金属学与热处理钢的热处理原理.pptx

第七章第七章 钢的热处理原理钢的热处理原理7.1 概述概述一一.热处理的作用热处理的作用热处理热处理:在一定温度下在一定温度下,保温一定时间保温一定时间,然后以一定速度冷却下来的工艺然后以一定速度冷却下来的工艺.作用作用:改变钢的内部组织性能改变钢的内部组织性能.二二.热处理与相图热处理与相图能进行热处理的合金的条件能进行热处理的合金的条件:具有固态相变具有固态相变.几条重要的曲线几条重要的曲线热处理中重要的因素热处理中重要的因素:温度温度,时间时间,速度速度.三三.固态相变的特点固态相变的特点(一一)相变阻力大相变阻力大(二二)新相和母相间有一定的晶体学位向关系新相和母相间有一定的晶体学位向关系.惯习面惯习面惯习方向惯习方向惯习现象惯习现象(三三)母相缺陷对相变起促进作用母相缺陷对相变起促进作用(四四)容易出现过度相容易出现过度相上述的原因上述的原因:固态转变一方面力求使自由能尽可能降低固态转变一方面力求使自由能尽可能降低;另一方面又力求沿着阻力最小另一方面又力求沿着阻力最小,做功最小的途径进行做功最小的途径进行.四四.固态相变的类型固态相变的类型扩散型相变扩散型相变非扩散型相变非扩散型相变半扩散型相变半扩散型相变7.2 钢在加热过程时的转变钢在加热过程时的转变奥氏体化奥氏体化:一一.共析钢奥氏体的形成过程共析钢奥氏体的形成过程 当温度高于当温度高于AC1时时,珠光体转变为奥氏体珠光体转变为奥氏体:(一)奥氏体的形核奥氏体的形核(二二)奥氏体的长大奥氏体的长大(三三)剩余渗碳体的溶解剩余渗碳体的溶解(四四)奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化亚亚(过过)共析钢的加热温度要超过共析钢的加热温度要超过AC3和和ACM并保温足够的时间后并保温足够的时间后,才能获得单相奥氏体才能获得单相奥氏体.二二.影响奥氏体形成速度的因素影响奥氏体形成速度的因素(一一)加热温度和保温时间加热温度和保温时间 孕育期孕育期:加热速度越快加热速度越快(V2),孕育期越短孕育期越短,奥氏体开始转变奥氏体开始转变 的温度和转变终了的温度越高的温度和转变终了的温度越高.(二二)原始组织的影响原始组织的影响(三三)化学成分的影响化学成分的影响1.碳碳碳含量的提高碳含量的提高 奥氏体形成速度加快奥氏体形成速度加快.2.合金元素合金元素影响碳在奥氏体中的扩散速度影响碳在奥氏体中的扩散速度.改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度.合金元素的均匀化合金元素的均匀化.三三.奥氏体晶粒大小及其影响因素奥氏体晶粒大小及其影响因素奥氏体对冷却后的钢的组织和性能影响很大奥氏体对冷却后的钢的组织和性能影响很大.(一一)奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度表示方法表示方法:单位面积内晶粒的数目或每个晶粒的平均面积单位面积内晶粒的数目或每个晶粒的平均面积(直径直径)描述描述.三个概念三个概念:起始晶粒度起始晶粒度本质晶粒度本质晶粒度实际晶粒度实际晶粒度(二二)影响奥氏体晶粒大小的因素影响奥氏体晶粒大小的因素奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大,晶界的迁移晶界的迁移,本质是原子在晶界的扩散本质是原子在晶界的扩散.1.加热温度和保温时间加热温度和保温时间2.加热速度的影响加热速度的影响3.钢的化学成分的影响钢的化学成分的影响4.钢的原始组织的影响钢的原始组织的影响一般一般,原始组织越细小原始组织越细小,碳化物弥散度越大碳化物弥散度越大,则奥氏体晶粒越小则奥氏体晶粒越小.7.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变两种冷却方式两种冷却方式:连续冷却连续冷却,等温冷却等温冷却.过冷奥氏体过冷奥氏体:临界温度以下临界温度以下,不稳定的奥氏体不稳定的奥氏体.过冷奥氏体的分解过冷奥氏体的分解:是个点阵重构和碳的扩散过程是个点阵重构和碳的扩散过程.不同冷速下的组织不同冷速下的组织:缓冷缓冷:珠光体珠光体(P)较快冷较快冷:贝氏体贝氏体(B)快冷快冷:马氏体马氏体(M)过冷奥氏体的等温转变曲线过冷奥氏体的等温转变曲线 (共析钢共析钢):TTT图图转变开始时间转变开始时间转变终了时间转变终了时间过冷奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体正在转变区过冷奥氏体正在转变区过冷奥氏体转变终了区过冷奥氏体转变终了区珠光体转变区珠光体转变区(扩散型转变扩散型转变)贝氏体转变区贝氏体转变区(半扩散型转变半扩散型转变)马氏体转变区马氏体转变区(非扩散型转变非扩散型转变)C-曲线特点及其原因曲线特点及其原因C-曲线鼻子处曲线鼻子处:过冷奥氏体最不稳定过冷奥氏体最不稳定.转变速度最快转变速度最快.过冷奥氏体转变速度与形核率和生长速度相关过冷奥氏体转变速度与形核率和生长速度相关,而形核率和生长速度而形核率和生长速度受控制于过冷度受控制于过冷度.过冷奥氏体的连续冷却转变曲线过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 (共析钢共析钢):CCT图图虚线虚线:TTT曲线曲线实线实线:CCT曲线曲线钢种钢种:共析钢共析钢连续冷却转变过程连续冷却转变过程=无数个温差很小的等温转变过程无数个温差很小的等温转变过程Vc和和Vc是不同产物的分界线是不同产物的分界线.Vc:上临界冷却速度或临界淬火速度上临界冷却速度或临界淬火速度.Vc:下临界冷却速度下临界冷却速度.CCT曲线曲线:过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变开始线开始线过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变终了线终了线过冷奥氏体转变过冷奥氏体转变终止线终止线有有F析出区和析出区和 B转变区转变区.数字的意义数字的意义:例如例如:以以V2速度冷却速度冷却有先共析滲碳体有先共析滲碳体,无无B转变区转变区.CCT曲线的作用曲线的作用1.获得真实的临界淬火速度获得真实的临界淬火速度.2.是制定正确的冷却规范的依据是制定正确的冷却规范的依据.3.估计淬火后钢件的组织和性能估计淬火后钢件的组织和性能.三三.影响过冷奥氏体等温转变的因素影响过冷奥氏体等温转变的因素过冷奥氏体越稳定过冷奥氏体越稳定,孕育期越长孕育期越长,转变速度越慢转变速度越慢,C-曲线右移曲线右移.(一)奥氏体成分的影响奥氏体成分的影响含碳量含碳量合金元素合金元素(二)奥氏体状态的影响奥氏体状态的影响 加热速度越快加热速度越快,保温时间越短保温时间越短,奥氏体晶粒越小奥氏体晶粒越小,成分越不均匀成分越不均匀,未溶的未溶的第二相越多第二相越多,则等温转变速度越快则等温转变速度越快,C-曲线左移曲线左移.(三三)应力和塑性变形的影响应力和塑性变形的影响三种典型的转变三种典型的转变珠光体珠光体(P)转变转变:马氏体马氏体(M)转变转变:贝氏体贝氏体(B)转变转变:转变特点见下页转变特点见下页组织组织组织组成组织组成物物形貌形貌分类分类性能性能形形成成条条件件形成形成机制机制转变特点转变特点珠光珠光体体(P)铁素体铁素体()F+滲滲碳体碳体(Fe3C)片层状片层状;(粒状是片粒状是片层状球化层状球化来的来的)珠光体珠光体;索氏索氏体体;屈氏体屈氏体;(由片间距决定由片间距决定)性能由性能由片间距片间距决定决定缓缓冷冷扩散扩散马氏马氏体体(M)碳在碳在-Fe中的过饱中的过饱和固溶体和固溶体.板条状板条状;片状片状;板条板条(位错位错)马氏体马氏体;片状片状(孪晶孪晶)马氏体马氏体;高硬高硬度度;高高强度强度;快快冷冷非扩散非扩散(切变切变)无扩散无扩散.切变共格切变共格.转变有共格和惯习转变有共格和惯习面面.在一定温度范围内在一定温度范围内.转变可逆转变可逆.贝氏贝氏体体(B)碳的过饱碳的过饱和铁素体和铁素体()F+碳碳化物化物(FeXC)羽毛状羽毛状;针状针状;粒状粒状;上贝氏体上贝氏体;下贝氏体下贝氏体;粒状粒状贝氏体贝氏体;强度强度高高+韧韧性好性好(下下B)较较快快冷冷半扩散半扩散(切变切变+扩散扩散)形核与长大形核与长大.铁素体切变产生铁素体切变产生.碳化物分布随温度碳化物分布随温度.魏氏体组织魏氏体组织7.4 钢在回火时的转变钢在回火时的转变 回火回火:将淬火钢加热到低于临界点将淬火钢加热到低于临界点A1的某一温度的某一温度,保温并以适当的冷却方式冷到室温的热处理方法保温并以适当的冷却方式冷到室温的热处理方法.回火目的回火目的:淬火钢的组织主要是马氏体和残余奥氏体淬火钢的组织主要是马氏体和残余奥氏体,它们在室温下为亚稳态它们在室温下为亚稳态,因此必须通过回火因此必须通过回火,减少或者减少或者 消除内应力消除内应力,防止开裂防止开裂,并获得稳定的组织和性能并获得稳定的组织和性能.一一.回火过程中组织的变化回火过程中组织的变化马氏体中碳的偏聚马氏体中碳的偏聚.马氏体分解马氏体分解.残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解.碳化物的转变碳化物的转变.滲碳体的聚集长大和滲碳体的聚集长大和 相的再结晶相的再结晶.二二.回火后的组织回火后的组织回火马氏体回火马氏体 (低温低温)回火屈氏体回火屈氏体 (中温中温)回火索氏体回火索氏体 (高温高温)三三.淬火钢在回火是性能的变化淬火钢在回火是性能的变化总的趋势总的趋势:随回火温度提高随回火温度提高,钢的硬度下降钢的硬度下降,塑性和韧性提高塑性和韧性提高.四四.回火脆性回火脆性高温脆性高温脆性(450-650C)低温脆性低温脆性(250400C)五五.回火产物与直接奥氏体分解产物区别回火产物与直接奥氏体分解产物区别回火屈氏体与回火索氏体回火屈氏体与回火索氏体 中滲碳体为球状中滲碳体为球状,而屈氏体与索氏体而屈氏体与索氏体 中滲碳体为片状中滲碳体为片状.原因原因:沿界面薄壳状碳化物的析出沿界面薄壳状碳化物的析出.