第二章 钢的热处理
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(4)奥氏体化学成分均匀化 奥氏体转变结束时,其化 学成分处于不均匀状态,在原来铁素体之处碳的质量分数较 低,在原来渗碳体之处碳的质量分数较高。因此,只有继续延 长保温时间,通过碳原子的扩散过程才能得到化学成分均匀 的奥氏体组织,以便在冷却后得到化学成分均匀的组织与性 能。
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亚共析钢(0.021 8%≤w(C)<0.77%)和过共析钢 (0.77%<w(C)≤2.11%)的奥氏体形成过程基本上与共析 钢相同,不同之处是在加热时有过剩相出现。由铁碳合金相 图可以看出,亚共析钢的室温组织是铁素体和珠光体;当加热 温度处于Ac1~Ac3时,珠光体转变为奥氏体,剩余相为铁素 体;当加热温度超过Ac3以上,并保温适当时间时,剩余相铁 素体全部消失,得到化学成分均匀单一的奥氏体组织。同样, 过共析钢的室温组织是渗碳体和珠光体,当加热温度处于 Ac1~Accm时,珠光体转变为奥氏体,剩余相为渗碳体;当加 热温度超过Accm以上,并保温适当时间时,剩余相渗碳体全 部消失,得到化学成分均匀单一的奥氏体组织。
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(2)奥氏体晶核长大 奥氏体形核后,奥氏体核的相界 面会向铁素体与渗碳体两个方向同时长大。奥氏体的长大 过程一方面是由铁素体晶格逐渐改组为奥氏体晶格;另一方 面是通过原子扩散,即渗碳体连续分解和碳原子扩散,逐步使 奥氏体晶核长大。
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(3)残余渗碳体溶解 由于渗碳体的晶体结构和碳的 质量分数与奥氏体差别较大,因此,渗碳体向奥氏体中溶解的 速度必然落后于铁素体向奥氏体的转变速度。在铁素体全 部转变完后,仍会有部分渗碳体尚未溶解,因而还需要一段时 间继续向奥氏体中溶解,直至全部渗碳体溶解完为止。
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一、钢在加热 时的组织转变
二、钢在冷却 时的组织转变
三、退火与正 火
四、淬火
第二章 钢的热处理
九、热处理工 艺应用
八、热处理新技 术简介
五、回火
七、表面热处理 与化学热处理
六、金属的时效
第一节 钢在加热时的组织转变 大多数零件的热处理都是先加热到临界点以上某一温 度区间,使其全部或部分得到均匀的奥氏体组织,但奥氏体一 般不是人们最终需要的组织,而是在随后的冷却中,采用适当 的冷却方法,获得人们需要的其他组织,如马氏体、贝氏体、 托氏体、索氏体、珠光体等组织。
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二、奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢铁材料中奥氏体晶粒的大小将直接影响到其冷却后 的组织和性能。如果奥氏体晶粒细小,则其转变产物的晶粒 也较细小,其性能(如韧性和强度)也较高;反之,转变产物的 晶粒粗大,其性能(如韧性和强度)则较低。将钢铁材料加热 到临界点以上时,刚形成的奥氏体晶粒一般都很细小。如果 继续升温或延长保温时间,便会引起奥氏体晶粒长大。因此, 在生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的长大。
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图2-2 实际加热(或冷却)时,铁碳
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研究结果证明:奥氏体的形成是通过形核和核长大过 程来实现的。珠光体向奥氏体的转变可以分为四个阶段:奥 氏体形核、奥氏体核长大、残余渗碳体继续溶解和奥氏体 化学成分均匀化。图2-3为共析钢奥氏体形核及其长大过 程示意图。
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(1)奥氏体晶核形成 共析钢加热到A1时,奥氏体 晶核优先在铁素体与渗碳体的相界面上形成,这是由于 相界面的原子是以渗碳体与铁素体两种晶格的过渡结 构排列的,原子偏离平衡位置处于畸变状态,具有较高 的能量;另外,渗碳体与铁素体的交界处碳的分布是不 均匀的,这些都为形成奥氏体晶核在化学成分、结构和 能量上提供了有利条件。
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金属材料在加热或冷却过程中,发生相变的温 度称为临界点(或相变点)。铁碳合金相图中A1、 A3、Acm是平衡条件下的临界点。铁碳合金相图 中的临界点是在缓慢加热或缓慢冷却条件下测得 的,而在实际生产过程中,加热过程或冷却过程并不 是非常缓慢地进行的,所以,实际生产中钢铁材料发 生组织转变的温度与铁碳合金相图中所示的理论 临界点A1、A3、Acm之间有一定的偏离,如图22所示。实际生产过程中钢铁材料随着加热速度或 冷却速度的增加,其相变点的偏离程度将逐渐增大。 为了区别钢铁材料在实际加热或冷却时的相变点, 加热时在“A”后加注“c”,冷却时在“A”后加 注“r ”。因此,钢铁材料实际加热时的临界点标精品课件
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1.合理选择加热温度和保温时间 奥氏体形成后,随着加热温度的继续升高,或者是保温 时间的延长,奥氏体晶粒将会不断长大,特别是加热温度的提 高对奥氏体晶粒的长大影响更大。这是由于晶粒长大是通 过原子扩散进行的,而扩散速度是随加热温度的升高而急剧 加快的。因此,合理控制加热温度和保温时间,可以获得较细 小的奥氏体晶粒。
一、奥氏体的形成 以共析钢(w(C)=0.77%)为例,其室温组织是珠光体 (P),即由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)两相组成的机械混合物。 铁素体为体心立方晶格,在A1点时w(C)=0.021 8%;渗碳体 为复杂晶格,w(C)=6.69%。当加热到临界点A1以上时,珠 光体转变为奥氏体(A),奥氏体是面心立方晶 格,w(C)=0.77%。由此可见,珠光体向奥氏体的转变,是由 化学成分和晶格都不相同的两相,转变为另一种化学成分和 晶格的过程,因此,在转变过程中必须进行碳原子的扩散和铁 原子的晶格重构,即发生相变。
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评价奥氏体晶粒大小的指标是奥氏体晶粒度。一般根 据标准晶粒度等级图(图2-4)确定钢的奥氏体晶粒大小。标 准晶粒度等级分为8个等级,其中1~4级为粗晶粒;5~8级为 细晶粒。
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2.选用含有合金元素的钢 碳能与一种或数种金属元素构成金属化合物(或称为 碳化物)。大多数合金元素,如铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、 钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)等,在钢中均可以形成难 溶于奥氏体的碳化物,如Cr7C3、W2C、VC、Mo2C、VC、 TiC、NbC、ZrC等,这些碳化物弥散分布在晶粒边界上,可 以阻碍或减慢奥氏体晶粒的长大。因此,含有合金元素的钢 铁材料可以获得较细小的晶粒组织,同时也可以获得较好的 使用性能。另外,碳化物硬度高、脆性大,钢铁材料中存在适 量的碳化物可以提高其硬度和耐磨性,满足特殊需要。
(4)奥氏体化学成分均匀化 奥氏体转变结束时,其化 学成分处于不均匀状态,在原来铁素体之处碳的质量分数较 低,在原来渗碳体之处碳的质量分数较高。因此,只有继续延 长保温时间,通过碳原子的扩散过程才能得到化学成分均匀 的奥氏体组织,以便在冷却后得到化学成分均匀的组织与性 能。
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亚共析钢(0.021 8%≤w(C)<0.77%)和过共析钢 (0.77%<w(C)≤2.11%)的奥氏体形成过程基本上与共析 钢相同,不同之处是在加热时有过剩相出现。由铁碳合金相 图可以看出,亚共析钢的室温组织是铁素体和珠光体;当加热 温度处于Ac1~Ac3时,珠光体转变为奥氏体,剩余相为铁素 体;当加热温度超过Ac3以上,并保温适当时间时,剩余相铁 素体全部消失,得到化学成分均匀单一的奥氏体组织。同样, 过共析钢的室温组织是渗碳体和珠光体,当加热温度处于 Ac1~Accm时,珠光体转变为奥氏体,剩余相为渗碳体;当加 热温度超过Accm以上,并保温适当时间时,剩余相渗碳体全 部消失,得到化学成分均匀单一的奥氏体组织。
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(2)奥氏体晶核长大 奥氏体形核后,奥氏体核的相界 面会向铁素体与渗碳体两个方向同时长大。奥氏体的长大 过程一方面是由铁素体晶格逐渐改组为奥氏体晶格;另一方 面是通过原子扩散,即渗碳体连续分解和碳原子扩散,逐步使 奥氏体晶核长大。
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(3)残余渗碳体溶解 由于渗碳体的晶体结构和碳的 质量分数与奥氏体差别较大,因此,渗碳体向奥氏体中溶解的 速度必然落后于铁素体向奥氏体的转变速度。在铁素体全 部转变完后,仍会有部分渗碳体尚未溶解,因而还需要一段时 间继续向奥氏体中溶解,直至全部渗碳体溶解完为止。
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一、钢在加热 时的组织转变
二、钢在冷却 时的组织转变
三、退火与正 火
四、淬火
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九、热处理工 艺应用
八、热处理新技 术简介
五、回火
七、表面热处理 与化学热处理
六、金属的时效
第一节 钢在加热时的组织转变 大多数零件的热处理都是先加热到临界点以上某一温 度区间,使其全部或部分得到均匀的奥氏体组织,但奥氏体一 般不是人们最终需要的组织,而是在随后的冷却中,采用适当 的冷却方法,获得人们需要的其他组织,如马氏体、贝氏体、 托氏体、索氏体、珠光体等组织。
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二、奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢铁材料中奥氏体晶粒的大小将直接影响到其冷却后 的组织和性能。如果奥氏体晶粒细小,则其转变产物的晶粒 也较细小,其性能(如韧性和强度)也较高;反之,转变产物的 晶粒粗大,其性能(如韧性和强度)则较低。将钢铁材料加热 到临界点以上时,刚形成的奥氏体晶粒一般都很细小。如果 继续升温或延长保温时间,便会引起奥氏体晶粒长大。因此, 在生产中常采用以下措施来控制奥氏体晶粒的长大。
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图2-2 实际加热(或冷却)时,铁碳
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研究结果证明:奥氏体的形成是通过形核和核长大过 程来实现的。珠光体向奥氏体的转变可以分为四个阶段:奥 氏体形核、奥氏体核长大、残余渗碳体继续溶解和奥氏体 化学成分均匀化。图2-3为共析钢奥氏体形核及其长大过 程示意图。
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(1)奥氏体晶核形成 共析钢加热到A1时,奥氏体 晶核优先在铁素体与渗碳体的相界面上形成,这是由于 相界面的原子是以渗碳体与铁素体两种晶格的过渡结 构排列的,原子偏离平衡位置处于畸变状态,具有较高 的能量;另外,渗碳体与铁素体的交界处碳的分布是不 均匀的,这些都为形成奥氏体晶核在化学成分、结构和 能量上提供了有利条件。
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金属材料在加热或冷却过程中,发生相变的温 度称为临界点(或相变点)。铁碳合金相图中A1、 A3、Acm是平衡条件下的临界点。铁碳合金相图 中的临界点是在缓慢加热或缓慢冷却条件下测得 的,而在实际生产过程中,加热过程或冷却过程并不 是非常缓慢地进行的,所以,实际生产中钢铁材料发 生组织转变的温度与铁碳合金相图中所示的理论 临界点A1、A3、Acm之间有一定的偏离,如图22所示。实际生产过程中钢铁材料随着加热速度或 冷却速度的增加,其相变点的偏离程度将逐渐增大。 为了区别钢铁材料在实际加热或冷却时的相变点, 加热时在“A”后加注“c”,冷却时在“A”后加 注“r ”。因此,钢铁材料实际加热时的临界点标精品课件
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1.合理选择加热温度和保温时间 奥氏体形成后,随着加热温度的继续升高,或者是保温 时间的延长,奥氏体晶粒将会不断长大,特别是加热温度的提 高对奥氏体晶粒的长大影响更大。这是由于晶粒长大是通 过原子扩散进行的,而扩散速度是随加热温度的升高而急剧 加快的。因此,合理控制加热温度和保温时间,可以获得较细 小的奥氏体晶粒。
一、奥氏体的形成 以共析钢(w(C)=0.77%)为例,其室温组织是珠光体 (P),即由铁素体(F)和渗碳体(Fe3C)两相组成的机械混合物。 铁素体为体心立方晶格,在A1点时w(C)=0.021 8%;渗碳体 为复杂晶格,w(C)=6.69%。当加热到临界点A1以上时,珠 光体转变为奥氏体(A),奥氏体是面心立方晶 格,w(C)=0.77%。由此可见,珠光体向奥氏体的转变,是由 化学成分和晶格都不相同的两相,转变为另一种化学成分和 晶格的过程,因此,在转变过程中必须进行碳原子的扩散和铁 原子的晶格重构,即发生相变。
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评价奥氏体晶粒大小的指标是奥氏体晶粒度。一般根 据标准晶粒度等级图(图2-4)确定钢的奥氏体晶粒大小。标 准晶粒度等级分为8个等级,其中1~4级为粗晶粒;5~8级为 细晶粒。
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2.选用含有合金元素的钢 碳能与一种或数种金属元素构成金属化合物(或称为 碳化物)。大多数合金元素,如铬(Cr)、钨(W)、钼(Mo)、 钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)等,在钢中均可以形成难 溶于奥氏体的碳化物,如Cr7C3、W2C、VC、Mo2C、VC、 TiC、NbC、ZrC等,这些碳化物弥散分布在晶粒边界上,可 以阻碍或减慢奥氏体晶粒的长大。因此,含有合金元素的钢 铁材料可以获得较细小的晶粒组织,同时也可以获得较好的 使用性能。另外,碳化物硬度高、脆性大,钢铁材料中存在适 量的碳化物可以提高其硬度和耐磨性,满足特殊需要。