工程材料及热处理-材料的强化和处理

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1、工程材料及热处理-材料的强化和处理第三章　材料的强化和处理第三章材料的强化和处理是工程材料的研究和应用的重要问题之一。其作用在于：提高材料的力学性能，充分发挥材料的潜力获得一些特殊性能以满足各种各样使用条件下对材料的要求第三章3.1钢铁材料的热处理　　3.2材料的表面技术3.3热处理工艺的应用第三章3.1钢铁材料的热处理　　3.1.1　钢的热处理原理　　3.1.2　钢的热处理工艺　　3.2材料的表面技术3.3热处理工艺的应用第三章钢的热处理热处理是强化金属材料、提高产品质量和寿命的主要途径之一。绝大部分重要的机械零件，在制造过程中都必须进行热处理。定义：将钢在固态下以适

2、当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺。第三章热处理的基本过程：加热、保温和冷却最基本的热处理曲线第三章3.1.1钢的热处理原理　　如图，将钢实际加热时的相变点称为Ac1、Ac3、Accm、Ar1、Ar3、Arcm第三章3.1.1钢的热处理原理　　共析钢在加热至Ac1以上温度时，珠光体便逐渐转变成奥氏体，这一过程称为钢的奥氏体化。第三章3.1.1钢的热处理原理　　钢的奥氏体化，是通过四个过程完成的：奥氏体形核奥氏体晶核长大残余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化第三章3.1.1钢的热处理原理　　共析钢的奥氏体形成过程示意图第三章3.1.1钢的热处理原理　　奥

3、氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的晶粒也细小，其强度、塑性和韧性较好粗大的奥氏体晶粒冷却后转变产物也粗大，其强度、塑性较差，特别是韧性显著降低。　　钢在加热时获得的奥氏体晶粒大小，直接影响到冷却后转变产物的晶粒大小和力学性能。因此，奥氏体晶粒的大小是评定热处理加热质量的主要指标之一第三章3.1.1钢的热处理原理　　　　奥氏体晶粒大小用奥氏体晶粒度来表示。国家标准将奥氏体标准晶粒度分为00，0，1，……10等十二个等级通常认为，4级以下为粗晶粒，5~8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒第三章3.1.1钢的热处理原理　　第三章3.1.1钢的热处理原理　　通常采用以下措施来控制奥氏

4、体晶粒的长大：合理选择加热温度和保温时间加热温度愈高，保温时间越长，则奥氏体晶粒长大的倾向愈大。特别是加热温度对其影响更大。选用含有一定合金元素的钢大多数合金元素，如铬、钨、钼、钒、钛等，在钢中可以形成难溶于奥氏体的碳化物，分布在晶粒边界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。第三章3.1.1钢的热处理原理　　钢在冷却时的组织转变钢的冷却方式和冷却速度不同，所得到的组织和性能也不同。等温冷却连续冷却钢的冷却方式有两种：第三章3.1.1钢的热处理原理　　等温冷却时以共析钢为例，把奥氏体化以后的试样分成若干组，分别冷却至不同温度下进行等温冷却，可以测得在不同温度下奥氏体开始转变和转变终了

5、的时间点，绘在“温度－时间”坐标图中，然后把开始转变的时间点和转变终了的时间点连接起来，即得到共析钢的奥氏体等温转变曲线，简称TTT曲线，此曲线也称为C曲线。第三章3.1.1钢的热处理原理　　等温冷却时第三章3.1.1钢的热处理原理　　由C曲线可知，共析钢过冷奥氏体的等温转变有三种类型。在A1~550℃左右进行等温冷却，得到珠光体型组织。第一种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　根据珠光体中铁素体和渗碳体的片层大小和薄厚不同，分为粗珠光体（也称珠光体，以P表示）、细珠光体（也称索氏体，以S表示）和极细珠光体（也称托氏体，以T表示）三种。它们都是由铁素体和渗碳体构成的机

6、械混合物，其硬度托氏体最高，索氏体次之，珠光体最低。第一种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　在550℃左右～Ms（马氏体开始转变温度）间进行等温冷却，得到贝氏体型组织。第二种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　贝氏体是含碳过饱和的铁素体和微小渗碳体颗粒组成的机械混合物。根据贝氏体的组织形态的不同，分为上贝氏体（以B上表示）和下贝氏体（以B下表示）两种。第二种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　上贝氏体的组织形态为羽毛状，下贝氏体的组织形态为针叶状。由于上贝氏体中渗碳体颗粒集中分布在铁素体边界，故强度低，塑性、韧性差，不太实用；而下贝氏体中的渗碳体颗粒比较均匀地分

7、布在铁素体针叶中，故具有高的强度和较高的韧性，性能较好，实用性强，是生产中常采用等温淬火获得的组织。第二种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　在Ms温度以下冷却，得到马氏体组织。马氏体组织是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，用M表示。第三种类型第三章3.1.1钢的热处理原理　　马氏体型转变是在Ms以下连续冷却过程中高速进行的。马氏体开始转变的温度以Ms表示。随着温度的不断降低，马氏体数量不断增加，直至冷却到马氏体转变终了温度Mf结束。马氏体具有较高的强度和硬度，含碳量较低的马氏体（WC＜0.2％）具有良好的塑性和韧性，是一种强韧性很好的组织