第三章1)钢的热处理——加热和冷却的组织变化要点课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,第,3,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,1 第3章 钢的热处理3.1 钢在加热时的组织转变,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：,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,3,3.1,钢在加热时的组织转变,33.1 钢在加热时的组织转变,4,A,1,、,A,3,、,A,cm,A,c1,、,A,c3,、,A,ccm,A,r1,、,A,r3,、,A,rcm,两种加热：,1.,临界温度线以下的加热；,2.,临界线以上的加热。,4A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、,5,3.1.1,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,53.1.1 奥氏体化过程：奥氏体晶核长大奥氏体晶核形成残,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,Ac,1,温度。,1,）、共析钢的奥氏体化,1,奥氏体化,6 加热时由铁素体+渗碳体转变为奥氏体的过程,7,a.,形核：优先在相界,F,，,Fe,3,C,b.,长大：,c.,渗碳体完全溶解：,d.,碳的均匀化：,3,共析钢奥氏体化过程,F(bcc,0.0218)+Fe,3,C(6.69),A (Fcc, 0.77),示意,7a. 形核：优先在相界F，Fe3C3共析钢奥氏体化过,8,2,）、亚,(,过,),析钢的奥氏体化,亚析钢,过析钢,P + F,A,P+ Fe,3,C,A,A,c1,A,c3,A,c1,A,ccm,82）、亚(过)析钢的奥氏体化亚析钢过析钢P + F AP,9,3.1.2,、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,93.1.2、奥氏体晶粒大小及控制 表征晶体内晶,10,2,起始晶粒度、实际晶粒度、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,：,P,A,结束时的晶粒度；,实际晶粒度,：,钢在某一具体处理过程中所得奥氏体晶粒的大小；,102起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度 本质,11,本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）,11本质细晶粒和本质粗晶粒（示意图）,12,3,、影响奥氏体化的因素,a,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,123、影响奥氏体化的因素a加热温度V 转变开始温度,13,c,含碳量,C% Fe,3,C ,/,Fe,3,C,界面多形核核心多转变快,d,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,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。,13c含碳量d合金元素e原始组织,14,4,奥氏体晶粒度的控制,a.,加热工艺,合理的,加热温度（见下图）,与保温时间。,b.,钢的成分,合金化,i.,A,中,C%,晶粒,ii.,合金元素,% ,晶粒,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,：促进长大。,144奥氏体晶粒度的控制a. 加热工艺,15,15,16,1.,奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。,2.,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甚至开裂。,奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响,161.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗,17,3.1.3,、钢在加热时常见的缺陷及防止措施,1,常见缺陷,氧化；脱碳；过热；过烧,2,防止措施,在真空中加热；,可控气氛加热；,盐浴加热；,173.1.3、钢在加热时常见的缺陷及防止措施1常见缺陷氧,18,3.2,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,183.2 钢在冷却时的组织转变1 连续处理,19,A,1,、,A,3,、,A,cm,A,c1,、,A,c3,、,A,ccm,A,r1,、,A,r3,、,A,rcm,19A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3,20,共析钢等温转变图（,C,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,1,共析钢过冷,A,等温转变曲线（,TTT,图、,C,曲线,）,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 - time,T - temperature,T - transformation,C - Shape,20共析钢等温转变图（C曲线）一、过冷奥氏体的等温转变1共,21,21,22,特点：,i.,A,1,（,727,度）以上：,A,稳定,ii.,A,1,（,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,：,TD,iiii.,转变开始线与转变终了线,22特点：,23,稳定的奥氏体区,过冷奥氏体区,A,向产,物转变开始线,A,向产物,转变终止线,A,+,产,物,区,产物区,230,- 50;,低温转,变区,;,非扩散型转变,;,马氏体,( M ),转变区。,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A1,Ms,Mf,550,230;,中温转变,区,;,半扩散型转变,;,贝氏体,( B ),转变区,;,A1,550;,高温转变区,;,扩散型转变,; P,转变区。,A,+,产,2,共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和特征,23稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产A向产物,24,A,1,鼻子温度（,550,）,A,过冷,P,（,S,，,T,）索氏体，屈氏体。,P,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,。,HB,较低，韧性好。,THB,，强度,（,1,）高温转变区,P,S,T,24A1鼻子温度（550）（1）高温转变区 P,25,A1,650 :,P,; 5,25HRC;,片间距为,0.6,0.7,m ( 500 ),。,650,600 :,细片状,P-,索氏体,(S);,片间距为,0.2,0.4,m (1000);,25,36HRC,。,600,550:,极细片状,P-,屈氏体,(T);,片间距为,0.2,m (,电镜,);,35,40HRC,。,25A1650 : P ; 525HRC; 片间距为0,26,珠 光 体 形 貌 像,光镜下形貌,电镜下形貌,26珠 光 体 形 貌 像光镜下形貌电镜下形貌,27,光镜形貌,电镜形貌,索 氏 体 形 貌 像,27光镜形貌电镜形貌 索 氏 体 形 貌 像,28,屈 氏 体 形 貌 像,电镜形貌,光镜形貌,28 屈 氏 体 形 貌 像电镜形貌光镜形貌,29,（,2,）中温区转变,贝氏体转变,550230,（,Ms,）,A,过冷,B,，碳化物分布在含过饱和碳的,F,基体上的两相机械混合物。,550350,上贝氏体,半扩散型，,Fe,不扩散,羽毛状,（见下图）,碳化物在,F,间，韧性差,350Ms,下贝氏体,C,原子有一定的扩散能力,针状,（见下图）,碳化物在,F,内，韧性高，综合机械性能好,B,上,B,下,29（2）中温区转变550350上贝氏体半扩散型，Fe,30,B,上,=,过饱和碳,-Fe,条状,+ Fe3C,细条状,过饱和碳,-Fe,条状,Fe3C,细条状,羽毛状,B,下,=,过饱和碳,-Fe,针叶状,+ Fe3C,细片状,过饱和碳,-Fe,针叶状,Fe3C,细片状,针叶状,30B上 =过饱和碳 -Fe条状+ Fe3C细条状过饱和碳,31,上贝氏体组织金相图,下贝氏体组织金相图,31上贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图,32,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 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,马氏体转变，,M,S,M,f,之间一个温度范围内连续冷却完成的，属于非扩散型转变。,A,过冷,M+A,残余,32转变产物：（3）低温区转变,33,由于碳的过饱和作用,使,Fe,晶格由,体心立方变成体心正方晶格。,33 由于碳的过饱和作用,使Fe晶格由体心立方变成体心,34,奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响,34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,35奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响,36,d. M,的组织形态,板条状,-,低碳马氏体,(,0.23%C );,30,50HRC,;, = 9,17%,。,C%1.0%,，针,/,片状马氏体,M,针,36d. M的组织形态板条状 - 低碳马氏体(0.23%,37,针、片状,-,高碳马氏体,(,1.0%C);,66HRC,左右,;, 1%,。,高碳针片状马氏体组织金相图,37针、片状 - 高碳马氏体(1.0%C); 高碳针,38,e. M,的性能,马氏体的碳浓度,Wc, 100,50,70,40,60,20,30,10,0.1,0.3,0.2,0.4,0,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,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。,38e. M的性能马氏体的碳浓度 Wc 10050704,39,M,转变的特征：, 无扩散性；, 瞬时性；, 存在,Ms,Mf,；, 不完全性；, 体积膨胀。,39M转变的特征：,40,3,共析钢等温转变组织,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（低,C%,） ，强度高，塑性、韧性好。,（,1,）珠光体型,（,2,）贝氏体,（,3,）马氏体,403共析钢等温转变组织性能的关系 转变温度,41,4,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,Fe,3,C,碳含量对碳钢,C,曲线的影响,414亚（过）共析钢的等温冷却转变曲线在C曲线左端多一条曲,42,二、影响,C,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,C%C,曲线右移,.,对亚共析钢,：钢中,C%,，,A,中,C%C,曲线右移,对过共析钢,：一般在,A,C1,以上,A,化，钢中,C%,，未溶,Fe,3,C,有利于形核,C,曲线左移；,当温度超过,A,ccm,时，,Fe,3,C,全溶解，,C,曲线右移,共析钢,：,C,曲线最靠右边，稳定性最高，孕育期最长。,1,含碳量,下图：碳含量对碳钢,C,曲线的影响,42二、影响C曲线的因素 C曲线反映奥氏体的稳,43,碳含量对碳钢,C,曲线的影响,43碳含量对碳钢C曲线的影响,44,除,Co,以外，所有合金元素溶入,A,中，增大过冷,A,稳定性,C,曲线右移,非碳化物形成元素，,Si,、,Ni,、,Cu,不改变,C,曲线形状，使右移,强碳化物形成元素，,Cr,、,Mo,、,W,、,V,、,Nb,、,Ti,改变,C,曲线形状并右移,除,Co,、,Al,外，均使,M,s,、,M,f,下降，残余,A,2,合金元素，（,Co%,左移）,（,见下图,）,A,化温度或加热时间（成分均匀，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）,A,稳定性，孕育期延长，,C,曲线右移,3,加热温度和加热时间,44除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性C,45,合金元素对碳钢,C,曲线的影响,（,a,）,Ni,的影响,（,b,）,Cr,的影响,（,c,）,W,的影响,A,1,Ms,含,Cr,合金钢,Ms,A,1,向右移,向下移,除,Co,、,Al (,2.5% ),外,所有合金元素溶入奥氏体中，会使,:,45合金元素对碳钢C曲线的影响A1Ms含Cr合金钢MsA1向,46,三、过冷奥氏体的连续冷却转变,（,CCT,曲线）,Ps,：,AP,开始线,Pf,：,AP,终止线,K,：珠光体型转变终止线,V,k,：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）,M,最小冷速,V,k,：下临界冷速完全,P,最大冷速,1,过冷奥氏体的连续冷却转变图,C - continuous,C - cooling,T - transformation,46三、过冷奥氏体的连续冷却转变 （CCT曲线）Ps：AP,47,（,1,）,CCT,位于,TTT,曲线右下方 ，,AP,转变温度低一些，,t,长一些,（,2,）,CCT,无,AB,转变,CCT,测定困难，常用,TTT,曲线定性分析,2,连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较,47（1）CCT位于TTT曲线右下方 ，AP转变温度低一些,48,（,1,）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。,（,2,）为了获得,M,，确定工件淬火时的临界冷速。,（,3,）可以指导连续冷却操作。,（,4,）选择钢材的依据。钢号不同，,C,曲线不同。,（,5,）,C,曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。,3,C,曲线的应用,V1,：炉冷（退火）,P,V2,：空冷，,S,，,T,V3,：空冷，,S,，,T,V4,：油冷，,T+M+A,V5,：,M+A,48（1）根据工件的组织与性能要求，确定热处理工艺。3C,49,共析钢的等温转变和连续转变曲线的比较及转变组织,49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：,术语：珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒度,简答题,：,1,、碳在,Fe-C,合金中有哪些存在方式？,2,、液态,Fe-C,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。,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。,5,、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。,7,、简述影响,C,曲线的因素。,8,、简述,C,曲线和,CCT,曲线的区别。,50作业：术语：珠光体，奥氏体，铁素体，渗碳体，莱氏体，晶粒,