《机械工程材料与热加工工艺》第四章钢的热处理

3. 奥氏体晶粒大小的控制
1）合理选择并严格控制加热温度和保温时间 随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大
愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗 大。
2）合理选择原始组织 随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向
也增大。但当wc>1.2%时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体 能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。
却
时间
2.热处理的主要目的:改善材料的使用、工艺性能 。
3.热处理的特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形 状和尺寸 。
4.按目的、加热条件和特点不同热处理分为
整体 热处理
退火;正火;
淬火;回火;
热处理
表面 热处理 (表面淬火)
感应加热淬火 火焰加热淬火
化学 热处理
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
第一节 钢在加热时的组织转变
第四章 钢的热处理
热处理的作用和重要性
• 钢在加热时组织的转变 • 钢在冷却时组织的转变 • 钢的整体热处理工艺 • 钢的表面热处理和化学热处理工艺 • 热处理工艺的应用
概
述
1、钢的热处理定义:
将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得 所需组织和性能的工艺过程。
保温
临界温度
温度
热
加
冷
一、过冷奥氏体的等温冷却转变
过冷奥氏体:在相变温度A1以下，未发生转变而处于不稳定状态的 奥氏体。 过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的 某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。
(一) 过冷奥氏体等温转变图( C曲线）的建立
现以金相硬度法测定共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明 等温转变图的建立过程。
3）加入一定量的合金元素 若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的
作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。
第二节 钢在冷却时的转变
• 过冷奥氏体的等温冷却转变 • 过冷奥氏体的连续冷却转变
在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。
温度
保温
热 加
临界温度A1
连续冷却
等温冷却 时间
奥氏体的晶核易于在F和Fe3C渗碳体相界面上形成。这是因为在两 相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高；为形核提供了 良好的条件。
F
Fe3C
A
A形核
2. 奥氏体晶核的长大
奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的F向A的 转变和Fe3C的不断溶解来完成的。A向F和Fe3C两个方向长大。
未溶Fe3C A
（三）转变产物的组织和性能 1、珠光体型转变—高温转变（A1~ 550 ℃） A1 ~ 650 ℃ 层片状珠光体 < 25HRC
650Βιβλιοθήκη Baidu~ 600℃ 细片状珠光体（索氏体 S） 25HRC~35HRC
600℃~ 550 ℃ 极细片状珠光体（托氏体 T） 35HRC~42HRC
珠光体性能 ： 珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑
F向A转变和Fe3C溶解
3. 残余渗碳体溶解
在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成 之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间 的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。
A 残余Fe3C
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体均匀化
渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀 ,原 先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必 须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
-100 0
共析钢 C曲线建立过程示意图
A1
1
10
102
103
104 时间(s)
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
（二）共析碳钢 C曲线的分析
产物区 过冷奥氏体区
稳定的奥氏体区
A
+
A向产物
A
A 均匀化
亚共析钢和过共析钢的A形 成过程与共析钢基本相似， 不同之处在于亚共析钢和过 共析钢需加热到Ac3或Accm以 上，才能获得单一的奥氏体 组织，这个过程称为完全奥 氏体化。
三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
1．奥氏体晶粒的长大
由于奥氏体在铁素体与渗碳体相界面上形核，形成的晶核多，因 而刚完成珠光体向奥氏体的转变时奥氏体的晶粒是比较细小的。 但是如果在形成奥氏体后继续升高温度，或者是在高温长时间保 温，就会引起奥氏体晶粒长大。 由于晶粒粗大，往往使钢的强韧性恶化，特别是冲击韧性将明 显下降，韧脆转变温度相应升高，脆性倾向加大。 Ø因此，钢在加热时应严格控制加热规范，以获得细小而均匀 的奥氏体晶粒。
产
转变终止线
物
A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
• 转变温度 • 奥氏体的形成 • 奥氏体晶粒的长大及其影响因素
一、转变温度
实际加热和冷却时的相 变点： 平衡时—— A1 A3
Acm 加热时—— Ac1 Ac3
Accm 冷却时—— Ar1 Ar3
Arcm
图4-2加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变点的位置
二、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)
• 加热工序的目的：得到奥氏体
P 结构
( F + Fe3C ) → A 体心 复杂 面心
含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.77
• 可见:珠光体向奥氏体转变,是由成分相差悬殊、晶格 截然不同的两相混合物转变成单相固溶体的过程。因 此在奥氏体的形成过程必定发生晶格重构和铁、碳原 子的扩散。
1. 奥氏体晶核的形成
2. 奥氏体晶粒度:
• 晶粒度——晶粒大小的量度。 • 晶粒的大小通常用晶粒度级别指数来表示;奥氏体的晶粒度一 般分为8级，l－4级为粗晶粒，5－8级为细晶粒。
•奥氏体实际晶粒度：是指钢在具体热处理或热加工条件下获 得的奥氏体晶粒度; 它的大小决定了钢件热处理或热加工后室温组织的晶粒大小， 直接影响到钢件的力学性能。因此，在钢材验收、零件技术要 求、热加工工艺评定、产品质量分析中所规定的“晶粒度检验 ”一般都是指依据 GB／T 63941986检验钢的奥氏体实际晶粒 度