金属学与热处理教案

1、金属学与热处理教案第1页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三第6章 钢的热处理原理 6.1 热处理概述第2页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三与本节相关重点内容回顾铁碳平衡相图第3页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + G第4页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三第5页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三问题的提出1.改变成分可以改变材料的性能，还有没有其他手段可以改变材料的性能呢？2.一把含碳量1.0%的高碳锯条不经过任何处理能使用吗？ 第6页，共4

2、6页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 热处理是改变材料性能的另一重要手段。 钢的热处理第7页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三1为什么要进行热处理?2什么是热处理?3如何进行热处理?待解决的问题：W-W-HWhyWhatHow第8页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三热处理是改变材料性能的一种加工工艺1. 为什么要进行热处理?第9页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。常用热处理工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火

3、和回火）和表面热处理（表面淬火和化学热处理）。2. 什么是热处理?第10页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三1.特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸目的:获得所需性能依赖于材料组织结构的改变固态金属在一定介质中加热、保温、冷却第11页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 一、钢在加热时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变 四、钢的表面热处理(以后内容) 3. 如何进行热处理? 三、钢的普通热处理(以后内容第7章) 第12页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 6.2 钢在加热时的组织转变 钢加热的目的? 获得奥氏体! 钢加热

4、的温度? 第13页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 第14页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三（一）奥氏体的形成过程 （二）奥氏体晶粒大小及其控制 实际加热和冷却时的相变点平衡时 A1 A3 Acm加热时 Ac1 Ac3 Accm冷却时 Ar1 Ar3 Arcm第15页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 （一）奥氏体的形成过程 1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 2、晶核长大 （F A晶格重构，Fe3C 溶解，C A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化第16页，

5、共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 保温工序的目的： 得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散第17页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 （二）奥氏体晶粒大小及其控制 1.晶粒大小的表示方 通常将晶粒大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常1-4级为粗晶粒度，5-8级为细晶粒度。 奥氏体晶粒度：分为起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度GB /T 6394-2002第18页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 2.奥氏体晶粒大小的控制 加热温度与保温时间 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，因为这与原子扩散密切相关。第19页，共46

6、页，2022年，5月20日，22点3分，星期三加热速度 加热速度越快，过热度越大，奥氏体实际形成温度越高，可获得细小的起始晶粒。钢的化学成分 C Mn和P是促进奥氏体晶粒长大的元素。合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳定的碳化物和氮化物时，由于分布在晶界上，因而阻碍晶界的迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到本质细晶粒钢。(4)原始组织细 奥氏体晶粒越细第20页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三加热温度，保温时间 A晶粒长大快加热速度 A晶粒细加入合金元素 A晶粒细原始组织细 A晶粒细奥氏体晶粒大小的控制因素第21页，共46页，2022年，5月20日，22点3

7、分，星期三练习题1.钢在加热时的临界温度为 ,冷却时临界温度为 。A. Ac1、Ac3、Accm B. A1、A3、Acm C. Ar1、Ar3、Arcm2.钢加热时奥氏体的晶核是在 相界面处形成。 A.铁素体与渗碳体 B.珠光体与马氏体 C.贝氏体与马氏体3.影响奥氏体转变的因素有: 、加热速度、钢中的碳含 量、合金元素、原始组织。A.晶核数量 B.保温时间 C.加热温度第22页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三6.3 钢在冷却时的转变钢经加热奥氏体化后，可以采用不同的冷却条件，获得所需的组织和性能。例如:45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。

8、第23页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三冷却方式随炉冷却空气冷却油冷水冷却HRC1518182440505260组织P+FP+F（少）组织细M+PM45#钢，840加热，不同方式冷却第24页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三钢的冷却方式：等温冷却和连续冷却。第25页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三6.3.1 过冷奥氏体的等温转变(TTT)图 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 第26页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三钢在连续冷却或等温冷却时，由于冷却速度较快，其组织转变不能用Fe-Fe3C平衡相图分析。用测定的过冷奥

9、氏体等温和连续转变图来分析不同冷却条件下的组织转变规律。（讲等温转变）第27页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三1、过冷奥氏体等温转变曲线的建立第28页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三是表示奥氏体急速冷却到临界点A1 以下在各不同温度下的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曲线。第29页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三2、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线分析 第30页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三时间温度A1MSMfA过冷PBMAMABAP转变开始线转变终了线奥氏体第31页，共4

10、6页，2022年，5月20日，22点3分，星期三C 曲线的分析 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。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。第32页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三3、过冷奥氏体等温转变产物的组 织和性能(1)珠光体转变珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物形成特点： 在固态下形核、长大 是扩散型相变形态： A1650 ： 珠光体 P 20HRC 片状 650600 ：索氏体 S（细

11、P） 30HRC600550 ：托氏体 T（极细P又称屈氏体） 40HRC珠光体性能: 珠光体片越细 HB，b且，kC%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少HB，b，,k 第33页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三光镜下形貌电镜下形貌第34页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三电镜形貌第35页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三(2)贝氏体转变贝氏体组成：过饱和F 和 碳化物的机械混合物形成特点： 在固态下形核、长大.是半扩散型相变形态：550350：上贝氏体（B上） 羽毛状组织 350 Ms ：下贝氏体（B下） 针片状组织性能:上贝氏

12、体 塑性差, 硬度:40-45HRC 下贝氏体 综合性能好,硬度: 45-50HRC 第36页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三(3)马氏体转变马氏体：碳在- Fe中的过饱和固溶体。形成特点： 1在固态下形核、长大 2是无扩散型相变 3变温形成，高速长大 4转变不完全（在C 0.5%的钢中总有残余A）形态： 板条 M 低碳 M（C1.0%) 立体形态：双凸透镜 0.21.0%C之间的钢得到混合 M第37页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三马氏体性能：马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量（即母相奥氏体 的含碳量）塑性和韧性低碳M的塑性韧性好，高碳 M塑性韧

13、性差。马氏体性能低碳M（板条M） 强而韧 高碳M（片状M） 硬而脆第38页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。相变强化、时效强化马氏体转变是强化钢的重要途径之一。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性第39页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三马氏体转变的主要特点 无扩散性铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。第40页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三(2) 在一个温度范围内进行的(3) 转变不完全即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用A 或 表示。第41页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 “CCT(Continuous Cooling Transformation) ”第42页，共46页，2022年，5月20日，22点3分，星期三VkVk共析钢的CCT