钢的热处理原理

钢的热处理原理1本节主要内容:

热处理概述(什么是热处理)为什么要进行热处理如何进行热处理热处理的作用四种热处理方法及目的热处理与相图的关系钢在加热时的转变2热处理是改变材料性能的另一重要手段。钢的热处理31为什么要进行热处理?2什么是热处理?3如何进行热处理?待解决的问题：W-W-HWhyWhatHow4热处理是改变材料性能的一种加工工艺1.为什么要进行热处理?5热处理的作用强化金属材料，充分发挥材料的潜力热处理可以消除热加工工艺过程中的缺陷是机械零件加工工艺过程中的重要工序使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能热处理的作用6热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。2.什么是热处理?71.特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸2.目的:获得所需性能3.依赖于材料组织结构的改变4.固态金属在一定介质中加热、保温、冷却8热处理与相图钢为什么可以进行热处理？是不是所有金属材料都能进行热处理？只有固态相变的合金才能进行热处理9

热处理的条件有固态相变加热时溶解度显著变化的合金α+LL+βα+βαLLL+γγα+γγ+

βα+

βL+β10热处理的四种处理方式及目的正火、淬火、回火、退火11正火定义正火又称常化，是将工件加热到Ac3-Accm以上（30-50）℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风的金属热处理工艺。Ac3是GS线，Accm是ES线。12正火目的使碳化物分布均匀比退火组织更细为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能13淬火定义将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体，贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。大于临界冷却速度冷却：淬火冷却速度快，不希望发生转变，避开珠光体区，完全奥氏体化。14淬火目的使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，配合以不同温度的回火，大幅度提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性。15退火定义将金属或合金将热到适当温度，保持一段时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。16退火目的改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所达成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能为最终热处理（淬火、回火）做好组织准备17回火定义回火使工件淬冷后加热到AC1以下的某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温的热处理工艺。18回火目的经过回火，钢的组织趋于稳定，淬火钢的脆性降低，韧性与塑性提高，消除或者减少淬火应力，稳定钢的形状及尺寸，防止淬火零件变形和开裂，高温回火还可以改善切削加工性能。19回火3个阶段低温回火：150-250℃，得到回火马氏体组织中温回火：300-500℃，得到回火屈氏体组织高温回火：500-650℃，得到回火索氏体组织20

一、钢在加热时的组织转变

二、钢在冷却时的组织转变

三、钢在回火时的转变3.如何进行热处理?21

一、钢在加热时的组织转变

钢加热的目的?

获得奥氏体!

钢加热的温度?

LJNG

+Fe3C

+Fe3CL+Fe3CL+

+

22（一）奥氏体的形成过程

（二）影响奥氏体形成速度的因素

（三）奥氏体晶粒大小及其影响因素实际加热和冷却时的相变点平衡时——

A1A3Acm加热时——

Ac1Ac3Accm冷却时——Ar1Ar3Arcm23

以共析钢为例

说明奥氏体化中须完成两个过程

①C成分变化：C的扩散

②铁晶格改组：Fe扩散奥氏体化中成分组织结构的变化

F+Fe3C→A(727℃)成分(C%)0.02186.690.77结构

体心立方

复杂正交

面心立方24

（一）（共析钢）奥氏体的形成过程

1、形核（在F/Fe3C相界面上形核）2、晶核长大（F→A晶格重构，Fe3C

溶解，C→A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化25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26（二）影响奥氏体形成速度的因素1、加热温度和保温时间的影响2、原始组织的影响3、化学成分的影响碳合金元素的影响27例：球化退火，要求获得粒状珠光体*奥氏体化的目的获成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒*实际热处理中

须控制奥氏体化程度→要求A中

C不均匀

→控制第三、四阶段28

（一）、奥氏体晶粒度晶粒度定义表示晶粒大小的尺寸叫晶粒度。1.晶粒大小的表示方法

通常将晶粒大小分为8级，1级最粗，8级最细。通常1-4级为粗晶粒度，5-8级为细晶粒度。（三）奥氏体晶粒大小及其影响因素29奥氏体晶粒度概念奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小工业上一般分为8级1-4级粗，5-8级细，8级以上极细计算式为n=2N-1

N：晶粒度级别n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数30标准晶粒度级别图31

2、奥氏体晶粒的大小及其影响因素

钢在加热后形成的奥氏体组织，特别是奥氏体晶粒大小对冷却转变后钢的组织和性能有着重要的影响。一般来说，奥氏体晶粒越小，钢热处理后的强度越高，塑性越好。冲击韧性越高，但是奥氏体化温度过高或在高温下保持时间长，将使钢的奥氏体晶粒长大，显著降低钢的冲击韧性、减小裂纹扩展和提高脆性转变温度。此外，晶粒粗大的钢件，淬火变形和开裂倾向增大。因此，在热处理过程中应当十分注意防止奥氏体晶粒粗化。

2.奥氏体晶粒大小的控制

⑴加热温度与保温时间

加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，因为这与原子扩散密切相关。321250℃1050℃900℃保温时间

t晶粒度33⑵加热速度加热速度越快，过热度越大，奥氏体实际形成温度越高，可获得细小的起始晶粒。—常规加热速度下影响不大

—快速加热，短时保温的超细化工艺如高频加热，激光加热等34⑶钢的化学成分CMn和P是促进奥氏体晶粒长大的元素。合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳定的碳化物和氮化物时，由于分布在晶界上，因而阻碍晶界的迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到本质细晶粒钢。强烈阻碍：Al、V、Ti、Zr、Nb原因：机械阻碍理论

——形成难溶碳、氮化物中等阻碍：Cr、W、Mo促进长大：Mn、P、溶入

A的

C降低铁原子的结合力，促进铁的扩散35(4)原始组织细奥氏体晶粒越细36细化晶粒可以提高金属的强度和硬度给你举个简单的例子：一支筷子很容易折断，十双筷子绑在一起就很难折断，而且绑的越紧越结实，越不容易折断；一堆土是很软的，很容易插入木条，而压实后就很结实，木条就插不进了。这些都说明：内部空隙小了，它们（土粒、筷子）之间的结合力增大了，整体的硬度就大大增强。细化晶粒可以提高金属的强度和硬度，也是这个道理。37加热温度↑，保温时间↑→A晶粒长大快加热速度↑→A晶粒细加入合金元素→A晶粒细原始组织细→A晶粒细奥氏体晶粒大小的控制因素38练习题:1.钢在加热时的临界温度为

,冷却时临界温度为

。A.Ac1、Ac3、AccmB.A1、A3、AcmC.Ar1、Ar3、Arcm2.钢加热时奥氏体的晶核是在

相界面处形成。A.铁素体与渗碳体B.珠光体与马氏体C.贝氏体与马氏体3.影响奥氏体转变的因素有:

、加热速度、钢中的碳含量、合金元素、原始组织。A.晶核数量B.保温时间C.加热温度39影响奥氏体晶粒长大的因素1、加热温度和保温时间：加热温度越高、保温时间越长，形核率I越大，长大速度G越大，奥氏体晶界迁移速度越大，其晶粒越粗大。(温度升高，形核率增加，σ增加，r降低，σ/r增加，G′增大)402、加热速度：加热速度快，奥氏体实际形成温度高，形核率增高，由于时间短奥氏体晶粒来不及长大，可获得细小的起始晶粒度。413、合金元素：⑴C%的影响。C%高，C在奥氏体中的扩散速度以及Fe的自扩散速度均增加，奥氏体晶粒长大