第六章 金属热处理及材料改性

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1、第六章第六章 金属热处理及材料改性金属热处理及材料改性第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变第二节第二节 过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能 第三节第三节 过冷奥氏体转变曲线图过冷奥氏体转变曲线图第四节第四节 钢的退火和正火钢的退火和正火第五节第五节 钢的淬火钢的淬火第六节第六节 钢的回火钢的回火第七节第七节 钢的表面处理和化学热处理钢的表面处理和化学热处理第八节第八节 热处理技术条件及工序位置热处理技术条件及工序位置第九节第九节 高聚物的改性高聚物的改性第十节第十节 材料的复合强化材料的复合强化第十一节第十一节 材料的表面处理技术材料的表面处理技术

2、热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。 根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理

3、激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等 热处理的主要目的是热处理的主要目的是为了改善金属材料的性能，即改善钢的为了改善金属材料的性能，即改善钢的工艺性能和提高钢的机械性能和使用性能工艺性能和提高钢的机械性能和使用性能。 通过热处理可以改善金属材料的性能，所以绝大多数机械零通过热处理可以改善金属材料的性能，所以绝大多数机械零件都要经过热处理以提高产品的质量、延长使用寿命。据统计，件都要经过热处理以提高产品的质量、延长使用寿命。据统

4、计，拖拉机、汽车零件的拖拉机、汽车零件的70%80%需要进行热处理；各种刀具、量需要进行热处理；各种刀具、量具和模具具和模具100%要进行热处理。如果将原材料在加工过程中采用要进行热处理。如果将原材料在加工过程中采用的预备热处理包括进去，可以说所有的机械零件都要机械热处理。的预备热处理包括进去，可以说所有的机械零件都要机械热处理。由此可见，热处理在机械工业中占有重要地位。由此可见，热处理在机械工业中占有重要地位。 要了解各种热处理对钢组织与性能的影响，必须研究钢在加要了解各种热处理对钢组织与性能的影响，必须研究钢在加热和冷却过程中的相变规律。下面分别介绍钢在加热及冷却过程热和冷却过程中的相变规

5、律。下面分别介绍钢在加热及冷却过程中组织转变规律。中组织转变规律。第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在是在A1以下加热，不发生相变；另一种是以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化。 转变温度转变温度 钢的热处理，一般都必须先将钢加热至临界温度钢的热处理，一般都必须先将钢加热至临界温度以上，获得奥氏体组织，然后再以适当方式以上，获得奥氏体组织，然后再以适当方式( (或速度或速度) )冷却，以获得所

6、需要的组织和性能。通常把钢加热获冷却，以获得所需要的组织和性能。通常把钢加热获得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。得奥氏体的转变过程称为奥氏体化过程。在在Fe-Fe3C相图中，共析钢在加热和冷却过程中经过相图中，共析钢在加热和冷却过程中经过PSK线线(A1)时，发时，发生珠光体与奥氏体之间的相互转变，亚共析钢经过生珠光体与奥氏体之间的相互转变，亚共析钢经过GS线线(A3)时，发生时，发生铁素体与奥氏体之间的相互转变，过共析钢经过铁素体与奥氏体之间的相互转变，过共析钢经过ES线线(Acm)时，发生时，发生渗碳体与奥氏体之间的相互转变。渗碳体与奥氏体之间的相互转变。A1、A3、Acm为钢在平衡条件

7、下的为钢在平衡条件下的临界点。临界点。在实际热处理生产过程中，加热和在实际热处理生产过程中，加热和冷却不可能极其缓慢，因此上述转冷却不可能极其缓慢，因此上述转变往往会产生不同程度的滞后现象。变往往会产生不同程度的滞后现象。实际转变温度与平衡临界温度之差实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度称为过热度(加热时加热时)或过冷度或过冷度(冷却冷却时时)。过热度或过冷度随加热或冷过热度或过冷度随加热或冷却速度的增大而增大。却速度的增大而增大。通常把加热通常把加热时的临界温度加注下标时的临界温度加注下标“c”，如，如Ac1、Ac3、Accm，而把冷却时的临，而把冷却时的临界温度加注下标界温度加注下标“

8、r”，如，如Ar1、Ar3、Arcm。第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程（一）基本过程（一）基本过程 奥氏体化也是形核和长大的过程，奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以共分为四步。现以共析钢为例说明：析钢为例说明：第一步第一步 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在 与与Fe3C相界形核。相界形核。第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和Fe3C方向长大。方向长大。第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解: 铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近于结构更接近于奥氏体，因而先消

9、失。残余的奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继随保温时间延长继续溶解直至消失。续溶解直至消失。第四步第四步 奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。氏体成分趋于均匀。 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同，但由于先共析铁素体或二次渗碳体的存在，基本相同，但由于先共析铁素体或二次渗碳体的存在，为了获得完全奥氏体化，必须相应加热到为了获得完全奥氏体化，必须相应加热到A Ac3c3或或AcAccmcm以以上，使它们

10、也全部转变奥氏体。上，使它们也全部转变奥氏体。共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素（二）影响珠光体向奥氏体转变的因素1 1、温度、温度T原子扩散能力原子扩散能力，A中中C的浓度梯度的浓度梯度，A形成速形成速度度2、C含量含量亚共析钢亚共析钢C ，F和和Fe3C界面总量界面总量，有利于加速，有利于加速A形成形成3、P粗细粗细P组织组织，A形成速度形成速度，层片状较粒状，层片状较粒状P截面截面易形易形成成A二、二、奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒长大、奥氏体晶粒长大奥氏体化刚结束时的晶粒度称奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度起始

11、晶粒度,此时晶粒细小均此时晶粒细小均匀。匀。随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。长大过程相同。在给定温度下奥氏体的晶粒度称在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度实际晶粒度。加热时奥氏体晶粒的长大倾向称加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度本质晶粒度。l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法把奥氏奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室温来判断。体晶粒保留到室温来判断。晶粒度为晶粒度为1-4 级

12、的是本质粗级的是本质粗晶粒钢晶粒钢, 5-8 级的是本质细级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向向大，后者晶粒长大倾向小。小。 2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素加加热热温温度度和和保保温温时时间间: 加加热热温温度高度高、保温时间长保温时间长, 晶粒粗大晶粒粗大.加加热热速速度度: 加加热热速速度度越越快快,过过热热度越大度越大, 形核率越高形核率越高, 晶粒越细晶粒越细.l合金元素：合金元素：l阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等等碳化物和氮碳化物和氮化物形成元素。

13、化物形成元素。析出颗粒析出颗粒对黄铜晶对黄铜晶界的钉扎界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 原始组织原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。箱式可控气氛多用炉箱式可控气氛多用炉真空热处

14、理炉真空热处理炉第二节第二节 过冷奥氏体转变产物的组织过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能形态与性能冷却是热处理更重要的工序。冷却是热处理更重要的工序。处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体过冷奥氏体。过冷奥过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不随过冷度不同，过冷奥氏体将发生同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明： 珠光体：珠光体：形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜下可辨，倍光镜下

15、可辨，用符号用符号P表示表示. 索氏体索氏体形成温度为形成温度为650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号S 表示。表示。 屈氏体屈氏体形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，用，片层极薄，电镜下可辨，用符号符号T 表示。表示。一、珠光体的组织形态及性能一、珠光体的组织形态及性能过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将间将转变为珠光体类型组织转变为珠光体类型组织，它是，它是铁铁素体与渗碳体片层相间的机械混素体与渗碳体片层相间的机械混合合珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体物物，根据片，根据片层厚薄不同层厚薄不同,又细分为

16、又细分为珠珠光体光体、索氏索氏体体和和托氏体托氏体.珠光体转变珠光体转变 奥氏体向珠光体转变过程也是形核、长大的过程。奥氏体向珠光体转变过程也是形核、长大的过程。 当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到A A1 1以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗以下时，首先在奥氏体晶界上产生渗碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠周围奥氏体供应碳原子长碳体晶核，通过原子扩散，渗碳体依靠周围奥氏体供应碳原子长大，同时由于渗碳体两边奥氏体含碳量降低，从而为铁素体的形大，同时由于渗碳体两边奥氏体含碳量降低，从而为铁素体的形核创造了条件，使两边的奥氏体转变成为铁素体。核创造了条件，使两边的奥氏体转变成为铁素体。 珠光体转变是全扩散

17、型转变，即铁原子和碳原子均进行扩珠光体转变是全扩散型转变，即铁原子和碳原子均进行扩散运动。散运动。二二、贝氏体的组织形态及贝氏体的组织形态及性能性能过冷奥氏体在过冷奥氏体在550- 230 (Ms)间将转变为间将转变为贝氏体类型组织，贝氏贝氏体类型组织，贝氏体用符号体用符号B表示。表示。根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏体贝氏体又分为又分为上贝氏体上贝氏体(B上上)和和下贝氏体下贝氏体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体形成温度为形成温度为550-350。在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状。在电镜下为在电镜下为不连续棒不连续棒状的渗碳体分布于自状的渗碳体分布于

18、自奥氏体晶界向晶内平奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之行生长的铁素体条之间。间。光镜下光镜下电镜下电镜下下贝氏体下贝氏体形成温度为形成温度为350-Ms。在光镜下呈在光镜下呈竹叶状竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为细片状碳在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的好，即具有良好的综合力学性能，是生

19、产上常用的强化组织之一。强化组织之一。 上上贝氏体贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体贝氏体转变贝氏体转变上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体贝氏体转变的特点贝氏体转变的特点 由于贝氏体转变是发生在珠光体与马氏体转变之间的由于贝氏体转变是发生在珠光体与马氏体转变之间的中温区，铁和合金元素的原子已难以进行扩散，但碳原子还具中温区，铁和合金元素的原子已难以进行扩散，但碳原子还具有一定的扩散能力。这就决定了贝氏体转变兼有珠光体转变和有一定的扩散能力。这就决定了贝氏体转变兼有珠光体转变和马氏体转变的某些特点。与珠光体转变相似，贝氏体转变过程马氏体转变的某些特点。与珠光体转

20、变相似，贝氏体转变过程中发生碳在铁素体中的扩散；与马氏体转变相似，奥氏体向铁中发生碳在铁素体中的扩散；与马氏体转变相似，奥氏体向铁素体的晶格改组是通过共格切变方式进行的。因此，贝氏体转素体的晶格改组是通过共格切变方式进行的。因此，贝氏体转变是一个有碳原子扩散的共格切变过程。变是一个有碳原子扩散的共格切变过程。 三、马氏体类型组织形态与性能三、马氏体类型组织形态与性能 钢从奥氏体化状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低钢从奥氏体化状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在较低温度下温度下( (低于低于M Ms s点点) )发生的转变为马氏体转变。马氏体转变属于发生的转变为马氏体转变。马氏体转变属于低温转

21、变，转变产物为马氏体组织。马氏体是碳在低温转变，转变产物为马氏体组织。马氏体是碳在-Fe-Fe中的过中的过饱和固溶体，用符号饱和固溶体，用符号“M M”表示。表示。 马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变，马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的晶格畸变，即固溶强化，此外，马氏体转变过程中产生大量的晶体缺陷即固溶强化，此外，马氏体转变过程中产生大量的晶体缺陷( (如位错、孪晶如位错、孪晶) )所引起的组织细化以及过饱和碳以弥散碳化物所引起的组织细化以及过饱和碳以弥散碳化物形式的析出等都对马氏体强化有不同程度的贡献。马氏体转变形式的析出等都对马氏体强化有不同程度的贡献。马氏体转变是钢件热处理强

22、化的主要手段。是钢件热处理强化的主要手段。 马氏体转变是典型的非扩散型相变。马氏体转变发生马氏体转变是典型的非扩散型相变。马氏体转变发生在较低温度下，铁原子和碳原子都不能进行扩散，马氏体转变在较低温度下，铁原子和碳原子都不能进行扩散，马氏体转变过程中的铁原子的晶格改组是通过切变方式完成的过程中的铁原子的晶格改组是通过切变方式完成的三、马氏体类型组三、马氏体类型组织形态与性能织形态与性能马氏体的形态分马氏体的形态分板板条条和和针状针状两类。两类。 板条马氏体板条马氏体立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒状扁棒状在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。光镜下光镜

23、下电镜下电镜下每束内条与条之间尺每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行寸大致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向粒内可形成几个取向不同的马氏体束。不同的马氏体束。在电镜下，板条内的在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度亚结构主要是高密度的位错，的位错， =1012/cm2,又称又称位错马氏体位错马氏体。SEMTEM 针状马氏体针状马氏体立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的片状。片状。显微组织为显微组织为针状针状。在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶孪晶，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下45钢正常淬火组织钢正常淬火

24、组织先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.l原始奥氏体晶粒原始奥氏体晶粒细，转变后的马细，转变后的马氏体片也细。氏体片也细。l当最大马氏体片当最大马氏体片细到光镜下无法细到光镜下无法分辨时，该马氏分辨时，该马氏体称体称隐晶马氏体隐晶马氏体. 马氏体的形态主要马氏体的形态主要取决于其含碳量取决于其含碳量C%小于小于0.2%时，时，组组织几乎全部是织几乎全部是板条马板条马氏

25、体氏体。C%大于大于1.0%C时时几几乎全部是乎全部是针状马氏体针状马氏体.C%在在0.21.0%之间之间为为板条与针状的混合板条与针状的混合组织组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C 马氏体的性能马氏体的性能高硬度高硬度是马氏体性是马氏体性能的主要特点。能的主要特点。马氏体的硬度主要马氏体的硬度主要取决于其含碳量。取决于其含碳量。含碳量增加，其硬含碳量增加，其硬度增加。度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平缓。l合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系

26、马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针针状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性板条马氏体具有较好的塑性和韧性.针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌(5) (5) 马氏体转变特点马氏体转变特点 过冷过冷A A转变为马氏体是低温转变过程转变为马氏体是低温转变过程, ,

27、转变温度在转变温度在MsMsMfMf之间之间, , 该温区该温区称马氏体转变区。称马氏体转变区。 过冷过冷A A转变为马氏体是一种非扩散型转变转变为马氏体是一种非扩散型转变 铁和碳原子都不能进行铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面, , 集体地集体地( (不改变相互位置关系不改变相互位置关系) )作一定距作一定距离的移动离的移动( (不超过一个原子间距不超过一个原子间距), ), 使面心立方晶格改组为体心正方晶格，使面心立方晶格改组为体心正方晶格，碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了其正方度碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了

28、其正方度c/a c/a 。马氏体就是碳在马氏体就是碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳使中的过饱和固溶体。过饱和碳使-Fe -Fe 的晶格发生很的晶格发生很大畸变大畸变, , 产生很强的固溶强化。产生很强的固溶强化。 马氏体的形成速度很快马氏体的形成速度很快 奥氏体冷却到奥氏体冷却到MsMs点以下后点以下后, , 无孕育期无孕育期, , 瞬瞬时转变为马氏体。随着温度下降，过冷时转变为马氏体。随着温度下降，过冷A A不断转变为马氏体不断转变为马氏体, ,是一个连续冷是一个连续冷却的转变过程。却的转变过程。 马氏体转变是不彻底的马氏体转变是不彻底的 总要残留少量奥氏体。残余奥氏体的含量总要残

29、留少量奥氏体。残余奥氏体的含量与与MSMS、MfMf的位置有关。奥氏体中的碳含量越高，则的位置有关。奥氏体中的碳含量越高，则MSMS、MfMf越低，残余越低，残余A A含量含量越高。只在碳质量分数少于越高。只在碳质量分数少于0.6%0.6%时时, , 残余残余A A可忽略。可忽略。 马氏体形成时体积膨胀马氏体形成时体积膨胀 体积膨胀在钢中造成很大的内应力体积膨胀在钢中造成很大的内应力, , 严重严重时导致开裂。时导致开裂。过冷奥氏体转变产物（共析钢过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度， 转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠

30、珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MS

31、Mf板条状板条状50淬火淬火过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转变连续冷却转变两种两种。 两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却第二节第二节 过冷奥氏体转变曲线图过冷奥氏体转变曲线图过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图是是表示奥氏体急表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以下在各不同温度下的下在各不同温度下的保温过程中转变量与保温过程中转变量与转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线.又称又称C 曲线、曲线、S 曲线曲线或或TTT曲线。曲线。一、过冷奥氏体的等温转变图一、过冷奥氏体的等温转变图(Time-Te

32、mperature-Transformation diagram)1、C曲线的建立曲线的建立以共析钢为例：以共析钢为例：取一批小试样取一批小试样并进行奥氏体化并进行奥氏体化.将试样分组淬将试样分组淬入低于入低于A1 点的不点的不同温度的盐浴中同温度的盐浴中,隔一定时间取一隔一定时间取一试样淬入水中。试样淬入水中。 测定每个试样的转变测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量，确定各温度下转变量与转变时间的关系。量与转变时间的关系。将各温度下转变开始将各温度下转变开始时间及终了时间标在温时间及终了时间标在温度度时间坐标中，并分时间坐标中，并分别连线。别连线。转变开始点的连线称转变开始点的连线称转转

33、变开始线变开始线。转变终了点。转变终了点的连线称的连线称转变终了线转变终了线。 图中最上面一条水平虚线表示钢的临界点图中最上面一条水平虚线表示钢的临界点A1(723)A1(723)，即奥氏体与珠光，即奥氏体与珠光体的平衡温度体的平衡温度。图中下方的一条水平线。图中下方的一条水平线Ms(230)Ms(230)为马氏转变开始温度为马氏转变开始温度，MsMs以以下还有一条水平线下还有一条水平线Mf(-50)Mf(-50)为马氏体转变终了温度为马氏体转变终了温度。A1A1与与MsMs线之间有两条线之间有两条C C曲线，左侧一条为曲线，左侧一条为过冷奥氏体转变开始线过冷奥氏体转变开始线，右侧一条为，右侧

34、一条为过冷奥氏体转变终了过冷奥氏体转变终了线线。 A A1 1线以上是奥氏体稳定区。线以上是奥氏体稳定区。M Ms s线至线至M Mf f线之间的区域为马氏体线之间的区域为马氏体转变区，过冷奥氏体冷却至转变区，过冷奥氏体冷却至M Ms s线线以下将发生马氏体转变。过冷奥以下将发生马氏体转变。过冷奥氏体转变开始线与转变终了线之氏体转变开始线与转变终了线之间的区域为过冷奥氏体转变区，间的区域为过冷奥氏体转变区，在该区域过冷奥氏体向珠光体或在该区域过冷奥氏体向珠光体或贝氏体转变。贝氏体转变。 在转变终了线右侧的区域为过冷奥氏体转变产物区。在转变终了线右侧的区域为过冷奥氏体转变产物区。A A1 1线以

35、下，线以下，M Ms s线以上以及纵坐标与过冷奥氏体转变开始线之间的区域为过冷奥氏体区，过线以上以及纵坐标与过冷奥氏体转变开始线之间的区域为过冷奥氏体区，过冷奥氏体在该区域内不发生转变，处于亚稳定状态。在冷奥氏体在该区域内不发生转变，处于亚稳定状态。在A A1 1温度以下某一确定温度以下某一确定温度，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离为过冷奥氏体在该温温度，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离为过冷奥氏体在该温度下的度下的孕育期孕育期，孕育期的长短表示过冷奥氏体稳定性的高低孕育期的长短表示过冷奥氏体稳定性的高低。 在在A A1 1以下，随等温温度以下，随等温温度降低，孕育期缩短，

36、过冷奥氏体降低，孕育期缩短，过冷奥氏体转变速度增大，在转变速度增大，在550550左右共左右共析钢的孕育期最短，转变速度最析钢的孕育期最短，转变速度最快。此后，随等温温度下降，孕快。此后，随等温温度下降，孕育期又不断增加，转变速度减慢。育期又不断增加，转变速度减慢。 过冷奥氏体转变终了线与纵坐标之间的水平距离则表示在不同温度下过冷奥氏体转变终了线与纵坐标之间的水平距离则表示在不同温度下转变完成所需要的总时间。转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕转变完成所需要的总时间。转变所需的总时间随等温温度的变化规律也和孕育期的变化规律相似。因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：育期的变化规律相似

37、。因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个一个是旧相与新相之间的自由能差；另一个是原子的扩散系数是旧相与新相之间的自由能差；另一个是原子的扩散系数D D。等温温度越低，。等温温度越低，过冷度越大，自由能差也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散过冷度越大，自由能差也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速从而减慢过冷奥氏体的转变速度。高温时，自由能差起主导度。高温时，自由能差起主导作用；低温时，原子扩散系数作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。处于起主导作用。处于“鼻尖鼻尖”温温度时，两个因素综合

38、作用的结度时，两个因素综合作用的结果，使转变孕育期最短，转变果，使转变孕育期最短，转变速度最大。速度最大。2、过冷奥氏体转变产物的形成过程、过冷奥氏体转变产物的形成过程（1） 珠光体的形成过程珠光体的形成过程在在C曲线曲线“鼻尖鼻尖”上部为上部为P相变区，相变区，P形成伴随形成伴随两个过程两个过程同时进同时进行行碳和铁原子的扩散碳和铁原子的扩散生成高碳生成高碳Fe3C和低碳和低碳F晶格重构晶格重构由面心立方由面心立方A转变为体心立方转变为体心立方F和复杂晶格和复杂晶格Fe3C（2） 贝氏体的形成过程贝氏体的形成过程C曲线曲线下部区域为下部区域为B相变区相变区。B相变时相变时只发生碳原子扩散，铁

39、原只发生碳原子扩散，铁原子不扩散子不扩散，过冷，过冷A贫碳区、孕育贫碳区、孕育F晶核、晶核、F含含C，C从从F向向A扩扩散形成散形成Fe3C。（3）马氏体的形成过程）马氏体的形成过程M相变是非扩散性的相变是非扩散性的，因冷速过冷度极大，碳原子无扩散能力，因冷速过冷度极大，碳原子无扩散能力，故故A将直接转变成一种含碳过饱和的将直接转变成一种含碳过饱和的固溶体固溶体M3、影响、影响C 曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，：共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。曲线最靠右。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。 亚共

40、析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共析钢亚共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共析钢C曲线不同的是曲线不同的是, 在其上方在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减少，减少，C曲线位置往左移，同时曲线位置往左移，同时Ms、Mf线住上移。亚共析钢的过冷奥氏体线住上移。亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共析钢类似。只是在等温转变过程与共析钢类似。只是在高温转变区过冷奥氏体将先有一部分高温转变区过冷奥氏体将先有一部分转变为铁素体，剩余的过冷奥氏体再转变为铁素体，剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。转变为珠光体型

41、组织。 过共析钢过冷过共析钢过冷A A的的C C曲线的上部为过冷曲线的上部为过冷A A中析出二次渗碳体中析出二次渗碳体(Fe3CII)(Fe3CII)开始线。当加热温度为开始线。当加热温度为A Ac1c1以上以上303050 50 时，过共析时，过共析钢随着含碳量的增加钢随着含碳量的增加, C, C曲线位置向左移曲线位置向左移, , 同时同时M Ms s、M Mf f线往下移。线往下移。过共析钢的过冷过共析钢的过冷A A在高温转变区在高温转变区, , 将先析出将先析出Fe3CII, Fe3CII, 其余的过冷其余的过冷A A再转变为珠光体型组织。再转变为珠光体型组织。 CrCr对对C C曲线的

42、影响曲线的影响 合金元素的合金元素的影响影响除除Co 外外, 凡溶入凡溶入奥氏体的合金元奥氏体的合金元素都素都使使C 曲线右曲线右移。移。l除除Co和和Al 外外,所有合金元所有合金元素都使素都使Ms 与与Mf 点下降点下降。推杆式电阻炉推杆式电阻炉加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化

43、条件及晶粒度的影响. 二、过冷奥氏体连续转变曲线图二、过冷奥氏体连续转变曲线图 许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、水冷淬火等。在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发水冷淬火等。在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发生的几种转变，而且各个转变的温度区也与等温转变时的大致相同。生的几种转变，而且各个转变的温度区也与等温转变时的大致相同。在连在连续冷却过程中，不会出现新的在等温冷却转变时所没有的转变。续冷却过程中，不会出现新的在等温冷却转变时所没有的转变。但是，奥但是，奥氏体的连续冷

44、却转变不同于等温转变。因为，连续冷却过程要先后通过各氏体的连续冷却转变不同于等温转变。因为，连续冷却过程要先后通过各个转变温度区，因此可能先后发生几种转变。而且，冷却速度不同，可能个转变温度区，因此可能先后发生几种转变。而且，冷却速度不同，可能发生的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和性能也发生的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和性能也不同。所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律性也不像不同。所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律性也不像 等温转等温转变那样明显，形成的组织也不容易区分。变那样明显，形成的组织也不容易区分。 连续冷却转变的规律用另一种连

45、续冷却转变的规律用另一种C C曲线表示出来，这就是曲线表示出来，这就是“连续冷却连续冷却C C曲线曲线”，也叫作，也叫作“热动力学曲线热动力学曲线”。根据英文名称字头，又称为。根据英文名称字头，又称为“CCTCCT(Continuous(Continuous Cooling Transformation) Cooling Transformation)曲线曲线”。它反映了在连续冷它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料是制订热处理工艺的重要参考资料。1. 1.

46、共析钢过冷奥氏体连续冷却共析钢过冷奥氏体连续冷却C C曲线曲线 用若干组共析钢的小圆片试样，经同样奥氏体化以后，每组试用若干组共析钢的小圆片试样，经同样奥氏体化以后，每组试样各以一个恒定速度连续冷却，每隔一段时间取出一个试样淬入水中，样各以一个恒定速度连续冷却，每隔一段时间取出一个试样淬入水中，将高温分解的状态固定到室温，然后进行金相测定，求出每种转变的将高温分解的状态固定到室温，然后进行金相测定，求出每种转变的开始温度、开始时间和转变量。将各个冷速下的数据综合绘在开始温度、开始时间和转变量。将各个冷速下的数据综合绘在“温度温度时间对数时间对数”的坐标中，的坐标中，便得到共析钢的连续冷却便得到

47、共析钢的连续冷却C C曲线。曲线。 由图可以看到，珠光体转变区由图可以看到，珠光体转变区由三条曲线构成，左边一条是转变由三条曲线构成，左边一条是转变开始线开始线PsPs，右边一条是转变终了线，右边一条是转变终了线PfPf，下面一条是转变中止线下面一条是转变中止线K K。马氏体转。马氏体转变区则由两条曲线构成；一条是温变区则由两条曲线构成；一条是温度上限度上限M Ms s线，另一条是冷速下线。线，另一条是冷速下线。 当冷却速度当冷却速度V VV VK K 时，冷却曲线与珠光体转变开始线相交便发生时，冷却曲线与珠光体转变开始线相交便发生P P，与终了线相交时，转变便告结束，形成全部的珠光体。，与终

48、了线相交时，转变便告结束，形成全部的珠光体。 当冷速当冷速 V VK K V V V VK K 时，冷却曲线只与珠光体转变开始线相交，时，冷却曲线只与珠光体转变开始线相交，而不再与转变终了线相交，但会与中止线相交，这时奥氏体只有一部分转变而不再与转变终了线相交，但会与中止线相交，这时奥氏体只有一部分转变为珠光体。冷却曲线一旦与中止线相交就不再发生转变，只有一直冷却到为珠光体。冷却曲线一旦与中止线相交就不再发生转变，只有一直冷却到M Ms s线以下才发生马氏体转变。并且随着冷速线以下才发生马氏体转变。并且随着冷速V V的增大，珠光体转变量越来越少，的增大，珠光体转变量越来越少，而马氏体量越来越多

49、。而马氏体量越来越多。 V VK K是是保证奥氏体在连续冷却保证奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到马过程中不发生分解而全部过冷到马氏体区的最小冷速，氏体区的最小冷速，称为称为“上临界上临界冷速冷速”，通常也叫做，通常也叫做“淬火临界冷淬火临界冷速速”。 V VK K 则是则是保证奥氏体在连续冷保证奥氏体在连续冷却过程中全部分解而不发生马氏体却过程中全部分解而不发生马氏体转变的最大冷速转变的最大冷速，称为，称为“下临界冷下临界冷速速”。 当冷速当冷速V V V VK K时，冷却曲线不再与珠光体转变开始线相交，即不时，冷却曲线不再与珠光体转变开始线相交，即不发生发生PP，而全部过冷到马氏

50、体区，只发生马氏体转变。此后再增大冷速，而全部过冷到马氏体区，只发生马氏体转变。此后再增大冷速，转变情况不再变化。转变情况不再变化。 共析碳钢的连续冷却转变只发生珠光体转变和马氏体转变，不发共析碳钢的连续冷却转变只发生珠光体转变和马氏体转变，不发生贝氏体转变生贝氏体转变，也就是说，共析碳钢在连续冷却时得不到贝氏体组织。但有，也就是说，共析碳钢在连续冷却时得不到贝氏体组织。但有些钢在连续冷却时会发生贝氏体转变，得到贝氏体组织，例如某些亚共析钢、些钢在连续冷却时会发生贝氏体转变，得到贝氏体组织，例如某些亚共析钢、合金钢。要注意的是，亚共析钢的连续冷却合金钢。要注意的是，亚共析钢的连续冷却C C曲线

51、与共析钢的大不相同，主曲线与共析钢的大不相同，主要是出现了铁素体的析出线和贝氏体转变区，还有要是出现了铁素体的析出线和贝氏体转变区，还有M Ms s线右端降低等。线右端降低等。2. 2. 连续冷却连续冷却C C曲线与等温冷却曲线与等温冷却C C曲线的比较曲线的比较 连续冷却过程可以看成是由无数个微小的等温过程组成，在经过每连续冷却过程可以看成是由无数个微小的等温过程组成，在经过每一个温度时都停留一个微小时间，连续冷却转变就是这些微小等温过程孕育、一个温度时都停留一个微小时间，连续冷却转变就是这些微小等温过程孕育、发生和发展的。所以说等温转变是连续冷却转变的基础。共析钢连续冷却发生和发展的。所以

52、说等温转变是连续冷却转变的基础。共析钢连续冷却C C曲线与等温冷却曲线与等温冷却C C曲线的比较，由图可以看出：曲线的比较，由图可以看出： 连续冷却连续冷却C C曲线位于等温曲线位于等温C C曲线的右下方。因为连续冷却的转变曲线的右下方。因为连续冷却的转变温度均比等温转变的温度低一些，所以连续冷却到这个温度进行转变时，需温度均比等温转变的温度低一些，所以连续冷却到这个温度进行转变时，需要较长的孕育期。要较长的孕育期。 共析和过共析钢连续冷却时，由于贝氏体转变孕育期共析和过共析钢连续冷却时，由于贝氏体转变孕育期大大增加，因而有珠光体转变区而无贝氏体转变区。亚共析大大增加，因而有珠光体转变区而无贝

53、氏体转变区。亚共析钢联系冷却时除了多出一条先共析铁素体析出线外，一般还钢联系冷却时除了多出一条先共析铁素体析出线外，一般还会发生贝氏体转变，因此亚共析钢连续冷却时往往得到许多会发生贝氏体转变，因此亚共析钢连续冷却时往往得到许多产物组成的混合组织。产物组成的混合组织。 连续冷却时组织转变是连续冷却时组织转变是在一定温度区域内发生的，得在一定温度区域内发生的，得到组织不均匀，有时得到几种到组织不均匀，有时得到几种组织的产物。组织的产物。过冷奥氏体转变曲线的应用过冷奥氏体转变曲线的应用 过冷奥氏体冷却转变曲线是制定热处理工艺的重要依据，也有助于过冷奥氏体冷却转变曲线是制定热处理工艺的重要依据，也有助

54、于了解热处理冷却过程中钢材组织和性能的变化。了解热处理冷却过程中钢材组织和性能的变化。 1. 1. 等温冷却等温冷却C C曲线的应用曲线的应用 对于制定等温退火、等温淬火、分级淬火以及变形热处理工艺对于制定等温退火、等温淬火、分级淬火以及变形热处理工艺具有指导作用。具有指导作用。 可估计钢的临界淬火冷却速度可估计钢的临界淬火冷却速度( (V Vk k) )，合理选择冷却介质。其中，合理选择冷却介质。其中式中式中 A A1 1钢的临界温度；钢的临界温度； t tm m等温等温C C曲线的鼻尖温度；曲线的鼻尖温度； 等温等温C C曲线鼻尖孕育期时间。曲线鼻尖孕育期时间。 可以利用等温冷却可以利用等

55、温冷却C C曲线定性地近似地分析钢在连续冷却时组织曲线定性地近似地分析钢在连续冷却时组织转变的情况。例如欲确定这种钢经某种冷速冷却后所得的组织和性能，一转变的情况。例如欲确定这种钢经某种冷速冷却后所得的组织和性能，一般是将这种冷速画到该材料的般是将这种冷速画到该材料的C C曲线上，按其交点位置估计其所得组织和性曲线上，按其交点位置估计其所得组织和性能。能。2. 2. 连续冷却曲线的应用连续冷却曲线的应用 (1) (1) 可以定性和定量地显示钢在不同冷却速度下所获可以定性和定量地显示钢在不同冷却速度下所获得的组织和硬度，这对于制定和选择零件热处理工艺有实际得的组织和硬度，这对于制定和选择零件热处

56、理工艺有实际的指导意义。的指导意义。 (2) (2) 可以比较准确的定出钢的临界淬火冷却速度可以比较准确的定出钢的临界淬火冷却速度( (V Vk k) )，正确选择冷却介质。，正确选择冷却介质。 (3) (3) 利用连续冷却利用连续冷却C C曲线可以大致估计零件热处理后曲线可以大致估计零件热处理后表面和内部的组织及性能。表面和内部的组织及性能。第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）预预 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理，预备热处理，只有当只有

57、当工件性能要求不高时工件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。 一、退火一、退火将钢加热至适当温将钢加热至适当温度保温，然后缓慢度保温，然后缓慢冷却冷却 (炉冷炉冷) 的热处的热处理工艺叫做理工艺叫做退火退火。1、退火目的、退火目的l调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度度为为170-250HB。l 消除内应力，防止加工中变形。消除内应力，防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉真空退火炉2、退火工艺、退火工艺退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、完全退火、等温

58、退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。 完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050保保温后缓冷的退温后缓冷的退火工艺，主要火工艺，主要用于亚共析钢用于亚共析钢 .1 1）完全退火的目的）完全退火的目的 改善热加工造成的粗大、不均匀的组织；中碳以上碳钢和合金钢改善热加工造成的粗大、不均匀的组织；中碳以上碳钢和合金钢降低硬度从而改善其切削加工性能降低硬度从而改善其切削加工性能( (一般情况下，工件硬度在一般情况下，工件硬度在170HB170HB230HB230HB之间时易于切削加工，高于或低于这个硬度范围时，都会使切削困之间时

59、易于切削加工，高于或低于这个硬度范围时，都会使切削困难难) )；消除铸件、锻件及焊接件的内应力。；消除铸件、锻件及焊接件的内应力。2 2）适用范围）适用范围 完全退火主要适用于含碳量为完全退火主要适用于含碳量为0.25%0.25%0.77%0.77%的亚共析成分的碳钢、的亚共析成分的碳钢、合金钢和工程铸件、锻件和热轧型材。过共析钢不宜采用完全退火，因合金钢和工程铸件、锻件和热轧型材。过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢加热至为过共析钢加热至AcAccmcm以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥氏体以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥氏体晶界析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著下降。晶界析出

60、，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著下降。 等温退火等温退火将钢件或毛坯加热至将钢件或毛坯加热至A Ac3(c3(或或A Ac1)c1)以上以上20203030，保温一定时间后，较快，保温一定时间后，较快地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线“鼻尖鼻尖”温度附近并保温温度附近并保温( (珠光体转变珠光体转变区区) )，使奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来，这种热处理方式为等，使奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来，这种热处理方式为等温退火。温退火。等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制，能获等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制，能获

61、得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。周期。高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较 球化退火球化退火球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后保温后缓冷，或者加热后冷缓冷，或者加热后冷却到略低于却到略低于 Ar1 的温的温度下保温，使珠光体度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共炉空冷。主要用于共析、过共析钢。析、过共析钢。球化退火的组织为铁素体基

62、球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称组织，称球状珠光体球状珠光体, 用用P球球表示。表示。球状珠光体球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状.4. 扩散退火扩散退火 为减少钢锭、铸件的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于固为减少钢锭、铸件的化学成分和组织的不均匀性，将其加热到略低于固相线温度相线温度(钢的熔点以下钢的熔点以下100200)，长时间保温并缓冷，使钢锭等化学，长时间保温并缓冷，使钢锭等化学成分和组织均匀化。由于扩散退火加热温度高，

63、因此退火后晶粒粗大，可用成分和组织均匀化。由于扩散退火加热温度高，因此退火后晶粒粗大，可用完全退火或正火细化晶粒。完全退火或正火细化晶粒。5. 去应力退火、再结晶退火去应力退火、再结晶退火 去应力退火去应力退火又称低温退火。它是将钢加热到又称低温退火。它是将钢加热到400500(Ac1温度以下温度以下)，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的工艺方法。其目的是为了消除铸件、，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温的工艺方法。其目的是为了消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、锻件和焊接件以及冷变形等加工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、不改变工件原来的组织，故应用

64、广泛。不改变工件原来的组织，故应用广泛。 再结晶退火再结晶退火主要用于消除冷变形加工主要用于消除冷变形加工(如无冷轧、冷拉、冷冲如无冷轧、冷拉、冷冲)产生的畸变产生的畸变组织，消除加工硬化而进行的低温退火。加热温度为再结晶温度组织，消除加工硬化而进行的低温退火。加热温度为再结晶温度(使变形晶粒使变形晶粒再次结晶为无变形晶粒的温度再次结晶为无变形晶粒的温度)以上以上150250。再结晶退火可使冷变形后。再结晶退火可使冷变形后被拉长的晶粒重新形核长大为均匀的等轴晶，从而消除加工硬化效果。被拉长的晶粒重新形核长大为均匀的等轴晶，从而消除加工硬化效果。二、正火二、正火正火正火是将是将亚共析钢亚共析钢加

65、热到加热到Ac3+30 50，共析钢共析钢加热加热到到Ac1+3050，过共析钢过共析钢 加热加热到到Accm+30 50保温保温 后后空冷空冷的工艺。的工艺。正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。1、正火后的组织：、正火后的组织： 0.6%C时，组织时，组织为为F+S； 0.6%C时，组织时，组织为为S 。 正火温度正火温度正火目的正火目的 1. 1. 作为最终热处理作为最终热处理 对强度要求不高的零件，正火可以作为最终热处理。正火可以细化晶对强度要求不高的零件，正火可以作为最终热处理。正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，粒，使组织均匀化，

66、减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。从而提高钢的强度、硬度和韧性。 2. 2. 作为预先热处理作为预先热处理 截面较大的结构钢件，在淬火或调质处理截面较大的结构钢件，在淬火或调质处理( (淬火加高温回火淬火加高温回火) )前常进行前常进行正火，可以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于含碳正火，可以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。对于含碳量大于量大于0.77%0.77%的碳钢和合金工具钢中存在的网状渗碳体，正火可减少二次渗碳的碳钢和合金工具钢中存在的网状渗碳体，正火可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组

67、织准备。体量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。 3. 3. 改善切削加工性能改善切削加工性能 正火可改善低碳钢正火可改善低碳钢( (含碳量低于含碳量低于0.25%)0.25%)的切削加工性能。含碳量低于的切削加工性能。含碳量低于0.25%0.25%的碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易的碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易“粘刀粘刀”，表面粗糙度很差，表面粗糙度很差，通过正火使硬度提高至通过正火使硬度提高至140HB140HB190HB190HB，接近于最佳切削加工硬度，从而改善，接近于最佳切削加工硬度，从而改善切削加工性能。切削加工性能。第五节第五节 钢的淬火钢的淬火淬火淬火是将

68、钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺为马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处淬火是应用最广的热处理工艺之一。理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能体组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉一、一、钢的淬火工艺钢的淬火工艺1、碳钢、碳钢 亚共析钢亚共析钢 淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织： 0.5%C时为时为M； 0.5%C时为时为M+A。过高。过高T，则，则M粗粗 大；过低大；过低T，组织中出现，组织中出现F，硬

69、度不，硬度不 足，强度不高足，强度不高 共析钢、共析钢、 过共析钢过共析钢淬火温度淬火温度: Ac1+30-50.淬火组织为：共析钢：淬火组织为：共析钢：M+A；过共析钢：；过共析钢：M+Fe3C颗粒颗粒+A，(预预备组织为备组织为P球球)。若若T过高，奥氏体晶粒粗大，淬火后的马氏体也粗大，且残余奥过高，奥氏体晶粒粗大，淬火后的马氏体也粗大，且残余奥氏体量提高，这不仅降低硬度、耐磨性和韧性，而且会增大变形氏体量提高，这不仅降低硬度、耐磨性和韧性，而且会增大变形和开裂倾向。和开裂倾向。2、合金钢、合金钢由由于于多多数数合合金金元元素素(Mn、P除除外外)对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大有阻碍作用

70、，因而合金钢淬火温度比碳钢高。有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。 共析钢、过共析钢淬火温度共析钢、过共析钢淬火温度为为Ac1+50100。 钢坯加热钢坯加热二、 淬火加热保温时间淬火加热保温时间 加热保温时间的影响因素比较多，它与加热炉的类型、加热保温时间的影响因素比较多，它与加热炉的类型、钢种、工件尺寸大小等有关，一般根据热处理手册中的经验公钢种、工件尺寸大小等有关，一般根据热处理手册中的经验公式确定。式确定。三、三、 淬火冷却方式淬火冷却方式 冷却是淬火的关键，冷却的好坏直接决定了钢淬火后的冷却是淬火的关键，冷却的好坏直接决

71、定了钢淬火后的组织和性能。冷却介质应保证：工件得到马氏体，同时变形小，组织和性能。冷却介质应保证：工件得到马氏体，同时变形小，不开裂。理想的淬火曲线为不开裂。理想的淬火曲线为650650以上缓冷，以降低热应力。以上缓冷，以降低热应力。650650400400快速冷却，保证全部奥氏体不分解。快速冷却，保证全部奥氏体不分解。400400以下缓以下缓冷，减少马氏体转变时的相变应力。冷，减少马氏体转变时的相变应力。t=KD1、淬火介质、淬火介质理想的冷却曲线应只理想的冷却曲线应只在在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小附近尽量缓冷，以达到既获得马氏

72、体组织，又减小理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火介质。介质。l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。

73、用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.三、淬火方法三、淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。质的不足。1、单液淬火法、单液淬火法加热工件在一种介质中连续冷加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。却到室温的淬火方法。优点：操作简单，易实现自动优点：操作简单，易实现自动化。化。缺点：在水中淬火应力大，工缺点：在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。型工件不易淬透。各种淬火

74、方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法2、双液淬火法、双液淬火法工件先在一种冷却能力强的工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方介质中发生马氏体转变的方法。法。如水淬油冷，油淬空冷如水淬油冷，油淬空冷. .优点：冷却理想，缺点是不优点：冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状易掌握。用于形状复杂的碳复杂的碳钢件及大型合金钢件。钢件及大型合金钢件。l缺点：难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换缺点：难以掌握双液转

75、换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。为了克服这一缺点，发展了分级淬火法。过迟又容易淬裂。为了克服这一缺点，发展了分级淬火法。3、分级淬火法、分级淬火法工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在Ms点附近，点附近，工件在这一温度停留工件在这一温度停留2min5min，然后取出空冷，然后取出空冷。l使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。减小淬火应力，防止变形开裂。盐浴炉盐浴炉4、等温淬火法、等温淬火法将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的

76、盐浴的盐浴或碱浴中保温足够长时间，或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的从而获得下贝氏体组织的淬淬火方法。火方法。经等温淬火零件具有良好的经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小综合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高适用于形状复杂及要求较高的小型件。的小型件。（一）淬透性的概念（一）淬透性的概念M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度淬硬层深度是指由工件是指由工件表面到半马氏体区表面到半马氏体区

77、(50%M + 50%P)的深度。的深度。l淬硬性淬硬性是指钢淬火后所是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即能达到的最高硬度，即硬化能力硬化能力.四四 、钢的淬透性和淬硬性钢的淬透性和淬硬性淬透性是钢的固有属性，它是选材和制定热处理工艺的重要依据淬透性是钢的固有属性，它是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。之一。 同样形状和尺寸的工件，用不同的钢材制造，在相同的同样形状和尺寸的工件，用不同的钢材制造，在相同的条件下淬火，淬透层较深的钢，其淬透性较好。条件下淬火，淬透层较深的钢，其淬透性较好。 淬透层的深度规定淬透层的深度规定为由工件表面至半马氏体区的深度，半为由工件表面至半马氏体区的深度，半马氏体

78、区的组织是由马氏体区的组织是由50%50%马氏体和马氏体和50%50%分解产物组成的分解产物组成的。这样规定。这样规定是因为半马氏体区的硬度变化显著，同时组织变化明显，并且在是因为半马氏体区的硬度变化显著，同时组织变化明显，并且在酸蚀的断面上有明显的分界线，很容易测试。酸蚀的断面上有明显的分界线，很容易测试。 淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，取决于过冷奥氏淬透性主要取决于钢的临界冷却速度，取决于过冷奥氏体的稳定性。体的稳定性。 应当注意，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念，后应当注意，钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念，后者是指钢淬火后形成的马氏体组织所能达到的硬度，它主要取决者是指钢淬火后

79、形成的马氏体组织所能达到的硬度，它主要取决于马氏体中的含碳量。于马氏体中的含碳量。（二）（二）淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸工件尺寸小、小、介质冷却能力介质冷却能力强，淬硬层深。强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同它只用于不同材材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。层深度来确定的。 （三）影响淬透性的因素（三）影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷钢的

80、淬透性取决于临界冷却速度却速度Vk， Vk越小，淬越小，淬透性越高。透性越高。Vk取决于取决于C曲线的位置曲线的位置，C 曲线曲线越靠右，越靠右，Vk越小。越小。l因而凡是影响因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素. 含碳量含碳量：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚：在碳钢中，共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随含碳量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢共析钢随含碳量增加，临界冷速减小，淬透性提高；过共析钢随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低。随含碳量增加，临界冷速增加，淬透性降低。 合金元素合金元素：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏

81、体后，降低临界冷却速：除钴以外，其余合金元素溶于奥氏体后，降低临界冷却速度，使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性度，使过冷奥氏体的转变曲线右移，提高钢的淬透性，因此合金钢的淬透性往往比碳钢要好。往往比碳钢要好。 奥氏体化温度奥氏体化温度：提高钢材的奥氏体化温度，将使奥氏体成分均匀、晶：提高钢材的奥氏体化温度，将使奥氏体成分均匀、晶粒长大，因而可减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透粒长大，因而可减少珠光体的形核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。但奥氏体晶粒长大，生成的马氏体也会比较粗大，会降低钢材常温下的性。但奥氏体晶粒长大，生成的马氏体也会比较粗

82、大，会降低钢材常温下的力学性能。力学性能。 钢中未溶第二相钢中未溶第二相：钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、：钢加热奥氏体化时，未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其他非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界氮化物及其他非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。冷却速度增大，降低淬透性。 淬透性好的钢材经调质处理后，整个截面都是回火索氏体，力学性淬透性好的钢材经调质处理后，整个截面都是回火索氏体，力学性能均匀，强度高，韧性好；而淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片状能均匀，强度高，韧性好；而淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片状索氏体

83、索氏体+ +铁素体，心部强韧性差。因此，钢材的淬透性是影响工件选材和热铁素体，心部强韧性差。因此，钢材的淬透性是影响工件选材和热处理强化效果的重要因素。处理强化效果的重要因素。（四）（四）淬透性的测定及其表示方法淬透性的测定及其表示方法 1、淬透性的测定常用、淬透性的测定常用末端淬火法末端淬火法示，示，J 表示末端表示末端淬透性，淬透性，d 表示表示半马氏体区到水半马氏体区到水冷端的距离，冷端的距离，HRC 为半马氏为半马氏体区的硬度。体区的硬度。2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示即用即用 表表五、钢的淬火变形和开裂五、钢的淬火变形和开裂（1）热应力和相变应

84、力热应力和相变应力 热应力热应力工件在加热和冷却时，各部位存在温差，导致膨工件在加热和冷却时，各部位存在温差，导致膨胀和冷缩不同所引起的应力胀和冷缩不同所引起的应力 相变应力相变应力相变前后比容不同，温差不同相变不同时，则相变前后比容不同，温差不同相变不同时，则引起应力引起应力（2）减少变形的措施减少变形的措施 合理选择钢材与正确设计零件合理选择钢材与正确设计零件 正确锻造和预备热处理正确锻造和预备热处理 采用合理的热处理工艺采用合理的热处理工艺第六节第六节 钢的回火钢的回火回火回火是指将淬火钢加热是指将淬火钢加热到到A1以下的某温度保温以下的某温度保温后冷却的工艺。后冷却的工艺。一、回火的目

85、的一、回火的目的1、减少或消除淬火内、减少或消除淬火内应力应力, 防止变形或开裂防止变形或开裂.l2、获得所需要的力学性能、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。性大，回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹3、稳定尺寸、稳定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡组织，有自发都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可向平衡组织转变的倾向。回火可使使M与与A转变为平衡转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。或接近平衡的组织，防止使用时变形。4、对于某些高淬透性的钢对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用，空冷即可淬火

86、，如采用 回火软化既能回火软化既能降低硬度降低硬度，又，又能能缩短软化周期缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。过程中易变形或开裂。钢经钢经淬火后应立即进行回火。淬火后应立即进行回火。二、回火时组织转变二、回火时组织转变1、马氏体的分解、马氏体的分解 100回火时，钢的组回火时，钢的组织无变化。织无变化。100-200加热时，马加热时，马氏体将发生分解氏体将发生分解,从马从马氏体中析出氏体中析出 -碳化物碳化物(Fe2.4C)，使马氏体过饱和度降低。使马氏体过饱和度降低。析出的碳析出的碳化物以细片状分

87、布在马氏体基体上，这种组织称回化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体火马氏体，用，用M回回表示。表示。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌回火马氏体回火马氏体在光在光镜下镜下M回回为黑色为黑色，A为白色。为白色。 0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。偏聚。2、残余奥氏体分解残余奥氏体分解l200-300时时, 由于由于马氏体分解，奥氏马氏体分解，奥氏体所受的压力下降体所受的压力下降, Ms 上升，上升，A 分解分解为为 - 碳化物碳化物和和过饱和铁素体过饱和铁素体，即，即M回回。 衡成分衡成分, 内应力大量

88、消除内应力大量消除，M回回转变为在保持马氏体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回组织，称回火屈氏体火屈氏体，用，用T回回表示表示。l发生于发生于250-400，过饱和铁素体中析过饱和铁素体中析出出Fe3Cl -碳化物转变为碳化物转变为Fe3C，马氏体含碳马氏体含碳量降到铁素体平量降到铁素体平回火托氏体回火托氏体l3、 -碳化物转变为碳化物转变为Fe3C回火索氏体回火索氏体4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化l400以上以上, Fe3C开开始聚集长大。始聚集长大。l450 以上铁素体以上铁素体发生多边形化，由发生

89、多边形化，由针片状变为多边形针片状变为多边形.l这种在多边形铁素这种在多边形铁素体基体上分布着颗体基体上分布着颗粒状粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用的组织称回火索氏体，用S回回表示。表示。 三、回火脆性三、回火脆性淬火钢的韧性并淬火钢的韧性并不总是随温度升不总是随温度升高而提高。高而提高。在某些温度范围在某些温度范围内回火时，会出内回火时，会出现冲击韧性下降现冲击韧性下降的现象，称的现象，称回火回火脆性脆性。 1、第一类回火脆性、第一类回火脆性又称又称不可逆回火脆性不可逆回火脆性。是指淬火钢在是指淬火钢在250-350回火回火时出现的脆性时出现的脆性。l这种回火脆性是不可这种回火脆性是不可逆

90、的，只要在此温度逆的，只要在此温度范围内回火就会出现范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效脆性，目前尚无有效消除办法。消除办法。l回火时应避开这一温回火时应避开这一温度范围。度范围。2、第二类回火脆性、第二类回火脆性又称又称可逆回火脆性可逆回火脆性。是指是指淬火钢在淬火钢在500-650范围范围内回火后缓冷时出现的脆内回火后缓冷时出现的脆性性. 回火后快冷不出现，是可回火后快冷不出现，是可逆的。逆的。防止办法：防止办法： 回火后快冷。回火后快冷。l 加入合金元素加入合金元素W (约约1%)、 Mo(约约0.5%)。该法更该法更适用于大截面的零部件。适用于大截面的零部件。 四、回火种类四、回火种类

91、根据钢的回火温度范围，可将回火分为根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。三类。 淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调质调质.广泛用于各种结构件如轴、广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等要求较高精密件、量具等预备热处理。预备热处理。 适用于各种高碳适用于各种高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。 应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性具有良好的塑性和韧性。 提高提高 e及及 s，同时使工件具有同时

92、使工件具有一定韧性一定韧性 。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力。 回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧热处理弹簧热处理第七节第七节 钢的表面处理和化学热处理钢的表面处理和化学热处理一、钢的表面热处理一、钢的表面热处理表面热处理表面热处理是指在不改变钢或零件表面的化学成分是指在不改变钢或零件表面的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬

93、火以强化零件表面的热处理方法。后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。火焰加热火焰加热火焰加热火焰加热感感应应加加热热感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图1、表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法 感应加热感应加热: 利用交变电利用交变电流在工件表面感应巨大涡流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热流，使工件表面迅速加热的方法。的方法。感应加热分为：感应加热分为： 高频感应加热高频感应加热 频频率率为为250-300KHz，淬硬层深度淬硬层深度0.5-2mm传传动动轴轴连连续续淬淬火火感感应应器器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热表面淬火齿轮的截面图 中频感应加热中频感应加热 频

94、频 率率 为为 2500-8000Hz，淬淬硬硬层层深度深度2-10mm。各种感应器各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴 工频感应加热工频感应加热频率为频率为50Hz,淬硬淬硬层深度层深度10-15 mm各种感应器各种感应器感应穿透加热感应穿透加热2、 火焰加热火焰加热: 利用乙炔火焰利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。直接加热工件表面的方法。成成本低，但质量不易控制。本低，但质量不易控制。3、 激光热处理激光热处理: 利用高能量利用高能量密度的激光对工件表面进行加密度的激光对工件表面进行加热的方法。热的方法。效率高，质量效率高，质量好。好。火焰加热表面淬

95、火示意图火焰加热表面淬火示意图激光表面热处理激光表面热处理火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理它是将零件放在一定的活性介质中加热和保温，使它是将零件放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入零件表层，从而介质中的活性原子渗入零件表层，从而改变表层的改变表层的化学成份、组织和性能化学成份、组织和性能的工艺方法。的工艺方法。根据渗入元素不同，化学热处理分为根据渗入元素不同，化学热处理分为渗碳、碳氮共渗碳、碳氮共渗、渗渗、渗S、B、金属、金属等等1、钢在奥氏体状态的化学热处理、钢在奥氏体状态的化学热处理（1）渗碳）渗碳是向钢的表面渗入碳原子过程，渗碳使工件

96、表面是向钢的表面渗入碳原子过程，渗碳使工件表面C，具有高硬度和耐磨性，心部塑性、韧性，具有高硬度和耐磨性，心部塑性、韧性气体渗气体渗C法法固体渗固体渗C法法液体渗液体渗C法法（高温氰化）（高温氰化）900-950 气体渗剂气体渗剂煤油煤油甲醇甲醇+丙酮丙酮900-950 固体渗剂固体渗剂碳粒碳粒+ +碳酸碳酸（BaCO3，Na2CO3)木炭粉木炭粉NaCl+KCl+Na2CO3化学反应中有氰盐化学反应中有氰盐氰化盐浴炉氰化盐浴炉（2）碳氮共渗）碳氮共渗向钢的表面同时渗入碳、氮的过程，也称向钢的表面同时渗入碳、氮的过程，也称氰化氰化。早期是在含有。早期是在含有氰盐的盐浴中进行，表面硬度高，渗层较

97、深，硬度变化平缓，氰盐的盐浴中进行，表面硬度高，渗层较深，硬度变化平缓，具有良好的耐磨性和较小的表面脆性。具有良好的耐磨性和较小的表面脆性。常用常用中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗T 700-880渗剂渗剂煤油煤油+氨气氨气煤气煤气+氨气氨气甲醇甲醇+丙烷丙烷+氨氨三乙醇胺或三乙醇胺三乙醇胺或三乙醇胺+20%尿素尿素T 渗层的碳量渗层的碳量 N 渗层厚度渗层厚度优点：优点：加热加热 变形下降变形下降 生产周期短，渗层耐磨性生产周期短，渗层耐磨性 疲劳强度疲劳强度 抗压强度抗压强度 兼有一定的抗蚀能力兼有一定的抗蚀能力 低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗（气体软氮化）（气体软氮化） T570 处理

98、时间短处理时间短 渗剂：尿素渗剂：尿素 具有一定韧性，不易发生剥落现象具有一定韧性，不易发生剥落现象（3）渗硼）渗硼将工件置入渗将工件置入渗B介质中，加热至介质中，加热至800-1000，保温，保温1-6h，渗，渗B介质分解活性介质分解活性B原子渗入表面层，形成原子渗入表面层，形成Fe2B和和FeB，也有单一，也有单一的的Fe2B渗层。渗层。渗剂：渗剂：57-58%B4C，40%Al2O3，2-3%NH4Cl具有较高的耐磨性和良好的耐热性，渗具有较高的耐磨性和良好的耐热性，渗B后可调质处理。后可调质处理。2、钢在铁素体状态下的化学热处理、钢在铁素体状态下的化学热处理在在TAc1,无基本相变前提

99、下，将一种或多种元素渗入无基本相变前提下，将一种或多种元素渗入钢件表层，钢件表层，改变表面成分、组织与结构，达到耐磨、改变表面成分、组织与结构，达到耐磨、减磨、抗疲劳、耐腐蚀减磨、抗疲劳、耐腐蚀。（1）渗）渗N渗渗N是在是在TA1下使活性下使活性N原子渗入工件表面的化学热原子渗入工件表面的化学热处理处理 渗剂：渗剂：氨气，氨气， 2NH33H2+2N T: 550-570,保温时间保温时间20-50h，渗层，渗层0.6-0.7mm，变，变形很小形很小（2）离子）离子N化化在低于一个大气压的渗在低于一个大气压的渗N气氛中利用工件（阴极）和气氛中利用工件（阴极）和阳极之间产生的辉光放电进行渗阳极之

100、间产生的辉光放电进行渗N的工艺。的工艺。常在真空常在真空炉内进行炉内进行T：550， 时间时间10-12h，渗层，渗层0.3mm，HRC 61（3）渗）渗S钢铁表面形成钢铁表面形成FeS薄膜，可达到降低摩擦系数，抗咬薄膜，可达到降低摩擦系数，抗咬合性合性 低温电解渗低温电解渗S T：150-250，渗剂：硫氰酸盐（，渗剂：硫氰酸盐（KCNS、NaCNS） 硫硫N共渗共渗 T：520-600，渗剂：无氰熔盐中，渗剂：无氰熔盐中第八节第八节 热处理技术条件及工序位置热处理技术条件及工序位置一、热处理技术条件的标准一、热处理技术条件的标准热处理零件在图样上热处理零件在图样上硬度（技术条件）硬度（技术

101、条件）渗渗C C标准渗标准渗C C层深度、渗层深度、渗C C部位、淬火和回火后硬度部位、淬火和回火后硬度表面淬火零件表面淬火零件淬硬部位、淬硬层深度和硬度淬硬部位、淬硬层深度和硬度硬度标准硬度标准：HBHB为为30-4030-40个单位，个单位，HRCHRC为为5 5个左右（范围）个左右（范围）热处理技术条件热处理技术条件：工艺名称，如调质、淬火、回火、：工艺名称，如调质、淬火、回火、高频感应加热高频感应加热二、热处理工序位置的安排二、热处理工序位置的安排预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理1、预备热处理、预备热处理作用作用：消除前一工序所造成的某些缺陷（内应力、晶：消除前一工序所造成的某

102、些缺陷（内应力、晶粒粗大、组织不匀），为后续工序准备条件粒粗大、组织不匀），为后续工序准备条件位置位置：安排在毛坯生成之后，切削加工之前，或粗加：安排在毛坯生成之后，切削加工之前，或粗加工之后，精加工之前工之后，精加工之前 退火、正火的工序位置退火、正火的工序位置为消除毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织、改善切为消除毛坯的内应力、细化晶粒、均匀组织、改善切削加工性能和为最终热处理作准备削加工性能和为最终热处理作准备安排在毛坯生成安排在毛坯生成之前之前 调质的工序位置调质的工序位置粗加工之后、半精加工之前粗加工之后、半精加工之前目的是提高零件的综合力学性能，为后续表面淬火作目的是提高零件的综合力学

103、性能，为后续表面淬火作组织准备组织准备下料下料锻造锻造正火（退火）正火（退火）精加工（留等量）精加工（留等量）调调质质半精加工半精加工2、最终热处理、最终热处理安排在磨削之前、半精加工之后安排在磨削之前、半精加工之后 淬火的工序位置淬火的工序位置a、整体淬火零件加工路线、整体淬火零件加工路线 下料下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗、半精加工（留磨粗、半精加工（留磨量）量）淬火淬火回火（低中温）回火（低中温）磨削磨削b、表面淬火零件（经预先调质）加工路线、表面淬火零件（经预先调质）加工路线 渗渗C淬火的工序位置淬火的工序位置 下料下料锻造锻造正火正火粗、半精加工（留磨量、局部不粗、半精加

104、工（留磨量、局部不渗渗C处留防渗余量）处留防渗余量）渗渗C淬火淬火低温回火低温回火磨削磨削切去防渗切去防渗C余量余量淬火淬火低温回低温回火火磨削磨削 渗渗N的工序位置的工序位置尽量靠后尽量靠后 由于由于T 变形变形 氮化层硬而薄，渗氮化层硬而薄，渗N后不进行磨削加工，后不进行磨削加工，个别的精磨和超精磨个别的精磨和超精磨下料下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工去应力去应力退火退火粗磨粗磨渗渗N精磨和超精磨精磨和超精磨三、热处理工艺应用举例三、热处理工艺应用举例P108例：连杆螺栓例：连杆螺栓材料材料：40Cr钢钢热处理条件热处理条件：263-322HBS组织组织：回火索氏体

105、，不许有块状铁素体：回火索氏体，不许有块状铁素体工艺路线工艺路线：下料：下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）粗加工粗加工调质调质精加工精加工第九节第九节 高聚物的改性高聚物的改性一、化学改性一、化学改性又称结构改性又称结构改性1、共聚改性、共聚改性指由指由2种或种或2种以上的单体通过共聚反应而制得共聚物种以上的单体通过共聚反应而制得共聚物它和由同样单体通过均聚反应制得的均聚物相比，由它和由同样单体通过均聚反应制得的均聚物相比，由于分子链的结构发生变化，引入新的结构单元，从而于分子链的结构发生变化，引入新的结构单元，从而改变了高聚物的性能改变了高聚物的性能2、交联改性、交联改性指使高聚物线型

106、或支链型分子间，彼此交联起来形成指使高聚物线型或支链型分子间，彼此交联起来形成空间网状结构空间网状结构一、物理改性一、物理改性1、掺杂改性、掺杂改性共混改性共混改性指在高聚物中掺入低分子化合物或不同种类的高聚物，指在高聚物中掺入低分子化合物或不同种类的高聚物，可以改善其性能可以改善其性能2、填充、增强改性、填充、增强改性指为了满足各种应用领域对性能的要求，常需要加入指为了满足各种应用领域对性能的要求，常需要加入各种填充材料，以弥补树脂本身性能的不足，从而改各种填充材料，以弥补树脂本身性能的不足，从而改善高聚物的性能善高聚物的性能填充改性填充改性增强改性增强改性指在高聚物中填充各种增强材料，以提

107、高指在高聚物中填充各种增强材料，以提高机械强度，改善力学性能。机械强度，改善力学性能。3、复合改性、复合改性高聚物可以和各种材料，如金属、木材、水泥、高聚物可以和各种材料，如金属、木材、水泥、橡胶以及各种纤维等复合。这种以热塑性或热固橡胶以及各种纤维等复合。这种以热塑性或热固性塑性为基体材料，与其它材料复合，从而改善性塑性为基体材料，与其它材料复合，从而改善其性能的方法。其性能的方法。第十节第十节 材料的复合强化材料的复合强化复合材料复合材料两种以上宏观材料组成的新材料两种以上宏观材料组成的新材料性能改善性能改善：强度、刚度、耐腐蚀性、耐磨性、密度、强度、刚度、耐腐蚀性、耐磨性、密度、疲劳寿命

108、、高温力学性能、绝热性与隔音性疲劳寿命、高温力学性能、绝热性与隔音性颗粒增强颗粒增强承受主要载荷是基体承受主要载荷是基体纤维增强纤维增强承受主要载荷是纤维承受主要载荷是纤维第十节第十节 表面处理新技术表面处理新技术近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，近年来，金属材料表面处理新技术得到了迅速发展，开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种开发出许多新的工艺方法，这里只介绍主要的几种。 全方位离子注入与沉积设备全方位离子注入与沉积设备一、热喷涂技术一、热喷涂技术 将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气将热喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，用高压气流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的

109、工艺称为流使其雾化并喷射于工件表面形成涂层的工艺称为热喷涂热喷涂。l利用热喷涂技术可改善材利用热喷涂技术可改善材料的耐磨性、耐蚀性、耐料的耐磨性、耐蚀性、耐热性及绝缘性等。热性及绝缘性等。l广泛用于包括航空航天、广泛用于包括航空航天、原子能、电子等尖端技术原子能、电子等尖端技术在内的几乎所有领域。在内的几乎所有领域。等等离子热喷涂离子热喷涂二、气相沉积技术二、气相沉积技术 气相沉积技术气相沉积技术是指将含有沉积元素的气相物质，通是指将含有沉积元素的气相物质，通过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一过物理或化学的方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。种新型镀膜技术。l根据沉积过程的

110、原理根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术不同，气相沉积技术可分为可分为物理气相沉积物理气相沉积(PVD) 和和化学气相沉化学气相沉积积(CVD)两大类。两大类。物理气相沉积物理气相沉积物理气相沉积物理气相沉积TiAlTiAl靶靶靶靶1、物理气相沉积（、物理气相沉积（PVD）物理气相沉积是指在真空条件下，物理气相沉积是指在真空条件下，用物理的方法，用物理的方法， 使材料汽化成原子、分使材料汽化成原子、分子或电离成离子，并通子或电离成离子，并通过气相过程，在材料表过气相过程，在材料表面沉积一层薄膜的技术。面沉积一层薄膜的技术。l物理沉积技术主要包括物理沉积技术主要包括真空蒸镀、溅射镀、离真空蒸镀、

111、溅射镀、离子镀子镀三种基本方法。三种基本方法。磁控溅射镀膜设备磁控溅射镀膜设备物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；物理气相沉积具有适用的基体材料和膜层材料广泛；工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着工艺简单、省材料、无污染；获得的膜层膜基附着力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。力强、膜层厚度均匀、致密、针孔少等优点。广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等广泛用于机械、航空航天、电子、光学和轻工业等离子镀产品离子镀产品领域制备耐磨、领域制备耐磨、耐蚀、耐热、导耐蚀、耐热、导电、绝缘、光学、电、绝缘、光学、磁性、压电、滑磁性、压电、滑润、超导等薄膜。润、超导等薄膜。 2、

112、化学气相沉积、化学气相沉积(CVD)化学气相沉积化学气相沉积是指在一定温度下，混合气体与基体是指在一定温度下，混合气体与基体CVD设备设备表面相互作用而在基表面相互作用而在基体表面形成金属或化体表面形成金属或化合物薄膜的方法。合物薄膜的方法。例如，气态的例如，气态的TiCl4与与N2和和H2在受热钢的表在受热钢的表面反应生成面反应生成TiN，并并沉积在钢的表面形成沉积在钢的表面形成耐磨抗蚀的沉积层。耐磨抗蚀的沉积层。由于化学气相沉由于化学气相沉积膜层具有良好积膜层具有良好的耐磨性、耐蚀的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电性、耐热性及电学、光学等特殊学、光学等特殊性能，已被广泛性能，已被广泛用于机械制造

113、、用于机械制造、航空航天、交通航空航天、交通运输、煤化工等运输、煤化工等工业领域工业领域。经经CVD处理的模具处理的模具经经CVD处理处理的活塞环的活塞环三、三束表面改性技术三、三束表面改性技术 三束表面改性技术三束表面改性技术是指将是指将激光束激光束、电子束电子束和和离子束离子束(合称合称“三束三束”)等具有高能量密度的能源等具有高能量密度的能源(一般大于一般大于103W/cm2)施加到材料表面，使之发生物理、化学变施加到材料表面，使之发生物理、化学变化，以获得特殊表面性能的技术化，以获得特殊表面性能的技术。激激激激光光光光束束束束加加加加工工工工电电子子束束加加工工等等离离子子束束加加工工

114、1、激光束表面改性技术、激光束表面改性技术激光束能量密度高激光束能量密度高(106W/cm2)，可在短时间内将工可在短时间内将工件表面快速加热或融化件表面快速加热或融化, 而心部温度基本不变而心部温度基本不变; 当激当激l光辐射停止后，光辐射停止后，由于散热速度快，由于散热速度快，又会产生又会产生“自激自激冷冷”。l激光表面改性技激光表面改性技术主要应用于以术主要应用于以下几方面下几方面:CO2激光器激光器电子束表面改性技术电子束表面改性技术是以在电场中高速移是以在电场中高速移动的电子作为载能体动的电子作为载能体,电子束的能量密度最电子束的能量密度最高可达高可达109W/cm2。除所使用的热源

115、不同除所使用的热源不同 外，电子束表面改性技术与激光束表面改性技术的外，电子束表面改性技术与激光束表面改性技术的原理和工艺基本类似。原理和工艺基本类似。l凡激光束可进行的处理，电子束也都可进行。凡激光束可进行的处理，电子束也都可进行。电子束表面改性装置电子束表面改性装置l 2、电子束表面改性技术、电子束表面改性技术3、离子注入表面改性技术、离子注入表面改性技术离子注入离子注入是指在真空下，将注入元素离子在几万至几是指在真空下，将注入元素离子在几万至几十万电子伏特电场作用下高速注入材料表面，使材料十万电子伏特电场作用下高速注入材料表面，使材料表面层的物理、化学和机械性能发生变化的方法。表面层的物理、化学和机械性能发生变化的方法。离子注入航空液压泵配流盘离子注入航空液压泵配流盘离子注入设备离子注入设备通过离子注入可提高材料的耐磨性、耐蚀性、抗疲通过离子注入可提高材料的耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性、抗氧化性及电、光等特性。劳性、抗氧化性及电、光等特性。目前离子注入在微电子技术、生物工程、宇航及医目前离子注入在微电子技术、生物工程、宇航及医 疗等高技术领域疗等高技术领域获得了比较广泛获得了比较广泛的应用，尤其在的应用，尤其在工具和模具制造工具和模具制造工业的应用效果工业的应用效果突出。突出。 离子注入处理的铣刀片离子注入处理的铣刀片