金屬學與熱處理教案

1、金屬學與熱處理教案第1頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三第6章 鋼的熱處理原理 6.1 熱處理概述第2頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三與本節(jié)相關重點內容回顧鐵碳平衡相圖第3頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + G第4頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三第5頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三問題的提出1.改變成分可以改變材料的性能，還有沒有其他手段可以改變材料的性能呢？2.一把含碳量1.0%的高碳鋸條不經過任何處理能使用嗎？ 第6頁，共4

2、6頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 熱處理是改變材料性能的另一重要手段。 鋼的熱處理第7頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三1為什么要進行熱處理?2什么是熱處理?3如何進行熱處理?待解決的問題：W-W-HWhyWhatHow第8頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三熱處理是改變材料性能的一種加工工藝1. 為什么要進行熱處理?第9頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種熱加工工藝。常用熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火

3、和回火）和表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）。2. 什么是熱處理?第10頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三1.特點：在固態(tài)下，只改變工件的組織，不改變形狀和尺寸目的:獲得所需性能依賴于材料組織結構的改變固態(tài)金屬在一定介質中加熱、保溫、冷卻第11頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 一、鋼在加熱時的組織轉變 二、鋼在冷卻時的組織轉變 四、鋼的表面熱處理(以后內容) 3. 如何進行熱處理? 三、鋼的普通熱處理(以后內容第7章) 第12頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 6.2 鋼在加熱時的組織轉變 鋼加熱的目的? 獲得奧氏體! 鋼加熱

4、的溫度? 第13頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三LJNG +Fe3C +Fe3CL+Fe3CL+ + 第14頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三（一）奧氏體的形成過程 （二）奧氏體晶粒大小及其控制 實際加熱和冷卻時的相變點平衡時 A1 A3 Acm加熱時 Ac1 Ac3 Accm冷卻時 Ar1 Ar3 Arcm第15頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 （一）奧氏體的形成過程 1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 2、晶核長大 （F A晶格重構，Fe3C 溶解，C A中擴散）3、殘余Fe3C溶解4、奧氏體均勻化第16頁，

5、共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 保溫工序的目的： 得到成分均勻的奧氏體，消除內應力，促進擴散第17頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 （二）奧氏體晶粒大小及其控制 1.晶粒大小的表示方 通常將晶粒大小分為8級，1級最粗，8級最細。通常1-4級為粗晶粒度，5-8級為細晶粒度。 奧氏體晶粒度：分為起始晶粒度、實際晶粒度、本質晶粒度GB /T 6394-2002第18頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 2.奧氏體晶粒大小的控制 加熱溫度與保溫時間 加熱溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒越粗大，因為這與原子擴散密切相關。第19頁，共46

6、頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三加熱速度 加熱速度越快，過熱度越大，奧氏體實際形成溫度越高，可獲得細小的起始晶粒。鋼的化學成分 C Mn和P是促進奧氏體晶粒長大的元素。合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，當其形成彌散穩(wěn)定的碳化物和氮化物時，由于分布在晶界上，因而阻礙晶界的遷移，阻止奧氏體晶粒長大，有利于得到本質細晶粒鋼。(4)原始組織細 奧氏體晶粒越細第20頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三加熱溫度，保溫時間 A晶粒長大快加熱速度 A晶粒細加入合金元素 A晶粒細原始組織細 A晶粒細奧氏體晶粒大小的控制因素第21頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3

7、分，星期三練習題1.鋼在加熱時的臨界溫度為 ,冷卻時臨界溫度為 。A. Ac1、Ac3、Accm B. A1、A3、Acm C. Ar1、Ar3、Arcm2.鋼加熱時奧氏體的晶核是在 相界面處形成。 A.鐵素體與滲碳體 B.珠光體與馬氏體 C.貝氏體與馬氏體3.影響奧氏體轉變的因素有: 、加熱速度、鋼中的碳含 量、合金元素、原始組織。A.晶核數量 B.保溫時間 C.加熱溫度第22頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三6.3 鋼在冷卻時的轉變鋼經加熱奧氏體化后，可以采用不同的冷卻條件，獲得所需的組織和性能。例如:45鋼加熱后，隨冷卻速度的增加，強度、硬度增加，但塑性、韌性降低。

8、第23頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三冷卻方式隨爐冷卻空氣冷卻油冷水冷卻HRC1518182440505260組織P+FP+F（少）組織細M+PM45#鋼，840加熱，不同方式冷卻第24頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三鋼的冷卻方式：等溫冷卻和連續(xù)冷卻。第25頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三6.3.1 過冷奧氏體的等溫轉變(TTT)圖 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線 第26頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三鋼在連續(xù)冷卻或等溫冷卻時，由于冷卻速度較快，其組織轉變不能用Fe-Fe3C平衡相圖分析。用測定的過冷奧

9、氏體等溫和連續(xù)轉變圖來分析不同冷卻條件下的組織轉變規(guī)律。（講等溫轉變）第27頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三1、過冷奧氏體等溫轉變曲線的建立第28頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三是表示奧氏體急速冷卻到臨界點A1 以下在各不同溫度下的保溫過程中轉變量與轉變時間的關系曲線.又稱C 曲線、S 曲線或TTT曲線。第29頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三2、共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線分析 第30頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三時間溫度A1MSMfA過冷PBMAMABAP轉變開始線轉變終了線奧氏體第31頁，共4

10、6頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三C 曲線的分析 轉變開始線與縱坐標之間的距離為孕育期。孕育期最小處稱C 曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550。在鼻尖以上, 溫度較高，相變驅動力小.在鼻尖以下，溫度較低，擴散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。 C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉變產物。第32頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三3、過冷奧氏體等溫轉變產物的組 織和性能(1)珠光體轉變珠光體組成：F 和 Fe3C 的機械混合物形成特點： 在固態(tài)下形核、長大 是擴散型相變形態(tài)： A1650 ： 珠光體 P 20HRC 片狀 650600 ：索氏體 S（細

11、P） 30HRC600550 ：托氏體 T（極細P又稱屈氏體） 40HRC珠光體性能: 珠光體片越細 HB，b且，kC%相同時，球狀 P 比片狀 P 相界面少HB，b，,k 第33頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三光鏡下形貌電鏡下形貌第34頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三電鏡形貌第35頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三(2)貝氏體轉變貝氏體組成：過飽和F 和 碳化物的機械混合物形成特點： 在固態(tài)下形核、長大.是半擴散型相變形態(tài)：550350：上貝氏體（B上） 羽毛狀組織 350 Ms ：下貝氏體（B下） 針片狀組織性能:上貝氏

12、體 塑性差, 硬度:40-45HRC 下貝氏體 綜合性能好,硬度: 45-50HRC 第36頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三(3)馬氏體轉變馬氏體：碳在- Fe中的過飽和固溶體。形成特點： 1在固態(tài)下形核、長大 2是無擴散型相變 3變溫形成，高速長大 4轉變不完全（在C 0.5%的鋼中總有殘余A）形態(tài)： 板條 M 低碳 M（C1.0%) 立體形態(tài)：雙凸透鏡 0.21.0%C之間的鋼得到混合 M第37頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三馬氏體性能：馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量（即母相奧氏體 的含碳量）塑性和韌性低碳M的塑性韌性好，高碳 M塑性韌

13、性差。馬氏體性能低碳M（板條M） 強而韌 高碳M（片狀M） 硬而脆第38頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強化。此外，馬氏體轉變產生的組織細化也有強化作用。相變強化、時效強化馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結構的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性第39頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三馬氏體轉變的主要特點 無擴散性鐵和碳原子都不擴散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。第40頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三(2) 在一個溫度范圍內進行的(3) 轉變不完全即使冷卻到Mf 點，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A 或 表示。第41頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變曲線 “CCT(Continuous Cooling Transformation) ”第42頁，共46頁，2022年，5月20日，22點3分，星期三VkVk共析鋼的CCT