第五章 钢铁热处理.ppt

第五章钢铁热处理
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利用加热、保温、冷却的方法,改变材料的组织与结构,达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。
合适的热处理是让材料达到希望的性能,有时是为了便于进行加工,有时让材料满足工作条件的要求。是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。虽热处理过程中材料处于固态下,但内部都有不同程度的固态转变发生。
概述
意义:
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第一节钢在加热时的组织转变
一、转变温度
对应铁碳相图中的线
PSK线
727℃
A1
GS线
A3
ES线
ACM
这些温度点是平衡转变温度,在固态转变中,转变实际发生需要一定的过冷或过热下,显然加热转变的实际发生温度在临界点之上,而冷却转变的实际发生温度在临界点之下。
AC1、AC3、Accm表示加热时的转变温度
Ar1、Ar3、Arcm表示冷却时的转变温度
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二、奥氏体的形成过程
以共析钢(Wc=%)为例,原始组织为层片珠光体。
在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心;
奥氏体是同时消耗两相来长大;
实际上总是铁素体先消失,随后残余渗碳体的溶解;
奥氏体的均匀化,各处的碳浓度都达到平均成分,随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀;
亚(过)共析钢中过剩相的溶解(m以上)。
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三、影响奥氏体转变的因素
加热温度加热温度越高,提高原子活动迁移能力,自由能差(动力)大,奥氏体化的进程也越快。
加热速度材料处于连续加热,奥氏体化的时间自然短,但是均匀化程度差。
含碳量随碳量的增加,渗碳体与铁素体的界面数量也多,转变速度加快。但过共析钢中,二次渗碳体的溶解要求更高的温度,碳量的增加达到均匀化时间会增加。
合金元素碳化物形成元素与碳的结合力高于铁,会阻碍碳的扩散迁移;在碳化物消失后,合金元素自己扩散达到均匀,达到均匀奥氏体化的时间要大大延长。
原始组织珠光体的层片越细,界面数量多,扩散的距离小,转变速度加快,片状珠光体的转变速度高于球化珠光体。
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四、奥氏体晶粒度及其影响因素

奥氏体的晶粒度指奥氏体的晶粒尺寸大小,对热处理后的性能有重要影响。在热处理过程中,以后所得到的组织都是有奥氏体转变的产物,奥氏体的晶粒细小,所得到的组织也就细小,通常其力学性能也优越。
描述奥氏体晶粒度有以下三种不同的概念:
1) 起始晶粒度刚刚完成奥氏体化的晶粒大小称为起始晶粒度,原珠光体的层片本身细小,所有的钢这时都是非常细小、均匀的。实际工程意义不大。
2) 实际晶粒度在具体的加热温度、保温时间的条件下获得的晶粒大小。它决定于钢的成分和奥氏体化的工艺过程。
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3) 本质晶粒度不同的钢在同样的加热条件下,奥氏体的长大倾向性不一样,按冶金部标准,将钢加热到930±10℃,保温8小时得到的实际晶粒度作为该钢的本质晶粒度。
本质晶粒度是一材料特性,表示的是钢在奥氏体化时奥氏体晶粒的长大倾向。其结果小于4级的钢成为本质细晶粒钢。并不是本质细晶粒钢奥氏体化得到的晶粒一定细小,通常加热温度在930℃以下,本质细晶粒钢奥氏体化得到的晶粒比本质粗晶粒钢细小,超过这个温度或工艺处理不当,结果可能完全相反。
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加热速度速度快用的时间少,转变在较高温度,形核率高,最终晶粒尺寸较细小。
保温温度愈高,保温时间长,奥氏体长大速度快,长大的时间多,晶粒变粗;
原始组织,固相转变组织的遗传性,珠光体细小,奥氏体的晶粒也细小;片状比球状细小,非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。
合金元素(成分) ①含碳量增加,奥氏体转变加快,生长时间多,奥氏体晶粒的长大倾向增加;②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强,阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长;③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响;④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。
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第二节钢在冷却时的组织转变
钢奥氏体化后,从高温冷却到A1以下,此时奥氏体并不立即转变,而处于热力学不稳定状态,把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。
过冷A是不稳定的,会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变,实质上是过冷A的转变。
引言
(1) 过冷奥氏体
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(2) 冷却方式
等温冷却:将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度,使奥氏体保持在该温度下进行转变。
连续冷却:将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温),使奥氏体在连续降温的过程种转变。
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