(热处理设备课件）1-1概述

第1讲 概述,本次课主要内容： 1. 热处理的基本概念； 2. 热处理的发展过程； 3. 本门课程的主要内容，学习目的，意义及要求，考试方法； 4. 固态相变的定义，分类及基本特征； 5. 固态相变的形核与长大； 6.热力学与动力学。,1.1热处理的基本概念,问题的引出：,1. 什么是热处理？,2. 热处理的作用？,将固态金属通过特定的加热和冷却，使之发生组织转变以获得所需性能的一种工艺过程。,将材料以适当的方式进行加热、保温和冷却，通过改变材料表面或内部组织结构，从而改善材料性能（工艺性能和使用性能）的一种工艺方法。 不管是那种热处理，都是分这三个阶段，不同的是加热温度、保温时间和冷却速度不同。,1.1热处理的基本概念,1.2热处理在机械制造业中的地位,热处理在机械制造业中的应用日益广泛： 在机床制造中要进行热处理的零件占6070； 在汽车、拖拉机制造中占7080； 在各类工具(刃具、模具、量具等)和滚动轴承制造中，100的需要进行热处理。焊接接头及设备的消应力热处理、消氢热处理等。,1.2 金属热处理在现代工业中的地位,冶金，机械，航空，兵器等工业部门不可缺少的技术；提高产品质量和寿命的关键工序；发挥金属材料潜力，达到机械零部件轻量化的重要手段；为开发新型材料提供了基础。,简而言之,1.3 热处理的发展概况,民间技艺阶段,实验技术科学阶段,理论科学阶段,西汉时代已有淬火处理的钢剑（辽宁三道壕出土）,炼钢赤刀，用之切玉如泥焉,1.3 热处理的发展概况,明代宋应星天工开物十九世纪后期，钢加热/冷却时，内部组织变化性能变化的内部原因 英国 Robert Austen Fe-C相图 德国 Adoph Martens 金相显微镜 austenite martensite 马氏体相变理论 新的强韧化工艺,1.4 本课程的主要内容，学习的意义，目的，方法,主要内容金属热处理概述钢中奥氏体的形成珠光体，马氏体，贝氏体转变钢的过冷奥氏体转变图钢的回火转变钢的退火，正火，淬火与回火钢的化学热处理表面感应淬火加热设备冷却设备,1.4 本课程的学习的意义，方法,学习的意义系统地掌握金属热处理的基本原理和工艺方法 ；加深对热处理规律的认识，了解热处理主要设备； 培养应用所学知识去分析和解决实际问题的能力。学习的方法 理论联系实际 本课程48+16学时,参考书：1. 田荣璋. 金属热处理. 冶金工业出版社，1985年；2. 王希琳. 金属材料及热处理. 水利电力出版社，1992年；3夏立芳编.金属热处理工艺学.哈尔滨工业大学出版社,2005年。考试方式考试采取闭卷形式。考核方式：笔试（60%），实验成绩（25%），平时成绩（15%）。,1.5 金属固态相变,定义：固态金属在加热和冷却过程中可能发生的各种相的转变，称为固态相变。它是金属能进行热处理的理论基础和前提。分类 按相变过程中原子的运动特点分类扩散型相变：一般均借助于原子的热激活运动而进行。 非扩散型相变：转变前后组元原子的运动不超过一个原子间距的转变。,按平衡状态分类平衡相变：在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡相图的平衡组织的相变称为平衡相变。非平衡相变：加热或冷却速度很快时，固态材料可能发生某些平衡相图上不能反映的转变并获得不平衡或亚稳态的组织的转变称为非平衡转变。,1.6 金属固态相变的基本特征,金属固态相变的三种基本变化：（1）结构；（2）成分；（3）有序程度 只有结构的变化：多形性转变，如马氏 体相变 只有成分的变化：调幅分解a1+a2 既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀,1.6.1 固态相变的一般特征,固态相变的驱动力也为新相与母相的自由能差，与结晶过程相比，固态相变有其自身特点。,1.6.1.1 相界面 按结构特点可分为：共格界面、半共格界面、非共格界面,图1-3 a) 共格界面 b) 半共格界面 c) 非共格界面,1.6.1.2 惯习面和位向关系 固态相变时，新相往往在母相的一定晶面上开始形成， 这个晶面称为惯习面。如：亚共析钢中，在 111析出先共析铁素体- 魏氏组织 位向关系：新相与母相之间的某些低指数晶面和晶向往往存在一定的位向关系，以减小两相间的界面能。110/ 111 ； / ,非共格相界面的体积（比容）应变能（由于比容不同）：球状最大，针状次之，盘状最小。 两相界面上不匹配也引起弹性应变能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面为零。,图1-4 新相形状与应变能的关系,1.7 固态相变的形核,1.7.1 均匀形核形核时晶核在母相中无择优地均匀分布，称为均匀形核。与凝固过程相比，增加了一项应变能G = V Gv + S + V (1-1)其中Gv - 新旧相间单位体积自由能差 - 单位面积界面能 - 单位体积应变能相变驱动力： V Gv ，新旧相间自由能差相变阻力： S + V ，界面能 + 应变能,设形成的新相晶核为球形对于 r 求导：,1.7.2 非均匀形核晶体缺陷储存的能量可使形核功降低，促进形核G = V Gv + S + V -Gd (1-5) - Gd - 由于晶体缺陷消失所降低的能量晶体缺陷：空位、位错、晶界（,1.9金属的强化机制,固溶强化 如铝合金细晶强化 hall-petch 关系位错强化 冷拔钢丝第二相强化 弥散强化（沉淀强