1、课题七 钢的热处理,学习目标： 1）了解钢在加热或冷却时的组织转变 2）掌握钢的常规热处理 3）了解钢的表面热处理 4）了解热处理新技术及热处理工常识 6）掌握钢的常规热处理操作方法,基本概念：,热处理：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工艺。 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量。 热处理三要素：加热（温度）、保温（时间）、冷却（速度）。 热处理方法：退火
2、、正火、淬火、回火及表面处理五种。,把钢加热到Ac3或Ac1以上，获得奥氏体的操作称为奥氏体化。 一般条件下固态相变时，都有不同程度的过热度或过冷度。通常将加热时的临界温度标为Ac1、 Ac3、Accm； 冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm。,加热或冷却速度对临界点的影响,一、钢在加热时的组织转变,1、钢在加热或冷却时的相变温度 大多数热处理工艺都要将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织，即进行奥氏体化。实际热处理中，加热时相变温度偏向高温，冷却时偏向低温，且加热和冷却速度愈大偏差愈大。通常将加热时的临界温度标为Ac1、 Ac3、Accm; 冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm。,一、
3、钢在加热时的组织转变,把钢加热到Ac3或Ac1以上，获得奥氏体的操作称为奥氏体化。 一般条件下固态相变时，都有不同程度的过热度或过冷度。 通常将加热时的临界温度标为Ac1、 Ac3、Accm； 冷却时标为Ar1、Ar3、Arcm。,加热或冷却速度对临界点的影响,1、奥氏体的形成机理,奥氏体形成的热力学条件 自然界的一切运动总是从高能量的不稳定状态，自发地转变为低能量的稳定状态。,奥氏的形成过程,共析钢加热到Ac1以上时，珠光体将转变为奥氏体。这包括奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解及奥氏体成分的均匀化四个基本过程。,2、影响奥氏体转变速度的因素,加热温度 随加热温度的提高,
4、奥氏体化速度加快。 加热速度 加热速度越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越短。 钢中碳含量 碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界面增大，转变速度加快。 合金元素 钴、镍等加快奥氏体化过程；铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程；硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。由于合金元素的扩散速度比碳慢得多，所以合金钢的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。 原始组织：原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，且渗碳体间距越小，转变速度越快，同时奥氏体晶粒中碳浓度梯度也大，所以长大速度更快。,3、奥氏体的晶粒长大及其控制,实际晶粒度和本质晶粒度 某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能
5、。 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度来表示。钢加热到93010、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。,一般根据标准晶粒度等级图确定钢的奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为8级，14级为粗晶粒度，58级为细晶粒度。,奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响,奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的力学性能提高。 粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。,影响奥氏体晶粒度的因素,加热温度和保温时间 随加热温度升高晶粒将逐渐长大。温度愈高，或在一定温度下，保温时间越长，奥氏体晶粒也越粗大。 钢的成分 奥氏体中碳含量
6、增高，晶粒长大倾向增大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 钢中加入钛、钒、铌、锆、铝等元素，有利于得到本质细晶粒钢，因为碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。锰和磷促进晶粒长大。,二、钢在冷却时的组织转变,当温度在A1以上时, 奥氏体是稳定的。当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体A是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷奥氏体的转变。,钢在冷却时的主要冷却方式有两种：等温冷却和连续冷却。,1、共析过冷奥氏体的等温冷却转变,（1）高温转变 在A1550之间, 过冷奥氏体的转变产物为珠光体型组织, 此温区称珠光体转变区。
7、,珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物, 渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为珠光体(P)、索氏体(S)和托氏体(T)。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长大过程, 是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。,珠光体3800,索氏体8000,托氏体8000 ,(2)中温转变 在550Ms之间, 过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织, 此温区称贝氏体转变区。,贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。,2、共析过冷奥氏体的连续冷却转变,V临 (Vk
8、)表示钢中奥氏体在连续冷却时产生非马氏体转变所需的最小冷却速度，称为临界冷却速度。,图中v1相当于随炉冷却，得到较为粗片的珠光体；v2相当于在空气中冷却，基本上将转变成索氏体；v3相当于在油中冷却，最后得到托氏体马氏体的混合物；v4相当于在水中冷却，由于过冷奥氏体尚来不及分解，可得到马氏体。,共析钢的奥氏体等温转变曲线与连续转变曲线的比较,（1）转变产物,在共析钢过冷A的连续冷却转变曲线（CCT曲线)中，共析钢以大于Vk（即临界冷却速度）的速度冷却时, 得到的组织为马氏体。冷却速度小于（下临界冷却速度）时, 钢将全部转变为珠光体型组织。共析钢过冷A在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。 与共析钢的
9、TTT曲线相比, 共析钢的CCT曲线稍靠右靠下一点，表明连续冷却时, 奥氏体完成珠光体转变的温度较低, 时间更长。,（3）马氏体的形态与特点,马氏体的形态： 含碳量在0.25%以下时，基本上是板条马氏体（亦称低碳马氏体），板条马氏体在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。当碳含量大于1.0%时，则大多数是针状马氏体。针状马氏体在光学显微镜中呈竹叶状或凸透镜状，在空间形同铁饼。马氏体针之间形成一定角度(60)。高倍透射电镜分析表明，针状马氏体内有大量孪晶，因此亦称孪晶马氏体。碳含量在0.251.0%之间时，为板条马氏体和针状马氏体的混和组织。,低碳（板条）马氏体的形态,高碳（针状）马氏体的形态,马氏体的性能特点,a.硬度很高。 b.马氏体的塑性和韧性与其碳含量（或形态）密切相关。高碳马氏体由于过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构，所以硬而脆，塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性。而低碳马氏体，由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好。 c.马氏体的比容比奥氏体大，当奥氏体转变为马氏体时，体积会膨胀。马氏体是铁磁相，而奥氏体为顺磁相。马氏体晶格畸变严重，因此电阻率高。,
