金屬熱處理原理與工藝PPT

1、金屬熱處理原理和工藝金屬熱處理原理和工藝1-5章復(fù)習(xí)課章復(fù)習(xí)課材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院第一章第一章 金屬熱處理概述金屬熱處理概述材材 料料 的的 性性 能能使用性能使用性能工藝性能工藝性能焊接性焊接性力學(xué)性能力學(xué)性能物理性能物理性能化學(xué)性能化學(xué)性能鑄造性鑄造性熱處理工藝性熱處理工藝性鍛造性鍛造性經(jīng)濟性經(jīng)濟性原材料費原材料費加工費加工費熱處理熱處理金屬材料的強化機制金屬材料的強化機制1. 固溶強化固溶強化2. 細(xì)晶強化細(xì)晶強化3. 位錯強化位錯強化4. 沉淀相顆粒強化沉淀相顆粒強化熱處理熱處理普通（整體）熱處理普通（整體）熱處理表面熱處理表面熱處理退火退火正火正火淬火淬火回火回火固溶

2、時效固溶時效表面淬火表面淬火表面化學(xué)熱處理表面化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火激光加熱表面淬火等激光加熱表面淬火等滲碳滲碳滲氮滲氮碳氮共滲碳氮共滲滲金屬等滲金屬等鋼的分類方法鋼的分類方法按化學(xué)成分分類按化學(xué)成分分類碳素鋼按含碳量多少可分為碳素鋼按含碳量多少可分為合金鋼按合金元素的含量又可分為合金鋼按合金元素的含量又可分為合金鋼按合金元素的種類可分為合金鋼按合金元素的種類可分為合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 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； 強碳化物形成元素：強

3、碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。 合金元素對加熱轉(zhuǎn)變的影響合金元素對加熱轉(zhuǎn)變的影響 合金元素對冷卻轉(zhuǎn)變的影響合金元素對冷卻轉(zhuǎn)變的影響合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響碳鋼分類碳鋼分類按鋼中含碳量多少分按鋼中含碳量多少分：低碳鋼低碳鋼中碳鋼中碳鋼高碳鋼高碳鋼Wc 0.6%固態(tài)相變的定義：固態(tài)相變的定義：固體材料的組織、結(jié)構(gòu)在溫度、壓力、成固體材料的組織、結(jié)構(gòu)在溫度、壓力、成分改變時所發(fā)生的轉(zhuǎn)變統(tǒng)稱為固態(tài)相變。分改變時所發(fā)生的轉(zhuǎn)變統(tǒng)稱為固態(tài)相變。固態(tài)相變的根本動力固態(tài)相變的根本動力：新相與舊相的自由焓差。新相與舊相的自由焓差。固態(tài)相變的阻力固態(tài)相變

4、的阻力: 界面能和應(yīng)變能。界面能和應(yīng)變能。第二章第二章 金屬的加熱金屬的加熱1.熱傳導(dǎo)熱傳導(dǎo)2.熱對流熱對流3、熱輻射、熱輻射傳熱的基本方式傳熱的基本方式 零件加熱曲線示意圖零件加熱曲線示意圖加熱溫度和時間加熱溫度和時間金屬在含有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等氧化氣氛金屬在含有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等氧化氣氛中加熱時都會不同程度的發(fā)生氧化反應(yīng)，使金屬中加熱時都會不同程度的發(fā)生氧化反應(yīng)，使金屬被氧化。被氧化。脫碳是指鋼件表層部分碳被加熱氣氛氧化，而使脫碳是指鋼件表層部分碳被加熱氣氛氧化，而使表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象。脫碳也是材料的氧表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象。脫碳也是材料的氧化過程?；^程。影響鋼脫碳的

5、因素。影響鋼脫碳的因素。要在熱處理時不發(fā)生氧化脫碳，可采取的措施要在熱處理時不發(fā)生氧化脫碳，可采取的措施第三章第三章 合金的時效合金的時效定義：定義： 1. 固溶處理固溶處理2. 析出析出 3. 時效時效4. 時效硬化時效硬化5. 時效合金時效合金Al-Cu合金的析出過程為：合金的析出過程為： 相（相（Al基過飽基過飽和固溶體）、和固溶體）、G.P.區(qū)、區(qū)、相、相、相、相、相相（平衡相（平衡相CuAl2) 。析出的類型：局部析出、連續(xù)析出、不連續(xù)析出的類型：局部析出、連續(xù)析出、不連續(xù)析出。析出。連續(xù)析出與不連續(xù)析出的區(qū)別連續(xù)析出與不連續(xù)析出的區(qū)別（1）基體濃度變化，連續(xù)與不連續(xù)；）基體濃度變化

6、，連續(xù)與不連續(xù)；（2）析出過程有無再結(jié)晶；）析出過程有無再結(jié)晶；（3）析出物分散于晶粒內(nèi)，較均勻。析出物）析出物分散于晶粒內(nèi)，較均勻。析出物集中在晶界逐步向晶內(nèi)發(fā)展；集中在晶界逐步向晶內(nèi)發(fā)展；（4）擴散性質(zhì)，長程擴散，短程擴散；）擴散性質(zhì)，長程擴散，短程擴散；（5）析出物組織形態(tài)不同。）析出物組織形態(tài)不同。影響析出過程的因素：影響析出過程的因素：溶質(zhì)濃度的影響溶質(zhì)濃度的影響微量元素的影響微量元素的影響固溶處理工藝的影響固溶處理工藝的影響固溶處理后時效處理前的冷加工變形固溶處理后時效處理前的冷加工變形時效處理的溫度與持續(xù)時間時效處理的溫度與持續(xù)時間第四章第四章 鋼中奧氏體的形成鋼中奧氏體的形成鋼

7、在加熱過程中，由加熱前的組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W鋼在加熱過程中，由加熱前的組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體被稱為鋼的加熱轉(zhuǎn)變或奧氏體化過程。氏體被稱為鋼的加熱轉(zhuǎn)變或奧氏體化過程。 奧氏體的結(jié)構(gòu)奧氏體的結(jié)構(gòu) 奧氏體是碳溶于奧氏體是碳溶于-Fe所形成的固溶體。在合金鋼中，所形成的固溶體。在合金鋼中，除了碳原子外，溶于除了碳原子外，溶于-Fe中的還有合金元素原子。中的還有合金元素原子。奧氏體的組織奧氏體的組織 在一般的情況下奧氏體的組織是由多邊形的等軸晶粒在一般的情況下奧氏體的組織是由多邊形的等軸晶粒所組成，在晶粒內(nèi)部有時可以看到相變孿晶。所組成，在晶粒內(nèi)部有時可以看到相變孿晶。奧氏體的性能奧氏體的性能 平衡平衡 轉(zhuǎn)變溫度：轉(zhuǎn)

8、變溫度：A1、 A3、Acm實際加熱時轉(zhuǎn)變溫度：實際加熱時轉(zhuǎn)變溫度：Ac1、 Ac3、Accm 實際冷卻時轉(zhuǎn)變溫度：實際冷卻時轉(zhuǎn)變溫度：Ar1、Ar3、Arcm鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度共析鋼從珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變方程：共析鋼從珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變方程：碳含量碳含量C% 0.0218 6.69 0.77 晶格類型晶格類型 體心立方體心立方 復(fù)雜斜方復(fù)雜斜方 面心立方面心立方Ac1 P（ Fe3C） As（ ）A形核形核 A晶核晶核長大長大 剩余剩余Fe3C溶解溶解 A均勻化均勻化A形成包括四個階段形成包括四個階段： 未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C奧氏體形成動力學(xué)可分為等溫形成動

9、力學(xué)和連續(xù)加熱奧氏體形成動力學(xué)可分為等溫形成動力學(xué)和連續(xù)加熱形成動力學(xué)。形成動力學(xué)。奧氏體等溫形成動力學(xué)奧氏體等溫形成動力學(xué)等溫形成動力學(xué)即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變量和轉(zhuǎn)變時間等溫形成動力學(xué)即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變量和轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系（即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變速度）。的關(guān)系（即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變速度）。奧氏體等溫形成動力學(xué)的分析奧氏體等溫形成動力學(xué)的分析（1）奧氏體的形核率）奧氏體的形核率（2）奧氏體晶體的長大速度）奧氏體晶體的長大速度G影響奧氏體形成速度的因素影響奧氏體形成速度的因素（1）溫度）溫度（2）碳含量）碳含量（3）原始組織的影響）原始組織的影響（4）合金元素的影響）合金元素的影響連續(xù)加熱時奧氏體的

10、形成連續(xù)加熱時奧氏體的形成 實驗表明連續(xù)加熱時奧氏體形成的基本過程和實驗表明連續(xù)加熱時奧氏體形成的基本過程和等溫轉(zhuǎn)變相似，也是由奧氏體的形核、長大、殘留等溫轉(zhuǎn)變相似，也是由奧氏體的形核、長大、殘留碳化物溶解和奧氏體成分均勻化四個階段組成。碳化物溶解和奧氏體成分均勻化四個階段組成。奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度晶粒度：是表示晶粒大小的一種尺度。晶粒度：是表示晶粒大小的一種尺度。1、起始晶粒度：、起始晶粒度：2、實際晶粒度：、實際晶粒度：3、本質(zhì)晶粒度：、本質(zhì)晶粒度：影響奧氏體晶粒度的因素影響奧氏體晶粒度的因素1、加熱溫度和保溫時間、加熱溫度和保溫時間2、加熱速度、加熱速度3、鋼的含碳量的影響、鋼的含碳

11、量的影響4、脫氧劑及合金元素、脫氧劑及合金元素第五章第五章 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變動力學(xué)冷卻條件冷卻條件平衡冷卻平衡冷卻非平衡冷卻非平衡冷卻等溫冷卻等溫冷卻恒速冷卻恒速冷卻變速冷卻變速冷卻共析碳鋼共析碳鋼 TTT 曲線曲線穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴散型轉(zhuǎn)變擴散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半擴散型轉(zhuǎn)變半擴散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非擴散型轉(zhuǎn)變非擴散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點：奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點：1、過冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個、過冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個孕育期。孕育期。2、在不同溫度下等溫具有不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。、在不同溫度下等溫具有不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。影響奧氏