钢的热处理原理.pptx

主要参考文献第三章钢的热处理原理3.1概述2、热处理的目的：改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能。通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省材料和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命，做到一个顶几个、顶十几个。3、热处理的作用恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。热处理也是机器零件加工工艺过程的重要工序。例如用高速钢制造钻头，必须先经过预备热处迎，改善锻件毛坯组织、降低硬度（达207~255HB），这佯才能进行切削加工。加工后的成品钻头又必须进行最终热处理，提高钻头的硬度(达到HRC60~65)和耐磨性并进行精磨，以切削其它金属。此外，通过热处理还可使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化学性能。钢经热处理后性能之所以发生如此重大的变化，是由于经过不同的加热和冷却过程，钢的内部组织结构发生了变化。因此．要制定正确的热处理工艺规范，保证热处理质量，必须了解钢在不同加热和冷却条件下的组织变化规律。钢中组织转变的规律，就是热处理的原理。4.热处理的分类热处理的种类是由金属在加热冷却过程中组织结构的不同变化来决定。按应用特点，常用的热处理工艺大致可分为：（1）普通热处理：退火、正火、淬火、回火等；（2）化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗金属（如Al、Si、Cr）等；（3）特种热处理：表面热处理、真空热处理、形变热处理、时效等。二、热处理与相图钢为什么可以进行热处理?是不是所有金属材料都能进行热处理呢?这个问题与合金相图有关。原则上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。纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化，只能采用加工硬化的方法。在图3-2a相图中，位于F点以左的合金，在固态加热或冷却过程中均无相变发生，因此不能进行热处理。成分在FF´之间的合金加热时可使过剩相β全部溶解，形成均匀的α相；冷却时过剩相β在α相中的溶解度又会发生显著变化。如果合金从α相状态快速冷却，会得到过饱和的α固溶体，随后再加热时，过剩相β又会从α固溶体中析出。因此该成分的合金在加热或冷却时将全部参与热处理过程。成分位于D点以右的合金，有部分β相残留未溶解，这部分组织不参与热处理过程。如果相图3-2a中的溶解度曲线变成垂直线DF´，表示溶解度不随温度而变化，那么所有合金在固态下均无相变发生，因此不能进行热处理。在图3-2b所示的一类相图中，所有合金在常温下的组织均由（α+β）相组成。半加热至共析温度以上时，α和β相将全部转变为γ固溶体，随后在冷却过程中通过共析转变温度，γ相又会发生相变重结晶过程。因此这类合金可以进行热处理。以Fe-Fe3C相图为例说明钢的固态转变。共析钢加热至Fe-Fe3C相图PSK线(A1线)以上全部转变为奥氏体，亚、过共折钢则必须加热到GS线(As线)和ES线(Acm线)以上才能获得单相奥氏体。钢从奥氏体状态缓慢冷却至A1线以下，将发生共析转变，形成珠光体。而在通过A3线或Acm线时，则分别从奥氏体中析出过剩相铁素体和渗碳体。因为钢具有共析转变这一重要特性，象纯铁具有同素异构转变一样，碳钢在加热或冷却过程中越过上述临界点就要发生固态相变，所以能进行热处理。Fe-Fe3C相图Fe-Fe3C相图实际上钢进行热处理时其组织转变并不按铁碳相图上所示的平衡温度进行，通常都有不同程度的滞后现象。即实际转变温度要偏离平衡的临界温度。加热或冷却速度越快，则滞后现象越严重。图3-3加热与冷却速度为0.125℃/min时对临界点A1、A3和Acm的影响虽然铁碳相图对研究钢的相变和制定热处理工艺有重要参考价值，但对钢进行热处理时不仅要考虑温度因素，还必须考虑时间和速度的重要影响。因为所有的固态转变过程都是通过原子的迁移进行的，而原子的迁移需要时间，没有足够的时间，转变就不能充分进行，其结果将得不到稳定的平衡组织，而只能得到不稳定的过渡型组织。例如，钢从奥氏体状态以不同速度冷却时，将形成不同的转变产物，获得不同的组织和性能。冷却速度比很慢，产物为珠光体P；冷却速度比较快，产物为贝氏体B；冷却速度比很快，产物为马氏体M。三、固态相变的特点金属固态相变与液态结晶相比，有一些规律是相同的。例如，相变的驱动力都是新、旧两相之间的自由能差；相变都包含形核和长大两个基本过程。但是，固态相变是由固相转变为固相，新相和母相都是晶体，因此又与结晶有着显若不同的特点。1.相变阻力大固态相变时，由于新、旧两相比容不同，母相γ转变为新相时要产生体积变化，或者由于新、旧两相相界面不匹配而引起弹性畸变。故新相必然受到母相的