鋼的熱處理節(jié)

1、鋼的熱處理節(jié)第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝.為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過(guò)程，通常用溫度時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。 第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四2、臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四第一節(jié) 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)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(guò)程奧氏體化也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，分為四步?，F(xiàn)以共析鋼為例說(shuō)明：第4頁(yè)，共

2、51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(zhǎng)大： 晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向 和Fe3C方向長(zhǎng)大。第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(guò)長(zhǎng)時(shí)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(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四共析鋼奧氏體化過(guò)程第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022

3、年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)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(yīng)加熱到Ac3或Accm以上.第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素1、奧氏體晶粒長(zhǎng)大奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱起始晶粒度,此時(shí)晶粒細(xì)小均勻。隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大，這也是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。奧氏體晶粒長(zhǎng)大過(guò)程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程相同。第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四 溫來(lái)判斷。 晶粒度為1-4 級(jí)的是本質(zhì)粗晶粒鋼, 5-8 級(jí)的是本質(zhì)細(xì)

4、晶粒鋼。前者晶粒長(zhǎng)大傾向大，后者晶粒長(zhǎng)大傾向小。 在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實(shí)際晶粒度。加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)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(shè)法把奧氏體晶粒保留到室第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四2、影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素加熱溫度和保溫時(shí)間: 加熱溫 度高、保溫時(shí)間長(zhǎng), 晶粒粗大.加熱速度: 加熱速度越快,過(guò)熱度越大, 形核率越高, 晶粒越細(xì).合金元素：阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)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(duì)黃銅晶界的釘扎Nb/%奧氏體晶粒尺寸/mNb、Ti對(duì)奧氏體晶粒的影響第

5、11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)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(xì)晶粒。箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻是熱處理更重要的工序。處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過(guò)冷奧氏體。過(guò)冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物取決于它的轉(zhuǎn)變溫度第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四一、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)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(yè)，共

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

7、光體轉(zhuǎn)變1、珠光體的組織形態(tài)及性能過(guò)冷奧氏體在 A1到 550間將轉(zhuǎn)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(jī)械混合珠光體索氏體托氏體物，根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體.第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(hào)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(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(hào)S 表示。電鏡形貌光鏡形貌第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日

8、，13點(diǎn)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(hào)T 表示。電鏡形貌光鏡形貌第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四珠光體、索氏體、托氏體三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。片間距bHRC片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 第22頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四2、珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長(zhǎng)大過(guò)程中，其兩側(cè)奧 長(zhǎng)大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并

9、第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四珠光體轉(zhuǎn)變第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四 貝氏體轉(zhuǎn)變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能過(guò)冷奧氏體在550- 230 (Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號(hào)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(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)

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(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60角。第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四2貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程：當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350) 時(shí)，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)，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(zhuǎn)變過(guò)程第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴(kuò)散而鐵原子不擴(kuò)散，晶格類型改變是通過(guò)切變實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350- 230)

11、 時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長(zhǎng)成針狀，由于碳原子擴(kuò)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(zhuǎn)變第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四 馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過(guò)冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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?cè)?/p>

12、嚴(yán)重。第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(xì)長(zhǎng)的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。光鏡下電鏡下第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)，=1012/cm2,又稱位錯(cuò)馬氏體。SEMTEM第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)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(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(diǎn)。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(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固

14、溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)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(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四4、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。其主要特點(diǎn)是：無(wú)擴(kuò)散性鐵和碳原子都不擴(kuò)散。第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四 共格切變性由于無(wú)擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的。使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰?qiáng)W氏體隨之變形，在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。 馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸第39

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

16、1頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四Ms、Mf 與冷速無(wú)關(guān)，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(zhuǎn)變后，A 量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達(dá)0.5%后，A量才顯著。含 碳 量 對(duì) 馬 氏體轉(zhuǎn) 變 溫 度 的 影響含碳 量對(duì)殘余奧氏體 量的影響第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度， 轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30

17、-40等溫處理貝氏體B上550350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過(guò)飽和F條之間40-50等溫處理B下350MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過(guò)飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MSMf無(wú)擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MSMf板條狀50淬火第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms 與Mf 點(diǎn)隨含碳量增加而下降。 與共析鋼相比，亞共析鋼和過(guò)共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。 第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四Cr對(duì)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(diǎn)下降。第45頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)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(shí)間延長(zhǎng)，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C 曲線右移。第46頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，13點(diǎn)42分，星期四四、 過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲線，是通過(guò)測(cè)定不同冷速下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共