4.1钢的热处理基础(课件）--2022-2023学年高二劳动版《金属材料及热处理（第三版）》

模块四 钢的热处理 模块四 钢的热处理 任务四　钢的表面热处理和化学热处理 任务三　钢的淬火与回火 任务二　钢的退火与正火 任务一　钢的热处理基础 01 钢的热处理基础 在热处理工艺中，钢的加热就是为了使钢的组织转变为奥氏体组织。钢加热时奥氏体形成的过程称为奥氏体化。 由Fe—Fe3C 相图可知，只有把钢加热到临界点以上，才能获得奥氏体组织。如图4-3 所示，A1、A3、Acm 是钢在极缓慢加热和冷却时的理论临界点，但在实际加热和冷却条件下，钢的组织转变有滞后现象。因此，把加热时的各临界点分别用Ac1、Ac3、Accm 来表示，冷却时的各临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm 来表示。 任务一　钢的热处理基础 一、钢在加热时的组织转变 由图4-3 可知：将共析钢加热到Ac1 以上时，珠光体将向奥氏体转变，这一转变也是一个晶核形成与长大的过程，即首先形成奥氏体晶核，再逐渐长大，直至形成全部奥氏体。奥氏体的形成过程如图4-4 所示。 任务一　钢的热处理基础 钢经加热获得奥氏体组织后，在不同条件下冷却，可以获得不同的组织和力学性能。钢加热到一定的温度后，在水中冷却比在空气中冷却硬度大得多。为了分析产生差别的原因，需要了解奥氏体在冷却过程中的组织变化规律。 任务一　钢的热处理基础 二、钢在冷却时的组织转变 热处理工艺中，常采用等温冷却和连续冷却两种方式，其工艺曲线如图4-5 所示。 以共析钢为例，分析冷却方式对钢的组织和性能的影响。 1．共析钢过冷奥氏体等温转变 由于过冷现象，奥氏体冷却至共析温度A1 以下时，并不是立即发生转变，而是首先保持奥氏体状态。这种在共析温度以下存在的奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体是不稳定的，保持一定时间后必定要发生转变。过冷奥氏体在A1 以下的等温转变可用等温转变图来表示。 任务一　钢的热处理基础 （1）等温转变图 过冷奥氏体在等温转变条件下，转变温度、转变时间与转变产物之间的关系曲线称为等温转变图（见图4-6），由于其形状类似字母“C”，也称为C 曲线。 任务一　钢的热处理基础 （2）共析钢的过冷奥氏体等温转变产物 在A1 以下Ms 点以上，共析钢可以发生两种类型的转变。 1）珠光体型转变（又称高温转变）。在A1～550 ℃温度范围内，过冷奥氏体转变为铁素体和渗碳体的片层混合物——珠光体型组织。在珠光体转变区内，转变温度越低，则形成的珠光体片层越薄，根据形成的珠光体片层的间距由大到小，这类组织又可分为珠光体（P）、索氏体（S）和屈氏体（T），它们并无本质区别，也没有严格界限，只是片层粗细不同。 任务一　钢的热处理基础 珠光体型组织的力学性能主要取决于片层间距的大小，片层间距越小，则强度和硬度越高，塑性和韧性也有所改善，其组织和性能特点见表4-1。 任务一　钢的热处理基础 2）贝氏体型转变（又称中温转变）。在550 ℃～Ms 温度范围内，过冷奥氏体转变为贝氏体。因转变温度较低，原子的活动能力较弱，转变后的组织是含碳量具有一定过饱和度的铁素体与渗碳体（或碳化物）的混合物，用符号B 表示。按其显微组织形态不同，又可分为上贝氏体（B 上）和下贝氏体（B 下）两种。 任务一　钢的热处理基础 上贝氏体的力学性能较差，而下贝氏体具有良好的综合力学性能，因此热处理中希望获得下贝氏体，而避免出现上贝氏体。贝氏体型转变产物的组织及性能特点见表4-2。 任务一　钢的热处理基础 2．马氏体转变 当钢从奥氏体区急冷到Ms 以下时，奥氏体转变为马氏体。马氏体转变是在一定温度内（Mf～Ms）连续冷却过程中进行的，其转变规律与珠光体、贝氏体型转变有所不同。由于马氏体转变温度低，原子扩散能力小，转变时只有铁的晶格改组，不发生碳原子扩散，奥氏体中的碳原子原封不动地保留在α—Fe 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。由于α—Fe 中的含碳量大大超出其溶解度，使α—Fe 晶格产生严重畸变，变形抗力明显提高。因此，马氏体转变是钢热处理强化的主要手段。 马氏体转变速度极快，转变时体积发生膨胀，易产生较大的内应力。马氏体转变不能完全进行到底，即使过冷到Mf 以下的温度，仍有一定量奥氏体的存在，这部分奥氏体称为残余奥氏体。 任务一　钢的热处理基础 马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的含碳量。马氏体型转变产物的组织及性能特点见表4-3。 任务一　钢的热处理基础 3．连续冷却转变 实际热处理常常是在连续冷却条件下进行的，过冷奥氏体的转变也是在连续冷却过程中进行的。由于连续冷却图测定十分困难，在实际生产中，往往用等温转变图近似地分析连续冷却转变的过程。 任务一　钢的热处理基础 图4-7 所示是用共析钢等温转变C曲线分析连续冷却转变产物的示意图。图中v1（炉冷）、v2（空冷）、v3（油冷）、v4（水冷）代表热处理常