热处理
第一章——金属固态相变基础
1、金属固态相变按相变过程中原子的运动特点分:扩散型相变和非扩散型相变(及半扩散型相变)
2、扩散型相变:借助于原子的热激活运动进行。有脱溶分解、共析转变、有序化转变、块状转变、多形性转变和调幅分解。
非扩散型相变:转变前后组元原子的运动不超过一个原子间距的转变。——淬火
3、金属固态相变驱动力——新相与母相的自由能差,阻力——弹性应变能、界面能。
第二章——钢中奥氏体的形成
1、钢中奥氏体——碳溶于γ-Fe形成的固溶体
2、奥氏体形成机制:①奥氏体晶核的形成;②奥氏体晶核的长大;③渗碳体的溶解;④奥氏体的均匀化。
3、奥氏体晶粒度
①起始晶粒度——奥氏体形成过程刚结束时的晶粒度;
②实际晶粒度——热处理加热终了时的晶粒度;
③本质晶粒度——在930±10℃、保温3~8h下测定的奥氏体晶粒度。
4、影响奥氏体晶粒大小的因素
⑴加热温度和保温时间是影响,加热温度越高,保温时间越长,奥氏体晶粒就越粗大。
⑵加热速度的影响,加热速度越大,奥氏体起始晶粒度越细。
⑶碳含量的影响,奥氏体晶粒的大小在一定范围内随碳含量的增加而增大,后又随碳含量的增大而减小。
⑷合金元素的影响,刚中加入适量的能形成难容化合物的合金元素如Ti、Zr、V、Al等能阻止奥氏体晶粒长大,能形成较易溶解的碳化物的合金元素如W、Mo、Cr也能阻止奥氏体长大,Mn、P、C、O在一定限度以下可增加奥氏体晶粒长大倾向。
第三章——珠光体转变
1、珠光体——铁素体和渗碳体组成的双相组织。可以分为片状珠光体和粒状珠光体。
2、先共析转变:非共析成分的奥氏体在珠光体转变之前析出先共析相的转变。
伪共析转变:非共析成分的奥氏体经快冷而进入E’SG’区后发生共析转变,即分解为铁素体和渗碳体的混合组织。
3、珠光体力学性能:强度、硬度高于铁素体,低于贝氏体、渗碳体和马氏体,塑性和韧性高于贝氏体、渗碳体和马氏体。
片状珠光体的力学性能与珠光体的片间距、珠光体团的直径以及珠光体中铁素体片的亚晶粒尺寸有关,随着珠光体团直径以及片间距的减小,珠光体的强度、硬度以及塑性均将升高。
第四章——马氏体转变
1、马氏体通常被称为碳在α-Fe中的过饱和固溶体,间隙碳原子在1/2【001】位置呈择优分布,造成bcc点阵被畸变成体心正方bct结构。
2、马氏体转变特点:
(1)切变共格性和表面浮凸现象——马氏体转变时,在预先磨光的试样表面上可以出现倾动,形成表面浮凸,马氏体是以切变方式形成的,同时马氏体与奥氏体之间界面上的原子为两相共有,即整个相界面是共格的,称切变共格。
(2)无扩散性——马氏体转变是通过奥氏体均匀切变实现的,因此马氏体和原奥氏体的成分完全一致;马氏体在极地温度下,此时置换原子和间隙原子都极难扩散,而马氏体生长速度仍可达10^3m/s,说明马氏体转变不是依靠扩散进行的。马氏体转变的无扩散性特征是指合金中置换原子无扩散,而间隙原子可能扩散。
(3)具有特定的位向关系和惯习面
3、马氏体亚结构
(1)低碳马氏体内通常呈现密度较高的位错
(2)高碳马氏体内以细的孪晶作为亚结构
(3)有色金属马氏体为孪晶或层错
4、马氏体组织形态
(1)板条状马氏体——在低、中碳钢,以及马氏体失效钢、不锈钢、Fe-Ni合金中形成的一种典型的马氏体组织。
(2)透镜片状马氏体——在中、高碳钢及Fe-Ni(wni>29%)合金中形成的一种典型马氏体组织;(3)蝶状马氏体;(4)薄片状马氏体
5、热稳定性——奥氏体由于冷却缓慢或冷却中断引起的稳定化。
6、马氏体性能——高的硬度和强度,低韧性
高硬度和强度——由固溶强化、相变(亚结构)强化和时效强化等因素引起的
第五章——贝氏体转变
1、贝氏体——铁素体和碳化物所组成的非层片状组织。
2、上贝氏体:在贝氏体转变区的较高温度区域内形成,对于中、高碳钢,上贝氏体大约在550~350℃之间形成。
下贝氏体——在贝氏体转变区域的低温范围内形成的贝氏体大约在350℃一下形成,其组织中铁素体的形态与马氏体很相似,碳化物仅分部在铁素体内部。
3、下贝氏体的冲击韧性优于上贝氏体,且下贝氏体的韧脆转变温度亦明显低于上贝氏体。
第六章——钢的过冷奥氏体转变图
1、过冷奥氏体等温转变图——等温转变图通常呈“C”形状,俗称C曲线,又称TTT图。
特征:过冷奥氏体在不同的温度等温分解都有一个孕育期;在不同温度下等温具有不同的转变产物
2、碳含量对C曲线的影响:
对珠光体部分:亚共析钢,随碳含量的增加C曲线右移,过共析钢,随碳含量的增加C曲线左移。
对贝氏体部分:随碳含量的增加C曲线总是右移
3、过冷奥氏体连续冷却转变图——CCT图,一般位于过冷奥氏体恒温转变曲线的右下方,即所需要的过冷度更大,孕育期更长。
第七章——过饱和固溶体的脱溶分解
1、钢的回火转变:
(1)马氏体中碳原子的偏聚(25~100℃)
回火四阶段(2)马氏体分解(回火第一阶段,80~250℃)
(3)残留奥氏体的转变(回火第二阶段,200~300℃)
(4)碳化物的析出(回火第三阶段,200~700℃)
(5)α相状态的变化(回火第四阶段,400~700℃)
2、回火马氏体——淬火钢在300℃一下回火时,淬火马氏体分解为回火马氏体。
回火托氏体——碳钢和低合金钢中呈细针状铁素体和细粒状的碳化物组织的混合物。
回火索氏体——组织为等轴铁素体和大颗粒碳化物的混合物。
第八章——钢的退火与正火
1、完全退火——将亚共析钢加热至Ac3以上30~50℃,保温一定时间后随炉缓慢冷却,获得接近平衡状态的热处理工艺。
2、不完全退火——亚共析钢在Ac1~Ac3之间或过共析钢在Ac1~Accm之间两相加热,保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺。
3、球化退火
目的:将共析及过共析钢中的片状碳化物转变为球状碳化物,使之均匀分布于铁素体基体上。
优点:①硬度降低,使钢的可加工性得到改善;②加热是球状碳化物溶入奥氏体较慢,奥氏体晶粒不易长大,故有较宽的淬火加热温度范围;③淬火后得到隐晶马氏体,残留奥氏体较少,并保留一定量细小均匀分布的球状碳化物,淬火开裂倾向小;④塑性、韧性较好,冷成形加工性能得到改善。
获得球状碳化物途径:⑴片状珠光体的球化;⑵马氏体在低于A1温度的分解即调制处理;⑶由奥氏体转变为球状组织。
4、正火目的
⑴对于大型铸、锻件和钢材,正火可以细化晶粒、消除魏氏组织或带状组织,为下一步热处理做好组织准备,相当于退火的效果;
⑵低碳钢退火后硬度太低,在切削加工中易“粘刀”,可加工性差。通过正火处理可减少钢中先共析铁素体,获得细片状珠光体,改善钢的可加工性;
⑶对于过共析钢,正火可消除网状碳