金属学与热处理课件-09-钢的热处理ppt.ppt
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1、第第9章章 钢的热处理原理钢的热处理原理*本章学习本章学习目的目的:1 阐明钢的热处理的基本原理;阐明钢的热处理的基本原理;2 揭示钢在热处理过程中揭示钢在热处理过程中工艺组织性能工艺组织性能的变化规律;的变化规律;本章重点:本章重点:(1)过冷奥氏体)过冷奥氏体冷却转变冷却转变及及回火转变回火转变的各种组织的本质、形态和性能特点;的各种组织的本质、形态和性能特点;(2)C曲线的实质、分析和应用;曲线的实质、分析和应用;(3)马氏体转变,马氏体高强度、高硬度的本质)马氏体转变,马氏体高强度、高硬度的本质一一热处理的定义及作用热处理的定义及作用1热处理的定义:金属或合金在热处理的定义:金属或合金
2、在固态固态下于一定介质中下于一定介质中加热加热到一定温度,到一定温度,保温保温一定时间,以一定速度一定时间,以一定速度冷冷却却下来的一种综合工艺。下来的一种综合工艺。TtT保温保温t保温保温V冷却冷却V加热加热2热处理工艺曲线热处理工艺曲线四个重要参数:四个重要参数:V加热加热、T保温保温、t保温保温、V冷却冷却三个基本过程:加热、保温、冷却三个基本过程:加热、保温、冷却热处理概述热处理概述2 热处理的意义及作用热处理的意义及作用实际意义:实际意义:应用广泛、效果显著应用广泛、效果显著:汽车零件汽车零件80%;工模具、轴承;工模具、轴承100%例:例:45#钢,钢,835加热,不同方式冷却加热
3、,不同方式冷却冷却方式冷却方式随炉冷却随炉冷却空气冷却空气冷却油冷油冷水冷却水冷却硬度硬度HRC1518182440505260组织组织P+FP+F(少)组织细少)组织细M+PM作用:作用:(1)显著提高材料的显著提高材料的使用性能使用性能(2)改善)改善加工性能加工性能(切削、热处理)。(切削、热处理)。二二热处理的条件热处理的条件(1)有固态相变有固态相变(2)加热时溶解度显著变化的合金。加热时溶解度显著变化的合金。+LL+LLL+L+为什么钢能够热处理为什么钢能够热处理?固态相变固态相变有相变重结晶有相变重结晶C溶解度显著变化溶解度显著变化可固溶强化可固溶强化热处理温度区间:热处理温度区
4、间:A1TTNJEF热处理第一步热处理第一步加热奥氏体化加热奥氏体化LL+Fe3C+Fe3CL+Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeT JNHA1Fe3C铁碳相图铁碳相图钢在加热时的转变钢在加热时的转变一一奥氏体形成的机理奥氏体形成的机理1奥氏体(奥氏体(Austenite)组织结构和性能)组织结构和性能定义:定义:C及合金元素固溶于及合金元素固溶于面心立方面心立方结构的结构的-Fe中形成的中形成的固溶体固溶体。C溶于溶于相八面体间隙中,相八面体间隙中,R间隙间隙=0.535A60110102103104105C曲线曲线P:珠光体珠光体B:贝氏体贝氏体M:马氏体马氏体共析钢共析钢TT
5、T曲线的建立曲线的建立2学习要点学习要点不同温度下转变产物不同不同温度下转变产物不同高温转变产物高温转变产物(A1550):珠光体珠光体(P)扩散型扩散型、完全、完全中温转变产物中温转变产物(550MS):贝氏体贝氏体(B)半扩散型半扩散型低温转变产物低温转变产物(MSMf):马氏体马氏体(M)非扩散型、一般不完全非扩散型、一般不完全存在存在孕育期孕育期过冷奥氏体等温分解所需的准备时间过冷奥氏体等温分解所需的准备时间代表代表A过冷过冷稳定性。稳定性。存在鼻点:存在鼻点:孕育期最短孕育期最短,A过冷过冷最不稳定最不稳定;T转变转变,产物硬度,产物硬度;马氏体是过冷奥氏体马氏体是过冷奥氏体连续冷却
6、连续冷却获得的组织,获得的组织,非等温转变产物非等温转变产物;贝氏体通常是过冷奥氏体贝氏体通常是过冷奥氏体等温转变等温转变获得的组织,获得的组织,非连续冷却非连续冷却转变产物。转变产物。亚共析钢、过共析钢亚共析钢、过共析钢C曲线曲线:亚共析钢、过共析钢亚共析钢、过共析钢C曲线曲线:以珠光体转变为例:以珠光体转变为例:亚共析钢珠光体型转变式:亚共析钢珠光体型转变式:AF先共析先共析+P过共析钢珠光体型转变式:过共析钢珠光体型转变式:AFe3C先共析先共析+P多一条先共析相析出线;多一条先共析相析出线;先共析相量随转变温度下降而减少,鼻点温度以下无先共析相析出(先共析相量随转变温度下降而减少,鼻点
7、温度以下无先共析相析出(已经已经属于中温转变属于中温转变)。)。转变温度的降低会抑制先共析相的析出;转变温度的降低会抑制先共析相的析出;当转变温度足够低,先共析相的析出被完全抑制当转变温度足够低,先共析相的析出被完全抑制由由非共析成分非共析成分获获得的共析组织称为得的共析组织称为伪共析体伪共析体二二影响影响C曲线的因素曲线的因素与奥氏体状态有关与奥氏体状态有关1.化学成分化学成分(1)A含碳量含碳量:理论理论:奥氏体中:奥氏体中C%,C曲线右移。曲线右移。F相难析出相难析出,珠光体转变难进行,珠光体转变难进行,实际实际:亚亚共析钢:共析钢:C%,C曲线右移曲线右移;过过共析:共析:C%,左移左
8、移;未溶未溶Fe3C0.9%C0.9C+0.5Mn0.9C+1.2Mn0.9+2.8MnTT0.5C0.5C+2%Cr0.5C+4%Cr0.5C+8%Cr(2)合金元素合金元素除除Co、Al(WAl2.5%)外,其它合)外,其它合金元素随金元素随Me%,C曲线右移曲线右移专指溶入专指溶入A中的中的Me,或者说成,或者说成分均匀化的。分均匀化的。Mn%,C曲线右移曲线右移Cr%,C曲线右移曲线右移TMsCo,AlNi,Si,Cu,MnSiNi,Cu,MnCo,Al外所有合金元素外所有合金元素非碳化物形成元素:只改变非碳化物形成元素:只改变C曲线位置曲线位置Co,Al,Ni,Cu,Si强碳化物形成
9、元素强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb等的影响:等的影响:改变改变C曲线位置和形态曲线位置和形态T中强碳化物形成元素中强碳化物形成元素Cr的影响的影响强碳化物形成元素强碳化物形成元素W,Mo,V,Ti,Nb等的影响等的影响碳化物形成元素改变碳化物形成元素改变C曲线位置和形状曲线位置和形状Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr等等;对对Ms点的影响点的影响:Co、Al使使Ms,其它合金元素使其它合金元素使Ms2奥氏体组织奥氏体组织:愈细,成分及组织愈不均匀,未溶第二相愈多愈细,成分及组织愈不均匀,未溶第二相愈多左移。左移。T、t,晶粒粗大,成分、组织均匀,晶粒粗大,成分、组织均匀,A稳定性稳
10、定性右移。右移。其它:其它:应力和塑性变形应力和塑性变形三三过冷奥氏体过冷奥氏体连续冷却连续冷却转变曲线转变曲线(ContinousCoolingTransformation-CCT)Vc:连续冷却中全部连续冷却中全部A过过M的最小的最小V冷冷临界淬火速度临界淬火速度上临界冷却速度上临界冷却速度VC:连续冷却中全部连续冷却中全部A过过P的最大的最大V冷冷下临界冷却速度下临界冷却速度:P;:M;:P+M共析碳钢共析碳钢TTT与与CCT曲线曲线A1MsMfTCCVcVcMM+PP 共析碳钢共析碳钢CCT曲线曲线 共析碳钢共析碳钢TTT曲线曲线PSPkVc冷却速度冷却速度对转变对转变产物类型产物类型
11、的影响:的影响:可用可用VC、VC判断。判断。当当VVC时,时,A过冷过冷M;当当VVC时,时,A过冷过冷P;当当VCVVK转变式:转变式:A(f.c.c,0.77C%)M(b.c.corb.c.t,0.77C%)只有只有晶格改组,无成分变化晶格改组,无成分变化1.马氏体马氏体晶体结构晶体结构马氏体:马氏体:C在在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。单相单相亚稳亚稳正方度正方度c/a:c/a=1+0.046C%马氏体:马氏体:体心立方体心立方,当当C%1另:体心斜方另:体心斜方,当当C%1.4%时时,c/a1,b/a1bac2.马氏体(马氏体(Martensite)组织特征)组织特征 (
12、1)板条状板条状马氏体马氏体 1)单元体)单元体(单晶体单晶体)板条状板条状特征:特征:0.10.3m 10 m马氏体束马氏体束一些一些位向相同位向相同的板条晶构成的板条晶构成马氏体束马氏体束;原奥氏体晶粒中含原奥氏体晶粒中含35个位向不同的个位向不同的M束束块状马氏体块状马氏体德国冶金学家德国冶金学家阿道夫阿道夫马滕斯马滕斯AdolfMartens(1850-1914)主要存在于主要存在于低碳钢中低碳钢中(C%0.2%)低碳马氏体低碳马氏体形成形成温度温度较高较高高温马氏体高温马氏体亚结构:位错亚结构:位错低碳马氏体的板条状组织低碳马氏体的板条状组织光学显微镜光学显微镜电子显微镜电子显微镜
13、片状马氏体片状马氏体 组织形态及特点:组织形态及特点:1)单元体:片状,)单元体:片状,中间厚、两边薄中间厚、两边薄凸透镜状或针状;凸透镜状或针状;2)组织特征:)组织特征:片与片之间不平行,约呈片与片之间不平行,约呈60夹角;夹角;晶粒大小不等,先大后小,先形成的晶粒大小不等,先大后小,先形成的M片可贯穿片可贯穿A晶粒;晶粒;电子显微镜电子显微镜高碳马氏体的片针状组织高碳马氏体的片针状组织光学显微镜光学显微镜3)亚结构:孪晶)亚结构:孪晶 形成的温度较低形成的温度较低低温马氏体低温马氏体 高碳钢中常出现高碳钢中常出现高碳马氏体高碳马氏体(4)工业用钢工业用钢中淬火马氏体金相形态中淬火马氏体金
14、相形态低碳钢:低碳钢:C1.0%,片状,片状00.40.81.2C,%755025100板板条条马马氏氏体体量量%淬火马氏体金相形态影响因素:淬火马氏体金相形态影响因素:实质取决于实质取决于转变温度转变温度:高于高于200板条状马氏体;板条状马氏体;低于低于200片状马氏体片状马氏体因因C%,Ms及及Mf形态与形态与C%关系关系:低碳低碳板条状;板条状;高碳高碳片状片状奥氏体含碳量对马氏体转变的影响奥氏体含碳量对马氏体转变的影响Ms,A强度低(强度低(210Mpa),),易孪生易孪生(所需应力小)(所需应力小)孪晶孪晶,片状片状。分界温度大约为分界温度大约为200;滑移或孪生所需应力与温度滑移
15、或孪生所需应力与温度及马氏体亚结构的关系及马氏体亚结构的关系应力应力温度温度孪生孪生滑移滑移板条状板条状片状片状200本质:奥氏体变形方式的分界温度本质:奥氏体变形方式的分界温度3.马氏体的性能马氏体的性能(1)硬度和强度硬度和强度总体:总体:高硬度高硬度、高强度高强度注意注意:1)硬度、强度主要取决于硬度、强度主要取决于C%,Me影响小。影响小。C%,马氏体马氏体HRC;2)马氏体硬度与钢硬度的差异马氏体硬度与钢硬度的差异C%,淬火钢淬火钢HRC,0.6%C以上基本趋于定值。以上基本趋于定值。原因:原因:随着随着C%的增大,残余奥氏体的增大,残余奥氏体Ar%的含量也逐渐增大的含量也逐渐增大。
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