第二章热处理原理1PPT课件

1、Fe-Fe3C相图中钢的固态转变： 如图９－３所示；
1.1 在缓冷、缓慢加热的条件下： A1：加热时Ｐ（珠光体）向Ａ(奥氏体)转变的开
始转变温度；冷却时Ａ向Ｐ转变的开始温度；
A3：亚共析钢加热时全部转变为A温度，冷却时 先共析铁素体的开始析出温度；
Acm：过共析钢加热时Fe3CⅡ全部溶入Ａ温度， 冷却时从Ａ中析出Fe3CⅡ开始温度； 碳钢在加热或冷却过程中越过上述临界点， 就会发生固态相变，所以可以进行热处理；
（一）、奥氏体形核 如图９－４所示； Ｐ加热到Ａ1以上保温，先在铁素体和渗 碳体的相界面上形成Ａ晶核；
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（二）、奥氏体晶核的长大
Ａ形成后，向铁素体和渗碳体两 方向长大，同时又有新的Ａ晶核形成， 并长大，直到Ａ晶粒彼此相遇，Ｐ消失；
（三）、残余渗碳体的溶解 渗碳体在保温的过程中，随着碳的扩散，渗
Ac1、Ac3、Accm Ar1、Ar3、Arcm
１.３ 速度与时间： 钢从奥氏体状态以不同的冷却速度冷却 时，将形成不同的转变产物，获得不同的 组织和性能。
慢冷：珠光体（ Fe、C均扩散）；
Ａ冷却 较快冷：贝氏体 （ Fe不扩散，C扩散）；
快冷：马氏体（ Fe、C均不扩散）；
三、固态相变的特点：
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（二）、原始组织的影响
钢的原始组织越细小，则Ａ形核地点就 多，长大速度快；
例如：钢的原始组织是片状珠光体时，铁素 体和渗碳体组织越细，其相界面就越多，奥 氏体的形核部位也就越多，奥氏体的长大速 度也就越快，因此可以加速奥氏体形成过程， 而经过球化处理获得的粒状珠光体，由于铁 素体和渗碳体的相界面较少，奥氏体的形核 部位也就相应的减少了，因此，奥氏体的形 成速度也就较慢。
１.２ 非平衡条件下： 在非平衡条件下转变温度要发生不同程 度的滞后，而偏离平衡温度：如图９－３所 示；
通常将加热时的实际临界温度标以“ｃ”： Ac1、Ac3、Accm；
冷却时的实际临界温度标以“ｒ”： Ar1、 Ar3、 Arcm；
加热、冷却速度越快，滞后现象越严重.
加热、冷却转变 A1、A3、Acm
（三）、化学成分的影响
１、Ｃ：钢中含碳量越高，奥氏体形成速度越 快；（因为含碳量高，增加了铁素体和渗碳体的相 界面；同时，增加碳在奥氏体中的扩散速度。）
２、合金元素（Ｍｅ）：
①影响Ｃ在Ａ中的扩散速度：
Ⅰ、Co和Ni提高了碳在奥氏体中的扩散速度，故加 快奥氏体的形成速度；
Ⅱ、Si、Al、Mn、Cu等，对奥氏体的形成速度影响 不大；
的晶粒长大在热力学上是一种自发趋势。
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３、本质晶粒度：
一定条件下奥氏体晶粒长大的倾向。(规定 条件下，Ａ晶粒的大小) 标准试验：将钢加热到930℃±10℃，保温3～8 小时后测得的奥氏体的晶粒的大小。
1—4级为本质粗晶粒钢， 5—8级为本质细晶粒钢； 规定930℃的原因： ① 930℃左右是本质粗晶粒和本质细晶粒大小差别
α
＋ Ｆｅ３Ｃ → γ
ωｃ＝0.0218% ωｃ= 6.69% ωｃ＝0.77%
体心立方
正交晶系
面心立方
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注意：在转变过程中必须进行碳原子和铁原子 的扩散，以及铁原子发生晶格改组； 通常将这一过程以及Ａ在冷却时的转变过程叫 做“相变重结晶”； 此过程可分为： •Ａ形核； •Ａ的长大； •剩余渗碳体的溶解； •Ａ成分的均匀化；
Ⅲ、Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素显著降低碳 在奥氏体中的扩散速度，因而大大地减慢了奥氏体 的形成速度。
②合金元素改变钢的临界点和碳在奥氏体中的 溶解度，于是改变钢的过热度和碳在奥氏体中 的扩散速度。
③钢中合金元素在铁素体和碳化物中的溶解度 是不均匀的，奥氏体形成后，合金元素分布极 不均匀，在Ａ中的扩散速度很小，均匀化时间 长。
驱动力：新旧两相的自由能差； 过程：形核、核长大；
§２-2 钢在加热时的转变
热处理的第一道工序是加热，将钢加热到Ａ1以上， Ｐ→Ａ，加热是个重要的环节，加热好坏直接影响
着热处理的质量；
奥氏体化：将钢加热到相变点以上获得奥氏体的过 程叫做奥氏体化。
一、共析钢奥氏体的形成过程
珠光体转变为奥氏体的过程如下：
碳体要不断的向奥氏体中溶解。 （四）、奥氏体成分的均匀化 刚刚形成的奥氏体成分是不均匀的，含碳量
有高有低，经过长时间的扩散，使碳原子进行充 分的扩散奥氏体成分均匀化。 亚共析钢（Ac３以上得到单相Ａ组织）、过共析 钢（Accm以上得到单相Ａ组织）。
二、影响奥氏体形成速度的因素
（一）、加热温度和保温时间的影响 共析钢奥氏体的等温转变曲线（ＴＴＴ 图），转变的顺序为： Ｐ（α＋Fe3C）→Ｐ（α＋Fe3C）+γ →γ ＋ Fe3C→不均匀γ→均匀γ
合金钢的奥氏体化，加热温度要高，保温 时间要长。
三、奥氏体晶粒大小及其影响因素 （一）、奥氏体晶粒度的概念： 晶粒度：衡量晶粒大小的尺度。单位面积内的晶粒
数目或每个晶粒的平均面积与平均直径。 １、晶粒大小的表示： ①八级晶粒度标准图，Ｎ为１～４级，称为粗晶粒，
Ｎ为５～８级为细晶粒。如图９－８所示； ②公式 ｎ＝２Ｎ-1
３、热处理的重要性： 热处理原理：研究钢中组织转变的规律； 热处理工艺：根据热处理原理制定的热处理时 间、温度、介质等参数，实施热处理操作的过 程； 二、热处理与相图：
钢为什么可以进行热处理？
原则：只有在加热或冷却时发生溶解度 显著变化或者发生类似纯铁的同素异构 转变，即有固态相变发生的合金才能进 行热处理；例如：图９－２
ｎ——放大100倍时每平方英寸(6.45cm2)视野中的 平均晶粒数； Ｎ——晶粒度级别
２、起始晶粒度： 奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时奥氏体晶粒 的大小为起始晶粒度； 总是十分细小而均匀的。其大小与形核率N 和长大速度G有关。
1
n0
ห้องสมุดไป่ตู้
1.01
N G
2
n0表示单位面积（mm2）的晶粒数。 加热温度升高，时间延长，晶粒长大，奥氏体
2、热处理的特点与目的：
特点：改变钢的内部组织结构，不改变外形；
目的：改善性能： 工艺性能： 使用性能：具体表现如下
（1）消除铸、锻、焊件等热加工艺缺陷； （2）细化晶粒； （3）消除偏析，均匀组织； （4）降低内应力； （5）改善钢的某些特殊性能，如 耐磨性、耐蚀
性、磁性及物理化学性能等。 例：工具钢