燃?xì)廨啓C(jī)材料基礎(chǔ)第五章鋼的熱處理熱處理：通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要性能的一種加工工藝。Tt隨爐冷卻空冷油冷加熱保溫（１）鋼筋繞成彈簧狀；（２）加熱鋼筋至紅熱，急劇冷卻；（３）將（２）鋼筋再次加熱（溫度相對低）冷卻。彈簧熱處理過程為什么彈簧狀鋼筋加熱到紅熱急冷后變得又硬又脆？為什么再次加熱和冷卻后變得剛?cè)嵯酀?jì)，成為真正的彈簧？熱處理熱處理原理熱處理原理熱處理工藝加熱轉(zhuǎn)變→奧氏體轉(zhuǎn)變冷卻轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變常見熱處理工藝普通熱處理表面熱處理退火淬火（Zhan通蘸）正火回火表面淬火化學(xué)熱處理實際生產(chǎn)中的臨界點§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變§5.2

鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變§5.3

鋼的退火和正火§5.4鋼的淬火§5.5鋼的回火§5.6鋼的表面淬火§5.7鋼的化學(xué)熱處理§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成過程共析鋼的奧氏體形成過程：奧氏體的形核奧氏體晶核的長大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化晶體結(jié)構(gòu)的改變：bcc→fccFe、C原子的擴(kuò)散奧氏體等溫形成動力學(xué)

為了獲得各溫度下奧氏體的形成速度，可將共析碳鋼小試樣迅速加熱到Ac1以上不同溫度，如730℃、745℃、765℃、800℃等等，并在每一個溫度下保持一系列不同時間，如1、10、40、100、……s，然后在鹽水中急冷到室溫。測出上述各個試樣中馬氏體的數(shù)量，這些馬氏體量就相當(dāng)于高溫下所形成的奧氏體量。

根據(jù)所測結(jié)果，作出各溫度下奧氏體形成量和時間的關(guān)系曲線，即為奧氏體等溫形成動力學(xué)曲線。為便于使用，通常把不同溫度下轉(zhuǎn)變相同數(shù)量所需的時間繪在溫度―時間圖上，此即為奧氏體等溫形成圖。共析碳鋼奧氏體等溫形成圖奧氏體等溫形成動力學(xué)曲線(示意圖)

從圖可以看出：

(1)在高于Ac1溫度保溫時，奧氏體并不立即形成，而是需要經(jīng)過一定孕育期之后才開始形成。溫度愈高，孕育期愈短。

(2)奧氏體形成速度在整個過程中是不同的，開始時速度較慢，以后速度逐漸加大，當(dāng)奧氏體形成量大于50%以后，速度又開始減慢。

(3)溫度愈高，形成奧氏體所需要的全部時間愈短，即奧氏體形成速度愈快。

(4)在整個奧氏體形成過程中，殘留碳化物的溶解，特別是成分均勻化所需的時間最長。亞共析鋼的A化：P→A后，先共析F溶解

過共析鋼的A化：

P→A后，F(xiàn)e3CⅡ

溶解§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變二.、影響奧氏體形成速度的因素

奧氏體形成速度與加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。加熱溫度越高，奧氏體形成速度越快加熱速度越快，奧氏體形成速度越快含碳量增加，利于奧氏體加速形成合金元素顯著影響奧氏體的形成速度組織（珠光體）越細(xì)，奧氏體形成速度越快鈷、鎳等↑；鉻、鉬、釩等↓；硅、鋁、錳等－。§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及其影響因素1.奧氏體晶粒度：

起始晶粒度

實際晶粒度

本質(zhì)晶粒度奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶粒大小奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小特定條件下鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性，并不代表具體的晶粒大小特定條件930±10℃，保溫8h傾向性本質(zhì)粗晶粒鋼（Mn，Si）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（Al）§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明顯。晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻礙作用，使奧氏體晶粒長大傾向減小。合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大。2.影響奧氏體晶粒長大的因素§5.1鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變返回一、奧氏體晶核的形成(α+Fe3C)→

γ0.0218%C6.69%C0.77%C

體心立方復(fù)雜斜方面心立方奧氏體晶核在鐵素體和滲碳體相界面處較易形成，其原因為：

(1)在鐵素體和滲碳體兩相界面處，碳原子濃度相差較大，有利于獲得形成奧氏體晶核所需的碳濃度；奧氏體形成的機(jī)理

(2)在鐵素體和滲碳體兩相界面處，原子排列不規(guī)則，鐵原子有可能通過短程擴(kuò)散由舊相的點陣向新相的點陣轉(zhuǎn)移，促使奧氏體成核；

(3)在鐵素體與滲碳體兩相界面處形核是在已有的界面上形核，形核時只是將原有界面變?yōu)樾陆缑?，總的界面能變化較小，需要增加的應(yīng)變能也較小，并且兩相界面處畸變能較高。二、奧氏體晶體的長大圖1-3共析鋼奧氏體形成時各相碳濃度的分布三、殘留碳化物的溶解四、奧氏體成分均勻化圖1-4珠光體向奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程示意圖五、亞(或過)共析鋼中奧氏體的形成燃?xì)廨啓C(jī)材料基礎(chǔ)§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1.奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即發(fā)生轉(zhuǎn)變呢？2.不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織呢？第二章鋼的冷卻轉(zhuǎn)變冷卻方式：1.等溫冷卻把加熱到A狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于Ar1某一溫度，等溫一段時間，使A發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。2.連續(xù)冷卻把加熱到A狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度（空冷，隨爐冷，油冷，水冷）連續(xù)冷卻到室溫。2-1過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線表45鋼經(jīng)840℃加熱后，不同條件冷卻后的力學(xué)性能冷卻方法σb,MPaσs,MPaδ，%ψ，%HRC隨爐冷卻53028032.549.315～18空氣冷卻670～72034015～1845～5018～24油中冷卻90062018～204845～60水中冷卻11007207～812～1452～6一過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線的建立過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線：在各種過冷度下，過冷奧氏體向其他組織轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變量與恒溫保溫時間的關(guān)系曲線。（TTT）（C曲線）TTT－TemperatureTimeTransformation方法：金相-硬度法、膨脹法、磁性法、熱分析法等。步驟:（1）選擇一系列試樣，將試樣加熱奧氏體化；（2）將試樣在A1點下不同溫度保溫不同時間；（3）淬水冷卻，以保留，固定轉(zhuǎn)變產(chǎn)物；（4）確定各溫度、時間下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變量；（5）建立轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物、轉(zhuǎn)變量的關(guān)系曲線。共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖(1)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖(2)二過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物動力學(xué)曲線及特點過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖（TTT圖）

過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線又稱TTT圖,IT圖或C曲線。綜合反映了過冷奧氏體在冷卻時的等溫轉(zhuǎn)變溫度、等溫時間和轉(zhuǎn)變量之間的關(guān)系（即反映了過冷奧氏體在不同的過冷度下等溫轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變開始時間、轉(zhuǎn)變終了時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型、轉(zhuǎn)變量與等溫溫度、等溫時間的關(guān)系）。

TTT－TemperatureTimeTransformationIT－IsothermalTransformation1、過冷A等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖的基本形式

（一）共析鋼的C曲線分析

1.線、區(qū)的意義

線：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時間，臨界點A1線，MS線，Mf線，轉(zhuǎn)變開始線，轉(zhuǎn)變終了線。

區(qū)：A1以上為穩(wěn)定A區(qū)，過冷A區(qū)，過冷A等溫轉(zhuǎn)變區(qū)（A→P、A→B），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（P、B），M形成區(qū)（A→M）、M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（M或M+Ar）孕育期最短的部位，即轉(zhuǎn)變開始線的突出部分，稱為鼻子。

共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1～550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550～230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230～-50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf2.轉(zhuǎn)變產(chǎn)物依等溫溫度不同，大體可分為三個溫度區(qū)(轉(zhuǎn)變類型)：

(1).P型轉(zhuǎn)變：高溫區(qū)（臨界點A1～550℃）、過冷度小，P型組織轉(zhuǎn)變區(qū)，A→P；擴(kuò)散型相變

(2).M型轉(zhuǎn)變：低溫區(qū)（在MS以下）、過冷度大，發(fā)生M轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→M；非擴(kuò)散型相變

(3).B型轉(zhuǎn)變：中溫區(qū)（550℃～MS），發(fā)生B轉(zhuǎn)變的區(qū)域，A→B。半擴(kuò)散型相變

需要指出的是，在中部區(qū)域P轉(zhuǎn)變區(qū)和B轉(zhuǎn)變區(qū)可能重疊，得到P和B的混合組織；在下部區(qū)域M轉(zhuǎn)變和B轉(zhuǎn)變可能重疊，得到M和B的混合組織；孕育期：過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始所經(jīng)歷的時間，反映了過冷奧氏體的穩(wěn)定性§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變珠光體貝氏體馬氏體為什么呈C字形（存在鼻點）？過冷奧氏體轉(zhuǎn)變速度取決于轉(zhuǎn)變驅(qū)動力和擴(kuò)散能力，而△T↑，△G↑，D↓。在A1~550℃區(qū)間,隨過冷度增大,原子擴(kuò)散較快,轉(zhuǎn)變速度較快。550℃以下,隨過冷度增大,原子擴(kuò)散速度越來越慢,因而轉(zhuǎn)變速度減慢。

（二）非共析鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲圖對亞共析鋼在發(fā)生P轉(zhuǎn)變之前有先共析F析出，因此亞共析鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線在左上角有一條先共析F析出線，且該線隨含碳量增加向右下方移動，直至消失。

對過共析鋼在發(fā)生P轉(zhuǎn)變之前有先共析滲碳體析出，因此過共析鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線在左上角有一條先共析滲碳體析出線，且隨含碳量增加向左上方移動，直至消失。

（三）合金鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線合金鋼的過冷A等溫轉(zhuǎn)變曲線由于受碳和合金元素的影響，圖形比較復(fù)雜。

常見的C曲線有四種形狀：

(a)表示A→P和A→B轉(zhuǎn)變線重疊；

(b)表示轉(zhuǎn)變終了線出現(xiàn)的二個鼻子；

(c)表示轉(zhuǎn)變終了線分開，珠光體轉(zhuǎn)變的鼻尖離縱軸遠(yuǎn)；

(d)表示形成了二組獨立的C曲線。綜上所述，C曲圖為珠光體等溫轉(zhuǎn)變、馬氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變、貝氏體等溫轉(zhuǎn)變的綜合。需指出的是珠光體轉(zhuǎn)變和貝氏體轉(zhuǎn)變可能重疊得到珠光體加貝氏體混合組織。貝氏體轉(zhuǎn)變與M轉(zhuǎn)變也會疊。

影響過冷奧氏體C曲線形狀的因素

A的成分：Wc和合金元素奧氏體狀態(tài)：奧氏體晶粒大小的影響、加熱溫度和保溫時間、原始組織應(yīng)力塑性變形

影響C曲線的因素1.含碳量的影響隨著奧氏體C%增加，過冷奧氏體穩(wěn)定性提高，“C”曲線右移；當(dāng)C%增加到共析成分，過冷奧氏體穩(wěn)定性最高。隨著C%進(jìn)一步增加，奧氏體穩(wěn)定降低，“C”曲線反而左移。同時C%越高，Ms點越低。2.合金元素影響

除Co、Al外，所有合金元素都增大過冷奧氏體穩(wěn)定性，使“C”曲線右移。非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等和弱碳化物形成元素如Mn只改變“C”曲線位置；碳化物形成元素如Cr、Mo、V、W、Ti等既使“C”曲線右移，又使其形狀分成上下兩部分。3.奧氏體晶粒尺寸：奧氏體晶粒與奧氏體化條件有關(guān)，加熱溫度高保溫時間長，奧氏體晶粒粗大，成分均勻性提高，奧氏體穩(wěn)定性增加，“C”曲線右移。反之“C”曲線左移。4.原始組織：鋼的原始組織越細(xì)小，單位體積內(nèi)晶界越多，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的形核率越高，同時原始組織越細(xì)小有利于C原子擴(kuò)散，奧氏體形成時達(dá)到均勻化時間短，相對長大時間長，相同條件下易使奧氏體長大并且均勻性提高，“C”曲線右移。5變形：奧氏體比容最小，馬氏體比容最大，奧氏體轉(zhuǎn)變時體積膨脹，施加拉應(yīng)力加速其轉(zhuǎn)變，使“C”曲線左移，施加壓應(yīng)力不利其轉(zhuǎn)變，使“C”曲線右移。三、TTT曲線的類型第一種：兩組C曲線完全重迭，如亞共析碳鋼、含非碳化物形成元素Ni、Cu、Si、<1.5%Mn的合金鋼兩組C曲線部分重迭，但2個鼻子時間基本相同（不常見），如37CrSi.第二、三種：兩組C曲線分離，且兩組C曲線鼻子對應(yīng)的時間有差異。如20Cr、40Cr、12Cr2Ni4、40CrNi、35CrMo、40CrMn（B的時間短）（含少量碳化物形成元素）；GCr15、9Cr、9Cr2、CrMn、CrW、CrWMn（P的時間短）。

第四種：兩組C曲線完全分離，P明顯右移，只有B轉(zhuǎn)變曲線。如：45Cr3、40Cr2Ni4、35CrNi3Mo、5CrNiMo、5CrNiMoV、3Cr2W8

第五種：兩組C曲線完全分離，B明顯右移，只有P轉(zhuǎn)變曲線。如：Cr12，Cr5MoV，Cr12MoV，W18Cr4V第六種：兩組C曲線強(qiáng)烈右移，0℃?Ms，室溫以上只有碳化物析出線而不出現(xiàn)C曲線。如：4Cr14Ni14W2Mo2.2過冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能1.珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能

在A1～550℃之間，過冷奧氏體（A）→珠光體（P：F+Fe3C）

過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過形核和長大的過程來完成的；珠光體轉(zhuǎn)變是一個擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（Fe、C原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變1）珠光體轉(zhuǎn)變特征

共析鋼成分易在奧氏體晶界處形核先、過共析鋼在先析相上形核

Fe原子的擴(kuò)散，完成γ相（面心立方）向α相（體心立方）的轉(zhuǎn)變

C原子的擴(kuò)散，γ相→α相過程中多余的C原子以Fe3C形式析出F滲碳體片間距：相鄰兩片滲碳體中心之間的距離

一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱為片狀珠光體；2）珠光體的組織形態(tài)與性能

隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距減小，強(qiáng)硬度提高，塑韌性也有改善

按照片間距的大小，可將片狀珠光體分為珠光體P，索氏體S和托氏體T（屈氏體），片間距P﹥S﹥T；珠光體P3800×索氏體S8000×屈氏體T8000ק5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度（℃）片間距（nm）硬度（HRC

）珠光體（P）720～680250～19005～25索氏體（S）680～60080～25025～35托氏體（T）600～55030～8035～40

相同成分條件下，粒狀珠光體的強(qiáng)硬度較低，塑韌性較好片狀珠光體粒狀珠光體§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

除片狀珠光體外，還存在球狀（粒狀）珠光體滲碳體呈細(xì)小的粒狀或球狀分布在鐵素體基體上返回2.貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的組織形態(tài)與性能

鋼的過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴(kuò)散型相變，稱之為貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。1）貝氏體轉(zhuǎn)變特征

在珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間，過冷奧氏體（A，γ相）→貝氏體（B，過飽和α相+碳化物）

半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間；

貝氏體形成時會產(chǎn)生表面浮凸§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

Fe原子不擴(kuò)散，切變完成晶格改組；

C原子擴(kuò)散，析出碳化物2）貝氏體的形貌及性能（上貝氏體、下貝氏體）上貝氏體形貌：羽毛狀，由成束的、大體上平行的板條狀鐵素體和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體所組成的非片層狀組織。上貝氏體性能：強(qiáng)度和韌性差光學(xué)顯微照片1300×電子顯微照片5000×45鋼，上B+下B，×400

§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變下貝氏體——針片狀，鐵素體針片內(nèi)規(guī)則地分布著細(xì)片狀碳化物。下貝氏體強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性均高于上貝氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能F針內(nèi)定向分布著細(xì)小碳化物顆粒電子顯微照片12000×T8鋼，下B，黑色針狀光學(xué)顯微照片×400§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變3馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體的組織形態(tài)與性能低溫轉(zhuǎn)變----M轉(zhuǎn)變(C在α--Fe中過飽和固溶體)

Ms→MfHRC=62~65馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體的組織形態(tài)與性能

馬氏體轉(zhuǎn)變是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，來不及發(fā)生擴(kuò)散分解而產(chǎn)生的無擴(kuò)散型的相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為馬氏體。在Ms點以下，過冷奧氏體（A，γ相）→馬氏體（M，α相）

馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴(kuò)散性

馬氏體轉(zhuǎn)變的瞬時性，轉(zhuǎn)變速度很快（低碳馬氏體100mm/s）1）馬氏體轉(zhuǎn)變特征§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變Fe原子通過切變和原子的微小調(diào)整來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變（fcc→bcc）；

C原子不擴(kuò)散，保留在α相中；馬氏體轉(zhuǎn)變過程中出現(xiàn)表面浮凸效應(yīng)。

馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性，馬氏體轉(zhuǎn)變具有很大的體積效應(yīng)，造成較大的內(nèi)應(yīng)力M轉(zhuǎn)變在不斷的降溫過程中形成，至Mf溫度，M轉(zhuǎn)變終止，但仍保留部分殘余奧氏體；一般生產(chǎn)中快速冷卻的室溫（Ms和Mf溫度之間），保留更多的殘余奧氏體，高碳鋼可達(dá)10-15%；

存在殘余奧氏體，對材料的穩(wěn)定性有很大影響。

馬氏體是C在a-Fe中過飽和間隙固溶體，過飽和的C原子處在體心立方的八面體間隙中，體心立方→體心正方，具有一定的正方度2）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)及組織形態(tài)鐵原子碳原子可能位置鐵原子的振動范圍C%<0.25%，板條M（位錯M）C%>1.0%，針狀M（孿晶M）C%=0.25~1.0%時，混合M板條M

每個單元呈窄而細(xì)長的板條，許多板條總是成群地、相互平行地連在一起針狀M（凸透鏡狀）

空間形態(tài)為雙凸透鏡片狀，相鄰的馬氏體片一般不互相平行，而是呈一定交角分布§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

鋼中馬氏體的形態(tài)主要為板條狀和針片狀馬氏體

其它形態(tài)的馬氏體

蝶狀馬氏體：蝴蝶形斷面的細(xì)長條片

薄片狀馬氏體：立體組織薄片狀，顯微組織細(xì)長的帶狀

ε馬氏體：具有密排六方結(jié)構(gòu)的馬氏體

較高的強(qiáng)度和硬度，C%↑→M硬度↑低碳M塑韌性較好，高碳M，塑韌性差，并且存在顯微裂紋。盡可能細(xì)化奧氏體粒度，是細(xì)化馬氏體晶粒提高馬氏體韌性的有效手段時效強(qiáng)化§5.2鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變3）馬氏體的性能固溶強(qiáng)化亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)硬度高2.3過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動力學(xué)

過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（又稱CCT圖或CT圖）：綜合反映了過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度、時間和轉(zhuǎn)變量之間的關(guān)系（即反映了過冷奧氏體在不同的冷卻速度下轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變開始時間、轉(zhuǎn)變終了時間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物類型、轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系）。

CCT－ContinuousCoolingTransformation

冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響基本形式

（一）共析鋼CCT圖分析共析鋼過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖的基本形式如圖，該圖的縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時間，采用對數(shù)坐標(biāo)。

1、線、區(qū)的意義

線：縱坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為時間，A1線，MS、Mf線、P轉(zhuǎn)變開始線，P轉(zhuǎn)變終了線，P轉(zhuǎn)變中止線。

區(qū)：穩(wěn)定A區(qū)，過冷A區(qū)，過冷A連續(xù)冷卻P轉(zhuǎn)變區(qū)（A→P），M形成區(qū)（A→M）、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（P、M）。

注意：共析鋼的過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖無貝氏體轉(zhuǎn)變一冷卻速度對轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的影響當(dāng)V>Vc時，A過→M當(dāng)V<Vc’時，A過→P當(dāng)Vc<V<Vc’時，A過→M+P實際中由于CCT曲線測量難，可用TTT曲線代替CCT曲線作定性分析，判斷獲得M的難易程度。二亞共析鋼、過共析鋼的連續(xù)冷卻曲線

(二）非共析鋼CCT圖分析

1.亞共析鋼CCT圖亞共析鋼CCT圖與共析鋼CCT圖有很大的差別，亞共析鋼CCT圖出現(xiàn)了先共析F析出區(qū)和貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。馬氏體轉(zhuǎn)變開始線與等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖不同，MS不再為水平線，而是向右下側(cè)傾斜，這是由于珠光體與貝氏體的轉(zhuǎn)化，使奧氏體得到富化，而使MS降低的緣故。

35CrMo鋼的過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖，圖內(nèi)有各種產(chǎn)物存在的區(qū)域和各種速度的冷卻曲線。冷卻曲線終端的小圓圈內(nèi)數(shù)字為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的硬度值，可為洛氏硬度或維氏硬度。

冷卻曲線與轉(zhuǎn)變終了線交點處的數(shù)字為該產(chǎn)物所占的百分?jǐn)?shù)。根據(jù)各冷卻曲線通過的區(qū)域及其與轉(zhuǎn)變終了線交點處的數(shù)字，就可斷定在該冷速下冷卻可得到的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其所占的百分?jǐn)?shù)。

2.過共析鋼CCT圖過共析鋼CCT圖與共析鋼CCT圖相似，無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，不同的是出現(xiàn)了先共析Fe3C析出區(qū)。MS也不為水平線，而是向右上側(cè)傾斜，這是由于馬氏體轉(zhuǎn)變前有先共析Fe3C析出或部分珠光體轉(zhuǎn)變，使周圍奧氏體貧碳，而使MS升高的緣故。

三、共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線1、CCT曲線相對于TTT圖向右下方移動

2、CCT曲線只有相當(dāng)于TTT圖上半部分

3、共析、過共析鋼的CCT圖上不出現(xiàn)B相變。

4、轉(zhuǎn)變在一個溫度范圍內(nèi)完成，往往獲得混合組織

主要由于C%高，B體相變需要擴(kuò)散較多碳原子，相變速度太慢，從而在實際冷卻條件下，難以實現(xiàn)相變對成分的要求。母相C%高，導(dǎo)致切變阻力增大，難以實現(xiàn)按切變機(jī)制實現(xiàn)點陣改組的模式。Ms線發(fā)生曲折F先析出，B相變，使A的C%↑，使之向下曲折（Ms下降）。部分P相變，使A的C%↓，Ms↑，向上曲折。

5、存在臨界冷卻速度（Vc）過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線的應(yīng)用1.從CCT曲線可以知道不同冷卻速度下所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)變以及應(yīng)得的組織和性能，可以確定鋼的臨界冷卻速度。2.根據(jù)TTT曲線可以確定等溫淬火、分級淬火、等溫退火等熱處理規(guī)程。3.利用TTT曲線替代CCT曲線，可以定性研究過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變復(fù)習(xí)題1.過冷奧氏體轉(zhuǎn)變有那些類型？受那些元素影響？2.共析鋼C曲線上各線、區(qū)域的意義，解釋為何C形？3.影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的因素有那些？燃?xì)廨啓C(jī)材料基礎(chǔ)§5.3鋼的退火和正火§5.3

鋼的退火和正火

銅棒?24mm如何消除拉拔過程中的硬化現(xiàn)象？

電纜線?0.15mm

切削件的硬度在170～230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。

刀具具有較高的韌性時，不容易發(fā)生崩刃。切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？季裂加工過程（鑄、鍛、焊、切削）產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力如何消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力？§5.3

鋼的退火和正火在實際的制造過程中，常見的工藝路線如：退火和正火是應(yīng)用最為廣泛的熱處理工藝??！

為什么將其安排在鑄/鍛造與切削加工之間呢?為什么退火與正火有著非常廣泛的應(yīng)用?§5.3

鋼的退火和正火

在鑄造/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能也不均勻，還會導(dǎo)致以后淬火時的變形和開裂。也會存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響后續(xù)的切削加工性能。經(jīng)過退火和正火后，便可得到細(xì)而均勻的組織，并消除應(yīng)力，改善鋼件的機(jī)械性能并為隨后的淬火作了準(zhǔn)備經(jīng)過退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時，退火或正火常作為最終熱處理。

§5.3

鋼的退火和正火一.鋼的退火

二.鋼的正火三.退火和正火的選擇§5.3

鋼的退火和正火

2退火的分類：高溫退火（相變重結(jié)晶退火）

T加熱>Ac1(2)

低溫退火完全退火不完全退火與球化退火等溫退火擴(kuò)散退火T加熱<Ac1去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火去氫退火工藝參數(shù):定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。目的：減輕鋼的成分及組織的不均勻性，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，為淬火作組織準(zhǔn)備返回§5.3

鋼的退火和正火（1）完全退火TtAc3+20-30oCAc3Ac1工藝規(guī)范特點：工藝：完全奧氏體化；組織：層片狀珠光體。適用范圍：含碳0.30~0.60%的中碳鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備熱處理。名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認(rèn)為完全退火應(yīng)該具體在哪一個溫度段保溫？問題1:在相圖的哪一個區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？完全退火的目的：①細(xì)化、均勻化，粗大、不均勻組織②得到接近平衡組織→調(diào)整硬度→切削性③消除內(nèi)應(yīng)力§5.3

鋼的退火和正火加熱溫度：Ac3以上20-30度溫度過高：奧氏體晶粒粗大，綜合機(jī)械性能下降（霍爾佩奇公式）溫度過低：不能得到均勻的單相奧氏體，溫度較低熱處理效率低?！?.3

鋼的退火和正火

對結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、熱作模具鋼等的完全退火退火加熱速度取100～200℃/h，保溫時間如下式：τ=8.5+Q/4（h）對于亞共析鋼鍛軋鋼材完全退火主要是消除鍛后的組織及硬度的不均勻性,改善切削加工性能,為后續(xù)的熱處理做好組織準(zhǔn)備.保溫時間:τ=(3~4)+(0.4~0.5)Q(h)冷卻速度:一般碳鋼小于200℃/h，而碳鋼,低合金鋼:100℃/h高合金鋼:50℃/h出爐溫度:600℃以下晶粒細(xì)化的原因：完全退火→相變重結(jié)晶過程.α→γ→ααγα40鋼退火前后金相組織——晶粒細(xì)化

45#鋼鍛后與完全退火后機(jī)械性能

狀態(tài)σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)

ψ(%)

αk(kJ.m-2)HB鍛后650－750300－4005－1520－40200－400230完全退火600－700300－35015－2040－50400－600200完全退火后強(qiáng)硬度有所下降，而塑韌性較大幅度提高應(yīng)用范圍：亞共析鋼，共析鋼，

不適用于過共析鋼。

答：完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱到Accm以上再緩慢冷卻時會得到平衡組織，即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。反問：過共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體問題：為什么不適用于過共析鋼呢？§5.3

鋼的退火和正火完全退火組織P+F問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？返回§5.3

鋼的退火和正火（2）球化退火——不完全退火的一種

Ac1+20-30oCAcm

或Ac3Ac1Tt工藝規(guī)范特點：工藝：不完全奧氏體化；組織：球狀或粒狀珠光體。目的：降低硬度，改善切削加工性能；獲得均勻組織，改善熱處理工藝性經(jīng)淬火、回火后獲得優(yōu)良的綜合機(jī)械性能

適用范圍：含C量較高的工、模具鋼的預(yù)備熱處理。工藝關(guān)鍵：Fe3C形態(tài)控制控制奧氏體化程度球的大小控制控制過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的溫度球化退火目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韌性，改善切削加工性；為以后淬火做準(zhǔn)備。實質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體?！?.3

鋼的退火和正火球化退火工藝：Ac1以上20-40度保溫，緩冷應(yīng)用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：球狀P（F+球狀FeC3）返回§5.3

鋼的退火和正火片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀珠光體粒(球)狀珠光體刀具T12鋼球化退火與完全退火的性能比較：

球化退火的強(qiáng)硬度更低，塑韌性更好，碳化物對基體的分割更均勻、徹底，更利切削加工狀態(tài)σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040160T12鋼完全退火與球化退火后組織與性能比較（3）等溫退火Ac1Ac3Ar1Tt等溫完全退火等溫球化退火優(yōu)點：周期短，組織更均勻，是完全退火和球化退火工藝的改進(jìn)。

爐子要求比較高，最好采用分段控溫的連續(xù)加熱爐，小批量生產(chǎn)時可采用兩臺爐子（加熱爐和保溫爐）進(jìn)行操作。等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時間。完全退火的缺點：所需時間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時解決：為了縮短退火時間，可采用等溫退火?！?.3

鋼的退火和正火可見等溫退火所需時間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。返回§5.3

鋼的退火和正火（4）擴(kuò)散退火1：定義：

擴(kuò)散退火又稱均勻化退火。將金屬鑄錠或鍛坯，在稍低于固相線的溫度下長期加熱，消除或減少化學(xué)成分偏析及顯維組織的不均勻性，以達(dá)到均勻化的目的的熱處理工藝。2：工藝：a):一般均勻化溫度可選擇在高于0.8～0.9T熔，但低于固相線溫度。b):碳鋼一般選擇1100～1200度.c):合金鋼為使其共晶碳化物充分溶解，溫度允許提高到1150～1250度（4）擴(kuò)散退火工藝規(guī)范特點目的適用范圍(1)高溫，長時間(2)需再經(jīng)重結(jié)晶工藝（完全退火或正火）以細(xì)化晶粒消除或減輕偏析、帶狀組織合金鋼錠、大型鑄鋼件Acm

或Ac3Acm

或Ac3＋200~300oCtT

為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100℃～200℃）的溫度，長時間保溫（10h～15h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為擴(kuò)散退火或均勻化退火。返回§5.3

鋼的退火和正火

擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。（5）再結(jié)晶退火與去應(yīng)力退火（低溫退火）工藝名稱工藝規(guī)范目的適用范圍再結(jié)晶退火①①消除加工硬化②完全消除殘余應(yīng)力冷塑性變形件去應(yīng)力退火②消除內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形鑄、鍛、焊、沖壓、機(jī)加工件Ac1①②tT650－700oC300－650oC去應(yīng)力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工件的切削加工或使用中的變形和開裂；降低機(jī)器的精度；甚至?xí)l(fā)生事故?！?.3

鋼的退火和正火殘余內(nèi)應(yīng)力。

將工件隨爐緩慢加熱至500～650℃（＜A1點），保溫一段時間后隨爐緩慢冷卻，至200℃出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分，退火所需的時間越短。在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。返回§5.3

鋼的退火和正火（6）去氫退火去氫退火熱軋后鍛件冷卻到300-650oC（珠光體或貝氏體區(qū)），長時間保溫減小或消除鋼中的氫重要的結(jié)構(gòu)件工藝參數(shù)的選擇必須能造成氫在鋼中的溶解度小而擴(kuò)散速度比較大的條件。

§7-2正火的目的、用途和工藝1

定義：鋼加熱到Ac3或Acm以上的A區(qū)域，保持 一定時間后在空氣中冷卻，以獲得接近平 衡態(tài)組織的工藝。與退火相比：

加熱溫度較高；冷卻速率較快；獲得組織較細(xì)（索氏體）

——強(qiáng)硬度與塑韌性較高；生產(chǎn)效率較高Acm

或Ac3Ac1Acm

或Ac3＋30~50oCT溫度選擇：Ac3+30~50℃

為縮短工件在高溫時的停留時間，而心部又能達(dá)到要求得加熱溫度，采用稍高于完全退火的溫度。保溫時間以工件燒透為準(zhǔn)。狀態(tài)σb(Mpa)δ(%)

ψ(%)

αk(kJ.m-2)HB正火700－80015－2020－40500－800220完全退火650－70015－2040－50400－600200狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼軟的中等的硬的退火～125～160～185～220正火～140～190～230～270碳鋼正火與退火后的硬度（HB）正火與退火態(tài)45#鋼機(jī)械性能注：正火態(tài)強(qiáng)硬度與塑韌性均較高2正火的目的 ①細(xì)化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷；

②提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性能；

③消除高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火做組織準(zhǔn)備；

④型材或大型復(fù)雜鑄鋼件的最終熱處理應(yīng)注意的問題：1．低碳鋼正火的目的：提高切削性能。2．中碳鋼正火應(yīng)根據(jù)鋼的成分及工件尺寸來確定冷卻方式。含碳量較高，含有合金元素，可采用較緩慢冷卻速度，如在靜止空氣中或成堆堆放冷卻，反之則采用較快冷卻速度3．過共析鋼正火：消除網(wǎng)狀碳化物，可采用較大冷速，如鼓風(fēng)，噴霧，甚至油冷，水冷至Ar1點以下，取出空冷。4．雙重正火：過熱組織或鑄件粗大鑄造組織，采用兩次正火第一次正火：AC3+150~200℃第二次正火：A3+30~50℃目的是為了細(xì)化組織。正火的應(yīng)用（2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。（3）用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，有利于球化退火的進(jìn)行。（1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能。返回§5.3

鋼的退火和正火（2）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能。但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火。（1）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170～230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜?！?.3

鋼的退火和正火正火和退火工藝總結(jié)§5.3

鋼的退火和正火退火：完全退火(等溫退火)、不完全退火(球化退火)、擴(kuò)散退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。正火：空冷、吹風(fēng)冷、噴霧冷。正火與退火的選用

（1）含0．25％C以下的鋼，在沒有其它熱處理工序時，可用正火來提高強(qiáng)度。

（2）對滲碳鋼，用正火消除鍛造缺陷及提高切削加工性能。但對含碳低于0．20％的鋼，如前所述，應(yīng)采用高溫正火。對這類鋼，只有形狀復(fù)雜的大型鑄件，才用退火消除鑄造應(yīng)力。

（3）對含碳0．25—0.50％的鋼，一般采用正火。其中含碳0．25—0.35％鋼，正火后其硬度接近于最佳切削加工的硬度。對含碳較高的鋼，硬度雖稍高(200HB)，但由于正火生產(chǎn)率高，成本低，仍采用正火。只有對合金元素含量較高的鋼才采用完全退火。（4）對含碳0．50—0．75％的鋼，一般采用完全退火。因為含碳量較高，正火后硬度太高，不利于切削加工，而退火后的硬度正好適宜于切削加工。此外，該類鋼多在淬火、回火狀態(tài)下使用，因此二般工序安排是以退火降低硬度，然后進(jìn)行切削加工，最終進(jìn)行淬火、回火。

（5）含碳0．75～1．0％的鋼，有的用來制造彈簧，有的用來制造刀具。前者采用完全退火作預(yù)備熱處理，后者則采用球化退火。誠然，當(dāng)采用不完全退火法使?jié)B碳體球化時，應(yīng)先時行正火處理，以消除網(wǎng)狀滲碳體，并細(xì)化珠光體片。

（6）含碳大于1，0％的鋼用于制造工具，均采用球化退火作預(yù)備熱處理?！?.4鋼的淬火

淬火的定義和目的

鋼的淬火工藝鋼的淬透性§5.4

鋼的淬火

概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。目的：獲得馬氏體（或下貝氏體）。下Ｂ板條Ｍ針狀Ｍ返回淬火加熱溫度的選擇

淬火冷卻介質(zhì)淬火方法中國古代淬火技術(shù)§5.4

鋼的淬火返回淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點以上30一50℃范圍。細(xì)小細(xì)小淬火加熱溫度的選擇亞共析鋼:

溫度：Ac3＋(30～50℃)。組織：均勻細(xì)小的馬氏體組織。溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴(yán)重變形溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足?！败淈c”淬火加熱溫度的選擇共析鋼和過共析鋼溫度：Ac1＋(30～50℃)

組織：共析鋼:均勻細(xì)小M+少量A’

過共析鋼:均勻細(xì)小M+粒狀Fe3C+少量A’

有利于獲得最佳硬度和耐磨性。

溫度過高：粗大的M+較多A’，降低了鋼的硬度和耐磨性，增大淬火變形和開裂傾向。溫度過低：？淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起工件變形和開裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線。淬火加熱溫度的選擇返回時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf

在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應(yīng)力。

淬火冷卻介質(zhì)高溫區(qū)（650-550oC）低溫區(qū)（300-200oC）理想介質(zhì)快慢水慢快鹽水快快油慢慢堿/硝鹽浴慢特慢淬火冷卻介質(zhì)生產(chǎn)中常用的淬火介質(zhì)應(yīng)用水形狀簡單、硬度要求高、變形度要求不高的碳鋼鹽水油合金鋼和小尺寸碳鋼堿/硝鹽浴截面不大、形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的合金鋼淬火冷卻介質(zhì)單液淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲得馬氏體組織的一種淬火方法雙液淬火：是先將奧氏體化后的鋼件淬入冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷至接近MS點溫度時快速轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。分級淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入稍高于MS點溫度的鹽浴中，保持到工件內(nèi)外溫度接近后取出，使其在緩慢冷卻條件下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

等溫淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入高于MS點溫度的鹽浴中，等溫保持，以獲得下貝氏體組織的一種淬火工藝。淬火冷卻介質(zhì)直徑為10mm的共析鋼小試樣加熱Ac１+60℃，用圖1-6所示的冷卻曲線進(jìn)行冷卻，分析其所得到的組織，說明各屬于什么熱處理方法。答：

a—M+A′單液淬火

b—M+A′分級淬火

c—T+M+A′油冷淬火

d—下B 等溫淬火

e—S 正火

f—P 完全退火

g—P 等溫退火亞共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→F+P空冷→F+S油冷→T+M水冷→M過共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→P+Fe3CⅡ空冷→S+Fe3CⅡ油冷→T+M+A'水冷→M+A'返回

中國在春秋晚期已掌握冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國時期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開始進(jìn)入以鐵兵器代替銅兵器的時代。戰(zhàn)國晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。西漢《史記·天官書》中有“水與火合為淬”一說，正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。

《漢書·王褒傳》中記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。返回鋼的淬透性一、淬透性的概念

鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，其大小可用鋼在一定條件下淬火獲得淬透層的深度表示。淬透層越深，表明鋼的淬透性越好。淬透層深度：由工件表面→半馬氏體點(50%M)的深度HBσbσsak（a）（b）（c）淬火得M組織淬火后未得M組織工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系淬透性與淬硬性？淬透性是鋼淬火時獲得M的能力！淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時，其淬透性是不變的！具體工件的淬透深度是指在實際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。鋼的淬透性淬透性與淬硬性

淬硬性：鋼淬火時的硬化能力，用淬成M可能得 到的最高硬度表示。

——取決于M中的C%.

淬透性：鋼的臨界冷卻速度－合金元素。

淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)二、淬透性的影響因素

主要為化學(xué)成分，除Co外，合金使VK↓,淬透性↑奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會影響淬透性鋼的淬透性二、淬透性影響因素——與影響C曲線的因素一致（1）鋼的化學(xué)成分：

C含量及合金元素（2）奧氏體晶粒度：

奧氏體晶粒尺寸增大，淬透性提高。（3）奧氏體化溫度：提高奧氏體化溫度，提高淬透性。

（4）第二相及其分布:

奧氏體中未溶的非金屬夾雜物和碳化物的存在以及其大小和分布，影響過冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而影響淬透性。

實際淬透層深度：淬透性、工件大小、淬火介質(zhì)

（1）臨界直徑法生產(chǎn)中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。臨界淬火直徑——圓棒試樣在某介質(zhì)中淬火時所能得到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直徑），用Do表示。在相同冷卻條件下，Do越大，鋼的淬透性越好。三

淬透性的實驗測定方法油淬水淬M非M

（2）頂端淬火法—端淬法該法為喬邁奈等于1938年建議采用的，因而國外常稱為“Jominy”端淬法．

端淬曲線、端淬曲線帶

各種鋼的淬透性曲線可以參考《合金鋼手冊》

頂端淬火法φ25×100，1.53.04.56.07.59.010.512.013.515.0010203040506070距端面距離/mmHRC40Cr45三、淬透性的測定及表示方法

測定鋼的淬透性的最常用的方法是末端淬火法（簡稱端淬法）。先將標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體化溫度，停留30～40min，然后迅速放在端淬試驗臺上噴水冷卻，從試樣的末端開始向上測量硬度值，得出硬度沿軸線方向的分布。

淬透性實驗鋼的淬透性四、淬透性曲線的應(yīng)用

根據(jù)淬透性曲線可以比較不同鋼種的淬透性大小利用淬透性曲線可以確定鋼棒的臨界淬火直徑利用淬透性曲線可推導(dǎo)圓鋼淬火后橫截面上的硬度分布淬透性與機(jī)械設(shè)計鋼的淬透性5.5鋼的回火回火的主要目的是：降低脆性穩(wěn)定組織和工件尺寸獲得要求的機(jī)械性能

回火是將淬火鋼加熱到臨界點Acl以下的某一溫度，保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。一、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變與回火組織1.淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變

殘余奧氏體轉(zhuǎn)變200-300℃碳化物的轉(zhuǎn)變250-400℃滲碳體聚集長大和α相再結(jié)晶400℃以上馬氏體分解80-350℃第五章鋼的熱處理2.回火組織

碳鋼的主要回火組織分為三類：回火馬氏體含C過飽和的α固溶體和ε碳化物回火屈氏體板條狀或片狀鐵素體與細(xì)顆粒滲碳體回火索氏體顆粒狀滲碳體分布于等軸狀鐵素體基體二、回火鋼的性能淬火鋼在回火過程中，回火溫度—回火組織—鋼的性能之間存在著一一對應(yīng)關(guān)系。回火溫度越高，鋼的硬度越低在較低溫度（200-300℃）回火時，因淬火引起的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。第五章鋼的熱處理三、回火種類淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同，可將鋼的回火分為三類：

低溫回火：回火溫度范圍一般為150～250℃，得到回火馬氏體組織。（HRC58-64）中溫回火：回火溫度范圍通常為350～500℃，得到回火托氏體組織。

（HRC35-45）高溫回火：回火溫度范圍通常為500～650℃，得到回火索氏體組織。（HRC25-35）調(diào)質(zhì)處理四、回火脆性1.低溫回火脆性

淬火鋼在250～400℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性，也叫第一類回火脆性。

2.高溫回火脆性淬火鋼在500-650℃溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱為高溫回火脆性，又叫第二類回火脆性。

不可逆回火脆性可逆回火脆性，快速冷卻可消除5.6鋼的表面淬火概念：表面淬火是采用快速加熱的方法使工件表面奧氏體化，然后快冷獲得表層淬火組織，而心部仍保持原來組織的一種熱處理工藝。應(yīng)用：中低碳鋼和中低碳合金鋼特點：

a.加熱速度快(幾秒——幾十秒)b.加熱時實際晶粒細(xì)小，淬火得到極細(xì)馬氏體

c.殘余壓應(yīng)力，提高壽命

d.不易氧化、脫碳、變形小

e.工藝易控制，設(shè)備成本高表面淬火方法

1.

感應(yīng)加熱表面淬火

（１）

（２）

2.火焰加熱表面淬火

3.

接觸電阻加熱表面淬火

4.

電解液加熱表面淬火

5.

激光加熱表面淬火5.6鋼的表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火示意圖集膚效應(yīng)示意圖圖5-28感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱的基本原理

感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理，使工件表面產(chǎn)生密度很高的感應(yīng)電流，將工件表層迅速加熱。2.感應(yīng)加熱表面淬火的種類

1)高頻感應(yīng)加熱表面淬火

2)中頻感應(yīng)加熱表面淬火

3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火

火焰加熱表面淬火激光表面處理示例核電站閥門蓋修復(fù)船用阻尼套激光強(qiáng)化齒圈激光淬火齒弧激光表面處理電解液加熱表面淬火

將工件淬火部位浸入電解液中，工件接陰極，電解槽接陽極。接較高電壓的直流電后，電解液發(fā)生電解，在陰極上生成氫氣，圍繞工件表面形成氫氣膜，電流流經(jīng)電阻大的氫氣膜時產(chǎn)生大量的熱量。迅速將浸入的工件表面層加熱到淬火溫度；斷電后氫氣膜消失，電解液變?yōu)槔鋮s介質(zhì)，使工件表面層淬火。電接觸加熱表面淬火5.7鋼的化學(xué)熱處理一、化學(xué)熱處理的基本過程化學(xué)熱處理過程是一個比較復(fù)雜的過程。一般將它看成由滲劑的分解、工件表面對活性原子的吸收和滲入工件表面的原子向內(nèi)部擴(kuò)散三個基本過程組成。二、鋼的滲碳將低碳鋼放人滲碳介質(zhì)中，在900～950℃加熱保溫，使活性碳原子滲入鋼件表面以獲得高碳滲層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲碳。主要目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度，同時保持心部具有一定強(qiáng)度和良好的塑性與韌性。1.滲碳方法氣體滲碳 固體滲碳 液體滲碳

零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱第五章鋼的熱處理2.滲碳層成分、組織和厚度

低碳鋼滲碳后，表層含碳量可達(dá)過共析成分，由表往里碳濃度逐漸降低，直至滲碳鋼的原始成分滲碳件緩冷后，表層組織為珠光體加二次滲碳體；心部為鐵素體加少量珠光體組織；兩者之間為過渡層，越靠近表層鐵素體越少一般規(guī)定，從表面到過渡層一半處的厚度為滲碳層的厚度。

3.滲碳后的熱處理直接淬火一次淬火鋼的滲氮（氣體氮化）概念：在一定溫度(一般在AC1以下)使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝目的：提高工件表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強(qiáng)度鋼的碳氮共滲

概念：在一定溫度下同時將碳、氮原子滲入工件表層的奧氏體中,并以滲碳為主的化學(xué)熱處理工藝。分類中溫氣體碳氮共滲、低溫氣體碳氮共滲（氣體軟氮化）

TheEnd燃?xì)廨啓C(jī)材料基礎(chǔ)174

第6章碳鋼和合金化原理175合金鋼，在碳鋼的基礎(chǔ)上，有意識地加入一些合金元素（Me）的鋼。常加入元素有錳(Mn)、硅(Si)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、稀土(RE)等元素。

碳鋼價格低廉，工藝性能好，力學(xué)性能能夠滿足一般工程和機(jī)械的使用要求，是工業(yè)中用量最大的金屬材料，但工業(yè)生產(chǎn)不斷對鋼提出更高的要求。1、淬透性差2、回火穩(wěn)定性差3、綜合機(jī)械性能低4、不能滿足某些特殊場合要求碳鋼不足具體表現(xiàn)合金鋼彌補(bǔ)碳鋼缺點引言（1）使用性能方面：低溫韌性高，高溫下蠕變強(qiáng)度、硬度及抗氧化性高，耐蝕性好等；（2）工藝性能方面：具有良好的熱塑性、冷變形性、切削性、淬透性和焊接性等。176Me與鐵、碳及合金元素之間的相互作用，改變了鋼鐵中各相的穩(wěn)定性，并產(chǎn)生了許多新相，從而改變了原有的組織或形成新的組織，在宏觀上表現(xiàn)為改變了鋼鐵材料的使用和工藝性能。合金鋼的優(yōu)點改良原因1771.1碳鋼簡介1.2鋼的合金化原理主要內(nèi)容碳鋼中的常存雜質(zhì)碳鋼的分類Me在鋼中的存在形式Me與鐵和碳的相互作用Me對Fe-Fe3C相圖的影響Me對鋼的相變的影響Me對鋼強(qiáng)韌化的影響Me對鋼工藝性的影響178重點及基本要求1.了解碳鋼中的常存元素及其影響、碳鋼的分類。2.

掌握合金元素在鋼中的存在形式，與鐵和碳的相互作用，對Fe-Fe3C相圖、對鋼的熱處理及組織與性能的影響規(guī)律。幾個基本概念合金元素：特別添加到鋼中為了保證獲得所要求的組織結(jié)構(gòu)、物理、化學(xué)和機(jī)械性能的化學(xué)元素。雜質(zhì)：冶煉時由原材料以及冶煉方法、工藝操作而帶入的化學(xué)元素。碳鋼：含碳量在0.0218-2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金。合金鋼：在碳鋼基礎(chǔ)上加入一定量合金元素的鋼。179低合金鋼：一般指合金元素總含量小于或等于5%的鋼。中合金鋼：一般指合金元素總含量在5～10%范圍內(nèi)的鋼。高合金鋼：一般指合金元素總含量超過10%的鋼。微合金鋼：合金元素(如V,Nb,Ti,Zr,B)含量小于或等于0.1%，而能顯著影響組織和性能的鋼。1801811.1碳鋼簡介182生產(chǎn)流程圖183一、碳鋼中的雜質(zhì)（一）常存雜質(zhì)：1.錳（Mn）和硅（Si）

煉鋼過程中隨脫氧劑或者由生鐵殘存而進(jìn)入鋼中的。

Mn：在碳鋼中的含量一般小于0.8%?？晒倘?，也可形成高熔點MnS（1600℃）夾雜物。MnS在高溫下具有一定的塑性，不會使鋼發(fā)生熱脆，加工后硫化錳呈條狀沿軋向分布。

Si：在鋼中的含量通常小于0.5%。可固溶，也可形成SiO2夾雜物。Mn和Si是有益雜質(zhì)，但夾雜物MnS、SiO2將使鋼的疲勞強(qiáng)度和塑、韌性下降。1.1碳鋼簡介1842．硫（S）和磷（P）S：在固態(tài)鐵中的溶解度極小，S和Fe能形成FeS，并易于形成低熔點共晶。發(fā)生熱脆(裂)。P：可固溶于α-鐵，但劇烈地降低鋼的韌性，特別是低溫韌性，稱為冷脆。磷可以提高鋼在大氣中的抗腐蝕性能。S和P是有害雜質(zhì)，但可以改善鋼的切削加工性能。

1.1碳鋼簡介185（二）隱存雜質(zhì)―氮（N）、氫（H）、氧（O）N：在α-鐵中可溶解，含過飽和N的鋼經(jīng)受冷變形后析出氮化物—機(jī)械時效或應(yīng)變時效。N可以與釩、鈦、鈮等形成穩(wěn)定的氮化物，有細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化。

H：在鋼中和應(yīng)力的聯(lián)合作用將引起金屬材料產(chǎn)生氫脆。O：在鋼中形成硅酸鹽2MnO?SiO2、MnO?SiO2或復(fù)合氧化物MgO?Al2O3、MnO?Al2O3。

N、H、O是有害雜質(zhì)。1.1碳鋼簡介（三）偶存雜質(zhì)―Cu、Sn、Pb、Ni、Cr等

與煉鋼過程中所使用的礦石和廢鋼有關(guān)。1861.1碳鋼簡介187二、碳鋼的分類400C1400C1200C1000C800C600C1600CFe1%C2%C3%C4%C5%C6%C6.70%CLgadSteelCastIron1．按鋼中的碳含量（1）按Fe-Fe3C相圖分類亞共析鋼：

0.0218%≤wc≤0.77%共

析

鋼：

wc

=0.77%過共析鋼：

0.77%＜wc≤2.11%（2）按鋼中碳含量的多少分類低碳鋼：

wc

≤0.25%中碳鋼：0.25%＜wc≤0.6%高碳鋼：

wc＞0.6%1.1碳鋼簡介亞過SE1882．按鋼的質(zhì)量（品質(zhì)即S、P含量）可分為：

（1）普通碳素鋼：wS≤0.05%，wP≤0.045%。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.035%，

wP≤0.035%。

（3）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.02%，wP≤0.03%。

（4）特級優(yōu)質(zhì)碳素鋼：wS≤0.015%，

wP≤0.025%。

1.1碳鋼簡介1893．按鋼的用途分類，碳鋼可分為

（1）碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于各種工程構(gòu)件，如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等。也可用于不太重要的機(jī)件。

（2）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要用于制造各種機(jī)器零件，如軸、齒輪、彈簧、連桿等。

（3）碳素工具鋼：主要用于制造各種工具，如刃具、模具、量具等。

（4）一般工程用鑄造碳素鋼：主要用于制造形狀復(fù)雜且需一定強(qiáng)度、塑性和韌性零件。1.1碳鋼簡介190

4．按鋼冶煉時的脫氧程度分類，可分為

（1）沸騰鋼：指脫氧不徹底的鋼，代號為F。

（2）鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧徹底的鋼，代號為Z。

（3）半鎮(zhèn)靜鋼：指脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間，代號為b。

（4）特殊鎮(zhèn)靜鋼：指進(jìn)行特殊脫氧的鋼，代號為TZ。

1.1碳鋼簡介1911.2鋼的合金化原理鋼中常用的合金元素192ⅠA

0H

ⅡA

ⅢA

ⅣA

ⅤA

ⅥA

ⅦA

He

LiBeBCNOFNeNaMgⅢB

ⅣB

ⅤB

ⅥB

ⅦB

ⅧBⅠB

ⅡB

AlSiPSClArKCaSeTi

V

Cr

Mn

Fe

CoNiCuZnGaGeAsSeBrKrPbSrYZr

Nb

Mo

TcRuRhPdAgCdInSnSbTeIXeCsBaLa

Hf

Ta

W

ReOsIrPtAuHgTlPbBiPoAtRn表中字體顏色為綠色和藍(lán)色的元素為鋼中常見合金元素；字體顏色為藍(lán)色的元素為鋼中常見碳化物形成元素。1931.2鋼的合金化原理一、合金元素在鋼中的存在形式Me與鋼中鐵之間形成鐵基固溶體Me與碳、氮形成碳化物和氮化物Me之間或Me與鐵之間形成金屬間化合物Me的存在形式1941．形成鐵基固溶體

（1）形成鐵基置換固溶體①Ni、Co、Mn、Cr、V等元素可與Fe形成無限固溶體。其中Ni、Co和Mn形成以γ-Fe為基的無限固溶體，Cr和V形成以α-Fe為基的無限固溶體。②Mo和W只能形成較寬溶解度的有限固溶體。如α-Fe(Mo)和α-Fe(W)等。③Ti、Nb、Ta只能形成具有較窄溶解度的有限固溶體；Zr、Hf、Pb在Fe具有很小的溶解度。

1.2鋼的合金化原理195（2）形成鐵基間隙固溶體①對α-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體間隙。

②對γ-Fe，間隙原子優(yōu)先占據(jù)的位置是八面體或四面體間隙。③間隙原子的溶解度隨間隙原子尺寸的減小而增加，即按B、C、N、O、H