第六章钢的热处理原理与工艺PPT讲稿.ppt

第六章钢的热处理原理与工艺第1页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变第三节第三节 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变第四节第四节 珠光体转变珠光体转变第五节第五节 马氏体转变马氏体转变第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变第七节第七节 热处理工艺热处理工艺第八节第八节 钢的表面热处理简介钢的表面热处理简介第2页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述把钢在固态下通过加热、保温和冷把钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织结构，以获得却，改变其内部组织结构，以获得所需性能的工艺过程。所需性能的工艺过程。1、热处理、热处理热处理视频热处理视频2.1、改善材料的工艺性能，为以后工序做准备；、改善材料的工艺性能，为以后工序做准备；2、热处理的主要目的、热处理的主要目的2.2、改善材料的使用性能。、改善材料的使用性能。3、为什么热处理后钢的性能会发生变化？、为什么热处理后钢的性能会发生变化？具有固态相变的金属，经过热处理以后，可具有固态相变的金属，经过热处理以后，可以使钢内部的以使钢内部的相及其组织结构相及其组织结构等发生改变，从而等发生改变，从而可以改变钢的性能。可以改变钢的性能。具有具有固态相变固态相变是实现热处理的必要条件是实现热处理的必要条件！第3页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述金属有哪些相变？金属有哪些相变？如何实现钢的相变：如何实现钢的相变：相变的条件是什么？相变的条件是什么？机理与特征怎样？机理与特征怎样？热处理原理主要解决热处理原理主要解决热处理工艺主要解决热处理工艺主要解决4、热处理工艺过程及其参数、热处理工艺过程及其参数T，t，u。主要通过加热，保温，冷却等：主要通过加热，保温，冷却等：4.1、工艺过程：、工艺过程：4.2、工艺参数、工艺参数OCTtu第4页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺5、金属固态相变的特点、金属固态相变的特点 第一节第一节 概述概述5.1.金属在固态下发生的转变：金属在固态下发生的转变：.晶体结构的变化；晶体结构的变化；.化学成分的变化化学成分的变化.固溶体有序化程度的变化固溶体有序化程度的变化5.2.固态相变基础固态相变基础相同结构和成分，性能均一并以界面相互分开相同结构和成分，性能均一并以界面相互分开的组成部分（固溶体、化合物两种）。的组成部分（固溶体、化合物两种）。.相：相：相的状态发生变化的过程均称为相变。相的状态发生变化的过程均称为相变。例如：液相例如：液相固相；液相固相；液相气相。气相。.相变：相变：固态相变：固态相变：当温度或压力改变时，当温度或压力改变时，一种相一种相另一种相另一种相：旧相（母相）旧相（母相）新相新相第5页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述.固态相变的基本过程（规律）：固态相变的基本过程（规律）：形核过程：形核过程：晶核长大过程：晶核长大过程：.固态相变的驱动力：固态相变的驱动力：新相与母相的自由能差。新相与母相的自由能差。6、固体相变的特点（与液态相变相比）、固体相变的特点（与液态相变相比）、相变驱动力形式相同：、相变驱动力形式相同：6.1、相同点、相同点：、相变过程相同：、相变过程相同：6.2、不同点：、不同点：.相变阻力大；有应变能、扩散速度也慢；相变阻力大；有应变能、扩散速度也慢；.新旧两相界面上的原子排列容易保持一定的匹配；新旧两相界面上的原子排列容易保持一定的匹配；.新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系：新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系：第6页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述6、固体相变的特点（与液态相变相比）、固体相变的特点（与液态相变相比）6.2、不同点：、不同点：6.1、相同点、相同点：.新相习惯于在母相的一定晶面上形成；新相习惯于在母相的一定晶面上形成；.母相晶体缺陷对相变具有促进作用；母相晶体缺陷对相变具有促进作用；.易于出现过渡相。易于出现过渡相。.相变阻力大；有应变能、扩散速度也慢；相变阻力大；有应变能、扩散速度也慢；.新旧两相界面上的原子排列容易保持一定的匹配；新旧两相界面上的原子排列容易保持一定的匹配；.新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系：新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系：第7页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第一节第一节 概述概述7、固体相变的分类：、固体相变的分类：7.1.按热力学分类：按热力学分类：.一级相变：一级相变：.二级相变：二级相变：7.2.按平衡状态分类按平衡状态分类.平衡相变：平衡相变：.非平衡相变：非平衡相变：7.3.按原子迁移分类按原子迁移分类.扩散型相变：扩散型相变：.非扩散型相变：非扩散型相变：7.4.按相变方式分类按相变方式分类.有核相变：有核相变：.无核相变：无核相变：相变分类总结：金属固态相变的三种基本变化相变分类总结：金属固态相变的三种基本变化（1）结构；（）结构；（2）成分；（）成分；（3）有序程度；）有序程度；只有结构的变化：多形性转变，马氏体相变；只有结构的变化：多形性转变，马氏体相变；只有成分的变化：调幅分解；只有成分的变化：调幅分解；既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀；既有结构又有成分上的变化：共析转变，脱溶沉淀；本节结束本节结束第8页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变1、钢在加热前的组织状态、钢在加热前的组织状态2、加、加热热温度范温度范围围为例）.共析共析钢钢A1温度以上（温度以上（PSK线线）.亚亚共析共析钢钢A3温度以上（温度以上（GS线线）.过过共析共析钢钢Acm温度以上（温度以上（SE线线）平衡平衡时时，临临界温度界温度A1、A3、Acm，加加热时热时，临临界温度界温度Ac1、Ac3、Accm，冷却冷却时时，临临界温度界温度Ar1、Ar3、Arcm，第9页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变使金属的显微组织使金属的显微组织AA的过程；的过程；3、钢的、钢的A化过程化过程3.13.1、A A组织组织C -Fe 而成的而成的固溶体，固溶体，最大含碳量最大含碳量2.11%3.23.2、A A（AusteniteAustenite）结构）结构A为为面心立方面心立方结构，结构，C原子（半径原子（半径=7.7 10-2nm）位于）位于A晶胞八面体晶胞八面体（间隙半径（间隙半径=5.2 10-2nm）的中心，）的中心，即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。即面心立方晶胞的中心或棱边的中点。其晶粒一般呈其晶粒一般呈等轴状多边形等轴状多边形，晶内，晶内常可出现相变孪晶。常可出现相变孪晶。第10页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3、钢的、钢的A化过程化过程3.33.3、A A（AusteniteAustenite）的性能）的性能 .碳钢中碳钢中A是高温稳定相，在室温下不稳定，通过加合金元素可是高温稳定相，在室温下不稳定，通过加合金元素可以得到室温稳定的以得到室温稳定的A组织，如组织，如1Cr18Ni9Ti。.A的比容最小，线膨胀系数最大，且为顺磁性（无磁性）。的比容最小，线膨胀系数最大，且为顺磁性（无磁性）。利用这一特性可以定量分析利用这一特性可以定量分析A含量，测定相变开始点，制作要求含量，测定相变开始点，制作要求热膨胀灵敏的仪表元件。热膨胀灵敏的仪表元件。.A中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此中铁原子的自扩散激活能大，扩散系数小，因此A钢的热钢的热强性好，可作为高温用钢。强性好，可作为高温用钢。.A的导热系数较小，仅比渗碳体大。为避免工件的变形，不宜的导热系数较小，仅比渗碳体大。为避免工件的变形，不宜采用过大的加热速度。采用过大的加热速度。A塑性很好，塑性很好，S 较低，易于塑性变形。故工件的加工常常较低，易于塑性变形。故工件的加工常常加热到加热到A单相区进行。单相区进行。第11页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第二节第二节 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3、钢的、钢的A化过程化过程3.43.4、A A（AusteniteAustenite）形成的热力学条件）形成的热力学条件自由能自由能温度温度OCGGPTTT0T1A1=727OC相变必须在一定的过热度相变必须在一定的过热度 T T下，下，使得单位体自由能使得单位体自由能 G GV V00，才，才能得到能得到 G0G 1.01.0时，时，M M呈片状（竹叶状）呈片状（竹叶状）2.1.2.1.板条板条M M：当当C C 0.250.25时，时，M M呈板条状。呈板条状。2.2.2.2.片状片状M M：第34页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第五节第五节 马氏体转变马氏体转变目前，该问题尚未完全清楚，经研究认为主要影响因素是：目前，该问题尚未完全清楚，经研究认为主要影响因素是：2.M2.M的组织形态及其亚结构的组织形态及其亚结构2.1.2.1.板条板条M M：2.2.2.2.片状片状M M：2.3.2.3.影响影响M M形态及其亚结构的因素形态及其亚结构的因素：母相母相A的化学成分和的化学成分和M的形成温度的形成温度!含碳量含碳量M显微形态显微形态性能性能低碳低碳M0.25%板条状板条状强度高，塑性好强度高，塑性好中碳中碳M0.25%C%1%片状（竹叶状）片状（竹叶状）硬度高，塑性差硬度高，塑性差第35页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第五节第五节 马氏体转变马氏体转变3.M3.M转变的特点：转变的特点：3.1.M3.1.M转变的无扩散性及不完整性：转变的无扩散性及不完整性：3.2.3.2.具有一定的位向关系和惯习面具有一定的位向关系和惯习面3.3.3.3.表面浮凸现象表面浮凸现象3.4.3.4.转变在一个温度范围内完成转变在一个温度范围内完成3.5.3.5.高速长大。高速长大。无原子扩散，有残余无原子扩散，有残余A存在。存在。M在母相的一定晶面上形成，并与母相保持一定的位相关系。在母相的一定晶面上形成，并与母相保持一定的位相关系。A转变为转变为M后，在其磨光表面上出现倾动，形成表面浮凸。后，在其磨光表面上出现倾动，形成表面浮凸。碳钢和低合金钢中碳钢和低合金钢中M转变一般总是在转变一般总是在MsMf温度范围内连续冷却才能温度范围内连续冷却才能完成。冷却中断，转变立即停止，完成。冷却中断，转变立即停止，M转变量随转变温度降低而增加。转变量随转变温度降低而增加。M以切变方式形成并瞬间长大，无孕育期：以切变方式形成并瞬间长大，无孕育期：第36页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第五节第五节 马氏体转变马氏体转变4.M4.M的性能：的性能：4.1.M4.1.M的力学性能：的力学性能：M M的性能取决于的性能取决于C C及组织形态和亚结构：及组织形态和亚结构：C CMM的强度与硬度的强度与硬度.M.M的强度与硬度：的强度与硬度：M M强化的主要原因：强化的主要原因：A A、相变强化；、相变强化；B B、固溶强化；、固溶强化；C C、时效强化。、时效强化。M M的硬度主要取决于它的的硬度主要取决于它的C C，C%C%（M M）=C%=C%（A A）；）；M M的塑性与韧性主要取决于它的亚结构。的塑性与韧性主要取决于它的亚结构。.M的塑性和韧性：的塑性和韧性：C CMM的塑性与韧性的塑性与韧性M的塑性和韧性与的塑性和韧性与M的亚结构有密切关系，片状的亚结构有密切关系，片状M的亚结构的亚结构主要是孪晶，滑移困难，且易形成显微裂纹，故其硬度虽主要是孪晶，滑移困难，且易形成显微裂纹，故其硬度虽高但塑性和韧性严重下降；板条状高但塑性和韧性严重下降；板条状M的亚结构是高密度位错，的亚结构是高密度位错，且无显微裂纹，故其具有良好的强韧性。且无显微裂纹，故其具有良好的强韧性。第37页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第五节第五节 马氏体转变马氏体转变4.M4.M的性能：的性能：4.1.M4.1.M的力学性能：的力学性能：.磁性：磁性：4.2.M的其它性能：的其它性能：M M的电阻率远大于的电阻率远大于P P，与，与A A相近，且相近，且C C越高，电阻率越大。越高，电阻率越大。在钢的各种组织中，比容在钢的各种组织中，比容A A 比容比容P P uuk k理想的冷却速度为理想的冷却速度为u u2 26.6.工业中获得工业中获得M M的方法的方法钢的淬火：钢的淬火：第五节第五节 马氏体转变马氏体转变6.3.6.3.淬火冷却介质：淬火冷却介质：uku1u2转变开始线转变终了线MsAr1常用淬火冷却介质有：常用淬火冷却介质有：中温区冷却能力弱，中温区冷却能力弱，低温区冷却能力强，低温区冷却能力强，常用于碳钢。常用于碳钢。冷却能力弱，常用于合金钢或尺寸较小的碳钢工件。冷却能力弱，常用于合金钢或尺寸较小的碳钢工件。冷却能力最强。冷却能力最强。兼有油与水的优点。兼有油与水的优点。.水水.油油.碱浴碱浴.硝盐浴硝盐浴本节结束本节结束第41页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变B是过冷是过冷A在中温区域分解的产物，是在中温区域分解的产物，是F与与Fe3C组成的两相非层状组织。组成的两相非层状组织。1.1.贝氏体（贝氏体（B B）：）：2.B2.B转变的基本特征：转变的基本特征：2.1.B2.1.B转变需要一定的孕育期；转变需要一定的孕育期；2.2.B2.2.B转变是一种形核与晶核长大的过程；转变是一种形核与晶核长大的过程；2.3.B2.3.B转变有一上限温度转变有一上限温度BsBs和下限温度和下限温度B Bf f；2.4.B2.4.B转变有表面浮凸现象；转变有表面浮凸现象；2.5.B2.5.B组织的相组成主要是组织的相组成主要是铁素体和铁素体和碳化物；碳化物；2.6.B2.6.B转变是转变是（F）的共格切变型相变和碳原子的的共格切变型相变和碳原子的 扩散型相变，碳原子的扩散速度控制着扩散型相变，碳原子的扩散速度控制着B的转变速度。的转变速度。2.7.B2.7.B转变不彻底，总有一部分未转变的转变不彻底，总有一部分未转变的A A，继续冷却，继续冷却 AM AM，形成，形成B+M+AB+M+AR R组织；组织；第42页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变P转变转变B转变转变M转变转变转变温度范围转变温度范围Ar1 550550 Ms 350，-Fe(C)+Fe3C-Fe(C)350，-Fe(C)+FexC合金元素合金元素扩散扩散不扩散不扩散不扩散不扩散珠光体、马氏体、贝氏体转变特点的比较珠光体、马氏体、贝氏体转变特点的比较第43页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变3.3.钢中钢中B B的组织形态：的组织形态：钢中钢中B的组织形态是多种多样的，但主要有的组织形态是多种多样的，但主要有B上上和和B下下两种；两种；3.1.B上：上：在在B相变的较高温度区域形成，相变的较高温度区域形成，对于中、高碳钢对于中、高碳钢,大约在大约在350550 区间。区间。其形态在光镜下为其形态在光镜下为羽毛状羽毛状。组织为一束平。组织为一束平行的自行的自A晶界长入晶内的晶界长入晶内的-F板条，板条，-F 板板条与条与M板条相近，但在板条相近，但在F板条之间分布有不连板条之间分布有不连续碳化物。续碳化物。-F板条内亚结构为位错。板条内亚结构为位错。随温度降低，随温度降低，B上上铁素体条变薄，渗碳体细铁素体条变薄，渗碳体细化且弥散度增加。化且弥散度增加。第44页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变3.3.钢中钢中B B的组织形态：的组织形态：3.2.B下：下：在在B相变的低温转变区形成，大约在相变的低温转变区形成，大约在350以下以下形核部位在形核部位在A晶界或晶内。各个晶界或晶内。各个B之间之间都有一定的交角，立体形貌呈透镜片状。都有一定的交角，立体形貌呈透镜片状。针状或片状针状或片状F内分布呈一定角度排列的内分布呈一定角度排列的-碳化物。碳化物。亚结构为缠结位错，密度高于亚结构为缠结位错，密度高于B上上，无孪晶：，无孪晶：碳的重新分配（相变前）碳的重新分配（相变前）贫碳区贫碳区富碳区富碳区M相变相变低碳低碳M快速回火快速回火过饱和铁素体过饱和铁素体渗碳体渗碳体B先析出渗碳体先析出渗碳体*B相变相变=M相变相变+碳原子扩散碳原子扩散第45页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变4.B4.B的形成过程：的形成过程：B转变的实质是铁原子以切变方式由转变的实质是铁原子以切变方式由A转变为转变为F，碳原，碳原子发生扩散并以碳化物形式沉淀的过程。子发生扩散并以碳化物形式沉淀的过程。*B相变相变=M相变相变+碳原子扩散：碳原子扩散：4.1.B上上的形成过程的形成过程过冷过冷A处于处于B上上形成温度范围时，形成温度范围时，B上上中领先相为中领先相为F多半在多半在A晶界晶界上成核然后由晶界向晶内沿某些惯习面成排地长大。由于上成核然后由晶界向晶内沿某些惯习面成排地长大。由于B上上的形成温度较高，碳的扩散速度较大。条状的形成温度较高，碳的扩散速度较大。条状F生长前沿的碳生长前沿的碳原子同时向两侧扩散，原子同时向两侧扩散，F内的碳原子也向相界面扩散，使碳内的碳原子也向相界面扩散，使碳在晶界富集。因而在晶界富集。因而F条间的碳浓度会很高，进而能以渗碳体条间的碳浓度会很高，进而能以渗碳体形式沉淀析出，从而构成由形式沉淀析出，从而构成由F和渗碳体组成的典型的和渗碳体组成的典型的B上上组组织。织。共析钢：共析钢：350 550 第46页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变4.B4.B的形成过程：的形成过程：4.2.B下下的形成过程的形成过程当当A过冷到过冷到B下下转变温度范围时，其领先相转变温度范围时，其领先相F多半在多半在A晶粒内部晶粒内部的贫碳区以及晶界处的某些惯习面上成核，然后按切变共格的贫碳区以及晶界处的某些惯习面上成核，然后按切变共格方式长大成针方式长大成针(片片)状，且多向分布。由于形成温度较低碳状，且多向分布。由于形成温度较低碳原子在原子在A中的扩散相当困难只可在针状中的扩散相当困难只可在针状F内部进行短程扩散。内部进行短程扩散。并在并在F内一定的晶面上偏聚，进而沉淀折出细小的粒状或片状内一定的晶面上偏聚，进而沉淀折出细小的粒状或片状碳化物，形成典型的碳化物，形成典型的B下下组织。组织。共析钢：共析钢：350 Ms（230）第47页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变5.B5.B的机械性能：的机械性能：B B的力学性能主要取决于组织形态及其亚结构；的力学性能主要取决于组织形态及其亚结构；影响组织形态和亚结构的因素，主要是影响组织形态和亚结构的因素，主要是B B的形成温的形成温度和化学成分。度和化学成分。5.1.B5.1.B的强度与硬度的强度与硬度B B的强度和硬度随形成温度的降低而提高的强度和硬度随形成温度的降低而提高T T B B（F F）越细，强度越高：）越细，强度越高：B B（F F）的晶粒大小主要取决于）的晶粒大小主要取决于A A晶粒大小和形成晶粒大小和形成T T。形成形成T T越低，越低，F F的厚度越薄；的厚度越薄；形成形成T T越低，位错密度增大，强度和韧性增高；越低，位错密度增大，强度和韧性增高；形成形成T T越低，亚结构尺寸越小强度和韧性也提高。越低，亚结构尺寸越小强度和韧性也提高。形成形成T T越低，碳化物颗粒较小、数量较多，故越低，碳化物颗粒较小、数量较多，故B B下下好于好于B B上上。第48页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变5.B5.B的机械性能：的机械性能：5.2.B5.2.B的塑性：的塑性：B B的塑性和韧性同样受组织因素所拧制，当然也与形成温度密的塑性和韧性同样受组织因素所拧制，当然也与形成温度密切相关。形成温度低的切相关。形成温度低的B B下下塑性和韧性均高于形成温度高的塑性和韧性均高于形成温度高的B B上上。.B.B的形成的形成T T，形成，形成T T低则低则B B的塑性和韧性就高：的塑性和韧性就高：.B.B的含碳量，当的含碳量，当B B的形成的形成T T相同时，若相同时，若B B的含碳量低，的含碳量低，则其塑性和韧性就高；则其塑性和韧性就高；第49页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变5.B5.B的机械性能：的机械性能：5.3.B5.3.B的冲击韧性：的冲击韧性：第50页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变B B上上的韧性大大低于的韧性大大低于B B下下的原因的原因:.B.B上上由由彼彼此此平平行行的的F板板条条构构成成，好好似似一一个个晶晶粒粒；而而B下下的的F片片彼彼此位向差很大，即此位向差很大，即B上上的的有效晶粒直径有效晶粒直径大于大于B下下。5.B5.B的机械性能：的机械性能：5.3.B5.3.B的冲击韧性：的冲击韧性：.B.B上上碳碳化化物物分分布布在在F板板条条间间，而而且且碳碳化化物物颗颗粒粒粗粗大大，容容易易形形成成大于临界尺寸的裂纹。大于临界尺寸的裂纹。.B.B下下组组织织中中，较较小小的的碳碳化化物物颗颗粒粒不不易易形形成成裂裂纹纹，即即使使形形成成裂裂纹纹也也难难以以达达到到临临界界尺尺寸寸，并并且且其其扩扩展展也也受受到到大大量量弥弥散散碳碳化化物物颗颗粒粒和和位位错的阻止。错的阻止。第51页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变5.B5.B的机械性能：的机械性能：力学性能总结力学性能总结一般：下贝氏体的强度较高，韧性也较好；一般：下贝氏体的强度较高，韧性也较好；上贝氏体的强度较低，韧性也较差：上贝氏体的强度较低，韧性也较差：变化趋势：随着变化趋势：随着B B形成温度的降低；形成温度的降低；强度和硬度提高，塑性和韧性也提高：强度和硬度提高，塑性和韧性也提高：下贝氏体具有优良的综合力学性能下贝氏体具有优良的综合力学性能第52页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺B+M B+M 混合组织的应用：混合组织的应用：第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变第53页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变例例1：Cr12钢是一种应用广泛的冷作磨具钢。这种钢具有较好的淬钢是一种应用广泛的冷作磨具钢。这种钢具有较好的淬透性、微变形性、高热稳定性及良好的耐磨性。广泛用于制造负透性、微变形性、高热稳定性及良好的耐磨性。广泛用于制造负荷大、耐磨性要求高、热处理变形量要求小、形状复杂的模具。荷大、耐磨性要求高、热处理变形量要求小、形状复杂的模具。但因其含有较多的残余碳化物，常规淬火、回火后往往韧性不足，但因其含有较多的残余碳化物，常规淬火、回火后往往韧性不足，使得制作的模具经常出现崩刃、碎裂、折损等现象，造成早期失使得制作的模具经常出现崩刃、碎裂、折损等现象，造成早期失效。效。采用等温淬火后，获得下采用等温淬火后，获得下B+M混合组混合组织。与常规淬火、回火处理相比，除织。与常规淬火、回火处理相比，除硬度有所降低外，抗弯曲强度提高硬度有所降低外，抗弯曲强度提高40%、挠度提高、挠度提高37%、冲击韧性提高、冲击韧性提高170%、耐磨性提高、耐磨性提高38%。TOCA r1M st第54页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变例例2：低碳贝氏体钢作为近几十年来发展起来的：低碳贝氏体钢作为近几十年来发展起来的新钢种，被誉为环保型绿色钢种，已广泛应用于新钢种，被誉为环保型绿色钢种，已广泛应用于工程机械、压力容器、桥梁、船舰、集装箱等诸工程机械、压力容器、桥梁、船舰、集装箱等诸多领域。它成分上采用低碳，复合加入合金元素多领域。它成分上采用低碳，复合加入合金元素（Si、Mn等），因此，钢的强度除了依靠碳含等），因此，钢的强度除了依靠碳含量以外，还通过位错强化和微合金强化来完成，量以外，还通过位错强化和微合金强化来完成，获得高密度位错亚结构的均匀细小的贝氏体组织，获得高密度位错亚结构的均匀细小的贝氏体组织，具有高强度、超韧性和良好的焊接性能。具有高强度、超韧性和良好的焊接性能。第55页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第六节第六节 贝氏体转变贝氏体转变对于具有回火脆性的钢，等温淬火与淬火回火处理获得的马对于具有回火脆性的钢，等温淬火与淬火回火处理获得的马氏体相比：氏体相比：.如在回火脆性温度范围内回火，当硬度或强度相同如在回火脆性温度范围内回火，当硬度或强度相同时，时，贝氏体组织的冲击韧性高于回火马氏体贝氏体组织的冲击韧性高于回火马氏体；.当等温淬火温度较低时，获得当等温淬火温度较低时，获得下贝氏体下贝氏体组织时，可保持组织时，可保持较高的冲击韧性，优于淬火回火处理；较高的冲击韧性，优于淬火回火处理；.当等温淬火温度较高时，获得当等温淬火温度较高时，获得上贝氏体上贝氏体组织时，不仅强组织时，不仅强度降低而且冲击韧性也下降，甚至低于淬火回火处理。度降低而且冲击韧性也下降，甚至低于淬火回火处理。所以等温淬火处理只有获得下贝氏体加残余奥氏体组织时，所以等温淬火处理只有获得下贝氏体加残余奥氏体组织时，钢件才能具有较高的冲击韧性和较低的脆性转折温度。钢件才能具有较高的冲击韧性和较低的脆性转折温度。本节结束本节结束第56页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺一一.热处理热处理把钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部把钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织结构，以获得所需性能的工艺过程。组织结构，以获得所需性能的工艺过程。二二.热处理方法：热处理方法：1.普通热处理2.表面热处理3.特殊热处理.退火；退火；.正火；正火；.淬火；淬火；.回火回火.表面淬火表面淬火.化学热处理化学热处理.火焰加热；火焰加热；.感应加热感应加热渗碳；渗氮；渗碳；渗氮；碳氮共渗；其他：碳氮共渗；其他：.形变；形变；.真空；真空；.其他：其他：第57页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：1.退火：退火：2.退火的目的：退火的目的：将钢加热至临界点将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温后随炉缓慢以上或以下温度，保温后随炉缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。（3）降低硬度，提高塑性和韧性，改善切）降低硬度，提高塑性和韧性，改善切 削加工性能。削加工性能。（1）消除组织缺陷）消除组织缺陷；（2）均匀化学成分及组织，细化晶粒，提高钢）均匀化学成分及组织，细化晶粒，提高钢 的力学性能，减少残余应力；的力学性能，减少残余应力；总之，退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内总之，退火既为了消除和改善前道工序遗留的组织缺陷和内应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，应力，又为后续工序作好准备，故退火是属于半成品热处理，又称预先热处理，为淬火做好组织准备。又称预先热处理，为淬火做好组织准备。第58页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.1.完全退火：完全退火：将钢件加热到将钢件加热到Ac3以上以上30 50,经完全奥氏经完全奥氏体化后进行缓慢冷却体化后进行缓慢冷却,以获得近于平衡组织的以获得近于平衡组织的热处理工艺。热处理工艺。主要应用于亚共析钢。目的主要应用于亚共析钢。目的：细化晶粒，：细化晶粒，均匀组织，消除内应力，降低硬度和改善均匀组织，消除内应力，降低硬度和改善钢的切削加工性。钢的切削加工性。不宜采用完全退火：不宜采用完全退火：低碳钢低碳钢：完全退火后：完全退火后硬度偏低硬度偏低，不利于切削加工；，不利于切削加工；过共析钢：过共析钢：加热到加热到Accm以上以上A状态缓慢冷却退火时，有状态缓慢冷却退火时，有网状网状Fe3C析析出，使钢的强度，塑性和冲击韧性显著降低。出，使钢的强度，塑性和冲击韧性显著降低。第59页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.2.不完全退火：不完全退火：将钢件加热到将钢件加热到Ac1Ac3（亚共析钢）（亚共析钢）或或Ac1 Accm（过共析钢）之间，经保（过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处温后缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。理工艺。目的：目的：消除内应力，降低硬度。消除内应力，降低硬度。亚共析钢亚共析钢：如如F已均匀细小，已均匀细小，P片间距较小，硬度偏高，内应力片间距较小，硬度偏高，内应力 较大，可以通过不完全退火来降低硬度和消除内应力。较大，可以通过不完全退火来降低硬度和消除内应力。过共析钢：过共析钢：主要获得主要获得球状球状P组织组织，以消除内应力，降低硬度，改，以消除内应力，降低硬度，改 善切削加工性能。善切削加工性能。第60页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.3.等温退火：等温退火：由于完全退火所需时间较长，为了提高由于完全退火所需时间较长，为了提高生产率，常常将钢较快冷却到稍低于生产率，常常将钢较快冷却到稍低于Ar1温度（约温度（约 600）等温，使）等温，使A转变为转变为P，再空冷到室温，可大大缩短退火时间，再空冷到室温，可大大缩短退火时间，这种退火叫等温退火。这种退火叫等温退火。A r1TOCt炉冷炉冷A r1TOCt空冷空冷第61页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.4.球化退火：球化退火：使钢中碳化物球化，获得粒状使钢中碳化物球化，获得粒状P的的一种热处理工艺。一种热处理工艺。目的：目的：降低硬度，均匀组织，降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能改善切削加工性能主要用于过共析钢和合金工具钢。主要用于过共析钢和合金工具钢。使未溶碳化物颗粒和局部高碳区形成碳化物核心并局部聚集球化，使未溶碳化物颗粒和局部高碳区形成碳化物核心并局部聚集球化，得到粒状得到粒状P组织；组织；（1）温度一般在）温度一般在Ac1以上以上20-30 的温度范围内进行；的温度范围内进行；（2）保温时间不能太长，）保温时间不能太长，2-4h为宜；为宜；（3）冷却方式采用炉冷；）冷却方式采用炉冷；第62页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.4.球化退火应用举例：球化退火应用举例：碳素工具钢：碳素工具钢：（1）加热到）加热到Ac1以上以上20-30保温后以极慢速度冷却，以保温后以极慢速度冷却，以保证碳化物充分球化，冷至保证碳化物充分球化，冷至600出炉冷却。出炉冷却。温度时间Ac1Ar1740750炉冷炉冷600 空冷一次加热球化退火工艺一次加热球化退火工艺第63页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.4.球化退火应用举例：球化退火应用举例：碳素工具钢：碳素工具钢：（2）加热到）加热到Ac1以上以上20 30保温保温4h后后,在快速冷却到在快速冷却到Ar1以下以下20OC左右等温左右等温3 6h，使碳化物充分球化，以保，使碳化物充分球化，以保证碳化物充分球化，冷至证碳化物充分球化，冷至600出炉冷却。出炉冷却。温度时间Ac1Ar1740750炉冷炉冷690 710 空冷等温球化退火工艺等温球化退火工艺600 第64页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺（3）为了加速球化过程，提高球化质量，可采用往复球化退火）为了加速球化过程，提高球化质量，可采用往复球化退火工艺。加热到略高于工艺。加热到略高于Ac1点的温度保温后，又冷却到略低于点的温度保温后，又冷却到略低于Ar1温度保温，并反复加热和冷却多次，最后空冷至室温。温度保温，并反复加热和冷却多次，最后空冷至室温。三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.4.球化退火应用举例：球化退火应用举例：碳素工具钢：碳素工具钢：温度时间Ac1Ar1740750600 空冷往复球化退火工艺往复球化退火工艺680690炉炉冷冷炉炉冷冷炉炉冷冷740750740750680690第65页，共97页，编辑于2022年，星期三第第七七章章钢钢的的热热处处理理原原理理与与工工艺艺第七节第七节 热处理工艺热处理工艺三三.钢的退火：钢的退火：3.退火方法分类：退火方法分类：3.5.扩散退火：扩散退火：将钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线将钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。除化学成分不均匀现象的热处理工艺。目的：目的：消除枝晶偏析及区域偏析，消除枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。使成分和组织均匀化。加热温度：加热温度：Ac3或或Accm以上以上150300，具体根据钢种而定。具体根据钢种而定。只是针对一些偏析程度大的铸件进行，其他的采用完全退火即可。只是针对一些偏析程度大的铸件