第四章 钢的热处理答辩ppt课件.ppt

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1、第四章钢的热处理通过加热、保温和冷却来改变钢的组织,从而改变钢机械性能的工艺,称为热处理。热处理的这三个阶段,可以用工艺过程曲线来表示,如图3-1所示。第一节钢在加热时的转变热处理的第一道工序就是加热。铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。一、加热温度临界温度与实际转变温度铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用A1、A3、Acm表示.实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象,因此将加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示;冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。二、奥氏体化过程奥氏体化大致可分为四个过程,以

2、共析钢为例。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。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。第四步奥氏体成分均匀化: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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.三、奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大是

3、界面迁移的过程,实际上是原子扩散的过程。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。⑴加热温度和保温时间:加热温度高、保温时间长,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.(3)原始组织:钢的原始组织越细,碳化物弥散度越大,则奥氏体起始晶粒度越细。(4)合金元素:含碳量越高,渗碳体越多,增加了相界面,奥氏体形核率增加,加快奥氏体形成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

4、形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素:Mn、P、C、N。四、晶粒度的评定晶粒的大小,或叫晶粒的粗细,是用晶粒度来表示的。奥氏体晶粒度的标准级别分为8级,1~4级为粗晶粒度,5~8级为细晶粒度。1.起始晶粒度:指钢加热至奥氏体的过程中,当铁素体向奥氏体转变刚结束,即当奥氏体成核长大时,奥氏体晶粒的边界刚刚相碰时的晶粒大小。2.实际晶粒度:是指某一具体的热处理后或热加工条件下,所得到的奥氏体晶粒度。3.本质晶粒度:通常将钢加热到93010℃保温8小时奥氏体化后,奥氏体晶粒的晶粒度。表示的是加热时奥氏体晶粒的长大倾向性。如果晶粒度为1-

5、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。五、防止奥氏体晶粒长大的措施(1)控制奥氏体化温度不要过高,保温时间不要过长;(2)加入碳化物、氮化物形成元素,形成VC、TiC、AlN等微粒,钉扎奥氏体晶界,阻碍奥氏体晶粒长大,细化晶粒;(3)加入某些元素,降低奥氏体的晶界能,降低晶界移动驱动力。(如RE可细化晶粒,使奥氏体转变产物组织细小。)第二节钢在冷却时的转变钢的奥氏体化不是最终目的,是为随后的冷却转变作组织准备。冷却是钢热处理的三个工序中影响性能的最重要环节,所以冷却转变是热处理的关

6、键。转变类型热处理冷却方式通常有两种,即等温冷却(分别研究温度、时间对转变的影响)和连续冷却(得到粗细不均甚至不同类型的组织)。过冷奥氏体—临界温度以下存在的不稳定的将要发生转变的奥氏体。一、奥氏体的等温转变1、奥氏体等温转变曲线(TTT图)图3-5是共析钢C曲线测定方法示意图。图3-6是实测的共析钢C曲线。图3-6共析钢等温转变曲线2、C曲线的分析⑴转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。孕育期越小,过冷奥氏体稳定性越小.孕育期最小处称C曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃。在鼻尖以上,温度较高,相变驱动力小,在鼻尖以下,温

7、度较低,扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。⑵C曲线明确表示了:过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物,以及不同温度下,A过转变量与时间的关系。3、影响C曲线的因素(形状与位置)⑴成分的影响①含碳量的影响:共析钢的过冷奥氏体最稳定,C曲线最靠右。Ms与Mf点随含碳量增加而下降。与共析钢相比,亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多一条先共析相的析出线。②合金元素的影响除Co外,凡溶入奥氏体的合金元素都使C曲线右移。除Co和Al外,所有合金元素都使Ms与Mf点下降。⑵奥氏体化条件的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长,使奥氏体成分均匀、晶粒粗大

8、、未溶碳化物减少,增加了过冷奥氏体的稳定性,使C曲线右移。使用C曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.二、过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能1高温转变(珠光体转变)温度范围:A1~550℃转变特征:扩散型转变(C原子的扩散)转变过程:珠光体转

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