热处理绪论.ppt

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1、LOGO金属热处理原理与工艺金属热处理原理与工艺福建工程学院 材料科学与工程系参考文献参考文献1.徐洲、赵连城，徐洲、赵连城，金属固态相变原理金属固态相变原理，科学出版，科学出版社，社，2004.2.刘永铨，刘永铨，钢的热处理钢的热处理，冶金工业出版社，冶金工业出版社，1987.113.戚正风，戚正风，金属热处理原理金属热处理原理，机械工业出版社，机械工业出版社，1987.64.赵连城，赵连城，金属热处理原理金属热处理原理，哈尔滨工业大学出，哈尔滨工业大学出版社，版社，1987.25.李松瑞等，李松瑞等，金属热处理金属热处理，中南大学出版社，中南大学出版社，Contents热处理概述热处理概述

2、1固态相变基本原理固态相变基本原理2本课程的内容本课程的内容3对同学们的要求和期望对同学们的要求和期望一、热处理概述一、热处理概述现代化及科学技术的发展现代化及科学技术的发展对金属材料性能的要求越来越高对金属材料性能的要求越来越高研制新材料研制新材料对金属进行对金属进行热处理热处理 与国际先进水平相比，我国与国际先进水平相比，我国热处理技术相对落后热处理技术相对落后热处理最早史料记载见于热处理最早史料记载见于汉书汉书王褒传王褒传商代商代金箔饰物金箔饰物 战国战国铁锛铁锛 大量兵大量兵器器兵马俑兵马俑长剑和箭镞长剑和箭镞 封建统治等诸多因素影响封建统治等诸多因素影响金属热处理发展历史金属热处理发

3、展历史 明代宋应星明代宋应星天工开物天工开物 十九世纪后期，钢加热十九世纪后期，钢加热/冷却时，内部冷却时，内部组织变化组织变化性能变化的内部原因性能变化的内部原因 英国英国 Robert Austen Fe-C相图相图 德国德国 Adoph Martens 金相显微镜金相显微镜 austenite martensite 马氏体相变理论马氏体相变理论 新的强韧化工艺新的强韧化工艺 通过加热、保温和冷却，使钢材内部的的组织结构发生通过加热、保温和冷却，使钢材内部的的组织结构发生 变化，从而获得所需要性能的一种工艺方法。变化，从而获得所需要性能的一种工艺方法。热处理热处理热处理热处理2.2.2.2

4、.热处理特点：热处理特点：热处理特点：热处理特点：不改变工件的形状和整体化学成分。不改变工件的形状和整体化学成分。3.3.热处理适用范围：热处理适用范围：热处理适用范围：热处理适用范围：只适用于固态下发生相变的材料，只适用于固态下发生相变的材料，只适用于固态下发生相变的材料，只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。不发生固态相变的材料不能用热处理强化。不发生固态相变的材料不能用热处理强化。不发生固态相变的材料不能用热处理强化。1.1.1.1.热处理目的：热处理目的：热处理目的：热处理目的：（1 1）消除上道工序带来的缺陷，改善金属的加工工艺性能，）消除上道工序带来的

5、缺陷，改善金属的加工工艺性能，确保后续加工的顺利进行；确保后续加工的顺利进行；（2 2）提高零件或工具的使用性能。）提高零件或工具的使用性能。4.热处理的加热温度和冷却方法（冷却速度）决定于热处理的加热温度和冷却方法（冷却速度）决定于金属的金属的化学成分和对热处理后性能的要求化学成分和对热处理后性能的要求。相变温度以上相变温度以上发生氧化和脱碳发生氧化和脱碳加热加热是热处理的重要步骤之一。是热处理的重要步骤之一。木炭和煤木炭和煤液体和气体燃料液体和气体燃料电电气氛保护气氛保护真空真空融熔盐融熔盐加热温度加热温度是热处理工艺的重要工艺参数是热处理工艺的重要工艺参数保温时间保温时间冷却冷却也是热处

6、理工艺过程中不可缺少的步骤也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺热处理工艺分类如下：分类如下：热处理工艺热处理工艺整体热处理整体热处理退火退火 正火正火淬火淬火回火回火表面热处理表面热处理表面淬火表面淬火物理气相沉积物理气相沉积 化学气相沉积化学气相沉积化学热处理化学热处理渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗铸铸/锻锻 预备热处理预备热处理 粗加工粗加工 最终热处理最终热处理 精加工精加工成品成品退火退火正火正火淬火淬火回火回火典型零件的制造过程：典型零件的制造过程：1.相和相变相和相变n 相相：相

7、是系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分相是系统中均匀的、与其他部分有界面分开的部分 均匀的：成分和性质相同或者连续变化均匀的：成分和性质相同或者连续变化n 只只有有当当某某相相的的自自由由能能最最低低时时，该该相相才才是是稳稳定定的的，且且处处于于平平衡态衡态；若某相的自由能并不处若某相的自由能并不处于最低，但是与最低自由于最低，但是与最低自由能态之间有能态之间有能垒能垒相分隔，相分隔，则该相处于则该相处于亚稳态亚稳态；状态稳定性的力学近似状态稳定性的力学近似二、固态相变基本原理二、固态相变基本原理n 相相变变：在在均均匀匀一一相相或或几几个个混混合合相相内内，出出现现具具有有不不同同成成

8、分分、或或不不同同结结构构、或或不不同同组组织形态、或不同性质的相，称为相变。织形态、或不同性质的相，称为相变。也就是也就是相与相之间的转变。相与相之间的转变。若不存在这种若不存在这种能垒能垒，则体系处于非稳定态，则体系处于非稳定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平这种状态是不稳定的，它一定会转变为平衡态或亚稳态。衡态或亚稳态。图图 0-1 一级（左）、二级（右）相变时，两一级（左）、二级（右）相变时，两相的自由能、熵及体积的变化相的自由能、熵及体积的变化2.相变的分类相变的分类2.1 按热力学分类一级相变和二级相变按热力学分类一级相变和二级相变 n 一级相变：由一级相变：由1相转变为相转

9、变为2相时，相时，G1=G2，12，但化学位的一阶偏导数不等，但化学位的一阶偏导数不等 n 一级相变有热效应（一级相变有热效应（相变潜热相变潜热）与体积效）与体积效应，从而可应，从而可用热膨胀仪测量一级相变的开始点用热膨胀仪测量一级相变的开始点，金属固态相变一般为一级相变。金属固态相变一般为一级相变。n 二级相变：由二级相变：由1相转变为相转变为2相时，不仅相时，不仅G1=G2，12，且化学位的一阶偏导数相等，但化学位的，且化学位的一阶偏导数相等，但化学位的二阶偏导数不等二阶偏导数不等n Cp-热容，热容，-压缩系数，压缩系数，-膨胀系数膨胀系数n 二级相变时没有熵和体积改变，只有热容、压二级

10、相变时没有熵和体积改变，只有热容、压缩系数和膨胀系数的改变。缩系数和膨胀系数的改变。n 有序有序-无序转变、磁性转变、超导态转变属于二无序转变、磁性转变、超导态转变属于二级相变级相变图图 0-2 相图上一级相变相图上一级相变a）与二级相变）与二级相变b）的区别）的区别 2.2 按相变方式分类按相变方式分类Gibbs分类法分类法 n 形形核核-长长大大型型：始始于于程程度度大大而而范范围围小小的的相相起起伏伏，已已相相变变区区与与未未相相变变区区以以相相界界面面相相分分隔隔。钢中的相变，大多为形核钢中的相变，大多为形核-长大型相变。长大型相变。n 连连续续型型（无无核核相相变变）：始始于于固固溶

11、溶体体中中的的成成分分起起伏伏，依依靠靠上上坡坡扩扩散散使使浓浓度度差差越越来来越越大大，如增幅分解如增幅分解(Spinodal Decomposition)图图 增幅分解时，浓度起伏波幅随时增幅分解时，浓度起伏波幅随时 间而变化的示意图间而变化的示意图图图 增幅分解和脱溶分解时，成分起伏示意图增幅分解和脱溶分解时，成分起伏示意图2.3 按原子的迁动程度分类按原子的迁动程度分类 n 扩扩散散型型相相变变相相变变依依靠靠原原子子或或离离子子的的扩扩散散来来进进行行，如如温温度度足足够够高高，可可以以改改变变相相的的成成分分。如钢中的加热相变、珠光体相变等。如钢中的加热相变、珠光体相变等。n 无无

12、扩扩散散型型相相变变相相变变过过程程中中原原子子或或离离子子不不发发生生扩扩散散，低低温温下下发发生生，原原子子或或离离子子仅仅作作有有规规则则的的迁迁移移以以使使点点阵阵发发生生改改组组，相相对对移移动动距距离不超过原子间距。如马氏体相变。离不超过原子间距。如马氏体相变。三三.本课程的内容本课程的内容n 固态相变概论固态相变概论 n 奥氏体的形成奥氏体的形成n 珠光体相变珠光体相变n 马氏体相变马氏体相变n 贝氏体相变贝氏体相变n 钢的过冷奥氏体转变图钢的过冷奥氏体转变图TTT和和CCT曲线曲线n 过饱和固溶体的脱溶分解过饱和固溶体的脱溶分解 1、热处理原理、热处理原理v钢的退火与正火钢的退火与正火v钢的淬火与回火钢的淬火与回火v钢的化学热处理钢的化学热处理v加热设备加热设备v冷却设备冷却设备v热处理参数测量与控制热处理参数测量与控制2、热处理工艺、热处理工艺对同学们的要求和期望：对同学们的要求和期望：1、认真听讲，抓住主要内容和知识点；、认真听讲，抓住主要内容和知识点；2、课后认真思考，找到看似零散知识点之间的、课后认真思考，找到看似零散知识点之间的内在联系，做到内在联系，做到举一反三举一反三举一反三举一反三；3、认真独立完成作业，杜绝抄袭。、认真独立完成作业，杜绝抄袭。LOGO