金属材料概论第六章-1

学习内容：第一节 概 述第二节 钢的加热组织转变第三节 钢 的冷却组织转变第四节 钢的整体热处理工艺学习内容 ：一、 热处理的概念和作用二、 热处理的分类三、 钢的相变点（临界温度）一、热处理的概念和作用热处理热处理 ：将钢在 固态 下 加热 到预定的温度，并在该温度下 保持 一端时间，然后以一定的速度 冷却下来的一种热加工工艺。时间温度 加热保温冷却目的：改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能 通过适当的热处理可显著提高钢的机械性能， 延长 机器零件的 使用寿命 消除 铸锻焊等热加工工艺造成的 各种缺陷 细化晶粒，消除偏析，组织均匀 使 工件表面具有 抗磨损、耐腐蚀 特殊物理化学性能二、热处理的分类1、 整体热处理整体热处理 ：指对热处理件进行 穿透性加热穿透性加热 ，以改善 整体 的组织和性能的处理工艺。2、 表面热处理表面热处理 ：指仅对 工件表层工件表层 进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。（一）按照国家标准分为：退火退火 、 正火正火 、 淬火淬火 、 淬火回火淬火回火 、 调质调质表面淬火回火表面淬火回火 、物理气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、化学气相沉积3、 化学热处理化学热处理 ：将工件置于一定温度的 活性介质中活性介质中保温保温 ，使一种或几种元素 渗入它的表层表层以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺 : 主要有 渗碳 、 渗氮 、 碳氮共渗（一）按照国家标准分为：（二）根据热处理工艺在 生产工艺流程 中的 位置和作用不同可分为：1、 最终热处理最终热处理 ：指在生产工艺流程中，工件经 切削加 工 等成形工艺而得到 最终的形状和尺寸后 ， 再进行 的赋予工件所需使用性能的热处理。2、 预先热处理预先热处理 ： 指为达到工件最终热处理的要求而获得需要的 预备组织 或改善工艺性能所进行的 预先热处理 。中间热处理中间热处理举例：某 钢制 零件的生产工艺路线：备料 铸造或锻造（铸件或锻件） 预备热处理退火或正火切削加工最终热处理精 机械加工装配 机械产品三、钢的相变点（临界温度）钢在 加热或冷却时可发生 类似纯铁的同素异构转变发生固态相变钢 可以进行热处理金属或合金在加热或冷却过程中发生相变的温度 临界点PSK 线线 (A1) 共析钢发生 P 与 A 之间的相互转变GS 线线 (A3) 亚共析钢发生先共析 F 完全溶入 A 或先共析 F开始从 A 中析出 的转变ES 线线 (Acm)过共析钢发生 先共析渗碳体完全溶入 A 或开始 从 A 中析出 转变A1、 A3、 Acm 称为钢在 缓慢加热和冷却 过程中组织转变的相变点平衡条件平衡条件钢在热处理时出现 滞后现象 实际转变温度 偏离 平衡临界温度过热度（加热时）和 过冷度（冷却时）温度差温度差Ac1、 Ac3、 Accm： 实际加热条件 下的相变点 Ar1、 Ar3、 Arcm： 实际冷却条件 下的相变点A1、 A3、 Acm ： 平衡条件 下的相变点加热和冷却时碳钢的相变点在 Fe - Fe3C 相图上的位置奥氏体化奥氏体化 ： 钢进行热处理时首先要 加热 ，使其全部或部分转变为 奥氏体组织奥氏体组织 ，并使成分均匀化。这种转变称为 “奥氏体 ”化。加热时形成的 奥氏体奥氏体 的 化学成分 、 均匀化程度 及 晶粒大小 直接影响到钢冷却后的 组织和性能 !727一、奥氏体化过程及影响因素转变反应式：晶格改组 和 Fe、 C 原子的 扩散 过程 遵循形核、长大规律 （ 一）奥氏体的形成共析钢中奥氏体的形成 四个基本过程奥氏体的奥氏体的 形核形核奥氏体奥氏体 长大长大剩余奥氏体剩余奥氏体 溶解溶解奥氏体奥氏体 成分均匀化成分均匀化1 奥氏体的形核奥氏体的形核 a奥氏体晶核优先在 铁素体 与 渗碳体 的相界面 上形成。(相界上原子排列紊乱 , 缺陷较多 , 能量较高 , 碳含量介于 F与 Fe3C之间 )A奥氏体晶粒长大 AA 渗碳体的 溶解 碳在 A 和 F 中的 扩散 F 继续向 A 转变 进行 CA - Fe3C CA - F A中出现 碳浓度梯度 C在 A总不断由高浓度向低浓度扩散2 奥氏体的长大奥氏体的长大 bFe3C Fe3CF碳浓度珠光体片间距ACA - Fe3CCA - F破坏平衡 促使 F 向 A转变 及 渗碳体的溶解破坏平衡恢复平衡 F全部转变为 A奥氏体长大Fe3C Fe3CF碳浓度珠光体片间距ACA-Fe3CCA - FA3 剩余渗碳体的溶解剩余渗碳体的溶解 c F 向 A 转变的 速度 渗碳体渗碳体 向 A 的 溶解 渗碳体的结构和含碳量与 A 差别很大 在 F 全部消失后仍有 部分渗碳体尚未溶解 ，需要采用 延长保温时间 使残余渗碳体不断溶入 A ， 直至全部消失为止。4奥氏体成分均匀化渗碳体完全溶解后 ,A中碳浓度的 分布不均匀 。原先渗碳体的地方碳浓度较 高 ，铁素体的地方碳浓度较 低 ;只有继续 延长保温时间 ，通过碳原子的扩散 ,奥氏体 成分均匀化亚共析钢室温组织： P+FT加热 Ac1 P 转变为 A；提高加热温度和延长保温时间 过剩 F 转变为 A;T加热 Ac3 F 完全消失，生成细小的 A 颗粒（ 二）珠光体向奥氏体转变的影响因素1 加热温度随加热温度 碳原子扩散速度 ，奥氏体中碳浓度梯度大 奥氏体化 速度加快加热速度 ，过热度 ，发生转变的温度越高，转变温度范围越宽，奥氏体完成转变所需 时间越短2 加热速度原始珠光体中的渗碳体为 层片状 比 粒状 更容易形成奥氏体 ，因为它们的 相界面积较大 ，形成奥氏体晶核的几率高。3 原始组织钢中的碳含量 ，奥氏体形成速度越快 C% ， 铁素体和渗碳体的相界面增加，使形核率 。4 钢的成分二、奥氏体晶粒大小及其控制二、奥氏体晶粒大小及其控制钢加热时 , 奥氏体晶粒的大小直接影响到热处理后钢的性能 奥氏体 晶粒 越 细小 ，钢热处理后的强度、塑性和韧性均 较高 。（ 一） 奥氏体晶粒度 衡量晶粒大小的尺度描述方法：以 单位面积内 晶粒的数目或以每个晶粒的平均面积与平均直径来描述奥氏体晶粒大小。实际生产中：采用金相组织放大 100倍 与 八级晶粒度 标 准金相图片 相比较的方法测量确定晶粒度级别 N N,单位面积内晶粒数越 ， 晶粒尺寸 越小八 级 奥 氏体 晶 粒 度 标 准粗晶粒细晶粒（ 二） 奥氏体 晶粒 的大小的控制奥氏体 实际晶粒 细小 = 冷却后 转变产物 的组织 细小强度、塑性和韧性 冷脆转变温度 需获得细小而均匀的奥氏体晶粒保证热处理产物质量（ 二）奥氏体 晶粒 的大小的控制加热温度 越 、保温时间 越 ，奥氏体晶粒长得 越 ；奥氏体长大过程奥氏体长大过程1 加热温度和保温时间原子在晶界附近的扩散过程原子在晶界附近的扩散过程2 加热速度加热速度越 过热度越 ，奥氏体的实际形成温度越 ， 形核率 长大速度 获得细小的起始晶粒生产上采用 短时快速 加热工艺是获得超细化晶粒的重要手段之一3 钢的化学成分 一定含碳量范围内， C% ， 晶粒长大倾向 C在奥氏体中扩散速度 当 含碳量超过一定量后 C以未溶碳化物的