热处理绪论.ppt

1、金属热处理原理与工艺,福建工程学院 材料科学与工程系,参考文献,1. 徐洲、赵连城，金属固态相变原理，科学出版社，2004. 2. 刘永铨，钢的热处理，冶金工业出版社，1987.11 3. 戚正风，金属热处理原理，机械工业出版社， 1987.6 4. 赵连城，金属热处理原理，哈尔滨工业大学出版社，1987.2 5. 李松瑞等，金属热处理，中南大学出版社，2003.9,Contents,一、热处理概述,现代化及科学技术的发展,对金属材料性能的要求越来越高,与国际先进水平相比，我国 热处理技术相对落后,热处理最早史料记载见于汉书王褒传,商代金箔饰物,战国铁锛 大量兵器,兵马俑长剑和箭镞 ,封建统治

2、等诸多因素影响,金属热处理发展历史,明代宋应星天工开物 十九世纪后期，钢加热/冷却时，内部组织变化性能变化的内部原因 英国 Robert Austen Fe-C相图 德国 Adoph Martens 金相显微镜 austenite martensite 马氏体相变理论 新的强韧化工艺,通过加热、保温和冷却，使钢材内部的的组织结构发生 变化，从而获得所需要性能的一种工艺方法。,热处理,2.热处理特点：不改变工件的形状和整体化学成分。,3.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。,1.热处理目的： （1）消除上道工序带来的缺陷，改善金属的加工工艺性能，

3、确保后续加工的顺利进行； （2）提高零件或工具的使用性能。,4.热处理的加热温度和冷却方法（冷却速度）决定于金属的化学成分和对热处理后性能的要求。,相变温度以上,发生氧化和脱碳,加热是热处理的重要步骤之一。,木炭和煤,液体和气体燃料,电,气氛保护 真空 融熔盐,加热温度是热处理工艺的重要工艺参数,保温时间,冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤,根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺 分类如下：,热处理工艺,整体热处理,退火 正火 淬火 回火,表面热处理,表面淬火 物理气相沉积 化学气相沉积,化学热处理,渗碳 渗氮 碳氮共渗,铸/锻 预备热处理 粗加工 最终热处理 精加工成品

4、,退火 正火,淬火 回火,典型零件的制造过程：,相和相变,相：相是系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分 均匀的：成分和性质相同或者连续变化 只有当某相的自由能最低时，该相才是稳定的，且处于平衡态； 若某相的自由能并不处 于最低，但是与最低自由 能态之间有能垒相分隔， 则该相处于亚稳态；,状态稳定性的力学近似,二、固态相变基本原理,相变：在均匀一相或几个混合相内，出现具有不同成分、或不同结构、或不同组织形态、或不同性质的相，称为相变。 也就是相与相之间的转变。,若不存在这种能垒，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平衡态或亚稳态。,图 0-1 一级（左）、二级（右）相变时，

5、两相的自由能、熵及体积的变化,相变的分类 2.1 按热力学分类一级相变和二级相变,一级相变：由1相转变为2相时，G1=G2，12，但化学位的一阶偏导数不等,一级相变有热效应（相变潜热）与体积效应，从而可用热膨胀仪测量一级相变的开始点，金属固态相变一般为一级相变。,二级相变：由1相转变为2相时，不仅G1=G2，12，且化学位的一阶偏导数相等，但化学位的二阶偏导数不等,Cp -热容，- 压缩系数，- 膨胀系数,二级相变时没有熵和体积改变，只有热容、压缩系数和膨胀系数的改变。 有序-无序转变、磁性转变、超导态转变属于二级相变,图 0-2 相图上一级相变a）与二级相变b）的区别,2.2 按相变方式分类

6、Gibbs分类法,形核-长大型：始于程度大而范围小的相起伏，已相变区与未相变区以相界面相分隔。钢中的相变，大多为形核-长大型相变。 连续型（无核相变）：始于固溶体中的成分起伏，依靠上坡扩散使浓度差越来越大，如增幅分解 (Spinodal Decomposition),图 增幅分解时，浓度起伏波幅随时 间而变化的示意图,图 增幅分解和脱溶分解时，成分起伏示意图,2.3 按原子的迁动程度分类,扩散型相变相变依靠原子或离子的扩散来进行，如温度足够高，可以改变相的成分。如钢中的加热相变、珠光体相变等。 无扩散型相变相变过程中原子或离子不发生扩散，低温下发生，原子或离子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组，相对移动距离不超过原子间距。如马氏体相变。,三. 本课程的内容,固态相变概论 奥氏体的形成 珠光体相变 马氏体相变 贝氏体相变 钢的过冷奥氏体转变图TTT和CCT曲线 过饱和固溶体的脱溶分解,1、热处理原理,钢的退火与正火 钢的淬火与回火 钢的化学热处理 加热设备 冷却设备 热处理参数测量与控制,