《金属固态相变》PPT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,*,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,*,第一章金属固态相变,概述：固态相变,-,金属性能的多样性：例：,-,应用范围广。“变”,-,就可利用之，“不变”,-,此材料难堪大用。,-,各种强化手段：位错、第二相、固溶、细晶加之金属的性能均衡,-,金属材料广泛应用。,本章简介固态相变的特点、类型、过程；主要介绍钢的热处理原理,第,1,节 固态相变的特点,相变有其共同规律：如,1,、热力学,-,驱动力,-,能量差,-,能量降低是自发过程。,2,、过程：形核、长大,固态相变有其自身规律：母相为固态,-,引出各种特点：外观形状确定，基本不变；切变强度较大；扩散较难。,一、相变阻力大：,1,、新生界面,-,导致界面能升高,-,驱动力降低。相变初期界面能升高占主导，界面长大后，体积自由能降低占主导；,2,、相变时体积变化：胀或缩,-,受母相约束,-,即应变能,-,此为固态相变新增能量,-,导致驱动力降低；,3,、扩散难,-,难以均匀化,。,二、新相与母相界面上原子排列易保持一定匹配关系：匹配越好，界面能增量越少。,三、新相晶核与母相间存在一定的晶体学位向关系,四、新相常在母相一定的晶面上形成：惯习面、惯习晶向,-,惯习现象,五、母相晶体缺陷对相变起促进作用：位错、空位、晶界、亚晶界、孪晶,-,等处自由能高，不稳定，相变驱动力较大。,六、易出现过渡相：亚（介）稳定相。原因：固态相变阻力大，扩散难,-,在母相和新相间起协调、妥协的作用（结果）。不是非此即彼。社会、人类相似。,母相,-,较不稳定相（接近母相）,-,较稳定相（接近新相）,-,稳定新相,第,2,节 固态相变的基本类型,分类方法很多，,P174,之表,9-1,（解析之）,1,、扩散型相变：形核、长大,-,依靠原子长距离扩散完成,-,即相界面的扩散、移动来完成：扩散是控制因素。,相界面：非共格，无严格的晶体学对应关系,例：钢的共析相变,2,、半扩散相变：介于前二者之间的过渡型相变。,例：钢的贝氏体转变：,A-B(B=F+Fe3C),即：,A-F,为切变，非扩散型，,C,的析出,(C-Fe3C),为扩散型相变,3,、非扩散相变：新相的生成不是靠扩散，而是以类似塑性变形过程中的滑移、孪生的形式,-,产生切变和转动而进行的,-,又称“切变型相变”。,相变过程中，原来的原子有规则的、协调一致地变为新相，新相,旧相之界面是共格的。相变前后各原子间的相邻关系不发生变化，成分也不变。集体或整体改组,.,例：钢的淬火,:A-M,，又称马氏体相变,第,3,节 固态相变的形核与长大,不讲。基本概念略提。,1,、,热处理,：,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,.,为简明表示热处理,的基本工艺过程，通,常用温度,时间坐标,绘出,热处理工艺曲线,。,第,4,节 钢的固态转变（钢的热处理原理）,热处理分类,“,四把火”,热处理原理：,描述热处理时钢中组织转变的规律称,热处理原理,。,热处理工艺：,根据热处理原理制定的温度、时间、,介质等参数称,热处理工艺,。,(a)940,淬火,+220,回火（板条,M,回,+A,少）,(b)(c)(d)940,淬火,+820,、,780,、,750,淬火（板条,M+,条状,F+A,少）,(e)940,淬火,+780,淬火,+220,回火（板条,M,回,+,条状,F+A,少）,(f)780,淬火,+220,回火（板条,M,回,+,块状,F,）,20CrMnTi,钢不同热处理工艺的显微组织,一、钢在加热时的组织转变,加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在,A,1,以下加热，不发生相变；另一种是,在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称,奥氏体化,。,组织遗传性 。热惯性。加热目的：“热透”，均、细,A.,(,一,),奥氏体的形成过程,奥氏体化也是形核和长大,的过程，,分为四步。现以共,析钢为例说明：,(1),奥氏体晶核形成：,首先在,与,Fe,3,C,相界形核。,(2),奥氏体晶核长大：,晶核通过碳原子的扩散向,和,Fe,3,C,方向长大。,(3),残余,Fe,3,C,溶解,:,铁素体的成分,、,结构更接近于奥氏,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。,(4),奥氏体成分均匀化：,Fe,3,C,溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间,保温使奥氏体成分趋于均匀。,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,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控制,1.,晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒数、评级法：,通常分为,8,级，,1,级最粗，,8,级最细。,2.,奥氏体晶粒度的概念,奥氏体化刚结束时的晶粒度称,起始晶粒度,此时晶粒,细小均匀。,随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体,晶粒将进一步长大,，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。,在给定温度下奥氏体的晶粒度称,实际晶粒度,。,加热时奥氏体晶粒的长大倾向称,本质晶粒度（粗、细）,。,3,、奥氏体晶粒大小的控制,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,.,钢的化学成分：,1,）,C:,共析成分长大倾向最大，远离共析成分长大倾向减小。（未溶碳化物阻碍之）,析出颗粒对黄铜晶界的钉扎,Nb/%,奥氏体晶粒尺寸,/m,Nb,、,Ti,对,奥氏体晶粒的影响,2),合金元素：,碳化物和氮化物形成元素。,强烈阻碍奥氏体晶粒长大元素,:,Ti,、,V,、,Nb,、,Al,、,Zr,一般阻碍奥氏体晶粒长大元素,:,Mo,、,Cr,、,W,不显著,阻碍奥氏体晶粒长大元素,:,Ni,、,Cu,、,Si,（,Si,微弱促进长大）,促进,奥氏体晶粒长大元素,:Mn,、,P,、,N,、,C,(4),钢的原始组织,（三）加热缺陷：过热、过烧、欠热、氧化、脱碳、开裂。,（四）超细化处理：加热之应用,-,反复加热、冷却。极细的,A,晶粒。量变到质变。极大提高性能。,过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线,过冷奥氏体的转变方式有,等温转变,和,连续冷却转变,两种。,两种冷却方式示意图,1,等温冷却,2,连续冷却,二、 钢在冷却时的组织转变,过冷奥氏体的等温转,变图,是,表示奥氏体急速,冷却到临界点,A,1,以下,在各不同温度下的保温,过程中转变量与转变时,间的关系曲线,.,又称,C,曲线、,S,曲线或,TTT,曲,线。,（一） 共析钢过冷,A,的等温转变曲线,(C,曲线,),(,Time-Temperature-Transformation diagram,),A,1,-Ms,间及转,变开始线以左的,区域为,过冷奥氏,体区。,转变终了线以,右及,M,f,以下为,转,变产物区。,两线之间及,Ms,与,M,f,之间为,转变,区。,时间,温度,A,1,M,S,M,f,A,过冷,P,B,M,A,M,A,B,A,P,转变开始线,转变终了线,奥氏体,C,曲线的分析,转变开始线与纵坐标之间的距离为,孕育期,。,孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小,.,孕育期最小处称,C,曲线的,“鼻尖”,。碳钢鼻尖处的,温度为,550,。,在鼻尖以上,温度较高，相变驱动力小,.,在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。,从而使奥氏,体稳定性增加。,C,曲线明确表示,了过冷奥氏体在不同,温度下的等温转变产,物。,2.,过冷奥氏体连续冷却转变图,过冷奥氏体连续冷却转变图又称,CCT,(,Continuous-Cooling-Transformation,diagram),曲线,，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体,的转变量获得的。,1,）共析钢的,CCT,曲线,共析钢的,CCT,曲线没,有贝氏体转变区,，在珠,光体转变区之下多了一,条转变中止线。,当连续冷却曲线碰到,转变中止线时，珠光体,转变中止，余下的奥氏,体一直保持到,Ms,以下转,变为马氏体。,V,k,V,k,共析钢的,CCT,曲线,图中的,V,k,为,CCT,曲线的,临界冷却速,度,，,即获得全部马,氏体组织时的最小,冷却速度,.,V,k,为,TTT,曲线的,临界冷却速度,.,V,k,1.5 V,k,。,V,k,V,k,时间,/s,温度,/,共析钢的,CCT,图,共析温度,连续冷却转,变曲线,完全退火,正火,等温转,变曲线,油淬,水淬,M+A,M+T+A,S,P,200,100,2,）,过共析钢,CCT,曲线也无贝氏体转变区,但比共析,钢,CCT,曲线多一条,AFe,3,C,转变开始线。由于,Fe,3,C,的,析出,奥氏体中含碳量下降,因而,Ms,线右端升高,.,3,、亚共析钢,CCT,曲线有贝氏体转变区，还多,AF,开始线,F,析出使,A,含碳量升高,因而,Ms,线右端下降,.,过共析钢,CCT,曲线,亚共析钢,CCT,曲线,(,二,),过冷,A,转变产物的组织和性能,1,、珠光体转变,1,）珠光体的组织形态,过冷奥氏体在,A,1,到,550,间将转变为珠光体类型组,织，它是,铁素体,与,渗碳体,片层相间的,机械混合,物,，根据,片层厚薄不同,又细分为,珠光体,、,索氏体,和,托氏体,.,珠光体：,形成温度为,A,1,-650,，片层较厚，,500,倍光镜下可,辨，用符号,P,表示,.,光镜下形貌,电镜下形貌,索氏体,形成温度为,650-600,片层较薄，,800-1000,倍光镜下可辨，用符,号,S,表示。,电镜形貌,托氏体,形成温度为,600-,550,，片层极薄，电,镜下可辨，用符号,T,表,示。,珠光体、索氏体、屈氏体,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。,2,）珠光体的力学性能,片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。,3,）珠光体转变过程,珠光体转变也是,形核,和,长大,的过程,。,珠光体转变是,扩散型转变。,2,、马氏体转变,1,）,马氏体的晶体结构,当奥氏体过冷到,Ms,以下将,转变为马氏体类型组织。,马氏体转变是强化钢的重,要途径之一。,马氏体的晶体结构,碳在,-Fe,中的过饱和固溶,体，用,M,表示,。,马氏体组织,马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中,.,马氏体具有体心正方晶格（,a=bc,）,轴比,c/a,称马氏体的正方度,。,C%,越高，正方度越大，正方畸变越严重。,当,0.25%C,时，,c/a=1,，此时马氏体为体心立方晶格,.,2,）马氏体的组织形态,马氏体的形态分,板条,和,针状,两类。,C%1.0%C,时,针状马氏体,立体形态为双凸透镜形的,片状,。显微组织为针状。,在电镜下，亚结构主要是,孪晶,，又称,孪晶马氏体,。,电镜下,电镜下,光镜下,3,）马氏体的性能,高硬度,是马氏体性能的主要特点。,马氏体的硬度主要取决于其含碳量。,含碳量增加，其硬度增加。,当含碳量大于,0.6%,时，其硬度趋于平缓。,合金元素对马氏体硬度的影响不大。,马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。,此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。,马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。,针,状马氏体脆性大，,板条马氏体具有较好的塑性和韧性,.,4,）马氏体转变的主要特点,马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：, 无扩散性,铁和碳原子,都不扩散,，因,而马氏体的含,碳量与奥氏体,的含碳量相同。,(2),在一个温度范围内进行的,马氏体转变开始的温度称,上马氏体点,，用,Ms,表示,.,马氏体转变终了温度称,下马氏体点,，用,M,f,表示,.,只要温度达到,Ms,以下即发生马氏体转变。,在,Ms,以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断,转变,停止。,(3),转变不完全,即使冷却到,M,f,点，也不可能获得,100%,的马氏体，总,有部分奥氏体未能转变,而残留下来，称,残余奥氏体,，用,A,或,表示。,（,4,）有体积膨胀、相变应力和较大变形,3,、 贝氏体转变,1,）,贝氏体的组织形态,过冷奥氏体在,550-,230 (Ms),间将转变为贝氏,体类型组织，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,下贝氏体,上贝氏体,形成温度为,550-350,。,在光镜下呈,羽毛状,.,在电镜下为,不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界,向晶内平行生长的铁素体条之间。,下贝氏体,形成温度为,350-Ms,。,在光镜下呈,竹叶状。,在电镜下为,细片状碳化物分布于铁素体针内。,上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。,下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较,好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强,化组织之一。,上贝氏体,贝氏体组织的透射电镜形貌,下贝氏体,2,）贝氏体的力学性能,四、钢的退火与正火,机械零件的一般加工工艺为：,毛坯（铸、锻）预,备热处理机加工最,终热处理。,退火与正火主要用于,预备热处理,，只有当工,件性能要求不高时才作,为最终热处理。,（一）退火与正火,退火目的,将钢加热至适当温,度保温，然后,缓慢冷,却,(,炉冷,),的热处理工,艺叫做,退火,。,退火目的：“四化”,降低硬度（软化），便于切削加工。,适合加工的硬度为,180-230HB,。粒化。,消除内应力，,防止加工中变形。,细化、均化晶粒，为最终热处理作组织准备。,真空退火炉,退火工艺,退火的种类很多，常用的有,完全退火,、,等温退火,、,球化退火,、,扩散退火,、,去应力退火,、,再结晶退火,。, 完全退火,将工件加热到,Ac,3,+3050,保温,后缓冷的退火工,艺，,主要用于亚,共析钢,.,适应材料：亚共析钢（碳、合金）,目的：细化、均化、粒化、软化、消除应力。提高切削性能。,T,加,= Ac3 +3050,t,加,= KD,t,保,= D/25 (Hr),V,加：一般不限,V,冷：十分缓慢,组织：,F + P,性能：高塑性、韧性，低强度、硬度,等温退火,亚共析钢加热到,Ac,3,+3050,共析、过共析钢加热,到,Ac,1,+3050,，保温后快冷到,Ar,1,以下的某一温度下,停留，待相变完成后出炉空冷。,等温退火可缩短工件,在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢,.,退火目的、加热,T,、时间：与完全退火相同,冷却工艺：由硬度决定,T,等温；由,C,曲线决定等温时间。,组织、性能、应用：同“完全退火”。更合理。,球化退火,球化退火,是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。,它是将工件加热到,Ac,1,+ 30-50,保温后缓,冷，或者加热后冷却,到略低于,Ar,1,的温度下,保温，使珠光体中的,渗碳体球化后出炉空,冷。,主要用于共析、,过共析钢。,适应材料：共、过共析钢（碳、合金）,目的：粒化；软化，提高切削性能。,T,加,= Ac1 +2030,。,关键：低温短时加热,t,加,= KD,；,t,保,= D/25 (Hr),V,加：一般不限；,V,冷：十分缓慢,注意：原始组织中不能有网状,Fe3C,。,组织：粒状,P,。粒状,P,片,P,。,性能：高塑性、韧性，低强度、硬度,例：热处理工艺曲线,球化退火的组织为铁素体基,体上分布着颗粒状渗碳体的,组织，称,球状珠光体,用,P,球,表,示。,球状珠光体,对于有网状二次渗碳体的,过共析钢，球化退火前应先,进行正火，以消除网状,.,（,4,）扩散退火（均匀化退火）,铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶,偏析等化学成分不均匀现象，为,达到化学成分的均,匀化,，必须对其进行扩散退火。,特点：,加热温度高,(,一般在,Ac,3,或,Ac,m,上,150300),，保温时间长,(10h,以上,),。成本高，组织粗化。,（,5,）去应力退火,用来,消除,因变形加工及铸造、焊接过程中引起的,残余内应力,，以提高工件的尺寸稳定性，,防止变形,和开裂。,特点：,工件随炉缓慢加热至,500600 ,，经一段,时间保温后随炉缓慢冷却至,300200 ,以下出炉。,冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适,当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒。,目的,：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工,及成形性能。,特点,：加热温度通常比理论再结晶温度高,100200 ,，通常在去应力退火温度之上。,例：西宁特钢：,720 /5min,（冷拉钢丝）,（,6,）再结晶退火,2.,正火,正火是将,亚共析钢,加热到,Ac,3,+30 50,，,共析钢,加,热到,Ac,1,+3050,，,过共析,钢,加热到,Ac,cm,+30 50,保,温后,空冷,的工艺。,正火比退火冷却速度大。,P,片更细（,S,），强度、硬度比退火高些。,正火温度,1,）正火的目的,对于低、中碳钢,(0.6C%),，目的与退火的相同。,对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球,化退火作组织准备。,普通件最终热处理。,要改善切削性能，,低碳钢用正火，中碳钢用退火,或正火,高碳钢用球化退火,.,2,）工艺：,（,1,）加热：,T = Ac3,（,Ac,cm,）,+30 50,V,加、,t,保：同“退火”，与厚度有关。,（,2,）冷却：,空冷，大件课：吹风、吹雾，注意散开摆放，勿堆积，以免影响冷却。,3,）适用材质：碳素钢、中低合金钢。不适于高合金钢。,五、淬火,淬火,是将钢加热到,Ac,1,或,Ac,3,以上，保温后以大于,V,k,速,度冷却，使奥氏体转变,为马氏体的热处理工艺,.,淬火是应用最广的热处,理工艺之一。,淬火目的是为获得马氏,体组织，提高钢的性能,.,真空淬火炉,1,、目的：,淬火与回火恰当配合，获得不同组织性能。,1,）提高硬度耐磨性：,M,回,2,）提高弹性：,T,回,3,）提高综合力学性能：,S,回,4,）提高耐蚀、耐热性：不锈钢、耐热钢,淬火,+,回火是强化钢材的最主要、重要手段。,2.,淬火加热温度,亚共析钢,淬火温度为,Ac,3,+30-50,。,共析钢,淬火温度为,Ac,1,+30-50,；,淬火组织为,M+A,。,解说加热温度的原因,过共析钢,淬火温度,:,Ac,1,+30-50,.,温度高于,Ac,cm,，则奥氏,体晶粒粗大、含碳量高,淬,火后马氏体晶粒粗大,、,A,量增多。使钢硬度、耐磨,性下降，脆性、变形开裂,倾向增加。,淬火组织,:,M+Fe,3,C,颗粒,+A,。,(,预备组织为,P,球,),T12,钢（含,1.2%C,）正常淬火组织,3.,淬火冷却介质,1,）对淬火冷却介质的要求：,2,）理想冷却介质（曲线）：,3,）常用冷却介质：,理想淬火曲线示意图,Ms,M,f,常用淬火介质是水和油,.,水的冷却能力强，但低,温却能力太大，只使用于,形状简单的碳钢件。,盐水、碱水。,油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太,小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。,熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。,实用淬火介质：商品淬火剂,1,）水性淬火剂,：,（,1,）,PAG,类：,聚醚类非离子型高聚物，水溶性，加其他助剂。,V,冷与浓度成反比，介于水油之间。“逆溶性”。环保、安全、不起火、无毒、不易变质防锈，寿命长。,（,2,）,PVA,类,（,3,）聚丙烯酸钠类,2,）,油类：冷油,（中速、中快、快速、超速）,热油,（冷速较慢）,4.,淬火方法,采用不同的淬火方法,可弥补介质的不足。,1,）单液淬火法,加热工件在一种介质,中连续冷却到室温的淬,火方法。,操作简单，易实现自,动化。,各种淬火方法示意图,1,单液淬火法,2,双液淬火法,3,分级淬火法,4,等温淬火法,2,）双液淬火法,工件先在一种冷却能力,强的介质中冷，却躲过鼻,尖后，再在另一种冷却能,力较弱的介质中发生马氏,体转变的方法。,如水淬油,冷，油淬空冷,.,优点是冷却理想，缺点,是不易掌握。用于形状,复杂的碳钢件及大型合金,钢件。,3,）分级淬火法,在,Ms,附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后,再取出缓冷。,可减少内应力，用于小尺寸工件。,4,）等温淬火法,将工件在稍高于,Ms,的盐浴或碱浴中保温足够长时,间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。,经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应,力小,.,适用于形状复杂及要求较高的小型件。,B,下。,淬透性的概念,淬透性,是指钢在淬火时获得,淬硬层深度,的能力。其,大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度,是指由工件表面到半马氏体区,(,50%M +,50%P,),的深度。,淬硬性,是指钢淬火后所能达到的,最高硬度,，即硬化能,力,.,淬透性是钢的主要热处理性能。,是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。,5.,钢的淬透性,淬透性，,d,表示半马氏体区到水冷端的距离，,HRC,为半马氏体区的硬度。,淬透性的表示方法, 用淬透性曲线表示,即用 表,示，,J,表示末端,用临界淬透直径表示,临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被,淬成半马氏体的最大直径，用,D,0,表示。,D,0,与介质有关，如,45,钢,D,0,水,=16mm,，,D,0,油,=8mm,。,只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比,较，如,45,钢,D,0,油,=8mm,，,40Cr D,0,油,=20mm,。,马氏体,马氏体,索氏体,6.,淬火缺陷,包括：,氧化、脱碳、表面腐蚀、硬度不足、硬度不均匀、欠热、过热、过烧、变形、开裂,等。,其中：,过烧、开裂属于报废性缺陷；,其他缺陷：尚可修复。,碳钢：变形、开裂倾向小些；,合金钢：变形、开裂倾向大些。易裂,-,慢冷,;,防裂、防变形。,回火,是指将淬火钢加热,到,A,1,以下的某温度保温,后冷却的工艺。,1.,回火的目的,:,1,）减少或消除淬火内应力、脆性,防止变形或开裂,.,2,）获得所需要的力学性能。,淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。,3,）稳定组织和尺寸,;,螺杆表面的淬火裂纹,六、回火,未经淬火的钢回火无意义。,钢经淬火后应立即进行,回火,。回火是淬火的后续工序。,1,）马氏体的分解,100,回火时，钢的组织无变化。,100-200,加热时，马氏体将发生分解,从马氏体中析出,-,碳化物,(,-FeXC),，,使马氏体过饱和度降低。,析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称,回火马氏体,，,用,M,回,表示。性能：硬度不降低或降低很少，脆性大降。高硬度，韧性不高。应力大降。,透射电镜下的回火马氏体形貌,2.,钢在回火时的组织转变,2,）,残余奥氏体转变,200-300,时,由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下,降,Ms,上升，,A,分解,为,-,碳化物,和饱和铁素体，即,M,回,。,3,）碳化物的转变,发生于,250-400,，此时，,-,碳化物溶解于,F,中，并从,铁素体中析出,Fe,3,C,。,M,回,继续转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状,Fe,3,C,组织，称,回火托氏体,，用,T,回,表示。,性能：中高硬度，弹性达峰值。弹簧组织。,回火索氏体,4,）碳化物的聚集长大和铁素体的再结晶,(400,以上,),400,以上,Fe,3,C,开,始聚集长大。,450,以上铁素体,发生多边形化，由针,片状变为多边形,.,这种在多边形铁素,体基体上分布着颗,粒状,Fe,3,C,的组织称,回火索氏体,，用,S,回,表示。,性能：高综合力学性能：强度较高，塑性韧性较高。,3.,钢的回火工艺,根据钢的回火温度范围，可将回火工艺分为三类。,淬火加高温回火的热处理称作,调质处理,，即,调质,.,广泛用于,各种结构件如轴、齿轮,等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。,适用于各种,高碳钢,、,渗碳件,及,表面淬火件,。,应用,获得良好的综合力学性能，,即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。,提高,e,及,s,，同时使工件具有一定韧性 。,在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力,。,回火目的,S,回,T,回,M,回,回火组织,500-650,350-500,150-250,回火温度,高温回火,中温回火,低温回火,适用于,弹簧,热处理,4.,钢的回火脆性,淬火钢的韧性并不,总是随温度升高而提,高。,在某些温度范围内,回火时，会出现冲击,韧性下降的现象，称,回火脆性,。,1,）第一类回火脆性,又称,不可逆回火脆性,。,是指淬火钢在,250-350,回火,时出现的脆性。,这种回火脆性是不可,逆的，只要在此温度范,围内回火就会出现脆,性，目前尚无有效消除,办法。,回火时应避开这一温,度范围。,2,）,第二类回火脆性,又称,可逆回火脆性,。,是指,淬火钢在,500-650,范围内,回火后缓冷时出现的脆性,.,防止办法：, 回火后快冷。,加入合金元素,W (,约,1%),、,Mo(,约,0.5%),。,该法更,适用于大截面的零部件。,七、钢的表面热处理,表面淬火,是指在不改变钢的化学成分及心部组织情,况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强,化零件表面的热处理方法。,火焰加热,感应加热,（一）钢的表面淬火,表面淬火材质：中碳钢、中碳中低合金钢。,碳量太高：,-,碳量太低：,-,预备热处理：,正火,（要求不高时） 、,调质,（要求高时）。,不能用退火状态,组织。,表面淬火后组织：表层：,M,回,心部：正火：,S+F,调质：,S,回,性能：表硬心韧,-,耐磨、耐冲击,感应加热表面淬火,示意图,表面淬火常用加热方法,（,1,）感应加热,:,利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。涡流之集肤效应。,感应加热分为：, 高频感应加热,频率为,250-300KHz,，淬硬层深度,0.5-2mm,中频感应加热,频率为,2500-8000Hz,，淬硬层深度,2-10mm,。,工频感应加热,频率为,50Hz,淬硬层深度,10-15 mm,各种感应器,火焰加热,:,利用乙炔火焰直,接加热工件表面的方法。,成本,低，但质量不易控制。, 激光热处理,:,利用高能量密,度的激光对工件表面进行加热的,方法。,效率高，质量好。,火焰加热表面淬火示意图,激光表面热处理,火焰加热表面淬火,（二）钢的化学热处理,化学热处理,是将工件置于特定介质中加热保温，,使,介质中,活性原,子吸附渗入,工件表层从而改变工件表层化学成分和组织,进而改变其性能的热处理工艺。,化学热处理的基本过程,1,、,介质,(,渗剂,),的分解,:,分解,的同时释放出活性原子。,2,、,工件表面的吸收,:,活性,原子向固溶体溶解或与钢中,某些元素形成化合物。,3,、原子向内部扩散。催渗。,氮化扩散层,特点：表层：高硬度、耐磨、高疲劳特殊性能（耐蚀、耐热）。普材代替高合金钢。,种类：很多。,渗：,C,、,N,、,S,、,Si,、,B,、,CN,、,NC,、,S,、,Zn,、,Cr,、,Ti,、,V,、,Nb,、,Al,等。,1.,钢的渗碳,渗碳目的,提高工件表面硬度、,耐磨性及疲劳强度，,同时保持心部良好的,韧性。“表硬心韧”,经渗碳的机车从动齿轮,钢的渗碳,是指向钢的表面渗入碳原子的过程。,渗,C,用钢：,0.2%C,的碳钢、低合金钢：,20,、,20Cr,、,20CrMnTi,等,工艺过程：钢,+,渗,C,介质,-,密封,-,加热：,920-930-,保温：单相,A,区，溶,C,能力强，活性碳原子分解、吸附、扩散,-,表层：高碳,-,淬火,-,表层高硬度、高耐磨。,气体渗碳法示意图,渗碳方法,气体渗碳法,将工件放入密封炉内，在高,温渗碳气氛中渗碳。,渗剂为气体,(,煤气、液化气,等,),或有机液体,(,煤油、甲烷、甲醇等,),。,优点,:,质量好,效率高；,固体渗碳法,液体渗碳法,（,2,）渗碳缓冷后组织：,表层为,P+,网状,Fe,3,C,;,心部为,F+P;,中间为过渡区。,（,3,）渗碳后的热处理,淬火,+,低温回火,回火温度为,160-180,。,淬火方法有：,直接淬火法,渗碳后预冷到略高于,Ar,1,温度直接淬火。,一次淬火法,：即渗碳缓冷后重新加热淬火。,二次淬火法：,即渗碳缓冷后,第一次加热为心部,Ac,3,+30-50,，,细化,心部,；,第二次加热为,Ac,1,+30-50,，,细化表层。,常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到,Ac,1,+30-50,淬火,+,低温回火。,此时组织为：,表层：,M,回,+,颗粒状碳化物,+A(,少量,),心部：,M,回,+F,（淬透时）,渗碳淬火后的表层组织,M+F,渗,C,层深度：,与渗,C,时间有关，,渗,C,后表层含碳量：,0.8-1.1%C,所有化学热处理的：注意渗前的,预处理,：清洗、除锈（喷砂）、除油、除污。,参考书：,黄守伦，实用化学热处理与表面强化新技术,.,机工社，,2002,年。,2.,钢的渗氮,氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。,氮化用钢,井式气体氮化炉,为含,Cr,、,Mo,、,Al,、,Ti,、,V,的中碳钢。,常用钢号为,38CrMoAl,，,35CrMo,。,氮化温度,为,500-570,氮化层厚度,不超过,0.6-,0.7mm,。高硬度：,950-1100Hv,。,常用氮化方法,气体氮化法与离子氮化法。,气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。,氮化的特点及应用,氮化件表面硬度高（,HV950-1100,），耐磨性高。,疲劳强度高。,由于表面存在压应力。,工件变形小。,原因是氮化温度低，氮化后不需进行,热处理。,耐蚀性好。,因为表层形成的氮化物化学稳定性高。,氮化的缺点：,工艺复杂，成本高，氮化层薄。,用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐,蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。,缝纫机用氮化件,经氮化的机车曲轴,同时向钢的表面渗入碳和氮原子的化学热处理工,艺，俗称氰化。,中温,(700800),，碳氮共渗和低温,(500600,),，气体碳氮共渗的应用较为广泛。,共渗件常选用低碳或中碳钢。,渗层组织：细片,(,针,),回火马氏体加少量粒状碳氮化,合物和残余奥氏体。,3.,钢的碳氮共渗,