工程材料與熱加工1-6

1、第六節(jié) 鋼的熱處理原理,熱處理概述,定義： 目的及重要性： 改善材料的組織結(jié)構(gòu)；提高性能；提高壽命；減低成本 分類：,普通熱處理（四火：退火、正火、淬火、回火） 表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）,蘸火,熱處理的四大要素,P和A的自由能曲線,平衡相變臨界點(diǎn)：A1 、A3、Acm,加熱相變臨界點(diǎn)：Ac1、Ac3、Accm,冷卻相變臨界點(diǎn)：Ar1 、Ar3、Arcm,1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變,一、相變的熱滯現(xiàn)象,二、奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）,完全奧氏體化 不完全奧氏體化,加熱的目的：,使鋼奧氏體化，為隨后冷卻轉(zhuǎn)變作準(zhǔn)備,奧氏體化分類：,1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變,A,共析鋼的奧氏體化（P A） 奧氏體晶

2、核的形成 奧氏體晶粒的長(zhǎng)大 殘余滲碳體的溶解 奧氏體成分的均勻化,A,亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化,先進(jìn)行：P A,然后：先析出相 A,影響奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的因素 加熱溫度和加熱速度 含碳量 原始組織勻細(xì) 合金元素,三、奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制 奧氏體晶粒度的概念 起始晶粒度 實(shí)際晶粒度 本質(zhì)晶粒度,14,本質(zhì)細(xì)晶粒鋼,本質(zhì)粗晶粒鋼,58,影響奧氏體晶粒度的因素 （控制奧氏體晶粒大小的措施） TA、tA 成分 原始組織 新工藝（如：形變熱處理）,Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu 強(qiáng) 弱,基本概念： 過(guò)冷奧氏體 奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變 目的及重要性 獲得所需要的組織和性能,2 鋼在冷

3、卻時(shí)的轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變類型,珠光體轉(zhuǎn)變(高溫轉(zhuǎn)變) 溫度范圍：A1 550(Ar1 550) 轉(zhuǎn)變特征：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變過(guò)程（A P）,一、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）,珠光體轉(zhuǎn)變,珠光體轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：P,問(wèn)題：P、S、T有何異同 ？,珠光體：片層狀 F 和 Fe3C 的機(jī)械混合物,貝氏體轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變） 溫度范圍： 550230（Ms） 轉(zhuǎn)變特征：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變過(guò)程：分步進(jìn)行 首先： A F 然后：C 從 F 中析出,切變 fcc bcc,貝氏體轉(zhuǎn)變,貝氏體轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變） 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：B 550350 B上 350230 B下,貝氏體：F 和 碳化物的機(jī)械混合物,貝氏體轉(zhuǎn)變,上貝

4、氏體 500 ,下貝氏體 500 ,馬氏體轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變） 溫度范圍： 230 -50（MsMf） 轉(zhuǎn)變特征：非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變過(guò)程： 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：M,快速共格切變 50m/s,bcc 0.77%C,fcc 0.77%C,A,M,馬氏體轉(zhuǎn)變,馬氏體：碳溶于-Fe中所形成的過(guò)飽和間隙固溶體,M的形貌,板條狀M 片狀M（針葉狀）,M條,M束,M片,M形貌與含碳量的關(guān)系,材料：40Cr（800X）工藝情況：淬火、回火浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕組織說(shuō)明：板條馬氏體及針狀馬氏體，為典型中碳馬氏體,500正常淬火組織：隱晶馬氏體 高速鋼,隱晶M,混合M,產(chǎn)生體積膨脹（浮凸現(xiàn)象） 產(chǎn)生組織應(yīng)力 在 MsM

5、f 之間進(jìn)行 不能進(jìn)行到底 產(chǎn)生殘余奧氏體 （Ar、AR、A）,M的組織特征,M轉(zhuǎn)變 終止溫度,M轉(zhuǎn)變 開始溫度,結(jié)論： Wc MsMf ， A,bcc,M,M形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系,A中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)殘余A的影響,硬度：與wc（%）有關(guān) 板條狀M：強(qiáng)度高、有一定的塑性和韌性 片狀M：硬而脆,M的性能,正常加熱淬火：Wc HM ; Wc0.6%后，HM 基本不變,M的硬度與的含碳量的關(guān)系,a線：在Accm以上加熱淬火,C線：純M,b線：正常加熱淬火,過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系,等溫冷卻曲線（TTT),二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線,描述過(guò)冷奧氏體在冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中轉(zhuǎn)變溫度（T）、轉(zhuǎn)變時(shí)間（t）、轉(zhuǎn)

6、變產(chǎn)物之間關(guān)系的曲線圖,連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT）,TTT曲線的建立 （以金相硬度法為例） 制成金相試樣并奧氏體化 分組快冷至A1以下不同溫度保溫 每隔一定時(shí)間取出一試樣水淬 觀察顯微組織（輔以硬度測(cè)定） 確定相變點(diǎn) 連接具有相同意義的點(diǎn),1、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT）,C 曲線,C曲線分析 關(guān)于孕育期（）,共析鋼 TTT（C）曲線簡(jiǎn)介,T550，,T550,Dc ，T為主導(dǎo)因素, T , T ,T ，Dc 為主導(dǎo)因素,M+Ar,AB,共析鋼 TTT（C）曲線簡(jiǎn)介,AS,AP,AT,AB上,AB下,AM,P,S,T,B上,B下,M+Ar,525HRC,2535HRC,3540HRC,4050

7、HRC,5060HRC,6065HRC,含碳量的影響 合金元素的影響 加熱條件的影響,影響 TTT（C）曲線的因素,合金元素的影響,v=v1：爐冷(5.5 /s) a1 開始點(diǎn)， b1 終了點(diǎn) 轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：T1 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物: P v=v2：空冷(20/s) a2 開始點(diǎn)， b2 終了點(diǎn) 轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間：T2 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物: S v=v3：油冷(33/s) a3開始點(diǎn)，a3 無(wú)意義 轉(zhuǎn)變分段進(jìn)行，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物T+M+ A v=v4：水冷( 138/s) Ms 以前不分解，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 M+ A,T1,v1,v2,vc,v3,v4,a1,b1,a3,b2,a2,a3,T2,vc：淬火臨界冷卻速度（M臨界冷卻速度） 獲得 100% M 的最小冷卻速度,用過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線 分析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程,CCT曲線的建立 CCT曲線的分析 與C曲線比較 CCT曲線的應(yīng)用,2、過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）,vk：與vc相當(dāng)，淬火臨界冷卻速度， 獲得 100% M 的最小冷卻速度； 一般 vk vc,鋼的CCT曲線,1 P83 T10 2.某鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線如圖1所示，指出該鋼按圖中(a)、(b)、(c