热处理原理及工艺1.ppt

热处理原理及工艺教学安排（5-18周）考核方式推荐参考书什么是热处理？3.热处理设备一、热处理在机械制造过程中的作用、地位零件机械制造过程重要工序零件的制造路线：坯料——铸、锻、焊等热加工——预备热处理——粗加工——最终热处理——精加工——（热处理）——成品齿轮齿面磨损二、热处理发展概况人们在开始使用金属材料起就开始使用热处理其发展过程大体上经历了三个阶段。1、民间技艺阶段铁器时代铸铁的柔化处理石墨化退火和脱C退火根据现有文物考证出土的春秋战国的铁器经分析有表面脱C和石墨化组织。战国中、晚期发明了淬火技术。据秦始皇陵考古发现兵马俑中的武士佩剑制作精良；古书中有“炼钢赤刀用之切玉如泥也”西汉化学热处理渗C和CN共渗。汉代开始我国热处理技术就有文字记载虽然我们的祖先掌握了很多热处理技术但是发展缓慢2、技术科学阶段（实验科学）—金相学大约从1665年1895年主要表现为实验技术的发展阶段。1665年：显示了Ag—Pt组织、钢刀片的组织；1772年：首次用显微镜检查了钢的断口；1808年：首次显示了陨铁的组织后称魏氏组织；1831年：应用显微镜研究了钢的组织和大马士革剑；1864年：发现了索氏体；1868年：发现了钢的临界点建立了Fe-C相图；1871年：英国学者T.A.Blytb著“金相学作为独立的科学”在伦敦出版；1895年：发现了马氏体；3、建立了一定的理论体系—热处理科学“C”曲线的研究马氏体结构的确定及研究K—S关系的发现对马氏体的结构有了新的认识等建立了完整的热处理理论体系。二十世纪以来金属物理的发展和其它新技术的移植应用金属热处理得到更大发展。1901～1925年工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计使炉内气氛的碳势达到可控以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代热处理技术运用了等离子场的作用发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。第一部分热处理原理加热冷却过程中相的转变热处理前提一、金属固态相变的分类（一）按原子迁移情况（动力学）1.扩散型相变：依靠原子或离子的扩散进行；如同素异构转变、多形性转变、平衡脱溶转变、共析转变2.非扩散型相变：原子或离子不发生扩散；3.半扩散型相变：半径小的原子或离子发生扩散半径大的原子或离子不发生扩散。（二）按平衡状态（热力学）1.平衡相变缓慢加热或冷却转变符合平衡相图的规律二、金属固态相变的一般特征以新相和母相之间的自由能差作为相变的驱动力。大多数通过形核和长大两个过程来完成。不同于液相凝固的特点：（一）新相和母相间的界面和界面能界面能：形成新相界面时因同类键、异类键的结合强度和数量变化引起的化学能由界面原子的不匹配产生的点阵畸变能固态相变时新相与母相的相界面是两种晶体的界面按其相界面上原子间匹配程度可分为三种:共格界面；半共格界面；非共格界面1.共格界面原子匹配得好界面上能量低但弹性应变能高2.半共格界面3.非共格界面两相在相界面处的原子排列相差很大时相界面处完全失配只能形成非共格界面。(二)新相晶核与母相间的晶体学关系1、存在惯习面固态相变时为了降低界面能和维持共格关系新相一般会在母相的一定晶面上开始形成。与所生成新相的主平面或主轴平行的母相晶面称为惯习面。例如从亚共析钢的粗大A中析出F时除沿A晶界析出外还沿A的｛111｝面析出呈魏氏组织此｛111｝面即为F的惯习面。2、有一定的位向关系位向关系：在固态相变时新相的某些低指数晶面、晶向与母相的某些低指数晶面、晶向平行的关系即｛hkl｝∥｛h’k’l’｝<uvw>∥<u’v’w’>K-S关系为{111}γ//{011}α’；<110>γ∥<111>α’西山关系为{111}γ//{011}α’；<112>γ∥<110>α’惯习面的存在表明新相与母相存在一定的晶体学关系。两相的晶体各自相对于惯习面的位向关系是确定的则它们彼此间的位向关系也是确定的。新相和母相常以原子密度大而彼此匹配较好的低指数晶面和晶向相互平行来保持这种位向关系。如A→M相变{111}γ//{011}α’；<110>γ∥<111>α’如果界面结构为非共格时新、旧相之间无确定的晶体