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文章来源:未知         发布时间:2020-04-03 01:53

  热处理工程师_建筑/土木_工程科技_专业资料。热处理工艺学 2.1 钢的热处理原理 一. 加热时转变(P94-) (一)奥氏体(A)形成的基本过程. 奥氏体(austenite)--- 铁中溶入碳和(或)其他元素构成的固溶体。 它是以英国冶金学家

  热处理工艺学 2.1 钢的热处理原理 一. 加热时转变(P94-) (一)奥氏体(A)形成的基本过程. 奥氏体(austenite)--- 铁中溶入碳和(或)其他元素构成的固溶体。 它是以英国冶金学家R.Austen的名字命名的。通常呈等轴状多边形晶 粒、内有孪晶] 奥氏体形成的四个过程:P.94 1奥氏体晶核形成 2.奥氏体晶核长大(向铁素体和渗碳体两个方向长大) 3.未溶(残余)渗碳体的溶解 4奥氏体成分的均匀化(相对均匀化) (钢以非平衡组织加热奥氏体化,将发生异常长大和组织遗传现 象)(在以非平衡组织作为原始组织加热时,常可在奥氏体形成初期获 得*针状和颗粒状奥氏体.见陆兴:热处理工程基础P31或徐光:金属材 料CCT曲线)。 (二)影响奥氏体等温形成速度的因素:P94 1.加热温度和保温时间 2.碳量 3.原始组织 4.合金元素 (三)奥氏体晶粒大小及其影响因素 1. 奥氏体晶粒度 晶粒度 (grain size)---意指多晶体内晶粒的大小。可用晶粒 号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内的晶粒数目定量表征。 晶粒号 (grain size number)---由美国材料试验协会(ASTM) 制定,并被世界各国采用的一种表达晶粒大小的编号。晶粒号(N) 与放大100倍的视野上每平方英寸面积内的晶粒数(n)之间的关系为 n=2N-1。实际检验时一般采用放大100倍的组织与标准晶粒号图片对比 的方法判定。 起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度 P95 2.影响奥氏体晶粒大小的因素:P95 加热温度和保温时间、加热速度、钢的成分(碳量、合金元素)、 第二相、原始组织 (*元素Mn、P加速;元素Ti、Nb、V、Al、W、Mo、Cr、Si、Ni 阻止奥氏体晶粒长大) 生产中如何控制奥氏体晶粒度的大小?(500问11) 二.冷却时转变 (P96-) (一)共析钢过冷奥氏体等温转变曲线 (isothermal transformation diagram TTT curve)----过冷奥氏体在不同温度等温保持时,温度、 时间与转变产物所占百分数(转变开始及转变终止)的关系曲线 碳量、合金元素、 奥氏体化温度和保温时间、原始组织、应力和 塑性变形 3.临界冷却速度(马氏体临界冷却速度 critical cooling rate 工件淬 火时可抑制非马氏体转变的冷却速度低限)。 4.应用(正确选择冷却规范、予测冷却组织及临界冷却速度) (2) 过冷奥氏体连续冷却转变曲线 (continuous cooling transformation diagram CCT curve)----工件奥氏体化后连续冷却时, 过冷奥氏体开始转变及转变终止的时间、温度及转变产物与冷却速度 之间的关系曲线 .比较两者(TTT、CCT曲线) (三)冷却转变组织 1.珠光体(片状、粒状、特殊形态)形成条件、组织特点与力学 性能差别 片状珠光体 珠光体 (pearlite, lamellar pearlite)---铁素体薄层(片)与碳 化物(包括渗碳体)薄层(片)交替重叠重叠组成的共析组织。珠光 体的片间距离主要决定于珠光体的形成温度(过冷度)P97 珠光体领域(珠光体团) (pearlite colony)---铁素体、碳化物 薄片位向大致相同的一个珠光体团所占的空间。一个奥氏体晶粒内可 以形成几个珠光体团。珠光体领域(珠光体团)不仅与珠光体的形成 温度(过冷度)有关,而且还与奥氏体晶粒大小有关。 索氏体 (sorbite, fine pearlite)---在光学金相显微镜下放大600倍以 上才能分辨片层的细珠光体。它是以英国冶金学家H.C.Sorby的名字命 名的。 托氏体 (troostite, nodular fine pearlite)---在光学金相显微镜 下已无法分辨片层的极细珠光体。它是以法国金相学家L.Troost的名 字命名的。 粒状珠光体 (globular pearlite)---碳化物呈颗粒状弥散分布于铁 素体基体中的珠光体。分粗粒状、粒状、细粒状、点状珠光体。P98 特殊形态珠光体(碳化物呈针状或纤维状的珠光体)(见徐光 P20) 2.贝氏体(上贝氏体、下贝氏体、粒状贝氏体)形成条件、组织 特点与力学性能差别.P99 贝氏体 (bainite)---钢铁奥氏体化后,过冷到珠光体转变温度区 与Ms之间的中温区等温,或连续冷却通过这个中温区时形成的组织。 这种组织由过饱和固溶体和碳化物组成。它是以美国冶金学家 E.C.Bain的名字命名的。 上贝氏体 (upper bainite)---在较高的温度范围内形成的贝氏 体。其典型形态是以大致平行、碳轻微过饱和的铁素体板条为主体, 短棒状或短片状碳化物分布于板条之间。在含硅、铝的合金钢中碳化 物全部或部分被残留奥氏体所取代。 下贝氏体(lower bainite)----在较低温度范围内形成的贝氏体。 其主体是双凸透镜片状碳过饱和铁素体,片中分布着与片的纵向轴呈 55~65℃角平行排列的碳化物。 [*粒状贝氏体、无碳化物贝氏体(无碳贝氏体、铁素体贝氏 体)、其他贝氏体----反常贝氏体及柱状贝氏体(见徐光P30及陆兴 P100)] 3.马氏体(板条状马氏体、片状马氏体)形成条件、组织特点 与力学性能差别 P100 马氏体 (martensite)---钢铁或非铁金属中通过无扩散共格切 变型转变(马氏体转变)形成的产物统称马氏体。钢铁中马氏体转变 的母相是奥氏体,由此形成的马氏体化学成分与奥氏体相同,晶体结 构为体心正方,可被看作是过饱和固溶体。主要形态是板条状和片 状。它是以德国冶金学家A.Martens的名字命名的。 (片状马氏体在显微镜下呈针状,各针之间互成60度或120度 的角度,但在正常温度淬火得到的针状马氏体,由于组织较细,在普 通光学显微镜下显示得不够清楚,称为隐针马氏体。) (板条状马氏体的显微组织为一束束平行而细长的板条状组织, 由低碳钢形成的马氏体多为板条状马氏体。) [*蝶状马氏体、薄片状马氏体、ε-马氏体(见陆兴P77)] 钢在冷却时发生哪些类型的组织转变?(500问14) 贝氏体与珠光体转变有哪些异同点?(300问62) 马氏体与贝氏体转变有哪些异同点?(300问63) 马氏体的特点是什么?(问答1.13) 4.先析相(pro-eutectoid phase)---固溶体发生共析转变前析出 的固相。例如先析铁素体,先析碳化物等。P98 先析铁素体形态有块状、网状、片状。 先析碳化物形态有粒状、网状、针状。 铁素体----多边形铁素体、针状铁素体、高温铁素体(见徐光 P17) 碳化物-----θ(Fe3C) χ(Fe2.2C或Fe5C) ε(Fe2.4C或FexC)(见徐光 P15) MC M2C M6C M7C3 M23C6 --------片状、粒状、针状、纤维状 (一次、二次、三次、液析、共晶、共析碳化物的区分) 伪共析组织 P98 魏氏组织(widmanstatten structure)---组织组分之一呈片状 或针状沿母相特定晶面析出的显微组织。比较:魏氏组织铁素体、魏 氏组织渗碳体、一次魏氏组织铁素体、二次魏氏组织铁素体(见徐光 P25)。P99 5.相间析出 P99 6.残留奥氏体 、奥氏体稳定化. 残留奥氏体(残存奥氏体 retained austenite)---工件淬火冷 却至室温后残存的奥氏体。奥氏体稳定化----热稳定化、机械稳定化 P102 三.回火转变 P104 (一)组织转变几阶段 马氏体中碳偏聚、马氏体分解、残留奥氏体转变、碳化物转变、 Fe3C聚集长大和α相的再结晶 (二)回火组织(回火马氏体、回火索氏体、回火托氏体)及性能变 化 (三)回火脆性及防止(消除) 不可逆回火脆性;类回火脆性( 350℃ embrittlement)----工件 淬火后在约350℃回火时产生的回火脆性。 可逆回火脆性;第二类回火脆性( revesible temper brittleness )--含有铬、锰、铬-镍等元素的合金钢工件淬火后,在脆化温度区 (~550℃)回火,或在更高温度回火后缓慢冷却所产生的脆性。 这种脆性可通过高于脆化温度的再次回火并快速冷却予以消除。消除 后,若再次在脆化温度区回火或在更高的温度回火后缓慢冷却,则重 新脆化。 2.2.钢的整体热处理 (P107-) 一. 退火(annealing)---工件加热到适当温度,保持一定时间,然后 缓慢冷却的热处理工艺。P107 1.完全退火( full annealing)---将工件完全奥氏体化后缓慢冷却, 获得接衡组织的退火。 2.不完全退火( partial annealing, incomplete annealing)----将工 件部分奥氏体化后缓慢冷却的退火。 3.等温退火 (isothermal annealing)---工件加热到高于Ac3(或Ac1) 的温度,保持适当时间后,较快地冷却到珠光体转变温度区间的适当 温度并等温保持,使奥氏体转变为珠光体类组织后在空气中冷却的退 火。 4.球化退火 (spheroidizing annealing, spheroidizing)----为使 工件中的碳化物球状化而进行的退火。 5.预防白点退火 (hydrogen relief annealing)----为防止工件在 热形变加工后的冷却过程中因氢呈气态析出而形成发裂(白点),在 形变加工完结后直接进行的退火。其目的是使氢扩散到工件之外。 (脱氢处理 baking, dehydrogenation 在工件组织不发生变化的条 件下,通过低温加热、保温,使工件内的氢向外扩散进入大气中的退 火)。 6.再结晶退火( recrystallization annealing)----经冷塑性变形加 工的工件加热到再结晶温度以上,保持适当时间,通过再结晶使冷变 形过程中产生的晶体学缺陷基本消失,重新形成均匀的等轴晶粒,以 消除形变强化效应和残余应力的退火。 中间退火(process annealing, intermediate annealing, interstage annealing)----为消除工件形变强化效应,改善塑性,便于实施后继工 序而进行的工序间退火)。 7.均匀化退火 (homogenizing, diffusion annealing)---以减少 工件化学 成分和组织的不均匀程度为主要目的,将其加热到高温并长时间保 温,然后缓慢冷却的退火。 8.稳定化退火(stabilizing annealing)---为使工件中微细的显微 组成物沉淀或球化的退火。例如某些奥氏体不锈钢在850℃附近进行稳 定化退火,沉淀出TiC、NbC、TaC,防止耐晶间腐蚀性能降低)。 9.去应力退火 (stress relieving, stress relief annealing)---为去 除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的 残余应力而进行的退火。 二. 正火 (normalizing)----工件加热奥氏体化后在空气中冷却的 热处理工艺。P115 1.二段正火(two-step normalizing)---工件加热奥氏体化后,在 静止的空气中冷却到Ar1附近即转入炉中缓慢冷却的正火。 2.等温正火(isothermal normalizing)---工件加热奥氏体化后, 采用强制吹风快冷到珠光体转变区的某一温度,并保温以获得珠光体 型组织,然后在空气中冷却的正火。 正火与退火的比较及选用原则500问29、31)。(选择原则可从切 削加工性、使用性能、经济等方面考虑) 三. 淬火 quench hardening, transformation hardening 工件加热奥 氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工 艺。常见的有水冷淬火、油冷淬火、空冷淬火等。P116 1.加热工艺 温度----非传统概念 高温淬火、亚温淬火 时间----有效厚度、加热系数 加热介质:工艺学P59 气氛----中性气氛 neutral atmosphere 再给定温度下不与被加热 工件发生化学反应的气氛。 氧化气氛 oxidizing atmosphere 在给定温度下与被加热 工件发生氧化反应的气氛。 还原气氛 reducing atmosphere 在给定条件下可使金属氧 化物还原的气氛。 线.冷却工艺(冷却制度 cooling schedule) 对工件热处理冷却条 件(冷却介质、冷却速度)所作的规定。工艺学P71 冷却介质-----水、盐水、碱水、油、有机聚合物水溶液等 冷却方法 1)单液淬火 直接淬火 (direct quenching)-----工件加热后直接淬火冷却 的工艺。 延迟淬火;预冷淬火 (delay quenching)----工件加热奥氏体 化后浸入淬火 冷却介质前先在空气中停留适当时间(延迟时间)的淬火。 热浴淬火 (hot bath hardening)----工件在熔盐、熔碱、熔融 金属或高温油等热浴中进行的淬火冷却。如盐浴淬火、铅浴淬火、碱 浴淬火等。 2)双介质淬火;双液淬火 (interrupted quenching, timed quenching)-- 工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质, 在组织即将发生马氏体转变时马上转入冷却能力弱的介质中冷 却。 3)贝氏体等温淬火;等温淬火 (austempering)---工件加热奥 氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持时奥氏体转变为贝 氏体的淬火。 4)马氏体分级淬火;分级淬火 (martempering)---工件加热奥 氏体化后浸入温度稍高或稍低于Ms点的碱浴或盐浴中保持适当时间, 在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火。 5)复合淬火、 形变与淬火相结合------形变淬火 (ausforming)—工件热加工成 形后由高温淬冷的淬火。常用的是锻造余热淬火。 6)加压淬火;模压淬火 (press hardening, die hardening)---工件 加热奥氏体化后在特定夹具夹持下进行淬火冷却,其目的在于减少淬 火冷却畸变。 3.淬透性、淬硬性 淬硬性 (hardening capacity)--以钢在理想条件下淬火所能达到 的硬度来表征的材料特征。 淬透性 (hardenability)----以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬 度分布表征的材料特性。工艺学P81 淬透性在生产实践中有何重要意义?(问答3.5)淬硬性与哪些因 素有关?(问答3.6) 4.畸变、校直 P122 5.后处理 防锈、清洗、喷丸、喷砂 P124 四.回火tempering 工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度,保温一 定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。P125 1.回火加热 温度----低、中、高温. 低温回火 (low temperature tempering, first stage tempering)-工件在250℃以下进行的回火。 中温回火 (medium temperature tempering)---工件在250~ 500℃之间进行的回火。 高温回火 (hige temperature tempering)---工件在500℃以上进 行的回火。 回火温度与性能(硬度等)的关系-----图表、经验公式 时间 气氛(线.回火方法与冷却 方法 普通回火、自回火、局部回火 一次回火、多次回火 (multiple tempering)---工件淬硬后 进行的两次或两赐尼斯国际平台app陨系幕鼗 冷却 快冷、慢冷 五.淬、回火缺陷 1. 常见淬火缺陷 1)氧化 (oxidation)---工件加热时,介质中的氧、二氧化碳和水蒸 汽与之反应生成氧化物的过程。 2)脱碳 (decarburization)---工件加热时介质与工件中的碳发生 反应,使表层含碳量降低的现象。 3)淬火冷却开裂 (quench cracking)----淬火冷却时工件中产生的内 应力超过材料断裂强度,在工件上形成裂纹的现象。 4)淬火冷却畸变 (quenching distortion)---工件原始尺寸或形状 于淬火冷却时发生的人们所不希翼的变化。 5)软点 (soft spots)---工件淬火硬化后,表面硬度偏低的局部小 区域。 6)过烧 (burning)---工件加热温度过高,致使晶界氧化和部分 熔化的现象。 7)过热 (overheating)--工件加热温度偏高而使晶粒过度长大, 以致力学性能显著降低的现象。 8)硬度不足 2. 常见回火缺陷 回火开裂、回火脆性 畸变 硬度不均或未达到要求(过高或过低) 钢铁零件热处理常见缺陷有哪些?(500问85、问答2.12、3.43)
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