工程材料--钢热处理

1、第第 七七 章章 钢钢 的的 热热 处处 理理概概 述述 1、小实验(弹簧的热处理) 2、实验表明： 同一成分的钢，经不同（热）处理，性能各不相同 说明其内部组织发生了不同的变化。 3、热处理（Heat Treatment）定义 时间温度 热处理工艺示意图加热保温T冷却 将材料在固态下经加热、保温、冷却，以改变材料的内部组织，从而获得所需要性能的加工工艺。4、热处理运用条件 加热冷却过程中存在固态相变或固溶度的变化。5、热处理工艺的分类 根据加热、冷却方式不同，钢的组织、性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下： 1） 普通普通 HTHT：退火、正火、淬火、回火 2）表面表面 HTHT：表面淬火

2、、化学 HT 3）其它其它HTHT：可控气氛HT、真空HT、形变HT 第一节钢在加热时的转变第一节钢在加热时的转变 （一）加热目的一、转变温度一、转变温度获得细小、均匀的奥氏体940温度，00.20.40.60.81.01.21.4700660740780820900860C,%GSA1Ac1Ar1A3Ac3Ar3AcmAccmArcm（二）加热温度（ T ）转变温度T共析钢 亚共析钢 过共析钢平衡转变TA1A3Acm实际加热转变TAc1Ac3Accm实际冷却转变TAr1Ar3Arcm 二、奥氏体的形成二、奥氏体的形成（一）共析钢的奥氏体化过程1、奥氏体的形核； 2、奥氏体核心的长大； 3、残

3、余渗碳体的溶解； 4、奥氏体成分的均匀化；（ 二）非共析钢的奥氏体化过程 FPF A 过共析钢： Fe3CP Fe3CA 亚共析钢：AAAc1Ac3Ac1AcCm三、奥氏体的长大与晶粒度三、奥氏体的长大与晶粒度 （一）奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒大小对转变产物晶粒大小的影响1、三种晶粒度： 起始晶粒度：P 体刚转成A体时的晶粒度 实际晶粒度：实际加热条件下的晶粒度 本质晶粒度：钢加热到9309301010、保温8 8小时小时、冷却后测得的晶粒度2、本质粗晶粒钢与本质细晶粒钢的区别 本质细晶粒和本质粗晶粒本质细晶粒和本质粗晶粒（二）影响奥氏体晶粒大小的因素 1、加热温度和保温时间2、加热速度加热T越

4、高，保温时间越长A越粗大加热T一定，加热速度越快A越粗大 3、钢成分的影响 溶入A中，促进晶粒长大以碳化物存在于A 中，抑制晶粒长大C Al、Ti、V、Zr、Nb等强烈阻碍 A 晶长大 Cr、W、Mo 一般阻碍 A 晶长大 Mn、P 促进 A 晶长大第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 有两种 HT 冷却方式：1）等温冷却，2）连续冷却 12临界点温度时间 保温加热 热处理的两种冷却方式（示意图） 1等温冷却；2连续冷却一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变 【等温转变】【等温转变】 将 A 体化后的钢快冷至 A1 以下的某个T 进行等温, 在等温期间 A 体所发生相与组织

5、的转变。（一）共析钢过冷A体的等温转变（TTT）曲线 1、转变曲线的建立 因其形状象“C”，故亦称作C曲线。 2、转变曲线图的分析 T t A1 MsMfT1T2T3T4T5T6共析钢等温转变曲线的测定 （示意图）D FVA1TV 以上两方面综合作用结果就造成了转变曲线“C”的形状。热力学热力学：F=F新-F旧形核驱动力增加T降低降低T增加动力学动力学：扩散系数D降低T降低降低形核和长大深度降低 1、含碳量C%影响 亚共析钢多一条F体析出线； 过共析钢多一条Cm体析出线。 随着含C%亚共析钢“C”右移右移；过共析钢“C”左左移移；共析钢“C”曲线最右最右。（二）01时 间 / sT /A11

6、0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 01 01 01 02345AABAPBPM + A MfMs01时 间 / sT /1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 0 1 0 1 0234AABAPBP + FM + A A3AFA + FMfMsA101时 间 / sT /A11 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 01 01 0235AMsMfABAPBP + F e3CM + A Ac mAF e3C

7、A + F e3C1 04 2、合金元素的影响 a）对“C”曲线位置的影响： 除Co、Al之外, 溶入奥氏体的合金元素提高 奥氏体的稳定性，使“C”曲线右移； 没溶入奥氏体以碳化物形式存在，反而降低过冷奥氏体稳定性使“C”曲线左移。 b）对“C”曲线形状的影响 形成碳化物合元素铬、钼、钨、钒等当其含量较多时，还能使“C”曲线形状发生改变 3、加热温度和保温时间的影响 A 体化温度保温时间 A 体稳定性 使“C”曲线右移。 二、过冷奥氏体转变产物及其性能二、过冷奥氏体转变产物及其性能 根据“C”曲线将A 体等温转变分为： 过冷 A 体等温转变组织有三种类型： A1 鼻部：高温转变，形成珠光体（P

8、）类组织P 体转变； 鼻部 Ms：中温转变，形成贝氏体（B）类组织B 体转变； MsMf间：低温转变，形成马氏体（M）类组织M 体转变；01时 间 /sT /M +A A1100200300400500600700800-100100101010102345AMsMf过冷冷A过冷冷AAMA 下BAS转 变 开 始转 变 结 束A 上BATAPM下B上BTSP525H R C2535H R C3540H R C4050H R C5060H R C6065H R C（一）珠光体类组织与性能(A1550) 1、P 体形态与转变特点转变特点：扩散型转变（即通过铁、碳原子的扩散发生相变 ）。 转变产物：

9、 A1 650：粗 P HRC 15-25 650 600：细 P (索氏体 S ) HRC 25-35 600 550：极细 P (屈氏体 T ) HRC 35-40 2、P 类组织性能：与Cm体片层间距有关 转变T越低，组织中片层间距越小，Cm体弥散度越高，塑性变形抗力越大，强度、硬度越高。珠光体珠光体 P ，3800索氏体索氏体 S 8000屈氏体屈氏体 T 8000（二）B 体类组织与性能(550Ms) 1、贝氏体组织形态350 MS-针叶状-下贝氏体B下 过饱和Fe2.4C（细小粒状）上贝氏体形成示意图下贝氏体(B下)转变示意图 Fe原子不能扩散，只有C原子参与扩散，因此，贝氏体转变

10、是半扩散型转变。 B的强度、硬度比P的高 B上的脆性大，生产上无实用价值； B下则具有良好的韧性。 如052舰用945钢1.马氏体的组织形态MsMf)电子显微镜研究发现，主要有板条状和针状。板条板条M平行的细板平行的细板 条束组成条束组成针状针状M（凸透镜状）（凸透镜状）板条板条M, 平行的细板条束组成平行的细板条束组成针状针状M（凸透镜状）（凸透镜状）板条马氏体显微组织示意图 板条马氏体是由一束束许多尺寸大致相同且几乎平行排列的细板条组成。 针状马氏体是由空间形同铁饼状，彼此间互成一定角度、大小不同的针状物组成。针状马氏体显微组织示意图针状马氏体形成示意图2. 马氏体的转变特点2）高速成长

11、M转变速度极快，奥氏体A通过切变能很快地形成马氏体M。3)产生内应力，可能引起变形或开裂。（2个原子）A (fcc)M(bcc)（4个原子） 4）降温形成5）转变不彻底，总有少量未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏体Ar。 3、马氏体的性能、马氏体的性能 与 M 体含碳量（C%）有关：随C%增加，M 硬度、强度增加，而塑性、韧性降低。 片状马氏体片状马氏体：强度、硬度高，塑性、韧性极差因为晶格畸变严重，内应力大及存在微裂纹和孪晶结构。 板条马氏体板条马氏体：强、韧综合性能好因晶格畸变、位错亚结构，所以强度高；又内应力低、微裂纹少，因此有较高的塑性、韧性。过冷奥氏体组织转变小结:1.过冷奥氏体等温转变产物2.共析钢转变组织与性能关系三、三、 过冷奥氏体的连续冷却转变（过冷奥氏体的连续冷却转变（CCTCCT） 连续冷却转变：将奥氏体化钢，以某种速度连续冷却，使其在临界点以下的不同温度发生转变。 1、CCT曲线的建立 2、CCT曲线分析（共析钢） 共析、过共析碳钢，无B转变区 CCT曲线位于TTT曲线的右下方。 Ps、Pz分别表示“A P”的开始线和终了线。 k 线（V k ）对应临界冷却速度，它表示最大限度获得马氏体组织的最小冷却速度。 由CCT曲线分析过冷奥氏体连续冷却转变产物 3、最终转变产物的判断 炉冷：为P空冷：为S油冷：为T+M+A残残水冷：为