热处理培训

铁碳合金相图及其热处理润邦卡哥特科、第一章铁碳合金相图第一节二元相图的建立相图是描述系统的状态、温度、压力及成分之间关系的一种图解，又称为状态图。利用相图可以知道不同成分的材料在不同温度下存在哪些相、各相的相对量、成分及温度变化时所可能发生的变下存在哪些相、各相的相对量、成分及温度变化时所可能发生的变化。所以，相图在生产中，可以作为制定金属材料熔炼、铸造、锻造和热处理等工艺规程的重要依据测定二元相图昀常用的方法是热分析法。现在以Cu—Ni合金系为例，说明用热分析法建立相图的具体步骤。下图是用热分析法建立Cu-Ni合金相图的示意图。先测定100%Ni、20%Cu+80%Ni、40%Cu+60%Ni、60%Cu+40%Ni、80%Cu+20%Ni、100%Cu各金属和合金的热分析冷却曲线（见图4-1（a）），然后将冷却曲线中的结晶开始温度（上临界点）和结晶终了温度（下临界点），在温度—成分坐标图中，对应各合金成分线取点，分别连接各上临界点和下临界点，得到两条曲线，与坐标共同组成Cu-Ni合金相图。第二节铁碳合金的相结构１、基本概念转变种1.1同素异构转变——固态下，一种元素的晶体结构随温度发生变化的现象。δ-Fe→γ-Fe→α-Fe体心面心体心1.2所谓固溶体是指溶质原子溶入金属溶剂的晶格中所组成的合金相。两组元在液态下互溶，固态也相互溶解，且形成均匀一致的物质。形成固溶体时含量大者为溶剂含量少者为溶质；溶剂的晶格即为形成固溶体时，含量大者为溶剂，含量少者为溶质；溶剂的晶格即为固溶体的晶格。1.3匀晶转变：由液相结晶出单相固溶体的过程称为匀晶转变14在定的温度时固相与液相相互作用转变成另固溶体1.4在一定的温度时，固相与液相相互作用转变成另一固溶体1.5共晶转变：具有一定成分的液相，在一定的温度下，同时结晶出一定成分的两个固相共析转变就是指在定的度定成分的固相时析出两1.6共析转变：就是指在一定的温度下,一定成分的固相同时析出两种一定成分的固相的反应.２铁碳合金的基本相基本相定义力学性能溶碳量２、铁碳合金的基本相铁素体F碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低，塑性,韧性好昀大0.0218%奥氏体A碳在γ-Fe中的硬度低塑性好昀大211%奥氏体A碳在γFe中的间隙固溶体硬度低，塑性好昀大2.11%渗碳体Fe与C的金属化硬而脆6.69%渗碳体Fe3CFe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=06.69%珠光体强度高750MPA硬度较低珠光体强度高硬度较低3铁碳合金相图3.铁碳合金相图３３.1.1相图中各点的温度、含碳量及含义符号温度（℃）含碳量[%（质量）含义符号度含碳[质]含义AB1538149500.53纯铁的熔点包晶转变时液态合金的成分CDE1148122711484.306.692.11晶转变时液态的成分共晶点Fe3C的熔点碳在γ-Fe中的昀大溶解度FGH114891214956.6900.09Fe3C的成分α-Fe→γ-Fe同素异构转变点碳在δ-Fe中的昀大溶解度JKNP149572713947270.176.69000218包晶点Fe3C的成分γ-Fe→δ-Fe同素异构转变点碳在中的昀大溶解度PSQ727727600（室温）0.02180.770.0057(00008)碳在α-Fe中的昀大溶解度共析点600℃（或室温）时碳在α-Fe中的昀大溶解度（室温）(0.0008)解度32相图中重要的点3.2相图中重要的点J点为包晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1495℃时。B点成分的L与H点成分的δ发生包晶反应，生成J点成分的A。包晶反应在恒温下与H点成分的δ发生包晶反应，生成J点成分的A。包晶反应在恒温下进行，反应过程中L、δ、A三相共存，反应式为：C点为共晶点合金在平衡结晶过程中冷却到1148℃时。C点成分的L发生共晶反应，生成E点成分的A和。共晶反应在恒温下进行发生共晶反应，生成E点成分的A和。共晶反应在恒温下进行，反应过程中L、A、三相共存，反应式为与A的共晶混合物，称莱氏体,莱氏体组织中的渗碳体称为共晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状（727℃时转变为CFe3晶渗碳体。在显微镜下莱氏体的形态是块状或粒状（727℃时转变为珠光体）分布在渗碳体基体上。S点为共析点合金在平衡结晶过程中冷却到727℃时S点成分的A发生共析反应，生成P点成分的F和。共析反应在恒温下进行，反CFe3应过程中A、F、三相共存,反应式为CFe3共析反应的产物是铁素体与渗碳体的共析混合物，称珠光体，用符号Ｐ表示,Ｐ中的渗碳体称为共析渗碳体。在显微镜下Ｐ的形态呈层片状。在放大倍数很高时，可清楚看到相间分布的渗碳体片（窄条）与铁素体片（宽条）。Ｐ的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体片（宽条）。Ｐ的强度较高，塑性、韧性和硬度介于渗碳体和铁素体之间3３相图中重要的线3.３相图中重要的线相图中的ABCD为液相线；AHJECF为固相线。水平线ECF为共晶反应线碳含量在211～669％之间的铁碳合金水平线ECF为共晶反应线。碳含量在2.11～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共晶反应水平线PSK为共析反应线。碳含量0.0218～6.69％之间的铁碳合金，在平衡结晶过程中均发生共析反应线在热中亦称线在平衡结晶过程中均发生共析反应。PSK线在热处理中亦称A1线。GS线是合金冷却时自A中开始析出F的临界温度线，通常称A3线。ES线是碳在A中的固溶线通常称Acm线由于在1148℃时a中溶碳量ES线是碳在A中的固溶线，通常称Acm线。由于在1148℃时a中溶碳量昀大可达2.11％，而在727℃时仅为0.77％，因此碳含量大于0.77％的铁碳合金自1148℃冷至727℃的过程中，将从a中析出Fe3C。析出的渗碳体称为二次渗碳体（）A线亦是从A中开始析出二次渗碳体渗碳体称为二次渗碳体（），Acm线亦是从A中开始析出二次渗碳体的临界温度线PQ线是碳在F中的固溶线。在727℃时F中溶碳量昀大可达0.0218％，室温时仅为0.0008％，因此碳含量大于0.0008％的铁碳合金自727℃室温时仅为0.0008％，因此碳含量大于0.0008％的铁碳合金自727℃冷至室温的过程中，将从F中析出。析出的渗碳体称为三次渗碳体（）。PQ线亦为从F中开始析出三次渗碳体的临界温度线。三次渗碳体数量极少往往可以忽略数量极少，往往可以忽略３4典型铁碳合金的平衡结晶过程３.4典型铁碳合金的平衡结晶过程铁碳含金可分为三类铁碳含金可分为三类A`0.0218%C工业纯铁0.77%C0.0218%亚共析钢B2.11C0.77过共析钢0.77%C共析钢0.77%C0.0218%亚共析钢2.11%C0.0218%钢C43%C共晶白口铸铁4.3%C2.11%亚共晶白口铸铁669%C211%白口铸铁C6.69%C4.3%过共晶白口铸铁4.3%C共晶白口铸铁6.69%C2.11%白口铸铁下面分别对以上七种典型铁碳含金的结晶过程进行分析。3.4.1工业纯铁(Wc0.0218%)3.4.2共析钢(Wc=0.77%)3.4.3亚共析钢共析钢3.4.4过共析钢3.4.5共晶白口铁3.4.6亚共晶白口铁3.4.6亚共晶白口铁3.4.7过共晶白口铁共晶白铁第二章金属热处理第二章金属热处理第一节热处理的基本概念第节热处理的基本概念１.热处理的定义热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。加保温临界温度度加热冷却温度时间热处理工艺曲线示意图２.热处理的基本要素２.热处理的基本要素热处理的三大要素①加热（Heating）目的是获得均匀细小的奥氏体组织。②保温（Holding）目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。目的是保件烧透并防脱碳和氧化等③冷却（Cooling）目的是使奥氏体转变为不同的组织。目的是使奥氏体转变为不同的组织。３.热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。４热处理的类型４、热处理的类型按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类普通热处理(整体热处理)退火正火淬火(整体热处理)淬火回火感应加热表面淬火火焰火表面淬火热处理工艺表面热处理火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火渗碳化学热处理表面热处渗碳渗氮（氮化）碳氮共渗其他热处理控制气氛热处理真空热处理形变热处理５、钢的临界转变温度５、钢的临界转变温度钢的临界转变温度是钢在A3AcmAccmGE钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要依据由铁AAc3Ar3Arcm温度冷却工艺的重要依据，由铁碳合金相图确定。A1Ac1Ar1度SPQ钢的实际临界转变温度总是滞后于理论临界转变温度,即加热时需要过热，冷却时wC（%）Fe－Fe3C相图的共析转变部分需要过冷。第二节钢在加热时的转变保温加冷却Ac1１.钢在加热至在临界温度Ac1以上，一定有组织转变，是一种热却相变过程。加热的目的：使钢从室温组织（如珠光体）转变为奥氏体，即获得均匀细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化2奥氏体的形成过程2、奥氏体的形成过程以共析钢为例：奥氏体的形成是一个形核和长大的固态相变过程，是铁素体(F)向奥氏体(A)的晶格改组，渗碳体(Fe3C)溶入奥氏体中，以及碳(C)向奥氏体()的晶格改渗碳体(3)溶奥氏体中以及碳()在奥氏体中扩散的过程。共析钢奥氏体化的四个基本过程：共析钢奥氏体化的四个基本过程：①奥氏体的形核②奥氏体的长大③残余渗碳体的溶解④奥氏体成分的均匀化第三节钢在冷却时的转变第三节钢在冷却时的转变１.两种冷却方式：等温冷却等温冷却将A快速冷至临界温度以下某一温度，使A在该温度下转变成其他组织，然后再冷却至室温。连续冷却A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。保温连临界温度连续冷却等温冷却温度加热却时间２过冷奥氏体的转变产物２.过冷奥氏体的转变产物过冷奥氏体被过冷至临界温度以下、在热力学上不稳定、即将发生分解（即奥氏体转变为其他组织）的奥氏体，称为过冷奥氏体。保温Ar1(稳定的)奥氏体r1温度加热过冷奥氏体时间时间过冷奥氏体转变产物过冷奥氏体转变产物：珠光体（Pearlite）符号：P过冷奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在临界温过冷奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在临界温度以下的高温范围内等温，将转变成珠光体。典型的冷却方式：炉冷（退火）珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。马氏体（Martensite）符号：M过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，将转变成马氏体。典型的冷却方式：水冷或油冷（淬火）马体具有很高的强度和硬度马氏体具有很高的强度和硬度。贝氏体（Bainite）符号：B过冷奥氏体在临界温度以下的中温范围内等温将转变成贝氏体过冷奥氏体在临界温度以下的中温范围内等温，将转变成贝氏体。贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。３过冷奥氏体的转变曲线３.过冷奥氏体的转变曲线３.１过冷奥氏体等温转变曲线３.１过冷奥氏体等温转变曲线又名TTT曲线：TTimeT：TimeT：TemperatureTTransformationT：Transformation曲线形似英文字母“C”，故又称“C曲线”。３.２Ｃ曲线分析AA1线以上为奥氏体区域。两个“C”分别是过冷奥氏体转A变开始线和转变终了线。A线以下M以上转变开始线过冷AA1线以下、Ms以上、转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区。转变开始前需要定的时间A转变开始前需要一定的时间，称孕育期C曲线的“鼻尖”处孕育期昀短,其温度大致是550C。C曲线由上至下分三个区域C曲线由上至下分三个区域：①A～550C：珠光体转变区①A1～550C：珠光体转变区②550C～Ms：贝氏体转变区③M～Mf：马氏体转变区P③MsMf：马氏体转变区以恰好与“鼻尖”相切的冷却PB以恰好与