金属学与热处理教案

金属学与热处理教案第一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五第6章钢的热处理原理§6.1热处理概述第二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五与本节相关重点内容回顾铁碳平衡相图

第三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

G第四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五第五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五问题的提出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？第六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

热处理是改变材料性能的另一重要手段。钢的热处理第七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五1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第八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五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?第九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五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?第十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五1.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、冷却第十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

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)

第十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五§6.2钢在加热时的组织转变

钢加热的目的?

获得奥氏体!

钢加热的温度?

第十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL++

第十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五（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——

A1A3Acm加热时——

Ac1Ac3Accm冷却时——Ar1Ar3Arcm第十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

（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、奥氏体均匀化第十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散第十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

（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

/T6394-2002第十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五

2.奥氏体晶粒大小的控制

⑴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。第十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五⑵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。⑶钢的化学成分CMn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二十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五加热温度↑，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二十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五练习题1.钢在加热时的临界温度为

,冷却时临界温度为

。A.Ac1、Ac3、AccmB.A1、A3、AcmC.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.加热温度第二十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五§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。第二十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五冷却方式随炉冷却空气冷却油冷水冷却HRC15~1818~2440~5052~60组织P+FP+F（少）组织细M+PM45#钢，840℃加热，不同方式冷却第二十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五钢的冷却方式：等温冷却和连续冷却。第二十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五6.3.1过冷奥氏体的等温转变(TTT)图

6.3.2

过冷奥氏体连续冷却转变曲线

第二十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五※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）第二十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五1、过冷奥氏体等温转变曲线的建立第二十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五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。第二十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五2、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线分析

第三十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五时间温度A1MSMfA过冷PBMA→MA→BA→P转变开始线转变终了线奥氏体第三十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五C曲线的分析⑴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。⑵

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。第三十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五3、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：

A1~650℃：珠光体P20HRC

片状650~600℃：索氏体S（细P）

30HRC600~550℃：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↑，σb↑且δ↑，αk↑C%相同时，球状P比片状P相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑

第三十三页，共四十六页，编辑于2023年，星期五光镜下形貌电镜下形貌第三十四页，共四十六页，编辑于2023年，星期五电镜形貌第三十五页，共四十六页，编辑于2023年，星期五(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：550~350℃：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:上贝氏体塑性差,硬度:40-45HRC

下贝氏体综合性能好,硬度:45-50HRC

第三十六页，共四十六页，编辑于2023年，星期五(3)马氏体转变☆马氏体：碳在α-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（C<0.2%）

立体形态：细长条状

片状M——高碳M(C>1.0%)立体形态：双凸透镜0.2~1.0%C之间的钢得到混合M第三十七页，共四十六页，编辑于2023年，星期五马氏体性能：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）硬而脆第三十八页，共四十六页，编辑于2023年，星期五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三十九页，共四十六页，编辑于2023年，星期五马氏体转变的主要特点⑴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。第四十页，共四十六页，编辑于2023年，星期五(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。第四十一页，共四十六页，编辑于2023年，星期五6.3.2

过冷奥氏体连续冷却转变曲线

“CCT(ContinuousCoolingTransformation)”第四十二页，共四十六页，编辑于2023年，星期五V