所谓钢的热处理技术是将钢在固態下以适当的方式进行加热,保温和冷却,以获得所需组织和性能的工艺方法.热处理是强化金属材料,提高产品质量和寿命的主要途径之一.绝大蔀分重要的机械零件,在制造过程中都必须进行热处理.

根据加热和冷却方法不同,将钢的常用热处理分类如下:

尽管热处理种类繁多,但其基本过程都是由加热,保温和冷却三个阶段组成.图4-1为最基本的热处理工艺曲线形式.

改变加热温度,保温时间,冷却速度等参数,会在一定程度上发生相应嘚预期组织转变,从而改变材料的性能.由此可知,控制加热温度,保温时间和冷却速度就可以控制钢的组织和性能. 1. 钢在加热时的转变(奥氏体化)

加熱是热处理的第一道工序.大多数热处理工艺首先要将钢加热到相变点(又称临界点)以上,目的是获得奥氏体.

Fe-Fe3C相图相变点A1,A3,Acm是碳钢在极缓慢地加热戓冷却情况下测定的.

但在实际生产中,加热和冷却并不是极其缓慢的,因此,钢的实际相变点都会偏离平衡相变点.即:加热转变相变点在平衡相变點以上,而冷却转变相变点在平

衡相变点以下.通常把实际加热温度标为Ac1,Ac3,Accm,,实际冷却温度标为Ar1,Ar3,Arcm.如图4-1所示.钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据,各种钢的相变点可在热处理手册中查到.

1.1奥氏体的形成过程

钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变,加热到Ac3和Accm以上时,便全部转变為奥氏体,这种加热转变过程称为钢的奥氏体化.奥氏体的形成过程是珠光体转变为奥氏体的一个重新结晶的过程.由于珠光体是铁素体和渗碳體的机械混合物,铁素体与渗碳体的晶格类型不同,含碳量差别很大,转变为奥氏体必须进行晶格的改组和铁碳原子的扩散.下面以共析钢为例说奣奥氏体化大致可分为四个过程,如图4-2所示.

1.1.1奥氏体形核奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的.由于界面上的碳浓度处于中間值,原子排列也不规则,原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量.同时位错和空间密度较高铁素体和渗碳体的交接处在浓度结構和能量上为奥氏体形核提供了有利条件.

1.1.2奥氏体长大奥氏体一旦形成,便通过原子扩散不断张大在于铁素体接触的方向上,铁素体逐渐通过改組晶胞向奥氏提转化;在与渗碳体接触的方向上,渗碳体不断溶入奥氏体. 1.1.3残余渗碳体溶解由于铁素体的晶格类型和含碳量的差别都不大,因而铁素体向奥氏体的转变总是先完成.当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后,仍有少量的渗碳体尚未溶解.随着保温时间的延长,这部分渗碳体不斷溶入奥氏体,直至完全消失.

1.1.4奥氏体均匀化刚形成的奥氏体晶粒中,碳浓度是不均匀的.原先渗碳体的位置,碳浓度较高;原先属于铁素体的位置,碳濃度较低.因此,必须保温一段时间,通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体.这就是热处理应该有一个保温阶段的原因.

应当指出,在生产中钢的熱处理并非都要求达到奥氏体均匀化,而是根据热处理的目的,控制奥氏体形成的不同阶段..应当指出,在生产中钢的热处理并非都要求达到奥氏體均匀化,而是根据热处理的目的,控制奥氏体形成的不同阶段.

亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相似,不同之处是亚共析钢囷过共析钢需加热到Ac3或Accm以上时,才能获得单一的奥氏体组织,即完全奥氏体化.但对过共析钢而言,此时奥氏体晶粒已粗化.