组织结构与与性能性能的工艺。的工艺。目的目的：改变钢的工艺：改变钢的工艺性能；强化钢材；满性能；强化钢材；满足使用要求。足使用要求。原理原理：改变组织改变组织。固。固态相变。态相变。t o时间时间 加热加热保温保温冷却冷却热处理工艺曲线热处理工艺曲线如GCr15钢的球化退火。含碳1%左右，含铬1.5%左右。2、热处理分类、热处理分类按按目的、加热条件和特点不同分：目的、加热条件和特点不同分：退火、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。是讨论的重点是讨论的重点 （1）整体热处理）整体热处理 bulk heat-treatment（2）表面热处理）表面热处理 surface heat-treatment火焰加热法、感应加热法。火焰加热法、感应加热法。（3）化学热处理）化学热处理 thermo-chemical treatment渗碳、渗氮、碳氮共渗等渗碳、渗氮、碳氮共渗等（4）特殊热处理）特殊热处理 special hent-treatment形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等形变热处理、磁场热处理、真空热处理、激光热处理等。第一节第一节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变GPQSEAFF+AA+Fe3CpF+PP+Fe3C加热时：加热时：“C”下下标标滞后性，热惯性滞后性，热惯性如：AC1；AC3；AccmAC3AccmAC1冷却时：冷却时：“r”下标下标如：Ar1；Ar3；ArcmAr3Ar1Arcm一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成以以共析钢为例，室温共析钢为例，室温 PF+Fe3C混合物混合物F体心体心 立方立方 WC=0.0218%;Fe3C复杂斜方复杂斜方WC=6.69%AC1A 面心立方面心立方 WC=0.77%*奥氏体形成的过程是奥氏体形成的过程是 Fe、C原子的扩散过程原子的扩散过程绝大多数热处理过程都需要将钢加热到钢的临界点以上，使钢部分或全部转化为奥氏体，再适当冷却加热转变的奥氏体状态，如晶粒大小、形状、空间取向、亚结构、成分、均匀性等对后续的处理意义重大Fe3CFA 核核AA形成过程形成过程：1、奥氏体的形核、奥氏体的形核3、剩余、剩余Fe3C的的溶解溶解4、奥氏体的均匀化、奥氏体的均匀化6.69%0.0218%0.77%以非均匀形核为主要形式A核一般在F和Fe3C交界处形成从成分考虑F（0.02%）Fe3C（6.69%）A（0.77%）从能量考虑交界处（界面、界棱、界隅）提供形核所需能量所谓：浓度起伏、结构起伏、能量起伏。2、奥氏体的、奥氏体的长大长大A核的长大A核的长大是通过Fe3C溶解、C原子在A中扩散、A两侧向F和Fe3C推移完成的FFe3CC原子发生扩散扩散破坏界面C平衡FA、Fe3C A以降低（升高）C浓度，促使反应进行。问题：用相图如何分析？渗碳体溶解当珠光体中铁素体全部消失时，渗碳体还没有完全溶解，此时A中C%小于P中的C%，为什么？对渗碳体还没有完全溶解的解释：C扩散决定。在随后的转变过程中，Fe3C不断溶解，C继续在A中扩散，直至所有Fe3C全部溶解该过程为一个缓慢的过程奥氏体均匀化同样为一个缓慢的过程原铁素体一侧原渗碳体一侧二、影响二、影响 A 形成的因素形成的因素1、加热速度、温度的影响、加热速度、温度的影响。温度高，加热速温度高，加热速度快，扩散能力强，度快，扩散能力强，A形成速度快。形成速度快。2、原始组织的影响。原始组织越细，、原始组织的影响。原始组织越细，A形成形成速度快。速度快。3、化学成分的影响。含碳量越高，、化学成分的影响。含碳量越高，A形成速形成速度快。碳化物形成元素减慢度快。碳化物形成元素减慢A形成速度，非形成速度，非碳化物形成元素增加碳化物形成元素增加A形成速度，扩大形成速度，扩大A相相区元素增加区元素增加A形成速度，减小形成速度，减小A相区元素减相区元素减慢慢A形成速度。形成速度。观看视频资料亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的奥奥氏氏体体化化过过程程与与共共析析钢钢基基本本相相同同。但但由由于于先先共共析析 或或二二次次FeFe3 3C C的的存存在在，要要获获得得全全部部奥奥氏氏体体组组织织，必必须须相相应应加加热热到到AcAc3 3或或AcAccmcm以上以上。问题：碳钢中完全问题：碳钢中完全 奥氏体化温度最低奥氏体化温度最低 的成分点是哪一点？的成分点是哪一点？炼钢时从高温冷却已炼钢时从高温冷却已经历此过程，为何又经历此过程，为何又加热？加热？三、A晶粒长大及其控制A晶粒的形成并不意味着A化的完结，继续加热、保温将导致A晶粒长大A晶粒大小直接影响冷却转变的组织和性能一、A晶粒度A晶粒大小用晶粒直径d、单位面积内晶粒个数n来表示定义：放大100倍，每645mm2内晶粒个数为nN为晶粒度N：14粗晶粒钢 N8：超细晶粒起始晶粒度：加热转变终了时A晶粒大小 取决于I、V实际晶粒度：长大到冷却开始时的A晶粒大小 取决于加热温度、保温时间、化学成分、原始组织等本质晶粒度：93010保温38h实际晶粒度 与合金元素、脱氧方式有关影响A长大的因素加热温度、保温时间加热速度未溶第二相微粒的钉扎作用提高起始晶粒均匀性，可降低驱动力P，抑制长大原始组织快速加热、短时保温盐浴炉盐浴炉可控气氛保护可控气氛保护真空热处理真空热处理四、加热时常见的缺陷四、加热时常见的缺陷过热：过热：晶粒粗大，可以消除晶粒粗大，可以消除(完全退火或等温退完全退火或等温退火或正火火或正火)过烧：过烧：晶界局部熔化，无法消除晶界局部熔化，无法消除氧化氧化脱碳脱碳如带锯条的淬火和回火是在氮气保护下进行的。铅浴淬火。刀具的盐浴淬火。汽车轮毂的真空炉处理。铝合金的过烧组织第二节第二节 钢在冷却时组织转变钢在冷却时组织转变A1温度温度时间时间O连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却一、过冷一、过冷A的等温冷却转变的等温冷却转变过冷过冷A冷却到冷却到 A1 线以下暂时存在的线以下暂时存在的A。等温冷却等温冷却将将 A 由高由高温冷却到温冷却到 A1 线以下某个温线以下某个温度等温停留一段时间，然度等温停留一段时间，然后冷却下来的方式。后冷却下来的方式。等温转变等温转变在等温保在等温保持时，过冷持时，过冷 A 发生的转变发生的转变1、等温转变曲线的建立（还可利用材料的磁、等温转变曲线的建立（还可利用材料的磁性能和热膨胀性能）性能和热膨胀性能）以以共析钢为例共析钢为例 把钢材制成把钢材制成101.5mm的圆片试样的圆片试样,分成若干组分成若干组 取一组试样取一组试样,在盐炉内加热使之在盐炉内加热使之A化化.将将A化后的试样快速投入化后的试样快速投入 A1 以下某一温度的浴炉中进行等以下某一温度的浴炉中进行等温转变温转变 每隔一定时间取出一个试样每隔一定时间取出一个试样急速淬入水中急速淬入水中,而后将各试样取而后将各试样取出制样出制样,进行进行组织观察组织观察.当在显微镜下观察发现某一试样刚出现当在显微镜下观察发现某一试样刚出现灰黑色产物时灰黑色产物时,所对应的等温时间就是所对应的等温时间就是A开始转变时间开始转变时间,到某一试到某一试样未有样未有M出现时，所对应的时间为转变终了时间。出现时，所对应的时间为转变终了时间。问题：为何要急速淬入水中？缓冷可以吗？问题：为何要急速淬入水中？缓冷可以吗？A1tO850900700650650600550500450200230Ms2、曲线分析、曲线分析时间时间温度温度组织组织转变转变关系关系曲线曲线，简称，简称“T T T”线。线。TimeTemperatureTransformPBM按温度划分三个区按温度划分三个区：高温区：高温区：A1550 珠光体型转变珠光体型转变 P 中温区：中温区：550Ms 贝氏体型转变贝氏体型转变B低温区：低温区：Ms（230）以下）以下 马氏体型转变马氏体型转变M等温转变特点 过冷到A1以下的A处于不稳定状态,但不立即转变,而要经过一段时间才开始转变,称为孕育期。孕育期越长,过冷A越稳定,反之,则越不稳定。鼻点:550 最不稳定,转变速度最快。C形状原因 过冷度和原子扩散为两个制约因素。在A1-550区间,随温度降低，过冷度增大,转变速度较快。（过冷度为主因。）550以下,随温度降低，过冷度增大,原子扩散速度越来越慢,因而转变速度减慢。（原子扩散为主因。）问题：共析钢等温转变时，在何温度最不稳定，为何？3、过冷、过冷 A 等温转变产物的组织与性能等温转变产物的组织与性能550600650A1MsPBM（1）珠光体型转变珠光体型转变产物产物 P由于过冷度不等，得到的由于过冷度不等，得到的P 层层片厚薄不同，三种：片厚薄不同，三种：、A1650，T小，小，P 片粗，片粗，160HBS250HBS “P”表示。表示。P、650600，T 稍稍大，大，P 片较细，片较细，薄薄F与与Fe3C，”S”表示，表示，sarbite 索氏体索氏体，2535HRC。S、600550，T大，大，P 片很细，用片很细，用 T 表示，表示，troostite 屈氏体屈氏体；35HRC48HRC。层片越细强度越大。层片越细强度越大。T（2）贝氏体型转变贝氏体型转变-B bainite727奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体贝氏体”。分分B上上、B下下，B上上硬脆无使用价值，硬脆无使用价值，B下下力学性能较好。力学性能较好。生产中常用。生产中常用。350B上上B下下面心立方：面心立方：Fe体心立方体心立方FeT+M+AM+A（3）马氏体型转变）马氏体型转变M martensiteT极大，极大，Fe、C原子不能扩散，原子不能扩散，C全部溶于全部溶于Fe中，体积中，体积，产生应力。，产生应力。碳在碳在Fe中的过饱和固溶体，称为中的过饱和固溶体，称为马氏体马氏体。硬度很高：硬度很高：62HRC65HRC，耐磨性好。耐磨性好。影响C曲线形状和位置的因素 碳钢 a.C%亚共析钢,C曲线右移过共析钢,C曲线左移共析钢,C曲线最右C曲线位置表示A稳定性,C曲线越靠右,A越稳定。问：碳钢中哪个成分等温转变时最稳定？b.C%，MS、Mf,C曲线下移 合金钢 a.A中含Co、Al,C曲线左移 其它合金均会使C曲线右移,A稳定性升高问：大部分合金元素的溶入使C曲线往哪移动？有什么好处？还有一些Me的存在会使C形状变化,如Cr、W、Mob.Me 存在也会影响MS、Mf点 加热因素 T、,C曲线右移,A越稳定,且晶粒粗化。二、过冷二、过冷 A 连续冷却转变连续冷却转变A1550MsV1炉冷炉冷V2空冷空冷V3油冷油冷V4 水冷水冷PSTVK1、连续连续冷却冷却转变转变曲线曲线又称又称“C C T”曲线曲线Continuous Cooling TransformVK临界冷却速度临界冷却速度 V1P 170220HBSV2S 25HRC35HRC V3T+M 45HRC55HRC V4M+A 55HRC65HRC2、马氏体的形态、性能、马氏体的形态、性能晶体结构晶体结构：体心立方：体心立方体心正方，体积增大。体心正方，体积增大。形态、性能形态、性能：片状：片状M，WC1%，HB高，高，、ak差。差。板板条状条状M，WC0.6%,良好良好，较较高高ak,强韧性强韧性。共析钢连续冷却转变C曲线(CCT图)1.无B转变,因冷却速度快,无孕育期。2.图形特点:与TTT基本一致,位置稍偏右下。连续冷却转变曲线1.书中P27图2-4上临界冷却速度和下临界冷却速度。无B转变。2.书中P27图2-5亚共析钢和过共析钢的Ms点变化。亚共析钢中Ms点下降，过共析钢中Ms点上升。为什么？与A中含碳量的变化有关。A中C%，MS。C%，MS C曲线应用1.用来研究钢热处理后所获得的组织及机械性能,从而合理选用钢材2.制订合理的热处理工艺，选择等温退火，等温淬火的温度等3.用来估计钢的淬透性及临界冷却速度，选择适当的淬火介质铌高性能结构钢（含碳0.17%）动态连续冷却转变曲线从图中可以看出，随着冷却速度的增大，开始相变温度逐渐降低。当冷却速度为1/s时，奥氏体转变为铁素体的相变温度为740.8；相应地，3/s时，721.2；5/s时，700.5；8/s时，653；10/s时，628；当冷却速度为15/s时，奥氏体转变为铁素体的扩散型相变受到抑制，直接进入贝氏体转变区，其转变温度为580.5；当冷却速度为20/s时，贝氏体开始相变温度为570；当冷却速度为25/s时，贝氏体开始相变温度为552。可见，随着冷却速度的增大，奥氏体转变为铁素体的相变温度由1/s时的740.8降低到10/s时的628，下降了112.8。3-1 珠光体的组织形态珠光体P：共析成分A冷却到A1以下时，分解成为铁素体和渗碳体的混合物，通常为层片状粒状珠光体珠光体片间距S0：150450nm片状珠光体（珠光体）PS0：80150nm索氏体SS0：3050nm屈氏体T3-2 珠光体形成机制珠光体形成的热力学转变驱动力：自由焓差转变条件：GPGA片状珠光体的形成机制领先相：亚共析钢铁素体；过共析钢渗碳体；共析钢铁素体或渗碳体无论哪一相领先，有未溶渗碳体存在时，促进P形成，铁素体的存在影响不大片状珠光体形成机制 珠光体：珠光体：形成温度为形成温度为A A1 1-650-650，片层较厚，片层较厚，500500倍光倍光镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号P P表示表示.光镜形貌光镜形貌电镜形貌电镜形貌 索氏体索氏体形成温度为形成温度为650-600,650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000800-1000倍光镜下可辨，用符号倍光镜下可辨，用符号S S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌 屈氏体屈氏体形成温度为形成温度为600-550600-550，片层极薄，电镜下，片层极薄，电镜下可辨，用符号可辨，用符号T T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌