鋼的熱處理節(jié)

1、鋼的熱處理節(jié)第1頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四概述1、熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結構，獲得所需要性能的一種工藝.為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度時間坐標繪出熱處理工藝曲線。 第2頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四2、臨界溫度與實際轉變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.第3頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四第一節(jié) 鋼在加熱時的轉變加熱是熱處理的第一道工序。鋼坯加熱一、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：第4頁，共

2、51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四第一步 奧氏體晶核形成：首先在與Fe3C相界形核。第二步 奧氏體晶核長大： 晶核通過碳原子的擴散向 和Fe3C方向長大。第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結構更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續(xù)溶解直至消失。第5頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四第四步 奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。溫度，共析鋼奧氏體化曲線（875退火）第6頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四共析鋼奧氏體化過程第7頁，共51頁，2022

3、年，5月20日，13點42分，星期四亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應加熱到Ac3或Accm以上.第8頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四二、奧氏體晶粒長大及其影響因素1、奧氏體晶粒長大奧氏體化剛結束時的晶粒度稱起始晶粒度,此時晶粒細小均勻。隨加熱溫度升高或保溫時間延長，奧氏體晶粒將進一步長大，這也是一個自發(fā)的過程。奧氏體晶粒長大過程與再結晶晶粒長大過程相同。第9頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 溫來判斷。 晶粒度為1-4 級的是本質(zhì)粗晶粒鋼, 5-8 級的是本質(zhì)細

4、晶粒鋼。前者晶粒長大傾向大，后者晶粒長大傾向小。 在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實際晶粒度。加熱時奧氏體晶粒的長大傾向稱本質(zhì)晶粒度。通常將鋼加熱到940 10奧氏體化后，設法把奧氏體晶粒保留到室第10頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四2、影響奧氏體晶粒長大的因素加熱溫度和保溫時間: 加熱溫 度高、保溫時間長, 晶粒粗大.加熱速度: 加熱速度越快,過熱度越大, 形核率越高, 晶粒越細.合金元素：阻礙奧氏體晶粒長大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。析出顆粒對黃銅晶界的釘扎Nb/%奧氏體晶粒尺寸/mNb、Ti對奧氏體晶粒的影響第

5、11頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四促進奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P、C、N。 原始組織: 平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細晶粒。箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐第12頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四第二節(jié) 鋼在冷卻時的轉變冷卻是熱處理更重要的工序。處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉變。轉變產(chǎn)物取決于它的轉變溫度第13頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四一、共析鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線過冷奧氏體的轉變方式有等溫轉變和連續(xù)冷卻轉變兩種。 兩種冷卻方式示意圖1等溫冷卻2連續(xù)冷卻第14頁，共

6、51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四1、過冷奧氏體的等溫轉變圖第15頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四A1-Ms 間及轉變開始線以左的區(qū)域為過冷奧氏體區(qū)。轉變終了線以右及Mf以下為轉變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉變區(qū)。時間溫度A1MSMfA過冷PBMAMABAP轉變開始線轉變終了線奧氏體第16頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四二、過冷奧氏體的轉變產(chǎn)物及轉變過程隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變?nèi)N類型轉變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：第17頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 珠

7、光體轉變1、珠光體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在 A1到 550間將轉變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合珠光體索氏體托氏體物，根據(jù)片層厚薄不同,又細分為珠光體、索氏體和托氏體.第18頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 珠光體：形成溫度為A1-650，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌三維珠光體如同放在水中的包心菜第19頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 索氏體形成溫度為650-600,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S 表示。電鏡形貌光鏡形貌第20頁，共51頁，2022年，5月20日

8、，13點42分，星期四 托氏體形成溫度為600-550，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T 表示。電鏡形貌光鏡形貌第21頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細之分，因此其界限也是相對的。片間距bHRC片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 第22頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四2、珠光體轉變過程珠光體轉變也是形核和長大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側奧 長大，形成一個珠光體團。珠光體轉變是擴散型轉變。氏體的含碳量下降，促進了鐵素體形核，兩者相間形核并

9、第23頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四珠光體轉變第24頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 貝氏體轉變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在550- 230 (Ms)間將轉變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).上貝氏體下貝氏體第25頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 上貝氏體形成溫度為550-350。在光鏡下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下第26頁，共51頁，2022年，5月20日，13點

10、42分，星期四下貝氏體形成溫度為350-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。光鏡下電鏡下在電鏡下為細片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60角。第27頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四2貝氏體轉變過程：當轉變溫度較高（550-350) 時，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消失，形成B上 。上貝氏體轉變過程第28頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四貝氏體轉變屬半擴散型轉變，即只有碳原子擴散而鐵原子不擴散，晶格類型改變是通過切變實現(xiàn)的。 當轉變溫度較低（350- 230)

11、 時，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長成針狀，由于碳原子擴散能力低,其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。 下貝氏體轉變第29頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 馬氏體轉變當奧氏體過冷到Ms以下將轉變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結構碳在-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.第30頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四馬氏體具有體心正方晶格（a=bc）軸比c/a 稱馬氏體的正方度。C% 越高，正方度越大，正方畸變越

12、嚴重。第31頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四2、馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。 板條馬氏體立體形態(tài)為細長的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細條組織。光鏡下電鏡下第32頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四在電鏡下，板條內(nèi)的亞結構主要是高密度的位錯，=1012/cm2,又稱位錯馬氏體。SEMTEM第33頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結構主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下第34頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期

13、四 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.21.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關系0.45%C0.2%C1.2%C第35頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四3、馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當含碳量大于0.6%時，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關系C%第36頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固

14、溶強化。此外，馬氏體轉變產(chǎn)生的組織細化也有強化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結構的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌第37頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四4、馬氏體轉變的特點馬氏體轉變也是形核和長大的過程。其主要特點是：無擴散性鐵和碳原子都不擴散。第38頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 共格切變性由于無擴散，晶格轉變是以切變機制進行的。使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰奧氏體隨之變形，在預先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。 馬氏體轉變切變示意圖馬氏體轉變產(chǎn)生的表面浮凸第39

15、頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四 降溫形成馬氏體轉變開始的溫度稱上馬氏體點，用Ms 表示.馬氏體轉變終了溫度稱下馬氏體點，用Mf 表示.只要溫度達到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉變。在Ms以下，隨溫度下降,轉變量增加，冷卻中斷,轉變停止。MfMsM(50%)M(90%)第40頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四高速長大馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大。當一片馬氏體形成時，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。 轉變不完全即使冷卻到Mf 點，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A 或 表示。第41頁，共5

16、1頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四Ms、Mf 與冷速無關，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。馬氏體轉變后，A 量隨含碳量的增加而增加，當含碳量達0.5%后，A量才顯著。含 碳 量 對 馬 氏體轉 變 溫 度 的 影響含碳 量對殘余奧氏體 量的影響第42頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四過冷奧氏體轉變產(chǎn)物（共析鋼） 轉變類型轉變產(chǎn)物形成溫度， 轉變機制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30

17、-40等溫處理貝氏體B上550350半擴散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf無擴散型針狀60-65淬火M*板條MSMf板條狀50淬火第43頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四三、影響C 曲線的因素 成分的影響 含碳量的影響：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms 與Mf 點隨含碳量增加而下降。 與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。 第44頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四Cr對C曲線的影響 合

18、金元素的影響除Co 外, 凡溶入奧氏體的合金元素都使C 曲線右移。除Co和Al 外,所有合金元素都使Ms 與Mf 點下降。第45頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四推桿式電阻爐 奧氏體化條件的影響奧氏體化溫度提高和保溫時間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C 曲線右移。第46頁，共51頁，2022年，5月20日，13點42分，星期四四、 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變圖過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲線，是通過測定不同冷速下過冷奧氏體的轉變量獲得的。共