热处理原理PPT幻灯片

第六章钢的热处理原理,61钢在加热时的转变62钢在冷却时的转变63淬火钢在回火中的转变,61钢在加热时的转变,钢的热处理：将钢在固态下加热、保温和冷却，改变钢的内部组织，从而改变钢的性能的一种方法。钢的热处理原理包括三部分：加热、冷却和回火。,一、钢的临界温度,Fe-C相图中的临界点A1、A3、Acm线分别代表平衡温度线。钢的加热和冷却都是有一定速度的加热和冷却。加热贯以“r”，冷却贯以“c”，于是：,图61钢的临界温度,AC1加热时由PA的开始温度线。Ac3加热时由FA的终了温度线。Accm-加热时Fe3C溶入A的终了温度线。,Ar1冷却时由AP的开始温度线。Ar3冷却时由AF的开始温度线。Arcm-冷却时由AFe3C的开始温度线。,二钢的完全奥氏体化和非完全奥氏体化过程,1共析钢的奥氏体化：将共析钢加热到Ac1或稍上，便发生珠光体向奥氏体的转变，此过程为共析钢的奥氏体化。P（F0.0218+Fe3C）A0.77BCC正交点阵FCC奥氏体化过程包括：A的形核和长大、残余Fe3C溶解、A成分均匀化三个过程。形核和长大A易于在F和Fe3C相界处形核并长大残余Fe3C溶解一份Fe3C溶解可提供多份FA转变，故F为先消失相，Fe3C为残余相。A成分均匀化Fe3C溶解完后A成分不均匀。,A1,2完全奥氏体化和非完全奥氏体化,亚共析钢加热到AC3以上；共析钢、过共析钢加热到Ac1、Accm以上得到全部的A组织，称为完全A化过程。钢种加热温度组织亚共析钢AC3以上A共析钢Ac1以上A过共析钢Accm以上A结论：亚共析钢一般为完全A体化。,（1）完全奥氏体化,（2）非完全奥氏体化,亚共析钢加热到Ac1AC3之间；共析钢加热到Ac1稍上、过共析钢加热到Ac1Accm之间，分别得到AF、AFe3C、AFe3C组织。称为非完全奥氏体化。钢种加热温度组织亚共析钢Ac1AC3AF共析钢Ac1稍上AFe3C过共析钢Ac1AccmAFe3C结论：共析钢和过共析钢一定是非完全A体化,三、影响A晶粒度的因素,（一）晶粒度的概念晶粒度是衡量晶粒大小的一种尺度。,1实际晶粒度：指在实际热处理条件下得到的实际A晶粒大小。2本质晶粒度：标志晶粒长大的倾向大小。本质晶粒度规定：将钢加热到93010，保温38小时测取得A晶粒大小。国家晶粒度标准等级有8级：14级为本质粗晶粒钢；一般用Mn、Si脱氧的钢为本质粗晶粒钢。58级为本质细晶粒钢。一般用Al脱氧的钢为本质细晶粒钢。,图62八级奥氏体晶粒度等级图,（二）影响A晶粒度的因素,1.加热温度和保温时间加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。其中加热温度是主要因素。2.加热速度加热速度越快，保温时间越短，A晶粒越细。3.合金元素的作用（1）强碳化物元素Nb、Ti、Al等元素强烈阻止A晶粒粗化，可细化晶粒.所以，含有这些元素的钢为本质细晶粒钢。（可形成NbC、TiC、Al）（2）非碳化物元素Mn、Ni、Cu、Si、Co等不阻止A晶粒粗化，易于使A晶粒粗化。,结论：细化A晶粒只与加热有关，而与冷却无关。,72钢在冷却时的转变,钢的冷却依据钢的冷却曲线行。一、过冷A等温冷却曲线（TTT曲线）过冷A在A1温度以下的奥氏体为过冷奥氏体。（一）共析钢的等温冷却曲线（TTT曲线）,图72共析钢的TTT曲线,1转变类型,A1550之间等温冷却发生珠光体转变即AP550MS之间等温冷却发生贝氏体转变即ABMS以下等温或连续冷却发生马氏体转变即AM,2.转变组织,共析钢在A1550之间等温冷却得到P组织。左边的线为P转变的开始温度线右边线为P转变的终了温度线。共析钢在MS线以下等温或连续冷却得到马氏体，MS线为M转变的开始温度线，Mf线为M转变的终了温度线。共析钢在550MS之间等温冷却得到贝氏体左边的线为B转变的开始温度线，右边线为B转变的终了温度线。,（二）亚共析钢和过共析钢的TTT曲线,亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线。,图73(a)亚共析钢TTT曲线，（b）共析钢TTT曲线（c）过共析钢TTT曲线,二过冷A的连续冷却曲线（CCT曲线）,图7-4共析钢的CCT曲线,1.共析钢的CCT与TTT比较,（1）共析钢的CCT无B转变。（2）在AP转变中有三条曲线：AP的开始线，AP的终了线AP的中止线（3）临界淬火速度Vc（只对CCT有意义）Vc为过冷A全部转变成M的最小冷却速度上临界冷速Vc，为过冷A全部转变成P的最大冷却速度下临界冷速VVc时得到全部的M组织；VcVVc，时得到MP组织；V1000X可分辨F和Fe3C片屈氏体在600550间等温形成屈氏体，即AT，HRC3540,2000X可分辨F和Fe3C片2珠光体组织及性能,（1）片层状P体,结论：转变的T，F和Fe3C片层间距，材料的b，HB。,（2）粒状珠光体,粒状珠光体中，F为基体相，Fe3C呈颗粒状（或球状）分布在F基体上。,图7-8T8钢粒状珠光体,图7-9T8钢片层状珠光体,材料相同时，球状P体的强度、硬度均比片层状P体的强度、硬度低，塑性、韧性好，从而机加工性能好。例如：T8钢球状P体的机加工性能好于片层状的P体，所以，工具钢机加工前的组织应为球状P体。,珠光体相变特点：典型扩散型变,(二)马氏体相变,马氏体：碳在Fe中的的过饱和固溶体。,过冷A体在MS以下等温或连续冷却都能发生马氏体转变，而主要是连续冷却。,1.马氏体组织及性能,图710片状马氏体的金相形态,片状马氏体,片状马氏体,金相形态：马氏体片互成一定角度，马氏体片之间不相互穿过。M片内有一条中脊线。当CM片狀。C1.0时为100的片状马氏体。亚结构：孪晶（中脊线）。性能：低强度、高硬度、较差的塑性和韧性（淬火态组织）对于高碳钢淬火组织一般为隐晶M或针状M，马氏体针细小。(二)马氏体相变,板条马氏体,图710板条马氏体的金相形态,板条马氏体,金相形态：板条马氏体条呈束平行排列，当C0.25时为100的板条马氏体。且CM板条。板条马氏体亚结构：位错。性能：较高的强度，较低的硬度，良好的塑性和韧性。,混合马氏体：当0.25C1.0时为混合马氏体。如45钢淬火组织为混合马氏体。,混合马氏体,图711混合马氏体,马氏体晶体结构,图711马氏体晶格示意图,C0.25的马氏体为BCCC0.6的马氏体为体心正方。a=bc，ca，90,马氏体相变特点,马氏体相变不完全性。（因Mf点较低）故淬火组织中有残余A体（A，）且CMSA，。马氏体相变没有孕育期，瞬间形核瞬间长大。马氏体转变的变温性，一般为连续冷却得到。马氏体转变比容增大，必然导致体积膨胀，因此淬火必然要变形。马氏体相变为无扩散型相变原子切变位移式相变。,（三）贝氏体转变,图612上贝氏体组织,图613下贝氏体组织,上贝氏体为550350之间转变产物。组织为羽毛狀，平行分布，片间有Fe3C。下贝氏体为：350MS之间转变产物。组织形态为针片狀，互成一定角度，片内有平行分布的粒状Fe3C。,4贝氏体性能,上贝氏体的强度低、韧性低。上贝氏体组织没有用处。下贝氏体的强度高、韧性好且耐磨性好。高碳钢均希望得到下贝氏体。,63淬火钢在回火中的转变,一淬火钢在回火中的转变,（一）碳原子的偏聚（T100）在100以下由于温度较低，碳原子由间隙位置逸出到位错线附近。,（二）马氏体分解及碳化物的析（100400）,1M分解：在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M体的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。碳化物的析出过程：100250析出-Fe2.4C；250400之间，-Fe2.4C溶解并重新析出-Fe3C。,（三）残余奥氏体的转变（A，）（200300）,碳素钢：在回火升温的过程中A,M（称为二次淬火）低合金钢：在回火保温的过程中转变产物按C曲线进行。高合金钢：在回火升温、回火保温过程中都不发生转变，只有在回火降温过程中A,M或B组织。,（四）F的回复与再结晶及碳化物的集聚长大,当T300时，M中的碳原子全部脱溶，变成F且随回火TF发生回复和再结晶。当T400时，Fe3C集聚长大并粗化。,二淬火钢在回火时性能的变化,一般情况，淬火钢在回火时随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高,图614淬火钢随回火温度的升高硬度变化,三回火脆性,图615钢的冲击韧性回火随回火温度的变化（回火脆性）,回火脆性：淬火钢在某一回火温度范围内，随着回火的升高，使钢的冲击韧性下降的现象称为回火脆性。,第类回火脆性：250