工程材料加熱和冷卻過(guò)程

工程材料加熱和冷卻過(guò)程第1頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、定義：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。§1鋼的熱處理定義第2頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)熱處理。

熱處理特點(diǎn)：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。2、熱處理的意義第3頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、熱處理分類預(yù)備熱處理—為隨后的加工或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理—賦予工件所要求的使用性能的熱處理.預(yù)備熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線時(shí)間溫度/℃第4頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、熱處理工藝分類如下（根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同）其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等第5頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[重點(diǎn)掌握]1.鋼在加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程中及影響因素；2.共析鋼奧氏體等溫冷卻曲線中各條線的含義。3.奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的特點(diǎn)，冷卻速度對(duì)鋼的組織變化和最終性能的影響；4.各種熱處理的定義、目的、組織轉(zhuǎn)變過(guò)程，性能變化，用途和使用的鋼種、零件的范圍。第6頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

加熱目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。

鋼坯加熱第7頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示;冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示。第8頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一步奧氏體晶核形成：首先在F與Fe3C相界形核。第二步奧氏體晶核長(zhǎng)大：A晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向F和Fe3C方向長(zhǎng)大。第三步殘余Fe3C溶解:鐵素體因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化：通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。一、奧氏體的形成過(guò)程（現(xiàn)以共析鋼為例）：第9頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共析鋼奧氏體化過(guò)程第10頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程

與共析鋼基本相同，但由于先共析F

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上.第11頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。第12頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、奧氏體晶粒大小及控制

1、晶粒度概念第13頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素⑴加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大。⑵加熱速度：加熱速度越快，過(guò)熱度越大，形核率越高，晶粒越細(xì)。細(xì)化A晶粒途徑：快速加熱，短時(shí)保溫第14頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻§3鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第15頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、過(guò)冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變1、建立共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線----TTT曲線(C曲線，形狀像C)(Time-Temperature-Transformationdiagram)第16頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

共析碳鋼TTT曲線建立過(guò)程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1第17頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)冷奧氏體區(qū)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)時(shí)間溫度A1MSMfA過(guò)冷APBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線第18頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變隨過(guò)冷度不同，過(guò)冷奧氏體將發(fā)生三種類型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變第19頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（1）珠光體轉(zhuǎn)變第20頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體。三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。第21頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）貝氏體轉(zhuǎn)變

貝氏體用符號(hào)B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體（B下）。

上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。

下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。上貝氏體下貝氏體第22頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱馬氏體,用符號(hào)M表示。馬氏體組織第23頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FCCBCT鐵原子馬氏體的形成碳原子第24頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

馬氏體的形態(tài)C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)則幾乎全部是針狀馬氏體。C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。0.45%C0.2%C1..2%C馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系第25頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

馬氏體的性能高硬度是馬氏體組織性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。

馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%第26頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf第27頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第28頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過(guò)飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過(guò)飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf非擴(kuò)散型針狀60-65淬火M板MS~Mf板條狀50淬火第29頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT曲線，是通過(guò)測(cè)定不同冷速下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。可用TTT曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。共析鋼CCT曲線(Continuous-Cooling-Transformation)第31頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P均勻A細(xì)AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間650℃600℃550℃第32頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、影響TTT曲線形狀與位置的因素1、奧氏體中含碳量的影響

共析鋼的過(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右；

Ms與Mf點(diǎn)隨含碳量增加而下降。

過(guò)共析鋼亞時(shí)間溫度A1第33頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.奧氏體中含合金元素的影響除Co外,凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移；除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素溶入奧氏體中,都使Ms與Mf點(diǎn)下降。向右移向下移MsA1第34頁(yè)，課件共36頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P均勻A