机械工程材料 新7.ppt
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1、第七章 钢的热处理,常用的热处理分类,钢在加热时的变化,钢在冷却时的转变,钢的淬火,钢的回火,钢的淬透性,钢的表面热处理,钢的退火与正火,一般零件的制造过程 锻造预先热处理(退火或正火)机械加工(粗加工)最终热处理(淬火+回火或表面热处理)机械加工(精加工)检验(尺寸和硬度)。,钢的热处理都有共同点 加热保温冷却,1-等温冷却 2-连续冷却,热处理工艺曲线,热处理在机械加工中是很重要的工序。,一、常用的热处理分类,二、钢在加热时的变化,钢的加热的变化是钢的冷却变化的逆过程,需要有一定的过热度。 加热转变温度分别用:Ac1(PSK)、Ac3(GS)、Accm(ES)表示。,1、奥氏体的形成过程,
2、 基本过程 (奥氏体化) 形核 长大 残余奥氏体溶解 奥氏体均匀化,亚共析钢 P+FA+FA 过共析钢 P+CmA+Cm A,共析钢PA, 影响奥氏体化的因素, 加热温度 等温温度越高,“孕育期”越短,奥氏体化速度越快。 加热速度 连续加热时,加热速度越快,转变温度越高,奥氏体化速度越快。 原始组织形态 细片P粗片P球化P 含碳量 含碳量越高,有利奥氏体的形核和扩散,加速奥氏体的形成。,2、奥氏体的晶粒长大, 奥氏体晶粒度 晶粒度表示晶粒大小的尺度。 起始晶粒度奥氏体刚刚形成时的晶粒度。(此时晶粒细小) 实际晶粒度在具体的热加工条件下,得到奥氏体晶粒度。(与热 加工工艺参数有关,一般比起始晶粒
3、度大),14级为粗晶粒,58级为细晶粒,国家标准GB6394-86,金属平均晶粒度标准评级图,93010;保温38小时;缓慢冷却; 放大100;与标准图比较。,特定条件,本质晶粒度在特定的加热条件下,奥氏体晶粒长大的倾向。,1-本质粗晶粒钢2-本质细晶粒钢,加热温度与奥氏体晶粒长大的关系,钢的晶粒度14级,为本质粗晶粒, 随温度升高,晶粒迅速长大。 钢的晶粒度58级,为本质细晶粒, 随温度升高长大倾向不明显。, 奥氏体晶粒长大及其影响因素, 成分 ,含碳量增加,扩散速度增加,晶粒易长大。 ,含碳量增加,网状渗碳体的阻碍,晶粒不易长大。 Mn、P促进奥氏体晶粒的长大。 温度 温度高,晶粒大。,
4、奥氏体晶粒大小对冷却后晶粒的影响,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。 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。,等温转变:加热奥氏体化的钢,快速冷却到Ar1以下的某一温度,等温,使奥氏体在该温度完成组织转变的过程。,实验方法:每组取若干试样,在不同的温度等温,作出转变量与时间的关系曲线,然后在温度时间坐标系中找出对应点。,三、钢在冷却时的转变,冷却时的转变需要过冷,相变 温度低于平衡温度,分别为: Ar1(PSK)、Ar3(GS)、Arcm(ES)。,转变开始点的连线称转变开始线。 转变终了点的连线称转变终了线。,(1)建立曲线,1.共析钢的等
5、温转变曲线和分析,过冷奥氏体区 A1-Ms 间及转变开始线以左的区域 转变产物区 转变终了线以右及Mf以下区域 转变区 开始线与终了线之间及Ms与Mf之间区域,孕育期 转变开始线与纵坐标之间的距离。 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,奥氏体较稳定。 在鼻尖以下,温度较低,扩散困难,奥氏体较稳定。,(2)C 曲线分析,在550Ar1温度之间, 等温冷却与a-b线相交, 钢发生珠光体转变。,在550Ms温度之间, 等温冷却与a-b线相交, 钢发生贝氏体转变。,在Ar1Ms温度间,b曲线右, 钢的转
6、变已结束,冷却到室 温组织不发生变化。,在MsMf温度之间, 连续冷却不与a-b线相交, 钢发生马氏体转变。, C曲线与过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物,设曲线a为转变开始线, 曲线b为转变终了线,(1)珠光体型转变扩散型转变组织 组织共性:铁素体与渗碳体组成层片状混合物。 组织个性:层片间距随过冷度的增加而减小。,400 ,5000,12000,2、过冷奥氏体的转变产物及转变过程,珠光体(P):等温转变温度(Ar1650); HRC520 索氏体(S):等温转变温度(650600); HRC2030 屈氏体(T):等温转变温度(600550); HRC3040,片间距越小,钢的强度、硬度
7、越高,而塑性和韧性略有改善。,珠光体转变过程 珠光体转变也是形核和长大的过程。 渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成。 在长大过程中,其两侧奥氏体的含碳量下降,促进了铁素体形核,两者相间形核并长大,形成一个珠光体团。,珠光体转变(动画),(2)贝氏体型转变-半扩散型转变组织,贝氏体:碳过饱和的铁素体与渗碳体(下贝氏体是碳化物)组成的 混合物。,上贝氏体(B上):等温转变温度(550350);组织形态:黑羽毛状。 HRC4050 ;强度较低,塑性和韧性较差。 下贝氏体(B下):等温转变温度(350Ms);组织形态:黑针状。 HRC5060;强度较高,塑性和韧性也较好,即具 有良好的综合力学性能。,转
8、变温度较高(550-350) 时,条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长,随铁素体条伸长和变宽,其碳原子向条间奥氏体富集,最后在铁素体条间析出Fe3C短棒,奥氏体消失,形成B上 。,上贝氏体转变过程,上贝氏体的形成,贝氏体转变属半扩散型转变,即只有碳原子扩散而铁原子不扩散,晶格类型改变是通过切变实现的。,转变温度较低(350- 230) 时,铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状,由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围,碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。,下贝氏体转变,下贝氏体的形成,(3)马氏体型转变-非扩散型转变组织,马氏体的晶体结构,马氏体碳溶在-Fe中形成的过
9、饱和的固溶体。,马氏体转变时,奥氏体中的碳全部保留到马氏体中。,马氏体的晶格为体心正方,ac,ca,c/a为马氏体的正方度,正方度随马氏体的含碳量的增加而增加,而且马氏体的比容也增加,体积会增加,是造成钢淬火变形和开裂的主要原因。,片状(针状)马氏体(M片):连续冷却温度(MsMf);HRC6065 组织形态:灰片状。C%1% 在电镜下,亚结构主要是孪晶,又称孪晶马氏体。 板条状马氏体(M板条):连续冷却温度(MsMf);HRC3545; 组织形态:灰板条状。C%0.3% 在电镜下,板条内的亚结构主要是高密度的位错,又称位错马氏体。,正常加热条件下,冷却得到的马氏体组织非常细小,在光学显微镜下
10、无法分辨,称“隐晶马氏体”。,T12过热 500,500,T12正常 500,马氏体的形态,马氏体的形态与含碳量的关系 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。,马氏体形态与含碳量的关系,无碳原子的扩散 转变速度极快 转变的不完全性,有残余奥氏体存在 转变在MsMf温度区间进行, 冷却到室温转变未完全结束; 高碳钢存在较多的残余奥氏体。 工业上常采用“冷处理”的方法。,具有高的硬度和强度。 硬度主要取决于含碳量。 塑性和韧性主要取决于组织。 板条马氏体具有较高硬度、较高强度与较好塑性和韧性相配合
11、的良好的综合力学性能。 针片状马氏体具有比板条马氏体更高的硬度,但脆性较大,塑性和韧性较差。,马氏体硬度与碳含量的关系,马氏体转变特点, 马氏体的力学性能,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。,3.影响C曲线位置的因素,与共析钢相比,亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多一条先共析相的析出线。,(1)含碳量的影响,除Co 外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移。 除Co和Al 外,所有合金元素都使Ms 与Mf 点下降。,(2) 合金元素的影响,4、过冷奥氏体的连续冷却曲线, 只有“C”曲线的上半部分,没有贝氏体转变区 多了一条“K”线,即转变中止线;
12、 比“C”曲线,右移。 “Vk”为“CCT”曲线的临界冷却速度。,临界冷却速度钢获得完全马氏体的最 小冷却速度。 VkVk,在“C”曲线讨论,能得到马氏体,实际上就一定能得马氏体。,(1)共析钢的CCT曲线,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),可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变,45钢850油冷组织,转变中止线的含义,无贝氏体转变区, 但比共析钢CCT曲线多一条AFe3C转变开始线。 由于Fe3C的析出, 奥氏体中含碳量下降, 因而Ms 线右端升高. 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
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