机械制造基础教学课件 作者 黄胜银第2章 金属材料的强化与处理.ppt

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1、第2章金属材料的强化与处理12.1钢的热处理2.2工程材料的表面处理办法22.1钢的热处理钢的热处理定义：是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定时间，然后以预定的方式冷却到室温，来改变其内部组织结构，以获得所需性能的一种热加工工艺。三个阶段：加热、保温和冷却。32.1.1钢在加热时的组织转变奥氏体的形成：钢的热处理大多是将钢加热到临界温度以上，获得奥氏体组织，然后再以不同的方式冷却，使钢获得不同的组织而具有不同的性能。通常将钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。两种过程：一种是使钢获得单相奥氏体，这称为完

2、全奥氏体化；另一种是使钢获得奥氏体和渗碳体（或者奥氏体和铁素体）的两相组织，这称为不完全奥氏体化。奥氏体转变过程：奥氏体的形核、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解以及奥氏体成分的均匀化。4（1）奥氏体晶核的形成共析碳钢加热到A1时，原铁素体的体心立方晶格结构会改组为奥氏体的面心立方晶格结构，原渗碳体的复杂晶格结构会转变为面心立方晶格结构。相界面上以两种晶格过度结构排列原子偏离平衡位置，碳浓度分布不均匀，位错密度较高、处于能量较高的状态，两相交界面越多，奥氏体晶核越多，这些在化学成分、结构和能量上为形成奥氏体晶核提

3、供了有利条件。（2）奥氏体晶核的长大奥氏体形成晶核以后，奥氏体的相界面会向铁素体和渗碳体两个方向同时长大。这就使得奥氏体中不同位置碳浓度发生变化，从而引起碳在奥氏体中浓度高的一侧向浓度低的一侧移动，同时就打破原相界面处碳浓度的平衡，则奥氏体中靠近铁素体一侧的碳浓度增高，靠近渗碳体一侧碳浓度降低。为了恢复碳浓度的平衡，就必须促使铁素体向奥氏体转变以及渗碳体的溶解。这样，奥氏体中与铁素体和渗碳体相界面处碳平衡浓度的破坏与恢复的反复循环过程，就使奥氏体逐渐向铁素体和渗碳体两方向长大，直至铁素体完全消失，逐步使奥氏体晶核

4、长大。5（3）残余渗碳体的溶解由于渗碳体的晶体结构与奥氏体差别较大，铁素体转变为奥氏体速度远高于渗碳体的溶解速度，在铁素体完全转变之后，仍会有部分渗碳体未溶解，随着保温时间延长或继续升温，剩余渗碳体不断溶入奥氏体中，直至全部渗碳体溶解完全为止。（4）奥氏体化学成分的均匀化奥氏体转变结束以后，即使渗碳体全部溶解，奥氏体内的成分仍不均匀，在原铁素体形成奥氏体的区域碳的质量分数较低，相反，在原来渗碳体之处碳的质量分数较高，因而，还需要继续保温给予足够的时间，让碳原子充分扩散，奥氏体的化学成分才可能均匀。a）奥氏体的形核

5、b）奥氏体的长大c）残余渗碳体的溶解d）奥氏体成分的均匀化6奥氏体晶体的长大及其控制奥氏体晶粒的长大过程是自发的大晶粒吞并小晶粒，致使晶界面积减小、降低表面能。奥氏体的晶粒大小对钢随后的冷却转变及转变产物的组织和性能都有重要的影响.奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒大小用晶粒度来表示。所谓晶粒度是指在金相显微镜下，单位面积上的晶粒个数。奥氏体晶粒度分为8个级别，1级最粗，8级最细。晶粒度的评定一般采用比较法，即金相试样在放大100倍的显微镜下，与标准的图谱相比。奥氏体晶粒大小与晶粒度级别的关系为：式中——在显微镜下放大1

6、00倍时，每平方英寸面积上的奥氏体晶粒个数；——奥氏体的晶粒度级别。由该式可知，晶粒度级别越小，单位面积中的晶粒度数目越少，则晶粒度越大。通常＜1为超粗晶粒；=1～4为粗晶粒；=5～8为细晶粒；＞8为超细晶粒。7奥氏体晶粒度的概念有以下3种：1）起始晶粒度。奥氏体转变刚刚完成，即奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的奥氏体晶粒大小称为起始晶粒度。通常情况下，起始晶粒度总是比较细小、均匀的。2）实际晶粒度。钢在某一具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒的大小称为实际晶粒度。实际晶粒一般总比起始晶粒大。它的大小直接影

7、响钢热处理后的组织结构和性能。3）本质晶粒度。根据国家标准，在（930±10）℃保温3～8h，冷却后放大100倍，在显微镜下测定的奥氏体晶粒大小称为本质晶粒度。晶粒度为1～4级，称为本质粗晶粒钢，晶粒度为5～8级，则为本质细晶粒钢。8影响奥氏体晶粒度长大的因素1）加热温度和保温时间。在一定温度保温，最初奥氏体晶粒长大迅速，随保温时间延长，奥氏体晶粒长大放缓，当奥氏体晶粒长大到一定尺寸后，继续延长保温时间，晶粒不在明显长大，并且加热温度升高，最初奥氏体晶粒长大越来越迅速。2）加热速度。奥氏体转变过程中，加热速度越快

8、，过热度越大，则奥氏体的形核率大于长大率，转变刚结束时的奥氏体晶粒越细小。但是保温时间不能太长，否则晶粒很容易长大。所以实际生产中的表面淬火就是利用快速加热、短时保温的方法，来获得细小的奥氏体晶粒。3）化学成分的影响。化学成分的影响可分为碳的影响和合金元素的影响。所谓合金元素是指为了提高钢的性能而在冶炼钢时添加的元素。钢中碳含量对奥氏体晶粒长大的影响很大。随奥氏体中含碳量