金属材料热处理原理

1、热处理的定义热处理的定义: :时间温度温度临界温度临界温度 热热加加保温保温冷冷 却却3-1 钢的热处理概述热处理的主要目的热处理的主要目的: :改变钢的性能。改变钢的性能。热处理的应用范围热处理的应用范围: :整个制造业。整个制造业。热处理的分类热处理的分类热处理热处理整整 体体热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理感应淬火感应淬火火焰淬火火焰淬火渗碳渗碳; 渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;3-1 钢的热处理概述箱式电阻炉3-1 钢的热处理概述台车式电阻炉3-1 钢的热处理概述连续式热处理炉3-1 钢的热处理概述 钢的

2、临界点：平衡临界点：平衡临界点：加热临界点：加热临界点：冷却临界点：冷却临界点：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm3-1 钢的热处理概述 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化奥氏体化。以。以共析钢的奥氏体形成过程为例。共析钢的奥氏体形成过程为例。 2 钢在加热和冷却时的转变一、一、 钢在加热时的转变钢在加热时的转变 奥氏体形核与晶核长大奥氏体形核与晶核长大 奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。 奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不奥氏体晶核形成以后，依

3、靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。 残留渗碳体的溶解残留渗碳体的溶解 铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。体中去，直至全部消失。 奥氏体均匀化奥氏体均匀化 渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩

4、散才能获得均匀化的奥氏体。奥氏体。 亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程： 过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程： AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 3312 钢在加热和冷却时的转变 奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 晶粒度：晶粒度：表示晶粒大小的尺度。表示晶粒大小的尺度。 钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，在一般情况钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，在一般情况下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度起始晶粒度。 在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒

5、大小称为在某一具体的加热条件下所得到的奥氏体晶粒大小称为实际晶粒实际晶粒度度。 用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度本质晶粒度。 通常采用标准试验方法，即将钢加热到通常采用标准试验方法，即将钢加热到9309301010，保温，保温3 38h8h后后测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在1 14 4级，称为本质粗晶粒钢；级，称为本质粗晶粒钢；如晶粒大小在如晶粒大小在5 58 8级，则称为本质细晶粒钢。级，则称为本质细晶粒钢。 2 钢在加热和冷却时的转变晶粒度的测定方法：晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时

6、小时(100)本质粗本质粗本质细本质细2 钢在加热和冷却时的转变v晶粒度的控制晶粒度的控制Al脱氧脱氧(本质细本质细)Si/Mn脱氧脱氧(本质粗本质粗)2 钢在加热和冷却时的转变3.影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素1.1.加热温度加热温度 加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热晶粒也越粗大，热处理时必须规定合适的加热温度范围。温度范围。2.2.保温时间保温时间 随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长，晶粒长大速度越来越慢，且不温时间的延长，晶粒长大速度

7、越来越慢，且不会无限制地长大下去。会无限制地长大下去。2 钢在加热和冷却时的转变影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素3.3.加热速度加热速度 加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体加热速度越快，奥氏体化的实际温度愈高，奥氏体的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产的形核率大于长大速度，获得细小的起始晶粒。生产中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。中常用快速加热和短时保温的方法来细化晶粒。4.4.冶炼和脱氧条件冶炼和脱氧条件 冶炼时用铝脱氧，或加入冶炼时用铝脱氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等强碳化等强碳化物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒物形成元素，形成难溶的碳化物颗粒

8、, ,阻止奥氏体晶粒阻止奥氏体晶粒长大，在一定温度下晶粒不易长大。长大，在一定温度下晶粒不易长大。2 钢在加热和冷却时的转变影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素5.5.含碳量的影响含碳量的影响( (有临界值有临界值) ) 随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了当超过奥氏体饱和碳浓度以后，由于出现了残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大残余渗碳体，产生机械阻碍作用，使晶粒长大倾向减小。倾向减小。2 钢在加热和冷却时的转变 热热

9、加加保温保温时间时间温度温度临界温度临界温度A1连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到低于A1的某一温度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。把加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度连续冷却到室温。二、二、 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2 钢在加热和冷却时的转变2 钢在加热和冷却时的转变共析钢的共析钢的等温转变图等温转变图稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变; P 转变区

10、转变区.550Ms(230);中温转中温转变区变区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区.Ms Mf(-50); 低温转变区低温转变区; 非扩散型转变非扩散型转变; 马氏体马氏体 ( M ) 转变区转变区.时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf2 钢在加热和冷却时的转变1）在）在A1650形成的珠光体形成的珠光体 ，因为过，因为过冷度小，片间距较大冷度小，片间距较大(0.4m)，在，在500以上的光学显微镜下，能分辨其片以上的光学显微镜下，能分辨其片层状形态；即为粗珠光体，习惯上称为层状形

11、态；即为粗珠光体，习惯上称为珠珠光体（光体（P）。2 钢在加热和冷却时的转变2）在）在650600形成片间距较小的珠光体形成片间距较小的珠光体(0.20.4m)，在光学显微镜，在光学显微镜8001500能分辨能分辨出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交出其为铁素体薄层和碳化物（渗碳体）薄层交替重叠的复相组织称为替重叠的复相组织称为细珠光体或索氏体细珠光体或索氏体，用，用字母字母S表示（以英国冶金学家表示（以英国冶金学家HCSorby的名字的名字命名）。命名）。2 钢在加热和冷却时的转变3）在）在600550形成片层间距极小的珠光体形成片层间距极小的珠光体( 0.2m) ，在光学显微镜下高倍放

12、大已无法，在光学显微镜下高倍放大已无法分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很分辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的薄的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的复相组织，称为复相组织，称为极细珠光体或托氏体极细珠光体或托氏体，用字母，用字母T表示（以法国金相学家表示（以法国金相学家LTroost的名字命名）。的名字命名）。2 钢在加热和冷却时的转变a)光学显微组织（光学显微组织（500） b)电子显微组织（电子显微组织（8000）图图6-7 珠光体组织珠光体组织2 钢在加热和冷却时的转变上贝氏体：上贝氏体：550350，过饱和片状，过饱和片状F渗碳体渗碳体 下贝氏体：下贝氏体：350Ms，过饱和针状，过饱和针状F弥散弥散-Fe2.4C2 钢在加热和冷却时的转变上贝氏体：上贝氏体：过饱和片状过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值渗碳体，性脆无实用价值 下贝氏体：下贝氏体：过饱和针状过饱和针状F弥散弥散-Fe2.4C，综合性能，综合性能好好2 钢在加热和冷却时的