金属热处理原理与工艺课件.ppt

1、第一章第一章 金属热处理概述金属热处理概述材材 料料 的的 性性 能能使用性能使用性能工艺性能工艺性能焊接性焊接性力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能铸造性铸造性热处理工艺性热处理工艺性锻造性锻造性经济性经济性原材料费原材料费加工费加工费热处理热处理金属材料的强化机制金属材料的强化机制1. 固溶强化固溶强化2. 细晶强化细晶强化3. 位错强化位错强化4. 沉淀相颗粒强化沉淀相颗粒强化热处理热处理普通（整体）热处理普通（整体）热处理表面热处理表面热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火固溶时效固溶时效表面淬火表面淬火表面化学热处理表面化学热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表

2、面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等激光加热表面淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属等渗金属等钢的分类方法钢的分类方法按化学成分分类按化学成分分类碳素钢按含碳量多少可分为碳素钢按含碳量多少可分为合金钢按合金元素的含量又可分为合金钢按合金元素的含量又可分为合金钢按合金元素的种类可分为合金钢按合金元素的种类可分为合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B；弱碳化物形成元素：弱碳化物形成元素：Mn； 强碳化物形成元素：强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。 合金元素对加热转变的影响合金元素对加热转

3、变的影响 合金元素对冷却转变的影响合金元素对冷却转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响合金元素对淬火钢回火转变的影响碳钢分类碳钢分类按钢中含碳量多少分按钢中含碳量多少分：低碳钢低碳钢中碳钢中碳钢高碳钢高碳钢Wc 0.6%固态相变的定义：固态相变的定义：固体材料的组织、结构在温度、压力、成固体材料的组织、结构在温度、压力、成分改变时所发生的转变统称为固态相变。分改变时所发生的转变统称为固态相变。固态相变的根本动力固态相变的根本动力：新相与旧相的自由焓差。新相与旧相的自由焓差。固态相变的阻力固态相变的阻力: 界面能和应变能。界面能和应变能。第二章第二章 金属的加热金属的加热1.热传导热传导2.热

4、对流热对流3、热辐射、热辐射传热的基本方式传热的基本方式 零件加热曲线示意图零件加热曲线示意图加热温度和时间加热温度和时间金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属被氧化。被氧化。脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧化过程。化过程。影响钢脱碳的因素。影响钢脱碳的因素。要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取的措施要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取

5、的措施第三章第三章 合金的时效合金的时效定义：定义： 1. 固溶处理固溶处理2. 析出析出 3. 时效时效4. 时效硬化时效硬化5. 时效合金时效合金Al-Cu合金的析出过程为：合金的析出过程为： 相（相（Al基过饱基过饱和固溶体）、和固溶体）、G.P.区、区、相、相、相、相、相相（平衡相（平衡相CuAl2) 。析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。析出。连续析出与不连续析出的区别连续析出与不连续析出的区别（1）基体浓度变化，连续与不连续；）基体浓度变化，连续与不连续；（2）析出过程有无再结晶；）析出过程有无再结晶；（3）析出物分散于晶粒内，较均匀。

6、析出物）析出物分散于晶粒内，较均匀。析出物集中在晶界逐步向晶内发展；集中在晶界逐步向晶内发展；（4）扩散性质，长程扩散，短程扩散；）扩散性质，长程扩散，短程扩散；（5）析出物组织形态不同。）析出物组织形态不同。影响析出过程的因素：影响析出过程的因素：溶质浓度的影响溶质浓度的影响微量元素的影响微量元素的影响固溶处理工艺的影响固溶处理工艺的影响固溶处理后时效处理前的冷加工变形固溶处理后时效处理前的冷加工变形时效处理的温度与持续时间时效处理的温度与持续时间第四章第四章 钢中奥氏体的形成钢中奥氏体的形成钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥氏体被称为钢的加热转变或

7、奥氏体化过程。氏体被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。 奥氏体的结构奥氏体的结构 奥氏体是碳溶于奥氏体是碳溶于-Fe所形成的固溶体。在合金钢中，所形成的固溶体。在合金钢中，除了碳原子外，溶于除了碳原子外，溶于-Fe中的还有合金元素原子。中的还有合金元素原子。奥氏体的组织奥氏体的组织 在一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒在一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。奥氏体的性能奥氏体的性能 平衡平衡 转变温度：转变温度：A1、 A3、Acm实际加热时转变温度：实际加热时转变温度：Ac1、 Ac3、Accm 实

8、际冷却时转变温度：实际冷却时转变温度：Ar1、Ar3、Arcm钢的临界转变温度钢的临界转变温度共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：碳含量碳含量C% 0.0218 6.69 0.77 晶格类型晶格类型 体心立方体心立方 复杂斜方复杂斜方 面心立方面心立方Ac1 P（ Fe3C） As（ ）A形核形核 A晶核晶核长大长大 剩余剩余Fe3C溶解溶解 A均匀化均匀化A形成包括四个阶段形成包括四个阶段： 未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C奥氏体形成动力学可分为等温形成动力学和连续加热奥氏体形成动力学可分为等温形成动力学和连续加热形成动力学。形成动力学。奥氏体等温形成

9、动力学奥氏体等温形成动力学等温形成动力学即在一定温度下的转变量和转变时间等温形成动力学即在一定温度下的转变量和转变时间的关系（即在一定温度下的转变速度）。的关系（即在一定温度下的转变速度）。奥氏体等温形成动力学的分析奥氏体等温形成动力学的分析（1）奥氏体的形核率）奥氏体的形核率（2）奥氏体晶体的长大速度）奥氏体晶体的长大速度G影响奥氏体形成速度的因素影响奥氏体形成速度的因素（1）温度）温度（2）碳含量）碳含量（3）原始组织的影响）原始组织的影响（4）合金元素的影响）合金元素的影响连续加热时奥氏体的形成连续加热时奥氏体的形成 实验表明连续加热时奥氏体形成的基本过程和实验表明连续加热时奥氏体形成的

10、基本过程和等温转变相似，也是由奥氏体的形核、长大、残留等温转变相似，也是由奥氏体的形核、长大、残留碳化物溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段组成。碳化物溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段组成。奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。1、起始晶粒度：、起始晶粒度：2、实际晶粒度：、实际晶粒度：3、本质晶粒度：、本质晶粒度：影响奥氏体晶粒度的因素影响奥氏体晶粒度的因素1、加热温度和保温时间、加热温度和保温时间2、加热速度、加热速度3、钢的含碳量的影响、钢的含碳量的影响4、脱氧剂及合金元素、脱氧剂及合金元素第五章第五章 过冷奥氏体转变动力学过冷奥氏体转变动力

11、学冷却条件冷却条件平衡冷却平衡冷却非平衡冷却非平衡冷却等温冷却等温冷却恒速冷却恒速冷却变速冷却变速冷却共析碳钢共析碳钢 TTT 曲线曲线稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体区A向产向产物转变开始线物转变开始线A向产物向产物转变终止线转变终止线 A +产产 物物 区区产物区产物区A1550;高温转变区高温转变区;扩散型转变扩散型转变; P 转变区。转变区。550230;中温转变中温转变区区; 半扩散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区;230 - 50; 低温转低温转变区变区; 非扩散型转变非扩散型转变;马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。时间(s)30

12、01021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf奥氏体等温转变图的特点：奥氏体等温转变图的特点：1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个孕育期。孕育期。2、在不同温度下等温具有不同的转变产物。、在不同温度下等温具有不同的转变产物。影响奥氏体等温转变图的因素影响奥氏体等温转变图的因素 1、化学成分、化学成分 （1）碳含量的影响）碳含量的影响 （2）合金元素的影响）合金元素的影响2、奥氏体晶粒尺寸的影响、奥氏体晶粒尺寸的影响3、原始组织、加热温度和保温时间的影响、原始组织、加热温度和保温时间的影响4、塑性变形的影响、塑性变形的影响 共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较