工程材料8.4.1 钢在加热、冷却时的组织转变
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了解钢在加热和冷却时的组织转变
江苏省技工院校
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课题:了解钢在加热和冷却时的组织转变
教学目的要求: 1.了解热处理的定义、目的、分类及作用;
2.掌握钢加热和保温的目的;
3.掌握钢在冷却转变时的产物及转变曲线。
教学重点、难点:1. 钢加热及保温的目的;2. 奥氏体晶粒度的概念及影响因素;3. 共析钢过冷奥氏体等温冷却曲线中各种温度区域内奥氏体的转变产物及组织形貌,性能特点。
4. 过冷奥氏体连续冷却转变曲线的特点,冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响
授课方法:面授(课堂教学)
教学参考及教具(含电教设备):《金属材料及热处理》
授课执行情况及分析:
板书设计或授课提纲。
十塚尤邯I十樓碳体I珠光体庶 C (%)―-2 •奥氏体的形成钢在加热时的组织转变,主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程形核长大残余渗碳体溶解均匀化共析钢奥氏体化:热处理加热至Ac1以上时,将全部奥氏体化亚共析钢奥氏体化:原始组织为F+P,加热至Ac1以上时,P先奥氏体化,组织部分奥氏体化;加热至Ac3以上时,F奥氏体化,组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化:原始组织为P+Fe3C,加热至Ac1以上时,P先奥氏体化,组织部分奥氏体化;加热至Acm以上时,Fe3C奥氏体化,组织全部奥氏体化物元素(如铌、钒、钛等),会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒,弥散分布于奥氏体晶界上,阻碍奥氏体晶粒的长大。
因此,大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。
原始组织:钢的原始晶粒越细,热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
二、钢在冷却时的组织转变冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。
热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
()奥氏体冷却降至A i以下时(A以下温度存在的不稳定奥氏体称过冷奥氏体)将发生组织转变。
热处理中采用不同的冷却方式,过冷奥氏体将转变为不同组织,性能具有很大的差异,如下表为45钢奥氏体化后经不同方式的冷却,其性能的差异。
1 •奥氏体的等温转变奥氏体在A1线以上是稳定相,当冷却到A1线以下而又尚未转变的奥氏体称为过冷奥氏体。
这是一种不稳定的过冷组织,只要经过一段时间的等温保持,它就可以等温转变为稳定的新相。
这种转变就称为奥氏体的等温转变。
[等温冷却转变]:钢经奥氏体化后,迅速冷至临界点(Ar i或A®线以下,等温保持时过冷奥氏体发生的转变。
[等温转变曲线]:可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数(转变开始及转变终止)的关系曲线,称“ TTT图”,T time,T temperature,T 1ransformation ”,又称为“C 曲线”。
iio ~io^~io 3~~io 1 ~io 5z/s共析钢等温转变曲线图等温转变产物及性能:用等温转变图可分析钢在 A i 线以下不同温度进行等温转变 所获的产物。
复习一(工程材料部分)一、基本概念晶体、非晶体、晶格、晶胞、晶面、晶向、单晶体、多晶体、晶粒、晶界、结晶、同素异晶转变(重结晶)、过冷度、变质处理(孕育处理)、组元、.相、固溶体、金属化合物、机械混合物、固溶强化、相图、共晶反应、共析反应、热脆、冷脆、钢的热处理、化学热处理、索氏体、屈氏体(托氏体)、贝氏体、马氏体、临界冷却速度、淬透性、淬硬性、过冷奥氏体A’、残余奥氏体A"、回火稳定性、二次硬化、回火脆性、红硬性、石墨化、球化处理、石墨化退火、固溶处理、时效强化。
二、基本知识点1.评定材料机械性能的常用指标、表示符号和物理意义2.单晶体与多晶体的区别3.金属中常见的三种晶格类型4.结晶的必要条件:5.结晶的基本规律6.晶粒大小对机械性能的影响及细化晶粒的主要方法7.合金相结构的主要特性:(固溶体,金属化合物,机械混合物)8.铁碳合金基本组织的概念、成分、组织结构和性能特征9.铁碳合金相图中特性点的物理意义、温度、含碳量10.铁碳合金相图中的特性线的物理意义11.铁碳合金各相区的组织12.铁碳合金的分类13.碳的含量与铁碳合金力学性能间的关系14.钢的结晶过程及组织转变(能用冷却曲线分析)15.共晶、共析反应式16.钢在加热时的组织转变(钢的奥氏体化即奥氏体的形成过程)17.钢在冷却时的组织转变(等温转变曲线的含义)18.常用热处理工艺的概念、目的、加热温度范围、冷却方式、热处理后组织和应用19.钢的分类、牌号、性能、热处理特点及其使用范围;20.常用铸铁的种类、牌号、生产特点、组织、性能及使用范围21.有色金属及其合金(铜合金、铝合金)的分类、牌号(代号)、性能及用途。
三、复习思考题1.金属的常见晶格类型有哪几种?它们的晶体结构有哪些差异?2.简述液态金属的结晶条件和结晶过程的基本规律。
怎么理解结晶与同素异晶转变?3.晶体的各向异性是怎样产生的?实际晶体为何各向同性?4.什么叫固溶强化?固溶强化是怎样形成的?5.晶粒大小对金属的力学性能有何影响?如何细化晶粒?6.下列情况是否有相变?①液态金属凝固;②同素异晶转变;③晶粒粗细变化。
《机械制造技术基础》教案教学内容:钢在加热和冷却时的组织转变教学方式:结合实际,由浅如深讲解教学目的:1.掌握钢在加热时组织转变——钢的奥氏体化;2.明确过冷奥氏体的等温转变;3.掌握冷奥氏体连续冷却转变。
重点、难点:钢的奥氏体化过冷奥氏体的等温转变冷奥氏体连续冷却转变教学过程:1.3 钢的热处理热处理:采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。
热处理的分类:1.整体热处理:对工件整体进行穿透加热的热处理,如退火、正火、淬火、回火等。
2.表面热处理:仅对表面进行热处理的工艺,如火焰淬火、感应淬火等。
3.化学热处理:将工件置于适当的活性介质中加热、保温,使一种或几种元素渗入它的表层,以改变其化学成分、组织和性能的热处理,如渗碳等。
钢的热处理过程包括加热、保温和冷却三个阶段。
其主要工艺参数是加热温度、保温时间和冷却速度。
1.3.1 钢在加热和冷却时的组织转变1.3.1.1钢在加热时组织转变Fe-Fe3C相图相变点A1、A3、A cm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中,加热和冷却并不是极其缓慢的,因此,钢的实际相变点都会偏离平衡相变点。
即:加热转变相变点在平衡相变点以上,而冷却转变相变点在平衡相变点以下。
通常把实际加热温度标为Ac1、Ac3、Ac cm、Ar1、Ar3、Ar cm。
如图6-1所示。
图6-1 钢在加热、冷却时的相变温度钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变,加热到Ac3和Ac cm以上时,便全部转变为奥氏体,这种加热转变过程称为钢的奥氏体化。
1.奥氏体的形成珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。
由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物,铁素体与渗碳体的晶包类型不同,含碳量差别很大,转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程,如图4-2所示。
1)奥氏体形核奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。
图3-1 热处理工艺曲线示意图钢在加热与冷却时的组织转变热处理是指采用适当方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却,获得所需组织结构与性能的一种工艺方法。
热处理是强化金属材料、提高产品质量和寿命主要途径之一,在机械制造中绝大多数的零件都要进行热处理。
如机床工业中60%~70%的零件要进行热处理,汽车、拖拉机工业中70%~80%的零件要经过热处理,各种量具、刃具。
模具和滚动轴承几乎100%要进行热处理。
因此热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
热处理按照加热和冷却方式的不同,可分为以下三类:(1)整体热处理:指对工件整体进行穿透加热的热处理,常用的方法有退火、正火、淬火和回火。
(2)表面热处理:指对工件表层进行热处理,以改变表层组织和性能的热处理,常用的方法有火焰淬火、感应淬火。
(3)化学热处理:指改变工件表层的化学成分、组织和性能的热处理,常用的方法有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金属等。
热处理的种类和方法很多,但其基本过程都由加热、保温和冷却三个阶段组成,通常用“温度—时间”为坐标的热处理工艺曲线来表示(如图3-1所示)。
改变加热温度、保温时间和冷却速度等参数,都会在一定程度上发生相应的组织转变,进而影响材料的性能。
所以,要了解各种热处理工艺方法,必须首先研究钢在加热(包括保温)和冷却过程中组织变化的规律。
由Fe —Fe3C 相图可知,A1、A3、Acm 线是碳钢在极其缓慢加热和冷却时的相变温度线。
因而这些线上的点都是平衡条件下的相变点。
但在实际生产中,加热或冷却速度都比较快,实际发生组织转变的温度与A1、A3、Acm 都有不同程度的过热度或过冷度(如图3-2)。
通常将加热时的各相变点用Ac1、Ac3、Accm 表示,冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据,可通过查热处理手册或有关手册得到。
图3-2 钢的相变点在Fe-Fe 3C相图上的位置一、钢在加热时的组织转变将钢加热到Ac3或Ac1温度以上,以获得全部或部分奥氏体组织为目的的操作,称为奥氏体化。
第七章钢在加热和冷却时的转变§7.1 钢的热处理概述一、钢的热处理1.热处理的定义钢的热处理是指在固态下,将钢加热到一定的温度、保温一定的时间,然后按照一定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。
具体的热处理工艺过程可用热处理工艺曲线表示(图7.1)。
从该曲线可以看出:热处理过程由加热、保温、冷却三阶段组成,影响热处理的因素是温度和时间。
2.热处理的原理钢能进行热处理,是由于钢在固态下具有相变。
通过固态相变,可以改变钢的组织结构,从而改变钢的性能。
钢中固态相变的规律称为热处理原理,它是制定热处理的加热温度、保温时间和冷却方式等工艺参数的理论基础。
热处理原理包括钢的加热转变、冷却转变和回火转变,在冷却转变中又可分为:珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。
3.热处理的作用1)热处理通过改变钢的组织结构,不仅可以改善钢的工艺性能,而且可以提高其使用性能,从而充分发挥钢材的潜力。
2)热处理还可以部分消除钢中的某些缺陷,细化晶粒,降低内应力,使组织和性能更加均匀。
4.热处理的分类1)根据加热、冷却方式的不同,热处理可分为:普通热处理,表面热处理和特殊热处理。
普通热处理又包括退火、正火、淬火和回火,俗称四把火。
表面热处理又包括:表面淬火和化学热处理。
特殊热处理又包括形变热处理和真空热处理。
2)根据生产流程,热处理可分为:预备热处理和最终热处理。
前者是指为满足工件在加工过程中的工艺性能要求进行的热处理,主要有退火和正火。
而后者是指工件加工成型后,为满足其使用性能要求进行的热处理,主要有淬火和回火。
5. 热处理的重要性热处理在冶金行业和机械制造行业中占有重要的地位。
常用的冷、热加工工艺只能在一定程度上改变工件的性能,而要大幅度提高工件的工艺性能和使用性能,必须进行热处理。
例如,热轧后的合金钢钢材要进行热处理,汽车中70%——80%的零件也要进行热处理。
如果把预备热处理也包括进去,几乎所有的工件和零件都要进行热处理。