沙洲工学院：《工程材料及材料成型基础》第四章 材料的强化与处理

第4章材料的强化与处理 2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-1

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-1 第 4 章 材料的强化与处理

钢的热处理 固态下,通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。 特点:在固态下,只改变工件的组织,不改变形状和尺寸 目的:改善材料的使用、工苎性能 基本过程:加热→保温→冷却 分类: 1普通热处理 保温 退火、正火 淬火、回火 加热 冷却 2表面热处理 表面淬火 化学热处理 时间 2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-2

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-2 钢的热处理 —— 固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。 特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸 目的：改善材料的使用、工艺性能 基本过程：加热→ 保温 → 冷却 分类： 1 普通热处理 退火、正火 淬火、回火 2 表面热处理 表面淬火 化学热处理

加热和冷却时的相变点 C E Ac cm A A Ac3 43 cm F+A Ar3 A+ Fe,C Acl A1 F+P P+Fe,O C 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-3 加热和冷却时的相变点 Ac1 A1 Ar1 Ac3 A3 Ar3 Accm Acm Arcm P S G Q E F F+P P P+Fe3CⅡ A F+A A+ Fe3CⅡ ℃ C%

钢在加热时的转变 加热工序的目的:得到奥氏体 奥氏体形成过程 1形核 在F/Fe3C相界面上形核 2晶核长大 F→A晶格重构 Fe3C溶解,C→A中扩散 3残余Fe3C溶解 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-4 钢在加热时的转变 加热工序的目的：得到奥氏体 奥氏体形成过程： 1 形核 在 F / Fe3C相界面上形核 2 晶核长大 F→ A晶格重构 Fe3C溶解，C→A中扩散 3 残余Fe3C溶解

影响奥氏体晶粒大小的因素 4奥氏体均匀化 对亚共析钢:P+F一AA3-A+F-A以上A 对过共析钢:P+Fe2CmA四A+ fea c accm上A 保温工序的目的: 得到成分均匀的奥氏体,消除内应力,促进扩散 影响奥氏体晶粒大小的因素: 1加热温度↑,保温时间↑→A晶粒长大快 2加热速度↑→A晶粒细 3含碳量↑→A晶粒细 4原始组织细→A晶粒细 2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-5

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-5 Ac1~Accm Accm以上 Ac3以上 影响奥氏体晶粒大小的因素 4 奥氏体均匀化 对亚共析钢： P + F 对过共析钢：P+Fe3CⅡ Ac1~Ac3 A+F A A+Fe3CⅡ A 保温工序的目的： 得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散 影响奥氏体晶粒大小的因素： 1 加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快 2 加热速度↑→ A晶粒细 3 含碳量↑→ A晶粒细 4 原始组织细→ A晶粒细

钢在冷却肘的转变 Al 过冷奥氏体:在A1以下,未发生 等温冷却 转变的不稳定奥氏体。 连续冷却 按等温冷却方式测定,得到 CCT 过冷奥氏体等温转变曲线: C曲线(TTT曲线) C曲线 按连续冷却方式测定,得到 Ms 过冷奥氏体连续冷却转变曲 线:CCT曲线 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-6 钢在冷却时的转变 ℃ A1 t 等温冷却 连续冷却 过冷奥氏体：在A1以下，未发生 转变的不稳定奥氏体。 按等温冷却方式测定，得到 过冷奥氏体等温转变曲线： C曲线（TTT曲线） 按连续冷却方式测定，得到 过冷奥氏体连续冷却转变曲 线：CCT曲线 ℃ t A1 CCT C曲线 Ms

共析钢C曲线分析 1孕育期——表示过冷A的稳定程度 2四个区域 奥氏体稳定区 800 过冷奥氏体区 A 700 转变产物区 60/ B38 4 转变区 500 40 B 400 3C曲线形状 A→B 300 50出 4三种转变类型 200 55 高温转变区:P型转变101+4 中温转变区:B型转变 100 低温转变区:M型转变 101021031010 时间r/s 2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-7

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-7 共析钢C曲线分析 1 孕育期 —— 表示过冷A 的稳定程度 2 四个区域： 奥氏体稳定区 过冷奥氏体区 转变产物区 转变区 3 C曲线形状 4 三种转变类型 高温转变区：P型转变 中温转变区：B型转变 低温转变区：M型转变

珠光体转变 1珠光体组成:F和Fe3C的机械混合物 2形成特点:在固态下形核、长大 是扩散型相变 3形态: 片状 A1~650℃:珠光体P 650-600℃:索氏体S (P) 600~550℃C:托氏体T (极细P又称屈氏体) 球状—Fe3C呈球状 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-8 珠光体转变 1 珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物 2 形成特点： 在固态下形核、长大 是扩散型相变 3 形态： 片状 A1 ~650℃ ：珠光体 P 650~600℃ ：索氏体S （细P） 600~550℃ ：托氏体 T （极细P又称屈氏体） 球状 —— Fe3C 呈球状

珠光体性能 珠光体片越细→HB↑,σ C%相同时,球状P比片状P→HB!,σn,δ↑ (a)珠光体×1000 (b)屈氏体×1000 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-9 珠光体性能 • 珠光体片越细→HB↑，σb ↑ • C%相同时，球状P 比片状 P →HB↓，σb ↓，δ↑

贝氏体转变 1贝氏体组成:过饱和F和碳化物的机械混合物 2形成特点:在固态下形核、长大 是半扩散型相变 3转变温度与形态: 550~350℃:上贝氏体B上 350℃~Ms:下贝氏体B下 4性能: 转变℃↓→F片细,过饱和度↑ Fe3C细小,弥散度↑ HB↑,Cb↑ B的强韧性好 耐磨性↑,塑、韧性好 B上无用 2021/2/22 工程材料与材料成型基础

2021/2/22 工程材料与材料成型基础 13-10 贝氏体转变 1 贝氏体组成：过饱和F 和 碳化物的机械混合物 2 形成特点： 在固态下形核、长大 是半扩散型相变 3 转变温度与形态： 550 ~350℃ ：上贝氏体 B上 350℃~ Ms ：下贝氏体B下 4 性能： 转变℃↓→ F片细，过饱和度↑ Fe3C细小，弥散度↑ → HB↑，σb ↑ 耐磨性↑ ，塑、韧性好 B下的强韧性好 B上无用