钢的热处理.ppt

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工程材料与热加工基础工程材料与热加工基础第五讲钢的热处理概述概述钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺钢的表面热处理工艺钢的表面热处理工艺机械制造过程中的热处理机械制造过程中的热处理概述概述1.热处理的定义热处理的定义:

时间温度临界温度临界温度热热加加保温保温冷冷却却时间温度时间Tc2.热处理的主要目的热处理的主要目的:

改变钢的性能。

改变钢的性能。

3.热处理的应用范围热处理的应用范围:

整个制造业。

整个制造业。

4.热处理的分类热处理的分类热处理热处理普普通通热处理：

热处理：

表表面面热处理：

热处理：

退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火化化学学热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;特特殊殊热处理：

热处理：

钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变1、转变温度、转变温度2、奥氏体的形成、奥氏体的形成3、奥氏体晶粒度及对力学性能的影响、奥氏体晶粒度及对力学性能的影响1.转变温度转变温度平衡转变平衡转变非平衡转变非平衡转变过热：

过热：

过冷：

过冷：

临界点：

临界点：

2、奥奥氏氏体体的的形形成成FFe3C未溶未溶Fe3CA残余残余Fe3CAAAA形核形核A长大长大残余残余Fe3C溶解溶解A均匀化均匀化3、A晶粒度及对力学性能的影响晶粒度及对力学性能的影响一一）奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度:

1.起始晶粒度起始晶粒度:

珠光体刚刚转变成奥氏珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。

体的晶粒大小。

2.实际晶粒度实际晶粒度:

热处理后所获得的奥氏热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。

体晶粒的大小。

3.本质晶粒度本质晶粒度:

度量钢本身晶粒在度量钢本身晶粒在930以下以下,随温度升高随温度升高,晶粒长晶粒长大的程度。

大的程度。

钢的钢的本质本质晶粒度示意图晶粒度示意图晶粒度的测定方法：

晶粒度的测定方法：

93010保温保温38小时小时（100）影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素1.1.加热温度加热温度加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。

适的加热温度范围。

2.2.保温时间保温时间随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。

慢，且不会无限制地长大下去。

3.3.加热速度加热速度加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。

生产的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。

生产中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。

中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。

4.4.冶炼和脱氧条件冶炼和脱氧条件冶炼时用铝脱氧，使之形成冶炼时用铝脱氧，使之形成AlN微粒；或加入微粒；或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒。

第二相微粒能阻止奥氏体晶粒长大，在一定温颗粒。

第二相微粒能阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大；只有当超过一定温度时，第二相度下晶粒不易长大；只有当超过一定温度时，第二相微粒溶入奥氏体后，奥氏体才突然长大。

微粒溶入奥氏体后，奥氏体才突然长大。

影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素5.5.含碳量的影响含碳量的影响（有临界值有临界值）随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、CC原子的扩散速原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。

度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。

当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减小。

小。

6.6.原始组织的影响原始组织的影响原始组织越细小，碳化物弥散度越大，起始原始组织越细小，碳化物弥散度越大，起始AA晶晶粒越细小。

粒越细小。

影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素A晶粒大小对钢的力学性能的影响晶粒大小对钢的力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力热处理后钢的力学性能提高。

学性能提高。

2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。

工件产生较大的变形甚至开裂。

v晶粒度的控制晶粒度的控制Al脱氧脱氧（本质细本质细）Si/Mn脱氧脱氧（本质粗本质粗）钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变一一.钢在热处理时的两种冷却方式钢在热处理时的两种冷却方式热热加加保温保温时间温度临界温度临界温度连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却二二.过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的等温冷却转变一一）建立建立共析钢共析钢过冷奥氏体等温冷却转过冷奥氏体等温冷却转变曲线变曲线-TTT曲线曲线（C曲线曲线）T-timeT-temperatureT-transformation共析碳钢共析碳钢TTT曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间时间（s）3001021031041010800-100100200500600700温度温度（）0400A1二二）共析碳钢共析碳钢TTT曲线的分析曲线的分析稳定稳定的奥氏体区的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体区区A产产物转变开始线物转变开始线A产物转变产物转变终止线终止线A+产产物物区区产产物物区区A1550;高温高温转变区转变区;扩散型转变扩散型转变;P转变区。

转变区。

550230;中温中温转变转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体（B）转变区转变区;230-50;低温低温转转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体（M）转变区。

转变区。

时间（s）3001021031041010800-100100200500600700温度（）0400A1MsMf三三）转变产物的组织与性能转变产物的组织与性能1.珠光体型珠光体型（P）转变转变（A1550）:

A1650:

P;525HRC;片间距为片间距为0.60.7m（500）。

650600:

细片状细片状P=索氏体索氏体（S）;片间距为片间距为0.20.4m（1000）;2536HRC。

600550:

极细片状极细片状P=屈氏体屈氏体（T）;片间距为片间距为0.2m（电镜）;3540HRC。

珠光体转变：

珠光体转变：

Fe、C的的扩散性扩散性相变相变珠珠光光体体形形貌貌像像光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌光镜形貌电镜形貌索索氏氏体体形形貌貌像像屈屈氏氏体体形形貌貌像像电镜形貌光镜形貌三三）转变产物的组织与性能转变产物的组织与性能2.贝氏体型贝氏体型（B）转变转变（550230）:

550350:

B上上;4045HRC;B上上=碳过饱和碳过饱和-Fe条状条状+Fe3C细条状细条状碳过饱和碳过饱和-Fe条状条状Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状组织形状决定性能，组织形状决定性能，对比：

下贝氏体好。

对比：

下贝氏体好。

上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图350230:

B下下;5060HRC;B下下=碳过饱和碳过饱和-Fe针叶状针叶状+Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状贝氏体转变为贝氏体转变为只有只有C半扩散半扩散相变相变下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图三三）转变产物的组织与性能转变产物的组织与性能3.马氏体型马氏体型（M）转变转变（230-50）:

1）定义定义:

马氏体是一种碳在马氏体是一种碳在Fe中的中的过饱和和固溶体。

固溶体。

只有只有晶格改组晶格改组2）转变特点转变特点:

在一个温度范围内在一个温度范围内连续冷却完成连续冷却完成;转变速度极快转变速度极快,即即瞬间形核与长大瞬间形核与长大;无扩散转变无扩散转变（Fe、C原子均不扩散原子均不扩散）,M与原与原A的成分相同的成分相同,造成晶格畸变。

造成晶格畸变。

转变不完全性转变不完全性,QM=f（T）奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度Wc100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100残余奥氏体量（%）奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响3）马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构:

由于碳的过饱和作由于碳的过饱和作用用,使使Fe晶格由晶格由体心立方体心立方变成体心正成体心正方晶格。

方晶格。

c/a：

正方度正方度4）马氏体的组织形态马氏体的组织形态:

板条状板条状-低碳马氏体低碳马氏体（0.2%C）;3050HRC;=917%。

低碳板条状马氏体组织金相图低碳板条状马氏体组织金相图4）马氏体的组织形态马氏体的组织形态:

针、片状针、片状-高碳马氏体高碳马氏体（1%C）;66HRC左右左右;1%。

高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度（HRC）2000抗拉强度b（Mpa）1800140010006002005）马氏体的性能马氏体的性能:

主要取决于马氏体中的主要取决于马氏体中的碳浓度。

碳浓度。

说明：

说明：

亚共析钢的亚共析钢的C曲线曲线FAP+FS+FTBM+A残残A3时间时间（s）3001021031041010800-100100200500600700温度温度（）0400A1MsMf说明：

说明：

过共析钢的过共析钢的C曲线曲线P+Fe3CS+Fe3CTBM+A残残Fe3CAACM时间时间（s）3001021031041010800-100100200500600700温度温度（）0400A1MsMf四四）影响影响C曲线形状曲线形状与位置的因素与位置的因素1.奥氏体中含碳量的影响奥氏体中含碳量的影响:

过共过共析钢析钢共析共析钢钢亚共亚共析钢析钢时间时间温度A1最稳定最稳定2.奥氏体中含合金元素的影响奥氏体中含合金元素的影响:

除除Co、（Al2.5%）外外,所有合金所有合金元素溶入奥氏体中元素溶入奥氏体中,会引起会引起:

向右移向右移向向下下移移MsA1A1Ms含含Cr合金钢合金钢碳化物形成元素碳化物形成元素（Cr、Mo、W、V）导致双导致双C曲线曲线3.加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响:

加热温度越高加热温度越高,保温时间越长保温时间越长,碳化物溶解充分碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性提高了过冷奥氏体的稳定性,从而从而使使TTT曲线向右移。

曲线向右移。

晶粒粗大。

晶粒粗大。

三三.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变一一）建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线变曲线-CCT曲线曲线C-continuousC-coolingT-transformation只有只有P、M转变转变Vk一一）共析碳钢共析碳钢CCT曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图时间（lg）温度A1PfPsA+PKMsMf水冷水冷油冷油冷Vk1炉冷炉冷空冷空冷二二）共析碳钢共析碳钢TTT曲线与曲线与CCT曲线的比较曲线的比较稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区时间（s）3001021031041010800-10010020050060070