金屬材料熱處理原理

1、熱處理的定義熱處理的定義: :時(shí)間溫度溫度臨界溫度臨界溫度 熱熱加加保溫保溫冷冷 卻卻3-1 鋼的熱處理概述熱處理的主要目的熱處理的主要目的: :改變鋼的性能。改變鋼的性能。熱處理的應(yīng)用范圍熱處理的應(yīng)用范圍: :整個(gè)制造業(yè)。整個(gè)制造業(yè)。熱處理的分類(lèi)熱處理的分類(lèi)熱處理熱處理整整 體體熱處理熱處理表表 面面熱處理熱處理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 學(xué)學(xué) 熱處理熱處理感應(yīng)淬火感應(yīng)淬火火焰淬火火焰淬火滲碳滲碳; 滲氮滲氮;碳氮共滲碳氮共滲;3-1 鋼的熱處理概述箱式電阻爐3-1 鋼的熱處理概述臺(tái)車(chē)式電阻爐3-1 鋼的熱處理概述連續(xù)式熱處理爐3-1 鋼的熱處理概述 鋼的

2、臨界點(diǎn)：平衡臨界點(diǎn)：平衡臨界點(diǎn)：加熱臨界點(diǎn)：加熱臨界點(diǎn)：冷卻臨界點(diǎn)：冷卻臨界點(diǎn)：A1、 A3、 AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm3-1 鋼的熱處理概述 鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程又稱(chēng)為鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過(guò)程又稱(chēng)為奧氏體化奧氏體化。以。以共析鋼的奧氏體形成過(guò)程為例。共析鋼的奧氏體形成過(guò)程為例。 2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變一、一、 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 奧氏體形核與晶核長(zhǎng)大奧氏體形核與晶核長(zhǎng)大 奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。 奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使鐵素體不奧氏體晶核形成以后，依

3、靠鐵、碳原子的擴(kuò)散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進(jìn)行的。 殘留滲碳體的溶解殘留滲碳體的溶解 鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏碳體未溶解，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。體中去，直至全部消失。 奧氏體均勻化奧氏體均勻化 滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的成分是不滲碳體全部溶解完畢時(shí)，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長(zhǎng)保溫時(shí)間，通過(guò)碳原子的擴(kuò)散才能獲得均勻化的均勻的，只有延長(zhǎng)保溫時(shí)間，通過(guò)碳原子的擴(kuò)

4、散才能獲得均勻化的奧氏體。奧氏體。 亞共析鋼的加熱過(guò)程：亞共析鋼的加熱過(guò)程： 過(guò)共析鋼的加熱過(guò)程：過(guò)共析鋼的加熱過(guò)程： AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC 3312 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 奧氏體晶粒度的概念?yuàn)W氏體晶粒度的概念 晶粒度：晶粒度：表示晶粒大小的尺度。表示晶粒大小的尺度。 鋼進(jìn)行加熱時(shí)，當(dāng)珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在一般情況鋼進(jìn)行加熱時(shí)，當(dāng)珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，在一般情況下，奧氏體晶粒是比較細(xì)小而均勻的，此時(shí)的晶粒大小稱(chēng)為奧氏體的下，奧氏體晶粒是比較細(xì)小而均勻的，此時(shí)的晶粒大小稱(chēng)為奧氏體的起始晶粒度起始晶粒度。 在某一具體的加熱條件下所得到的奧氏體晶粒

5、大小稱(chēng)為在某一具體的加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小稱(chēng)為實(shí)際晶粒實(shí)際晶粒度度。 用以表明奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的晶粒度稱(chēng)為用以表明奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的晶粒度稱(chēng)為本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度。 通常采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，即將鋼加熱到通常采用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，即將鋼加熱到9309301010，保溫，保溫3 38h8h后后測(cè)定奧氏體晶粒大小，如晶粒大小級(jí)別在測(cè)定奧氏體晶粒大小，如晶粒大小級(jí)別在1 14 4級(jí)，稱(chēng)為本質(zhì)粗晶粒鋼；級(jí)，稱(chēng)為本質(zhì)粗晶粒鋼；如晶粒大小在如晶粒大小在5 58 8級(jí)，則稱(chēng)為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。級(jí)，則稱(chēng)為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變晶粒度的測(cè)定方法：晶粒度的測(cè)定方法：93010保溫保溫38小時(shí)

6、小時(shí)(100)本質(zhì)粗本質(zhì)粗本質(zhì)細(xì)本質(zhì)細(xì)2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變v晶粒度的控制晶粒度的控制Al脫氧脫氧(本質(zhì)細(xì)本質(zhì)細(xì))Si/Mn脫氧脫氧(本質(zhì)粗本質(zhì)粗)2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變3.影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素1.1.加熱溫度加熱溫度 加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體加熱溫度愈高，晶粒長(zhǎng)大速度越快，奧氏體晶粒也越粗大，熱處理時(shí)必須規(guī)定合適的加熱晶粒也越粗大，熱處理時(shí)必須規(guī)定合適的加熱溫度范圍。溫度范圍。2.2.保溫時(shí)間保溫時(shí)間 隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒不斷長(zhǎng)大，但隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度越來(lái)越慢，且不溫時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒長(zhǎng)大速度

7、越來(lái)越慢，且不會(huì)無(wú)限制地長(zhǎng)大下去。會(huì)無(wú)限制地長(zhǎng)大下去。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素3.3.加熱速度加熱速度 加熱速度越快，奧氏體化的實(shí)際溫度愈高，奧氏體加熱速度越快，奧氏體化的實(shí)際溫度愈高，奧氏體的形核率大于長(zhǎng)大速度，獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)的形核率大于長(zhǎng)大速度，獲得細(xì)小的起始晶粒。生產(chǎn)中常用快速加熱和短時(shí)保溫的方法來(lái)細(xì)化晶粒。中常用快速加熱和短時(shí)保溫的方法來(lái)細(xì)化晶粒。4.4.冶煉和脫氧條件冶煉和脫氧條件 冶煉時(shí)用鋁脫氧，或加入冶煉時(shí)用鋁脫氧，或加入Nb、Zr、V、Ti等強(qiáng)碳化等強(qiáng)碳化物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒物形成元素，形成難溶的碳化物顆粒

8、, ,阻止奧氏體晶粒阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在一定溫度下晶粒不易長(zhǎng)大。長(zhǎng)大，在一定溫度下晶粒不易長(zhǎng)大。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素5.5.含碳量的影響含碳量的影響( (有臨界值有臨界值) ) 隨著奧氏體含碳量的增加，隨著奧氏體含碳量的增加，F(xiàn)eFe、C C原子的擴(kuò)散原子的擴(kuò)散速度增大，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向增加。速度增大，奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向增加。 當(dāng)超過(guò)奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了當(dāng)超過(guò)奧氏體飽和碳濃度以后，由于出現(xiàn)了殘余滲碳體，產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用，使晶粒長(zhǎng)大殘余滲碳體，產(chǎn)生機(jī)械阻礙作用，使晶粒長(zhǎng)大傾向減小。傾向減小。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 熱熱

9、加加保溫保溫時(shí)間時(shí)間溫度溫度臨界溫度臨界溫度A1連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時(shí)間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。二、二、 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析鋼的共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖等溫轉(zhuǎn)變圖穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)

10、轉(zhuǎn)變區(qū).550Ms(230);中溫轉(zhuǎn)中溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū).Ms Mf(-50); 低溫轉(zhuǎn)變區(qū)低溫轉(zhuǎn)變區(qū); 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū).時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1）在）在A1650形成的珠光體形成的珠光體 ，因?yàn)檫^(guò)，因?yàn)檫^(guò)冷度小，片間距較大冷度小，片間距較大(0.4m)，在，在500以上的光學(xué)顯微鏡下，能分辨其片以上的光學(xué)顯微鏡下，能分辨其片層狀形態(tài)；即為粗珠光體，習(xí)慣上稱(chēng)為層狀形

11、態(tài)；即為粗珠光體，習(xí)慣上稱(chēng)為珠珠光體（光體（P）。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2）在）在650600形成片間距較小的珠光體形成片間距較小的珠光體(0.20.4m)，在光學(xué)顯微鏡，在光學(xué)顯微鏡8001500能分辨能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交出其為鐵素體薄層和碳化物（滲碳體）薄層交替重疊的復(fù)相組織稱(chēng)為替重疊的復(fù)相組織稱(chēng)為細(xì)珠光體或索氏體細(xì)珠光體或索氏體，用，用字母字母S表示（以英國(guó)冶金學(xué)家表示（以英國(guó)冶金學(xué)家HCSorby的名字的名字命名）。命名）。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變3）在）在600550形成片層間距極小的珠光體形成片層間距極小的珠光體( 0.2m) ，在光學(xué)顯微鏡下高倍放

12、大已無(wú)法，在光學(xué)顯微鏡下高倍放大已無(wú)法分辨出其內(nèi)部構(gòu)造，在電子顯微鏡下可觀測(cè)到很分辨出其內(nèi)部構(gòu)造，在電子顯微鏡下可觀測(cè)到很薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的薄的鐵素體層和碳化物（滲碳體）層交替重疊的復(fù)相組織，稱(chēng)為復(fù)相組織，稱(chēng)為極細(xì)珠光體或托氏體極細(xì)珠光體或托氏體，用字母，用字母T表示（以法國(guó)金相學(xué)家表示（以法國(guó)金相學(xué)家LTroost的名字命名）。的名字命名）。2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變a)光學(xué)顯微組織（光學(xué)顯微組織（500） b)電子顯微組織（電子顯微組織（8000）圖圖6-7 珠光體組織珠光體組織2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變上貝氏體：上貝氏體：550350，過(guò)飽和片狀，過(guò)飽和片狀F滲碳體滲碳體 下貝氏體：下貝氏體：350Ms，過(guò)飽和針狀，過(guò)飽和針狀F彌散彌散-Fe2.4C2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變上貝氏體：上貝氏體：過(guò)飽和片狀過(guò)飽和片狀F滲碳體，性脆無(wú)實(shí)用價(jià)值滲碳體，性脆無(wú)實(shí)用價(jià)值 下貝氏體：下貝氏體：過(guò)飽和針狀過(guò)飽和針狀F彌散彌散-Fe2.4C，綜合性能，綜合性能好好2 鋼在加熱和冷卻時(shí)的