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1、金属热处理原理,主讲：朱正吼,金属热处理原理,一、热处理的定义与分类,二、钢在加热时的转变,1、以共析碳钢为例说明奥氏体化过程,2、影响奥氏体化的因素,3、奥氏体晶粒大小及其影响因素,三、钢在冷却时的转变,1、过冷奥氏体的等温转变,2、过冷奥氏体等温转变的产物组织及性能,（1）珠光体,（2）贝氏体,（3）马氏体,4、过冷奥氏体的连续冷却转变,3、影响过冷奥氏体等温转变的因素,金属热处理原理,一、热处理的定义及分类,1、什么是热处理？,有三个基本参数：,加热、保温、冷却。,热处理质量就是通过控制这三个工艺参数来保证的。,2、分类,普通热处理：,退火、正火、淬火、回火。,表面热处理：,表面淬火及化
2、学热处理。,3、热处理中用到的几个重要温度,A1温度：,共析转变温度（727）。,A3温度：,A与F的转变温度。,Acm温度：,A与Fe3C的转变温度。,实际加热时的临界点：Ac1、Ac3、Accm,实际冷却时的临界点：Ar1、Ar3、Arcm,金属热处理原理,二、钢在加热时的转变,1、以共析碳钢为例说明钢的奥氏体化过程,共析碳钢的室温组织为：,P,= F + Fe3C, A,0.0218%C,6.69%C,0.77%C,b.c.c.,复杂立方,f.c.c.,PA,既有碳的扩散，也有晶格的重组。,遵循形核与长大的基本规律。,具体地，P A转变包括4个阶段。,（1）形核。,形核部位：,相界。,原
3、因是：,这些地方原子排列紊乱，能量高，能提供形核所需的能量；, A的含碳量在F与Fe3C之间，便于C的扩散。,（2）长大。,包括 浓差扩散、,相界推移, Fe3C, F ，,同时伴随晶格的重组。,（3）剩余Fe3C的溶解：,VFVFe3C，,转变刚结束时，C平衡CP平衡,（4）A 体均匀化：,因为刚形成的A各处C浓度不均匀。,金属热处理原理,顺便说明一下亚共析钢和过共析钢的A化。,首先，P A，,然后，先共析相（F、Fe3C）A。,2、影响A化的因素,（1）T加热,，原子扩散，,A化。,（2）V加热,， T转变 ，,A化。,（3）化学成分：,C% ，,F与Fe3C的相界 ，,A化。,（4）原始
4、组织：,P越细，,VA化 ，,P片P粒。,3、A晶粒大小及其影响因素,（1）晶粒度,起始晶粒度：,奥氏体化刚结束，晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。,实际晶粒度：,钢在具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。,本质晶粒度：,根据标准实验方法，钢在93010，保温8h后的A晶粒度。,金属热处理原理,A晶粒度共有12级：,（粗）00， 0， 1， 2， ，10（细）,1-4级：本质粗晶粒钢。,5-8级：本质细晶粒钢。,8级：超细晶粒钢。,本质粗、细晶粒钢，只是表明钢在一定温度范围内的过热敏感性。,（2）影响A晶粒长大的因素,T加热、t保温,， 晶粒长大；,C%,，有利于长大；,合金元素Me：,car
5、bide形成元素，,V、Ti、Nb、W、Mo、Zr等；,nitride形成元素，Al；,促进石墨化元素，Si、Ni、Co、Cu，,都阻碍长大。,Mn、P促使晶粒长大，使钢容易过热。,金属热处理原理,三、钢在冷却时的转变,钢的冷却有等温冷却和连续冷却（炉冷、空冷、液冷）,1、过冷A的等温转变,是指冷却到A1以下的A。,过冷A的等温转变是指将A迅速冷到Ar1以下某一温度等温过程中发生的转变。,C曲线,研究过冷A等温转变的一个重要工具。,C曲线综合反映了过冷A在不同温度下的等温转变过程：,转变开始及终了时间、产物类型、转变温度及转变量的关系等。,C曲线分析：,（1）线：开始、终了线；,区：过冷A区、
6、产物区、共存区。,金属热处理原理,（2）过冷A在各个等温温度都有一个孕育期,等温温度不同，孕育期长短不同，A的稳定性也就不同。,高温：,稳定，,因为此时，T，N、V；,中温：,不稳定，,因为此时，T，N、V；,T为控制因素。,低温：,又稳定，,此时T太大，温度很低，原子扩散成为控制因素。,当TMs时，,原子扩散已经停止，,此时相变为无扩散性相变，,M以共格切变的方式完成了晶格改组。,（3）共析C钢的过冷A有三种转变,高温（A1-550），,AP，,珠光体转变；,中温（550-Ms），,AB，,贝氏体转变；,低温（Ms），,AM，,马氏体转变。,金属热处理原理,2、过冷A等温转变的产物组织及性能
7、,（1）珠光体P,片状P：,粗片P，,片层厚度为1500-4500；,细片状P，,又称索氏体，,片层厚度为800-1500；,极细片状P，,又称屈氏体，,片层厚度为300-800,粒状P，,通过球化退火得到。,转变过程：,一般认为是“交替形核、端向长大”，,片状P也有人发现是由Fe3C片分枝长大的结果。,金属热处理原理,（2）贝氏体B,含碳过饱和+ Fe3C,B上，,550350之间形成，,4045HRC，,呈羽毛状；,B下，,350Ms之间形成，,4555HRC，,黑色针片状。,（3）马氏体M,Ms以下，,A,（含碳过饱和），,即马氏体。,M结构：,体心正方结构，,C原子处于面心及铅直棱边的
8、中央位置。,c/a称为马氏体的正方度。,C%，,c/a，,M的比容。,M形态：,片状：,高C马氏体，,其内部亚结构为孪晶，,又称为孪晶M；,板条状：,低C马氏体，,其内部亚结构为位错，,又称为位错M。,金属热处理原理,M性能：,b、HR高：,、k低：,C%，,b、HR。,但当C%0.6%后，变化趋缓。,C%，,、k,总之，M板硬、强韧；M片硬、脆。,M转变特点：,a：无扩散性；,b：速度快，瞬间形成（10-7s）；,c：有一定的转变温度范围（MsMf）；,d：转变不完全，总存在Ar。,3、影响过冷A等温转变的因素,（1）C%,亚共析钢：,C%，,先共析F析出变慢，,C曲线右移；,过共析钢：,C%，,未熔Fe3C，,有利于过冷A分解，,C曲线左移。,金属热处理原理,（2）合金元素Me,除Co以外的所有合金元素都使C曲线右移，甚至影响C曲线的形状。,（3）A化条件,T加热、t保温，,成分越均匀、,晶粒越大，,形核率，,A稳定性，,C曲线右移。,4、过冷A的连冷转变,特点：,（1）有Ps、Pf线、ab线、Ms点；,（2）只有高温的P转变，而无B转变；,（3）连冷曲线在C曲线的右下方；,（4）当b时，AP；,当ba时，AP+M；,当a时，AM。,（5）临界冷速c：,获得M组织的最小冷速。,（6）C曲线在连冷中的应用（定性分析）。,