工程材料-加热和冷却过程

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,*,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,钢的热处理,1,、定义,：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。,1,钢的热处理定义,机床制造中约,60-70%,的零件要经过热处理。,汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达,70-80%,。,模具、滚动轴承,100%,需经热处理,。,热处理特点：,只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。,2,、,热处理的意义,3,、热处理分类,预备热处理,为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。,最终热处理,赋予工件所要求的使用性能的热处理,.,预备热处理,最终热处理,W18Cr4V,钢热处理工艺曲线,时间,温度,/,4,、,热处理工艺分类如下（,根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同）,其他热处理,普通热处理,表面热处理,热处理,退火正火淬火回火,真空热处理形变热处理激光热处理,控制气氛热处理,表面淬火,感应加热、火焰加热、,电接触加热等,化学热处理,渗碳、氮化、碳氮,共渗、渗其他元素等,重点掌握,1.,钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；,2.,共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。,3.,奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；,4.,各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。,2,钢在加热时的转变,加热,目的是获得均匀的奥氏体组织，称,奥氏体化。,钢坯加热,钢加热时的实际转变温度分别,用,Ac,1,、,Ac,3,、,Ac,cm,表示,;,冷却时的实际转变温度分别用,Ar,1,、,Ar,3,、,Ar,cm,表示。,临界温度与实际转变温度,铁碳相图中,PSK,、,GS,、,ES,线分别用,A,1,、,A,3,、,A,cm,表示。,第一步 奥氏体晶核形成：,首先在,F,与,Fe,3,C,相界形核。,第二步 奥氏体晶核长大：,A,晶核通过碳原子的扩散向,F,和,Fe,3,C,方向长大。,第三步 残余,Fe,3,C,溶解,:,铁素体因而先消失。残余的,Fe,3,C,随保温时间延长继续溶解直至消失。,第四步 奥氏体成分均匀化：,通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。,一、,奥氏体的形成过程,（,现以共析钢为例）：,共析钢奥氏体化过程,亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程,与共析钢基本相同，但由于先共析,F,或二,次,Fe,3,C,的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到,Ac,3,或,Ac,cm,以上,.,二、,奥氏体晶粒长大及其影响因素,奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。,三、奥氏体晶粒大小及控制,1,、晶粒度概念,2,、影响奥氏体晶粒长大的因素,加热温度和保温时间：,加热温度高、保温时间长，,晶粒粗大。,加热速度：,加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。,细化,A,晶粒途径：快速加热，短时保温,一、钢在热处理时的冷却方式,热,加,保温,时间,温度,临界温度,连续冷却,等温冷却,3,钢在冷却时的组织转变,二、过冷奥氏体的等温冷却转变,1,、建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转,变曲线,-TTT,曲线,(C,曲线，形状像,C),(Time-Temperature-Transformation diagram),共析碳钢,TTT,曲线建立过程示意图,时间,(s),300,10,2,10,3,10,4,10,1,0,800,-,100,100,200,500,600,700,温度,(),0,400,A,1,过冷奥氏体区,转变产物区,转变区,时间,温度,A,1,M,S,M,f,A,过冷,A,P,B,M,A,M,A,B,A,P,转变开始线,转变终了线,2,、钢在冷却时的转变,随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变。,珠光体转变,贝氏体转变,和马氏体转变,（,1,）,珠光体转变,根据片层厚薄不同，又细分为,珠光体、索氏体和托氏体,。,三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。,片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。,（,2,）贝氏体转变,贝氏体用符号,B,表示。,根据其组织形态不同，,贝氏体,又分为,上贝氏体,(B,上,),和,下贝氏体（,B,下,）,。,上贝氏体,强度与塑性都较低，无实用价值。,下贝氏体,具有良好的综合力学性能。,上贝氏体,下贝氏体,（,3,）马氏体转变,马氏体的晶体结构,碳在,-Fe,中的过饱和固溶体称马氏体,用符号,M,表示。,马氏体组织,FCC,BCT,铁原子,马氏体的形成,碳原子,马氏体的形态,C%,小于,0.2%,时，组织几乎全部是,板条马氏体,。,C%,大于,1.0%C,时则几乎全部是,针状马氏体,。,C%,在,0.21.0%,之间为,板条与针状的混合组织,。,0.45%C,0.2%C,1.2%C,马氏体形态与含碳量的关系,马氏体的性能,高硬度是马氏体组织性能的主要特点。,马氏体的,硬度主要取决于其含碳量。,马氏体硬度、韧性与含碳量的关系,C%,3,、共析碳钢,TTT,曲线的分析,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,A,1,550,;,高温转变区,;,扩散型转变,;P,转变区。,550,230,;,中温转变,区,;,半扩散型转变,;,贝氏体,(B),转变区,;,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,A,1,Ms,M,f,过冷奥氏体转变产物（共析钢,）,转变类型,转变产物,形成温度，,转变机制,显微组织特征,HRC,获得工艺,珠,光,体,P,A,1,650,扩,散,型,粗片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,5-20,退火,S,650600,细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,20-30,正火,T,600550,极细片状，,F,、,Fe,3,C,相间分布,30-40,等温处理,贝,氏,体,B,上,550350,半扩散型,羽毛状，短棒状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,条之间,40-50,等温处理,B,下,350M,S,竹叶状，细片状,Fe,3,C,分布于过饱和,F,针上,50-60,等温淬火,马,氏,体,M,针,M,S,M,f,非扩散型,针状,60-65,淬火,M,板,M,S,M,f,板条状,50,淬火,四、过冷奥氏体连续冷却转变,过冷奥氏体连续冷却转变图又,称,CCT,曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。可用,TTT,曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。,共析钢,CCT,曲线,(Continuous-Cooling-Transformation),P,均匀,A,细A,P,退火,(,炉冷,),正火,(,空冷,),S,淬火,(,油冷,),T+M+A,M+A,淬火,(,水冷,),A,1,M,S,M,f,时间,650,600,550,五、,影响,TTT,曲线形状 与位置的因素,1,、奥氏体中含碳量的影响,共析钢的过冷奥氏体最稳定，,C,曲线最靠右；,Ms,与,Mf,点随含碳量增加而下降。,过,共,析,钢,亚,时间,温度,A,1,2.,奥氏体中含合金元素的影响,除,Co,外,凡溶入奥氏体的合金元素都使,C,曲线右移；,除,Co,、,Al,(,2.5%),外,所有合金元 素溶入奥氏体中,都使Ms 与Mf 点下降。,向右移,向下移,Ms,A,1,P,均匀,A,细A,P,退火,(,炉冷,),正火,(,空冷,),S,淬火,(,油冷,),T+M+A,M+A,淬火,(,水冷,),A,1,M,S,M,f,时间,650,600,550,小结,小结,热处理过程,共析钢冷却转变,亚共析钢冷却转变,用,TTT,曲线定性说明共析钢连续冷却时,的组织转变,炉冷,空冷,油,冷,水,冷,P,S,T+M+A,M+A,