工程材料基础-第三章热处理课件.ppt
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- 工程 材料 基础 第三 热处理 课件
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1、SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第三章第三章 钢的热处理钢的热处理HEAT TREATMENT OF STEELSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY退火退火 Annealing正火正火 Normalizing淬火淬火 Quenching回火回火 Tempering普通热处理普通热处理真空热处理真空热处理可控气氛热处理可控气氛热处理特种热处理特种热处理表面淬火表面淬火表面化学热处理表
2、面化学热处理表面热处理表面热处理热处理热处理形变热处理形变热处理钢的热处理钢的热处理 在固态下在固态下通过对钢件进行加热、保通过对钢件进行加热、保温、冷却,从而改变钢件性能的操作温、冷却,从而改变钢件性能的操作SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY钢的热处理工艺示意图钢的热处理工艺示意图温度温度时间时间加热加热Heating保温保温Insulation Work冷却冷却Cooling保温时间保温时间 Holding Time保温温度保温温度 Holding TemperatureA1 A3
3、AcmSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变TRANSFOEMATION OF STEEL AS BEING HEATED SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYABCDEFGHJNKP PSQ2.11钢钢铸铁铸铁A工业工业纯铁纯铁SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOT
4、ONG UNIVERSITY钢相图中的组织钢相图中的组织EGPSQKAFA+Fe3CF+AF+PPP+Fe3CIIF+Fe3CIIISCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY特征线特征线 A化化A1线线(PSK线线)加热加热Ac1 冷却冷却Ar1A3线线(GS线线)加热加热Ac3 冷却冷却Ar3Acm线线(SE线线)加热加热Accm 冷却冷却ArcmEGPSQA3AcmA1SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG U
5、NIVERSITY 1.1.共析钢奥氏体的形成过程共析钢奥氏体的形成过程加热保温的目的:获得成分均匀加热保温的目的:获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒细小的奥氏体p +Fe3C 0.0218 6.69s0.77 BCC 体心体心 复杂正交复杂正交 FCC面心立方面心立方加热到加热到A1以上以上 一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYP组织组织A形核形核A长大长大残余碳化物溶解残余碳化物溶解A均匀化均匀化A形核长大示意图形核长大示意图SCHOOL OF MATE
6、RIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY形核形核FF和和FeFe3 3C C的界面最易于形核,通过同素异构转变的界面最易于形核,通过同素异构转变FAFA和和FeFe3 3C C的溶解来实现的溶解来实现长大长大一旦形核,一旦形核,A A则向则向F F和和FeFe3 3C C方向长大,此过程同样通方向长大,此过程同样通过同素异构转变过同素异构转变FAFA和和FeFe3 3C C的溶解来实现的溶解来实现残余碳化物溶解残余碳化物溶解 由于同素异构转变由于同素异构转变FAFA的速度比的速度比FeFe3 3C C向向奥氏体中溶解的速
7、度快,同素异构转变完成后,还有一部分奥氏体中溶解的速度快,同素异构转变完成后,还有一部分碳化物尚未溶解,它会在随后的加热过程中继续向奥氏体中碳化物尚未溶解,它会在随后的加热过程中继续向奥氏体中溶解溶解奥氏体均匀化奥氏体均匀化 残余碳化物溶解完毕后,奥氏体的成分是残余碳化物溶解完毕后,奥氏体的成分是不均匀的,原来不均匀的,原来F F处含碳量低,而原来处含碳量低,而原来FeFe3 3C C处含碳量高。只有处含碳量高。只有经足够长的保温时间,才能通过经足够长的保温时间,才能通过C C的扩散形成均匀的的扩散形成均匀的A A等轴晶等轴晶形核、长大、残余碳化物溶解、奥氏体均匀化形核、长大、残余碳化物溶解、
8、奥氏体均匀化SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2.2.亚共析钢和过共析钢奥氏体形成过程亚共析钢和过共析钢奥氏体形成过程 二二、奥氏体晶粒的大小、奥氏体晶粒的大小1.奥氏体的实际奥氏体的实际晶粒度晶粒度在具体加热条件下得到的奥氏体晶粒大小称在具体加热条件下得到的奥氏体晶粒大小称为奥氏体实际晶粒大小或奥氏体为奥氏体实际晶粒大小或奥氏体实际晶粒度实际晶粒度晶粒大小用晶粒度表示,通常分级晶粒大小用晶粒度表示,通常分级 14粗晶钢粗晶钢 58细晶钢细晶钢 8超细晶钢超细晶钢放大倍数放大倍数100
9、100时,时,每平方英寸内晶每平方英寸内晶粒数目为粒数目为n n,则:,则:1221 logNnNn 在工程上,一般采用在工程上,一般采用100100倍金相照片,通过比对倍金相照片,通过比对的方法确定晶粒度的方法确定晶粒度SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY影响因素影响因素加热温度越高加热温度越高保温时间越长保温时间越长奥氏体的实际晶粒度越大奥氏体的实际晶粒度越大 EGPSQ过热过热(Overheat)加热时加热时A A晶粒大小超过规定晶粒大小超过规定尺寸时就成为一种加热缺陷尺寸时就成为一
10、种加热缺陷,称为,称为过热过热细小的奥氏体晶粒细小的奥氏体晶粒SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2.奥氏体的本质奥氏体的本质晶粒晶粒本质晶粒度只表示钢在加热时奥氏体晶粒长大本质晶粒度只表示钢在加热时奥氏体晶粒长大倾向的大小。并不表示奥氏体实际晶粒的大小。倾向的大小。并不表示奥氏体实际晶粒的大小。13级:粗晶粒;级:粗晶粒;46级:中等晶粒;级:中等晶粒;78级:级:细晶粒细晶粒93038h,冷却后所测定的晶粒度为本质,冷却后所测定的晶粒度为本质晶粒度。主要是检验钢本身长大倾向晶粒度。主要
11、是检验钢本身长大倾向SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY本质细晶粒钢本质细晶粒钢本质晶粒度:本质晶粒度:58级。一般具有阻碍奥氏体晶级。一般具有阻碍奥氏体晶粒长大的元素如:粒长大的元素如:Nb、Ti、V等等这些元素易于形成这些元素易于形成AlN、Al2O3、NbC、TiC、VC等不易溶解的小粒子,阻碍奥氏体晶粒的长大等不易溶解的小粒子,阻碍奥氏体晶粒的长大本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢本质晶粒度本质晶粒度14级,一般仅用级,一般仅用Si、Mn脱氧,没脱氧,没有阻碍奥氏体晶粒长大的合金元素有阻碍奥
12、氏体晶粒长大的合金元素,奥氏体晶,奥氏体晶粒长大的很快。粒长大的很快。热处理一定不能过热热处理一定不能过热SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 三三、钢加热时的缺陷钢加热时的缺陷过热过热加热时奥氏体晶粒大小超过规定尺寸加热时奥氏体晶粒大小超过规定尺寸氧化氧化加热时钢中的铁素体氧化成氧化铁加热时钢中的铁素体氧化成氧化铁脱碳脱碳加热时钢中的碳与空气中的氧
13、生成加热时钢中的碳与空气中的氧生成CO2导致钢的表面含碳量过低导致钢的表面含碳量过低SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY第二节第二节 奥氏体转变图奥氏体转变图TANSFORMATION DIAGRAM OF AUSTENITE AS BEING COOLED SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 一、奥氏体等温转变图一、奥氏体等温转变图 Isothermal transformatio
14、n diagram of austenite 1.1.奥氏体等温转变图测定原理奥氏体等温转变图测定原理过冷奥氏体过冷奥氏体在临界温度在临界温度(A1、A3、Acm)以下尚以下尚未发生转变的不稳定奥氏体称过冷奥氏体未发生转变的不稳定奥氏体称过冷奥氏体恒温转变恒温转变 将已化的钢迅速冷却到临界温将已化的钢迅速冷却到临界温度度(A1、A3、Acm)以下某温度保温以下某温度保温等温转变图等温转变图 TTT 图图.Temperature Time Transformation DiagramSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOT
15、ONG UNIVERSITY共析钢曲线测定共析钢曲线测定原理示意图原理示意图以共析钢为例以共析钢为例SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY时间时间转变转变SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY时间时间转变转变SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY(3)汇总特征值汇总特征值时间时间温度温度
16、转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线时间时间转变转变SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY 2.2.共析钢共析钢奥氏体等温转变图分析奥氏体等温转变图分析当当TTA时,时,属于高温转变属于高温转变 随随T,孕育期孕育期,转变转变当当TTA时,时,属于中温转变属于中温转变 随随T,孕育期,孕育期 转变转变 时间时间温温 度度TA 出现出现“鼻子鼻子”,形似,形似“C”,故,故TTT图也叫图也叫C曲线曲线SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING O
17、F XIAN JIAOTONG UNIVERSITY珠光体型转变珠光体型转变A1550550230 230贝氏体型转变贝氏体型转变马氏体型转变马氏体型转变共析钢的奥氏体等温转变图共析钢的奥氏体等温转变图转转变变开开始始线线转变终转变终止线止线550 550 A1SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYA1650 珠光体珠光体(P)粗片状铁素体与渗碳粗片状铁素体与渗碳 体交替排列的混合物体交替排列的混合物650600 索氏体索氏体(S)细片状铁素体与渗碳细片状铁素体与渗碳 体交替排列的混合物体交
18、替排列的混合物1)1)珠光体型转变珠光体型转变珠光体形珠光体形成示意图成示意图600550 托氏体托氏体(T)极细片状铁素体与渗碳极细片状铁素体与渗碳 体交替排列的混合物体交替排列的混合物SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY不同等温温度形成的珠光体显微组织不同等温温度形成的珠光体显微组织 (a)655(b)600(c)534 珠光体珠光体(P)索氏体索氏体(S)托氏体托氏体(T)减小减小 片片 间间 距距 增大增大 强、硬度强、硬度 增大增大 塑、韧性塑、韧性SCHOOL OF MATER
19、IALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITYSCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY2)2)贝氏体型转变贝氏体型转变共析钢的奥氏体等温转变图共析钢的奥氏体等温转变图贝氏体贝氏体(B)过饱和铁过饱和铁素体与渗碳体组成的混合素体与渗碳体组成的混合物物B上上 550350 上贝氏体上贝氏体()()SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSI
20、TY上贝氏体上贝氏体B上上 相互相互平行的过饱和铁素体片与分布平行的过饱和铁素体片与分布在片间的断续细小渗碳体组成的羽毛状混合物。在片间的断续细小渗碳体组成的羽毛状混合物。硬度高硬度高,可达可达4045HRC,但因,但因F片粗且平行分布,片粗且平行分布,同时晶间有脆性的渗碳体,故塑、韧性差。同时晶间有脆性的渗碳体,故塑、韧性差。脆性大性脆性大性能差能差上贝氏体形成示意图上贝氏体形成示意图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY上贝氏体的显微组织上贝氏体的显微组织 (a)光镜光镜 (b)扫描电镜
21、扫描电镜(a)(b)SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY下贝氏体下贝氏体B下下 针叶状的过饱和铁素体与分布针叶状的过饱和铁素体与分布在其中的极细小的渗碳体粒子组成的混合物在其中的极细小的渗碳体粒子组成的混合物脆脆性小性能好性小性能好硬度高硬度高5060 HRC,强度高,耐磨性好,塑性、,强度高,耐磨性好,塑性、韧性高,具有良好的综合力学性能韧性高,具有良好的综合力学性能下贝氏体形成示意图下贝氏体形成示意图SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
22、 OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY(b)(a)下贝氏体的显微组织下贝氏体的显微组织 (a)光镜光镜 (b)扫描电镜扫描电镜生产中生产中“等温淬火等温淬火”的目的就是为了得到的目的就是为了得到B B下下组织组织SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY3)3)马氏体型转变马氏体型转变共析钢的奥氏体等温转变图共析钢的奥氏体等温转变图转变温度:转变温度:MsMf。温度低,。温度低,Fe、C不能扩散(无扩散型不能扩散(无扩散型转变)转变)A F,C完全被保留在完全被保留在-Fe中,
23、引起过饱和。中,引起过饱和。M又称又称碳过饱和铁素体碳过饱和铁素体晶格歪扭成体心正方,随晶格歪扭成体心正方,随wC,正方度,正方度T 230 T 230 马氏体马氏体(M)(M)马氏体马氏体(M)碳在碳在-Fe中的中的过饱和固溶体过饱和固溶体(1)转变温度:)转变温度:SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY低碳马氏体低碳马氏体(wc1.0%)片片(或针或针)状,硬而脆状,硬而脆长大速度非常快,先形成的M片较大,后形成的M片不能穿越已形成的M,故较小。显微镜下为长短不一,互成一定角度的M片截面
24、呈细长条状,许多尺寸大致相同的定向相互平行排列,构成一个群(束),显微组织为一束束细长板条状组织(2)马氏体的形态)马氏体的形态SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY高碳马氏体形成过程示意图高碳马氏体形成过程示意图Fe-1.8 wt.%C合金冷却到下列不同温度形成高碳马氏体的过程合金冷却到下列不同温度形成高碳马氏体的过程(a)24 (b)60 (c)100 SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERS
25、ITY高碳马氏体的显微组织高碳马氏体的显微组织 a)a)淬火态淬火态 b)b)回火态回火态 (a)(b)低碳马氏体的显微组织SCHOOL OF MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING OF XIAN JIAOTONG UNIVERSITY马氏体的形态取决于含碳量马氏体的形态取决于含碳量wC 1.0%的钢淬火后的钢淬火后,几乎全部为片几乎全部为片MwC 0.25%的钢淬火后的钢淬火后,基本上全部为板条基本上全部为板条M0.25%wC 0.6%)高碳马氏体的显微组织高碳马氏体的显微组织 a)a)淬火态淬火态 b)b)回火态回火态 回火组织:回火组织:M回回(过饱和铁素体
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