机械工程材料-ch钢的热处理.ppt

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1、山东农业大学专业基础课程主讲：田富洋机械工程材料MechanicalEngineeringMaterialsScience第四章钢的热处理(HeatTreatmentofSteel)概述钢在加热时的转变钢在冷却时的转变钢在回火时的转变热处理概述1.热处理的定义:时间温度临界温度热加保温冷却2.热处理的主要目的:改变钢的性能。3.热处理的应用范围:整个制造业。4.热处理的分类热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;第一节钢在加热时的组织转变转变温

2、度奥氏体的形成奥氏体晶粒度及对力学性能的影响一.转变温度(transformationtemperature)二、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与Fe3C相界形核。第二步奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向和Fe3C方向长大。第三步残余Fe3C溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。第四步奥氏体成分均匀化：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

3、。FFe3C未溶Fe3CA残余Fe3CAAAA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化影响奥氏体形成的因素4、合金元素：合金元素可以改变钢的临界温度，影响碳的扩散速度，从而限制奥氏体的形成速度。2、加热速度：速度越大，奥氏体形成时间越短。3、钢中碳的质量分数：质量分数越多，相界面增多，则有利于奥氏体的形成。1、加热温度：温度越高，奥氏体形成速度越快。三.奥氏体晶粒度及对力学性能的影响一)奥氏体晶粒度:1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。3.本质晶粒度:度量钢本

4、身晶粒在930℃以下,随温度升高,晶粒长大的程度。标准晶粒度等级钢的本质晶粒度示意图二)奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。三）影响奥氏体晶粒长大的因素（3）合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。（1）加热温度和保温时间:加热温度高、保温时间长,晶粒粗大.（2）加热速度:加热速度越快,过热度越大,形核率越高,晶粒越细.第二节钢在冷却

5、时的组织转变钢在热处理时的冷却方式过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变钢在热处理时的冷却方式热加保温时间温度临界温度连续冷却等温冷却一.过冷奥氏体的等温冷却转变一)建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线(C曲线)T---timeT---temperatureT---transformation共析碳钢TTT曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1二)共析碳钢TTT曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产

6、物转变开始线A向产物转变终止线A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf三)转变产物的组织与性能1.珠光体型(P)转变(A1～550℃):A1～650℃:P;15～27HRC;片间距为0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:细片状P---索氏体

7、(S);片间距为0.2～0.4μm(1000×);27～38HRC。600～550℃:极细片状P---托氏体(T);片间距为＜0.2μm(电镜);38～43HRC。珠光体形貌像光镜下形貌电镜下形貌光镜形貌电镜形貌索氏体形貌像托氏体形貌像电镜形貌光镜形貌2.贝氏体型(B)转变(550～230℃):550～350℃:B上;40～45HRC;B上=过饱和碳α-Fe条状+Fe3C细条状过饱和碳α-Fe条状Fe3C细条状羽毛状稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线A+产物区产物区A1～550℃;高温转变

8、区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf上贝氏体转变过程上贝氏体组织金相图2.贝氏体型(B)转变(550～230℃)