(熱處理設(shè)備課件）1-1概述

1.1熱處理的基本概念問題的引出：1.

什么是熱處理？2.熱處理的作用？將固態(tài)金屬通過特定的加熱和冷卻，使之發(fā)生組織轉(zhuǎn)變以獲得所需性能的一種工藝過程。將材料以適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善材料性能（工藝性能和使用性能）的一種工藝方法。不管是那種熱處理，都是分這三個階段，不同的是加熱溫度、保溫時間和冷卻速度不同。時間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻原始組織熱處理組織保溫時間

1.1熱處理的基本概念

1.2熱處理在機械制造業(yè)中的地位

熱處理在機械制造業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛：

在機床制造中要進(jìn)行熱處理的零件占60％～70％；

在汽車、拖拉機制造中占70％～80％；

在各類工具(刃具、模具、量具等)和滾動軸承制造中，100％的需要進(jìn)行熱處理。焊接接頭及設(shè)備的消應(yīng)力熱處理、消氫熱處理等。1.2金屬熱處理在現(xiàn)代工業(yè)中的地位

冶金，機械，航空，兵器等工業(yè)部門不可缺少的技術(shù)；提高產(chǎn)品質(zhì)量和壽命的關(guān)鍵工序；發(fā)揮金屬材料潛力，達(dá)到機械零部件輕量化的重要手段；為開發(fā)新型材料提供了基礎(chǔ)。簡而言之成分工藝性能材料的三要素1.3熱處理的發(fā)展概況民間技藝階段實驗技術(shù)科學(xué)階段理論科學(xué)階段西漢時代已有淬火處理的鋼劍（遼寧三道壕出土）煉鋼赤刀，用之切玉如泥焉1.3熱處理的發(fā)展概況

明代宋應(yīng)星《天工開物》十九世紀(jì)后期，鋼加熱/冷卻時，內(nèi)部組織變化—性能變化的內(nèi)部原因英國RobertAustenFe-C相圖德國AdophMartens金相顯微鏡

austenite→martensite

馬氏體相變理論→新的強韌化工藝1.4本課程的主要內(nèi)容，學(xué)習(xí)的意義，目的，方法主要內(nèi)容金屬熱處理概述鋼中奧氏體的形成珠光體，馬氏體，貝氏體轉(zhuǎn)變鋼的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖鋼的回火轉(zhuǎn)變鋼的退火，正火，淬火與回火鋼的化學(xué)熱處理表面感應(yīng)淬火加熱設(shè)備冷卻設(shè)備1.4本課程的學(xué)習(xí)的意義，方法學(xué)習(xí)的意義系統(tǒng)地掌握金屬熱處理的基本原理和工藝方法；加深對熱處理規(guī)律的認(rèn)識，了解熱處理主要設(shè)備；培養(yǎng)應(yīng)用所學(xué)知識去分析和解決實際問題的能力。學(xué)習(xí)的方法

理論聯(lián)系實際

本課程48+16學(xué)時參考書：1.田榮璋.金屬熱處理.冶金工業(yè)出版社，1985年；2.王希琳.金屬材料及熱處理.水利電力出版社，1992年；3．夏立芳編.金屬熱處理工藝學(xué).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2005年。考試方式考試采取閉卷形式。考核方式：筆試（60%），實驗成績（25%），平時成績（15%）。1.5金屬固態(tài)相變定義：固態(tài)金屬在加熱和冷卻過程中可能發(fā)生的各種相的轉(zhuǎn)變，稱為固態(tài)相變。它是金屬能進(jìn)行熱處理的理論基礎(chǔ)和前提。分類按相變過程中原子的運動特點分類擴(kuò)散型相變：一般均借助于原子的熱激活運動而進(jìn)行。

非擴(kuò)散型相變：轉(zhuǎn)變前后組元原子的運動不超過一個原子間距的轉(zhuǎn)變。按平衡狀態(tài)分類平衡相變：在緩慢加熱或冷卻時所發(fā)生的能獲得符合平衡相圖的平衡組織的相變稱為平衡相變。非平衡相變：加熱或冷卻速度很快時，固態(tài)材料可能發(fā)生某些平衡相圖上不能反映的轉(zhuǎn)變并獲得不平衡或亞穩(wěn)態(tài)的組織的轉(zhuǎn)變稱為非平衡轉(zhuǎn)變。1.6金屬固態(tài)相變的基本特征

金屬固態(tài)相變的三種基本變化：（1）結(jié)構(gòu)；（2）成分；（3）有序程度只有結(jié)構(gòu)的變化：多形性轉(zhuǎn)變，如馬氏體相變只有成分的變化：調(diào)幅分解a1+a2既有結(jié)構(gòu)又有成分上的變化：共析轉(zhuǎn)變，脫溶沉淀1.6.1固態(tài)相變的一般特征

固態(tài)相變的驅(qū)動力也為新相與母相的自由能差，與結(jié)晶過程相比，固態(tài)相變有其自身特點。1.6.1.1相界面按結(jié)構(gòu)特點可分為：共格界面、半共格界面、非共格界面圖1-3a)共格界面b)半共格界面c)非共格界面1.6.1.2慣習(xí)面和位向關(guān)系固態(tài)相變時，新相往往在母相的一定晶面上開始形成，這個晶面稱為慣習(xí)面。如：亞共析鋼中，在{111}γ析出先共析鐵素體------魏氏組織位向關(guān)系：新相與母相之間的某些低指數(shù)晶面和晶向往往存在一定的位向關(guān)系，以減小兩相間的界面能。{110}α//{111}γ

；<111>α//<110>γ

非共格相界面的體積（比容）應(yīng)變能（由于比容不同）：球狀最大，針狀次之，盤狀最小。兩相界面上不匹配也引起彈性應(yīng)變能，共格界面最大，半共格界面次之，非共格界面為零。圖1-4新相形狀與應(yīng)變能的關(guān)系1.7固態(tài)相變的形核1.7.1均勻形核形核時晶核在母相中無擇優(yōu)地均勻分布，稱為均勻形核。與凝固過程相比，增加了一項應(yīng)變能?G=V?Gv+Sσ+εV(1-1)其中?Gv----新舊相間單位體積自由能差σ----單位面積界面能ε----單位體積應(yīng)變能相變驅(qū)動力：V?Gv

，新舊相間自由能差相變阻力：Sσ+εV，界面能+應(yīng)變能設(shè)形成的新相晶核為球形對于r求導(dǎo)：圖1-5球形晶核的自由能變化可得臨界晶核尺寸：形成臨界晶核的形核功形核功：晶核長大到r*

所需克服的能壘，或所做的功。

固態(tài)相變的形核率

----單位體積母相中所形成的核心數(shù)N----單位體積母相中的原子數(shù)ν----原子振動頻率?G*----形核功Q----原子擴(kuò)散激活能

固態(tài)相變較難均勻形核1.7.2非均勻形核晶體缺陷儲存的能量可使形核功降低，促進(jìn)形核?G=V?Gv+Sσ+εV-?Gd(1-5)-?Gd----由于晶體缺陷消失所降低的能量晶體缺陷：空位、位錯、晶界（1.8固態(tài)相變的長大長大機制半共格界面的遷移半共格界面上存在位錯列要隨界面移動，位錯要攀移臺階側(cè)向移動，位錯可滑移圖1-11臺階長大機制（2）協(xié)同型長大機制無擴(kuò)散型相變，原子通過切變方式協(xié)同運動，相鄰原子的相對位置不變。如馬氏體相變，會發(fā)生外形變化，出現(xiàn)表面浮凸。新相和母相間有一定的位向關(guān)系。圖1-12馬氏體相變表面浮凸

1.9金屬的強化機制固溶強化如鋁合金細(xì)晶強化hall-petch關(guān)系位