4.2金属材料热处理原理1

4 2金属材料热处理原理 4 2 1钢在加热时的转变4 2 2奥氏体在冷却时的转变4 2 3淬火钢在回火时的转变4 2 4金属材料的脱溶沉淀与时效 请思考 见教材P83问题提示 1 铁碳合金相图在钢铁材料热处理中的作用是什么呢 钢铁材料冷却转变曲线 TTT CCT曲线 的物理意义是什么 您会使用它来分析不同热处理条件下所获得的转变产物 组织 吗 您能在TTT或CCT曲线上示意地标出退火 正火 单液淬火 双液淬火 等温淬火 分级淬火与不完全淬火的冷却速度曲线吗 2 五大转变 指的是哪五种类型的转变 试从转变性质 所处温度范围 转变特征 组织 性能的变化与应用等方面说明 碳钢淬火加热温度范围 请思考 回顾金工实习 各种热处理工艺的共同点是什么 热处理工艺曲线示意图 a 加热温度 b 工艺规范图4 35各种退火与正火工艺规范 1 钢加热转变的理论依据是什麽 加热和冷却对临界转变温度的影响 4 2 1钢在加热时的转变 铁碳相图中PSK GS ES线分别用A1 A3 Acm表示 实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象 因此将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 因加热或冷却速度直接影响转变温度 因此一般热处理手册中的数据是以30 50 h的速度加热或冷却时测得的 2 共析碳钢奥氏体化过程共分为哪四个阶段 图4 3珠光体向奥氏体转变示意图 3 亚 过共析钢的奥氏体化过程是如何进行的呢 请看左面的示意图 4 奥氏体晶粒大小及其控制 1 奥氏体晶粒度等级 A晶粒大小对冷后室温组织粗细的影响 详情见下页 接下 晶粒度及晶粒度对照表 返回 4 奥氏体晶粒大小及其控制 2 注意区分三种奥氏体晶粒度A起始晶粒度 A实际晶粒度 A本质晶粒度 如图4 5所示 3 奥氏体晶粒度的控制 合理选择加热条件 加热速度的选择 右下图示 化学成分的控制 珠光体向奥氏体的转变过程图 图4 5本质细晶粒和本质粗晶粒示意图 因此在热处理加热时 应严格控制加热温度 保温时间 加热速度及合理选择钢种 4 2 2奥氏体在冷却时的转变 1 奥氏体冷却转变的理论依据是什麽 2 过冷奥氏体的等温冷却转变曲线 C TTT曲线 1 C曲线是如何建立的 2 C曲线分析 3 影响C曲线的主要因素有哪些 化学成分 碳含量 合金元素的含量 奥氏体化条件3 过冷奥氏体转变产物的组织与性能 1 珠光体 P 转变 2 马氏体 M 转变 3 贝氏体 B 转变4 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 CCT曲线 5 过冷奥氏体转变曲线的应用 请看 两张表 45钢经840加热 于不同冷却速度冷却后的性能 表4 1 T8钢经不同速度冷却后的性能 10mm 800加热 请思考 1 为什么钢 45 T8 加热A化后于不同冷却速度下的性能会有如此的差别呢 2 为什么冷却速度越快 钢的硬度 强度越高 而塑性 韧性则越低呢 如何判定不同冷却条件下所获得的组织 马氏体组织在哪里呢 奥氏体 A 冷却转变的理论依据热处理工艺曲线示意图 过冷A等温冷却转变曲线表示A急速冷却到A1以下 在各不同温度下保温过程中转变量与转变时间的关系曲线 又称C曲线 S曲线或TTT Time Temperature Transformationdiagram 曲线 2 过冷A等温冷却转变曲线 1 C曲线的建立 以共析钢为例 如右图4 7所示 i取一批小试样并进行奥氏体化 ii将试样分组淬入低于A1点的不同温度的盐浴中 隔一定时间取一试样淬入水中 iii测定每个试样的转变量 确定各温度下转变量与转变时间的关系 iv将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度 时间坐标中 并分别连线 转变开始点的连线称转变开始线 转变终了点的连线称转变终了线 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期 孕育期越小 过冷奥氏体稳定性越小 孕育期最小处称C曲线的 鼻尖 碳钢鼻尖处的温度为550 在鼻尖以上 温度较高 相变驱动力小 在鼻尖以下 温度较低 扩散困难 从而使奥氏体稳定性增加 C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物 2 C曲线分析 C曲线的物理意义 图4 8共析碳钢的A 等温冷却转变曲线 C曲线 分析 C曲线的物理意义 即指C曲线中各条特性线的含义 以及各个区域的组织这双层含义 2 过冷A等温冷却转变曲线 C曲线 C曲线的物理意义 各条特性线含义 各区域组织 各个区域对应何种类型组织 A1 Ms间及转变开始线以左的区域为A 过冷奥氏体 区 转变终了线以右及A1以下为转变产物区 两C线之间为A 与转变产物共存区 MS Mf之间为M转变区 特性线A1 MS C左 C右线的含义是什么 A1线 共析线 MS线 A 向M转变的开始线 C左线 A 向转变产物转变的开始线 C右线 A 向转变产物转变的终了线 温度 图4 8共析碳钢的C曲线 3 影响C曲线的主要因素 碳质量分数的影响在正常加热条件下 共析钢的过冷奥氏体最稳定 C曲线的位置最靠右 Ms与Mf点随碳质量分数的增加而下降 与共析钢相比 亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多一条先共析相的析出线 图4 9亚共析碳钢 共析碳钢及过共析碳钢的C曲线比较 a 亚共析钢 b 共析钢 c 过共析钢 图4 10Me对C曲线的影响 合金元素的影响除Co外 凡溶入A的Me 都能增加A 的稳定性 使C曲线右移 除Co和Al外 凡溶入A的Me均能使Ms与Mf点下降 3 影响C曲线的主要因素 a Co b Ni c Cr 奥氏体化条件的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长 使奥氏体成分均匀 晶粒粗大 未溶碳化物减少 增加了过冷奥氏体的稳定性 使C曲线右移 使用C曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响 3 过冷奥氏体转变产物的组织与性能 1 珠光体 P 转变 A1 550 高温转变或扩散型相变 定义与分类按渗碳体的形态进行分类片状P和球化体 粒状珠光体 珠光体的组织形态与性能片状珠光体表4 2共析碳钢过冷奥氏体冷却转变的类型 产物 性能及特征 3 过冷奥氏体转变产物的组织与性能 1 珠光体 P 转变 A1 550 高温转变或扩散型相变 珠光体的组织形态与性能片状珠光体的显微组织图 a 500 b 8000 P 珠光体 c 1000 d 19000 S 索氏体 e 200 f 19000 T 托氏体 3 过冷奥氏体转变产物的组织与性能 1 珠光体 P 转变 A1 550 高温转变或扩散型相变 珠光体的组织形态与性能片状珠光体的性能 P片层间距与转变温度 性能关系 P片层间距与硬度的关系图 珠光体的组织形态与性能 球化体 粒状珠光体 珠光体的硬度 a b 形态1000X c 原始组织1000X a b c 球化体与片状P相比