热处理和金属

2018-12-03 17:11   点击数:  发布者:北京宏泰联创

热处理就是将钢在固态下通过加热、保温和不同的冷却方式,改变金属内部组织结构,从而获得所需性能的操作工艺,
作用:它不改变工件的形状和尺寸,只改变工件的性能,如提高材料的强度和硬度,增加耐磨性,或者改善材料的塑性、韧性和加工性等。       
第一节 热处理的基本原理
  一、钢在加热时的组织转变
  (一)钢在加热和冷却时的相变温度
    铁碳合金相图中的A1、A3和Acm 线是反映不同含碳量的钢在极为缓慢加热或冷却时的相变温度。但钢在实际加热和冷却时不可能非常缓慢,因此,钢中的相转变不能完全按铁碳合金相图中的A1、A3和Acm线,而有一定的滞后现象,即出现过热(加热时)或过冷(冷却时)现象。加热或冷却时的速度越大, 组织转变偏离平衡临界点的程度也越大。为区别起见,把冷却时的临界点记作Ar1、 Ar3 、Arcm;加热时的临界点记作Ac1、A1c3、Accm。
    例如,共析钢在平衡状态下珠光体和奥氏体的转变温度为A1;冷却时奥氏体转变为珠光体的温度为Ar1; 加热时珠光体转变为奥氏体的温度为Ac1。 这些临界点是正确选择钢在热处理时的加热温度和冷却时结构发生变化的温度的主要依据。
    (二)奥氏体的形成
    共析钢在常温时具有珠光体组织,加热到Ac1以上温度时, 珠光体开始转变为奥氏体。只有使钢呈奥氏体状态,才能通过不同的冷却方式转变为不同的组织,从而获得所需要的性能。钢在加热时的组织转变,主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。
  在铁素体和渗碳体的相界面上首先出现许多奥氏体晶核。这是因为铁素体与渗碳体是两个具有不同晶体结构的相,在二相界面上有晶格扭曲或原子排列紊乱等缺陷,原子处于高能量状态,有利于奥氏体核形成。
    奥氏体晶核形成后,便开始长大。它是依靠铁素体向奥氏体继续转变和渗碳体不断溶入而进行的。铁素体向奥氏体转变的速度比渗碳体溶解快,因此,铁素体消失后,仍有部分残余渗碳体,它将随着时间的延长,继续不断地向奥氏体溶解直至全部消失。在刚形成的奥氏体晶粒中,由于原是渗碳体层地方的碳浓度高于原是铁素体层地方的碳浓度,必须继续保温通过碳原子扩散才能获得均匀的奥氏体组织。
    亚共析钢与过共析钢加热时的组织转变过程与共析钢相似,其差别在于:当亚共析钢被加热到Ac1~Ac3之间温度时,尚有一部分未溶的铁素体存在。过共析钢被加热到Ac1~Accm之间温度时, 尚有一部分未溶的二次渗碳体存在,即不完全奥氏体化。只有进一步加热到Ac3或Accm以上并保温一定时间, 才能获得单一奥氏体组织。由此可见,保温不仅是为了使工件热透,即工件心部达到与表面同样的温度,还为了获得均匀一致的奥氏体组织,以便在冷却时得到良好的组织和性能。
  (三)奥氏体晶粒的长大
由于珠光体层比较细密,在向奥氏体转变时形成的晶粒较多,因此,当珠光体刚全部转变为奥氏体时,奥氏体晶粒还是很细小的。这和加热前珠光体晶粒的大小无关。此时将奥氏体冷却后得到的组织晶粒也细小。如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间,都会使奥氏体晶粒逐渐长大。晶粒的长大是依靠较大晶粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行的。此时将奥氏体冷却后得到的组织必然是粗大的。

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