第九章钢的热处理.doc

9.1热处理概论 ①热处理的作用（钢中组织转变的规律） （1）热处理：钢在固态下加热到预定温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定速度冷却下来——改变钢的内部结构——改善钢的性能——延长钢的使用寿命 （2）恰当的热处理工艺（微观作用）——消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，降低内应力——使钢的组织和热性能更加均匀 ②热处理与相图 （1）问题一：钢为什么可以进行热处理——原则上只有加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变——有固态相变发生的合金才能进行热处理 问题二：什么不能进行热处理——某些单相合金（只能采用加工硬化） （2）钢的热处理基础——亚共析钢（加热到A3线以上）；过共析钢（加热到Acm以上）——得到单相奥氏体——钢从奥氏体冷却至A1线以下，发生共析转变（得到珠光体）；分别通过A3线或Acm线时，分别从奥氏体中析出过剩相（铁素体）或(渗碳体)——实际上有不同程度的滞后现象（过冷——Ar1,、Ar3、Arcm；过热——Ac1、Ac3、Accm） （3）微观——所有的固态转变过程都是通过原子的迁移进行的——原子的迁移需要时间——如果时间不够，转变不能充分进行，结果将得不到稳定的平衡组织，只能得到不稳定的过渡性组织 （4）举例——奥氏体以不同速度冷却时，将形成不同的转变温度，不同的组织性能 A.缓慢冷却至Ar1以下，共析反应，得到珠光体——奥氏体转变为成分和结构都不同的另外两个新相——相变中都伴随着碳和铁原子的扩散——冷速越慢——相变温度越接近A1点——转变温度较高，碳和铁原子可以进行较充分的扩散——a相的碳浓度接近平衡浓度 B.较快冷却速度——相变温度较低——冷却速度增大至铁原子扩散极为困难，而碳原子扩散尚能进行——奥氏体仍能分解为a相和Fe3C相——不同于珠光体，a相中的碳浓度较平衡浓度较高，Fe3C的分散度很大——贝氏体 C.很快冷却速度——水中冷却（淬火），相变温度更低——铁原子和碳原子的扩散能力极低——奥氏体不可能分解为a相和Fe3C相——只能形成成分与奥氏体γ相相同的a相（a’相），其碳浓度大大超过平衡a相的溶解度——过饱和的a相固溶体（马氏体）////////////////奥氏体开始发生马氏体转变——Ms线 ③固态相变的特点 （与液态相变相比，有一些规律相同——相变的驱动力都是新、旧两相之间的自由能差；相变都包含形核和长大的两个基本过程////////////////////////有一些规律不同——固态相变是由固相转变为固相，新相和母相都是晶体，与结晶有着显著不同的特点） （1）相变阻力大 固态相变，新、旧两相比容不同，母相γ转变为新相时要发生体积变化（或者由于新、旧两相相界面不匹配导致弹性畸变）——新相受到母相的约束，不能自由胀缩而产生应变——应变能（弹性能）额外增加////////////////////液态金属只有表面能一项 A.公式表明——由于应变能的作用，固态相变的阻力增加，比液态金属结晶困难多了——必须有更大的过冷度使相变进行；而且，固态相变的原子扩散更为困难——固态相变阻力大 B.新相体积一定时，由相变引起应变能大小与新相几何形状有关——凸透镜状或针状（应变能较低）；球状（应变能最大）//////////////界面能与新相形状的关系恰好跟这个相反——新相呈球状时，表面积最小，界面能最小；呈凸透镜或针状，表面积最大，界面能最大 C.一般，形成共格或半共格晶面，应变能为主，新、旧相比容差又很大，新相通常呈凸透镜状或者针状——形成非共格晶界，界面能为主，新相呈球状 （2）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系 A.纯金属结晶时，自发晶核的形成于液体金属（能量起伏）和（结构起伏）有关，带有随机性——但是液态金属在已存在固相质点上形成非自发形核时——新固相与现存固相质点之间必须符合（结构大小和大小相适应原理）——才能降低形核功，促进非自发晶核的形成 B.固态相变时，为了减小新、旧两相之间的界面能，新相与母相之间存在一定的晶体学位向关系——新相总是以一定方向在母相某一特定晶面上形成，这种晶面和晶向（惯习面）（惯习方向）——惯习现象——形核的取向关系在成长过程中的一种特殊反映——当新旧两相在惯习面上结合在一起时，可以保证界面能最小——界面能最小的相界面可以得到充分发展，可以减小固态相变的阻力，促进新相晶核的成长 （3）母相晶体缺陷对相变起促进作用 A.