钢的热处理知识讲座课件

工程材料

机械制造基础-Ⅰ

第六章钢的热处理机电工程学院金工学部

王志海工程材料

机械制造基础-Ⅰ机电工程学院1第六章钢的热处理

(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的普通热处理工艺钢的表面热处理工艺机械制造过程中的热处理第六章钢的热处理

(Heat2第一节概述1.热处理的定义:时间温度临界温度

热加保温冷却第一节概述1.热处理的32.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整个制造业。4.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;2.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整4第二节钢在加热时的组织转变转变温度奥氏体的形成奥氏体晶粒度及对力学性能的影响第二节钢在加热时的组织转变转变温度5一.转变温度(transformationtemperature)一.转变温度(transformationtempera6奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形7三.奥氏体晶粒度及对

力学性能的影响一)奥氏体晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。

2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。

3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃

以下,随温度升高,晶粒长大的程度。三.奥氏体晶粒度及对

8钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图9二)奥氏体晶粒大小对钢的

力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。二)奥氏体晶粒大小对钢的

10第三节钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变第三节钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式11一.钢在热处理时的冷却方式

热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却一.钢在热处理时的冷却方式热保温时间温度临界温度连续冷12二.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线

(

C曲线

)T

---

timeT

---

temperatureT

---

transformation二.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷13共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时14二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区15三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(A1～550℃):A1～650℃:

P;5～25HRC;片间距为0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

细片状P---索氏体(S);片间距为0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。600～550℃:极细片状P---屈氏体(T);片间距为＜0.2μm(电镜);35～40HRC。三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(16珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌珠光体形貌像光镜下形貌电镜下17光镜形貌电镜形貌

索氏体形貌像光镜形貌电镜形貌索氏体形貌像18屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌19三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=过饱和碳

α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(20上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图21三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=过饱和碳

α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳

α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(22下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图23三)转变产物的组织与性能3.马氏体型(M)转变(230～-50℃):1)定义:马氏体是一种碳在α–Fe中的

过饱和固溶体。2)转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散),

M与原A的成分相同,造成晶格畸变。转变不完全性,QM=f(T)三)转变产物的组织与性能3.马氏体型(M)转变(24奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度℃Wc100MsMf奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响60070050030042590805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响90805070406020301000.60.90.80.263)马氏体的晶体结构:由于碳的过饱和作用,使α–Fe晶格由体心立方变成体心正方晶格。3)马氏体的晶体结构:由于碳的过饱和作274)马氏体的组织形态:板条状---低碳马氏体(＜0.2%C);30～50HRC;δ=9～17%。4)马氏体的组织形态:28低碳板条状马氏体组织金相图低碳板条状马氏体组织金相图294)马氏体的组织形态:针、片状---高碳马氏体(＞1%C);66HRC左右;δ≈1%。4)马氏体的组织形态:30高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图31马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)2000抗拉强度σb(Mpa)1800140010006002005)马氏体的性能:

主要取决于马氏体中的碳浓度。马氏体的碳浓度Wc1005070406020301032亚共析钢的TTT曲线

FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf亚共析钢的TTT曲线FP33过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残

Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+F34工程材料

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机械制造基础-Ⅰ机电工程学院35第六章钢的热处理

(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的普通热处理工艺钢的表面热处理工艺机械制造过程中的热处理第六章钢的热处理

(Heat36第一节概述1.热处理的定义:时间温度临界温度

热加保温冷却第一节概述1.热处理的372.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整个制造业。4.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;2.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整38第二节钢在加热时的组织转变转变温度奥氏体的形成奥氏体晶粒度及对力学性能的影响第二节钢在加热时的组织转变转变温度39一.转变温度(transformationtemperature)一.转变温度(transformationtempera40奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化奥氏体的形成FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形41三.奥氏体晶粒度及对

力学性能的影响一)奥氏体晶粒度:

1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。

2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。

3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃

以下,随温度升高,晶粒长大的程度。三.奥氏体晶粒度及对

42钢的本质晶粒度示意图钢的本质晶粒度示意图43二)奥氏体晶粒大小对钢的

力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。二)奥氏体晶粒大小对钢的

44第三节钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变第三节钢在冷却时的组织转变钢在热处理时的冷却方式45一.钢在热处理时的冷却方式

热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却一.钢在热处理时的冷却方式热保温时间温度临界温度连续冷46二.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线

(

C曲线

)T

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timeT

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temperatureT

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transformation二.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷47共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时48二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区49三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(A1～550℃):A1～650℃:

P;5～25HRC;片间距为0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

细片状P---索氏体(S);片间距为0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。600～550℃:极细片状P---屈氏体(T);片间距为＜0.2μm(电镜);35～40HRC。三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(50珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌珠光体形貌像光镜下形貌电镜下51光镜形貌电镜形貌

索氏体形貌像光镜形貌电镜形貌索氏体形貌像52屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌屈氏体形貌像电镜形貌光镜形貌53三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):550～350℃:

B上;40～45HRC;B上=过饱和碳

α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(54上贝氏体组织金相图上贝氏体组织金相图55三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):350～230℃:

B下;50～60HRC;B下=过饱和碳

α-Fe针叶状+Fe3C细片状过饱和碳

α-Fe针叶状Fe3C细片状针叶状三)转变产物的组织与性能2.贝氏体型(B)转变(56下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图57三)转变产物的组织与性能3.马氏体型(M)转变(230～-50℃):1)定义:马氏体是一种碳在α–Fe中的

过饱和固溶体。2)转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散),

M与原A的成分相同,造成晶格畸变。转变不完全性,QM=f(T)三)转变产物的组织与性能3.马氏体型(M)转变(58奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度℃Wc100MsMf奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响60070050030045990805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响90805070406020301000.60.90.80.603)马氏体的晶体结构: