鋼的熱處理原理

鋼的熱處理原理1本節(jié)主要內(nèi)容:

熱處理概述(什么是熱處理)為什么要進(jìn)行熱處理如何進(jìn)行熱處理熱處理的作用四種熱處理方法及目的熱處理與相圖的關(guān)系鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變2熱處理是改變材料性能的另一重要手段。鋼的熱處理31為什么要進(jìn)行熱處理?2什么是熱處理?3如何進(jìn)行熱處理?待解決的問題：W-W-HWhyWhatHow4熱處理是改變材料性能的一種加工工藝1.為什么要進(jìn)行熱處理?5熱處理的作用強(qiáng)化金屬材料，充分發(fā)揮材料的潛力熱處理可以消除熱加工工藝過程中的缺陷是機(jī)械零件加工工藝過程中的重要工序使工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學(xué)性能熱處理的作用6熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。2.什么是熱處理?71.特點(diǎn)：在固態(tài)下，只改變工件的組織，不改變形狀和尺寸2.目的:獲得所需性能3.依賴于材料組織結(jié)構(gòu)的改變4.固態(tài)金屬在一定介質(zhì)中加熱、保溫、冷卻8熱處理與相圖鋼為什么可以進(jìn)行熱處理？是不是所有金屬材料都能進(jìn)行熱處理？只有固態(tài)相變的合金才能進(jìn)行熱處理9

熱處理的條件有固態(tài)相變加熱時(shí)溶解度顯著變化的合金α+LL+βα+βαLLL+γγα+γγ+

βα+

βL+β10熱處理的四種處理方式及目的正火、淬火、回火、退火11正火定義正火又稱?；?，是將工件加熱到Ac3-Accm以上（30-50）℃，保溫一段時(shí)間后，從爐中取出在空氣中或噴水、噴霧或吹風(fēng)的金屬熱處理工藝。Ac3是GS線，Accm是ES線。12正火目的使碳化物分布均勻比退火組織更細(xì)為最終熱處理（淬火、回火）做好組織準(zhǔn)備細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能13淬火定義將鋼件加熱到奧氏體化溫度并保持一定時(shí)間，然后以大于臨界冷卻速度冷卻，以獲得非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變組織，如馬氏體，貝氏體和奧氏體等的熱處理工藝。大于臨界冷卻速度冷卻：淬火冷卻速度快，不希望發(fā)生轉(zhuǎn)變，避開珠光體區(qū)，完全奧氏體化。14淬火目的使過冷奧氏體進(jìn)行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或下貝氏體組織，配合以不同溫度的回火，大幅度提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度以及韌性。15退火定義將金屬或合金將熱到適當(dāng)溫度，保持一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。16退火目的改善或消除鋼鐵在鑄造、鍛壓、軋制和焊接過程中所達(dá)成的各種組織缺陷以及殘余應(yīng)力，防止工件變形、開裂。軟化工件以便進(jìn)行切削加工細(xì)化晶粒，改善組織以提高工件的機(jī)械性能為最終熱處理（淬火、回火）做好組織準(zhǔn)備17回火定義回火使工件淬冷后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。18回火目的經(jīng)過回火，鋼的組織趨于穩(wěn)定，淬火鋼的脆性降低，韌性與塑性提高，消除或者減少淬火應(yīng)力，穩(wěn)定鋼的形狀及尺寸，防止淬火零件變形和開裂，高溫回火還可以改善切削加工性能。19回火3個(gè)階段低溫回火：150-250℃，得到回火馬氏體組織中溫回火：300-500℃，得到回火屈氏體組織高溫回火：500-650℃，得到回火索氏體組織20

一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

三、鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變3.如何進(jìn)行熱處理?21

一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

鋼加熱的目的?

獲得奧氏體!

鋼加熱的溫度?

LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

22（一）奧氏體的形成過程

（二）影響奧氏體形成速度的因素

（三）奧氏體晶粒大小及其影響因素實(shí)際加熱和冷卻時(shí)的相變點(diǎn)平衡時(shí)——

A1A3Acm加熱時(shí)——

Ac1Ac3Accm冷卻時(shí)——Ar1Ar3Arcm23

以共析鋼為例

說明奧氏體化中須完成兩個(gè)過程

①C成分變化：C的擴(kuò)散

②鐵晶格改組：Fe擴(kuò)散奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化

F+Fe3C→A(727℃)成分(C%)0.02186.690.77結(jié)構(gòu)

體心立方

復(fù)雜正交

面心立方24

（一）（共析鋼）奧氏體的形成過程

1、形核（在F/Fe3C相界面上形核）2、晶核長大（F→A晶格重構(gòu)，F(xiàn)e3C

溶解，C→A中擴(kuò)散）3、殘余Fe3C溶解4、奧氏體均勻化25保溫工序的目的：得到成分均勻的奧氏體，消除內(nèi)應(yīng)力，促進(jìn)擴(kuò)散26（二）影響奧氏體形成速度的因素1、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響2、原始組織的影響3、化學(xué)成分的影響碳合金元素的影響27例：球化退火，要求獲得粒狀珠光體*奧氏體化的目的獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒*實(shí)際熱處理中

須控制奧氏體化程度→要求A中

C不均勻

→控制第三、四階段28

（一）、奧氏體晶粒度晶粒度定義表示晶粒大小的尺寸叫晶粒度。1.晶粒大小的表示方法

通常將晶粒大小分為8級，1級最粗，8級最細(xì)。通常1-4級為粗晶粒度，5-8級為細(xì)晶粒度。（三）奧氏體晶粒大小及其影響因素29奧氏體晶粒度概念?yuàn)W氏體晶粒度表示奧氏體晶粒大小工業(yè)上一般分為8級1-4級粗，5-8級細(xì)，8級以上極細(xì)計(jì)算式為n=2N-1

N：晶粒度級別n：1平方英寸視場中所包含的平均晶粒數(shù)30標(biāo)準(zhǔn)晶粒度級別圖31

2、奧氏體晶粒的大小及其影響因素

鋼在加熱后形成的奧氏體組織，特別是奧氏體晶粒大小對冷卻轉(zhuǎn)變后鋼的組織和性能有著重要的影響。一般來說，奧氏體晶粒越小，鋼熱處理后的強(qiáng)度越高，塑性越好。沖擊韌性越高，但是奧氏體化溫度過高或在高溫下保持時(shí)間長，將使鋼的奧氏體晶粒長大，顯著降低鋼的沖擊韌性、減小裂紋擴(kuò)展和提高脆性轉(zhuǎn)變溫度。此外，晶粒粗大的鋼件，淬火變形和開裂傾向增大。因此，在熱處理過程中應(yīng)當(dāng)十分注意防止奧氏體晶粒粗化。

2.奧氏體晶粒大小的控制

⑴加熱溫度與保溫時(shí)間

加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越粗大，因?yàn)檫@與原子擴(kuò)散密切相關(guān)。321250℃1050℃900℃保溫時(shí)間

t晶粒度33⑵加熱速度加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實(shí)際形成溫度越高，可獲得細(xì)小的起始晶粒。—常規(guī)加熱速度下影響不大

—快速加熱，短時(shí)保溫的超細(xì)化工藝如高頻加熱，激光加熱等34⑶鋼的化學(xué)成分CMn和P是促進(jìn)奧氏體晶粒長大的元素。合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，當(dāng)其形成彌散穩(wěn)定的碳化物和氮化物時(shí)，由于分布在晶界上，因而阻礙晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。強(qiáng)烈阻礙：Al、V、Ti、Zr、Nb原因：機(jī)械阻礙理論

——形成難溶碳、氮化物中等阻礙：Cr、W、Mo促進(jìn)長大：Mn、P、溶入

A的

C降低鐵原子的結(jié)合力，促進(jìn)鐵的擴(kuò)散35(4)原始組織細(xì)奧氏體晶粒越細(xì)36細(xì)化晶?？梢蕴岣呓饘俚膹?qiáng)度和硬度給你舉個(gè)簡單的例子：一支筷子很容易折斷，十雙筷子綁在一起就很難折斷，而且綁的越緊越結(jié)實(shí)，越不容易折斷；一堆土是很軟的，很容易插入木條，而壓實(shí)后就很結(jié)實(shí)，木條就插不進(jìn)了。這些都說明：內(nèi)部空隙小了，它們（土粒、筷子）之間的結(jié)合力增大了，整體的硬度就大大增強(qiáng)。細(xì)化晶?？梢蕴岣呓饘俚膹?qiáng)度和硬度，也是這個(gè)道理。37加熱溫度↑，保溫時(shí)間↑→A晶粒長大快加熱速度↑→A晶粒細(xì)加入合金元素→A晶粒細(xì)原始組織細(xì)→A晶粒細(xì)奧氏體晶粒大小的控制因素38練習(xí)題:1.鋼在加熱時(shí)的臨界溫度為

,冷卻時(shí)臨界溫度為

。A.Ac1、Ac3、AccmB.A1、A3、AcmC.Ar1、Ar3、Arcm2.鋼加熱時(shí)奧氏體的晶核是在

相界面處形成。A.鐵素體與滲碳體B.珠光體與馬氏體C.貝氏體與馬氏體3.影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素有:

、加熱速度、鋼中的碳含量、合金元素、原始組織。A.晶核數(shù)量B.保溫時(shí)間C.加熱溫度39影響奧氏體晶粒長大的因素1、加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度越高、保溫時(shí)間越長，形核率I越大，長大速度G越大，奧氏體晶界遷移速度越大，其晶粒越粗大。(溫度升高，形核率增加，σ增加，r降低，σ/r增加，G′增大)402、加熱速度：加熱速度快，奧氏體實(shí)際形成溫度高，形核率增高，由于時(shí)間短奧氏體晶粒來不及長大，可獲得細(xì)小的起始晶粒度。413、合金元素：⑴C%的影響。C%高，C在奧氏體中的擴(kuò)散速度以及Fe的自擴(kuò)散速度均增加，奧氏體晶粒長大