第五章 钢的热处理工艺(课件含习题和答案)

四、奥氏体晶粒大小及控制 • 1．晶粒度: 表征 晶体内晶粒大小 的量度，通常用 长度，面积，体 积或晶粒度级别 表示。
2．起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度
• 本质晶粒度：钢奥氏体 晶粒长大的倾向。 奥氏体晶粒随温度的升 高而且迅速长大→本质 粗晶钢 奥氏体晶粒随温度升高 到某一温度时，才迅速 长大→本质细晶钢
3．奥氏体晶粒度的控制
• • • • • • • • a. 加热工艺 加热温度，保温时间 b. 钢的成分——合金化 A中C%↑→晶粒长大↑ MxC%↑→是粒长大↓ 1)碳化物形成元素 细化晶粒 2）Al→本质细晶钢 3）Mn 、P促进长大
5.2 钢在冷却过程中的组织转变
• 一、过冷奥氏体的等温转变 • 二、影响C曲线的因素 • 三、过冷奥氏体的连续冷却转变图
[教学内容]
• • • • • • • §5.1 钢在加热时的组织转变 §5.2 钢在冷却过程中的组织转变 5．3 钢的退火与正火工艺 5.4 钢的淬火与回火 5.5 钢的表面热处理 5.6 钢的化学热处理 “钢的热处理” 练习题
5.1 钢在加热时的组织转变 一、共析钢的奥氏体化（晶格改组和Fe，C原子的扩散过程， 遵循形核、长大规律）1．共析钢奥氏体化温度
• 2．合金元素，（C0%↑→左移） • C0以外，所有合金元素溶入A中，增大过冷 A稳定性——右移 • 非碳化物形成元素，Si,Ni, Cu, 不改变C曲 线形状 • 强碳化物形成元素，Cr,Mo,W,V, Nb, Ti, 改 变C曲线形状 • 除C0,Al 外，均使Ms,Mf 下降，残余A↑
（二）A化条件的影响
一、过冷奥氏体的等温转变
• 1．共析钢过冷A等温转变曲线。 • 冷却到一定温度，保温，测量A过冷转变开 始和终了时间 • A1以上：A稳定 • A1以下：A不稳定，过冷 • C曲线有一最小孕育期： • 1：T↓，A——P的驱动力F提高 • 2：T↓——D↓
2．共析钢过冷奥氏体等温转变产物 的组织和特征
[一般要求]
• 1. 钢在加热和冷却时组织转变的机理； • 2. 各种热处理的具体工艺过程； • 3. 钢在加热和冷却过程中产生的缺陷；
热处理
• ● 热处理 —— 把固态金属材料通过一定的加热，保温和 冷却以改变其组织和性能的一种工艺。 • ● 热处理工艺的分类 —— 常规热处理(退火、正火、淬 火和回火），表面淬火及化学热处理。
二、影响C曲线的因素
• C曲线反映奥氏体的稳定性及分解转变特性， 这些取决于奥氏体的化学成分和加热时的 状态。 • C曲线的形状位置，不仅对过冷奥氏体等温 转变速度和转变产物的性能具有重要意义， 而且对钢的热处理工艺也有指导性作用。
（一）A成分 1．含碳Biblioteka BaiduA中C%↑→C曲线右移.
• 对亚共析钢，钢中C%↑，A中C%↑→C曲线右移 对过共析钢，一般在AC1以上A化，钢中C%↑，未溶 Fe3C↑→有利于形核→C曲线左移 共析钢，C曲线最靠右边，稳定性最高。
• 1．加热温度和时间 • A化温度↑，时间↑（成分均匀，晶粒大，未 溶碳化物少，形核率降低）→A稳定性↑，C 曲线右移 •
三、过冷奥氏体的连续冷却转变图
• • • • PS：A→P开始线 Pf：A→P终止线 K：珠光体型转变终止线 Vk：上临界冷却速度（马氏体 临界冷却速度）→M最小冷速 Vk’：下临界冷速→完全P最大 冷速 2．连续冷却转变曲线和等温转 变曲线的比较 （1）CCT位于TTT曲线右下方 A→P转变温度低一些，t长一些 （2）CCT无A→B转变 CCT测定困难，常用TTT曲线 定性分析
• • • • （1）高温转变区 A1——鼻子温度（5500C） A过冷——>P（S，T）索氏体，屈氏体。 P的形成取决于生核，长大速率。T↓，生核，长 大↑ 。 • T↓→6000C，D↓，长大慢→层间距薄，短 • 扩散型相变，综合性能好，HB较低，韧性好。 • T↓——HB↑，强度↑
（2）中温区转变，贝氏体转变 550℃~230（MS） A过冷→B，碳化物分布在含过饱和碳的F基体上的 两相机械混合物 • 550℃~350℃ 上贝氏体 半扩散型，Fe不扩散 • 羽毛状 碳化物在F间，韧性差 • 350℃~MS 下贝氏体 C原子有一定的扩散能力 针状 碳化物在F内，韧性高，综合机械性能 好
• ● M 的形态与含碳量的关系 —— C%↑→ 针状M %↑ • ● M 的硬度与含碳量的关系 —— C%↑→ HRC↑ • ● M 转变温度与含碳量的关系 —— C%↑→ A’% ↑ • ● A’含量与含碳量的关系 —— C%↑→ A’% ↑
3．共析钢等温转变组织——性能的关系
• （1）珠光体型 • 转变温度降低，片间距小，细晶强化→强度、硬度、塑性、 韧性提高 • （2）贝氏体 • B上：强度、韧性差 • B下：硬度高，韧性好，具有优良的综合机械性能 • （3）马氏体 • 硬度高 • C%↑→HRC↑ • 针状马氏体，硬而脆，塑、韧性差 • 板条状，强度高，塑性，韧性好
2．共析钢奥氏体化过程 a. 形核 （优先在相界（F，Fe3C）b. 长大 c. 渗碳体完全溶解d. 碳的均匀化
二、亚（过）析钢的奥氏体化 三、影响奥氏体化的因素 1．加热温度 T↑→A化↑ (D↑→浓度梯度大）
2．加热速度↑→转变开始温度↑，转变时间↓
3．含碳量 C%↑→界面多→核心多→转变快 4．合金元素 a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素，↓ 奥氏体形成速度 b. C0、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不太 5．原始组织 片状，片间距小→相界面多→碳弥散度大→碳原 子扩散距离短→奥氏体形核长大快 >粒状
（3）低温区转变——马氏体转变，MS→Mf之间一个温度范
围内连续冷却完成的，离于非扩散型转变。
• a. A过冷→M+A'残余 • b. 转变产物：马氏体M，碳在α-Fe中的过 饱和固溶体。 • C%<0.23%，板条状M • C%>1.0%，针状，马氏体 • c. 实质：T低——C无法扩散→非扩散性晶 格切变→过饱和C的铁素体。 • d. M转变的特征，①无扩散性 ②瞬时性 ③ 存在Ms,Mf ④不完全性 ⑤体积膨胀