《机械工程材料》课程教学资源（PPT课件）第5章 金属材料的改性处理

第五章金属材料的改性处理 改善金属材料的性能,主要可以通过如下几种途径: 提高钢的强度、硬度和韧性,并使其具有耐蚀、耐热等特 殊性能 处理即金属材料通过不同的加热、保温和冷却的方 使其内部的组织结构发生变化,以达到改善加工工艺性 和强化力学性能的目的 即通过增加过冷度和变质处理细化晶粒,使金 属材料的强度、硬度和塑、韧性都得到提高。 云形化即对金属材料进行冷塑性变形,改变其组织 构,使强度、硬度提髙,而塑性、韧性下降 本章主要介绍钢的热处理、钢的表面强化处理、铸铁的改 处理等有关内容

5.1金属材料的改性处理理论基础 5.1.1钢在加热时的组织转变 Fere3C相图中,PSK、GS、ES三条线是钢的固 态平衡临界温度线,分别以\1、\3、Acm表示 但在实际加热时,相变临界温度都会有所提高。 为区别于平衡临界温度,分别以\c1、Ac3、 ccm表示 实际冷却时,相变临界温度又都比平衡时的临 界温度有所降低,分别以\r1、A3、Arcm表示

图5-1为这些临界 温度线在FeFe3C 相图上的位置示 图。上述的实 Accm 际临界温度并不1入 是固定的,它们 A 到含碳量 ACL A 金元素含量、奥 氏体化温度、加 Ari 热和冷却速度等 因素的影响而变 C%o 化

1奥氏体的形成 以共析碳钢为例,常温组织为珠光体,当温度加 是由形核和核长大两个基本过程完成的。此时珠 光体很不稳定,铁素体和渗碳体的界面在成分和 结构上处于有利于转变的条 先在这里形成 奥氏体晶核,随即建立奥氏体与铁素体以及奥 使邻近的铁素体晶格改组为面心立方晶格的奥民 近的渗碳体不断溶入奧氏体,一直 进行到铁素体全部转变为奥氏体,这样各个奥氏 体的晶核均得到了长大,直到各 向不同的奥 氏体晶粒接触为止

■由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体 的差别很大,故铁素体向奥氏体的转变速度 要比渗碳体向奥氏体的溶解快得多。渗碳体 完全溶解后,奥氏体中碳浓度的分布是不均 匀的,原来是渗碳体的地方碳浓度较高,原 先是铁素体的地方碳浓度较低,必须继续保 温,通过碳的扩散获得均匀的奥氏体

上述奥氏体的形成过程可以看成由奥氏体形 核、晶核的长大、残留渗碳体的溶解和奥氏 体的均匀化四个阶段组成,图21-2示意说明 了转变的整个过程。 Fe C 未溶Fe3C 未溶Fe3C (a)A形核 (b)A长大 (c)残余Fe3C溶解 (d)A均匀化

■亚共析钢和过共析钢的完全奥氏体化过程 与共析钢基本相似。亚共析钢加热到Ac1以 上时,组织中的珠光体先转变为奥氏体, 而组织中的铁素体只有在加热到AC3以上时 才能仝部转变为奥氏体。同样,过共析钢 只有加热到Acm以上时才能得到均匀的单 相奥氏体组织

2.奥氏体晶粒大小及影响因素 钢的奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后 所得的组织和性能。奧氏体的晶粒越细 冷却后的组织也越细,其强度、塑性和韧 性愈好。因此在用材和热处理工艺上,如 何获得细的奥氏体晶粒,对工件最终的性 能和质量具有重要意义

(1)奥氏体晶粒度 晶粒度是表示晶粒大小的一种指标,奥氏 体晶粒度有三种不同的概念 ■起始晶粒度是指珠光体刚刚全部转变成奥 氏体时其晶粒的大小 实际晶粒度是指钢在某个具体热处理或热 加工条件下所获得的奥氏体晶粒的大小 本质晶粒度表示钢在规定条件下奥氏体晶 粒的长大倾向

根据奥氏体晶粒在加热时长大的倾向性不 同,将钢分为两类 类是晶粒长大倾向小的钢,称本质细晶粒钢 另一类是晶粒长大倾向大的,称本质粗晶粒钢 ■据冶金部标准规定,本质晶粒度是将钢加 热到930±10℃C、保温3~8小时冷却后,在 显微镜下放大100倍测定的奥氏体晶粒的大