金屬固態(tài)相變?cè)?doc

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1、第2篇熱處理原理及工藝第7章鋼的熱處理教學(xué)目標(biāo):搞清奧氏體、珠光體、貝氏體、馬氏體等基本概念;掌握共析分解、馬氏體相變、貝氏體相變基本知識(shí);掌握相變產(chǎn)物的形貌和物理本質(zhì)。第8章金屬固態(tài)相變?cè)怼?鋼的熱處理一、熱處理的作用機(jī)床、汽車、摩托車、火車、礦山、石油、化工、航空、航天等各行各業(yè)用的大量零部件需要通過熱處理工藝改善其性能。拒初步統(tǒng)計(jì),在機(jī)床制造中,約60%~70%的零件要經(jīng)過熱處理;在汽車、拖拉機(jī)制造中,需要熱處理的零件多達(dá)70%~80%,而工模具及滾動(dòng)軸承,則要100%進(jìn)行熱處理。總之,凡重要的零件都必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍芡度胧褂?。熱處理的定義:將固態(tài)金屬或合金在一

2、定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻,以改變材料整體或表面組織,從而獲得所需組織和性能的工藝過程。熱處理三大要素:加熱、保溫和冷卻通過以上三個(gè)環(huán)節(jié),材料的內(nèi)部組織發(fā)生了變化,因而性能也發(fā)生變化。例如:碳素工具鋼T8在市場(chǎng)購回的是球化退火的材料其硬度僅為20HRC,作為工具需經(jīng)淬火并低溫回火使硬度提高到60~63HRC,這是因?yàn)閮?nèi)部組織由淬火之前的粒狀珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊?低溫回火的回火馬氏體。同一種材料,熱處理工藝不一樣其性能差別很大,導(dǎo)致性能差別如此大的原因是不同的熱處理后內(nèi)部組織截然不同。表8-145號(hào)鋼經(jīng)不同熱處理后的性能(試樣直徑15mm)熱處理工藝的選擇要根據(jù)材料的成分來確定。材料

3、內(nèi)部組織的變化依賴于材料熱處理和其他熱加工工藝,材料性能的變化又取決于材料的內(nèi)部組織變化。所以,材料成分-加工工藝-組織結(jié)構(gòu)-材料性能這四者相互依成的關(guān)系貫穿在材料制備的全過程之中。我們的任務(wù)就是要了解和掌握其中的規(guī)律性。二、熱處理的基本要素如上所述,熱處理工藝中有三大基本要素:加熱、保溫、冷卻。這三大基本要素決定了材料熱處理后的組織和性能。1、加熱按加熱溫度的高低,加熱分為兩種:一種是在臨界點(diǎn)A1以下加熱,此時(shí)一般不發(fā)生相變;另一種是在A1以上加熱,目的是為了獲得均勻的奧氏體組織,這一過程稱為奧氏體化。2、保溫保溫是熱處理的中間工序,其目的是既要保證工件“燒透”,又要防止工

4、件脫碳、氧化等。保溫時(shí)間和介質(zhì)的選擇與工件的尺寸和材質(zhì)有直接的關(guān)系。一般工件越大,導(dǎo)熱性越差,保溫時(shí)間就越長(zhǎng)。3、冷卻冷卻是熱處理的最終工序,也是熱處理過程中最重要的工序。鋼在不同冷卻速度下可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織形態(tài)。圖8-1熱處理工藝曲線示意圖三、熱處理的分類1、根據(jù)加熱、冷卻方式的不同及組織、性能變化特點(diǎn)的不同,熱處理可分為下列幾類:普通熱處理:退火、正火、淬火和回火。即所謂熱處理的“四把火”。表面熱處理:感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、激光表面淬火和涂覆、滲碳、氮化和碳氮共滲等。其它熱處理:可控氣氛熱處理、真空熱處理和形變熱處理等。2、按照熱處理在

5、零件生產(chǎn)過程中的工序和作用不同,熱處理工藝還可分為:預(yù)備熱處理:零件加工過程中的一道中間工序(也稱為中間熱處理),其目的是改善鍛、鑄毛坯件組織、消除應(yīng)力,為后續(xù)的機(jī)加工或進(jìn)一步的熱處理作組織上的準(zhǔn)備。最終熱處理:零件加工的最終工序。其目的是使經(jīng)過成型工藝達(dá)到形狀和尺寸要求的零件,通過熱處理使零件具備最終的使用性能。是預(yù)備還是最終熱處理在材料的生產(chǎn)過程中是相對(duì)的。四、鋼的臨界轉(zhuǎn)變溫度根據(jù)鐵碳相圖,共析鋼緩慢加熱到超過A1溫度時(shí),全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體;亞共析鋼和過共析鋼必須加熱到A3和Acm以上才能獲得單相奧氏體。在實(shí)際熱處理加熱條件下,加熱速度不可能是緩慢的,因此,相變是在不平衡條

6、件下進(jìn)行的;其次,再考慮到過冷或過熱現(xiàn)象的存在,相變點(diǎn)與相圖中的相變溫度有一些差異。具體如下:加熱時(shí)相變溫度偏向高溫,冷卻時(shí)偏向低溫,這種現(xiàn)象稱為滯后(熱滯或冷滯)。在熱處理工藝實(shí)施過程中,加熱或冷卻速度越快,則滯后現(xiàn)象越嚴(yán)重。通常把加熱時(shí)的實(shí)際臨界溫度標(biāo)以右下標(biāo)字母“c”表示,如Ac1、Ac3、Accm;而把冷卻時(shí)的實(shí)際臨界溫度標(biāo)以右下標(biāo)字母“r”表示,如Ar1、Ar3、Arcm等。圖8-2加熱和冷卻速度對(duì)鋼的臨界溫度的影響臨界溫度:平衡時(shí):A1、A3、Acm加熱時(shí):Ac1、Ac3、Accm冷卻時(shí):Ar1、Ar3、Arcm§8.1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一般而言,鋼的熱處理多數(shù)需要

7、先加熱得到奧氏體(奧氏體化、A化),然后以不同速度冷卻,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織,使鋼具有不同性能。加熱時(shí)形成的奧氏體的質(zhì)量(成分均勻性及晶粒大小等),對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變后的組織、性能有極大的影響(組織遺傳)。因此,掌握熱處理規(guī)律,首先要研究鋼在加熱時(shí)的變化—即奧氏體化過程。§8.1.1奧氏體的形成過程一、共析鋼奧氏體的形成共析碳鋼加熱前為珠光體組織,一般為鐵素體與滲碳體交替排列的層片狀組織,加熱過程中珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體過程可分為四步進(jìn)行:奧氏體形核、晶核的長(zhǎng)大、未溶碳化物(Fe3C)溶解、奧氏體成分均勻化。①

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