4-1 鋼的熱處理

1、材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407金工內(nèi)容定位系統(tǒng)金工內(nèi)容定位系統(tǒng)n材料材料制坯制坯加工加工零件零件制作零件的制作零件的先后邏輯關(guān)系先后邏輯關(guān)系n 1 1）電子部分）電子部分n 機(jī)噐：機(jī)噐： 熱處理熱處理 鑄造鑄造n 2 2）機(jī)械部分）機(jī)械部分= =零件零件 毛坯毛坯 塑性成形塑性成形 金屬材料金屬材料= = 其性能其性能n 切削加工切削加工 焊接焊接 歷史工藝工藝30t金工體系金工體系知識體系知識體系2人生發(fā)展人生發(fā)展方方向向的的重重要要性性一一門門課課人人單單位位社社會會定定位位系系統(tǒng)統(tǒng)材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407n

2、二二.金屬材料的性能金屬材料的性能n1、力學(xué)性能：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、力學(xué)性能：強(qiáng)度、剛度、塑性、硬度、n沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度。n2、物理、化學(xué)性能、物理、化學(xué)性能n鑄造性能：鑄造性能：n3、工藝性能、工藝性能可鍛性：可鍛性：n焊接性：焊接性：n切削加工性；切削加工性；材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104071.純金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶純金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶n回顧回顧n1 1原子原子結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)晶格晶格晶胞晶胞n2. 2. 晶格類型晶格類型: : 體心立方晶格體心立方晶格; ;n 面心立方晶格面心立方晶格; ;n 密排六方晶格密排六方晶格材料學(xué)院金工教研室材

3、料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407n二、碳合金相圖二、碳合金相圖n1、體心立方晶格、體心立方晶格n1原子原子結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)晶格晶格晶胞晶胞晶格類型晶格類型2、面心立方晶格、面心立方晶格=單晶體單晶體=多晶體多晶體n3、密排六方晶格、密排六方晶格n不斷形核不斷形核實(shí)際結(jié)晶溫度實(shí)際結(jié)晶溫度n1、純金屬的結(jié)晶、純金屬的結(jié)晶冷卻曲線冷卻曲線過冷度過冷度n形核不斷長大形核不斷長大理論結(jié)晶溫度理論結(jié)晶溫度n1化學(xué)成分化學(xué)成分n1組元組元n2、二元合金、二元合金2穩(wěn)定化合物穩(wěn)定化合物n2相；液相、純金屬、固溶體、金屬化合物相；液相、純金屬、固溶體、金屬化合物nn3、二元勻晶相圖：成分變化規(guī)律和杠桿定

4、律、二元勻晶相圖：成分變化規(guī)律和杠桿定律n1、F1、純鐵、純鐵n2、An4、鐵碳合金相圖、鐵碳合金相圖3、Fe3C=2、鋼、鋼n4、Pn5、Ld3、生鐵、生鐵材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104073.鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖n 1、F1、純鐵、純鐵n2、An鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖3、Fe3C=2、鋼、鋼n4、Pn5、Ld3、生鐵、生鐵材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104071、工業(yè)純鐵（、工業(yè)純鐵（Wc0.0218%）性能特點(diǎn)：塑性韌性好，硬度強(qiáng)度低。性能特點(diǎn)：塑性韌性好，硬度強(qiáng)度低。2、鋼（、鋼（0.0218%Wc2.11%）共析鋼

5、：共析鋼：Wc=0.77%，室溫組織為，室溫組織為P。亞共析鋼：亞共析鋼：0.0218%Wc0.77%，室溫組織為，室溫組織為F+P。過共析鋼：過共析鋼：0.77%Wc2.11%，室溫組織為，室溫組織為P+Fe3C3、生鐵（、生鐵（2.11%Wc6.69%）共晶生鐵：共晶生鐵：Wc=4.3%，室溫組織為，室溫組織為Ld亞共晶生鐵：亞共晶生鐵：2.11%Wc4.3%，室溫組織為，室溫組織為P+FeP+Fe3 3C C+Ld+Ld。 過共晶生鐵：過共晶生鐵： 4.3%Wc6.69%，室溫組織為，室溫組織為Ld+Fe3C鋼鐵的應(yīng)用價(jià)值對我們的啟示鋼鐵的應(yīng)用價(jià)值對我們的啟示材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金

6、工教研室 李志勇李志勇 20110407力學(xué)性能力學(xué)性能金金屬屬材材料料都都有有此此性性能能身身體體精精神神都都有有此此性性能能材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407晶胞類型晶胞類型材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104071.純金屬冷卻曲線：純金屬冷卻曲線：平平衡衡狀狀態(tài)態(tài)材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104072合金的結(jié)構(gòu)及二元合金相圖合金的結(jié)構(gòu)及二元合金相圖材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教

7、研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407第四章第四章 鋼的熱處理鋼的熱處理生活中的例子生活中的例子溫度與物質(zhì)溫度與物質(zhì)材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度，進(jìn)把鋼在固態(tài)下加熱到一定溫度，進(jìn)行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到行必要的保溫，并以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到室溫，以改變鋼的內(nèi)部組織，從而得到所需性能的工藝方法。所需性能的工藝方法。鋼的性能鋼的性能變化變化鋼的組織、鋼的組織、結(jié)構(gòu)變化結(jié)構(gòu)變化決定決定改變改變鋼的熱處理鋼的熱處理1 定義：定義： 在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛：在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛： 機(jī)機(jī)

8、 床：床：60607070的零件；的零件； 汽車、拖拉機(jī)：汽車、拖拉機(jī)：70708080的零件；的零件； 滾動軸承、工具、模具：滾動軸承、工具、模具：100100的零件的零件材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407二、鋼的熱處理過程：二、鋼的熱處理過程： 一般可分為加熱、保溫、和冷卻三個步驟。一般可分為加熱、保溫、和冷卻三個步驟。 三、鋼的熱處理工藝曲線示意圖：三、鋼的熱處理工藝曲線示意圖： 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407四、鋼的熱處理目的：四、鋼的熱處理目的：1、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性能，為、消除毛坯中的缺陷，改善工藝性

9、能，為切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備切削加工或熱處理做組織和性能上的準(zhǔn)備叫預(yù)先叫預(yù)先熱處理。熱處理。2、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料、提高金屬材料的力學(xué)性能，充分發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料延長零件使用壽命。的潛力，節(jié)約材料延長零件使用壽命。叫最終叫最終熱處理。熱處理。 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407五、熱處理的方法（按工藝方法不同分）五、熱處理的方法（按工藝方法不同分） 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407第一節(jié)第一節(jié)熱處理基本原理熱處理基本原理n熱處理：加熱和冷卻，鋼的組織性能熱處理：加熱和冷卻，鋼的組織性能一

10、、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 大多數(shù)熱處理工藝需要將鋼加熱到臨大多數(shù)熱處理工藝需要將鋼加熱到臨界溫度以上（界溫度以上（A區(qū)域）才能進(jìn)行，所以加區(qū)域）才能進(jìn)行，所以加熱轉(zhuǎn)變主要包括熱轉(zhuǎn)變主要包括A的形成和晶粒長大兩個的形成和晶粒長大兩個過程。過程。 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖各臨界點(diǎn)的移動位置相圖各臨界點(diǎn)的移動位置n組織實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度平衡臨界溫度。n加熱的臨界點(diǎn)加 “c”：Ac1、Ac3、Accmn冷卻的臨界點(diǎn)加 “r”：Ar1、Ar3、Arcm材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201

11、104071、奧氏體的形成、奧氏體的形成n以共析鋼為例（以共析鋼為例（c=0.77%）（1）奧氏體形核）奧氏體形核（2）奧氏體晶核長大）奧氏體晶核長大（3）殘余滲碳體的溶解）殘余滲碳體的溶解（4）奧氏體成分均勻化）奧氏體成分均勻化 亞共析鋼、過共析鋼亞共析鋼、過共析鋼材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407影響奧氏體形成的因素：影響奧氏體形成的因素：n溫度溫度：溫度梯度越大，原子擴(kuò)散能力越：溫度梯度越大，原子擴(kuò)散能力越大，加速奧氏體形成。大，加速奧氏體形成。n原始組織：原始組織：原始組織越細(xì)，相界面

12、越多，原始組織越細(xì)，相界面越多，提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴(kuò)提供的奧氏體晶核就愈多，碳原子的擴(kuò)散距離也越短，加速奧氏體形成。散距離也越短，加速奧氏體形成。材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104072、奧氏體晶粒的長大（粗化）n隨著溫度的升高，奧氏體晶粒會逐漸長大。隨著溫度的升高，奧氏體晶粒會逐漸長大。n晶粒度：表示晶粒大小的尺度。晶粒度：表示晶粒大小的尺度。n分為十個等級。一級最粗，十級最細(xì)。分為十個等級。一級最粗，十級最細(xì)。n粗大的粗大的A晶粒晶粒冷卻后得到粗大的晶粒組冷卻后得到粗大的晶粒組織織力學(xué)性能和工藝性能差力學(xué)性能和工藝性能差合理選擇加合理選擇加熱溫度

13、和保溫時(shí)間。熱溫度和保溫時(shí)間。材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變n室溫時(shí)鋼的機(jī)械性能，不僅與經(jīng)過加熱、保溫后獲得室溫時(shí)鋼的機(jī)械性能，不僅與經(jīng)過加熱、保溫后獲得的的A晶粒大小有關(guān)，而且決定于晶粒大小有關(guān)，而且決定于A經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得經(jīng)冷卻轉(zhuǎn)變后所獲得的組織。而的組織。而冷卻方式冷卻方式、冷卻速度冷卻速度對對A組織的轉(zhuǎn)變有直組織的轉(zhuǎn)變有直接影響。所以，鋼的熱處理工藝?yán)?，接影響。所以，鋼的熱處理工藝?yán)?，A的鋼冷卻至室的鋼冷卻至室溫有溫有2種方式：種方式：連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻:就是使加熱到就是使加熱到A的鋼，在溫度連續(xù)下降的過的鋼

14、，在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。水中、油冷、爐冷、空冷。程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。水中、油冷、爐冷、空冷。等溫冷卻：等溫冷卻：將將A的鋼迅速冷卻到的鋼迅速冷卻到A1以下某一溫度，恒以下某一溫度，恒溫停留一段時(shí)間，在這段保溫時(shí)間內(nèi)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，溫停留一段時(shí)間，在這段保溫時(shí)間內(nèi)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，然后再冷卻下來。然后再冷卻下來。材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104071、過冷、過冷A的等溫轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變n以共析鋼為例：以共析鋼為例：n過冷過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線：的等溫轉(zhuǎn)變曲線：由于過冷溫度和由于過冷溫度和等溫時(shí)間不同，過冷等溫時(shí)間不同，過冷A的等溫轉(zhuǎn)變過程及的等溫轉(zhuǎn)變過程及轉(zhuǎn)變產(chǎn)

15、物也不相同，表示過冷轉(zhuǎn)變產(chǎn)物也不相同，表示過冷A不同的等不同的等溫冷卻溫度、等溫時(shí)間與轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)溫冷卻溫度、等溫時(shí)間與轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線物之間關(guān)系的曲線C曲線曲線：材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407（1）建立）建立C曲線曲線：n共析鋼共析鋼A的等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立的等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立通過等溫冷卻實(shí)驗(yàn)建立的通過等溫冷卻實(shí)驗(yàn)建立的60個試樣個試樣10*6鹽浴爐鹽浴爐t水冷水冷通過實(shí)驗(yàn)測出：不同過冷通過實(shí)驗(yàn)測出：不同過冷A在恒溫下開在恒溫下開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間，畫到溫度始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間，畫到溫度時(shí)間坐標(biāo)系中，然后把開始時(shí)間和轉(zhuǎn)變終時(shí)間坐標(biāo)系中，然

16、后把開始時(shí)間和轉(zhuǎn)變終了時(shí)間分別連接起來，即得共析鋼了時(shí)間分別連接起來，即得共析鋼C曲線。曲線。材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407（2 2）共析鋼過冷）共析鋼過冷A A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能 1.1.珠光體類型（珠光體類型（高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）：高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）： 共析鋼共析鋼A A過冷到過冷到723723550550之間之間A A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物屬于等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物屬于P P型組織。型組織。 分類如下：分類如下：材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院

17、金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407 珠光體 索氏體托氏體材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104072.2.貝氏體形轉(zhuǎn)變（貝氏體形轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 ）：）： A A在在550-230550-230保溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型保溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w型轉(zhuǎn)變，其組織類型為貝氏體組織。轉(zhuǎn)變，其組織類型為貝氏體組織。它它是由含碳過飽和的是由含碳過飽和的F+F+3 3組成的兩相混組成的兩相混合物。合物。材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407n550-350550-350等溫轉(zhuǎn)變得等溫轉(zhuǎn)變得B B上上，羽毛狀，羽毛狀針狀針狀P P

18、3939圖圖3-83-8（a a）圖如下所示：圖如下所示：材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407n組織性能：塑韌性低、脆性大。組織性能：塑韌性低、脆性大。-不是理想組織。不是理想組織。 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407350-230350-230等溫轉(zhuǎn)變得等溫轉(zhuǎn)變得B B下下，針狀，針狀P P3939圖圖3-83-8（b b）圖如下所示：圖如下所示： 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407組織性能：強(qiáng)度硬度高、塑韌性較好。是理想組織

19、。組織性能：強(qiáng)度硬度高、塑韌性較好。是理想組織。 材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 201104073.馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）馬氏體型轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物）馬氏體是碳在馬氏體是碳在-中的過飽和固溶體中的過飽和固溶體230-60保溫轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體保溫轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體型轉(zhuǎn)變，其組織類型為馬氏體組織。型轉(zhuǎn)變，其組織類型為馬氏體組織。分為板狀和片狀馬氏體，分為板狀和片狀馬氏體，圖如下：圖如下：材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407Wc1%片狀馬氏體片狀馬氏體材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教

20、研室 李志勇李志勇 201104072、過冷、過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變材料學(xué)院金工教研室材料學(xué)院金工教研室 李志勇李志勇 20110407n與等溫冷卻曲線相比，連續(xù)冷卻曲線都處于右與等溫冷卻曲線相比，連續(xù)冷卻曲線都處于右下方，說明轉(zhuǎn)變溫度低，下方，說明轉(zhuǎn)變溫度低，孕育期長孕育期長。n共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)，只有珠光體轉(zhuǎn)變而無貝氏共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)，只有珠光體轉(zhuǎn)變而無貝氏體轉(zhuǎn)變。亞共析鋼可以產(chǎn)生貝氏體組織。合金體轉(zhuǎn)變。亞共析鋼可以產(chǎn)生貝氏體組織。合金鋼可以有珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變，有珠光體無貝鋼可以有珠光體及貝氏體轉(zhuǎn)變，有珠光體無貝氏體?；蛴胸愂象w而無珠光體轉(zhuǎn)變等多種情況。氏體。或有貝氏體而無珠光體轉(zhuǎn)變等多種情況。n當(dāng)連續(xù)冷卻速度達(dá)到某一值時(shí)，冷卻曲線與當(dāng)連續(xù)冷卻速度達(dá)到某一值時(shí)，冷卻曲線與C曲線相切，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而在低溫區(qū)發(fā)曲線相切，不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，而在低溫區(qū)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，通常稱為生馬氏體轉(zhuǎn)變，通常稱為臨界冷卻速度臨界冷