第一章 热处理绪论PPT资料.ppt
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MM珠光体:
珠光体:
PP回火屈氏体:
回火屈氏体:
TT屈氏体:
屈氏体:
TT回火索氏体:
回火索氏体:
SS索氏体:
索氏体:
SS残余奥氏体:
残余奥氏体:
ArAr、RR、AARR铁素体:
铁素体:
FF、渗碳体:
渗碳体:
FeFe33CC、CC、CemCem马氏体:
马氏体:
MM、贝氏体:
贝氏体:
BB(BB上上、BB下下)LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%FeTJNA1Fe3C铁碳相图4.32.1111487270.770.02186.691495L+0.00080.530.171538912H热处理的意义和作用意义:
应用广泛、效果显著。
意义:
汽车零件的汽车零件的80%80%,工模具、轴承,工模具、轴承100%100%。
例例45#45#钢,钢,840840加热,不同冷却方式冷却加热,不同冷却方式冷却冷却方式随炉冷却空气冷却油冷水冷HRC1518182440505260组织P+FP+F(少)组织细M+PM热处理的作用和地位热处理的作用和地位热处理作用:
提高和控制材料性能消除或降低各种铸、锻、焊等热加工工艺造成的缺陷、细化晶粒、消除偏析、降低内应力。
减轻产品重量提高产品可靠性和使用寿命没有“万能”的材料,只有“最好”的材料!
没有“万能”的材料,只有“最好”的材料!
热处理是达到材料使用效能的重要技术与工艺手段!
课程内容及学习要求课程内容及学习要求原理原理工艺工艺及及描述热处理时钢中组织转变的规律(金属固态相变原理)根据热处理原理制定的温度、时间、介质等工艺参数。
(金属热处理工艺学)材料热处理教学内容教学内容1、各种转变及其机理加热转变加热转变(奥氏体转变奥氏体转变)、珠光体、珠光体(Pearlite)转变、马氏体(转变、马氏体(Martensite)转变、贝氏体转变、贝氏体(Bainite)转变、回火转变、时效转变。
转变、回火转变、时效转变。
转变的条件、热力学、动力学、晶体学、组织形态转变的条件、热力学、动力学、晶体学、组织形态、转变机制、性能特点、影响因素,等、转变机制、性能特点、影响因素,等2、各种热处理工艺特点工艺:
退火、正火、淬火、回火、化学热处理、特工艺:
退火、正火、淬火、回火、化学热处理、特种热处理,等种热处理,等加热温度范围、冷却速度要求、得到的组织及性能加热温度范围、冷却速度要求、得到的组织及性能1、理论联系实际;
2、与相关课程紧密联系(材料科学基础(重点复习铁碳相图),金属材料学等);
3、及时归纳、总结、消化,理解为主,记忆为辅;
4、补充参考文献;
5、适当笔记。
学习方法学习方法参考书目:
金属固态相变徐洲赵连城金属热处理工艺学夏立芳采用教材:
热处理原理与工艺赵乃勤主编参考书目参考书目从广义上讲,构成物质的原子(或分从广义上讲,构成物质的原子(或分子)的聚合状态(相状态)发生变化的过程均子)的聚合状态(相状态)发生变化的过程均称为称为相变相变。
相变如:
从液相到固相的凝固过程从液相到气相的蒸发过程相(Phase)在一系中,个统成分、结构相同,性能一致的均匀的组成部分叫做相固态相变固态相变金属和陶瓷等固态材料在温度和金属和陶瓷等固态材料在温度和压力改变时,其压力改变时,其内部组织内部组织或或结构结构会发生变会发生变化,即发生从一种化,即发生从一种相状态相状态到另一种到另一种相状态相状态的转变,这种转变称为的转变,这种转变称为固态相变固态相变。
相变前的相状态称为旧相或母相相变后的相状态称为新相新相与母相的新相与母相的差别差别相变发生后,新相与母相之间必然存在某些差相变发生后,新相与母相之间必然存在某些差别。
这些差别或者表现在别。
这些差别或者表现在晶体结构上(如同素异构转变)化学成分上(如调幅分解)表面能上(如粉末烧结)应变能上(如形变再结晶)界面能上(如晶粒长大)兼而有之(如过饱和固溶体脱溶沉淀)固溶体固溶体纯金属纯金属1.3热处理典型相变举例1.3.1平衡相变(11)同素异构转变(多形性转)同素异构转变(多形性转变)变)纯金属在温度和压力改变时,由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程称为同素异构转变。
在固溶体中发生的同素异构转变称为多形性转变。
纯铁的同素异构转变平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀在缓慢冷却条件下,由过饱和固溶体中析出过剩相的过程称为平衡脱溶沉淀。
明宋应星天工开物五金:
“凡铁分生、熟,出炉未炒则生,既炒则熟凡造生铁为冶铸用者,就此流成长条、圆块、范内取用。
”具有脱溶沉淀的二元合金平衡状态图共析相变共析相变合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相的转变称为共析相变转变称为共析相变如珠光体转变。
由一个固相分解为两个固相的转如珠光体转变。
由一个固相分解为两个固相的转变。
变。
共析相变类似于合金结晶时的共晶反应,其两个生成相的结构和成分都与母相不同。
珠光体逆共析相变逆共析相变加热时也可发生加热时也可发生+转变,称为逆共析相变。
转变,称为逆共析相变。
例如:
钢中奥氏体(例如:
钢中奥氏体()与珠光体()与珠光体(+Fe3C)的)的转变转变冷却时:
+Fe3C共析相变加热时:
+Fe3C逆共析型相变某些合金在高温下具有均匀单相固溶体某些合金在高温下具有均匀单相固溶体,但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶,但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区,如体结构相同但成分不同的两个微区,如1+2,这种转变称为,这种转变称为调幅分解调幅分解。
在转变初期形成的两个微区之间并无明显界面和成分突变,但是通过上坡扩散,最终使原来的均匀固溶体变成不均匀固溶体。
调幅分解的特点调幅分解有序化转变有序化转变固溶体(包括以中间相为基的固溶体)中固溶体(包括以中间相为基的固溶体)中,各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到,各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序(指长程有序)的转变称为有序(指长程有序)的转变称为有序化转变有序化转变。
在Cu-Zn、Cu-Au、Mn-Ni、Fe-Ni、Ti-Ni等许多合金系中都可发生这种有序化转变。
加热或冷却速度快,使无限缓慢的平衡相变被抑制,产加热或冷却速度快,使无限缓慢的平衡相变被抑制,产生不平衡相变。
生不平衡相变。
伪共析相变伪共析相变马氏体相变马氏体相变贝氏体相变贝氏体相变非平衡脱溶转变非平衡脱溶转变块状转变块状转变非平衡相变非平衡相变1.4固态相变的分类1.按热力学分类
(1)一级相变对新、旧相和,有:
=SSVV说明一级相变有相变潜热和体积变化。
材料凝固、熔化、升华、同素异构转变均为一级相变。
固态相变大部分为一级相变。
1.4固态相变的分类1.按热力学分类按热力学分类
(2)二级相变二级相变对新、旧相对新、旧相和和,有:
,有:
=SSVV化学势一级偏微商相等化学势一级偏微商相等等压比热:
等压比热:
CC等温压缩系数:
等温压缩系数:
KK等压膨胀系数:
等压膨胀系数:
化学势二级偏微商不等化学势二级偏微商不等因此:
因此:
无相变潜热和体积变化,而比热、压缩系数、膨胀系无相变潜热和体积变化,而比热、压缩系数、膨胀系数是变化的。
如材料有序化转变、磁性转变、超导转变等。
数是变化的。
2.2.按相变方式分类按相变方式分类
(1)
(1)有核相变有核相变形核形核-长大长大方式进行相变。
方式进行相变。
(2)
(2)无核相变无核相变条件:
条件:
可以以成分起伏或能量起伏为开始,直可以以成分起伏或能量起伏为开始,直接长大形成新相过程。
接长大形成新相过程。
如:
调幅分解以成分起伏为开始,进行上坡扩如:
调幅分解以成分起伏为开始,进行上坡扩散,形成两个成分不同的新相;
散,形成两个成分不同的新相;
调幅分解.mpa3.3.按原子迁移情况分类按原子迁移情况分类(11)扩散型相变)扩散型相变温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长温度足够高、原子活动能力足够强、时间足够长情况下发生的相变。
情况下发生的相变。
特点:
相变过程有原子扩散,相变速率受原子扩散速度控制;
新、旧相成分不同;
新、旧相比容不同引起体积变化,但宏观形状不变。
同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、如:
同素异构转变、脱溶转变、共析转变、调幅分解、有序化转变、珠光体转变等有序化转变、珠光体转变等(22)非扩散型相变)非扩散型相变相变过程中原子不发生扩散,参与转变的所有原子相变过程中原子不发生扩散,参与转变的所有原子运动是协调一致的。
原子只作有规则的迁移以使晶体点运动是协调一致的。
原子只作有规则的迁移以使晶体点阵重组,原子迁移范围有限不超过一个原子间距。
阵重组,原子迁移范围有限不超过一个原子间距。
淬火马氏体相变如:
淬火马氏体相变特点:
存在均匀切变引起宏观变形;
相变无扩散,新、旧相化学成分相同;
新、旧相之间存在一定晶体学取向关系;
相变速度快。
3.3.按原子迁移情况分类按原子迁移情况分类(11)扩散型相变)扩散型相变相变过程的相变过程的实质实质结构结构成分成分有序化程度有序化程度同一种材料在不同条件下可发生不同的相变,同一种材料在不同条件下可发生不同的相变,从而获得不同的组织和性能。
从而获得不同的组织和性能。
所发生的变化:
小结:
相变的实质,是相结构、成分或有序化程度发生变化,相变的实质,是相结构、成分或有序化程度发生变化,相变可以兼有上述相变类型的一种或几种。
相变可以兼有上述相变类型的一种或几种。
马氏体相变马氏体相变是非扩散相变、是非扩散相变、(新旧相成分相同、结构不相同)(新旧相成分相同、结构不相同)珠光体相变珠光体相变是扩散相变、是扩散相变、(新旧相成分不相同、结构不相同)(新旧相成分不相同、结构不相同)一、相变分类一、相变分类思考:
同素异构转变,脱溶转变(平衡、非平衡),思考:
同素异构转变,脱溶转变(平衡、非平衡),伪共析相变,贝氏体相变伪共析相变,贝氏体相变,奥氏体转变,调幅分解等奥氏体转变,调幅分解等各属于什么相变类型?
各属于什么相变类型?
非平衡相变、非平衡相变、有核相变;
有核相变;
平衡相变、平衡相变、有核相变;
大多数固态相变(除调幅分解)都是通过大多数固态相变(除调幅分解)都是通过形核形核和和长大长大过程完成的。
因此,过程完成的。
因此,液态结晶理论液态结晶理论及其
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