材料的强化原理

材料的强化原理第1页，课件共36页，创作于2023年2月2023/8/211钢的热处理——固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸目的：改善材料的使用、工艺性能基本过程：加热→保温→冷却分类：1

普通热处理

退火、正火淬火、回火2

表面热处理

表面淬火化学热处理2023/8/212工程材料与材料成型基础第2页，课件共36页，创作于2023年2月加热和冷却时的相变点Ac1A1Ar1Ac3A3Ar3AccmAcmArcmSPGQEFF+PPP+Fe3CⅡ

AF+AA+Fe3CⅡ

℃

C%2023/8/213工程材料与材料成型基础第3页，课件共36页，创作于2023年2月钢在加热时的转变加热工序的目的：得到奥氏体奥氏体形成过程：形核在F/Fe3C相界面上形核晶核长大

F→

A晶格重构

Fe3C

溶解，C→

A中扩散3残余Fe3C溶解2023/8/214工程材料与材料成型基础第4页，课件共36页，创作于2023年2月Ac1~AccmAccm以上Ac3以上影响奥氏体晶粒大小的因素奥氏体均匀化对亚共析钢：P+F对过共析钢：P+Fe3CⅡAc1~Ac3A+FAA+Fe3CⅡA保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散影响奥氏体晶粒大小的因素：加热温度↑，保温时间↑→A晶粒长大快加热速度↑→A晶粒细含碳量↑→A晶粒细原始组织细→A晶粒细2023/8/215工程材料与材料成型基础第5页，课件共36页，创作于2023年2月钢在冷却时的转变A1℃

t等温冷却连续冷却过冷奥氏体：在A1以下，未发生转变的不稳定奥氏体。按等温冷却方式测定，得到过冷奥氏体等温转变曲线：C曲线（TTT曲线）按连续冷却方式测定，得到过冷奥氏体连续冷却转变曲线：CCT曲线℃

tA1CCTC曲线Ms2023/8/216工程材料与材料成型基础第6页，课件共36页，创作于2023年2月共析钢C曲线分析孕育期——表示过冷A的稳定程度四个区域：奥氏体稳定区过冷奥氏体区转变产物区转变区C曲线形状三种转变类型高温转变区：P型转变中温转变区：B型转变低温转变区：M型转变2023/8/217工程材料与材料成型基础第7页，课件共36页，创作于2023年2月珠光体转变1珠光体组成：F和Fe3C的机械混合物2形成特点：

在固态下形核、长大是扩散型相变3形态：

片状

A1~650℃：珠光体P

650~600℃：索氏体S

（细P）600~550℃：托氏体T

（极细P又称屈氏体）

球状

——Fe3C呈球状2023/8/218工程材料与材料成型基础第8页，课件共36页，创作于2023年2月珠光体性能珠光体片越细→

HB↑，σb↑

C%相同时，球状P比片状P

→HB↓，σb↓，δ↑2023/8/219工程材料与材料成型基础第9页，课件共36页，创作于2023年2月贝氏体转变1贝氏体组成：过饱和F和碳化物的机械混合物2形成特点：

在固态下形核、长大是半扩散型相变3转变温度与形态：

550~350℃：上贝氏体B上

350℃~Ms：下贝氏体B下4性能：转变℃↓→

F片细，过饱和度↑

Fe3C细小，弥散度↑→HB↑，σb↑耐磨性↑，塑、韧性好B下的强韧性好B上无用2023/8/2110工程材料与材料成型基础第10页，课件共36页，创作于2023年2月马氏体转变1马氏体组成：碳在α-Fe中的过饱和固溶体形成特点：

在固态下形核、长大是无扩散型相变变温形成，高速长大转变不完全

（在含碳>0.5%的钢中总有残余A）3形态：

板条M——低碳M（位错M）（<0.2%C)片状M——高碳M（孪晶M）(>1.0%C)0.2~1.0%C之间的钢得到混合M2023/8/2111工程材料与材料成型基础第11页，课件共36页，创作于2023年2月马氏体性能1高硬度C%↑→HB↑，马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量即母相奥氏体的含碳量2塑韧性低碳M塑韧性好高碳M塑韧性差

因此，低碳M强韧性好

高碳M必须回火3比容大→（高碳）M易变形、开裂2023/8/2112工程材料与材料成型基础第12页，课件共36页，创作于2023年2月影响C曲线的因素（即：影响奥氏体等温转变的因素，影响过冷奥氏体稳定性的因素）1含碳量↑→对亚共析钢→

C曲线右移过共析钢→

C曲线左移℃

tA1Cr,Mo,W,VCr,Mo,W,VCo先析出相2合金元素（溶入A后）3加热条件加热温度↑，加热时间↑→

→C曲线右移2023/8/2113工程材料与材料成型基础第13页，课件共36页，创作于2023年2月钢的退火典型零件的制造过程：铸/锻→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工预备热处理目的：消除前道工序的缺陷为后续工序作组织准备最终热处理目的：满足使用性能要求退火：加热、保温、慢冷得到P类组织退火的目的：软化、稳定化、细化、均匀化2023/8/2114工程材料与材料成型基础第14页，课件共36页，创作于2023年2月完全退火和等温退火——加热到Ac3+30~50℃，保温后炉冷指加热到完全奥氏体化目的：细化，软化适用于：亚共析钢的铸、锻件，热轧型材，焊接件组织：F+P——加热到Ac3（Ac1）+20~50℃，保温后在Ar1以下等温后空冷目的：细化，软化、省时适用于：中、高合金钢组织：F+P或Fe3C+Pt℃

过共析钢亚共析钢完全退火等温退火2023/8/2115工程材料与材料成型基础第15页，课件共36页，创作于2023年2月球化退火和扩散退火——加热到Ac1+20~40℃，保温后炉冷目的：得到球状Fe3C，软化适用于：共析钢，过共析钢组织：球状P——加热到Ac3+150~300℃，长时间保温后慢冷目的：均匀成分适用于：铸钢件组织：晶粒粗大思考：过共析钢怎样退火？能用于亚共析钢吗？扩散退火后应完全退火或正火细化扩散退火均匀化退火球化退火2023/8/2116工程材料与材料成型基础第16页，课件共36页，创作于2023年2月去应力退火和再结晶退火——加热到Ac1-100~200℃，保温后炉冷目的：去内应力，稳定组织适用于：冷加工件，热加工件组织：不变——加热到t再+150~250℃，保温后空冷目的：降低硬度，提高塑性适用于：冷变形工件组织：等轴晶粒再结晶温度：T再=T熔×0.4（绝对温度）低温退火低温退火再结晶退火去应力退火2023/8/2117工程材料与材料成型基础第17页，课件共36页，创作于2023年2月正火——加热到Ac3(Accm)+30~50℃，保温后空冷目的：细化晶粒，改善性能组织：S适用于：低碳钢→改善切削加工性过共析钢→消除网状Fe3CⅡ要求不高的结构件→↑机械性能正火2023/8/2118工程材料与材料成型基础第18页，课件共36页，创作于2023年2月正火与退火比较1硬度和强度：随C%↑→

正火与退火的差别越大中、高碳钢正火后硬度偏高，不利于切削加工2退火强调软化，正火强调高效率2023/8/2119工程材料与材料成型基础第19页，课件共36页，创作于2023年2月钢的淬火目的：得到马氏体组织，

（贝氏体）提高硬度和耐磨性——加热、保温、快冷，提高硬度和耐磨性2023/8/2120工程材料与材料成型基础第20页，课件共36页，创作于2023年2月淬火冷却条件理想冷却速度：慢—快—慢冷却介质：纯水，盐水，油，碱水，盐浴，碱浴淬火方法：单液淬火，双液淬火，分级淬火，等温淬火局部淬火，预冷淬火，冷处理2023/8/2121工程材料与材料成型基础第21页，课件共36页，创作于2023年2月冷处理和局部淬火分级淬火：在Ms附近稍保温，使内外均温，最后得M等温淬火：在Ms上等温，最后得到B下等温淬火的内应力最小，工件不易变形开裂，

→适合形状复杂零件冷处理

——淬火后继续在0℃以下冷却，使残A→M

目的：稳定组织，↑HRC

用于：量具（模具）局部淬火：局部加热淬火整体加热，局部冷却2023/8/2122工程材料与材料成型基础第22页，课件共36页，创作于2023年2月钢的淬透性淬透性——钢淬火时获得M的能力淬硬层深度：表面到半M组织的距离淬硬层深：→淬透性淬硬层浅：→淬透性用规定条件下淬硬层深度表示淬透性的大小怎样表示淬透性大小？↑↓2023/8/2123工程材料与材料成型基础第23页，课件共36页，创作于2023年2月淬硬性与淬透性淬硬性

——钢淬火时的硬化能力怎样表示淬硬性大小？用正常淬火条件下能达到的最高硬度表示概念区别：淬透性是钢本身的固有属性

2实际淬硬层深度与工件形状、大小、冷却介质、淬透性有关3淬硬性主要取决于M的含碳量2023/8/2124工程材料与材料成型基础第24页，课件共36页，创作于2023年2月钢的回火回火——淬火后在A1以下加热、保温、冷却目的：消除内应力，降低脆性稳定组织和尺寸获得所需性能回火时的组织变化：M分解过饱和α相C析出F块状Fε碳化物细Fe3C粒状Fe3C回火M回火T回火S2023/8/2125工程材料与材料成型基础第25页，课件共36页，创作于2023年2月回火时的性能变化随回火温度↑

→σb↓，σS↓，HRC↓，δ↑，αK↑，σe↗↘

高碳回火M：σb↑

，HRC↑，δ↓，αK

↓低碳回火M：强韧性好有时2023/8/2126工程材料与材料成型基础第26页，课件共36页，创作于2023年2月回火种类低温回火（150~250℃）组织：回火M——极细ε碳化物+过饱和α相目的：↓内应力，↓脆性，保持高硬度和耐磨性适用：工具，量具，轴承——高碳钢渗碳件，表面淬火件HRC58~62

2中温回火（350~500℃）组织：回火T——针状F+极细Fe3C目的：获得高σs，σe

HRC35~45适用：弹簧，扳手，模具——中高碳钢

2023/8/2127工程材料与材料成型基础第27页，课件共36页，创作于2023年2月高温回火和调质3高温回火（500~650℃）组织：回火S——块状F+粒状Fe3C目的：获得良好的综合机械性能

HRC25~35适用：轴，齿轮，螺栓等重要结构件——中碳钢淬火+高温回火=调质2023/8/2128工程材料与材料成型基础第28页，课件共36页，创作于2023年2月回火硬度与回火温度回火硬度主要取决于回火温度和回火时间2023/8/2129工程材料与材料成型基础第29页，课件共36页，创作于2023年2月第一类回火脆性：250~400℃

每种钢都有，难以避免——回火温度禁区回火脆性韧性随回火温度升高而升高？300600℃

αk

回火脆性：在某温度区间回火时，

αk显著降低第二类回火脆性：500~600℃

①含Cr、Mn、Ni的钢明显②可以消除：

钢中加Mo、W

回火后快冷2023/8/2130工程材料与材料成型基础第30页，课件共36页，创作于2023年2月化学热处理表面淬火钢的表面热处理对轴、齿轮、凸轮的机械性能要求表面：硬，耐磨，耐疲劳M心部：塑，韧，耐冲击F，P解决思路：选材低淬透性材料工艺只改变表层组织同时改变表层组织、成分表面热处理2023/8/2131工程材料与材料成型基础第31页，课件共36页，创作于2023年2月感应加热表面淬火交流电频率↑集肤效应明显加热层薄淬硬层薄交流电频率↑↑涡流全部集中在最表层2023/8/2132工程材料与材料成型基础第32页，课件共36页，创作于2023年2月感应加热淬火的特点分类：高频（200~300KHz），超音频（20~40KHz）中频（2.5~8KHz），工频（50Hz）特点：

①加热速度快，时间