钢的热处理原理和工艺ppt课件

A3—Ac3—Ar3
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
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钢在加热和冷却时的临界温度
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2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
一、热处理原理 1.定义
将钢在固态范围内，采用适当的方式进行 加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构 与性能的工艺方法。
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2.工艺曲线
注明： 临界温度（A1、A3、Acm）
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3.原理： 热处理不改变工件的形状和尺寸，只改变
工件的内部组织和性能的一种非常重要的工艺 方法。
根本原因：是由于铁具有同素异构转变特 性，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和 结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需 要的使用性能。
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二、热处理的分类
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常见热处理车间
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加热
保温
冷却
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§2.钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
1.钢在加热和冷却时的相变温度 加热温度选择的理论依据——铁碳合金状态图；
但实际转变温度（相变温度）比状态图上的
临界温度（A1、A3、Acm ）有一定的滞后现象，
采用代号表示。即：加热(c) 和冷却(r)
连续冷却过程中进行的； c）马氏体的转变速度极快，产生很大的内应力，转
变时发生体积膨胀； d）马氏体转变的不彻底性，仍有少量未转变的A
被保留下来，成为残余奥氏体（用AR表示）。
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e）马氏体中溶入过多的碳而使α -Fe晶格发生畸变， 形成组织不稳定；
f）过冷A转变为马氏体所需的最小冷却速度称为 临界冷却速度（用Ѵc表示）。
第五章
钢的热处理原理和工艺
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热处理是改善金属材料使用性能和工艺性 能的一种非常重要的工艺方法。
热处理是机械零件及工具制造过程中的重 要工序。它担负着改善工件的组织和性能，充 分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长使用 寿命的重要任务。
重要的机械零件必须经热处理才能获得良 好的使用性能。
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§1.钢的热处理原理及分类
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a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下） 形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
采用等温淬火方法可获得B下，是各种复杂模具、 量具、刀具热处理后的一种理想组织。
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2）马氏体型转变区（Ms ~ Mf）
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4.奥氏体晶粒大小的实际意义：
钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能。奥氏体晶粒细小， 则其转变产物的组织也较细小，性能较好；反之，转变产物的组织则粗大，而且其 性能也较差。
晶粒号的标准等级图(100×)
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二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式：等温冷却；连续冷却。
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1.奥氏体的等温转变
650℃ ~ 600℃
b）组织——索氏体（S）
细片状珠光体
片层间距0.4 ~ 0.2μm
C）性能
硬度为230 ~ 320HBW 综合力学性能优于
索氏体组织 8000×
粗珠光体。
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a）形成温度范围
600℃ ~ 550℃
b）组织——屈氏体（T）
极细片状珠光体
片层间距< 0.2μm
C）性能
硬度为330 ~ 400HBW
指出：
每一种钢的临界冷却速度都不同。要想获得马氏 体组织，必须使其冷却速度 > Ѵc 。这种操作叫淬火。
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1）珠光体型转变区（ A1 ~ 550℃ ）
——高温等温转变
a）形成温度范围
A1 ~ 650℃ b）组织——珠光体（P）
粗片状珠光体
片层间距 > 0.4 μm C）性能
强度比较高，硬度适中
170 ~ 220HBW 有一定的塑性，具有较
珠光体组织 3800×
好的综合 力学性能。 19
a）形成温度范围
550℃ ~ 350℃ b）组织——上贝氏体（Bຫໍສະໝຸດ Baidu）
形态呈典型羽毛状 C）性能
硬度为40 ~ 45HRC 强度低，塑性很差，
基本上没有使用价值。
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下贝氏体组织 组织组成：
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体
——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体
——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
屈氏体组织 8000 ×
综合力学性能优于索氏体。
规律：形成温度↓；片层间距↓ ；硬度↑。
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2）贝氏体型转变区（550℃ ~Ms ）
——中温等温转变
形成上贝氏体组织。 组织组成：
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成板条状大致平行分布
渗碳体 ——呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。
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a）形成温度范围
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奥
4秒
氏
体
6秒
形
成
示
8秒
意
图
15秒
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对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
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3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
1）定义 不稳定的过冷奥氏体经过一段时间的等温
保持，转变为稳定的新相的过程。 2）转变产物
珠光体（粗珠光体、索氏体、屈氏体） 贝氏体（上贝氏体、下贝氏体） 马氏体（低碳马氏体、高碳马氏体）
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共析钢等温冷却转变曲线图（C曲线或为TTT曲线） 表示：过冷奥氏体的等温
转变温度~转变时间~转变产物 的关系。
及良好的韧性。
M板条束
低碳马氏体组织形态 27
高碳马氏体
组织特征： 断面呈针状或片状
性能特点： 硬度均在≥ HRC 60， 表现为硬度高而脆性
大。
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③马氏体的性能特点 1、硬度高，且随C%的增加而增加； 2、强度高，亦随C%的增加而增加。
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④马氏体转变特点 a）过冷 A 转变为马氏体是一种非扩散型转变； b）马氏体转变是在一定温度范围内（Ms ~ Mf）的
——低温连续转变
①定义 碳在α -Fe中的过饱和固溶体 ——称为马氏体（用M表示）
②分类 根据碳含量不同分为： 低碳马氏体—— < 0.20%C 高碳马氏体—— > 0.25%C
c
b a
a = b≠c
——碳原子
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低碳马氏体
组织特征：
呈 一束一束相互平行的
细条状板条。
M板条
性能特点：
硬度可达 HRC 45~50 ， 具有较高的强度