熱處理設(shè)備課件 概述

(熱處理設(shè)備課件）1-1概述

1.1熱處理的基本概念問題的引出：1.

什么是熱處理？2.熱處理的作用？將固態(tài)金屬通過特定的加熱和冷卻，使之發(fā)生組織轉(zhuǎn)變以獲得所需性能的一種工藝過程。將材料以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善材料性能（工藝性能和使用性能）的一種工藝方法。不管是那種熱處理，都是分這三個(gè)階段，不同的是加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻速度不同。時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻原始組織熱處理組織保溫時(shí)間

1.1熱處理的基本概念

1.2熱處理在機(jī)械制造業(yè)中的地位

熱處理在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛：

在機(jī)床制造中要進(jìn)行熱處理的零件占60％～70％；

在汽車、拖拉機(jī)制造中占70％～80％；

在各類工具(刃具、模具、量具等)和滾動(dòng)軸承制造中，100％的需要進(jìn)行熱處理。焊接接頭及設(shè)備的消應(yīng)力熱處理、消氫熱處理等。1.2金屬熱處理在現(xiàn)代工業(yè)中的地位

冶金，機(jī)械，航空，兵器等工業(yè)部門不可缺少的技術(shù)；提高產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵工序；發(fā)揮金屬材料潛力，達(dá)到機(jī)械零部件輕量化的重要手段；為開發(fā)新型材料提供了基礎(chǔ)。簡(jiǎn)而言之成分工藝性能材料的三要素1.3熱處理的發(fā)展概況民間技藝階段實(shí)驗(yàn)技術(shù)科學(xué)階段理論科學(xué)階段西漢時(shí)代已有淬火處理的鋼劍（遼寧三道壕出土）煉鋼赤刀，用之切玉如泥焉1.3熱處理的發(fā)展概況

明代宋應(yīng)星《天工開物》十九世紀(jì)后期，鋼加熱/冷卻時(shí)，內(nèi)部組織變化—性能變化的內(nèi)部原因英國(guó)RobertAustenFe-C相圖德國(guó)AdophMartens金相顯微鏡

austenite→martensite

馬氏體相變理論→新的強(qiáng)韌化工藝1.4本課程的主要內(nèi)容，學(xué)習(xí)的意義，目的，方法主要內(nèi)容金屬熱處理概述鋼中奧氏體的形成珠光體，馬氏體，貝氏體轉(zhuǎn)變鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖鋼的回火轉(zhuǎn)變鋼的退火，正火，淬火與回火鋼的化學(xué)熱處理表面感應(yīng)淬火加熱設(shè)備冷卻設(shè)備1.4本課程的學(xué)習(xí)的意義，方法學(xué)習(xí)的意義系統(tǒng)地掌握金屬熱處理的基本原理和工藝方法；加深對(duì)熱處理規(guī)律的認(rèn)識(shí)，了解熱處理主要設(shè)備；培養(yǎng)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)去分析和解決實(shí)際問題的能力。學(xué)習(xí)的方法

理論聯(lián)系實(shí)際

本課程48+16學(xué)時(shí)參考書：1.田榮璋.金屬熱處理.冶金工業(yè)出版社，1985年；2.王希琳.金屬材料及熱處理.水利電力出版社，1992年；3．夏立芳編.金屬熱處理工藝學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005年?？荚嚪绞娇荚嚥扇￠]卷形式?？己朔绞剑汗P試（60%），實(shí)驗(yàn)成績(jī)（25%），平時(shí)成績(jī)（15%）。1.5金屬固態(tài)相變定義：固態(tài)金屬在加熱和冷卻過程中可能發(fā)生的各種相的轉(zhuǎn)變，稱為固態(tài)相變。它是金屬能進(jìn)行熱處理的理論基礎(chǔ)和前提。分類按相變過程中原子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)分類擴(kuò)散型相變：一般均借助于原子的熱激活運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行。

非擴(kuò)散型相變：轉(zhuǎn)變前后組元原子的運(yùn)動(dòng)不超過一個(gè)原子間距的轉(zhuǎn)變。按平衡狀態(tài)分類平衡相變：在緩慢加熱或冷卻時(shí)所發(fā)生的能獲得符合平衡相圖的平衡組織的相變稱為平衡相變。非平衡相變：加熱或冷卻速度很快時(shí)，固態(tài)材料可能發(fā)生某些平衡相圖上不能反映的轉(zhuǎn)變并獲得不平衡或亞穩(wěn)態(tài)的組織的轉(zhuǎn)變稱為非平衡轉(zhuǎn)變。1.6金屬固態(tài)相變的基本特征

金屬固態(tài)相變的三種基本變化：（1）結(jié)構(gòu)；（2）成分；（3）有序程度只有結(jié)構(gòu)的變化：多形性轉(zhuǎn)變，如馬氏體相變只有成分的變化：調(diào)幅分解a1+a2既有結(jié)構(gòu)又有成分上的變化：共析轉(zhuǎn)變，脫溶沉淀1.6.1固態(tài)相變的一般特征

固態(tài)相變的驅(qū)動(dòng)力也為新相與母相的自由能差，與結(jié)晶過程相比，固態(tài)相變有其自身特點(diǎn)。1.6.1.1相界面按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為：共格界面、半共格界面、非共格界面圖1-3a)共格界面b)半共格界面c)非共格界面1.6.1.2慣習(xí)面和位向關(guān)系固態(tài)相變時(shí)，新相往往在母相的一定晶面上開始形成，這個(gè)晶面稱為慣習(xí)面。如：亞共析鋼中，在{111}γ析出先共析鐵素體------魏氏組織位向關(guān)系：新相與母相之間的某些低指數(shù)晶面和晶向往往存在一定的位向關(guān)系，以減小兩相間的界面能。{110}α//{111}γ

；<111>α//<110>γ

非共格相界面的體積（比容）應(yīng)變能（由于比容不同）：球狀最大，針狀次之，盤狀最小。兩相界面上不匹配也引起彈性應(yīng)變能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面為零。圖1-4新相形狀與應(yīng)變能的關(guān)系1.7固態(tài)相變的形核1.7.1均勻形核形核時(shí)晶核在母相中無擇優(yōu)地均勻分布，稱為均勻形核。與凝固過程相比，增加了一項(xiàng)應(yīng)變能?G=V?Gv+Sσ+εV(1-1)其中?Gv----新舊相間單位體積自由能差σ----單位面積界面能ε----單位體積應(yīng)變能相變驅(qū)動(dòng)力：V?Gv

，新舊相間自由能差相變阻力：Sσ+εV，界面能+應(yīng)變能設(shè)形成的新相晶核為球形對(duì)于r求導(dǎo)：圖1-5球形晶核的自由能變化可得臨界晶核尺寸：形成臨界晶核的形核功形核功：晶核長(zhǎng)大到r*

所需克服的能壘，或所做的功。

固態(tài)相變的形核率

----單位體積母相中所形成的核心數(shù)N----單位體積母相中的原子數(shù)ν----原子振動(dòng)頻率?G*----形核功Q----原子擴(kuò)散激活能

固態(tài)相變較難均勻形核1.7.2非均勻形核晶體缺陷儲(chǔ)存的能量可使形核功降低，促進(jìn)形核?G=V?Gv+Sσ+εV-?Gd(1-5)-?Gd----由于晶體缺陷消失所降低的能量晶體缺陷：空位、位錯(cuò)、晶界（1.8固態(tài)相變的長(zhǎng)大長(zhǎng)大機(jī)制半共格界面的遷移半共格界面上存在位錯(cuò)列要隨界面移動(dòng)，位錯(cuò)要攀移臺(tái)階側(cè)向移動(dòng)，位錯(cuò)可滑移圖1-11臺(tái)階長(zhǎng)大機(jī)制（2）協(xié)同型長(zhǎng)大機(jī)制無擴(kuò)散型相變，原子通過切變方式協(xié)同運(yùn)動(dòng)，相鄰原子的相對(duì)位置不變。如馬氏體相變，會(huì)發(fā)生外形變化，出現(xiàn)表面浮凸。新相和母相間有一定的位向關(guān)系。圖1-12馬氏體相變表面浮凸

1.9金屬的強(qiáng)化機(jī)制固溶強(qiáng)化如鋁合金細(xì)晶強(qiáng)化hall-petch關(guān)系位