钢的热处理原理(金属学与热处理)课件.ppt

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1、第二节钢在加热时的转变第九章钢的热处理原理第三节钢在冷却时的转变第四节钢在回火时的转变第一节概述第一节概述热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺（图9-1）。一、热处理的作用图9-1热处理工艺曲线示意图原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。二、热处理与相图图9-2合金相图（一）相变阻力大固态相变

2、时，由于新、旧两相比体积不同，母相γ转变为新相时要产生体积变化，或者由于新、旧两相相界面不匹配而引起弹性畸变。故新相必然受到母相的约束，不能自由胀缩而产生应变。因此导致弹性应变能的额外增加。而液态金属结晶时能量的增加仅仅只有表面能一项。三、固态相变的特点固态相变的特点液态金属在已存在固相质点上形成非自发晶核时，新固相与现存固相质点之间必须符合结构和大小相适应原理，才能降低形核功，促进非自发晶核的形成。（二）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系固态相变的特点固态相变时，母相中各种晶体缺陷，如晶

3、界、相界、位错、空位等各种点、线、面缺陷对相变有明显的促进作用。新相晶核往往优先在这些缺陷处形成。这是由于在缺陷周围晶格有畸变，自由能较高，因此容易在这些区域首先形成晶核。试验表明，母相晶粒越细，晶界越多，晶内缺陷越多，则转变速度越快。（三）母相晶体缺陷对相变起促进作用固态相变的特点固态相变的另一特征是易于出现过渡相。过渡相是一种亚稳定相，其成分和结构界于新相和母相之间。因固态相变阻力大，原子扩散困难，尤其当转变温度较低，新、旧相成分相差很远时，难以形成稳定相。过渡相是为了克服相变阻力而形成的一种

4、协调性中间转变产物。通常首先在母相中形成成分与母相接近的过渡相，然后在一定条件下由过渡相逐渐转变为稳定相。（四）易于出现过渡相无论是液态金属结晶，还是固态金属各种类型的相变都是通过生核和长大两个基本过程进行的。根据固态相变过程中生核和长大的特点，可将固态相变分为三类。第一类是扩散型相变。第二类是非扩散型相变。第三类是介于上述两类转变之间的一种过渡型相变。四、固态相变的类型第二节钢在加热时的转变共析钢中奥氏体的形成由下列四个基本过程组成：奥氏体形核、奥氏体长大、剩余渗碳体溶解和奥氏体成分均匀化，如图

5、9-4所示。一、共析钢奥氏体的形成过程图9-4共析钢中奥氏体形成过程示意图a）A形核b）A长大c）残余Fe3C溶解d）A均匀化共析钢奥氏体的形成过程将钢加热到Ac1以上某一温度保温时，珠光体处于不稳定状态，通常首先在铁素体和渗碳体相界面上形成奥氏体晶核，这是由于铁素体和渗碳体相界面上碳浓度分布不均匀，原子排列不规则，易于产生浓度起伏和结构起伏区，为奥氏体形核创造了有利条件。珠光体群边界也可成为奥氏体的形核部位。在快速加热时，由于过热度大，也可以在铁素体亚晶边界上形核。（一）奥氏体的形核共析钢奥氏体

6、的形成过程奥氏体晶核形成以后即开始长大。奥氏体晶粒长大是通过渗碳体的溶解、碳在奥氏体和铁素体中的扩散和铁素体向奥氏体转变而进行的，其长大机制示于图9-5。（二）奥氏体的长大共析钢奥氏体的形成过程（二）奥氏体的长大图9-5共析钢奥氏体晶核长大示意图a）奥氏体相界面推移示意图b）在t1温度下奥氏体形核时各相的碳浓度共析钢奥氏体的形成过程铁素体消失后，在t1温度下继续保温或继续加热时，随着碳在奥氏体中继续扩散，剩余渗碳体不断向奥氏体中溶解。（三）剩余渗碳体的溶解共析钢奥氏体的形成过程当渗碳体刚刚全部溶入

7、奥氏体后，奥氏体内碳浓度仍是不均匀的，原来是渗碳体的地方碳浓度较高，而原来是铁素体的地方碳浓度较低，只有经长时间的保温或继续加热，让碳原子进行充分地扩散才能获得成分均匀的奥氏体。（四）奥氏体成分均匀化（一）加热温度和保温时间为了描述珠光体向奥氏体的转变过程，将共析钢试样迅速加热到Ac1以上各个不同的温度保温，记录各个温度下珠光体向奥氏体转变开始、铁素体消失、渗碳体全部溶解和奥氏体成分均匀化所需要的时间，绘制在转变温度和时间坐标图上，便得到共析钢的奥氏体等温形成图（见图9-6）。二、影响奥氏体形成速

8、度的因素图9-6共析钢奥氏体等温形成图影响奥氏体形成速度的因素钢的原始组织为片状珠光体时，铁素体和渗碳体组织越细，它们的相界面越多，则形成奥氏体的晶核越多，晶核长大速度越快，因此可加速奥氏体的形成过程。如共析钢的原始组织为淬火马氏体、正火索氏体等非平衡组织时，则等温奥氏体化曲线如图9-7所示。（二）原始组织的影响图9-7不同原始组织共析钢等温奥氏体曲线1—淬火态2—正火态3—球化退火态影响奥氏体形成速度的因素1.碳钢中的含碳量对奥氏体形成速度的影响很大。这是因为钢中的含碳量越高，原