机械工程材料的强韧——热处理

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1、机械工程材料的强韧——热处理1、使材料强度提高的过程称为材料强化。2、工程材料强化的途径：（1）尽可能减少晶体中的位错，使材料接近于无缺陷的理想晶体，材料实际强度接近于理论强度；（2）材料中有大量位错时，设法阻止位错运动，从而强化材料。工程材料常用的强化方式：固溶强化，冷变形强化，细晶强化，第二相强化，相变强化工程材料常用的强韧化方式：细化晶粒，调整化学成分，控制轧制与控制冷却，形变热处理，马氏体强化，下贝氏体强化改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化，二是热处理。第一节概述1、热处理：是指将钢在固

2、态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。2、热处理特点：热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。3、热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。4、热处理分类热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：5、预备热处理与最终热处理预备热

3、处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理。第二节钢在加热时的转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。一、奥氏体的形成过程奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共析钢为例说明：第一步：奥氏体晶核形成：首先在a与Fe3C相界形核。第二步：奥氏体晶核长大：g晶核通过碳原子的扩散向a和Fe3C方向长大。第三步：残余Fe3C溶解：铁素

4、体在成分、结构上比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。第四步：奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析a或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒的长大奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，此时晶粒细小均匀。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一

5、步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大的过程与再结晶晶粒长大过程相同。在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。通常将钢加热到940±10℃奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室温来判断。g晶粒度为1-4级的是本质粗晶粒钢，5-8级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。2、影响奥氏体晶粒长大的因素⑴加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，g晶粒粗大。⑵加热速度：加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。⑶合金元素：阻碍奥氏体晶粒长

6、大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P。⑷原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。第三节钢在冷却时的转变冷却是热处理更重要的工序。一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体

7、转变和马氏体转变三种类型转变。以共析钢为例说明：㈠珠光体转变1、珠光体的组织形态及性能过冷奥氏体在A1到550℃间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同，又细分为珠光体、索氏体和屈氏体。⑴珠光体：形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，用符号P表示。⑵索氏体形成温度为650-600℃，片层较薄，800-1000倍光镜下可辨，用符号S表示。⑶屈氏体形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨，用符号T表示。珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质

8、区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。2、珠光体转变过程珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。珠光体转变是扩散型转变。㈡贝氏体转变1、贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在550℃-230℃(Ms)间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号B表示。根据其组织形态不同，贝氏体又