第四章第四章金属强化理论和钢的热处理

第四章金属强化理论和钢的热处理，金属强化热处理，钢的热处理，钢的加热转变。钢的冷却转变。钢的表面热处理和新技术，钢的淬火与回火，钢的退火与正火。

金属强化理论和钢的热处理

• 金属强化热处理
  • 金属强度的实质
  • 金属强化机制
    • 固液强化
      • 弹性应力场与运动位错的应力场发生交互作用，增大位错运动的阻力
      • 从而使金属的滑移变形困难，从而提高合金的强度和硬度
    • 细晶强化
      • 晶粒越细，晶界越多也越曲折，强化越显著，强化量与晶粒直径的平方根成反比
    • 第二相强化
      • 材料通过基体中分布有细小弥散的第二相质点而产生的强化
    • 位错强化
      • 运动位错碰上与滑移面相交的其它位错时，发生交割面位错使运动受阻
      • 其所造成的强化量与金属中的位错密度的平方根成正比
  • 材料强化途径应用
    • 合金强化
      • 通过固溶强化，细晶强化和第二相强化，达到综合强化的效果
    • 马氏体强化
      • 通过热处理获得马氏体组织使钢得以强化的方法，是钢铁材料强化的重要手段
    • 纤维增强复合强化
      • 用高强度纤维同适当的基体材料相结合而达到强化材料的方法
• 钢的热处理
  • 普通热处理
    • 正火、退火、淬火、回火（四把火）
  • 表面热处理
    • 仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺
  • 其他热处理
• 钢的加热转变
  • 奥氏体的形成过程
    • a.奥氏体形核
    • b.奥氏体晶核长大
    • c.残余渗碳体溶解
    • d.奥氏体均匀化
  • 奥氏体的晶粒大小及其影响因素
    • 奥氏体的晶粒度
      • 加热温度和保温时间
      • 加热速度
      • 合金元素
      • 接近平衡状态
• 钢的冷却转变
  • 过冷奥氏体的转变
    • 珠光体转变
      • 珠光体P
        • 铁素体和渗碳体一起组成的机械混合物
      • 索氏体S
        • 钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物
      • 托氏体T
        • 铁素体与片装渗碳体的机械混合物
    • 贝氏体转变
      • 上贝氏体
        • 550～350℃范围内形成的贝氏体
        • 金相组织呈羽毛状，脆性，硬度较高
      • 下贝氏体
        • 贝氏体铁素体和碳化物组成的混合组织
    • 马氏体转变
      • 马氏体晶体结构
      • 马氏体形态
        • 板条马氏体
          • 指含碳量低的奥氏体形成的马氏体
        • 针状马氏体
          • 碳在α-Fe中的过饱和固溶体
      • 马氏体性能
        • 马氏体的硬度随质量分数的增加而升高, 决于马氏体的含碳质量分数
      • 马氏体转变特点
        • 无扩散转变
        • 不断降温下形成
        • 高速长大
        • 转变不完全性
  • 过冷奥氏体冷却转变图
    • 等温转变图
    • 连续冷却转变图
• 钢的表面热处理和新技术
  • 钢的表面淬火热处理
    • 火焰加热表面淬火
    • 感应加热表面淬火
      • 感应加热表面淬火的原理
      • 感应加热的分类
        • 高频感应加热
        • 中频感应加热
        • 工频感应加热
      • 感应加热表面淬火的特点
        • 感应加热速度极快
        • 有较高的疲劳强度
        • 工件表面质量好
        • 生存效率高
  • 钢的化学热处理
    • 基本过程
      • 介质分解
      • 表面吸收
      • 原子扩散
    • 渗碳
      • 渗碳方法
        • 固体渗碳
        • 气体渗碳
        • 真空渗碳
      • 渗碳用钢组织及热处理
        • 直接淬火法
          • 钢板热轧终了后在轧制作业线上进行直接淬火
        • 一次淬火法
          • 锻件渗碳后随炉冷却或出炉坑冷或空冷到室温,然后重新加热淬火
        • 二次淬火法
          • 残余奥氏体回火后未分解为珠光体或贝氏体而发生马氏体转变
    • 钢的氯化（渗氮）
      • 气体氮化
      • 离子氮化
    • 碳氮共渗
      • 高温碳氮共渗
      • 低温碳氮共渗
  • 表面热处理新技术
    • 激光加热表面淬火
      • 淬火冷却无需冷却机，简化工艺
      • 零件变形魈，表面光洁
      • 可进行局部选择性淬火
    • 离子氮化
    • 离子注入
    • 表面气相沉积
• 钢的淬火与回火
  • 钢的淬火
    • 淬火的目的
    • 淬火工艺
      • 淬火加热温度选择
      • 淬火冷却介质合理选择
    • 淬火方法
      • 单液淬火法
        • 加热工件淬入一种介质中一直冷却到室温
      • 双液淬火法
        • 将淬火工件自淬火温度中取出，先在快速冷却剂中冷却
        • 使其奥氏体急速过冷至接近于马氏体转变区域，然后再在缓慢的冷却剂中冷却
      • 分级淬火发
        • 将加热的工件先放入温度稍高于马氏体转变温度点的盐浴和碱浴中
      • 等温淬火法
        • 加热的工件放入温度稍高于Ms点的硝盐浴或碱浴中
        • 保温足够长的时间使其完成贝氏体转变，获得下贝氏体组织
      • 冷处理
        • 将淬火钢继续冷至室温以下，使在室温尚未转变的残余奥氏体继续转变为马氏体
  • 钢的淬透性
    • 淬透性概念
    • 淬透性对钢学性能的影响
    • 影响淬透性的因素
      • 化学成分
      • 奥氏体化条件
    • 淬透性测量与表示
      • 末端淬火法
      • 临界直径法
    • 钢的淬火缺陷
      • 过热与过烧
      • 变形与开裂
      • 氧化与脱碳
      • 硬度不足与软点
    • 淬透性的实际意义
      • 钢的淬透性越高，能淬透的工件截面尺寸越大
      • 工件越大，要求的淬透层越深，合金化程度越高
  • 回火
    • 回火的目的
    • 淬火钢回火时性能变化
    • 回火种类及适用范围
      • 低温回火
        • 回火温度范围为150-250摄氏度，回火后的组织为回火马氏体
      • 中温回火
        • 回火温度范围为350-500摄氏度，回火后的组织为回火托氏体
      • 高温回火
        • 零件淬火后，再加热到500~650℃（临界温度），保温一段时间，适当的速度冷却
    • 回火脆性
      • 不可逆回火脆性
      • 可逆回火脆性
• 钢的退火与正火
  • 退火
    • 退火目的
      • 调整硬度、便于切削加工
      • 消除残余内应力
      • 细化晶粒
    • 退火工艺种类
      • 完全退火
        • 亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃，保温后随炉缓慢冷却，得到接近于平衡组织
      • 等温退火
        • 较快的速度冷却到A1以下某一温度，保温一定时间使奥氏体转变为珠光体组织
      • 球化退火
        • 使钢中碳化物球化的退火，得到在铁素体基体上均匀分布的球状碳化物的组织
      • 扩散退火
        • 略低于固相线温度长期保温的处理方法
      • 去应力退火
        • 冷形变后金属在低于再结晶温度加热，去除内应力，但仍保留冷作硬化效果
      • 再结晶退火
        • 过冷变形加工的工件加热至再结晶温度以上，保温一定时间后冷却
        • 使工件发生再结晶，从而消除加工硬化的工艺
  • 正火
    • 将钢构件加热到Ac3温度以上30〜50℃后，保温一段时间出炉空冷
    • 冷却速度快于退火而低于淬火，正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化
  • 正火与退火的选用
    • 切削加工性考虑
    • 从零件结构形状考虑
    • 从经济成本考虑