第四章热处理介绍

§4-2钢在加热及冷却时的组织转变一.组织教学：二.复习提问：•1.简述热处理的概念。并说出热处理能使钢的性能发生变化的原因。•2.描述热处理的三个阶段。1.简述热处理的概念。并说出热处理能使钢的性能发生变化的原因。•答案：热处理就是对固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。•热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁具有同素异构转变的特性。•热处理工艺曲线示意图.swf三、本节课目的与要求•1.记忆钢在加热以及冷却时的实际相变温度，对应铁碳合金相图能找出具体位置。•2.理解奥氏体的形成过程及晶粒的长大。•3.掌握共析钢的等温转变曲线图以及各组织转变区的组织及性能特点。•4.掌握奥氏体的连续冷却转变。•5.掌握重要概念马氏体和临界冷却速度。•6.理解贝氏体的概念，理解马氏体的转变特点。四、重点与难点•重点：共析钢的等温转变曲线图以及各组织转变区的组织及性能特点。马氏体和临界冷却速度的概念。•难点：共析钢的奥氏体化，马氏体的转变特点，以及奥氏体的连续冷却转变。内容讲解•一、钢在加热时的组织转变•1.钢在加热和冷却时的相变温度•钢在实际加热时的各临界点分别用Ac1,Ac3和Accm；•钢在实际冷却时的各临界点分别用Ar1,Ar3和Arcm.•见下图：热处理相变点的位置.swf2.奥氏体的形成•钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和奥氏体晶粒长大两个过程。见图解：3.奥氏体晶粒的长大•讲解：当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，奥氏体的晶粒还是很细小的，此时将奥氏体冷却后得到的组织晶粒也很细小。如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，都会使奥氏体晶粒逐渐长大。奥氏体的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行的。•见下图示：说明：钢在热处理加热后必须有保温阶段，不仅是为了使工件热透，也是为了使组织转变完全，以及保证奥氏体成分均匀。钢在加热时为了得到细小而均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时间，以免发生晶粒粗大的现象。二、钢在冷却时的组织转变•1.奥氏体的等温转变•稳定的奥氏体：A1线以上存在的奥氏体。•过冷奥氏体：冷去到A1线以下而尚未转变时的奥氏体。•关于冷却方式：如右下图•等温转变曲线图：•表示过冷奥氏体的等温转变温度、•转变时间与转变产物之间的关系曲线。•转变图如下：t加热保温临界点连续冷却等温处理T二等温转变图（1）珠光体型转变——高温等温转变（A1-550℃）•珠光体（P）【A1~650℃】•说明：粗片层状铁素体和渗碳体的混合物。•性能：强度较高，硬度适中（170~220HBW）,有一定的塑性，具有良好的综合力学性能。•索氏体（S）【650~600℃】•说明：索氏体为细片状的珠光体，片层较薄。•性能：硬度为230~320HBW，综合力学性能优于珠光体。•屈氏体（T）【600~550℃】•说明：屈氏体为极细片状珠光体，片层极薄。•性能：硬度330~400HBW,•综合力学性能优于索氏体。•补充说明：在珠光体型转变区内，转变温度越低（过冷度越大），则形成的珠光体片层越细。珠光体的力学性能主要取决于片层间距的大小（相邻两片渗碳体的平均间距），片层间距越小，则珠光体的塑性变形抗力越大，强度和硬度越高。（2）贝氏体型转变---中等温度转变（550℃-230℃）•贝氏体：含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体（或碳化物）所组成的混合物。有上贝氏体和下贝氏体之分。分别用符号B上，B下表示。•具体说明如下：(2)贝氏体转变的组织及性能特点•上贝氏体（B上）•【550~350℃】•说明：上贝氏体中渗碳体呈较粗的片状。分布于平行排列的铁素体片层之间，在显微镜下呈羽毛状。•硬度为40~45HBW,强度低，塑性很差，基本上没有使用价值。贝氏体转变的组织及性能特点•下贝氏体（B下）•【350℃~Ms】•说明：下贝氏体中的碳化物呈细小颗粒状或短杆状，均匀分布在铁素体内，在显微镜下呈黑色针叶状组织。•性能：下贝氏体的硬度可达45~55HRC具有较高的强度以及良好的塑性和韧性。生产中常用等温淬火的方法来获得B下。补充说明：•上贝氏体脆性大，性能差；下贝氏体具有较高的硬度和强度，同时塑性韧性也较好，并有较高的耐磨性和组织稳定性，是各种复杂模具、量具、刀具热处理后的一种很理想组织。（3）马氏体型转变—低温连续转变（Ms-Mf）•解释：钢从奥氏体区急冷到Ms线以下时，奥氏体便开始转变为马氏体。这是一种非扩散的转变过程。由于转变温度低，原子扩散能力小，在马氏体转变过程中，只有γ-Fe向•α-Fe的晶格改变，而不发生碳原子的扩散。因此，溶解在奥氏体中的碳，转变后原封不动的保留在铁的晶格中，形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体，用符号M表示。马氏体转变有以下一些特点：1）转变是在一定温度范围内（Ms~Mf）的连续冷却过程中进行的，马氏体的数量随转变温度的下降而不断增加，冷却一旦停止，奥氏体向马氏体的转变也就停止。2）马氏体转变速度极快，产生很大的内应力；转变时体积发生膨胀。3）马氏体的转变不能进行到底，此时未能转变的奥氏体称为残余奥氏体，用A残表示。因此，即使过冷到Mf以下的温度，仍有少量残余奥氏体存在。4）马氏体中由于溶入过多的碳而使α-Fe晶格发生畸变，形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体，组织不稳定。5）奥氏体转变成马氏体所需的最小冷却速度称为临界冷却速度。用V临表示。为使奥氏体过冷至Ms前不发生非马氏体转变，得到马氏体组织，必须使其冷却速度大于V临。补充说明：•马氏体的组织形态有针状和板条状两种。针状马氏体的含碳量高，硬度高而脆性大。板条马氏体的含碳量低，具有良好的强度和较好的韧性。马氏体的硬度主要取决于马氏体中的含碳量。马氏体的含碳量越高，其硬度也越高。见下图示：•注意：下贝氏体和针状马氏体的形态相似，都是黑色针状，下贝氏体组织腐蚀后在显微镜下颜色更重一些（更黑一些）高倍镜下可见碳化物颗粒。板条马氏体针状马氏体2.奥氏体的连续冷却转变•一般用连续冷却曲线和等温转变图叠加近似的分析连续冷却转变的产物和性能。如图示：共析钢的连续冷却转变热处理－共析钢转变示意图.swf总结：人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。