《金属材料热处理》PPT课件.pptx

金属材料热处理钢 经 不 同 热 处 理 工 艺 后 的 组 织 与 钢 的 平 衡 组 织 有 很 大 的 差 别 。 在 许 多 热 处 理 钢件 中 都 加 热 到 奥 氏 体 状 态 ， 然 后 以 各 种 不 同 的 冷 却 速 度 或 冷 却 方 式 冷 却 到 室 温 ，使 钢 获 得 不 同 组 织 ， 达 到 不 同 性 能 。钢 经 过 热 处 理 后 显 微 组 织 有 ： F铁 素 体 ， P珠 光 体 ， M马 氏 体 ， B贝 氏 体 ， S索 氏体 ， T屈 氏 体 ， MC碳 化 物 ， 和 残 余 奥 氏 体 A。1、 钢 的 退 火 组 织对 亚 共 析 钢 来 说 要 经 过 完 全 退 火 、 退 火 组 织 为 铁 素 体 +珠 光 体 ， 此 组 织 接 近 于平 衡 状 态 的 组 织 ， 其 中 白 色 为 铁 素 体 ， 黑 色 或 层 状 为 珠 光 体 。对 过 共 析 钢 来 说 ， 经 不 完 全 退 火 ， 如 T12钢 加 热 到 780 随 炉 冷 却 ， 其 组 织 为 珠光 体 +二 次 渗 碳 体 ， 此 组 织 也 接 近 于 平 衡 状 态 组 织 ， 其 中 二 次 渗 碳 体 呈 白 网 状 ，沿 晶 界 分 布 ， 珠 光 体 呈 层 状 。 但 过 共 析 钢 由 于 含 碳 量 较 高 ， 淬 火 之 前 必 须 要 经过 球 化 退 化 工 艺 。 球 化 退 火 的 目 的 是 将 层 状 的 渗 碳 体 在 加 热 时 破 裂 和 聚 集 长 大 过 程 ， 使 渗 碳 体 从 粒 状 或 球 状 弥 散 分 布 在 铁 素 体 基 体 上 ， 粒 状 珠 光 体 的 大 小 取决 于 球 化 退 火 工 艺 和 冷 却 速 度 。 它 是 为 淬 火 准 备 的 。 金属材料热处理 2、 钢 的 淬 火 组 织（ 1） 马 氏 体 组 织 ： 当 钢 在 高 温 奥 氏 体 快 速 冷 却 到 Ms以 下 ， 获 得 马 氏 体 组 织 钢中 马 氏 体 组 织 形 态 ， 主 要 有 两 种 ： 一 种 是 板 条 状 马 氏 体 ， 另 一 种 是 片 状 马 氏 体 。板 条 状 马 氏 体 ： 其 金 相 组 织 形 态 呈 细 长 的 板 条 状 ， 显 微 组 织 表 现 为 一 束 一 束 细条 状 ， 定 向 平 行 排 列 ， 组 成 马 氏 体 群 ， 它 在 奥 氏 体 晶 粒 中 可 以 形 成 几 个 不 同 取向 ， 板 条 状 马 氏 体 形 成 温 度 较 高 ， 侵 蚀 后 变 暗 。片 状 马 氏 体 （ 或 针 状 马 氏 体 ） ： 其 金 相 组 织 形 态 是 互 相 成 一 定 角 度 的 针 状 或 片状 组 织 ， 马 氏 体 针 呈 灰 白 色 分 布 在 奥 氏 体 基 体 上 。 而 在 正 常 淬 火 的 情 况 下 对 高碳 钢 所 得 的 马 氏 体 组 织 在 显 微 镜 下 看 不 出 针 状 特 征 ， 但 只 看 到 分 布 一 些 碳 化 物 ，可 是 硬 度 却 很 高 。 这 种 组 织 为 隐 晶 马 氏 体 。（ 2） 贝 氏 体 组 织 ： 下 贝 氏 体 是 在 等 温 淬 火 条 件 下 获 得 组 织 ， 它 类 似 于 回 火 马 氏体 呈 黑 色 针 状 。 针 状 铁 素 体 内 沉 淀 一 些 碳 化 物 ， 并 成 一 定 角 度 ， 在 显 微 镜 下 为 下 贝 氏 体 成 黑 色 针 状 组 织 。（ 3） 淬 火 屈 氏 体 ： 屈 氏 体 在 一 定 的 热 处 理 条 件 下 可 以 获 得 ， 其 金 相 组 织 为 淬 火屈 氏 体 ， 呈 黑 色 团 状 沿 晶 界 分 布 ， 有 少 量 马 氏 体 呈 针 状 分 布 在 残 余 奥 氏 体 基 体上 。 金属材料热处理3、 回 火 组 织回 火 马 氏 体 ： 淬 火 马 氏 体 是 一 种 亚 稳 组 织 ， 因 此 淬 火 钢 必 须 经 过 回 火 才 能 使 用 。钢 淬 火 后 经 过 低 温 回 火 ， 其 金 相 组 织 形 态 仍 具 有 马 氏 体 针 状 特 征 。 经 侵 蚀 后 颜色 比 淬 火 马 氏 体 要 深 故 呈 黑 针 马 氏 体 。 在 放 大 倍 低 时 看 不 见 针 状 特 征 ， 只 看 见基 体 上 分 布 一 些 粒 状 碳 化 物 。 基 体 一 片 黑 色 。回 火 索 氏 体 ： 钢 淬 火 后 经 过 高 温 回 火 后 获 得 的 组 织 ， 其 金 相 组 织 特 征 ， 原 马 氏体 针 状 形 态 已 经 消 失 ， 形 成 小 颗 粒 状 分 布 铁 素 体 基 体 上 ， 这 种 组 织 为 调 质 组 织 。 金属材料热处理序 号 材 料 热 处 理 工 艺 显 微 组 织 特 征 放 大 倍数 腐 蚀 剂1 45钢 退 火 .860 /炉 冷 铁 素 体 （ 白 色 块 状 ） +珠 光 体 400 x 3%硝 酸 酒 精2 T12钢 退 火 .780 /炉 冷 珠 光 体 +二 次 渗 碳 体 （ 白 色 网 状 ） 400 x 3%硝 酸 酒 精3 T12钢 球 化 退 火 粒 状 珠 光 体 400 x 3%硝 酸 酒 精4 20钢 /水 冷 板 条 状 马 氏 体 400 x 3%硝 酸 酒 精5 45钢 /水 冷 细 针 状 马 氏 体 500 x 3%硝 酸 酒 精 6 T12钢 /水 冷 粗 针 状 马 氏 体 500 x 3%硝 酸 酒 精7 T8钢 加 热 后 等 温 下 贝 氏 体 +马 氏 体 400 x 3%硝 酸 酒 精8 45钢 /油 冷 屈 氏 体 +马 氏 体 400 x 3%硝 酸 酒 精9 T12钢 /水 冷 后 回 火 回 火 马 氏 体 （ 黑 色 针 状 ） 500 x 3%硝 酸 酒 精10 45钢 /水 冷 后 回 火 回 火 索 氏 体 500 x 3%硝 酸 酒 精 金属材料热处理 图1 . 45钢退火组织图2. T12钢退火组织 金属材料热处理 图3. T12粒状珠光体图4. 20钢板条状马氏体 金属材料热处理 图5. 45钢细针状马氏体图6. T12粗针状马氏体 金属材料热处理 图7. T8 下贝氏体图8. 45钢淬火屈氏体 金属材料热处理 图9. T12回火马氏体图10. 45钢回火索氏体 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 Fe CAt 1495C: LB+H J(Peritectic reaction)At 1148 C : LC Fe3C + AE (eutectic reaction)At 727 C : AS Fe3C + FP (eutectoid reaction) Three invariant reactions:金属材料热处理 金属材料热处理固 态 相 变 的 特 征 :相 变 阻 力 :界 面 能 应 变 能 金属材料热处理片 状 珠 光 体 ： 金属材料热处理粒 状 珠 光 体 ： 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理性能 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理回 火 马 氏 体 (115 250 )， 低 温 回 火 组 织 ： 回 火 M/残 余 A的 转 变 物 的 混 合 组 织 （ 可 能 为 下 B） 过 共 析 钢 ： 二 次 渗 碳 体 +回 火 M； M为 针 状 中 碳 钢 ： 板 条 或 片 状 M混 合 物 ， 回 火 后 形 态 不 变 低 碳 钢 ： 碳 偏 聚 ， 少 ， 回 火 M与 淬 火 态 相 似 金属材料热处理回 火 屈 氏 体 (350 500 )， 中 温 回 火 组 织 ： 细 片 (细 板 条 )状 或 细 粒 状 渗 碳 体 及 接 近 平 衡 (或 已 达 平 衡 )的 F组 成 ； F仍 保 持 或 大 致 保 持 原 马 氏 体 形 态 (板 条 状 或 片 状 )。 CM细 小 ， 电 镜 分 辨 ！ 回 火 索 氏 体 (500 650 )， 高 温 回 火 组 织 ： 较 粗 大 球 粒 状 的 渗 碳 体 和 固 溶 体 (铁 素 体 )， OM可 分 辨 CM和 F。球 化 组 织 (600 ) 组 织 ： 粗 大 的 粒 状 渗 碳 体 和 铁 素 体 基 体 组 成 性 能 ： 钢 的 强 度 、 硬 度 很 低 适 用 对 象 ： 淬 透 性 高 的 合 金 钢 ， 降 低 硬 度 利 于 切 削 。 中 间 热 处 理 ， 但 不 宜 用 作 最 终 热 处 理 。 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理球 化 退 火淬 火 +回 火 ： 回 火 索 氏 体 ， 回 火 屈 氏 体 金属材料热处理奥 氏 体 化 温 度 较 高奥 氏 体 化 温 度 较 低 金属材料热处理细 化 原 始 奥 氏 体 晶 粒提 高 Ms点 ： 合 金 元 素 ， 奥 氏 体 化 温 度在 较 高 的 温 度 下 转 变 有 利 于 得 到 板 条 马 氏 体 金属材料热处理 金属材料热处理亚共析钢淬火+回火得到回火索氏体或回火屈氏体获得粒状珠光体粒状珠光体的形成与奥氏体化温度及奥氏体转变温度有关。游离铁素体亚共析成分的奥氏体通过先共析析出形成铁素体。这部分铁素体称为先共析铁素体或组织上自由的铁素体。球化退火 淬火+回火 金属材料热处理加 快热 应 力 与 组 织 应 力 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理正火 金属材料热处理 金属材料热处理回火索氏体中的碳化物为球粒状，正货索氏体中的碳化物为细片状，碳化物呈颗粒状的组织使刚的许多性能得到改善。 金属材料热处理退火（正火） 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理必 须 淬 火 、 低 温 回 火 : 表 层 回 火 M、 细 小 均 匀 的 粒 状 碳 化 物 ； 心 部 组织 和 性 能 随 钢 种 而 异 ， 对 淬 透 性 低 的 低 碳 钢 ， 心 部 组 织 为 珠 光 体 和铁 素 体 ； 对 淬 透 性 较 高 的 低 碳 合 金 结 构 钢 ， 心 部 由 回 火 低 碳 马 氏 体（ 或 屈 氏 体 、 索 氏 体 ） 和 铁 素 体 组 成 ， 硬 度 较 高 ， 并 具 有 较 高 的 强度 和 韧 性 、 塑 性 。 金属材料热处理一 般 工 艺 ：1. 锻 造 正 火 机 加 工 渗 碳 淬 火 、 低 温 回 火 精 加 工2. 锻 造 正 火 机 加 工 渗 碳 去 碳 机 加 工 淬 火 、 低 温 回 火 精 加 工正 火 ： 改 善 钢 的 切 削 加 工 性 、 消 除 热 加 工 缺 陷渗 碳 淬 火 、 低 温 回 火 ： 获 得 高 的 表 面 硬 度 、 耐 磨 性 以 及 高 的 接 触 疲劳 强 度 和 弯 曲 疲 劳 强 度 ； 而 心 部 仍 保 持 低 碳 ， 具 有 良 好 的 塑 性 和 韧 性 。 金属材料热处理 金属材料热处理700 ： 珠 光 体760 ： 铁 素 体 +马 氏 体840 ： 马 氏 体 金属材料热处理球 化 退 火正 火正 火 +球 化 退 火淬 火 +回 火 金属材料热处理退 火 （ 正 火 ） 淬 火淬 透 性 ？ 金属材料热处理 金属材料热处理某电站汽轮发电机转子，30CrNi制造，热处理工艺为：820淬火和550回火，回火后缓冷到室温，经过长期运行后，转子发生沿晶断裂，造成事故，试分析其断裂的原因并说明这种现象的主要特征、影响因素和机制，应如何预防此类事故？这是第二类回火脆性和高温蠕变及疲劳共同造成的沿晶断裂。首先，820淬火和550回火，回火后缓冷到室温，就已经形成了第二类回火脆性的晶粒组织结构，加上Ni、Cr元素容易促进杂质元素的偏聚，晶间脆性机理就已形成。汽轮机工作温度较高，其晶间杂质更加富集，脆性逐渐加重，经过长期运行后，转子就会发生突然沿晶断裂，造成事故。这种断裂虽然不是低温情况下进行的，但与第二类回火脆性的沿晶断裂更明显。影响因素：热处理工艺（第二类回火脆性）；高温蠕变；钢材材质及杂质；使用 温度；载荷增加；长期使用等。预防：选用较好的钢材材质（杂质少）；进行正确的热处理工艺（淬火回火后快速冷却）+低温回火）来防止第二类回火脆性形成；选择抗蠕变性能高的钢材；定期做转子的表面金相检查；不超负荷运行和突然加载运行。 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理 金属材料热处理晶 界 无 沉 淀 带 ： 晶 界 处 的 局 部 脱 溶 往 往 在 紧 靠 晶 界 附 近 形 成 一 条 无 沉淀 带 （ 无 脱 溶 相 区 ） ， 显 微 组 织 中 表 现 为 一 亮 带 。原 位 再 结 晶 ： 随 着 退 火 温 度 升 高 或 退 火 时 间 延 长 ， 多 边 化 和 胞 状 亚 组织 形 成 的 亚 晶 会 通 过 亚 晶 界 迁 移 和 亚 晶 粒 合 并 的 方 式 逐 渐 粗 化 。 在 一定 条 件 下 ， 亚 晶 可 长 大 到 很 大 尺 寸 ， 这 种 情 况 称 为 原 位 再 结 晶 。钢 的 二 次 硬 化 ： 一 些 含 有 强 碳 化 物 形 成 元 素 的 合 金 钢 经 450 以 上 温 度（ 一 般 为 500 600 ） 回 火 ， 其 屈 服 强 度 、 硬 度 又 重 新 增 高 的 现 象叫 做 二 次 硬 化 。过 烧 ： 若 奥 氏 体 化 温 度 太 高 ， 以 致 发 生 了 晶 界 局 部 熔 化 ， 这 称 为 过 烧 。不 连 续 脱 溶 ： 冷 却 至 一 定 温 度 ， 产 生 胞 状 脱 溶 物 ， 胞 状 组 织 包 含 基 体相 和 脱 溶 相 ， 但 胞 内 基 体 相 的 浓 度 与 胞 外 基 体 浓 度 在 界 面 处 有 突 变 ，多 发 生 于 晶 界 ， 故 称 晶 界 反 应 。 金属材料热处理回 火 马 氏 体 ： 钢 经 淬 火 和 115250 回 火 （ 低 温 回 火 ） 后 ， 得 到 回 火马 氏 体 。奥 罗 万 机 制 ： 一 根 位 错 线 在 遇 到 坚 硬 的 脱 溶 微 粒 不 能 通 过 而 又 无 法 切过 时 ， 受 阻 呈 弓 形 。 当 施 加 的 切 应 力 增 加 ， 位 错 线 进 一 步 弯 曲 ， 达 一定 程 度 后 ， 弯 曲 的 位 错 线 会 在 一 些 点 相 遇 。 因 为 这 些 点 位 错 方 向 相 反 ，他 们 相 遇 时 就 会 湮 灭 ， 使 主 要 的 位 错 与 环 形 区 分 离 ， 最 后 位 错 通 过 质点 ， 在 质 点 周 围 留 下 一 个 位 错 环 。HNi65-65:含 Cu65%， 含 Ni5%的 黄 铜 。40Mn:含 0.4%的 C， 0.71%的 Mn的 优 质 碳 钢 。阶 次 规 则 ： 平 衡 相 出 现 之 前 出 现 亚 稳 结 构 。 过 饱 和 基 体 偏 聚 区 过 渡 相 平 衡 相 金属材料热处理7075合 金 在 T6状 态 可 获 得 高 的 强 度 ， 但 冲 击 韧 性 和 抗 应 力 腐 蚀 能 力 差 ，该 如 何 改 善 ， 简 单 分 析 原 理 。 金属材料热处理有 一 块 Al-Cu合 金 板 材 ， 要 求 为 软 态 ， 但 检 查 发 现 其 晶 粒 较 粗 大 ， 不符 合 交 货 要 求 ， 试 分 析 原 因 。 该 板 材 是 否 可 以 补 救 ， 为 什 么 ？ 金属材料热处理对 于 25#钢 ， 有 哪 些 工 艺 可 获 得 F+P的 组 织 。 金属材料热处理结 合 铝 合 金 常 见 的 生 产 流 程 ， 设 计 5A06-0板 材 的 生 产 工 艺 路 线 ， 由 所确 定 的 热 处 理 工 艺 简 单 分 析 热 处 理 前 后 的 组 织 与 性 能 变 化 ， 并 说 明 在不 改 变 成 分 的 前 提 下 如 何 保 证 该 合 金 板 材 有 较 高 的 强 度 。 金属材料热处理结 合 Fe-C相 图 ， 设 计 芯 部 增 韧 而 表 面 耐 磨 的 大 尺 寸 圆 柱 体 T10钢 的 生产 工 艺 ， 说 明 每 道 热 处 理 工 艺 后 材 料 截 面 的 组 织 变 化 。 金属材料热处理某 学 生 在 研 究 一 种 含 Mn， Mo， Ni的 低 合 金 压 力 容 器 钢 时 ， 采 用 如 下工 艺 处 理 ： 铸 锭 1200 14hr热 处 理 热 加 工 900 1h处 理 水 冷 900 1h处 理 20 min连 续 冷 却 660 10hr。试 分 析 此 工 艺 流 程 中 各 种 热 处 理 的 作 用 及 可 能 的 组 织 变 化 .若 该 合 金 钢 板 坯 出 现 过 热 现 象 ， 怎 样 补 救 ?