第1章 铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织课件.ppt

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1、金属材料及热处理北京科技大学材料学院材料学系第一章铁碳相图和铁碳合金缓冷后的组织一、铁碳相图图1.1Fe-Fe3C相图二、铁碳合金的凝固过程通常按有无共晶转变将Fe-C合金分为钢和铸铁两部分，即含C量<2.11%的为钢，含C量>2.11%的为铸铁。按组织分为工业纯铁、亚共析钢、共析钢、过共析钢、亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁。三、铁碳合金中的碳化物1)渗碳体（Cementite）：Fe3C，是一种具有复杂晶体结构的化合物，属于正交晶系。2)ε碳化物：Fe2.4C，具有密集六角点阵结构，是亚稳相。3)χ碳化物：又称Hägg

2、碳化物，Fe2.2C或Fe2C5，具有底心单斜点阵。第二章钢的热处理原理和工艺第一节概述钢的热处理：通过加热、保温和冷却的方法，来改变钢内部组织结构，从而改善其性能的一种工艺。热处理的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段，它可用温度一时间坐标图形来表示，称为热处理工艺曲线。加热保温冷却温度时间图2.1热处理工艺曲线第二节钢加热时的组织转变图2.2加热和冷却速度对临界温度的影响一、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)α+Fe3C→γ0.0218%C6.69%C0.77%CA2正交A11.形核2.长大3.残余渗碳体的溶解4.奥氏体的均匀化二、

3、共析钢奥氏体的等温形成动力学图2.3共析钢奥氏体等温形成动力学曲线和等温形成图示意图图2.4共析钢奥氏体等温形成图奥氏体等温形成动力学的影响因素：温度原始组织合金元素三、奥氏体晶粒大小及其影响因素晶粒大小及其表示方法:采用与标准金相图片相比较的方法，来确定晶粒度的级别，晶粒度的级别N和放大100倍时每平方英寸（6.45cm2)视野中的平均晶粒数n的关系为：图2.5奥氏体晶粒度示意图晶粒度：晶粒大小的尺度。1起始晶粒度2实际晶粒度3本质晶粒度图2.6两类钢的平均晶粒直径随加热温度的变化晶粒大小的影响因素：1加热温度和保温时间2加热速度3

4、合金元素过热：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起实际奥氏体晶粒粗大，在随后的淬火或正火得到十分粗大的组织，从而使钢的机械性能严重恶化，此现象称为过热。通过正火、退火的重结晶可以消除过热组织(非平衡组织则难以消除)。过烧：由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起奥氏体晶界熔化的现象称为过烧。通过正火、退火的重结晶不能消除过烧组织。第三节过冷奥氏体转变图过冷奥氏体：奥氏体冷却到临界温度以下，处于热力学不稳定状态，称为过冷奥氏体。过冷奥氏体的冷却方式：等温冷却和连续冷却一、共析钢的过冷奥氏体等温转变图(TT

5、T)1、过冷奥氏体等温转变图的建立图2.6共析钢过冷奥氏体等温转变图图2.7亚共析钢过冷奥氏体等温转变图图2.8过共析钢过冷奥氏体等温转变图2、影响过冷奥氏体等温转变图的因素含C量合金元素加热条件原始组织应力塑性变形3、过冷奥氏体等温转变图的应用TTT图是制定等温热处理工艺的有效依据，例如：等温淬火、等温退火等。二、过冷奥氏体的连续冷却转变1、过冷奥氏体连续冷却转变图(CCT)的建立图2.9共析钢过冷奥氏体连续冷却转变图图2.10亚共析钢和过共析钢过冷奥氏体连续冷却转变图2、过冷奥氏体连续冷却转变图(CCT)的应用CCT图是制定连续冷

6、却热处理工艺的有效依据：预测热处理后零件的组织和性能；确定临界冷速；选择淬火介质。3、共析钢CCT曲线与TTT曲线的对比图2.11共析钢过冷奥氏体CCT曲线与TTT曲线的比较第四节珠光体转变珠光体转变：共析钢奥氏体化后，过冷到A1至“鼻尖”之间区域等温停留时，将发生共析转变，形成珠光体组织。转变温度：A1以下转变形式：γα+Fe3C相变特点：扩散性相变一、珠光体形态和性能1.珠光体形态片状珠光体粒状珠光体珠光体索氏体屈氏体2.性能片状珠光体：片间距越小，强度、硬度升高，范性变好。粒状珠光体：与片状珠光体相比，硬度、强度较低，范性较高

7、。图2.11片状珠光体的形成示意图二、片状珠光体的形成过程1、分片形成机理图2.11片状珠光体形成时C原子的扩散示意图2、分支形成机理与片状珠光体的形成机理相似，只是在分枝形成机理中珠光体区域的铁素体和渗碳体具有相同的取向，渗碳体的晶核形成后，向前长大过程中不断分枝，而铁素体协调的在渗碳体枝间形成，从而形成渗碳体和铁素体的两相混合组织。三、粒状珠光体粒状珠光体是渗碳体以颗粒的形式分布在铁素体基体上。形成的先决条件是奥氏体化温度较低，此时奥氏体中残存未溶渗碳体质点和高碳区，缓冷至A1以下较小过冷度下，高碳区非自发形核或未熔碳化物直接长大

8、成渗碳体颗粒，周围的低碳区变成铁素体，从而形成粒状珠光体。四、亚(过)共析钢的珠光体转变伪共析组织：非共析成分的合金在冷却过程中却获得类似共析成分的组织。离异共析：共析组织中与先共析相相同的相依附先共析相成长，另一相孤立