1、金属热处理概述金属热处理概述第1页/共40页第2页/共40页第3页/共40页第4页/共40页第5页/共40页 第6页/共40页b ：第7页/共40页溶质原子与位错弹性交互作用的结果，溶质原子与位错弹性交互作用的结果，使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小点阵畸变，降使溶质原子趋于聚集在位错的周围，以减小点阵畸变，降低体系的能量。（它对位错有低体系的能量。（它对位错有“钉扎钉扎”作用）作用）第8页/共40页 双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。：第9页/共40页 在右图中，低碳钢的在右图中，低碳钢的s 与晶粒直径平方根的倒数与晶粒直径平方根的倒
2、数呈线性关系，可用下式表示：呈线性关系，可用下式表示：s 0+Kd1/2 HallPetch公式公式细晶强化理论的提出：细晶强化理论的提出：（1）针对不同常规材料，探索抑制其晶粒长大的办法。）针对不同常规材料，探索抑制其晶粒长大的办法。（2）在世界范围掀起了研究纳米材料的狂潮。）在世界范围掀起了研究纳米材料的狂潮。可以实现在提高材料强度的同时，也改善材料的塑性可以实现在提高材料强度的同时，也改善材料的塑性和韧性，获得最佳的强韧性配合。和韧性，获得最佳的强韧性配合。第10页/共40页 ：加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，强强度、硬度升高；塑性
3、、韧性下降的现象。加工硬化（冷度、硬度升高；塑性、韧性下降的现象。加工硬化（冷变变形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。曲线分为三阶段曲线分为三阶段1）易滑移阶段（位错少干扰）易滑移阶段（位错少干扰）2）线性硬化阶段（位错塞积）线性硬化阶段（位错塞积）3）抛物线硬化阶段（螺旋位错）抛物线硬化阶段（螺旋位错 启动，位错密度下降）启动，位错密度下降）第11页/共40页加工硬化的实质加工硬化的实质：是金属塑性变形时内部产生滑移，使是金属塑性变形时内部产生滑移，使晶粒变形和细化亚组织，因而产生大量的位错，晶格严重晶粒变形和细化亚组织，因而产生大量的
4、位错，晶格严重畸变，内部应力增加，其宏观效应就是加工硬化。畸变，内部应力增加，其宏观效应就是加工硬化。第12页/共40页 ：时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。第13页/共40页 通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布，可以阻通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布，可以阻碍合金内部的位错运动，从而提高合金强度的方法。碍合金内部的位错运动，从而提高合金强度的方法。第二相一般指各种化合物质点。第二相一般指各种化合物质点。生产中可通过对马氏体进行回火的方法获
5、得弥散分布生产中可通过对马氏体进行回火的方法获得弥散分布 的第二相；的第二相；也可通过共晶化合物进行热压力加工获得；也可通过共晶化合物进行热压力加工获得；还可通过共析反应获得；还可通过共析反应获得；另外还可通过粉末冶金方法获得。另外还可通过粉末冶金方法获得。第14页/共40页 以钢中以钢中Fe3C的形态与分布为例：的形态与分布为例：a：过共析钢中，：过共析钢中，Fe3C呈连续网状分布在呈连续网状分布在晶界上。晶界上。塑性、强度下降。塑性、强度下降。b：珠光体中，：珠光体中，Fe3C与铁素体呈平行间隔分布。与铁素体呈平行间隔分布。塑性、强度较高。塑性、强度较高。（要求珠光体细小，片层间距小）（要
6、求珠光体细小，片层间距小）c：共析钢或过共析钢经球化退火后，共析钢或过共析钢经球化退火后，Fe3C呈颗粒呈颗粒 状分布在状分布在晶界上。晶界上。强度下降，塑性上升，便于加工。强度下降，塑性上升，便于加工。第15页/共40页 颗粒直径颗粒直径第二相含量（体积分数）第二相含量（体积分数）第二相的分布状态第二相的分布状态第16页/共40页 ：利用两种或两种以上的强化方法，来达到塑性金属利用两种或两种以上的强化方法，来达到塑性金属材料强化的目的。材料强化的目的。第17页/共40页普通热处理：退火、正火、淬火和回火、普通热处理：退火、正火、淬火和回火、固溶时效；固溶时效；表面热处理：表面淬火；表面热处理
7、：表面淬火；改变组织，不改变改变组织，不改变成分。成分。化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属等。化学热处理：渗碳、渗氮、渗金属等。不仅改变组织，而不仅改变组织，而且改变成分。且改变成分。第18页/共40页第19页/共40页第20页/共40页旧相旧相新相新相特点：特点：界面能小，弹性畸变能大界面能小，弹性畸变能大第21页/共40页(2)(2)半共格界面半共格界面 新、旧相之间存在少量位错，除此之外的晶体新、旧相之间存在少量位错，除此之外的晶体结构和点阵常数均能使两相原子之间产生完全匹配。结构和点阵常数均能使两相原子之间产生完全匹配。第22页/共40页(3)(3)非共格界面非共格界面 新、旧相界面处原子
8、排列差别很大新、旧相界面处原子排列差别很大,两原子之间两原子之间匹配关系不再维持匹配关系不再维持,为非共格界面。为非共格界面。特点：特点：界面能大，弹性畸变能小界面能大，弹性畸变能小第23页/共40页界面能：非共格界面能：非共格半共格半共格共格共格弹性畸变能：非共格弹性畸变能：非共格半共格半共格共格共格第24页/共40页2 2、新旧相之间存在一定位向关系与惯习面、新旧相之间存在一定位向关系与惯习面 新、旧相之间存在一定位向关系新、旧相之间存在一定位向关系,并且新相往往在旧相的一并且新相往往在旧相的一定晶面上开始形成定晶面上开始形成,这个晶面称为惯习面这个晶面称为惯习面.惯习面指母相的某一主平面
9、；惯习面指母相的某一主平面；位向关系指新相的某些晶面、晶向位向关系指新相的某些晶面、晶向旧相的某些晶面、旧相的某些晶面、晶向晶向 若两相间为（半）共格界面若两相间为（半）共格界面 但反过来不成立！但反过来不成立！若无取向关系若无取向关系 有取向关系有取向关系必为非共格界面必为非共格界面第25页/共40页3 3、弹性应变能、弹性应变能 相界面上原子强制匹配引起的弹性应变能相界面上原子强制匹配引起的弹性应变能 共格半共格非共格共格半共格非共格 新、旧相比容不同体积变化产生弹性应变能新、旧相比容不同体积变化产生弹性应变能 弹性应变能和界面能共同构成金属发生固态相变的弹性应变能和界面能共同构成金属发生
10、固态相变的阻力阻力第26页/共40页第27页/共40页第28页/共40页第29页/共40页（不同类型，具有不同界面能和应变能）（不同类型，具有不同界面能和应变能）第30页/共40页22*)()(274avEGG)exp(*KTQGNI 形核自由焓变化形核自由焓变化:临界形核功临界形核功:形核率：形核率：avEnanGnG2/3固态相变中均匀形核的可能性很小。固态相变中均匀形核的可能性很小。第31页/共40页界面形核界面形核位错形核位错形核空位形核空位形核缺陷提供的相变驱动力缺陷提供的相变驱动力固态相变中均匀形核几乎不可能，大多为非均匀形核。固态相变中均匀形核几乎不可能，大多为非均匀形核。dav
11、GEnanGnG2/3第32页/共40页二、非均匀形核二、非均匀形核界面界面界棱界棱界隅界隅界隅界隅界棱界棱界面界面均匀形核均匀形核第33页/共40页二、非均匀形核二、非均匀形核第34页/共40页二、非均匀形核二、非均匀形核第35页/共40页 新相晶核的长大，新相晶核的长大，实质是界面向母相方向的迁移。实质是界面向母相方向的迁移。成分变化成分变化结构变化结构变化原子扩散，伴随传质过程。原子扩散，伴随传质过程。界面过程界面过程/界面附近原子调整位置，界面附近原子调整位置，使晶核得以长大的过程。使晶核得以长大的过程。大多数固态相变，晶核长大时界面过程中原子大多数固态相变，晶核长大时界面过程中原子的运动是混乱的，叫做的运动是混乱的，叫做非协调型长大非协调型长大。有些固态相变，例如马氏体转变，晶核长大过有些固态相变，例如马氏体转变，晶核长大过程中界面旁边旧相中的原子通过有规律的运动程中界面旁边旧相中的原子通过有规律的运动来调整位置，结构改变后，原子原来的相邻关来调整位置，结构改变后，原子原来的相邻关系不变，叫做系不变，叫做协同型长大协同型长大。第36页/共40页2 2、相界面上位错的滑动、相界面上位错的滑动三、晶核的长大三、晶核的长大第37页/共40页第38页/共40页第39页/共40页感谢您的观看！感谢您的观看！第40页/共40页
