(5)--4.1-4.2钢铁材料热处理原理.ppt

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1、钢强韧化的两条重要途径：l通过改变加工工艺（如对于钢实施热处理，控轧控冷等）；l改变材料的化学成分，即合金化、微合金化。本章教学的重点和关键：钢的热处理原理和工艺。导 学单 元学习中，首先紧紧抓住铁碳相图和C（CCT）曲线这个纲，彻底搞清、搞透其含义；其次要使各种热处理工艺同C（CCT）曲线应用、合金化原理结合起来，密切结合教材题、课堂讨论等多种形式，消化所学内容；学习中遇到问题，要善于思考，努力培养自己独立思考、分析与解决问题的能力。方 法学 习4.1工程材料的强韧化本章学习内容本章学习内容4.24.34.44.5钢的热处理原理钢的热处理工艺钢的表面热处理 钢的合金化原理4.2 4.2 钢的

2、热处理原理钢的热处理原理Heat treatment principles of steelsHeat treatment principles of steels定义定义:以适当的方式对金属材料或工件加热、保温、以适当的方式对金属材料或工件加热、保温、冷却，获得预期的组织结构与性能的工艺方法。冷却，获得预期的组织结构与性能的工艺方法。加热保温冷却铁碳合金相图C(CCT)曲线机床零件60-70%热处理热处理汽车工业70-80%量/刃/模具100%轴承100%热处理方法热处理方法化学热处理退火、正火、淬火、回火表面热处理表面淬火整体热处理渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗等。1.加热转变的理论依据Fe-

3、Fe3C相图奥氏体化奥氏体化 A1-PSK A3-GS Acm-ESAccmAc3Ac1AcmA3A1ArcmAr3Ar1WC/%温度/GSEPAF+PP+Fe3CPA+FA+Fe3C一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变Transformation of steel in heating processes预习检查预习检查2.奥氏体化过程包括奥氏体的形核、长大，残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化。图图4 4-1 -1 共析钢中奥氏体的形成过程共析钢中奥氏体的形成过程共析钢加热Ac1以上，-Fe-Fe1）在F和Fe3C晶界处，A A晶核形成、长大；晶核形成、长大；2）FA后，保温，

4、残余保温，残余FeFe3 3C C溶解；溶解；3）进一步保温，C C原子扩散，原子扩散，A A成分均匀化。成分均匀化。过共析钢 Ac1Accm之间为A+Fe3C温度高于Accm时，Fe3C才完全溶解。AccmAc3Ac1WC/%温度/GSEPAF+PP+Fe3CPA+FA+Fe3C亚共析钢：Ac1开始转变为A，直到Ac3以上先析F才完全消失。随堂测试随堂测试热处理简介与奥氏体化热处理简介与奥氏体化钢的热处理三个阶段中，（）是最为关键的一个阶段。加热保温冷却ABC提交单选题2分钢的热处理是钢的一种重要的强韧化方法。这种说法（）。正确错误AB提交单选题2分根据铁碳合金相图，不同成分的钢的奥氏体化温

5、度是相同的。这种说法（）。正确错误AB提交单选题2分3.奥氏体晶粒度及其影响因素（1）奥氏体的晶粒度指将钢加热到相变点以上某一温度，并保温一定时间后所得到的奥氏体晶粒大小。预习检查：预习检查：奥氏体晶粒度有哪几种？奥氏体晶粒度有哪几种？起始晶粒度起始晶粒度奥氏体转变刚完成时的奥氏体晶粒大小，奥氏体转变刚完成时的奥氏体晶粒大小，比较细小。比较细小。继续加热或保温，晶粒就会长大。实际晶粒度实际晶粒度实际热处理时，实际热处理时，某一具体加热条件某一具体加热条件下下所得到的奥氏体实际晶粒大小，比起始晶粒度要大。所得到的奥氏体实际晶粒大小，比起始晶粒度要大。本质晶粒度本质晶粒度在在规定规定的加热条件下（

6、的加热条件下（93093010 10 ，保温，保温3 38h8h），奥氏体的晶粒度。），奥氏体的晶粒度。反映奥氏体晶粒长大的倾向性，而不是实际奥氏体晶反映奥氏体晶粒长大的倾向性，而不是实际奥氏体晶粒大小的度量粒大小的度量。（2）晶粒度影响因素 合理选择加热温度和保温时间 温度，保温时间，晶粒粗大。加热速度 V，可获得细化的晶粒 碳及合金元素的影响 Cr、W、Mo、V等的碳化物阻碍晶粒长大。二、奥氏体在冷却时的组织转变奥氏体的冷却转变，直接影响钢热处理后的组织和性能。常见的冷却方式有两种：等温冷却和连续冷却。连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却加热加热保温保温时间时间温度温度/临界点温度临界点温度图

7、图4 4-4 -4 不同冷却方式不同冷却方式冷却冷却1.过冷奥氏体的等温冷却转变曲线Isothermal cooling transformation diagram过冷奥氏体:A1温度以下不稳定的奥氏体。（1）C曲线的建立共析钢，若干小试样，加热奥氏体化，保温后在不同温度等温冷却，分别测出过冷奥氏体转变的开始、终止时间和产物转变量。（2）C曲线的分析A1临界温度左转变开始线右转变终了线MS（Mf）马氏体转变开始（终了）线孕育期奥氏体MSAM-P-S-T转变开始点转变开始点转变终止点转变终止点A1时间时间 lg温度温度/9008007006005004003002001000图图4-5 曲线的

8、测定与绘制曲线的测定与绘制Fig.4.5 Determination and renderingof the curve各区域组织：过冷A区未转变区；转变产物区；转变过渡区。孕育期：550孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。（3）影响C曲线的因素碳含量：亚共析钢WC%，C曲线向右移。过共析钢WC%，C曲线向左移。且亚(过)共析钢左上角多出先共析相F（Fe3C）的析出线。随A中碳含量的增加，M转变温度（MS、Mf）下降，见图4-7。合金元素：合金元素：除Co外，所有溶入A的Me均使C曲线右移。除Co、Al外，所有溶入A的Me均使（MS、Mf）下降。碳化物形成元素（Cr、W、Mo、V、Ti等），使C曲

9、线形状发生变化，见图4-8。奥氏体化条件：奥氏体化条件：A化温度或保温时间，A成分均匀，晶粒粗大，未溶碳化物愈少，过冷A稳定性增加，C曲线右移。2.过冷A转变产物的组织与性能 （三种转变类型）（1）珠光体型转变（A1550扩散型相变）片状珠光体：F 与Fe3C片层相间的机械混合物。球状珠光体：F基体上分布着球状或粒状Fe3C组织。片状珠光体组织类别、形成温度及特性等温温度范围/组织名称形态特征层片间距/um硬度/HBSA1650P粗片层状0.4170-250650600S细片层状0.4-0.2250-300600550T极细片层0.2300-450a.珠光体（P）b.索氏体（S）c.托氏体（T

10、）珠光体转变属于（）相变。扩散型半扩散型无扩散型ABC提交单选题2分珠光体转变发生在C曲线的（）部分。上半下半AB提交单选题2分贝氏体：含有一定过饱和碳的F和碳化物组成的两相机械混合物。过冷度比M转变小，半扩散型转变，C原子扩散，Fe不扩散。（2）B转变（550MS)贝氏体与珠光体组织有何不同？思考题：？上贝氏体B上（550350）大致平行的轻微饱和的F板条和条间断续分布短棒状的Fe3C。显微镜下呈羽毛状。硬度4045HRC，强度较低，脆性较大，无实用价值。Fe3CF双凸透镜状过饱和度较大的F针片内，分布着5560平行排列、高度弥散的碳化物。显微镜下呈黑色针状。强度、硬度较高，塑性、韧性较好，

11、优良的力学性能。5560FFe3C奥氏体晶界下贝氏体B下（350MS）下贝氏体显微组织 Microstructure of lower bainite两种不同形态的贝氏体中，具有优异的综合力学性能的是（）。上贝氏体下贝氏体AB提交单选题2分碳在-Fe中的过饱和的固溶体M。马氏体转变的特点 非扩散型相变冷速很快，过冷度t很大，Fe、C原子都来不及扩散，由-Fe-Fe实现晶格变化，A中C原子全部保留在-Fe中。晶体结构特点碳的过饱和固溶造成晶格畸变，形成体心正方晶格，a=bc，=90（3）马氏体（M）转变变温形成变温形成温度下降，温度下降，MM量不断增加，冷却中断，转变中止。量不断增加，冷却中断，

12、转变中止。固定的固定的MMS S(M(Mf f)点点MMS S(M(Mf f)与冷却速度无关，只与碳含量有关。与冷却速度无关，只与碳含量有关。WWC C越越高，高，MMS S(M(Mf f)越低。合金元素的溶入，越低。合金元素的溶入，MMS S(M(Mf f)会使点会使点下降。下降。MM转变的不完全性转变的不完全性 冷至冷至MMf f，部分过冷部分过冷A A残留残留，用用ArAr表示。表示。Ar,HRC,Ar,HRC,耐磨性耐磨性,易变形，精度低。易变形，精度低。M的组织形态a.板条状M（位错M或低碳M）WC0.2%，A转变成为板条束，其亚结构为高密度位错。b.针片状M（孪晶M或高碳M）WC1

13、.0%，A转变成双凸透镜状（或针叶状）M针，其亚结构含有大量孪晶。M的性能高硬度、高强度。低碳M，较高的强度，良好的、ak；高碳M，高硬度，但韧性很差。高碳马氏体具有（）结构。板条状针片状AB提交单选题2分课堂总结010203总 结两种冷却方式三种转变类型 两个重要工具珠光体转变既可以在等温冷却时发生，也可以在连续冷却时发生。正确错误AB提交单选题2分贝氏体转变只有在等温冷却时才能发生。贝氏体转变只有在等温冷却时才能发生。正确错误AB提交单选题2分马氏体转变只有在连续冷却时才能发生。正确错误AB提交单选题2分3.过冷奥氏体连续冷却转变曲线Continuous cooling transform

14、ation diagram（1）CCT曲线及分析KPSPfMSMf图图4 4-19 -19 共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线Fig.4.19 CCT curve of eutectoid steelFig.4.19 CCT curve of eutectoid steel时间lg温度/A1VKC油冷油冷水冷水冷空冷空冷V2炉冷炉冷V1VKCPSKPfP PS S过冷过冷A A转变为转变为P P的开的开始线；始线；P Pf f过冷过冷A A转变为转变为P P的终的终了线；了线；K K过冷过冷A A向向P P转变的转变的中中止止线；线；VKC得到全部M组织的最小冷却速度（上临界冷却速度；）KPSP

15、fMSMf图图4-19 共析钢共析钢CCT曲线曲线时间时间lglg温度/OA1VKC油冷油冷水冷水冷空冷空冷V V2 2炉冷炉冷V V1 1VKCVKC得到全部P组织的最大冷却速度（下临界冷却速度）。（2）转变特点CCT曲线位于C曲线的右下方，转变温度低，孕育期长；无贝氏体（B）转变；转变在一个温度范围内进行，转变产物不是单一组织，先粗后细。KPSPfCCT曲线C曲线MS（230）Mf（50）KPSPf时间lg温度O图图4 4-20 -20 共析钢共析钢CCTCCT曲线与曲线与C C曲线的比较曲线的比较Fig.4.20 Comparison between CCT&C curve of eut

16、ectoid steelA14.过冷A转变曲线应用（1）C曲线的应用C曲线主要用于制定等温冷却热处理工艺。C曲线估计连续冷却转变产物，见图4-21。V1炉冷，退火，P，170230HBS；V2空冷，正火，S，2535HRC；V4油冷，淬火，T+M+Ar，4555HRC；V5水冷，淬火，M+Ar，5565HRC。炉冷炉冷V1空冷空冷V2V3油冷油冷V4VKC水冷水冷V5KPSPfCCT曲线C曲线MS（230）Mf（50）KPSPf时间lg温度O图图4 4-21 -21 共析钢共析钢CCTCCT曲线与曲线与C C曲线转变产物曲线转变产物A1（2 2）CCTCCT曲线的应用曲线的应用主要用来制定连续冷却热处理工艺，分析淬火、正火、退火后的组织和力学性能，还可分析焊接热影响区的组织和力学性能。