鋼的熱處理C曲線

1、2.42.4 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理熱處理 將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。面組織，從而獲得所需性能的工藝。 熱處理作用：熱處理作用：大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能。 絕大多數(shù)機(jī)械零件必須熱處理。 如：45鋼 熱軋鋼板硬度18HRC 860加熱，水冷，硬度55HRC T10鋼 760加熱，爐冷，硬度20HRC 760加熱，水冷，硬度65HRC 為什么熱處理后材料性能會(huì)改變？為什么熱處理后材料性能會(huì)改變？ 熱處理后材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)（組織）發(fā)生變化，使材料

2、性能改變。 問題問題1 1： 加熱、冷卻時(shí)材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如加熱、冷卻時(shí)材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如何變化（熱處理原理）？何變化（熱處理原理）？ 問題問題2 2： 熱處理工藝有哪些？工程實(shí)際中有何熱處理工藝有哪些？工程實(shí)際中有何應(yīng)用？應(yīng)用？ 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線 鋼加熱奧氏體化后，冷卻的方式有兩種： (1) (1) 等溫處理等溫處理 將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度，進(jìn)行保溫，恒溫轉(zhuǎn)變。 (2) (2) 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 鋼以某種速度從高溫到低溫連續(xù)冷卻，在臨界點(diǎn)以下變溫轉(zhuǎn)變。2.4.1 2.4.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 一、奧氏體的形成 1.1.鋼在加熱時(shí)的臨界溫度鋼在加熱時(shí)

3、的臨界溫度 大多數(shù)熱處理工藝將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織，進(jìn)行奧氏體化。 實(shí)際熱處理，加熱時(shí)相變溫度偏高，冷卻時(shí)偏低。加熱和冷卻速度愈大偏差愈大。 加熱時(shí)為加熱時(shí)為A Ac1c1、A Ac3c3、A Accmccm 冷卻時(shí)為冷卻時(shí)為A Ar1r1、A Ar3r3、A Arcmrcm 2. 2.鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 共析鋼加熱到Ac1以上時(shí)，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。四個(gè)過程： 奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長大、奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長大、 剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化。剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化。 亞共析鋼加熱到Ac3 以上獲得單一的奧氏體組織。

4、 過共析鋼加熱到Accm以上獲得單一的奧氏體組織。FFe3C未溶未溶Fe3CA殘余殘余Fe3CAAAA形核形核A長大長大殘余殘余Fe3C溶解溶解A均勻化均勻化 二、影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 1.1.加熱溫度加熱溫度 隨加熱溫度的提高, 奧氏體化速度加快。 2.2.加熱速度加熱速度 加熱速度越快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間越短。 3. 3.鋼中碳含量鋼中碳含量 碳含量增加，鐵素體和滲碳體的相界面增大，轉(zhuǎn)變速度加快。 4. 4.合金元素合金元素 鈷、鎳等加快奧氏體化過程； 鉻、鉬、釩等減慢奧氏體化過程； 硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過程。 合金元素的擴(kuò)散速度比碳慢得多，合金鋼的熱處理加熱溫度

5、一般較高，保溫時(shí)間更長。 5. 5.原始組織原始組織 原始組織中滲碳體為片狀時(shí)奧氏體形成速度快，滲碳體間距越小，轉(zhuǎn)變速度越快。 三、鋼的奧氏體晶粒度 鋼的奧氏體晶粒大小根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖確定。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度分為8級(jí)。 14級(jí)為粗晶粒度，58級(jí)為細(xì)晶粒度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)等級(jí)放大放大100倍倍 1. 1.實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度 實(shí)際晶粒度：實(shí)際晶粒度：某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度。 它決定鋼的性能。 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度 鋼加熱到鋼加熱到930 930 1010、保、保溫溫8 8小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度。小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度。 反映奧氏體晶粒長大的

6、傾向。反映奧氏體晶粒長大的傾向。 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：晶粒細(xì)小。 本質(zhì)粗晶粒鋼：晶粒粗大。 2. 2.影響奧氏體晶粒度的因素影響奧氏體晶粒度的因素 （1 1）加熱溫度和保溫時(shí)間）加熱溫度和保溫時(shí)間 加熱溫度升高，晶粒逐漸長大。溫度越高，保溫時(shí)間越長，奧氏體晶粒越粗大。 （2 2）鋼的成分）鋼的成分 奧氏體中碳碳含量增高，晶粒長大傾向增大。未溶碳化物則阻礙晶粒長大。 鈦、釩、鈮、鋯、鋁鈦、釩、鈮、鋯、鋁有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶界上，能阻礙晶粒長大。 錳、磷錳、磷促進(jìn)晶粒長大。2.4.22.4.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 當(dāng)溫度在A1以上時(shí), 奧氏體是穩(wěn)定的。

7、 當(dāng)溫度降到A1以下后，奧氏體即處于過冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為過冷奧氏體過冷奧氏體。 過冷A是不穩(wěn)定的，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌慕M織。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)質(zhì)上是過冷A的轉(zhuǎn)變。鋼在熱處理時(shí)的冷卻方鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式式熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻等溫冷卻 一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 1.1.共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT曲線、C曲線)來分析。T-timeT-temperatureT-transformation共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時(shí)間時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度溫度()0400A

8、1共析鋼過冷共析鋼過冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：二個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū) （1 1）高溫轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（A1550 ）： 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體型組織。 (a)珠光體珠光體3800倍倍(b)索氏體索氏體8000倍倍(c)屈氏體屈氏體8000倍倍 珠光體型組織是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混珠光體型組織是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。合物。滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上。 轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。按層間距大小分為:珠光體珠光體(P)(P)、索氏體、索氏體(S)(S)和屈氏體和屈氏體(T)(T)。 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變奧氏體轉(zhuǎn)變

9、為珠光體是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變, , 通過通過碳、鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。碳、鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。珠光體型珠光體型(P)轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變(A1550):A1650:P;525HRC;片間距為片間距為0.60.7m(500)。650600:細(xì)片狀細(xì)片狀P-索氏體索氏體(S);片間距為片間距為0.20.4m(1000);2536HRC。600550:極細(xì)片狀極細(xì)片狀P-屈氏體屈氏體(T);片間距為片間距為0.2m(電鏡電鏡);3540HRC。珠珠光光體體形形貌貌像像光鏡下形貌光鏡下形貌電鏡下形貌電鏡下形貌光鏡形貌電鏡形貌索索氏氏體體形形貌貌像像屈屈氏氏體體形形貌貌像像電鏡形貌光鏡形貌 (2)

10、 (2) 中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變 貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（550 Ms）： 過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體型組織。 貝氏體貝氏體 滲碳體分布在碳過飽和的鐵素體基體滲碳體分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。上的兩相混合物。 上貝氏體（上上貝氏體（上B)B) 550 350 之間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。呈羽毛狀, 小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。 上貝氏體強(qiáng)度、韌性都較差。(a)光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片500(b)電子顯微照片電子顯微照片5000上貝氏體形態(tài)上貝氏體形態(tài) 下貝氏體下貝氏體( (下下B)B) 在350 Ms之間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。光學(xué)顯微鏡下為黑色針狀, 電子顯微鏡下可看到在鐵素體針內(nèi)沿一定方向分布著細(xì)小

11、的碳化物(Fe2.4C)顆粒。(a)光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片500倍倍(b)電子顯微照片電子顯微照片12000倍倍下貝氏體形態(tài)下貝氏體形態(tài) 下貝氏體硬度高，韌性好，具有較好的強(qiáng)韌性。 奧奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，鐵原子不擴(kuò)散而碳原子有一定擴(kuò)散能力變，鐵原子不擴(kuò)散而碳原子有一定擴(kuò)散能力。 2. 2.亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變亞共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變曲線多一條過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的轉(zhuǎn)變開始線。亞共析鋼隨著碳含量的增加，C曲線位置往右移，同時(shí)Ms、Mf線住下移。C%增加，先析F 形核率降低，F(xiàn) 長大需要擴(kuò)散離去的C%增高，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的孕育期增大，導(dǎo)致珠光體轉(zhuǎn)變速度降低。 高溫轉(zhuǎn)變區(qū)過冷奧氏體一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。剩余的過冷奧氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。 3. 3.過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過共析鋼過冷A的C曲線的上部為過冷A中析出二次滲碳體開始線。 當(dāng)加熱溫度為Ac1以上3050 時(shí)，過共析鋼隨著碳含量的增加, C曲線位置向左移, 同時(shí)Ms、Mf線往下移。C%增加，F(xiàn)e3C的形核率增加，孕育期減小，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的孕育期減小，導(dǎo)致奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的轉(zhuǎn)變速度提高。 過共析鋼的過冷A在高溫轉(zhuǎn)變區(qū), 將先析出Fe3CII, 其余的過冷A再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。影響影響TTT曲