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1、金属热处理原理与工艺课件第1页，本讲稿共33页第一章第一章金属热处理概述金属热处理概述材材 料料 的的 性性 能能使用性能使用性能工艺性能工艺性能焊接性焊接性力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能铸造性铸造性热处理工艺性热处理工艺性锻造性锻造性经济性经济性原材料费原材料费加工费加工费热处理热处理第2页，本讲稿共33页金属材料的强化机制金属材料的强化机制1.固溶强化固溶强化2.细晶强化细晶强化3.位错强化位错强化4.沉淀相颗粒强化沉淀相颗粒强化第3页，本讲稿共33页热热处处理理普通（整体）热处理普通（整体）热处理表面热处理表面热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火固溶时效固溶时效表面淬
2、火表面淬火表面化学热处理表面化学热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等激光加热表面淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属等渗金属等第4页，本讲稿共33页钢的分类方法钢的分类方法按化学成分分类按化学成分分类碳素钢按含碳量多少可分为碳素钢按含碳量多少可分为合金钢按合金元素的含量又可分为合金钢按合金元素的含量又可分为合金钢按合金元素的种类可分为合金钢按合金元素的种类可分为第5页，本讲稿共33页合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；弱碳化物形成元素：弱碳化物形成元素：Mn
3、；强碳化物形成元素：强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr。第6页，本讲稿共33页合金元素对加热转变的影响合金元素对加热转变的影响合金元素对冷却转变的影响合金元素对冷却转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响第7页，本讲稿共33页碳钢分类碳钢分类按钢中含碳量多少分按钢中含碳量多少分：低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢Wc0.6%第8页，本讲稿共33页固态相变的定义：固态相变的定义：固固体体材材料料的的组组织织、结结构构在在温温度度、压压力力、成成分分改变时所发生的转变统称为固态相变。改变时所发生的转变统称为固态相变。固态相变的根本动力固态相变的根
4、本动力：新相与旧相的自由焓差。新相与旧相的自由焓差。固态相变的阻力固态相变的阻力:界面能和应变能。界面能和应变能。第9页，本讲稿共33页第二章第二章金属的加热金属的加热1.热传导热传导2.热对流热对流3、热辐射、热辐射传热的基本方式传热的基本方式第10页，本讲稿共33页 零件加热曲线示意图零件加热曲线示意图加热温度和时间加热温度和时间第11页，本讲稿共33页金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛中加热金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属被氧化。时都会不同程度的发生氧化反应，使金属被氧化。脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使表层脱碳是指钢
5、件表层部分碳被加热气氛氧化，而使表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧化过程。碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧化过程。第12页，本讲稿共33页影响钢脱碳的因素。影响钢脱碳的因素。要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取的措施要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取的措施第13页，本讲稿共33页第三章第三章合金的时效合金的时效定义：定义：1.固溶处理固溶处理2.析出析出3.时效时效4.时效硬化时效硬化5.时效合金时效合金第14页，本讲稿共33页Al-Cu合金的析出过程为：合金的析出过程为：相（相（Al基过饱和固基过饱和固溶体）、溶体）、G.P.区、区、相、相、相、相、相（平衡相相（平衡相CuAl2
6、)。析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。第15页，本讲稿共33页连续析出与不连续析出的区别连续析出与不连续析出的区别（1）基体浓度变化，连续与不连续；）基体浓度变化，连续与不连续；（2）析出过程有无再结晶；）析出过程有无再结晶；（3）析析出出物物分分散散于于晶晶粒粒内内，较较均均匀匀。析析出出物物集集中中在在晶界逐步向晶内发展；晶界逐步向晶内发展；（4）扩散性质，长程扩散，短程扩散；）扩散性质，长程扩散，短程扩散；（5）析出物组织形态不同。）析出物组织形态不同。第16页，本讲稿共33页影响析出过程的因素：影响析出过程的因素：溶质浓度的影响溶质
7、浓度的影响微量元素的影响微量元素的影响固溶处理工艺的影响固溶处理工艺的影响固溶处理后时效处理前的冷加工变形固溶处理后时效处理前的冷加工变形时效处理的温度与持续时间时效处理的温度与持续时间第17页，本讲稿共33页第四章第四章钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。氏体被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。第18页，本讲稿共33页奥氏体的结构奥氏体的结构奥奥氏氏体体是是碳碳溶溶于于-Fe所所形形成成的的固固溶溶体体。在在合合金金钢钢中中，除除了了碳碳原子外，溶于原子外，溶于-Fe中的还有合金元素原
8、子。中的还有合金元素原子。奥氏体的组织奥氏体的组织在在一一般般的的情情况况下下奥奥氏氏体体的的组组织织是是由由多多边边形形的的等等轴轴晶晶粒粒所所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。奥氏体的性能奥氏体的性能 第19页，本讲稿共33页平衡平衡转变温度：转变温度：A1、A3、Acm实际加热时转变温度：实际加热时转变温度：Ac1、Ac3、Accm实际冷却时转变温度：实际冷却时转变温度：Ar1、Ar3、Arcm钢的临界转变温度钢的临界转变温度第20页，本讲稿共33页共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：碳含量碳含量C%0.0
9、2186.690.77晶格类型晶格类型体心立方体心立方复杂斜方复杂斜方面心立方面心立方Ac1P（Fe3C）As（）第21页，本讲稿共33页A形核形核A晶核晶核长大长大剩余剩余Fe3C溶解溶解A均匀化均匀化A形成包括四个阶段形成包括四个阶段：未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C第22页，本讲稿共33页奥奥氏氏体体形形成成动动力力学学可可分分为为等等温温形形成成动动力力学学和和连连续续加加热热形形成成动动力力学。学。奥氏体等温形成动力学奥氏体等温形成动力学等等温温形形成成动动力力学学即即在在一一定定温温度度下下的的转转变变量量和和转转变变时时间间的的关系（即在一定温度下的转变速度）。关系（即在一定温度
10、下的转变速度）。第23页，本讲稿共33页奥氏体等温形成动力学的分析奥氏体等温形成动力学的分析（1）奥氏体的形核率）奥氏体的形核率（2）奥氏体晶体的长大速度）奥氏体晶体的长大速度G影响奥氏体形成速度的因素影响奥氏体形成速度的因素（1）温度）温度（2）碳含量）碳含量（3）原始组织的影响）原始组织的影响（4）合金元素的影响）合金元素的影响第24页，本讲稿共33页连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成实实验验表表明明连连续续加加热热时时奥奥氏氏体体形形成成的的基基本本过过程程和和等等温温转转变变相相似似，也也是是由由奥奥氏氏体体的的形形核核、长长大大、残残留留碳碳化化物物溶溶解解和和奥奥氏氏体成
11、分均匀化四个阶段组成。体成分均匀化四个阶段组成。第25页，本讲稿共33页奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。1、起始晶粒度：、起始晶粒度：2、实际晶粒度：、实际晶粒度：3、本质晶粒度：、本质晶粒度：第26页，本讲稿共33页影响奥氏体晶粒度的因素影响奥氏体晶粒度的因素1、加热温度和保温时间、加热温度和保温时间2、加热速度、加热速度3、钢的含碳量的影响、钢的含碳量的影响4、脱氧剂及合金元素、脱氧剂及合金元素第27页，本讲稿共33页第五章第五章过冷奥氏体转变动力学过冷奥氏体转变动力学冷冷却却条条件件平衡冷却平衡冷却非平衡冷却非平衡冷却等温冷却等
12、温冷却恒速冷却恒速冷却变速冷却变速冷却第28页，本讲稿共33页共析碳钢共析碳钢TTT曲线曲线稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过过冷冷奥奥氏氏体体区区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线A+产产物物区区产产物物区区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变;P转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区;半扩散型转变半扩散型转变;贝氏体贝氏体(B)转变区转变区;230-50;低温转低温转变区变区;非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体(M)转变区。转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0
13、400A1MsMf第29页，本讲稿共33页奥氏体等温转变图的特点：奥氏体等温转变图的特点：1、过过冷冷奥奥氏氏体体在在不不同同温温度度等等温温分分解解都都有有一一个个孕孕育育期。期。2、在不同温度下等温具有不同的转变产物。、在不同温度下等温具有不同的转变产物。第30页，本讲稿共33页影响奥氏体等温转变图的因素影响奥氏体等温转变图的因素1、化学成分、化学成分（1）碳含量的影响）碳含量的影响（2）合金元素的影响）合金元素的影响2、奥氏体晶粒尺寸的影响、奥氏体晶粒尺寸的影响3、原始组织、加热温度和保温时间的影响、原始组织、加热温度和保温时间的影响4、塑性变形的影响、塑性变形的影响第31页，本讲稿共33页第32页，本讲稿共33页共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较第33页，本讲稿共33页