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1、金属学及热处理第6章 钢的热处理原理 6.1 热处理概述与本节相关重点内容回顾铁碳平衡相图LJNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL+G问题的提出1.改变成分可以改变材料的性能，还有没有其他手段可以改变材料的性能呢？2.一把含碳量1.0%的高碳锯条不经过任何处理能使用吗？热处理是改变材料性能的另一重要手段。钢的热处理1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-HWhyWhatHow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?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。常用热处理
2、工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）和表面热处理（表面淬火和化学热处理）。2.什么是热处理?1.特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸目的:获得所需性能依赖于材料组织结构的改变固态金属在一定介质中加热、保温、冷却o 一、钢在加热时的组织转变o 二、钢在冷却时的组织转变 四、钢的表面热处理(以后内容)3.如何进行热处理?三、钢的普通热处理(以后内容第7章)6.2 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?L JNG+Fe3C+Fe3CL+Fe3CL+（一）奥氏体的形成过程（二）奥氏体晶粒大小及其控制 实际加热和冷却时的相变点平衡时 A1 A3 Acm加热
3、时 Ac1 Ac3 Accm冷却时 Ar1 Ar3 Arcm（一）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o 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（二）奥氏体晶粒大小及其控制 1.晶粒大小的表示方 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。奥氏体晶粒度：分为起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度GB/T 6394-2002 2.奥氏体晶粒大小的控制 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
4、这与原子扩散密切相关。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。钢的化学成分 C Mn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。(4)原始组织细 奥氏体晶粒越细1.加热温度，保温时间 A晶粒长大快2.加热速度 A晶粒细3.加入合金元素 A晶粒细4.原始组织细 A晶粒细奥氏体晶粒大小的控制因素练习题1.钢在加热时的临界温度为,冷却时临界温度为。A.Ac1、Ac3、Accm B.A1、A3、Acm C.Ar1、Ar
5、3、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6.3 钢在冷却时的转变钢经加热奥氏体化后，可以采用不同的冷却条件，获得所需的组织和性能。例如:45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。冷却方式 随炉冷却 空气冷却 油冷 水冷却HRC 1518 1824 4050 5260组织 P+F P+F（少）组织细M+P M45#钢，840加热，不同方式冷却钢的冷却方式：等温冷却和连续冷却。6.3.1
6、 过冷奥氏体的等温转变(TTT)图 6.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 钢在连续冷却或等温冷却时，由于冷却速度较快，其组织转变不能用Fe-Fe3C平衡相图分析。用测定的过冷奥氏体等温和连续转变图来分析不同冷却条件下的组织转变规律。（讲等温转变）1、过冷奥氏体等温转变曲线的建立 是表示奥氏体急速 冷却到临界点A1 以下 在各不同温度下的保温 过程中转变量与转变时 间的关系曲线.又称C 曲线、S 曲线或TTT曲线。2、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线分析 时间温度A1MSMfA过冷PBMAMABAP转变开始线转变终了线奥氏体C 曲线的分析 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期最小处称C 曲
7、线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550。在鼻尖以上,温度较高，相变驱动力小.在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。C 曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。3、过冷奥氏体等温转变产物的组 织和性能(1)珠光体转变珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物形成特点：在固态下形核、长大 是扩散型相变形态：A1650：珠光体 P 20HRC 片状 650600：索氏体 S（细P）30HRC600550：托氏体 T（极细P又称屈氏体）40HRC珠光体性能:珠光体片越细 HB，b且，kC%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少HB，b，,k 光镜下形貌 电镜下形貌电镜形貌
8、(2)贝氏体转变贝氏体组成：过饱和F 和 碳化物的机械混合物形成特点：在固态下形核、长大.是半扩散型相变形态：550350：上贝氏体（B上）羽毛状组织 350 Ms：下贝氏体（B下）针片状组织性能:上贝氏体 塑性差,硬度:40-45HRC 下贝氏体 综合性能好,硬度:45-50HRC(3)马氏体转变马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。形成特点：1在固态下形核、长大 2是无扩散型相变 3变温形成，高速长大 4转变不完全（在C 0.5%的钢中总有残余A）形态：板条 M 低碳 M（C1.0%)立体形态：双凸透镜 0.21.0%C之间的钢得到混合 M马氏体性能：马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量（即
9、母相奥氏体 的含碳量）塑性和韧性低碳M的塑性韧性好，高碳 M塑性韧性差。马氏体性能低碳M（板条M）强而韧 高碳M（片状M）硬而脆马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。相变强化、时效强化马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重要途径之一。要途径之一。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性马氏体转变的主要特点马氏体转变的主要特点 无扩散性无扩散性l 铁和碳原子都不扩散，因而马氏体的含碳量与奥氏体的含碳量相同。(2)在一个温度范围内进行的(3)转变不完全l 即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体，总l 有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用l A 或 表示。6.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变曲线“CCT(Continuous Cooling Transformation)”VkVk共析钢的CCT曲线时间温度/KKv KvKPSPf水冷空冷VK6.2.3 过冷奥氏体转变曲线的应用 1)等温转变图的应用2）连续冷却曲线的应用Thanks for your attention!