1金属热处理概述第一章

1、1,金属热处理概述,本章主要内容,金属的主要性能,金属强韧化机制,金属热处理分类,典型钢种及用途,1.1,金属的主要性能,金属的物理性能,1,比容,单位质量的物质所占有的容积，是密度的倒,数,表,1.1,碳钢中各种组织的比容(20,组织,铁素体,渗碳体,碳化物,奥氏体,铁素体,渗碳体,贝氏体,马氏体,比容,(cm,3,g,1,0.1271,0.130,0.001,0.140,0.002,0.1212,0.003 3(C,0.1271,0.000 5(C,0.1271,0.001 5(C,0.1271,0.002 65(C,组织应力,由于各种组织的比容不同，将会,在工件内部形成内应力,例如：表面

2、淬火钢件表面为马氏体组织，次表,面和心部没有转变成马氏体，仍为奥氏体或,过渡组织，因此表面形成出现压应力,示,意图,合理利用组织的比容变化使表面产生残余压,应力可以提高零件的使用寿命,普通淬火后组织应力引起的残,余应力如何变化,2,线膨胀系数,固体物质的温度每改变,1,时，其长度的,变化和它在,0,时长度之比，叫做“线膨,胀系数,表,1.2,碳钢中各种组织的线膨胀系数,组织,奥氏体,铁素体,马氏体,渗碳体,线膨胀系数,10,6,K,1,23.0,14.5,7.15,12.5,普通淬火后组织应力引起的残余应力如何,变化,热应力,工件加热或冷却时由于内外温差,导致热胀冷缩不一致而产生的内应力,3,

3、热容和热传导系数,对于热导率比较小的材料，在加热和,冷却过程中应注意加热或冷却速度应该慢,一点,金属的化学性能,金属的化学性能中最重要的是耐腐蚀性,和高温抗氧化性。通过热处理可以改变成,分分布、组织结构，从而提高材料的耐腐,蚀性和高温抗氧化性能,例如：固溶处理可以改善不锈钢的抗晶间腐,蚀能力；表面渗铝可以提高钢铁材料的抗,高温氧化性能,金属的力学性能,1,强度,弹性模量,E,比例极限,p,弹性极限,e,弹性比功,a,e,屈服极限,s,屈服强度,0.2,抗拉强度,b,蠕变极限、持久强度,疲劳极限、过载持久值、疲劳裂纹扩展速率,2,塑性和韧性,伸长率,断面收缩率,冲击韧度,A,k,断裂韧度,K,I

4、C,3,硬度,4,耐磨性,金属的工艺性能,金属通过铸造、焊接、塑性加工和切削加,工而成形，通过热处理改变组织和性能以,及内应力状态,良好的工艺性能不仅能保证工艺的顺利进,行，而且能降低加工成本,金属的经济性,原材料费,加工费,热处理,1.2,金属的韧化机制,金属的强化和韧化机理共四类,固溶强化,细晶强化,位错强化,第二相强化,固溶强化,定义,当溶质原子溶入溶剂原子而形成固,溶体时，使强度、硬度提高，塑性、韧性,下降的现象,强化机理,溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸,变，阻碍了位错在滑移面上的运动,在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉,扎作用,固溶强化的规律,a,b,c,d,合金元素的质量份数越

5、大，强化作用越大,溶质与溶剂原子的尺寸相差越大，强化作,用越大,间隙固溶体的溶质原子的强化作用大于置,换固溶体,溶质与溶剂原子的价电子数相差越大，强,化作用越大,细晶强化,强化机理,晶界的存在使变形晶粒中的位错在晶界,处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止,在晶界附近,由于各晶粒间存在位向差，为了协调变,形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而,多滑移必然要发生位错的相互交割,细晶强化效果符合,Hall,Petch,关系,1,2,k,d,s,i,y,细晶强化的显著特点,不仅能提高强度，还能提高塑性和韧性,位错强化,定义,用增加位错密度提高金属强度的方法称为,位错强化,强化机理,金属中位错密度越高，则位错

6、运动越容易,发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结,等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成,困难，从而提高金属的强度,第二相强化,强化机理,不可变形的第二相：位错线只能绕过第二,相质点，为此必须克服弯曲位错的线张力,可变形的第二相：位错可以切过，使之同,基体一起产生变形，由此也能提高屈服强,度,位错绕过第二相粒子过程示意图,1.3,金属热处理分类,热处理概念,定义：将工件放在一定介质中,加热,到预定的,温度，并在该温度下保持一段时间，然后以,一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺,热处理工艺的三个阶段,加热,保温,冷却,热处理工艺包含五个要素,加热介质,加热速率,加热温度,保温时间,冷却速度,热处理

7、分类,根据加热和冷却方式不同及钢的组织、性,能变化特点，可分为,热处理,整体热处理,表面热处理,表面淬火,感应加热表面淬火,淬火,退火,回火,正火,固溶时效,表面化学热处理,渗碳,渗氮,火焰加热表面淬火,激光加热表面淬火,碳氮共渗,渗金属等,根据热处理在工件加工工序中的位置不同,可分为预先热处理和最终热处理两类,根据加热范围可分为整体热处理和局部热,处理两类,1.4,典型钢种及用途,钢的分类,按照钢中所含合金元素多少分成碳钢和合,金钢两大类,按照用途分为结构钢、工具钢和特殊性能,钢,按照钢中含碳量分为低碳钢、中碳钢、高,碳钢,常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号,名称,碳素结构,钢,

8、低合金高,强度钢,易切削钢,碳素工具,钢,流动轴承,钢,焊接用钢,采用,采用,汉字,符号,屈,Q,采用,采用,汉字,符号,轨,U,采用,采用符,汉字,号,沸,F,名称,钢轨钢,名称,沸腾钢,半镇静,钢,镇静钢,特殊镇,静钢,屈,易,Q,Y,铆螺钢,汽车大梁,用钢,压力容器,用钢,桥梁用钢,锅炉用钢,铆螺,ML,梁,L,半,镇,b,Z,碳,滚,焊,T,G,H,容,桥,锅,R,Q,g,特镇,TZ,质量等,级,_,ABCDE,碳素结构钢和低合金高强度结构钢,牌号,Q,屈服点数值,Mpa,质量等级,脱氧方法等符号,例如：碳素结构钢,Q235AF,Q235BZ,Q235bZ,低合金高强度结构钢,Q345

9、C,Q345D,质量等级,由,A,到,E,钢的质量提高,优质碳素结构钢,牌号,两位数字,合金元素符号等,两位数字表示平均含碳量的,万分之几,例如,45,钢表示钢中平均含碳量为,w,C,0.45,08,钢表示钢中平均含碳量为,w,C,0.08,50Mn,表示平均含碳量为,w,C,0.08,w,Mn,0.70-1,20g,表示平均含碳量为,w,C,0.20,的锅炉钢,碳素工具钢,牌号,T,数字,表示含碳量,千分之几,例如,T8,钢表示钢中平均含碳量为,w,C,0.8,的工具钢,T10A,表示钢中平均含碳量为,w,C,1.0,的高级优质,工具钢,合金结构钢,牌号：两位数字,合金元素符号,数字,表示平

10、均含碳量的万分之几,表示合金元素含量的百分之几,当,w1.5,时，一般只标明符号,不写数字；当,1.5,2.5,3.5% 时，元素后面相应的,标明,2,3,4,例如,35SiMn,表示,w,C,0.35%, w,Si,1.1%1.4,w,Mn,1.1%1.4,钢中的,V,Ti,Al,B,RE,等合金元素,虽然含量很低，但在钢中能起相当重要的,作用，也应在牌号中标出,例如,20MnVB,表示,w,C,0.20,w,Mn,1.0%1.3%, w,V,0.07%0.12,w,B,0.001%0.005,合金工具钢,编号原则与合金结构钢大体相同，只是含碳量,的表示方法不同,如果平均含碳量,w,C,1.

11、0,则不标出含碳量,如果平均含碳量,w,C,1.0,则在牌号前以千分,之几表示,例如,CrMn,9Mn2V,高速钢,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2,铬滚动轴承钢,牌号,GCr,数字（表示,Cr,平均含量的千分,之几,例如,GCr15,表示平均含铬量,w,Cr,1-1.5,不锈钢与耐热钢,牌号：数字,合金元素符号,数字,表示平均含碳量的千分之几,当平均含碳量,w,C,0.08,时，以,0,表示,当平均含碳量,w,C,0.03,时，以,00,表示,例如,9Cr18,0Cr18Ni9,00Cr19Ni10,合金元素在钢中的作用,1,合金元素的分类,根据合金元素与,C,的亲和力大小，将合金元,素

12、分成,非碳化物形成元素,弱碳化物形成元素,强碳化物形成元素,当,r,C,r,M,0.59,时，形成间隙化合物,当,r,C,r,M,0.59,时，形成间隙相，或称为特殊碳化物,2,合金元素的作用,固溶强化和韧化,形成碳化物提高强度和耐磨性,细化晶粒,提高钢的淬透性,提高回火稳定性,产生,二次硬化,抑制,第二类回火脆性,3,低碳钢,含碳量,0.25,塑性韧性好，硬度、强度低，耐磨,性差。通常将其渗碳淬火低温回火后使用,钢号,热处理,毛,坯,淬火温度,冷却,尺,介质,2,寸,1,15,15,900,880,800,空,水、油,200,力学性能,回火,b,s,5,A,k,温度,不小于,600,350,

13、17,850,550,10,40,40,48,15Mn2,20Cr,20CrMnTi,20CrMnMo,15,15,880,850,950,870,油,油,200,200,200,1100,850,10,1200,900,10,1200,850,10,45,45,45,56,56,80,18Cr2Ni4WA,15,850,空,4,中碳钢,含碳量,0.25%0.60,包括调质钢、弹簧,钢和热作模具钢，是生产上用量最大的一,类钢,5,高碳钢,含碳量,0.6,包括碳素工具钢、滚动轴承,钢、高速钢和冷作模具钢,1.5,固态相变概述,固态相变的一般特征,相变阻力大,新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位,向关系,母相晶体缺陷对相变起促进作用,易于出现过渡相,固态相变的类型,扩散型相变：珠光体转变、奥氏体转变,