第七章 钢的热处理.

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1、l 第五章第五章 钢的热处理钢的热处理 q定义：定义：将固态金属或合金，采用适当的方式进将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的工艺方法称热处理。性能的工艺方法称热处理。l实质：在实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织加热、保温和冷却过程中，钢的组织结结 构发生了变化，从而改变了其性能。构发生了变化，从而改变了其性能。 目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能；能； 作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量，质量， 延长零件寿命；延长零

2、件寿命； 应用：十分广泛。应用：十分广泛。q按目的、加热条件和特点不同，热处理分为：按目的、加热条件和特点不同，热处理分为： 整体热处理整体热处理 表面热处理表面热处理 化学热处理化学热处理 其它热处理其它热处理热处理的工艺参数有：热处理的工艺参数有： 加热温度加热温度 保温时间保温时间 冷却方式冷却方式 q 目的：通过加热使原始组织转变为奥氏体；目的：通过加热使原始组织转变为奥氏体；q 将钢加热至将钢加热至Ac3或或Ac1以上，获得完全或部分奥以上，获得完全或部分奥氏体组织的操作称为奥氏体化。氏体组织的操作称为奥氏体化。q 钢热处理加热的临界温度为钢热处理加热的临界温度为727 。 5.1

3、钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 5.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 在实际生产中，由于加在实际生产中，由于加热和冷却不是很缓慢，热和冷却不是很缓慢，因此实际发生组织转变因此实际发生组织转变的温度与相图的的温度与相图的A1、A3、Acm 有一定的偏有一定的偏离。通常加热用离。通常加热用 Ac1、Ac3、Accm 表示，冷表示，冷却用却用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。 （一）奥氏体的形成（一）奥氏体的形成 1.奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成 奥氏体的晶核奥氏体的晶核易于在渗碳体相界面易于在渗碳体相界面上形成。这是因为在上形成。这是因为在两相的相界上为形核两相的相界上

4、为形核提供了良好的条件。提供了良好的条件。 2.奥氏体晶核的长大奥氏体晶核的长大 A形核后形核后,由于由于A与与Fe 3 C形界处的形界处的含含C量不同。将引起量不同。将引起A中中C的扩散。通过的扩散。通过Fe、C原子的扩散原子的扩散和和Fe原子的晶原子的晶格改组格改组,A向向F和和Fe 3 C两个方向两个方向长大。长大。 3.残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解在奥氏体形成在奥氏体形成过程中过程中 ,铁素体比铁素体比渗碳体先消失渗碳体先消失,因此因此奥氏体形成之后奥氏体形成之后,还还残存未溶渗碳体。残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余这部分未溶的残余渗碳体将随着时间渗碳体将随着时间的延长的延长,继续不断

5、地继续不断地溶入奥氏体溶入奥氏体,直至全部消失。直至全部消失。 4.奥氏体均匀化奥氏体均匀化 渗碳体完全溶解后奥氏渗碳体完全溶解后奥氏体中碳的浓度分布并不体中碳的浓度分布并不均均匀匀 ,原先是渗碳体地方碳原先是渗碳体地方碳浓度高浓度高,原先铁素体的地原先铁素体的地方碳浓度低。方碳浓度低。必须继续保温必须继续保温,通过碳通过碳的扩散的扩散,使奥氏体成分使奥氏体成分均匀化。均匀化。 （二）影响奥氏体转变的因素（二）影响奥氏体转变的因素1.加热温度和加热速度的影响加热温度和加热速度的影响 提高加热温度，将加速提高加热温度，将加速A的形成。的形成。 随着加热速度的增加随着加热速度的增加,奥氏体形成温度

6、升高奥氏体形成温度升高(A C1 越高越高),形成所需的时间缩短。形成所需的时间缩短。 2.化学成分的影响化学成分的影响 随着钢中含碳量增加随着钢中含碳量增加,铁素体核渗碳体相界铁素体核渗碳体相界面总量增多面总量增多,有利于奥氏体的形成。有利于奥氏体的形成。 3.原始组织的影响原始组织的影响 由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成相界面上形成,所以原始组织越细所以原始组织越细,相界面越多相界面越多,形成奥氏体晶核的基地越多形成奥氏体晶核的基地越多,奥氏体转变就奥氏体转变就越快。越快。 （三）奥氏体晶粒大小及其控制三）奥氏体晶粒大小及其控制1.奥氏体

7、晶粒大小奥氏体晶粒大小一般根据标准晶粒度等级图确定钢的一般根据标准晶粒度等级图确定钢的奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为8级，级，14级为粗晶粒度，级为粗晶粒度，58级为细晶粒级为细晶粒度。度。 l 2.实际晶粒度和本质晶粒度实际晶粒度和本质晶粒度 某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能。粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能。 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度来表示。度来表示。 钢加热到钢加热到93010、保温、保温8小时、冷却后小时、冷却后

8、测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。粒钢。 3.奥氏体晶粒大小的控制奥氏体晶粒大小的控制（1）合理选择加热温度和保温时间）合理选择加热温度和保温时间随着温度升高晶粒度将之间长大。温度愈高随着温度升高晶粒度将之间长大。温度愈高,晶粒长大于愈明显。在一定温度下晶粒长大于愈明显。在一定温度下,保温时间愈长保温时间愈长,奥氏体晶粒也越粗大。奥氏体晶粒也越粗大。 （2）加入合金元素）加入合金元素奥氏体中的含碳量增高时奥氏体中的含碳量增高时,晶粒长大的倾向增晶粒长大的倾

9、向增多。若碳以未溶的碳化物形式存在多。若碳以未溶的碳化物形式存在,则它有阻碍晶则它有阻碍晶粒长大的作用。粒长大的作用。 （3）合理选择原始组织）合理选择原始组织 5.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l冷却是热处理的最后一个工序，也是最关冷却是热处理的最后一个工序，也是最关键的工序，它决定了钢热处理后的组织和键的工序，它决定了钢热处理后的组织和性能。同一种钢，加热温度和保温时间相性能。同一种钢，加热温度和保温时间相同，冷却方法不同，热处理后的性能截然同，冷却方法不同，热处理后的性能截然不同。这是因为过冷奥氏体在冷却过程中不同。这是因为过冷奥氏体在冷却过程中转变成了不同的产物。那么奥氏

10、体在冷却转变成了不同的产物。那么奥氏体在冷却时转变成什么产物？有什么规律呢？时转变成什么产物？有什么规律呢？l 当温度在当温度在A1以上时以上时, 奥氏体是稳定的。当温度降奥氏体是稳定的。当温度降到到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷体称为过冷奥氏体。过冷A是不稳定的，会转变是不稳定的，会转变为其它的组织。为其它的组织。l 钢在冷却时的转变，实质上是过冷钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的转变。的转变。 连续冷却转变连续冷却转变使加热到奥氏体使加热到奥氏体化的钢连续降温进行化的钢连续降温进行组织转变组织转变 等温冷却转变等温冷却

11、转变使加热到奥氏体使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却化的钢以较快的冷却速度冷到速度冷到A1以下某温以下某温度保温，在等温下发度保温，在等温下发生组织转变。生组织转变。 l 碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离碳钢热处理时的冷却速度一般较大，大多都偏离了平衡状态（除退火外），所以热处理后的组织了平衡状态（除退火外），所以热处理后的组织为非平衡组织。碳钢非平衡组织和按铁碳相图结为非平衡组织。碳钢非平衡组织和按铁碳相图结晶得到的平衡组织相比差别很大。所以不能再用晶得到的平衡组织相比差别很大。所以不能再用铁碳相图加以分析，而应使用铁碳相图加以分析，而应使用C曲线来确定。曲线来确定。 共析钢过冷A的