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热处理
原则
中文
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钢的热处理原则[中文.3967字],热处理,原则,中文
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1 he of in be in of to of 1、 he of is to in of by to a by in so of be in t ) by to an is of at h If or is at a be by a a of a or be to to an of is of in . be a or to of be by a in 2、 he of at on a as is in at in of on of of at on of in a at a 2 at a on a on 80 , to is on 40 , of is by of of is in of a In by or of a of is in of is is In to it is on to of of to to to a to in of of on of in on of a 3、 t of to of at of of a of at of be of a of is or of of is of a of In of to of in a by is a be (1) of to (2) of to 3) of 3 of at of to on of in of a is to in of of by by If of at be if of be 4、 he to is of At is of is to of at a of of in at a In in is of to is of of be at a we to an on of On on of is of as is to a 70 （ 00 , of is 27 is 00 of is to As 939 941, of is of of of 4 of at of is to of . at 1 00 , of N to a at an 50200 . It as as is 1, of is of to be in of so of of of is by a of is is of in to 0 of of of on At of in to a in in to a of At of is in a At a of At a of a of is of of is 5、 of of to of of at of we a in of of in of to is of is at a 00600 , in a at to at a of is at 500600 ). of is is of of of 1 or at of 5 in of by a be of we TT or to of of of on at At of a of is is in is At of of is At of so of in is of a of be of in is in of or to a up of a of at of to a in of on of is by of in as 6、 We to in is to If of in be of or as In of of of in of of of a 6 of of in of or a is in .8 in .8 at of of or At at of of If we a of of at of be of 7、 f is no to in be to a a in to it be at a so no in to up to is of If is to be it be at a is of of to In a of to it is to to of of be If is at a a in of of in of be of of a of on of an of a in 钢的热处理原则 在现代机械工程中，热处理的作用不能被过高估计 ，但是， 热处理使金属性能发生变化 7 仍 是具有重要意义的。 1、温度和时间 所有热处理工艺的目的都是通过加热温度和后期冷却获得所期望的金属结构变 化 。 因此，影响热处理的主要因素是温度和时间。所以，热处理过程可以用温度 时间坐标系来描述。 热处理条件可以用 以 下条件来描述：热处理时间、合金加热的最高温度及保温时间、加热速度和冷却速度。 如果加热或冷却连续进行，那么温度 时间曲线可以用各自的倾斜直线来描述。 在变化的加热或冷却速度下，实际的速度应归因于 给定的温 度，更严格的说是温度和时间的无限变化，也就是温度关于时间的一阶导数。 热处理可能是一个很复杂的过程，包括多个加热阶段或阶梯加热（或冷却），冷却至零度以下等。任何一种热处理工艺都可以用温度 时间坐标描述。 2、 奥氏体的构成 根据铁碳相图，在很慢的加热速度下，珠光体向奥氏体转变，在通常条件下，转变被延迟，导致过热，即转变发生在比铁碳相图所示的温度较高一点的温度下。 当过热超过临界温度时，珠光体向奥氏体转变，转变的速度取决于过热度。 在各种温度下的转变时间显示，在较高的温度下转变的速度较快，而在较高的加热速度下发生转 变的温度较高。 例如，快速加热并保温在 780时，珠光体倒奥氏体的转变需 2 分钟，保温在 740时，转变 需要 8 分钟。 转变结束以奥氏体的形成和珠光体的消失为标准。然而，奥氏体时不均匀的，甚至含有大量的单晶体颗粒，在珠光体渗碳体的晶粒和片层占据的地方碳含量比铁素体片层的高，这就是为什么奥氏体的形成时不均匀的。 为了获得均匀的奥氏体组织，不仅要加热到珠光体到奥氏体转变结束点，还要过热并保温到奥氏体晶粒扩散过程结束。 奥氏体的均匀度取决于钢的原始结构，特别是渗碳体颗粒的形状和弥散度，渗碳体颗粒越细，接触面积就越大， 转变发生的就越快。 3、奥氏体晶粒的长大 在珠光体到奥氏体转变之初，奥氏体首先是在铁素体和渗碳体的边界处产生的（这两种物质是珠光体的结构成分），因为这些边界对转变非常有利，转变以细小晶粒的形成开始，因此，在转变之末，奥氏体由大量细晶粒构成，这些细晶粒的尺寸 叫做原始奥氏体晶粒尺寸。 在转变过程中进一步加热或保温会引起奥氏体晶粒的粗大，这些晶粒粗化过程是自发的，由于晶粒表面积的减小和高温条件能够加快这一过程的速度。 8 在那种条件下，两种钢的主要区别为：内部细晶粒和外部粗晶粒。前者晶粒粗大的倾向比后者小，这种通过加 热处理在钢中形成的晶粒尺寸被叫做实际晶粒尺寸。 因此，他们的区别在于：（ 1）原始晶粒，即在珠光体向奥氏体转变刚结束时奥氏体的尺寸；（ 2）固有（天然）晶粒，即奥氏体晶粒粗化的可能性（倾向）；和（ 3）实际晶粒，即在一定的珠光体转变条件下奥氏体晶粒之间的尺寸。 在奥氏体向珠光体转变的相同温度下，珠光体晶粒的尺寸取决于所形成的奥氏体晶粒。奥氏体晶粒的长大只发生在加热过程中（但没有在随后的冷却中被提纯）， 这是由于钢被加热到最高温度时，钢处在奥氏体状态，并且钢的本质晶粒度决定最终晶粒尺寸。 钢的性能只受实际晶粒度的影响 ，而不是本质晶粒度。如果两种相同品级（一种是固有的晶粒，另一种是细致纹理）的钢在不同的加热温度下，有相同的实际晶粒尺寸，他们也具有相同的性能；如果在其他条件下，这两种钢的性能将会不同。 4、奥氏体的分解 奥氏体 到珠光体的转变，实际上是奥氏体分解为纯净的铁素体和渗碳体 的过程 。 在平衡温度下，转变 是 不可能发生的， 因为原始奥氏体的自由能等于最终 产物 珠光体的能量。只有当铁素体碳化物的混合物（珠光体）的自由能 比奥氏体低，即具有一定过冷度时转变才会发生。 当 较低的转变温度，较高的过冷度和较大的自由能差 时 转变会在一个较高的速率下进行。 在珠光体转变中，新相与初始相有不同的成分；新相中大多是不含碳的铁素体，的渗碳体。基于这个原因，奥氏体到珠光体的转变，伴随着碳的扩散和再分配。扩散随着温度的降低而减小，因此，转变在一个较 大 过冷度下被延迟。 因此， 我们得到一个 重要 结论，就是过冷度（低于转变温度） 对转变速率具有双面的影响。一方面，较低的温度（较高的过冷度）使奥氏体的过冷度和珠光体有较大的不同；另一方面，随着碳扩散速率的降低，转变速率减慢。 综上所述，转变速率由于过冷度 增加到一个特定值而增加，然后，随着过冷度的降低而 降低。 在 727（ 200之间，转变速率是 0，因为 727时的自由能是 0，在 200以下时的碳扩散速率是 0（更严格的说，对转变来说太低） 。 根据 1939 年 先提出而后又在 1941 年被 展的理论来看，珠光体的形成过程是珠光体形核及其晶粒的长大过程。因此，珠光体在不同的过冷度下有不同的转变速率，实际上是在 和 200 之间 ， 不同的过冷度对形核速率和晶粒长大速度的影响，形核结晶化参数和晶粒长大速率都等于 0，并且在 150200 之间具有一个最大过冷度。 根据前面所说的 ，一旦条件具备，即奥氏体冷却至 下，碳的扩散 速率 将不再是 0，并且结晶中心还会出现晶体， 这一过程随时间的变化关系可以用转变动力曲线来描述，这条曲线显示的 是 珠光体数量和时间的关系。 起始阶段的特点是转变速率很低，这一阶段被称为孕育期。转变速率随着转变过程的进 9 行而增加。他的最大值大约相当于 50%的奥氏体转变成珠光体。然后，转变速率逐渐减小并最终停止。 转变速率依据过冷度而定。在较低或较高的过冷度下转变过程发生的很缓慢，因为结晶速率和晶粒长大速度低，前者是由于自由能的不同，而后者是由于原子的流动扩散速率低。在动 力曲线的顶点是转变速率的最大值，并且转变在一个很短的时间内完成。 在高温（略低于过冷度）的条件下，转变进行的缓慢，并且孕育期和转变时间很长。在较低的转变温度，即较 大 的过冷度下，转变速率很大，。并且孕育期和转变时间很短。 5、 表或 C 曲线 在不同过冷度下奥氏体到珠光体的转变开始时间（孕育期）和转变的结束时间都已经确定。我们能够会出一个曲线图，曲线图的左支用来代表转变的起始时间， 即在过冷状态下依然存在奥氏体，并且从纵坐标的轴心到曲线这一部分表示成分的稳定程度，这 部分温度最少在 500600 之间，即在那个 温度下转变时间最短。 右支曲线描绘的是在给定的过冷度下转变完成所需要的时间，这个时间在相同温度（ 500600 ）下是最短的。曲线以对数为横坐标。这样做较为方便，因为珠光体的转变略微有些差异（临界点在 上占据数千秒，而在曲线的最后只有一到两秒）。 在曲线下方的水平线确定的是马氏体转变的无扩散相变温度。下面 将 讨论使马氏体通过不同的方法发生转变。 我们讨论的图表通常被称为 表（即时间、温度和转变的 关系曲线）或曲线，是由于曲线的特殊形状。奥氏体分解的产物的结构和性能依据转变发生时的温度而定。 在高温条 件下，即低的过冷度下，铁素体和渗碳体晶粒组成的混合物在显微镜下很容易被发现，这种结构被叫做珠光体。 因此，在较低温度下分散 而 质地 较 硬的产物将会形成，珠光体的这种细致型结构被叫做索氏体 。 依旧在较低的温度下（接近 C 曲线的结尾），转变产物甚至会更分散，形成的铁素体的层片状结构和转变产物在电子显微镜下是可以分辨出来的，这种结构被称作屈氏体。 这样，珠光体、 索氏体 和屈氏体除了铁素体和渗碳体的弥散度不同外，就具有了相同的结构（铁素体 +渗碳体）。 珠光体结构可能有两种类型：颗粒状（在晶粒的形成过程中渗碳体一直是存在的） 和片层状（渗碳体层）。 均匀的奥氏体总是转变成层状珠光体，因此，加热到一个很高温度来为更多均匀结构的形成建立条件，也借此来提高片状结构的外观。不均匀的奥氏体在任何一个过冷度下都会产生颗粒状的珠光体，因此，加热到一个较低温度（ 以下） 时，会 导致在冷却时颗粒状珠光体的形成。通过控制奥氏体中未溶解碎颗粒的成分可能提高这种颗粒状珠光体的 结构，而未溶解碎颗粒本身可以充当晶核。 10 6、 伪 共析钢 我们已经讨论过钢中奥氏体向珠光体的转变，产物的成分 接近于 共析结构。如果钢中碳含量与共析结构的不同，珠光体的转变将会发生在 铁素体和渗碳体析出之前（从铁碳相图中可以知道）。 在低碳钢中，奥氏体的转变开始于铁素体的形成和碳元素随着溶解而达到饱和情况下，而在过共析钢中，是随着渗碳体的析出和奥氏体中碳的溶解而发生的。在平衡条件下，当奥氏体中剩余碳的含量超过析出的铁素体和渗碳体时，大 概 相当于总含碳量的 ，奥氏体分解成铁素体和渗碳体的过程才开始。 这类由过冷奥氏体组成 的 共熔体与真正意义上的共熔体有所不同，它在过共析钢中被称为 伪 共析，这种钢的含碳量超过 而在低碳钢中，含碳量低于 从这一层面讲在较低的转变温下意义就很重 大了。因此，较低的转变温度下，多余的铁素体（或渗
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