空气动力学与飞行原理课件 13-钢的热处理原理（一）

模块四钢的热处理理论与实践内容提要

本章重点介绍钢在加热和冷却过程中的组织转变，钢的退火、正火、淬火和回火等热处理，钢的表面热处理及化学热处理。学习目标

本章重点掌握钢的热处理原理，四把火，表面热处理，热处理的具体应用。4.1钢的热处理原理（一）唐横刀航空工匠精神严谨不因材贵有才伪，不为工繁省一刀专注凝神屏气无言语，两手一心付案牍坚持有志者事竟成，苦心人天不负知识目标1.理解热处理的概念、分类、热处理曲线；2.掌握钢在加热时的转变；3.了解奥氏体晶粒的长大和影响因素。能力目标会利用钢在加热时的组织转变细化晶粒提高力学性能。教学目标素质目标1.具有航空工匠意识；2.具有创新意识。零件为什么要进行热处理？改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化；二是热处理，这是本章要研究的内容。

现代热处理的应用

热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。在机床制造中约60--70%的零件要经过热处理。在汽车制造业中需热处理的零件达70--80%。模具、滚动轴承100%需经过热处理。重要零件都需适当热处理后才能使用。滚动轴承一、热处理的基本概念1.定义热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。2.热处理作用大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能。45号钢

热轧钢板硬度18HRC

860℃加热，水冷硬度55HRC

T10钢

760℃加热，炉冷硬度20HRC

760℃加热，水冷硬度65HRC

一、热处理的基本概念1.定义热处理是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。2.热处理作用为什么热处理后材料性能会改变？热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能改变。问题1：加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化？问题2：热处理工艺有哪些？工程实际中有何应用？大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能。一、热处理的基本概念3.热处理原理描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。钢的热处理是工业生产中最常用、最方便而且非常经济、有效的改性方法。他是采用适当的方式对钢材或工件（作为工作对象的零件，也称制件）进行加热、保温和冷却，使材料的组织结构发生变化，以获得预期的组织结构与性能的工艺。由加热、保温、冷却三个阶段组成。可作为中间工序，也可作为最终工序。通常可在温度—时间坐标中用曲线来表示，称为热处理工艺曲线。一、热处理的基本概念4.热处理工艺根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织一、热处理的基本概念5.热处理工艺曲线用温度—时间坐标表示的热处理过程。制订热处理工艺主要是确定加热温度、保温时间和冷却速度三个基本参数。一、热处理的基本概念6.热处理分类依加热、冷却方式等不同，将热处理工艺分类如下：表面淬火—感应加热、火焰加热、电接触加热等特殊热处理普通热处理表面热处理热处理退火正火淬火回火真空热处理形变热处理等等控制气氛热处理化学热处理—渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素一、热处理的基本概念7.热处理特点热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。8.热处理适用范围只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。铸造轧制一、热处理的基本概念9.热处理的目的A.消除毛坯缺陷，改善工艺性能，以利于进行冷、热加工；B.充分发挥材料潜力，显著提高力学性能，进而提高产品质量，延长使用寿命。二、钢在加热时的组织转变1.临界温度在平衡铁碳相图中，是临界温度：PSK—A1线，GS—A3线，ES—Acm线二、钢在加热时的组织转变2.实际临界温度钢加热时的实际临界温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示冷却时的实际临界温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程

加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变。另一种是将钢加热至临界相变温度Ac1以上，以获得全部或部分奥氏体组织，该过程称为奥氏体化。奥氏体化是一个形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例说明。二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程当共析钢加热温度高于Ac1时，珠光体将转变为奥氏体。二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程FA形核A第一步：奥氏体晶核形成：首先在F与Fe3C相界形核。二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程A晶核长大未溶第二步：奥氏体晶核长大：A晶核通过铁、碳原子的扩散向F和Fe3C方向长大。二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程第三步：残余Fe3C溶解

铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。残余Fe3C溶解未溶二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程第四步：奥氏体成分均匀化

Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，原铁素体处碳浓度低，因而，要通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。A成分均匀化二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程FA形核AA成分均匀化残余Fe3C溶解未溶A晶核长大未溶二、钢在加热时的组织转变3.奥氏体的形成过程奥氏体组织二、钢在加热时的组织转变4.亚共析钢的奥氏体的形成过程二、钢在加热时的组织转变4.亚共析钢的奥氏体的形成过程亚共析钢F+P组织奥氏体组织二、钢在加热时的组织转变5.过共析钢的奥氏体的形成过程二、钢在加热时的组织转变5.过共析钢的奥氏体的形成过程过共析钢P+Fe3C组织奥氏体组织A.加热温度

加热温度越高，原子扩散能力越强，奥氏体化进程也越快。B.加热速度

加热速度越快，过热度越大，奥氏体开始转变温度也越高，转变速度快。C.化学成分

随着含碳量的增加，渗碳体与F的界面数量多，形核点多，转变速度加快；除Co、Ni外，其他的合金元素均减慢奥氏体的转变速度。D.原始组织珠光体的层片越细，界面数量多，扩散的距离小，转变速度加快，片状P的转变速度高于球化P。二、钢在加热时的组织转变6.影响奥氏体转变的因素三、保温时奥氏体晶粒的长大及其控制1.奥氏体晶粒长大A.起始晶粒度奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。B.实际晶粒度在某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度。C.本质晶粒度钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度。D.奥氏体晶粒长大

随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。三、保温时奥氏体晶粒的长大及其控制1.奥氏体晶粒长大本质粗晶粒钢本质细晶粒钢三、保温时奥氏体晶粒的长大及其控制2.奥氏体晶粒长大的影响因素A.加热温度和保温时间温度越高，或在一定温度下保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。（外因）B.加热速度加热速度越快，晶粒越细小。（外因）C.钢的成分奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。（内因）

加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，阻碍晶粒长大，有利于得到本质细晶粒钢。（内因）锰和磷促进晶粒长大。（内因）三、保温时奥氏体晶粒的长大及其控制2.奥氏体晶粒长大的影响因素奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。加热保温得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。Ti/%奥氏体晶粒尺寸/μmTi对奥氏体晶粒的影