第三章1鋼的熱處理-加熱和冷卻的組織變化要點課件

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第3章鋼的熱處理3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變3.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.3鋼的普通熱處理3.4鋼的表面熱處理1第3章鋼的熱處理3.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變2熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一段時間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫，來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需性能的一種熱加工工藝。特點：改變鋼的內(nèi)部組織，而不改變其形狀和尺寸。分類：普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）；

表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）；

其他熱處理加熱冷卻保溫過程：2熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一段時間，然后33.1鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變33.1鋼在加熱時的組織轉(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.臨界線以上的加熱。4A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、53.1.1奧氏體化過程：奧氏體晶核長大奧氏體晶核形成殘余滲碳體溶解奧氏體成分均勻化53.1.1奧氏體化過程：奧氏體晶核長大奧氏體晶核形成殘6

加熱時由{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原子的擴散過程。遵循形核、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6加熱時由{鐵素體+滲碳體}轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的過程7a.形核：優(yōu)先在相界[F，F(xiàn)e3C]b.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)示意7a.形核：優(yōu)先在相界[F，F(xiàn)e3C]3．共析鋼奧氏體化過82）、亞(過)析鋼的奧氏體化亞析鋼過析鋼P+F→AP+Fe3C→AAc1Ac3Ac1Accm82）、亞(過)析鋼的奧氏體化亞析鋼過析鋼P+F→AP93.1.2、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、體積或晶粒度級別表示。1．晶粒度93.1.2、奧氏體晶粒大小及控制表征晶體內(nèi)晶102．起始晶粒度、實際晶粒度、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，才迅速長大→本質(zhì)細晶鋼

（見下圖）

起始晶粒度：P

→A結(jié)束時的晶粒度；

實際晶粒度：鋼在某一具體處理過程中所得奧氏體晶粒的大小；102．起始晶粒度、實際晶粒度、本質(zhì)晶粒度本質(zhì)11本質(zhì)細晶粒和本質(zhì)粗晶粒（示意圖）11本質(zhì)細晶粒和本質(zhì)粗晶粒（示意圖）123、影響奧氏體化的因素a．加熱溫度

T↑→A化速度↑

(因為過熱度↑、D↑、形核孕育期↓）V↑→轉(zhuǎn)變開始溫度↑，轉(zhuǎn)變時間↓；V↓↓，轉(zhuǎn)變時間↑↑↑，接近平衡轉(zhuǎn)變b．加熱速度123、影響奧氏體化的因素a．加熱溫度V↑→轉(zhuǎn)變開始溫度↑13c．含碳量

C%↑→Fe3C↑→/Fe3C界面多→形核核心多→轉(zhuǎn)變快d．合金元素

a.Cr、Mo、W、Mn、V、Nb、Ti強碳化物形成元素，形成碳化物，阻礙碳擴散，↓奧氏體形成速度；

b.Co、Ni非碳化物形成元素，↑奧氏形成速度；

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→碳原子擴散距離短→奧氏體形核長大快；片狀>粒狀。13c．含碳量d．合金元素e．原始組織144．奧氏體晶粒度的控制a.加熱工藝

合理的加熱溫度（見下圖）與保溫時間。

b.鋼的成分——合金化

i.A中C%↑→晶粒↑

ii.

合金元素%↑→晶?！?/p>

碳化物形成元素：形成穩(wěn)定碳化物阻礙擴散，細化晶粒；

Al：形成氧或氮化合物于晶界，使形核率↑且C擴散受阻→本質(zhì)細晶鋼；

Mn、P等：促進長大。144．奧氏體晶粒度的控制a.加熱工藝1515161.奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學(xué)性能提高。2.粗大的奧氏體晶粒在淬火時容易引起工件產(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161.奧氏體晶粒均勻細小,熱處理后鋼的力學(xué)性能提高。2.粗173.1.3、鋼在加熱時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；173.1.3、鋼在加熱時常見的缺陷及防止措施1．常見缺陷氧183.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1連續(xù)處理

2等溫處理過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變影響C曲線的因素過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變183.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1連續(xù)處理

19A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm19A1、A3、AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar320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，測量A過冷轉(zhuǎn)變開始和終了時間T---timeT---temperatureT---transformationC---Shape20共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖（C曲線）一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1．共212122特點：i.

A1（727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↓，A—P的驅(qū)動力提高

2：T↓—D↓iiii.

轉(zhuǎn)變開始線與轉(zhuǎn)變終了線22特點：23穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線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);非擴散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴散型轉(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23穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)A向產(chǎn)物24A1——鼻子溫度（550℃）A過冷→P（S，T）索氏體，屈氏體。

P的形成取決于形核、長大速率。

T↓，形核，長大↑。

T↓→600℃，D↓，長大慢→層間距薄、短

擴散型相變，綜合性能好。

HB較低，韌性好。

T↓→HB↑，強度↑（1）高溫轉(zhuǎn)變區(qū)PST24A1——鼻子溫度（550℃）（1）高溫轉(zhuǎn)變區(qū)P25A1～650℃:P;5～25HRC;片間距為0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:細片狀P---索氏體(S);

片間距為0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。600～550℃:極細片狀P---屈氏體(T);

片間距為＜0.2μm(電鏡);35～40HRC。25A1～650℃:P;5～25HRC;片間距為026珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌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28屈氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌29（2）中溫區(qū)轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變550℃~230℃（Ms）A過冷→B，碳化物分布在含過飽和碳的F基體上的兩相機械混合物。550℃~350℃上貝氏體半擴散型，F(xiàn)e不擴散羽毛狀（見下圖）碳化物在F間，韌性差350℃~Ms下貝氏體C原子有一定的擴散能力針狀（見下圖）碳化物在F內(nèi)，韌性高，綜合機械性能好B上B下29（2）中溫區(qū)轉(zhuǎn)變550℃~350℃上貝氏體半擴散型，F(xiàn)e30B上=過飽和碳α-Fe條狀+Fe3C細條狀過飽和碳α-Fe條狀Fe3C細條狀羽毛狀B下=過飽和碳α-Fe針葉狀+Fe3C細片狀過飽和碳α-Fe針葉狀Fe3C細片狀針葉狀30B上=過飽和碳α-Fe條狀+Fe3C細條狀過飽和碳31上貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖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α-Fe中的過飽和固溶體。

使α-Fe晶格發(fā)生變化。b.實質(zhì)：

T低—C無法擴散→非擴散性晶格切變(見下圖)→過飽和C的鐵素體。（3）低溫區(qū)轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變，MS→Mf之間一個溫度范圍內(nèi)連續(xù)冷卻完成的，屬于非擴散型轉(zhuǎn)變。

A過冷→M+A'殘余32轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：（3）低溫區(qū)轉(zhuǎn)變33

由于碳的過飽和作用,使α–Fe晶格由體心立方變成體心正方晶格。33由于碳的過飽和作用,使α–Fe晶格由體心立方變成體心34奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響34奧氏體含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響35奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響35奧氏體含碳量對殘余奧氏體數(shù)量的影響36d.M的組織形態(tài)板條狀--低碳馬氏體(＜0.23%C);

30～50HRC;δ=9～17%。C%<0.23%，板條狀M板C%>1.0%，針/片狀馬氏體M針36d.M的組織形態(tài)板條狀--低碳馬氏體(＜0.23%37針、片狀--高碳馬氏體(＞1.0%C);66HRC左右;δ≈1%。

高碳針片狀馬氏體組織金相圖37針、片狀--高碳馬氏體(＞1.0%C);高碳針38e.M的性能馬氏體的碳濃度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉強度σb(Mpa)180014001000600200主要取決于馬氏體中的碳濃度。38e.M的性能馬氏體的碳濃度Wc1005070439M轉(zhuǎn)變的特征：①無擴散性；

②瞬時性；③存在Ms,Mf；

④不完全性；⑤體積膨脹。39M轉(zhuǎn)變的特征：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，細晶強化→強度、硬度、塑性、韌性提高。B上（羽毛狀）：強度、韌性差；

B下（針狀）：硬度高，韌性好，具有優(yōu)良的綜合機械性能。

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%），強度高，塑性、韌性好。（1）珠光體型（2）貝氏體（3）馬氏體403．共析鋼等溫轉(zhuǎn)變組織——性能的關(guān)系轉(zhuǎn)變溫度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42二、影響C曲線的因素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)成分和加熱時的狀態(tài)。

C曲線的形狀位置，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，而且對鋼的熱處理工藝也有指導(dǎo)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：一般在AC1以上A化，鋼中C%↑，未溶Fe3C↑→有利于形核→C曲線左移；當(dāng)溫度超過Accm時，F(xiàn)e3C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．含碳量下圖：碳含量對碳鋼C曲線的影響42二、影響C曲線的因素C曲線反映奧氏體的穩(wěn)43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，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性——C曲線右移非碳化物形成元素，Si、Ni、Cu,不改變C曲線形狀，使右移強碳化物形成元素，Cr、Mo、W、V、Nb、Ti,改變C曲線形狀并右移除Co、Al外，均使Ms、Mf

下降，殘余A↑2．合金元素，（Co%↑→左移）（見下圖）A化溫度↑或加熱時間↑（成分均勻，晶粒大，未溶碳化物少，形核率降低）→A穩(wěn)定性↑，孕育期延長，C曲線右移3．加熱溫度和加熱時間44除Co以外，所有合金元素溶入A中，增大過冷A穩(wěn)定性——C45合金元素對碳鋼C曲線的影響（a）Ni的影響（b）Cr的影響（c）W的影響A1Ms含Cr合金鋼MsA1向右移向下移除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中，會使:45合金元素對碳鋼C曲線的影響A1Ms含Cr合金鋼MsA1向46三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

（CCT曲線）Ps：A→P開始線Pf：A→P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．過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖C---continuousC---co