金属热处理原理.ppt

第七讲金属热处理原理,主讲曹光明,金属热处理原理,一、热处理的定义与分类,二、钢在加热时的转变,1、以共析碳钢为例说明奥氏体化过程,2、影响奥氏体化的因素,3、奥氏体晶粒大小及其影响因素,三、钢在冷却时的转变,1、过冷奥氏体的等温转变,2、过冷奥氏体等温转变的产物组织及性能,（1）珠光体,（2）贝氏体,（3）马氏体,4、过冷奥氏体的连续冷却转变,3、影响过冷奥氏体等温转变的因素,金属热处理原理,一、热处理的定义及分类,1、什么是热处理,有三个基本参数,加热、保温、冷却。,热处理质量就是通过控制这三个工艺参数来保证的。,2、分类,普通热处理,退火、正火、淬火、回火。,表面热处理,表面淬火及化学热处理。,3、热处理中用到的几个重要温度,A1温度,共析转变温度（727℃）。,A3温度,A与F的转变温度。,Acm温度,A与Fe3C的转变温度。,实际加热时的临界点Ac1、Ac3、Accm,实际冷却时的临界点Ar1、Ar3、Arcm,,,,金属热处理原理,,二、钢在加热时的转变,1、以共析碳钢为例说明钢的奥氏体化过程,共析碳钢的室温组织为,P,FFe3C,→A,0.0218C,6.69C,0.77C,b.c.c.,复杂立方,f.c.c.,P→A,既有碳的扩散，也有晶格的重组。,遵循形核与长大的基本规律。,具体地，P→A转变包括4个阶段。,（1）形核。,形核部位,相界。,原因是,①这些地方原子排列紊乱，能量高，能提供形核所需的能量；,②A的含碳量在F与Fe3C之间，便于C的扩散。,（2）长大。,包括浓差扩散、,相界推移,→Fe3C,→F，,同时伴随晶格的重组。,（3）剩余Fe3C的溶解,Vγ→F＞Vγ→Fe3C，,转变刚结束时，Cγ平衡＜CP平衡,（4）A体均匀化,因为刚形成的A各处C浓度不均匀。,,,,金属热处理原理,,顺便说明一下亚共析钢和过共析钢的A化。,首先，P→A，,然后，先共析相（F、Fe3C）→A。,2、影响A化的因素,（1）T加热,↑，原子扩散↑，,A化↑。,（2）V加热,↑，T转变↑，,A化↑。,（3）化学成分,C↑，,F与Fe3C的相界↑，,A化↑。,（4）原始组织,P越细，,VA化↑，,P片＞P粒。,3、A晶粒大小及其影响因素,（1）晶粒度,起始晶粒度,奥氏体化刚结束，晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。,实际晶粒度,钢在具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。,本质晶粒度,根据标准实验方法，钢在93010℃，保温8h后的A晶粒度。,,,,金属热处理原理,,A晶粒度共有12级,（粗）00，0，1，2，，10（细）,1-4级本质粗晶粒钢。,5-8级本质细晶粒钢。,＞8级超细晶粒钢。,本质粗、细晶粒钢，只是表明钢在一定温度范围内的过热敏感性。,（2）影响A晶粒长大的因素,①T加热、t保温,↑，晶粒长大↑；,②C,↑，有利于长大；,③合金元素Me,carbide形成元素，,V、Ti、Nb、W、Mo、Zr等；,nitride形成元素，Al；,促进石墨化元素，Si、Ni、Co、Cu，,都阻碍长大。,,,Mn、P促使晶粒长大，使钢容易过热。,,,,金属热处理原理,,三、钢在冷却时的转变,钢的冷却有等温冷却和连续冷却（炉冷、空冷、液冷）,1、过冷A的等温转变,是指冷却到A1以下的A。,过冷A的等温转变是指将A迅速冷到Ar1以下某一温度等温过程中发生的转变。,C曲线,研究过冷A等温转变的一个重要工具。,C曲线综合反映了过冷A在不同温度下的等温转变过程,转变开始及终了时间、产物类型、转变温度及转变量的关系等。,C曲线分析,（1）线开始、终了线；,区过冷A区、产物区、共存区。,,,,金属热处理原理,,（2）过冷A在各个等温温度都有一个孕育期,等温温度不同，孕育期长短不同，A的稳定性也就不同。,高温,稳定，,因为此时，△T↓，N、V↓；,中温,不稳定，,因为此时，△T↑，N、V↑；,△T为控制因素。,,,低温,又稳定，,此时△T太大，温度很低，原子扩散成为控制因素。,当T＜Ms时，,原子扩散已经停止，,此时相变为无扩散性相变，,M以共格切变的方式完成了晶格改组。,（3）共析C钢的过冷A有三种转变,高温（A1-550℃），,A→P，,珠光体转变；,中温（550℃-Ms），,A→B，,贝氏体转变；,低温（＜Ms），,A→M，,马氏体转变。,,,,金属热处理原理,,2、过冷A等温转变的产物组织及性能,（1）珠光体P,片状P,粗片P，,片层厚度为1500-4500Ǻ；,细片状P，,又称索氏体，,片层厚度为800-1500Ǻ；,极细片状P，,又称屈氏体，,片层厚度为300-800Ǻ,粒状P，,通过球化退火得到。,转变过程,一般认为是“交替形核、端向长大”，,片状P也有人发现是由Fe3C片分枝长大的结果。,,,,金属热处理原理,,（2）贝氏体B,含碳过饱和αFe3C,B上，,550350℃之间形成，,4045HRC，,呈羽毛状；,B下，,350Ms之间形成，,4555HRC，,黑色针片状。,（3）马氏体M,Ms以下，,A→α′,（含碳过饱和），,即马氏体。,①M结构,体心正方结构，,C原子处于面心及铅直棱边的中央位置。,c/a称为马氏体的正方度。,C↑，,c/a↑，,M的比容↑。,②M形态,片状,高C马氏体，,其内部亚结构为孪晶，,又称为孪晶M；,板条状,低C马氏体，,其内部亚结构为位错，,又称为位错M。,,,,金属热处理原理,,③M性能,σb、HR高,ψ、αk低,C↑，,σb、HR↑。,但当C＞0.6后，变化趋缓。,C↑，,ψ、αk↓,总之，M板硬、强韧；M片硬、脆。,④M转变特点,a无扩散性；,b速度快，瞬间形成（10-7s）；,c有一定的转变温度范围（MsMf）；,d转变不完全，总存在Ar。,3、影响过冷A等温转变的因素,（1）C,亚共析钢,C↑，,先共析F析出变慢，,C曲线右移；,过共析钢,C↑，,未熔Fe3C↑，,有利于过冷A分解，,C曲线左移。,,,,金属热处理原理,,（2）合金元素Me,除Co以外的所有合金元素都使C曲线右移，甚至影响C曲线的形状。,（3）A化条件,T加热、t保温↑，,成分越均匀、,晶粒越大，,形核率↓，,A稳定性↑，,C曲线右移。,4、过冷A的连冷转变,特点,（1）有Ps、Pf线、ab线、Ms点；,（2）只有高温的P转变，而无B转变；,（3）连冷曲线在C曲线的右下方；,（4）当ν＜νb时，A→P；,当νb＜ν＜νa时，A→PM；,当ν＞νa时，A→M。,（5）临界冷速νc,获得M组织的最小冷速。,（6）C曲线在连冷中的应用（定性分析）。,,,