金属学与热处理 - 钢的热处理原理 PPT课件

——专指溶入 A 中的Me，或者说成 分均匀化的。
0.5C
T
0.9C+0.5Mn 0.9C+1.2Mn
0.9+2.8Mn
Mn%↑ ，C曲线右移
τ
0.5C+2%Cr
0.5C+4%Cr
0.5C+8%Cr
τ
Cr%↑ ，C曲线右移
非碳化物形成元素：只改变C曲线位置 Co，Al，Ni，Cu，Si
T
Si
Co,Al Co, Al 外所有合金元素
例：球化退火，要求获得粒状珠光体 → 要求A 中 C 不均匀 → 控制第三、四阶段
三 奥氏体晶粒度及影响因素
1. 奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度表示奥氏体晶粒大小，工业上一般分为8级。 1 - 4 粗; 5 - 8 细，
8级以上 极细;
计算式： n = 2 N-1
N：晶粒度级别
n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数(100X)。
1 高温转变产物 ——Fe、C均扩散 亚共析钢： F+P; 共析钢： P； 过共析钢： P+Fe3C
┗ 珠光体（Pearlite）类型
化学成分与晶格类型的转变均靠扩散实现 ——扩散类型
2 中温转变产物
——Fe不扩散，C部分扩散 α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物 ┗ 贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现 晶格类型的转变非扩散性 ——半扩散性
** 实际中由于CCT曲线测量难，可用TTT曲线代替CCT曲线作定性 分析，判断获得M的难易程度。
** 连续冷却的VC值是等温冷却C曲线中与鼻点相切的VC的1.5倍，故 可用等温冷却C曲线中VC代替或估算.
钢的珠光体转变
1 珠光体的组织形态

举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
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热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。

度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
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促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
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第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
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℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
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共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
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第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程

(一)奥氏体成分的影响
•含碳量 •合金元素
(二)奥氏体状态的影响
加热速度越快, 保温时间越短,奥氏体晶粒越小, 成分越不均匀, 未溶的
第二相越多, 则等温转变速度越快, C-曲线左移.
(三)应力和塑性变形的影响
三种典型的转变
•珠光体 (P) 转变: •马氏体 (M) 转变: •贝氏体 (B) 转变:
三.奥氏体晶粒大小及其影响因素 奥氏体对冷却后的钢的组织和性能影响很大.
(一)奥氏体晶粒度 表示方法: 单位面积内晶粒的数目或每个晶粒的平均面积(直径)描述.
三个概念: •起始晶粒度 •本质晶粒度 •实际晶粒度
(二) 影响奥氏体晶粒大小的因素 奥氏体晶粒长大, 晶界的迁移, 本质是原子在晶界的扩散. 1. 加热温度和保温时间 2.加热速度的影响
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 (共析钢) : CCT图
钢种:共析钢 虚线: TTT曲线 实线: CCT曲线
CCT曲线: 过冷奥氏体转变开始线 过冷奥氏体转变终了线 过冷奥氏体转变终止线 Vc’和Vc是不同产物的分界线. Vc: 上临界冷却速度或临界淬火速度. Vc’: 下临界冷却速度.
连续冷却转变过程====无数个温差很小的等温转变过程
二. 影响奥氏体形成速度的因素
(一) 加热温度和保温时间 • 孕育期:
加热速度越快(V2), 孕育期越短,奥氏体开始转变
的温度和转变终了的温度越高.
(二) 原始组织的影响
(三) 化学成分的影响
1.碳 碳含量的提高
2. 合金元素
奥氏体形成速度加快.
•影响碳在奥氏体中的扩散速度. •改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度. •合金元素的均匀化.
有F析出区和 B转变区.
数字的意义:例如: 以V2速度冷却

一、钢的奥氏体化
钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加 热到Ac3和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的 主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得 奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成
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§ 3.1 钢在加热时的组织转变
钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等)中缺陷， 改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理能 显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分 重要的地位。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体穿透加热。常用的方法有:退 火、正火、淬火、回火等。
二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
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§ 3.1 钢在加热时的组织转变
奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解
和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢
件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗大
也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏
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§ 3.1 钢在加热时的组织转变
较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均
匀的奥氏体。如图3-3为钢的奥氏体化过程。
由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也
是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和
性能。
亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥 氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完
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(5)钢的淬火缺陷
2. 回火 回火是将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，
保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
(1)回火时的组织转变
钢(45钢)的回火组织 a)回火马氏体 b)回火屈氏体 c)回火索氏体
40钢的力学性能与回火温度的关系
(2)回火的分类及应用
§5-4 钢的表面热处理与化学热处理
二、热处理的工序位置
1. 预备热处理 预备热处理包括退火、正火、调质处理等。退火、
正火的工序位置通常安排在毛坯生产之后、切削加工 之前，以消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加 工性能，并为以后的热处理做好组织准备。对于精密 零件，为了消除切削加工的残余应力，在半精加工以 后还要安排去应力退火。调质处理工序一般安排在粗 加工之后、精加工或半精加工之前，目的是获得良好 的综合力学性能，为以后的热处理做好组织准备。调 质处理一般不安排在粗加工之前，以免表面调质层在 粗加工时大部分被切削，失去调质处理的作用，这一 点对于淬透性差的碳素钢零件尤为重要。
强化零件表面常用的热处理方法有表面热处理和化学 热处理两种。
一、表面热处理
钢的表面热处理是指仅对钢件表面进行热处理，以改 变表面层组织，满足使用性能要求的热处理工艺。
表面淬火是表面热处理中最常用的方法，是强化材料 表面的重要手段。
目前，表面淬火的方法很多，如火焰加热表面淬火、 感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面 淬火等。生产中最常用的方法主要是火焰加热表面淬火和 感应加热表面淬火。
冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。
2. 正火 正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，保温适当的
时间后，在空气中冷却的工艺方法。
退火和正火的加热温度范围及热处理工艺曲线 a)加热温度范围 b)热处理工艺曲线