第6章鋼的熱處理金屬工藝學本章學習要求:理解鋼在加熱、冷卻時的組織變化過程；了解各種熱處理的方式、目的以及應用；重點掌握普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）的基本工藝方法、目的和應用。熱處理的發(fā)展歷史戰(zhàn)國時青銅器具的熱處理工藝已達相當高水平：如越王勾踐的青銅寶劍。遼陽出土的西漢鋼劍，經金相檢測，發(fā)現(xiàn)其內部組織完全符合現(xiàn)在的淬火馬氏體組織。金屬材料進行熱處理的前提？金屬材料須具有固態(tài)相變的特性。以鋼鐵為例。熱處理的主要目的充分發(fā)揮金屬材料的潛力，提高其力學性能，改善其工藝性能。熱處理的在機械制造業(yè)中的重要地位工業(yè)用鋼是主要的金屬材料，占據工程材料的主導地位。鋼的熱處理：定義：將鋼在固態(tài)下以適當方式進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所需組織和性能的工藝過程。熱處理分類第一節(jié)鋼的熱處理基礎

一、概述碳鋼的平衡相變點A1、A3、Acm碳鋼在加熱時的臨界溫度為Ac1、Ac3、Accm碳鋼在冷卻時的臨界溫度為Ar1、Ar3、Arcm

加熱是熱處理工藝的首要步驟。多數(shù)情況下將鋼加熱到臨界溫度以上，使原有的組織轉變成奧氏體以后，再以不同的冷卻方式或速度轉變成所需要的組織，以獲得預期的性能。奧氏體的形成是通過形核和晶核的長大實現(xiàn)的。二、奧氏體的形成過程共析鋼科技開發(fā)研究中心2.3.1鋼的加熱轉變2、亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化與共析鋼有相似之處外，還有先共析的F和滲碳體的轉變鋼的奧氏體化的主要目的：獲得晶粒細小，成分均勻的A組織。3、A晶粒度及其影響因素A晶粒的大小對冷卻轉變后鋼的性能有很大影響。A晶粒的大小是評定熱處理加熱質量的主要指標之一。（1）晶粒度：表示晶粒大小的尺度。（2）A晶粒度的種類1、起始晶粒度：P剛剛全部轉變?yōu)锳時的晶粒度。一般細小而均勻。2、實際晶粒度：鋼在實際加熱或具體熱處理條件下獲得的A晶粒度的大小。一般比起始晶粒度大，其直接影響熱處理后性能。3、本質晶粒度：某種鋼在規(guī)定加熱條件下，A長大的傾向，并不是晶粒大小的實際度量。（3）影響A晶粒度的因素A的形成是通過形核和長大過程實現(xiàn)的合理地選擇加熱速度、加熱溫度和保溫時間成分（加入一些形成碳化物的合金元素）合理選擇原始組織

冷卻是熱處理更重要的工序。一、過冷奧氏體的轉變產物及轉變過程處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體（P）轉變、貝氏體（B）轉變和馬氏體（M）轉變三種類型轉變。6.2鋼在冷卻時的組織轉變科技開發(fā)研究中心

6.2鋼在冷卻時的組織轉變6.2.1過冷奧氏體及其轉變1.連續(xù)冷卻轉變——使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進行組織轉變。2.等溫冷卻轉變——使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到A1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)生組織轉變。

TTT曲線(C曲線)T---timeT---temperatureT---transformation一、共析鋼TTT曲線的建立時間—溫度—組織轉變關系曲線，簡稱“TTT”線。按溫度劃分三個區(qū)：高溫區(qū)：A1—550℃→珠光體型轉變（P）

中溫區(qū)：550℃—Ms→貝氏體型轉變（B）低溫區(qū)：Ms（230）以下→馬氏體型轉變（M）二、過冷奧氏體等溫轉變的產物的組織和性能

珠光體型轉變－Fe、C的擴散性相變(A1～550℃);A1～650℃:P;650～600℃:細片狀P→索氏體(S);600～550℃:極細片狀P→托氏體(T);

珠光體索氏體托氏體2.貝氏體型轉變－半擴散相變(550～230℃)——中溫轉變550～350℃形成上貝氏體，組織為過飽和片狀F＋滲碳體，呈羽毛狀，性脆無實用價值。350～230℃形成下貝氏體，組織為過飽和針狀F＋彌散碳化物，呈針片狀，綜合性能好。上貝氏體下貝氏體過飽和片狀F＋滲碳體過飽和針狀F＋彌散碳化物馬氏體轉變－非擴散相變，Ms以下,A→M

轉變特點:在一個溫度范圍內連續(xù)冷卻完成;轉變速度極快,即瞬間形核與長大;無擴散轉變(Fe、C原子均不擴散),M與原A的成分相同。奧氏體含碳量對馬氏體轉變溫度的影響過冷奧氏體轉變產物（共析鋼）

科技開發(fā)研究中心轉變類型轉變產物形成溫度，℃轉變機制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火2.3.2鋼的冷卻轉變三.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉變建立連續(xù)冷卻轉變圖，轉變圖分析上臨界冷卻速度下臨界冷卻速度6.3鋼的普通熱處理一般零件生產的工藝路線:一、退火概念：將工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷）的熱處理工藝，稱退火。分：完全退火、等溫退火、球化退火、去應力退化、再結晶退火等。1、完全退火（1）概念：將工件加熱到AC3+30-50℃完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡組織（P+F）的退火工藝。AA3Ac3完全退火P+F（2）目的：細化晶粒，提高性能；消除應力，防止變形；降低硬度。提高切削加工性。（3）應用：亞共析鋼；鑄件；鍛件；焊接件。2、球化退火（教學錄像）（1）概念：將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。A+Fe3CⅡP+Fe3CⅡAAc130-50℃完全退火球化退火加熱溫度Ac1+10-20℃（2）目的：↓HB，↑切削加工性（195HBS左右）；為淬火做準備。（3）應用：過共析鋼，模具鋼，合金工具鋼。500600A+Fe3CⅡP+Fe3CⅡAAc130—50℃完全退火球化退火3、去應力退火（1）概念：將工件加熱到500—600℃左右，保留一段時間，然后隨爐冷到200—300℃，再空冷的方法。去應力退火500600（2）目的：去除內應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形。（3）應用：鑄件，鍛造件，焊接件，切削加工件。二、正火AF+AA+Fe3CP+Fe3CSFPG1、概念：將工件加熱到奧氏體化狀態(tài)，然后在空氣中冷卻的熱處理工藝。2、加熱溫度：Ac3或Accm+30-50℃正火AccmAc330-50℃3、目的：細化晶粒，調整硬度，消除網狀Fe3C。4、應用：碳鋼件。正火比退火冷卻速度大。三、退火與正火的選擇1.使用性能：工件要求不高，用正火；形狀復雜、大件用退火。2.可加工性：低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼用球化退火。3.經濟性：正火——經濟；退火——工藝繁雜。四、鋼的淬火（教學錄像）一、淬火1、概念——將工件加熱到奧氏體化后以適當?shù)姆绞嚼鋮s獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。2、目的：提高硬度，高彈性和耐磨性。3、加熱溫度亞共析鋼：AC3+30-50℃過共析鋼：AC1+30-50℃AA+Fe3CⅡM+A'少M+Fe3CⅡ+A’很少4、保溫時間：太短——奧氏體化不均勻，出現(xiàn)軟點；太長——鋼件表面出現(xiàn)氧化、脫碳、晶粒粗大。5、淬火冷卻介質水：較快，易變形開裂。油：較慢，減少變形，如10#、20#機油。食鹽水：冷卻能力提高，加10%NaCI。五、鋼的淬透性網帶式淬火爐M量和硬度隨深度的變化淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達到的最高硬度，即硬化能力.淬透性的測定及其表示方法

1、淬透性的測定常用末端淬火法不同冷卻條件下的轉變產物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細A六、鋼的回火（教學錄像）回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝?；鼗鸬哪康模?、減少或消除淬火內應力。2、改善穩(wěn)定組織。3、獲得所需要的力學性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調整硬度、韌性。螺桿表面的淬火裂紋3、回火方法（組織轉變、性能、應用）（1）低溫回火

（150—250）℃；——獲得組織M回：58—65HRC；用于高碳鋼、工具鋼（刀具、量具、模具）、滾動軸承鋼。（2）中溫回火（350—500）℃；——回火后σb、σs

較高，內應力消除?；鼗鸾M織：T回；用于彈簧鋼制造的彈性件、鍛模。（3）高溫回火

(500—650)℃；——回火組織：S回；特點是綜合力學性能好。應用廣泛，汽車、拖拉機、機車，承受較大載荷的結構零件，如：軸、齒輪等。淬火+高溫回火稱調質處理，簡稱：調質。說明：①回火組織與等溫冷卻轉變組織的區(qū)別：S回、T回是粒狀，而S、T是片狀；②正火與調質硬度很接近，但結構件一般經調質而不正火后用，因調質綜合力學性能好。6.5鋼的表面熱處理

通過快速加熱與立即淬火冷卻相結合的方法來實現(xiàn)表硬、心韌表面淬火：通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化，然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。因此表面淬火是一種不改變鋼表層化學成分，但改變表層組織的局部熱處理工藝。化學熱處理：將零件置于一定的化學介質中，通過加熱、保溫，使介質中一種或幾種元素原子滲入工件表層，以改變鋼表層的化學成分和組織的熱處理工藝。

火焰加熱表面淬火一、表面淬火感應加熱表面淬火示意圖火焰加熱表面淬火設備簡單,操作方便,成本低；淬火質量不穩(wěn)定；適于單件、小批量及大型零件的生產。感應加熱表面淬火淬火件的質量好，工件變形??；不易氧化及脫碳，淬火層容易控制；生產率高，設備投資大；不適于復雜形狀零件和小批量生產。二、化學熱處理化學熱處理的基本過程:分解:

化學介質在高溫下釋放出待滲的活性原子。

2CO→CO2+〔C〕吸收:

活性原子被零件表面吸收和溶解。擴