钢的热处理辅导与习题

第六章 钢的热处理

一、概述

钢的热处理是本课程的重点之一，它是指将钢在固态下加热、保温与冷却，改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。其工艺特点是热处理后工件的形状和尺寸变化不大。　

热处理的目的是提高或改善钢铁材料的使用性能和工艺性能。即热处理可以提高了零件的承载能力，提高质量，延长了使用寿命，减轻零件重量，还可以提高或改善切削加工性能等工艺性能。因此在机械工业中绝大多数零件必须经过热处理。　

根据加热和冷却的方法的不同，热处理工艺分为普通热处理(退火、正火、淬火和回火)和表面热处理(如感应加热淬火等表面淬火和渗碳、氮化、碳氮共渗等化学热处理)

根据热处理工序在加工过程中的作用和位置不同，可分为预先热处理和最终热处理两大类。前者是为了消除前一道加工工序所造成的某些缺陷，或为随后的加工和最终热处理作好准备的热处理，常采用退火、正火和调质；后者是为了使零件满足使用性能要求的热处理，常采用淬火+回火、表面淬火+回火和渗碳、氮化、碳氮共渗等化学热处理。

从本课程的基本任务来看，本章内容的主线为：热处理工艺→组织结构→性能→应用。即热处理工艺将会引起材料组织结构的变化，因而引起性能和应用的变化。本章分三部分讲述这个主线：

1.热处理原理-------以过冷奥氏体的等温转变曲线为主要工具，以主线中的组织结构与性能的关系为中心，研究钢在加热过程和冷却过程中的组织转变及常见组织转变产物的形态和性能，为下面讲述具体的热处理工艺打下基础；

2.热处理工艺简介-------以主线中的热处理工艺为中心，介绍退火、正火、淬火、回火以及常用表面热处理的工艺(主要是加热温度和冷却方式)、所获组织和性能、以及目的和应用。 3.热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系-------以主线中的应用为中心，主要介绍热处理对零件结构工艺性的要求。热处理技术条件的标注和热处理工艺位置的安排。由于学时数限制，要求主要掌握热处理工艺位置的安排。

二、内容提要、解释和例

(一) 热处理原理 1. 钢的加热过程 1.1奥氏体化

在钢热处理时，大多数情况下都是把钢加热PSK线(A1线)以上，使它的相结构向奥氏体转化，这种转变过程称为奥氏体化。

由Fe-Fe3C相图可知，奥氏体化有两种情形：

(1) 完全奥氏体化 把钢加热到单相奥氏体区，则保温后，转变为单相奥氏体；

(2) 不完全奥氏体化 把钢加热到包含奥氏体的两相区温度范围内， 即把亚共析钢加热到A1线和A3线之间的温度范围，或者把过共析钢加热到A1线和 Acm线之间温度范围，则经过保温后，亚共析钢的组成相为奥氏体十铁素体，而过共析钢则为奥氏体十渗碳体。　

钢的奥氏体化的主要目的是为了获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒，为热处理的冷却阶段做好组织准备。要达到这个目的，要有适当的加热温度和一定的保温时间 。显然加热温度越高，原子的扩散能力越强，奥氏体化所需的保温时间越短。 1.2.实际临界点

在Fe-Fe3C相图中，A1线(PSK线)、A3线(GS线)、Acm线(SE线)表示钢的平衡相变的温度， 并称为平衡临界点。

相变有迟滞现象，如图所示，实际临界点为： ①加热时A1→Ac1 ，A3→ Ac3 ，Acm→ Accm ， ②冷却时A1→Ar1 ，A3→ Ar3 ，Acm→ Arcm 。

图6-2 加热和冷却时碳钢相变临界点的位置

各种碳钢的临界温度如表所示。

3.奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组织和性能的影响

(1)若加热和保温后钢的奥氏体晶粒越细小，则冷却转变后钢的晶粒也越细小，机械性能也越高，特别是冲击韧性也越高；

(2)但若奥氏体晶粒越粗大，则冷却转变后钢组织的晶粒也越粗大，力学性能也越低，特别是冲击韧性下降较多，即发生所谓“过热”现象。这是热处理加热过程中的一种缺陷。 4. 本质晶粒度

不同成分的钢，在加热时，奥氏体晶粒长大的倾向是不同的。这通常可分为两种情况：

(1) 本质粗晶粒钢 这种钢的奥氏体晶粒随温度的升高会迅速长大

(2)本质细晶粒钢 这种钢的的奥氏体晶粒随温度的升高开始不容易长大，只有加热到较高温度(930～950℃)以上时才急剧长大

由于一般热处理的加热温度在930℃以下，因此对于本质细晶粒钢，一般可避免加热过程中产生的“过热”现象，故热处理后钢的性能较好。但对于本质粗晶粒钢必须严格控制加热温度和保温时间 ，以免发生“过热”现象。 5. 影响奥氏体晶粒长大的因素

影响奥氏体晶粒长大的因素有钢的化学成分、加热温度和保温时间以及加热速度。这里主要了解加热温度和保温时间的影响：

即加热温度越高，保温时间越大，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒越容易粗化。而延长保温时间对晶粒长大的影响要比提高温度小得多。为了获得细小的奥氏体晶粒，加热温度不易过高，一般在相变临界点以上30～50℃，保温时间也尽量采用奥氏体成分均匀化所需的最少时间。

　 例：将45钢、60钢和T8三种试样同时加热到860 ℃，进行奥氏体化，保温足够的时间后，空冷下来，问哪个试样的晶粒粗？

答：T8试样的晶粒粗，因为根据Fe-Fe3C相图，三种试样中T8试样的相变临界点温度最低，三种试样同时加热到860 ℃时，T8试样的过热度最大。

(二)钢的冷却过程

1. 钢的冷却过程的特点和方式

1.1.冷却是热处理工艺中最重要环节

采用不同的冷却速度或冷却方式，就可获得不同的组织和性能。常有两种冷却方式有等温冷却和连续冷却。

1.2.钢在冷却时的组织转变的实质

从冷却时钢的组织转变来看，奥氏体化的钢冷却到A1温度以下时，其奥氏体是不稳定的相，它必然向稳定的相结构转变，这种奥氏体称为过冷奥氏体。奥氏体中的溶剂是稳定的面心立方晶格的γ-Fe，而在各种冷却条件下，过冷奥氏体都将主要生成碳溶入体心立方晶格α-Fe的固溶体，称之为α相。此外还可能生成少量碳化物(也可能没有碳化物)。

从冷却时钢的组织转变来看，随着过冷度或冷却速度的增加，不仅α相含碳的过饱度会随之增加，而且α相和碳化物的形成方式也随之变化，由此形成了钢的各种不同形态的组织。在过冷度或冷却速度较小时，有共析反应等平衡相变方式，形成珠光体等平衡组织；当过冷度或冷却速度增大时，将有后面要讲述的贝氏体转变和马氏体转变这些不平衡相变方式，形成贝氏体和马氏体这些不平衡组织。

而所有这些钢的各种不同形态的组织(珠光体型、贝氏体型和贝氏体型)都是以α相(体心立方晶格)为基体相的。

2.过冷奥氏体的等温转变曲线

要研究和描绘过冷奥氏体转变过程的各种不同的组织与冷却条件的关系，通常在时间(t) (对数)-温度(T)坐标系中，对某一成分的钢种，用实验方法测绘及研究转变过程的各种组织与冷却条件的关系曲线。在等温的冷却条件下，这种关系曲线称为过冷奥氏体的等温转变曲线或称TTT曲线或称C曲线；而在连续冷却条件下，则称为过冷奥氏体的连续转变曲线或称为CCT曲线。本教材以TTT曲线为主，分析钢中的各种组织转变规律。

2.1.如下图所示，通过建立C曲线(以共析钢例)，可以深入认识和掌握C曲线。

C1 C2

图6-4 共析钢TTT曲线的建立

2.2共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的分析

图6-5 共析钢的C曲线

除了弄清A1、C1、C2、Ms、Mf等线的含意外，还需分析下面内容。 （1）区域分析：在图6-5中，

①A1线(即PSK线，为72 …… 此处隐藏：17762字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……