【材料课件】金属工艺学-钢的热处理.ppt
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1、钢的热处理 一、热处理意义 二、热处理原理 三、热处理工艺 将材料加热到相变温度以上发生相变,再施 以冷却发生相变的工艺过程。通过这个相变与再 相变,材料的内部组织发生了变化,因而性能产 生变化。 材料加热到高温不发生相变则热 处理达不到改善材料性能的作用 返回目录 一、热处理意义 2.1 热处理三大要素 2.2 热处理基本原理 二、热处理原理 返回目录 2.1 热处理三大要素 加热:热处理第一个阶段。不同材料,加热工艺和加热温 度不同。加热分为两种,一种是在临界点A1以下的加热, 此时不发生组织变化。另一种是在A1以上的加热,目的是 为获得均匀奥氏体组织,这一过程称为奥氏体化。 保温:目的是
2、要保证工件热透,防止脱碳、氧化等。保温 时间和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一 般工件越大,导热性越差,保温时间就越长。 冷却: 热处理的最终阶段,也是热处理最重要的一个阶 段。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。 钢在加热时的转变(第一节) 钢在冷却时的转变(第二节) 2.2 热处理基本原理 第一节 钢在加热时的转变 钢的临界转变温度 根据铁碳相图,共析钢加热到超过 A1时,全部转变为奥氏体;而亚共析钢 和过共析钢加热到A3和Acm以上才能获 得单相奥氏体。在实际热处理加热条件 下,相变是在不平衡条件下进行的,其 相变点与相图中的相变温度有一些差异。 由于过热和过冷现象的影响
3、,加热时相加热时相 变温度偏向高温,冷却时偏向低温变温度偏向高温,冷却时偏向低温,这 种现象称为滞后。加热或冷却速度越快,加热或冷却速度越快, 则滞后现象越严重则滞后现象越严重。图61表示加热和冷 却速度对碳钢临界温度的影响。通常把 加热时的实际临界温度标以字母“c”,如 Ac1、Ac3、Accm;而把冷却时的实际 临界温度标字母“r”,如Ar1、Ar3、Arcm。 这些临界点,是正确选 择钢在热处理时加热和 冷却温度的主要依据 共析碳钢共析碳钢(含0.77%C)加热前为珠光体组织,一般为铁 素体相与渗碳体相相间排列的层片状组织,加热过程中奥氏体 转变过程可分为四步进行,如图6-2示。 奥氏体
4、的形成过程 第一节 钢在加热时的转变 具体解释 由Fe-Fe3C状态图知:在A1温度铁素体含约0.0218%C,渗碳体6.69%C, 奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体过程中,原铁素体由体心立方晶 格改组为奥氏体的面心立方晶格,原渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方 晶格。所以,钢的加热转变既有碳原子的扩散,也有晶体结构的变化。基于 能量与成分条件,奥氏体晶核在珠光体的铁素体与渗碳体两相交界处产生( 见图6-2(a),这两相交界面越多,奥氏体晶核越多。 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体的形成过程 第一阶段:奥氏体晶核的形成 形成晶核 其晶核形成后,它的一侧与渗碳体相接,另一侧与铁素体相接
5、。 随着铁素体的转变(铁素体区域的缩小),以及渗碳体的溶解(渗碳 体区域缩小),奥氏体不断向其两侧的原铁素体区域及渗碳体区域扩 展长大,直至铁素体完全消失,奥氏体彼此相遇,形成一个个的奥氏 体晶粒。 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体的形成过程 第二阶段:奥氏体的长大 晶核长大了 由于铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度, 在铁素体完全转变之后尚有不少未溶解的“残余渗碳体”存在 (见图6-2(C),还需一定时间保温,让渗碳体全部溶解。 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体的形成过程 第三阶段:残余渗碳体的溶解 残余渗碳体溶解 即使渗碳体全部溶解,奥氏体内的成分仍不均匀,在原铁素体区域形成 的
6、奥氏体含碳量偏低,在原渗碳体区域形成的奥氏体含碳量偏高,还需 保温足够时间,让碳原子充分扩散,奥氏体成分才可能均匀。 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体的形成过程 第四阶段:奥氏体成分的均匀化 均匀溶解与否比较 结论和注解 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体的形成过程 结论:结论:奥氏体形成经历了以下四个过程: 奥氏体晶核形成 晶核长大 剩余渗碳体溶解 奥氏体均匀化 注解注解:亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相 同,但其完全奥氏体化的过程有所不同。亚共析钢加热到Ac1 以上时,还存在自由铁素体,这部分铁素体只有继续加热到Ac 3以上时,才能全部转变为奥氏体;过共析钢则只有加热到Acc
7、m 以上时,才能获得单一的奥氏体组织。 奥氏体晶粒大小的影响性:奥氏体晶粒大小的影响性:其大小对冷却后钢的性能影响 很大,热处理加热时,若获得细小、均匀的奥氏体,则冷 却后钢的力学性能就好。 奥氏体晶粒度:奥氏体晶粒度:生产上一般采用与标准晶粒度等级(图64) 比较法来测定奥氏体晶粒度大小。晶粒度通常分为8级, 14级为粗晶粒度;58级为细晶粒度;超过8级为超细晶 粒度。见图63 晶粒大小的表示:晶粒大小的表示:常用的三个晶粒度指标 奥氏体晶粒长大的控制:奥氏体晶粒长大的控制:晶粒长大受以下因素影响 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体晶粒的长大及其控制 奥氏体晶粒度级别 返 回 起始晶粒度:起始
8、晶粒度:珠光体向奥氏体的转变刚刚完成时奥氏体晶 粒的大小,一般细小而均匀。 实际晶粒度实际晶粒度:指钢在某个具体的加热条件下实际获得的奥 氏体晶粒的大小。 本质晶粒度:本质晶粒度:表示某种钢在规定的加热条件下,奥氏体晶 粒长大的倾向,不是晶粒大小的实际度量。 注:不同成分的钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向不同。注:不同成分的钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向不同。 第一节 钢在加热时的转变 奥氏体晶粒大小的指标 返 回 生产中发现:生产中发现: 不同牌号的钢,奥氏体晶粒长大倾向不同,如图示:不同牌号的钢,奥氏体晶粒长大倾向不同,如图示: 钢的奥氏体晶粒长大倾向示意图 在该温度后,本 质细晶粒钢的长大
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