第三章1)鋼的熱處理——加熱和冷卻的組織變化ppt課件

1、1 第3章 鋼的熱處置3.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3.2 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3.3 鋼的普通熱處置3.4 鋼的外表熱處置2熱處置是指將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一段時(shí)間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫，來改動其內(nèi)部組織構(gòu)造，以獲得所需性能的一種熱加工工藝。特點(diǎn)：改動鋼的內(nèi)部組織，而不改動其外形和尺寸。分類：普通熱處置退火、正 火、淬火、回火； 外表熱處置外表淬火、化學(xué)熱處置； 其他熱處置加熱冷卻保溫過程：33.1 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變4A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm兩種加熱：1.臨界溫度線以下的加熱；2.臨界限以上的加熱。53.1.1 奧氏體化過程：奧氏

2、體晶核長大奧氏體晶核構(gòu)成剩余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化6 加熱時(shí)由鐵素體+滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程。 涉及晶格改組和Fe、C原子的分散過程。 遵照形核、長大規(guī)律。2共析鋼奧氏體化溫度 Ac1溫度。 1、共析鋼的奧氏體化1奧氏體化7a. 形核：優(yōu)先在相界F，F(xiàn)e3Cb. 長大：c. 滲碳體完全溶解：d. 碳的均勻化：3共析鋼奧氏體化過程F(bcc,0.0218)+Fe3C(6.69) A (Fcc, 0.77)表示82、亞(過)析鋼的奧氏體化亞析鋼過析鋼P(yáng) + F AP+ Fe3C AAc1Ac3Ac1Accm93.1.2、奧氏體晶粒大小及控制 表征晶體內(nèi)晶粒大小的量度，通常用長度、面積、體積或

3、晶粒度級別表示。1晶粒度102起始晶粒度、實(shí)踐晶粒度、本質(zhì)晶粒度 本質(zhì)晶粒度：鋼奧氏體晶粒長大的傾向。 奧氏體晶粒隨溫度的升高而迅速長大本質(zhì)粗晶鋼 奧氏體晶粒隨溫度升高到某一溫度時(shí)，才迅速長大本質(zhì)細(xì)晶鋼 見以下圖 起始晶粒度：P A終了時(shí)的晶粒度； 實(shí)踐晶粒度：鋼在某一詳細(xì)處置過程中所得奧氏體晶粒的大小；11本質(zhì)細(xì)晶粒和本質(zhì)粗晶粒表示圖123、影響奧氏體化的要素a加熱溫度 TA化速度 (由于過熱度、D、形核孕育期 V 轉(zhuǎn)變開場溫度，轉(zhuǎn)變時(shí)間；V ，轉(zhuǎn)變時(shí)間 ，接近平衡轉(zhuǎn)變b加熱速度13c含碳量 C% Fe3C / Fe3C界面多形核中心多轉(zhuǎn)變快d合金元素 a. Cr、Mo、W、 Mn 、V、N

4、b、Ti強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素，構(gòu)成碳化物，妨礙碳分散， 奧氏體構(gòu)成速度 ；b. Co、Ni非碳化物構(gòu)成元素，奧氏構(gòu)成速度；c. Al、Si影響不太。e原始組織 片狀，片間距小相界面多碳彌散度大碳原子分散間隔短奧氏體形核長大快 ； 片狀 粒狀。144奧氏體晶粒度的控制a. 加熱工藝 合理的加熱溫度見以下圖與保溫時(shí)間。b. 鋼的成分合金化 i. A中C%晶粒 ii. 合金元素% 晶粒 碳化物構(gòu)成元素：構(gòu)成穩(wěn)定碳化物妨礙分散，細(xì)化晶粒； Al：構(gòu)成氧或氮化合物于晶界，使形核率 且C分散受阻本質(zhì)細(xì)晶鋼； Mn 、P等：促進(jìn)長大。15161.奧氏體晶粒均勻細(xì)小,熱處置后鋼的力學(xué)性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒

5、在淬火時(shí)容易引起工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。奧氏體晶粒大小對鋼的力學(xué)性能的影響173.1.3、鋼在加熱時(shí)常見的缺陷及防止措施1常見缺陷氧化；脫碳；過熱；過燒2防止措施在真空中加熱；可控氣氛加熱；鹽浴加熱；183.2 鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1 延續(xù)處置 2 等溫處置 過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 影響C曲線的要素 過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 19A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm20共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖C曲線a不同等溫下的等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線b等溫轉(zhuǎn)變圖C曲線一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1共析鋼過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線TTT圖、C曲線獲得：冷卻到一定溫度，保溫，丈量A過冷轉(zhuǎn)變開場和終了時(shí)間T

6、 - timeT - temperatureT - transformationC - Shape2122特點(diǎn)：i. A1727度以上：A穩(wěn)定ii. A1 727度以下：過冷A不穩(wěn)定，iii. C曲線有一最小孕育期550度： 1：T，AP的驅(qū)動力提高 2：TDiiii. 轉(zhuǎn)變開場線與轉(zhuǎn)變終了線23穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開場線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn) 物 區(qū)產(chǎn)物區(qū)230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)變區(qū); 非分散型轉(zhuǎn)變;馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf550230;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);

7、 半分散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū);A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);分散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。 A +產(chǎn) 2共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特征24A1鼻子溫度550A過冷PS，T索氏體，屈氏體。 P的構(gòu)成取決于形核、長大速率。 T，形核，長大。 T600，D，長大慢 層間距薄、短 分散型相變，綜合性能好。 HB較低，韌性好。 THB，強(qiáng)度1高溫轉(zhuǎn)變區(qū) P S T25A1650 : P ; 525HRC; 片間距為0.60.7m ( 500 )。650600 : 細(xì)片狀P-索氏體(S); 片間距為0.20.4m (1000);2536HRC。600550:極細(xì)片狀P-屈氏體(T); 片間距

8、為0.2m ( 電鏡 );3540HRC。26珠 光 體 形 貌 像光鏡下形貌電鏡下形貌27光鏡形貌電鏡形貌 索 氏 體 形 貌 像28 屈 氏 體 形 貌 像電鏡形貌光鏡形貌292中溫區(qū)轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 550230 MsA過冷B，碳化物分布在含過飽和碳的F基體上的兩相機(jī)械混合物。550350上貝氏體半擴(kuò)散型，F(xiàn)e不擴(kuò)散羽毛狀（見下圖）碳化物在F間，韌性差350Ms 下貝氏體 C原子有一定的擴(kuò)散能力 針狀 （見下圖）碳化物在F內(nèi)，韌性高，綜合機(jī)械性能好 B上B下30B上 =過飽和碳 -Fe條狀+ Fe3C細(xì)條狀過飽和碳-Fe條狀 Fe3C細(xì)條狀羽毛狀B下 =過飽和碳 -Fe針葉狀 + Fe3C

9、細(xì)片狀過飽和碳 -Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀31上貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖32轉(zhuǎn)變產(chǎn)物： 馬氏體M，碳在-Fe中的過飽和固溶體。 使-Fe 晶格發(fā)生變化。b. 實(shí) 質(zhì)： T低C無法分散非分散性晶格切變(見以下圖)過飽和C的鐵素體。3低溫區(qū)轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變，MSMf之間一個溫度范圍內(nèi)延續(xù)冷卻完成的，屬于非分散型轉(zhuǎn)變。 A過冷M+A剩余33 由于碳的過飽和作用,使Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格。34奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響35奧氏體含碳量對剩余奧氏體數(shù)量的影響36d. M的組織形狀板條狀 - 低碳馬氏體(0.23%C ); 3050HRC ; = 917%。C%1.0%

10、，針/片狀馬氏體M針37針、片狀 - 高碳馬氏體(1.0%C); 66HRC左右 ; 1%。 高碳針片狀馬氏體組織金相圖38e. M的性能馬氏體的碳濃度 Wc 100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度 ( HRC ) 2000抗拉強(qiáng)度b ( Mpa ) 1800 1400 1000 600 200主要取決于馬氏體中的碳濃度。39M轉(zhuǎn)變的特征： 無分散性； 瞬時(shí)性； 存在Ms,Mf； 不完全性； 體積膨脹。403共析鋼等溫轉(zhuǎn)變組織性能的關(guān)系 轉(zhuǎn)變溫度降低，片間距小，細(xì)晶強(qiáng)化強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性提高。 B上羽毛狀：強(qiáng)度、韌性差； B下針

11、狀 ：硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。 硬度高C%HRC 針/片狀馬氏體高C% ，硬而脆，塑、韌性差； 板條狀低C% ，強(qiáng)度高，塑性、韌性好。1珠光體型2貝氏體3馬氏體414亞過共析鋼的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線在C曲線左端多一條曲線。 亞：先析出F， 過：先析出Fe3C碳含量對碳鋼C曲線的影響42二、影響C曲線的要素 C曲線反映奧氏體的穩(wěn)定性及分解轉(zhuǎn)變特性，這些取決于奧氏體的化學(xué)成分和加熱時(shí)的形狀。 C曲線的外形位置，不僅對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變速度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能具有重要意義，而且對鋼的熱處置工藝也有指點(diǎn)性作用。 A中C%C曲線右移. 對亞共析鋼：鋼中C%，A中C%C曲線右移 對過共析鋼：普通在

12、AC1以上A化，鋼中C%，未溶Fe3C 有利于形核C曲線左移； 當(dāng)溫度超越Accm時(shí)， Fe3C全溶解， C曲線右移 共析鋼：C曲線最靠右邊，穩(wěn)定性最高，孕育期最長。1含碳量以下圖：碳含量對碳鋼C曲線的影響43碳含量對碳鋼C曲線的影響44除Co以外，一切合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性C曲線右移 非碳化物構(gòu)成元素，Si、Ni、Cu, 不改動C曲線外形，使右移 強(qiáng)碳化物構(gòu)成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti, 改動C曲線外形并右移除Co、Al 外，均使Ms、Mf 下降，剩余A2合金元素，Co%左移見以下圖 A化溫度或加熱時(shí)間成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低A穩(wěn)定性，孕育期延伸，C曲

13、線右移3加熱溫度和加熱時(shí)間45合金元素對碳鋼C曲線的影響aNi的影響bCr的影響cW的影響A1Ms含Cr合金鋼MsA1向右移向下移除Co、Al (2.5% ) 外,一切合金元素溶入奧氏體中，會使:46三、過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 CCT曲線Ps：AP開場線Pf：AP終止線K：珠光體型轉(zhuǎn)變終止線Vk：上臨界冷卻速度馬氏體臨界冷卻速度M最小冷速Vk：下臨界冷速完全P最大冷速1過冷奧氏體的延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖C - continuousC - coolingT - transformation471CCT位于TTT曲線右下方 ，AP轉(zhuǎn)變溫度低一些，t長一些2CCT無AB轉(zhuǎn)變 CCT測定困難，常用TTT曲線定性分析2延續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線和等溫轉(zhuǎn)變曲線的比較481根據(jù)工件的組織與性能要求，確定熱處置工藝。2為了獲得M，確定工件淬火時(shí)的臨界冷速。3可以指點(diǎn)延續(xù)冷卻操作。4選擇鋼材的根據(jù)。鋼號不同，C曲線不同。5C曲線對選擇淬火介質(zhì)與淬火方法有指點(diǎn)。3C曲線的運(yùn)用V1 ：爐冷退火 PV2 ：空冷，S，TV3：空冷，S，TV4：油冷，T+M+AV5 ：M+A49共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變和延續(xù)轉(zhuǎn)變