第1章 铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织PPT课件

1、金属材料和热处理、北京科学技术大学材料学院材料学部2、第一章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织、一、铁碳相图、图1.1Fe-Fe3C相图、3、4、2、铁碳合金的凝固过程通常根据共晶相变的有无将Fe-C合金分为钢和铸铁两部分，即c含量为2.11%的铸铁。 按组织分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。5、3、铁碳合金中碳化物1 )渗碳体： Fe3c是具有复杂晶体结构的化合物，属于正交晶系. 2)碳化物： Fe2.4C，具有密集六角晶格结构，为准稳定相。 3)碳化物：也称为Hgg碳化物、Fe2.2C或Fe2C5，具有底心单斜晶格。 6、第二章钢的热处理原理和技术，第一节钢的热处理：通过加热、保温和冷却的方法改变钢内部组织结构，改善性能的技术。 热处理的过程包括加热、保温和冷却三个阶段。 这是一个温度为一小时的图表，称为热处理过程曲线。7、加热、保温、冷却、温度、时间、图2.1热处理工艺曲线、8、第二节钢加热时的组织转变、图2.2加热和冷却速度对临界温度的影响、9、1、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)， fe3c0.02186977正交A1 1.形核2 .生长3 .残留渗碳体的溶解4 .奥氏体的均匀化、10、2、奥氏体的等温形成动力学、图2.3奥氏体等温形成动力学曲线和等温形成动力学图、图11、图2.4奥氏体等温形成动力学、图12， 奥氏体等温形成动力学的影响因素：温度原始组织合金元素，图13三，奥氏体晶粒的大小及其影响因素的晶粒大小及其显示方法：采用与标准金相照片进行比较的方法来决定粒度的等级，粒度的等级n与放大100倍时的平方英寸(6.45cm2)视野中的平均晶粒数n的关系为：14，图2.2 1初始晶粒度2的实际晶粒度3的本质晶粒度16、图2.6种钢的平均晶粒度随加热温度而变化，17、晶粒大小的影响因素： 1加热温度和保温时间2加热速度3合金元素、18、过热：加热工艺不适当(加热温度过高、保温时间过长等) 实际的奥氏体晶粒变粗大，之后的淬火和淬火得到非常粗大的组织，钢的机械性能显着恶化的现象称为过热。 正火、退火的再结晶可以去除过热组织(非平衡组织难以去除)。 过烧：由于加热工艺不适当(加热温度过高、保温时间过长等)，奥氏体晶界熔融的现象称为过烧。 正火、退火再结晶不能消除过烧组织。19、第三节过冷却奥氏体相变图，过冷却奥氏体：奥氏体冷却到临界温度以下，处于热力学不稳定的状态，被称为过冷却奥氏体。 过冷却奥氏体冷却方式：等温冷却和连续冷却，20，一，过冷却奥氏体等温相变图(TTT)1，过冷却奥氏体等温相变图的制作，图2.6过冷却奥氏体等温相变图，21，图2.7亚过冷却奥氏体等温相变图， 图2.8过冷奥氏体等温相变图，22，影响过冷奥氏体等温相变图的因素是包含c量合金元素加热条件的原始组织的应力塑性变形，23，3，应用过冷奥氏体等温相变图的TTT图是制定等温处理工艺的有效依据，例如等温淬火、等温退火等。 24、2、过冷却奥氏体连续冷却相变1、过冷却奥氏体连续冷却相变图(CCT )的制作、图2.9共析体连续冷却相变图、25、图2.10亚共析体和过冷却奥氏体连续冷却相变图、26、2、过冷却奥氏体连续冷却相变图(CCT ) 的应用CCT图制定连续冷却热处理工艺的有效依据：选择决定预测热处理后零件组织和性能的临界冷速的淬火介质。、27、3、共析钢CCT曲线与TTT曲线的比较、图2.11共析钢过冷却奥氏体CCT曲线与TTT曲线的比较、28、第四节珠光体相变、珠光体相变：奥氏体化后，在A1到“鼻尖”之间的区域过冷却的等温滞留时，发生共析相变，形成珠光体组织。 转变温度： A1以下转变形态： Fe3C转变的特征：扩散性转变，29，一，珠光体形态和性能1 .珠光体形态，板状珠光体，粒状珠光体，珠光体，翘曲体，2 .性能板状珠光体：板间隔越小，强度、硬度越高，规范性越好。 粒状珠光体：与板状珠光体相比，硬度、强度低，范围性高。 30、图2.11板状珠光体的形成模式图、2、板状珠光体的形成过程1、切片形成机理、31、图2.11的板状珠光体形成时的c原子的扩散模式图、32、2、分支形成机理与板状珠光体的形成机理类似， 分枝形成机制中珠光体区域的铁素体和渗碳体具有相同的取向，渗碳体成核后，在生长过程中继续分枝，铁素体在渗碳体枝条之间协调形成，形成渗碳体和铁素体的二相混合组织。33、3、粒状珠光体粒状珠光体渗碳体作为粒子分布在铁氧体基体上。 形成的前提条件是奥氏体化温度低，奥氏体中残留有未溶解渗碳体质点和高碳区，缓冷至A1以下的小过冷度，高碳区的非自发形核或未溶解碳化物直接生长为渗碳体粒子，周围的低碳区成为铁素体形成粒状珠光体。34、4、亚(过)亚共析钢珠光体相变模拟共析组织：非共析成分的合金在冷却过程中得到了类似于共析成分的组织. 离婚共析：共析组织中与先共析相同的相依赖先共析相生长，另一相在孤立的分布先共析相之间失去了共晶组织的特征。 35、图2.12Fe-Fe3C准平衡相图，36、第五节马氏体相变，概念：将钢加热奥氏体化，以vk以上的冷却速度骤冷至Ms点以下时，产生马氏体相变，通过相变进行晶格重构，没有成分变化的非扩散性相变称为马氏体相变。 相变温度范围： Ms-Mf间相变特征：无滑移、无扩散、非恒温相变、37，一、马氏体晶体结构类型：体心立方和体心正方马氏体正方度： c轴与a轴长度之比，即称为c/a、马氏体正方度. c/a1时称为正方马氏体，c/a=1时称为立方马氏体。 38、2、马氏体组织形态板状马氏体：内部由双晶构成的板状马氏体：内部存在多个位错，图2.13板状马氏体和板状马氏体，39、图2.14板状马氏体形态和c含量的关系，40、3、马氏体的性能高强度、高硬度， 图2.15板状马氏体硬度与c含量的关系、41四、马氏体相变的特征表面浮凸、共格相界面、非恒温相变、42、5、奥氏体的稳定化机械稳定化化学稳定化、43、第六节贝氏体相变、定义：将奥氏体化的钢从Bs (约550)过冷却至Ms温度范围等温贝氏体组成：铁素体碳化物形成温度：上贝氏体、350-400以上至Bs下贝氏体、350-400以下至Ms、44、一、贝氏体的组织形态上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体、上贝氏体、下贝氏体、45、二， 贝氏体形成过程上贝氏体下贝氏体粒状贝氏体、46三、贝氏体性能上贝氏体：强度低、规范性和韧性差的贝氏体：对贝氏体强度和韧性好、47、第七节钢回火时的相变、回火：淬火钢被加热到比A1低的温度，保温一段时间48、一、淬火钢回火时的组织相变的5个阶段：1)马氏体中的碳原子的偏在(100以下)2)马氏体分解(100-350)3)残留奥氏体分解(200-300)4)碳化物的相变(250-400)5)碳化物的凝聚生长和相恢复再结晶(400以上) 49 回火相变组织回火马氏体(150-250)回火屈原体(350-500)回火求解器体(500-650)粒状珠光体(650-A1).50、3、淬火钢回火时力学性能的变化，随回火温度的上升，淬火钢力学性能的总体变化趋势为硬度、51、4、钢的回火脆性1 )低温回火脆性(250-400)2)高温回火脆性(450-650、淬火后回火产物与a直接分解产物的性能比较、52、第8节退火与正火、1、钢的退火1 .概念：将钢加热至临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，缓慢冷却，得到接近平衡状态的组织、53、2 .目的：1)消除铸锭的成分偏析，使成分均匀化2 )去除铸造锻造品中的魏氏组织或带状组织，使晶粒和均匀组织微细化3 )降低硬度，提高塑性，使切削加工变得容易4 )改善高碳钢中的碳化物的形态和分布，为淬火做组织准备。 54，3 .退火的分类扩散退火完全退火通常退火不完全退火再结晶退火软化退火脱氢退火等温退火、55，2、钢的正火(Normalization)1.概念：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50以上的温度，保温充分的时间，在静止的空气中冷却的热处理工艺。56、2 .正火后的组织根据钢中过冷却奥氏体的稳定性和钢截面的大小，可以在正火后得到不同的组织，例如粗细不同的珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织。 57、3 .目1 )对于大锻件、截面大的钢材、铸件，用正火使晶粒微细化，使组织均匀化，为淬火准备组织，此时，正火相当于退火的效果2 )适用于低碳钢，提高硬度，改善切削加工性能3 )作为一般结构部件的最终热处理4 )用于过共析钢，去除网状渗碳体、58、第九节钢淬火和回火，第一、钢淬火概念：将钢加热至临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一定时间后，用水、油等冷却介质迅速冷却。 目的：将奥氏体化工件淬火至马氏体，在适当温度下回火，获得必要的力学性能。 强化钢材的最重要的热处理方法。59、1 .淬火工艺参数的选择1 )加热温度：亚共析碳钢： Ac3 3050共析碳钢和过共析碳钢： Ac1 3050、60、2 )保温时间：工件的加热时间与钢的成分、原始组织、工件的形状和尺寸、加热介质、装炉方式、炉温等多个因素有关。 一般采用经验式，t=*Dt加热时间(min)加热系数(min/mm)D工件的有效厚度(mm )保温的目的：得到使工件热透过的必要成分的细粒奥氏体、61、3 )冷却介质： (1)理想淬火介质(2)常用淬火冷却介质a .水：安全、燃烧、燃烧b .食盐水溶液：冷却能力远远高于水。 c .苛性钠水溶液d .油：目前生产中作为淬火冷却介质使用的矿物油(机油、锭子油、变压器油、柴油等)。 62、理想的冷却介质冷却曲线，63，4 .冷却方法，64，5 .淬火内应力因钢构件部位不同而有温度差，因此热膨胀收缩不一致而产生的应力称为热应力。 起因于工件各部位相变不同性质的内部应力称为相变应力。65、6 .常用钢的淬火技术和组织转换1)20钢、66、67、2)t12、68、69、2 )钢的淬火性：奥氏体化的钢接受淬火的能力，其大小通常以一定条件下淬火后的港口、钢的淬火层深度来表示，主要取决于钢的临界冷却速度的大小淬火性：钢淬火后能达到的最高硬度主要与碳含量有关。、70、淬火层深度：钢材表面至半马氏体区域(即50%马氏体和50%非马氏体组织)的垂直距离。71、72、淬火性能对钢热处理后力学性能的影响、73、影响淬火性和淬火深度的因素a .影响淬火性的因素： (1)奥氏体化学成分： Co以外的合金元素，在其溶入a后，使c曲线右移，提高钢的淬火性。 (2)奥氏体化条件： a化温度越高，保温时间越长，成分越均匀，过冷却a越稳定，c曲线越向右偏移，钢的淬火性越好。 b .影响淬火深度的要素： (1)钢的淬火性(2)零件的形状和尺寸(3)淬火介质的冷却能力、74、淬火性的测定方法：断口格式法前端淬火法、75、GB225-63的末端淬火法进行测定。 用该方法测定的淬火性表示方法： j :末端淬火性HRC :此处测定的硬度d :到末端的距离。 临界淬火直径DcDc是在钢被某淬火冷却介质冷却后，在中心部得到半马氏体组织的最大直径。 同一冷却介质中的Dc越大，淬透性越好。76、2、钢回火1 .概念：将淬火钢再加热至A1以下的某一温度，保温一定时间，冷却至室温的热处理工艺。 2 .目的：消除为了改善性能而获得必要组织的稳定工件尺寸内部应力。77、3 .回火的种类和应用1 )低温回火(150250)主要用于各种高碳切削刀具、测量仪、冷冲模、滚动轴承、渗碳材料等，回火后的硬度一般为5864HRC。 2 )中温回火(350500)主要用于各种弹簧和模具的处理，回火后的硬度一般为3550HRC。 3 )高温回火(500650)调质处理以获得强度、硬度和塑性、韧性高的综合力学性能为目的，广泛应用于汽车、拖拉机、机床等部件。78、第十节钢的变形热处理、变形热处理是变形强化和相变强化的热处理工艺。 优点：节约能获得优异力学性能的能量，减少氧化、脱碳、扭曲等热处理缺陷。79、应变强化的原因：马氏体继承应变奥氏体的高位错密度，若使晶粒微细化而奥氏体变形，则在位错的周围析出大量的超微细合金化合物，由于位错发挥钉扎作用的碳化物的析出，奥氏体的碳含量和合金元素的含量减少， Ms点上升，淬火时板条马氏体量增加，韧性提高的高位错密度和微细碳化物的存在，使回火析出的碳化物更均匀地分散。80、一、高温变形热处理在接近A3的温度以上变形，变形后立即淬火，回火至必要的硬度。 根据变形方式，可分为轧制淬火、锻热淬火等。81、2、低温变形热处理是将奥氏体化的钢快速冷却到c曲线的奥氏体准稳定区域使其变形，然后淬火得到马氏体，回火到必要的硬度。 多用于含有强碳化物形成元素的合金钢。 82、第十一节钢表面淬火，概念：淬火的一种，与普通淬火的不同之处在于，在表面淬火中，只有工件的表面层奥氏体化，然后迅速冷却，表面淬火马氏体，具有高强度和硬度，心部保