工程材料-第六章_钢的热处理[研究材料]

精加工
（磨削）
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第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of Steels）
钢的临界转变温度是钢在 热处理时制定加热、保温、 冷却工艺的重要依据，由铁 碳合金相图确定。
重要结论：
钢的实际临界转变温度总 是滞后于理论临界转变温度, 即加热时需要过热，冷却时 需要过冷。
G
A3
温 度
Ar3
Ac3
P
S
Q
E
Accm
Acm
Arcm
Ac1 A1 Ar1
wC（%） Fe－Fe3C相图的共析转变部分
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第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
第二节 钢在加热时的转变
两种加热方式：
第①种加热方式发生在临界温
度Ac1以上，一定有组织转变，是
一种相变过程。
第②种加热方式发生在临界温
形变热处理
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第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
预备热处理：为随后的加工或热处理作准备
热处理工艺
最终热处理：赋予工件所需的力学性能
举例：
零件的典型加工工艺路线：
毛坯
（锻件）
预备热处理
（退火、正火）
机加工
（车削）
最终热处理
（淬火、回火）
②保温（Holding） 目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。
③冷却（Cooling） 目的是使奥氏体转变为不同的组织。
热处理后的组织
加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同 将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。
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第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
热处理的特点
热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变 钢的性能。
热处理的作用
改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力， 提高工件质量，延长工件寿命。
重要结论：
材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和 冷却过程中是否发生组织和结构的变化。
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A长大
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第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
3.残余渗碳体的溶解
Fe3C的溶解落后于F→A转变，残留 Fe3C将继续溶入A中。
分析：
在奥氏体的形成过程中，F比Fe3C先 消失，因此奥氏体形成之后，还残留未 溶的Fe3C。这些残余Fe3C将随着时间的 延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全 部消失。
A
未溶Fe3C
残余Fe3C的溶解
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第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
4.奥氏体成分的均匀化
残余Fe3C溶解完成后,A成分极不均匀。 最终通过C原子的扩散，奥氏体的成分达
A
到均匀一致。
分析：
残留的Fe3C全部溶入A后,原先是Fe3C的 地方碳浓度高,原先是F的地方碳浓度低， 必须继续保温，通过C原子的扩散，使A成 分均匀化。
第一节 热处理的基本概念 一、热处理的定义
热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部 组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。
温度
保温
临界温度
加
冷
热
却
时间
热处理工艺曲线示意图
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二、热处理的基本要素和作用
热处理的三大要素
①加热（Heating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。
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第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
1.奥氏体的形核
A晶核优先在F/Fe3C相界处形成。
分析：
形核需要3个起伏，即能量起伏、结构 起伏、成分（浓度）起伏,在晶界处容易 满足这3个起伏。
①相界处晶格畸变较大，能量较高，有 利于获得A形核所需的能量要求。
②相界处晶格畸变较大，原子排列不规 则，有利于获得奥氏体的fcc结构要求。
③相界处碳浓度相差较大，有利于获得 A形核所需的碳浓度要求。
FA Fe3C
A形核
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2.奥氏体的长大
A晶核形成后,将通过F→A转变和Fe3C溶 入A的过程不断长大。
分析：
AF Fe3C
A形核后，由于A与Fe3C相界处存在碳浓 度梯度，将引起A中C的扩散。通过Fe原子 和C原子的扩散、Fe原子的晶格由bcc转变 为fcc，A不断向F和Fe3C两侧扩展长大,直 至F完全消失。
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第六章 钢的热处理－§6.2 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成过程
以共析钢为例：
奥氏体的形成是一个形核和长大的固态相变过程，是铁素体(F)向奥 氏体(A)的晶格改组，渗碳体(Fe3C)溶入奥氏体中，以及碳(C)在奥氏 体中扩散的过程。
共析钢奥氏体化的四个基本过程：
①奥氏体的形核 ②奥氏体的长大 ③残余渗碳体的溶解 ④奥氏体成分的均匀化
温度
加 热加
热
保温 保温
Ac1
冷 冷却
却 ②①
度Ac1以下，不一定有组织转变。
加热的目的：
时间
加热钢的两种方式
本节介绍第①种加热过程，目 相变（Phase Transformation）：
的是使钢从室温组织（如珠光体） 材料中的一种相在一定条件下转变
转变为奥氏体，即获得均匀
为另一种相的过程。
细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化（Austenitizing）。
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第六章 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
三、热处理的类型
1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类
热处理工艺
普通热处理
(整体热处理)
表面热处理
退火 正火 淬火 回火
感应加热表面淬火 表面淬火 火焰加热表面淬火
电接触加热表面淬火
渗碳 化学热处理 渗氮（氮化）
碳氮共渗
控制气氛热处理
其他热处理 真空热处理
改善钢铁材料性能的途径：
合金化（Alloying） 通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获
得优良的性能。 热处理（Heat Treatment）
将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内 部组织和结构，从而获得优良的性能。
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第六Βιβλιοθήκη Baidu 钢的热处理－§6.1 热处理的基本概念
第六章 钢的热处理
Chapter 6 Heat Treatment of Steels
主要内容：
热处理的基本概念 钢在加热时的转变 钢在冷却时的转变 钢的退火与正火 钢的淬火与回火 钢的表面热处理
热处理原理 热处理工艺
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第六章 钢的热处理
钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业 中的比例达到90%左右，在汽车制造业中的比例达到70%，在 其他制造业中也是最重要的材料之一。