机械制造基础-钢的热处理-加热和冷却过程.ppt

钢的热处理,1、定义：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。,1 钢的热处理定义,机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。 模具、滚动轴承100%需经热处理。,热处理特点：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。,2、热处理的意义,3、热处理分类 预备热处理为随后的加工或进一步热处理作准备的热处理。 最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.,4、热处理工艺分类如下（根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同）,重点掌握 1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素； 2. 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。 3. 奥氏体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响； 4. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途和使用的钢种、零件的范围。,2 钢在加热时的转变,加热目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。,钢坯加热,钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。,临界温度与实际转变温度 铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示。,第一步 奥氏体晶核形成：首先在F与Fe3C相界形核。 第二步 奥氏体晶核长大：A晶核通过碳原子的扩散向F和Fe3C方向长大。 第三步 残余Fe3C溶解: 铁素体因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。 第四步 奥氏体成分均匀化：通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。,一、奥氏体的形成过程（现以共析钢为例）：,共析钢奥氏体化过程,亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程 与共析钢基本相同，但由于先共析F 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上.,二、奥氏体晶粒长大及其影响因素,奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。,三、奥氏体晶粒大小及控制,1、晶粒度概念,2、影响奥氏体晶粒长大的因素 加热温度和保温时间： 加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 加热速度： 加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。 细化A晶粒途径：快速加热，短时保温,一、钢在热处理时的冷却方式,3 钢在冷却时的组织转变,二、过冷奥氏体的等温冷却转变,1、 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线 - TTT曲线 ( C 曲线，形状像C ),(Time-Temperature-Transformation diagram),共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图,A1,过冷奥氏体区 转变产物区 转变区,2、 钢在冷却时的转变,随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变。 珠光体转变 贝氏体转变 和马氏体转变,（1）珠光体转变,根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和托氏体。三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。,片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。,（2） 贝氏体转变 贝氏体用符号B表示。 根据其组织形态不同， 贝氏体又分为上贝氏体(B上)和下贝氏体（B下）。 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体具有良好的综合力学性能。,（3）马氏体转变 马氏体的晶体结构 碳在-Fe中的过饱和固溶体称马氏体,用符号M 表示。,马氏体组织,马氏体的形态 C%小于0.2%时，组织几乎全部是板条马氏体。 C%大于1.0%C时则几乎全部是针状马氏体。 C%在0.21.0%之间为板条与针状的混合组织。,马氏体的性能 高硬度是马氏体组织性能的主要特点。 马氏体的硬度主要取决于其含碳量。,3、 共析碳钢 TTT 曲线的分析,稳定的奥氏体区,过冷奥氏体区,A向产 物转变开始线,A向产物 转变终止线,A + 产 物 区,产物区,A1550;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。,550230;中温转变 区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区;,230 - 50; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。,过冷奥氏体转变产物（共析钢）,四、过冷奥氏体连续冷却转变 过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT 曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。可用TTT曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。,共析钢CCT曲线,(Continuous-Cooling-Transformation),P,均匀A,细A,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,淬火,(油冷),T+M+A,M+A,淬火,(水冷),五、 影响 TTT 曲线形状 与位置的因素,1、奥氏体中含碳量的影响 共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右； Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。,2.奥氏体中含合金元素的影响 除Co 外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移； 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金