第三章--钢的热处理教案资料

• 在热处理工艺中，不加热时的临界点分别用AC1、AC3、ACCm表示；而冷却 是的临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。
二、奥氏体化过程
珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的 机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏 体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
• 过共析钢在A1临界点温度下是渗碳体和珠光体，当加热温度超过A1后，珠 光体转变；如果继续加热至Acm以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。
• 钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。
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• 注意：加热时，钢的组织实际转变温度往往是高于相图中的理论相变温度； 冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。
（二）奥氏体等温转变产物的组织和性能 • 根据转变温度的不同，C曲线分为高温转变、中温转变和低温转变三个区
工业生产采用奥氏体本质晶粒度来评定钢的长大倾向。奥氏体晶粒度的标准共 定为1～8级，1级最粗，8级最细，是在放大100倍的金相显微镜下观察定的级， 晶粒度为1～4级的定为本质粗晶粒钢，5～8级的定为本质细晶粒钢。
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第二节 奥氏体钢在冷却时的转变
• 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 理的关键。
2．奥氏体长大
• 奥氏体一旦形成，便通过原子扩散不断张大 在于铁素体接触的方向上，铁素体逐渐通过改 组晶胞向奥氏提转化；在与渗碳体接触的方向上，渗碳体不断溶入奥氏体。
3．残余渗碳体溶解
• 由于铁素体的晶格类型和含碳量的差别都不大，因而铁素体向奥氏体的转变总是先完成。当 珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍有少量的渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长， 这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。
• 热处理冷却方式通常有两种，即等温冷却和连续冷却。
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一、奥氏体的等温转变
• （一）奥氏体等温转变曲线
• 奥氏体等温转变曲线一般用金相硬度法测定。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。
800 A1
700
600
奥氏体
粗 珠 光 体 （ H RC5～ 20） 细 珠 光 体 （ H RC 30～ 40）
2020/6/29晶粒度是由钢的成分和冶炼条件决定的。含有钛、钒、钨等合金元 素的钢，大多属于本质细晶粒钢。冶炼时采用铝脱氧的钢也为本质细晶粒钢， 而只用硅、锰脱氧的钢则为本质粗晶粒钢。
•这是因为钛、钒、钨及铝等合金元素在钢中能形成金属化合物，这些化合物微粒分 布在奥氏体晶界上能机械地阻止奥氏体晶粒的长大。但是，当温度升得较高时，这些 化合物微粒会发生聚集甚至溶入奥氏体，这样也失去了机械阻碍的作用，晶粒便会迅 速长大。
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第三章--钢的热处理
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第一节 钢在加热时的转变
一、加热温度的确定
• 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。
• 共析钢在A1临界温度下是珠光体组织，当加热温度超过临界点后珠光体就 转变为奥氏体。
• 亚共析钢在A1临界点温度下是铁素体和珠光体，当温度超过A1后，珠光体 转变为奥氏体；如果继续加热，当温度A3临界点铁素体也可转化为奥氏体。
奥氏体化大致可分为四个过程，如图3－2所示。
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1．奥氏体形核
• 奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上的碳浓度处于中间 值，原子排列也不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量。同时位 错和空间密度较高 铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利 条件。
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3．本质晶粒度：不同的铜奥氏体晶粒加热时长大的倾向不同，评定奥氏体晶 粒在加热时长大倾向的标准叫本质晶粒度。根据冶金部的标准规定，加热到 93010保温8h冷却下来后钢的晶粒大小，称为本质晶粒度。
• 冶金部将钢分为两大类，一类叫本质粗晶粒钢，另一类叫本质细晶粒钢，其 与温度的关系如图3－3所示。
• 如果加热温度过高，或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化。奥氏 体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。
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三、 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。
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刚完了是所形成 的晶粒度，既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的大小。
4．奥氏体均匀化
• 刚形成的奥氏体晶粒中，碳浓度是不均匀的。原先渗碳体的位置，碳浓度较高；原先属于铁 素体的位置，碳浓度较低。因此，必须保温一段时间，通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥 氏体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。
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• 对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过AC3或ACCm，而在稍高于 AC1停留，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而共析铁素体或二 次渗碳体仍将保留。只有进一步加热至AC3或Accm以上并保温足够时间， 才能得到单相的奥氏体。
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。
• 在加热温度升高和保温时间延长的情况下、会使奥氏体最初形成的晶粒长大，这是因 为在奥氏体晶粒的边界处，原子排列是不规则的，因而活动的能力强，较大的晶粒吞 并小的晶粒，使晶界迁移，晶粒就不断长大。
在实际生产中影响奥氏体晶粒长大的主要原因是加热温度，加热温度越高，奥氏体的晶粒就越大； 其次是保温时间，保温时间长，奥氏体的晶粒也大。因此，热处理时要特别注意控制好加热温度， 并选择好适当的保温时间。
温度（℃）
500 上 贝 氏 体 （ H RC 40～ 45）
400
300 MS
下 贝 氏 体 （ H RC 50～ 60）
200
马
氏 ＋
体
（
HRC
55）
100 残 余 奥 氏 体
Mf
1
10 102 103 104 105 106
时 间 （ s）
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图3-6 共析钢等温转变曲线
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