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1、第一章金属固态相变l l概述：固态相变-金属性能的多样性：例：-应用范围广。“变”-就可利用之，“不变”-此材料难堪大用。-各种强化手段：位错、第二相、固溶、细晶加之金属的性能均衡-金属材料广泛应用。l l本章简介固态相变的特点、类型、过程；主要介绍钢的热处理原理第1节 固态相变的特点l l相变有其共同规律：如l l1、热力学-驱动力-能量差-能量降低是自发过程。l l2、过程：形核、长大l l固态相变有其自身规律：母相为固态-引出各种特点：外观形状确定，基本不变；切变强度较大；扩散较难。l一、相变阻力大：l1、新生界面-导致界面能升高-驱动力降低。相变初期界面能升高占主导，界面长大后，体积自
2、由能降低占主导；2、相变时体积变化：胀或缩-受母相约束-即应变能-此为固态相变新增能量-导致驱动力降低；3、扩散难-难以均匀化。l二、新相与母相界面上原子排列易保持一定匹配关系：匹配越好，界面能增量越少。l三、新相晶核与母相间存在一定的晶体学位向关系l四、新相常在母相一定的晶面上形成：惯习面、惯习晶向-惯习现象l l五、母相晶体缺陷对相变起促进作用：位错、空位、晶界、亚晶界、孪晶-等处自由能高，不稳定，相变驱动力较大。l l六、易出现过渡相：亚（介）稳定相。原因：固态相变阻力大，扩散难-在母相和新相间起协调、妥协的作用（结果）。不是非此即彼。社会、人类相似。l l母相-较不稳定相（接近母相）-
3、较稳定相（接近新相）-稳定新相第2节 固态相变的基本类型l l分类方法很多，P174之表9-1（解析之）l l1、扩散型相变：形核、长大-依靠原子长距离扩散完成-即相界面的扩散、移动来完成：扩散是控制因素。l l相界面：非共格，无严格的晶体学对应关系l l例：钢的共析相变l2、半扩散相变：介于前二者之间的过渡型相变。l例：钢的贝氏体转变：A-B(B=F+Fe3C)l即：A-F为切变，非扩散型，C的析出(C-Fe3C)为扩散型相变l l3、非扩散相变：新相的生成不是靠扩散，而是以类似塑性变形过程中的滑移、孪生的形式-产生切变和转动而进行的-又称“切变型相变”。l l相变过程中，原来的原子有规则的
4、、协调一致地变为新相，新相旧相之界面是共格的。相变前后各原子间的相邻关系不发生变化，成分也不变。集体或整体改组.l l例：钢的淬火:A-M，又称马氏体相变第3节 固态相变的形核与长大l l不讲。基本概念略提。l l1 1、热处理热处理热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，是指将钢在固态下加热、保温和冷却，是指将钢在固态下加热、保温和冷却，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以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺以改变钢的组织结构，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
5、的基本工艺过程，通的基本工艺过程，通常用温度常用温度时间坐标时间坐标绘出绘出热处理工艺曲线热处理工艺曲线。 第第4 4节节 钢的固态转变钢的固态转变（钢的热处理原理）（钢的热处理原理）l l热处理分类热处理分类热处理分类热处理分类 “四把火四把火四把火四把火” ”l l热处理原理：热处理原理：热处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称描述热处理时钢中组织转变的规律称描述热处理时钢中组织转变的规律称描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理热处理原理热处理原理热处理原理。l l热处理工艺：热处理工艺：热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、根据热处理原理制定的温度、
6、时间、根据热处理原理制定的温度、时间、根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称介质等参数称介质等参数称介质等参数称热处理工艺热处理工艺热处理工艺热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F） 20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变l l加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在加热是热处理的第一道工序。加热
7、分两种：一种是在加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A A1 1以下加以下加以下加以下加热，不发生相变；另一种是热，不发生相变；另一种是热，不发生相变；另一种是热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均在临界点以上加热，目的是获得均在临界点以上加热，目的是获得均在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称匀的奥氏体组织，称匀的奥氏体组织，称匀的奥氏体组织，称奥氏体化奥氏体化奥氏体化奥氏体化。组织遗传性组织遗传性组织遗传性组织遗传性 。热惯性。加热目。热惯性。加热目。热惯性。加热目。热惯性。加热目的：的：的：的：“ “热透热
8、透热透热透” ”，均、细，均、细，均、细，均、细A.A.(一一) 奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长大奥氏体化也是形核和长大的过程，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：l l(1) (1) 奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：奥氏体晶核形成：首先在首先在首先在首先在 与与与与FeFe3 3C C相界形核。相界形核。相界形核。相界形核。l l(2) (2) 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：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晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和和和FeFe3 3
9、C C方向长大。方向长大。方向长大。方向长大。l l(3) (3) 残余残余残余残余FeFe3 3C C溶解溶解溶解溶解: : 铁素体的成分铁素体的成分铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近于奥氏结构更接近于奥氏结构更接近于奥氏结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的体，因而先消失。残余的体，因而先消失。残余的体，因而先消失。残余的FeFe3 3C C随保温时间延长继续溶随保温时间延长继续溶随保温时间延长继续溶随保温时间延长继续溶解直至消失。解直至消失。解直至消失。解直至消失。l l(4) (4) 奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：奥氏体成分均匀化：FeFe3 3C C溶解后，
10、其所在部位碳含量仍很高，通过长时间溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间溶解后，其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。保温使奥氏体成分趋于均匀。保温使奥氏体成分趋于均匀。保温使奥氏体成分趋于均匀。l l亚共析钢和过共析钢的奥亚共析钢和过共析钢的奥亚共析钢和过共析钢的奥亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相氏体化过程与共析钢基本相氏体化过程与共析钢基本相氏体化过程与共析钢基本相同同同同。但由于先共析。但由于先共析。但由于先共析。但由于先共析 或二次或二次或二次或二次FeFe3 3C C的存在，要获得全部的存在，要获得全部
11、的存在，要获得全部的存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热奥氏体组织，必须相应加热奥氏体组织，必须相应加热奥氏体组织，必须相应加热到到到到AcAc3 3或或或或AcAccmcm以上以上以上以上. .(二二) 奥氏体晶粒长大及其控制奥氏体晶粒长大及其控制1. 1. 晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒大小的表示方法：平均粒径、单位面积（体积）晶粒数、评级法：晶粒数、评级法：晶粒数、评级法：晶粒数、评级法： 通常分为通常分为8级，级，1级最粗，级最粗，8级最细。级最细。2. 2. 奥氏体晶粒
12、度的概念奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念 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晶粒度,此时晶粒此时晶粒细小均匀。细小均匀。l随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一晶粒将进一步长大步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过，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。程与再结晶晶粒长大过程相同。l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。l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（粗、细）本质晶粒度（粗、细）。3
13、3、奥氏体晶粒大小的控制、奥氏体晶粒大小的控制、奥氏体晶粒大小的控制、奥氏体晶粒大小的控制l加热温度和保温时间加热温度和保温时间: 加热温加热温加热温加热温度高度高度高度高、保温时间长保温时间长保温时间长保温时间长, , 晶粒粗大晶粒粗大晶粒粗大晶粒粗大. .l加热速度加热速度: 加热速度越快加热速度越快加热速度越快加热速度越快, ,过热过热过热过热度越大度越大度越大度越大, , 形核率越高形核率越高形核率越高形核率越高, , 晶粒越细晶粒越细晶粒越细晶粒越细. .l钢的化学成分：钢的化学成分：l1）C:共析成分长大倾向最共析成分长大倾向最大，远离共析成分长大倾向大，远离共析成分长大倾向减小。
14、（未溶碳化物阻碍之）减小。（未溶碳化物阻碍之）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l2)合金元素：合金元素：碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。l强烈阻碍奥氏体晶粒长大元素强烈阻碍奥氏体晶粒长大元素: Ti、V、Nb、 Al 、Zrl一般阻碍奥氏体晶粒长大元素一般阻碍奥氏体晶粒长大元素: Mo、Cr、Wl不显著不显著阻碍奥氏体晶粒长大元素阻碍奥氏体晶粒长大元素: Ni、Cu、Si（ Si 微弱促进长大）微弱促进长大）l促进促进奥氏体晶粒长大元素奥氏体晶粒长大元素:Mn、P、N、Cl(4
15、)钢的原始组织钢的原始组织l l（三）加热缺陷：过热、过烧、欠热、氧化、脱碳、开裂。l l（四）超细化处理：加热之应用-反复加热、冷却。极细的A晶粒。量变到质变。极大提高性能。过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线和连续冷却转变曲线过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有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等温转变等温转变和和和和连续冷却转变连续冷却转变连续冷却转变连续冷却转变两种。两种。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连续冷却连续冷却二、二、 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变l l过冷奥氏体的等
16、温转过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图变图变图是是是是表示奥氏体急速表示奥氏体急速表示奥氏体急速表示奥氏体急速冷却到临界点冷却到临界点冷却到临界点冷却到临界点A A1 1 以下以下以下以下在各不同温度下的保温在各不同温度下的保温在各不同温度下的保温在各不同温度下的保温过程中转变量与转变时过程中转变量与转变时过程中转变量与转变时过程中转变量与转变时间的关系曲线间的关系曲线间的关系曲线间的关系曲线. .又称又称又称又称C C 曲线、曲线、曲线、曲线、S S 曲线或曲线或曲线或曲线或TTTTTT曲曲曲曲线。线。线。线。（一）（一） 共析钢过冷共析钢过冷A的等温转变曲线的等
17、温转变曲线(C曲线曲线)(Time-Temperature-Transformation diagram)lA1-Ms 间及转间及转变开始线以左的变开始线以左的区域为区域为过冷奥氏过冷奥氏体区。体区。l转变终了线以转变终了线以右及右及Mf以下为以下为转转变产物区。变产物区。l两线之间及两线之间及Ms与与Mf之间为之间为转变转变区。区。时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体C 曲线的分析曲线的分析l 转变开始线与纵坐标之间的距离为转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期孕育期。l孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小孕育期越小，过冷奥氏
18、体稳定性越小.l孕育期最小处称孕育期最小处称C 曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。碳钢鼻尖处。碳钢鼻尖处的的温度为温度为550。l在鼻尖以上在鼻尖以上, 温度较高，相变驱动力小温度较高，相变驱动力小.l在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏从而使奥氏体稳定性增加。体稳定性增加。 l l C C曲线明确表示曲线明确表示曲线明确表示曲线明确表示了过冷奥氏体在不同了过冷奥氏体在不同了过冷奥氏体在不同了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产温度下的等温转变产温度下的等温转变产温度下的等温转变产物。物。物。物。2. 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图l l过冷奥氏体
19、连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCTCCT( (Continuous-Cooling-TransformationContinuous-Cooling-Transformationdiagram)diagram)曲线曲线曲线曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。的转变量获得的。的转变量获得的。的转变量获得的。1）共析钢的）共析钢的CCT曲线曲线l共析钢的共析钢的CCT曲线没曲线没有贝氏体转变区有贝氏体转变区，在珠，
20、在珠光体转变区之下多了一光体转变区之下多了一条转变中止线。条转变中止线。l当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中止线时，珠光体转变中止，余下的奥氏转变中止，余下的奥氏体一直保持到体一直保持到Ms以下转以下转变为马氏体。变为马氏体。VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线l l图中的图中的图中的图中的V Vk k 为为为为CCTCCT曲线的曲线的曲线的曲线的临界冷却速临界冷却速临界冷却速临界冷却速度度度度，即获得全部马即获得全部马即获得全部马即获得全部马氏体组织时的最小氏体组织时的最小氏体组织时的最小氏体组织时的最小冷却速度冷却速度冷却速度冷却速度. .l lV Vk k
21、为为为为TTTTTT曲线的曲线的曲线的曲线的临界冷却速度临界冷却速度临界冷却速度临界冷却速度. . V Vk k 1.5 V 1.5 Vk k 。VkVk时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100l l2 2）过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢CCTCCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区, , 但比共析但比共析但比共析但比共析钢钢钢钢CCTCCT曲线多一条曲线多一条曲线多一条曲线多一条AFeAFe3
22、3C C转变开始线。由于转变开始线。由于转变开始线。由于转变开始线。由于FeFe3 3C C的的的的析出析出析出析出, , 奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降, , 因而因而因而因而MsMs 线右端升高线右端升高线右端升高线右端升高. .l l3 3、亚共析钢、亚共析钢、亚共析钢、亚共析钢CCT CCT 曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多AFAF开始线开始线开始线开始线, , F F析出使析出使析出使析出使A A含碳量升高含碳量升高含碳量升高含碳量升高, , 因而因而因而因而Ms Ms 线右端下
23、降线右端下降线右端下降线右端下降. . 过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线( (二二二二) ) 过冷过冷过冷过冷A A转变产物的组织和性能转变产物的组织和性能转变产物的组织和性能转变产物的组织和性能1 1、珠光体转变、珠光体转变、珠光体转变、珠光体转变1 1）珠光体的组织形态）珠光体的组织形态）珠光体的组织形态）珠光体的组织形态l过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将转变为珠光体类型组间将转变为珠光体类型组织，它是织，它是铁素体铁素体与与渗碳体渗碳体片层相间的片层相间的机械混合机械混合物物，根据，根据片层厚薄不同片层厚薄不同,又细分为又细分为珠光体珠光体、索氏
24、体索氏体和和托氏体托氏体. 珠光体：珠光体：l形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜下可倍光镜下可辨，用符号辨，用符号P表示表示.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌l l 索氏体索氏体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倍光镜下可辨，用符倍光镜下可辨，用符号号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌l l 托氏体托氏体托氏体托氏体l l形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为600-600-550550，片层极薄，电，片层极薄，电，片层极薄，电，片层极薄，电镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号
25、T T 表表表表示。示。示。示。l l珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只三种组织无本质区别，只三种组织无本质区别，只三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。2）珠光体的力学性能）珠光体的力学性能片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。 3 3）珠光体转变过程）珠光体转变过程珠光体转变也是珠光体转变也是珠光体转
26、变也是珠光体转变也是形核形核形核形核和和和和长大长大长大长大的过程的过程的过程的过程。l珠光体转变是珠光体转变是 扩散型转变。扩散型转变。2 2、马氏体转变、马氏体转变、马氏体转变、马氏体转变1 1）马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构l l当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到MsMs以下将以下将以下将以下将转变为马氏体类型组织。转变为马氏体类型组织。转变为马氏体类型组织。转变为马氏体类型组织。l l马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重要途径之一。要途径之一。要途径之一。要途径之一。马氏体的晶体
27、结构马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构l l碳在碳在碳在碳在 -Fe-Fe中的过饱和固溶中的过饱和固溶中的过饱和固溶中的过饱和固溶体，用体，用体，用体，用MM表示表示表示表示。马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.l l马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bca=bc）l l轴比轴比轴比轴比c/a c/a 称马氏体的正方度称马氏体的正方度称马氏体的正方度称马氏体的正方度。l lC% C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方
28、畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。l l当当当当0.25%C0.25%C时，时，时，时，c/a=1c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格，此时马氏体为体心立方晶格，此时马氏体为体心立方晶格，此时马氏体为体心立方晶格. .2 2）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态l马氏体的形态分马氏体的形态分板条板条和和针状针状两类。两类。 C%1.0%CC%1.0%C时时时时 针状马氏体针状马氏体针状马氏体针状马氏体l l立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的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片状片状。显微
29、组织为针状。显微组织为针状。显微组织为针状。显微组织为针状。l l在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶孪晶孪晶孪晶，又称，又称，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体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3 3）马氏体的性能）马氏体的性能）马氏体的性能）马氏体的性能l高硬度高硬度是马氏体性能的主要特点。是马氏体性能的主要特点。l马氏体的硬度主要取决于其含碳量。马氏体的硬度主要取决于其含碳量。l l含碳量增加，其硬度增加。含碳量增加，其硬度增加。含碳量增加，其硬度增加。含碳量增加，其硬度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时
30、，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。l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。l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.4）马氏体转变的主要特点）马氏体转变的主要特点l l马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大的过
31、程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是： 无扩散性无扩散性l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散都不扩散，因，因而马氏体的含而马氏体的含碳量与奥氏体碳量与奥氏体的含碳量相同。的含碳量相同。(2) 在一个温度范围内进行的在一个温度范围内进行的l马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马氏体点上马氏体点，用，用Ms 表示表示.l马氏体转变终了温度称马氏体转变终了温度称下马氏体点下马氏体点，用，用Mf 表示表示.l只要温度达到只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变。以下即发生马氏体转变。l在在Ms以下，随温度下降以下，随温度下降,转变
32、量增加，冷却中断转变量增加，冷却中断,转变转变l停止。停止。(3) 转变不完全转变不完全l即使冷却到即使冷却到Mf 点，也不可能获得点，也不可能获得100%的马氏体，总的马氏体，总有部分奥氏体未能转变有部分奥氏体未能转变而残留下来，称而残留下来，称残余奥氏体残余奥氏体，用，用A 或或 表示。表示。（4）有体积膨胀、相变应力和较大变形）有体积膨胀、相变应力和较大变形3 3、 贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变贝氏体转变1 1）贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态l l过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在过冷奥氏体在550550- - 230230 (Ms) (Ms)间将转
33、变为贝氏间将转变为贝氏间将转变为贝氏间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号体类型组织，贝氏体用符号体类型组织，贝氏体用符号体类型组织，贝氏体用符号B B表示。表示。表示。表示。l l根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝贝贝贝氏体氏体氏体氏体又分为又分为又分为又分为上贝氏体上贝氏体上贝氏体上贝氏体( (B B上上上上) )和和和和下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体( (B B下下下下). ).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体上贝氏体上贝氏体l l形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为550-350550-350。l l在光镜下呈在光
34、镜下呈在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状羽毛状羽毛状. .l l在电镜下为在电镜下为在电镜下为在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界不连续棒状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。向晶内平行生长的铁素体条之间。向晶内平行生长的铁素体条之间。向晶内平行生长的铁素体条之间。下贝氏体下贝氏体下贝氏体下贝氏体l l形成温度为形成温度为形成温度为形成温度为350350-Ms-Ms。l l在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。竹叶状。竹叶状。l在电镜下为在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针内。
35、细片状碳化物分布于铁素体针内。l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。l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，是生产上常用的强好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。化组织之一。 上贝氏体上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2 2）贝氏体的力学性能）贝氏体的力学性能四、钢的退火与正火四、钢的退火与正火 l l机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：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）
36、毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）预预预预备热处理备热处理机加工机加工最最终热处理。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，只有当工，只有当工件性能要求不高时才作件性能要求不高时才作为最终热处理。为最终热处理。 （一）退火与正火（一）退火与正火 退火目的退火目的退火目的退火目的l l将钢加热至适当温将钢加热至适当温将钢加热至适当温将钢加热至适当温度保温，然后度保温，然后度保温，然后度保温，然后缓慢冷缓慢冷缓慢冷缓慢冷却却却却 ( (炉冷炉冷炉冷炉冷) ) 的热处理的热处理的热处理的热处理工工工工艺叫做艺叫做艺叫做艺叫做退火退火退火退火。退火目的：退火目的：
37、退火目的：退火目的：“ “四化四化四化四化” ”l降降低低硬硬度度（软软化化），便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的硬度为的硬度为180-230HB。粒化。粒化。l 消除内应力，消除内应力，防止加工中变形。防止加工中变形。l 细化、均化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化、均化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉真空退火炉退火工艺退火工艺退火工艺退火工艺l l退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火完全退火完全退火完全退火、等温退火等温退火等温退火等温退火、球化退火球化退火球化退火球化退火、扩散退火扩散退火扩散退火扩散
38、退火、去应力退火去应力退火去应力退火去应力退火、再结晶退火再结晶退火再结晶退火再结晶退火。 完全退火完全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保温保温后缓冷的退火工后缓冷的退火工艺，艺，主要用于亚主要用于亚共析钢共析钢 .l l适应材料：亚共析钢（碳、合金）l l目的：细化、均化、粒化、软化、消除应力。提高切削性能。l lT加 = Ac3 +3050l lt加 = KDl lt保 = D/25 (Hr)l lV加：一般不限l lV冷：十分缓慢l l组织：F + Pl l性能：高塑性、韧性，低强度、硬度 等温退火等温退火l l亚共析钢加热到亚共析钢加热到亚共析钢加热到亚共
39、析钢加热到AcAc3 3+3050+3050, , 共析、过共析钢加热共析、过共析钢加热共析、过共析钢加热共析、过共析钢加热到到到到AcAc1 1+3050+3050，保温后快冷到，保温后快冷到，保温后快冷到，保温后快冷到ArAr1 1以下的某一温度下以下的某一温度下以下的某一温度下以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。停留，待相变完成后出炉空冷。停留，待相变完成后出炉空冷。停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件等温退火可缩短工件等温退火可缩短工件等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合
40、金钢在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. . l l退火目的、加热T、时间：与完全退火相同l l冷却工艺：由硬度决定T等温；由C曲线决定等温时间。l l组织、性能、应用：同“完全退火”。更合理。 球化退火球化退火球化退火球化退火l l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。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 保温后缓保温后缓冷，或者加热后冷却冷，或者加热后冷却到略低于到略低于 Ar1 的温度下的温度下保温，使珠光体中的保温，使珠光体中的渗碳体球化后出
41、炉空渗碳体球化后出炉空冷。冷。主要用于共析、主要用于共析、过共析钢。过共析钢。l l适应材料：共、过共析钢（碳、合金）l l目的：粒化；软化，提高切削性能。l lT加 = Ac1 +2030。l l 关键：低温短时加热l lt加 = KD；t保 = D/25 (Hr)l lV加：一般不限；V冷：十分缓慢l l注意：原始组织中不能有网状Fe3C。l l组织：粒状 P。粒状 P片P。l l性能：高塑性、韧性，低强度、硬度l l例：热处理工艺曲线l l球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基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体上分
42、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，称组织，称组织，称球状珠光体球状珠光体球状珠光体球状珠光体, , 用用用用P P球球球球表表表表示。示。示。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，球化退火前应先过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状进行正火，以消除网状.（4 4 4 4）扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）l铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀现象，为偏析等化学成分不均匀现象，为达到化学成分的均达到化学成分
43、的均匀化匀化，必须对其进行扩散退火。，必须对其进行扩散退火。l特点：特点：加热温度高加热温度高( (一般在一般在AcAc3 3或或AcAcm m上上150300)150300)，保温时间长保温时间长(10h(10h以上以上) )。成本高，组织粗化。成本高，组织粗化。（5 5 5 5）去应力退火）去应力退火）去应力退火）去应力退火l用来用来消除消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形防止变形和开裂。和开裂。l特点：特点：工件随炉缓慢加热至工件随炉缓慢加热至500600 500600 ，经
44、一段，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至时间保温后随炉缓慢冷却至300200 300200 以下出炉。以下出炉。l冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒。当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒。l目的目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。及成形性能。l特点特点：加热温度通常比理论再结晶温度高：加热温度通常比理论再结晶温度高100200 100200 ，通常在去应力退火温度之上。，通常在去应力退火温度之上。例：西宁特钢：例：西宁特钢：720 /5min
45、720 /5min（冷拉钢丝）（冷拉钢丝）（6 6）再结晶退火）再结晶退火2. 2. 正火正火正火正火l l正火是将正火是将正火是将正火是将亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢加热到加热到加热到加热到AcAc3 3+30 50+30 50，共析钢共析钢共析钢共析钢加加加加热到热到热到热到AcAc1 1+3050+3050，过共析过共析过共析过共析钢钢钢钢加热到加热到加热到加热到AcAccmcm+30 50+30 50保保保保温后温后温后温后空冷空冷空冷空冷的工艺。的工艺。的工艺。的工艺。l l正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。P P片更细（片更
46、细（片更细（片更细（S S），强度、硬），强度、硬），强度、硬），强度、硬度比退火高些。度比退火高些。度比退火高些。度比退火高些。正火温度正火温度1）正火的目的）正火的目的l 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。，目的与退火的相同。l 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。化退火作组织准备。l 普通件最终热处理。普通件最终热处理。l要改善切削性能，要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火或正火,高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.l l2）工艺：l l（1）加热：T = A
47、c3 （Accm ） +30 50l lV加、加、t保：同保：同“退火退火”，与厚度有关。，与厚度有关。l l（2）冷却：）冷却：空冷，大件课：吹风、吹雾，空冷，大件课：吹风、吹雾，注意散开摆放，勿堆积，以免影响冷却。注意散开摆放，勿堆积，以免影响冷却。l l3）适用材质：碳素钢、中低合金钢。不适）适用材质：碳素钢、中低合金钢。不适于高合金钢。于高合金钢。五、淬火五、淬火淬火淬火是将钢加热到是将钢加热到Ac1或或Ac3以上，保温后以大于以上，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
48、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l l1、目的：淬火与回火恰当配合，获得不同组织淬火与回火恰当配合，获得不同组织性能。性能。l l1）提高硬度耐磨性：M回l l2）提高弹性：T回l l3）提高综合力学性能：S回l l4）提高耐蚀、耐热性：不锈钢、耐热钢l l淬火+回火是强化钢材的最主要、重要手段。2. 2. 淬火加热温度淬火加热温度淬火加热温度淬火加热温度亚共析钢亚共析钢亚共析钢亚共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。 共析钢共析钢共析钢共析钢l l淬火温度为淬火温度为淬火温度为淬火温度为AcAc
49、1 1+30-50+30-50；淬火组织为淬火组织为淬火组织为淬火组织为M+AM+A。l l解说加热温度的原因解说加热温度的原因解说加热温度的原因解说加热温度的原因 过共析钢过共析钢过共析钢过共析钢l淬火温度淬火温度: Ac1+30-50.l温度高于温度高于Accm，则奥氏，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高体晶粒粗大、含碳量高,淬淬火后马氏体晶粒粗大火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂性下降，脆性、变形开裂倾向增加。倾向增加。l淬火组织淬火组织: M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织）正
50、常淬火组织l3. 淬火冷却介质淬火冷却介质l 1）对淬火冷却介质的要求：）对淬火冷却介质的要求：l 2）理想冷却介质（曲线）：）理想冷却介质（曲线）：l 3）常用冷却介质：）常用冷却介质：理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 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，只使用于温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。形状简单的碳钢件。盐水、碱水。盐水、碱水。l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。l熔盐作为淬火介质称
51、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。用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。l l实用淬火介质：商品淬火剂l l1）水性淬火剂：（1）PAG类：聚醚类非离子型高聚物，水溶性，加其他助剂。V冷与浓度成反比，介于水油之间。“逆溶性”。环保、安全、不起火、无毒、不易变质防锈，寿命长。l l（2）PVA类l l（3）聚丙烯酸钠类l l2）油类：冷油（中速、中快、快速、超速）l l热油（冷速较慢）4. 4. 4. 4. 淬火方法淬火方法淬火方法淬火方法l l采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介
52、质的不足。可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。l l1 1）单液淬火法）单液淬火法）单液淬火法）单液淬火法l l加热工件在一种介质加热工件在一种介质加热工件在一种介质加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬中连续冷却到室温的淬中连续冷却到室温的淬中连续冷却到室温的淬火方法。火方法。火方法。火方法。l l操作简单，易实现自操作简单，易实现自操作简单，易实现自操作简单，易实现自动化。动化。动化。动化。各种淬火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l l2）双液淬火法）双液淬火法l l工件先在一种冷却能力工
53、件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻强的介质中冷，却躲过鼻强的介质中冷，却躲过鼻强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能尖后，再在另一种冷却能尖后，再在另一种冷却能尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏力较弱的介质中发生马氏力较弱的介质中发生马氏力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。体转变的方法。体转变的方法。体转变的方法。如水淬油如水淬油如水淬油如水淬油冷，油淬空冷冷，油淬空冷冷，油淬空冷冷，油淬空冷. .l优点是冷却理想，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金复杂的碳钢件及大型合金钢件。钢件
54、。3）分级淬火法）分级淬火法l l在在在在MsMs附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。再取出缓冷。再取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺寸工件。可减少内应力，用于小尺寸工件。4）等温淬火法）等温淬火法l l将工件在稍高于将工件在稍高于将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时的盐浴或碱浴中保温足够长时的盐浴或碱浴中保温足够长时的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。间
55、，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。l l经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小力小力小力小. . 适用于形状复杂及要求较高的小型件。适用于形状复杂及要求较高的小型件。适用于形状复杂及要求较高的小型件。适用于形状复杂及要求较高的小型件。B B下。下。下。下。淬透性的概念淬透性的概念l淬透性淬透性是指钢在淬火时获得是指钢在淬火时获得淬硬层深度淬硬层深度的能力。其的能力。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
56、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表面到半马氏体区是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。的深度。l淬硬性淬硬性是指钢淬火后所能达到的是指钢淬火后所能达到的最高硬度最高硬度，即硬化能，即硬化能力力.l淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。l是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。5. 5. 钢的淬透性钢的淬透性淬透性，淬透性，d 表示半马氏体区到水冷端的距离，表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC 为半马氏体区的硬度。为半马氏体区的硬度。淬透性的表示方法淬透性的表示方法淬透性的表示方法淬透性的表示方法 用
57、淬透性曲线表示用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示即用即用 表表 示，示，J J 表示末端表示末端 用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示l l临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用淬成半马氏体的最大直径，用淬成半马氏体的最大直径，用淬成半马氏体的最大直径，用D D0 0表示。表示。表示。表示。l lD D0 0与介质有关，如与介质有关，如与介质有关，如与介质有关，如4545钢钢钢钢D
58、D0 0水水水水=16mm=16mm，D D0 0油油油油=8mm=8mm。l l只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如较，如较，如较，如4545钢钢钢钢D D0 0油油油油=8mm=8mm，40Cr D40Cr D0 0油油油油=20mm=20mm。马氏体马氏体索氏体6.淬火缺陷l l包括：氧化、脱碳、表面腐蚀、硬度不足、硬度不均匀、欠热、过热、过烧、变形、开裂等。l l其中：过烧、开裂属于报废性缺陷；l l其他缺陷：尚可修复。l l碳钢：变形、开裂
59、倾向小些；l l合金钢：变形、开裂倾向大些。易裂-慢冷;防裂、防变形。l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。1.回火的目的回火的目的:l1）减少或消除淬火内）减少或消除淬火内应力、脆性应力、脆性, 防止变形防止变形或开裂或开裂.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。l3）稳定组织和尺寸）稳定组织和尺寸;螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹六、回火六、回火l未经淬火的钢回火无意义。未经淬火的钢回火无意义。钢经淬火后应
60、立即进行钢经淬火后应立即进行回火回火。回火是淬火的后续工序。回火是淬火的后续工序。1 1）马氏体的分解）马氏体的分解）马氏体的分解）马氏体的分解l 100回火时，钢的组回火时，钢的组织无变化。织无变化。l100-200加热时，马加热时，马氏体将发生分解氏体将发生分解,从马氏从马氏体中析出体中析出 -碳化物碳化物( -FeXC)，使马氏体过饱使马氏体过饱和度降低。和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称织称回火马氏体回火马氏体，用用M回回表示。性能：硬度不降低或表示。性能：硬度不降低或降低很少，脆性大降。高硬度，韧性不高。应力大降
61、。降低很少，脆性大降。高硬度，韧性不高。应力大降。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2.钢在回火时的组织转变钢在回火时的组织转变2 2）残余奥氏体转变残余奥氏体转变残余奥氏体转变残余奥氏体转变l200-300时时, 由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降降, Ms 上升，上升，A 分解分解为为 -碳化物碳化物和饱和铁素体，即和饱和铁素体，即M回回。3 3 3 3）碳化物的转变）碳化物的转变）碳化物的转变）碳化物的转变l发生于发生于250-400，此时，此时， -碳化物溶解于碳化物溶解于F中，并从中，并从铁素体中析出铁素体中析出Fe3C。l lM
62、M回回回回继续转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分继续转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分继续转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分继续转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状布着细粒状布着细粒状布着细粒状FeFe3 3C C组织，称组织，称组织，称组织，称回火托氏体回火托氏体回火托氏体回火托氏体，用，用，用，用T T T T回回回回表示。表示。表示。表示。l l性能：中高硬度，弹性达峰值。弹簧组织。性能：中高硬度，弹性达峰值。弹簧组织。性能：中高硬度，弹性达峰值。弹簧组织。性能：中高硬度，弹性达峰值。弹簧组织。回火索氏体回火索氏体4 4）碳化物的聚集长大和铁素体的再结晶）碳化物的
63、聚集长大和铁素体的再结晶）碳化物的聚集长大和铁素体的再结晶）碳化物的聚集长大和铁素体的再结晶(400 (400 以上以上以上以上) )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，由针发生多边形化，由针片状变为多边形片状变为多边形.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的组织称的组织称回火索氏体回火索氏体，用，用S回回表示。表示。性能：高综合力学性能：强度较高，塑性韧性较高。性能：高综合力学性能：强度较高，塑性韧性较高。l l3.3.3.3.钢的回火工艺钢的回火工艺钢的回火工艺钢的回火工艺l l根
64、据钢的回火温度范围，可将回火工艺分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火工艺分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火工艺分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火工艺分为三类。 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，即，即调质调质.广泛用于广泛用于广泛用于广泛用于各种结构件如轴、各种结构件如轴、各种结构件如轴、各种结构件如轴、齿轮齿轮齿轮齿轮等热处理。也可作为等热处理。也可作为等热处理。也可作为等热处理。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。预备热处理。预备热处理。 适用于各种适用于
65、各种适用于各种适用于各种高碳高碳高碳高碳钢钢钢钢、渗碳件渗碳件渗碳件渗碳件及及及及表表表表面淬火件面淬火件面淬火件面淬火件。 应用应用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，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，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。具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。 提高提高提高提高 e e及及及及 s s，同时使工件具同时使工件具同时使工件具同时使工件具有一定韧性有一定韧性有一定韧性有一定韧性 。在保留高硬度、在保留高硬度、在保留高硬度、
66、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力降低内应力降低内应力。 回火目的回火目的回火目的回火目的S S回回回回 T T回回回回 MM回回回回 回火组织回火组织回火组织回火组织500-650500-650350-500350-500150-250150-250 回火温度回火温度回火温度回火温度 高温回火高温回火高温回火高温回火 中温回火中温回火中温回火中温回火 低温回火低温回火低温回火低温回火 适用于适用于弹簧弹簧热处理热处理4.钢的回火脆性钢的回火脆性l l淬火钢的韧性并不淬火钢的韧性并不淬火钢的韧性并不淬火钢的韧性并不总是随温度升高而
67、提总是随温度升高而提总是随温度升高而提总是随温度升高而提高。高。高。高。l l在某些温度范围内在某些温度范围内在某些温度范围内在某些温度范围内回火时，会出现冲击回火时，会出现冲击回火时，会出现冲击回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称韧性下降的现象，称韧性下降的现象，称韧性下降的现象，称回火脆性回火脆性回火脆性回火脆性。 1）第一类回火脆性）第一类回火脆性l l又称又称又称又称不可逆回火脆性不可逆回火脆性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是指淬火钢在是指淬火钢在250-350250-350回火回火回火回火时出现的脆性。时出现的脆性。时出现的脆性。时出现的脆性。l这种回火脆性是
68、不可这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除性，目前尚无有效消除办法。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 2）第二类回火脆性第二类回火脆性l l又称又称又称又称可逆回火脆性可逆回火脆性可逆回火脆性可逆回火脆性。是指是指是指是指淬火钢在淬火钢在淬火钢在淬火钢在500-650500-650范围内范围内范围内范围内回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性回火后缓冷时出现的脆性. .l l防止办法：防止办法：防止办法：防止办法：l l 回火后快冷。回火后快冷。回火后快冷。回火
69、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。 七、钢的表面热处理七、钢的表面热处理l表面淬火表面淬火是指在不改变钢的化学成分及心部组织情是指在不改变钢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后进行淬火以强况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。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（一）钢的表面淬火（一）钢的表面淬火（一）钢的表面淬火（一）钢的表面淬火l l表面淬火材质：中碳钢、中碳中低合金钢。 l l 碳量太高：-l l 碳量
70、太低：-l l预备热处理：正火（要求不高时） 、调质（要求高时）。不能用退火状态组织。l l表面淬火后组织：表层：M回l l心部：正火：S+Fl l 调质：S回l l性能：表硬心韧-耐磨、耐冲击感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图表面淬火常用加热方法表面淬火常用加热方法（1 1）感应加热）感应加热）感应加热）感应加热: : 利用交变电利用交变电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流，使工件表面迅速加热流，使工件表面迅速加热的方法。涡流之集肤效应。的方法。涡流之集肤效应。的
71、方法。涡流之集肤效应。的方法。涡流之集肤效应。l l感应加热分为：感应加热分为：感应加热分为：感应加热分为：l l 高频感应加热高频感应加热高频感应加热高频感应加热 频率为频率为频率为频率为250-300KHz250-300KHz，淬硬层深度，淬硬层深度，淬硬层深度，淬硬层深度0.5-2mm0.5-2mml l 中频感应加热中频感应加热中频感应加热中频感应加热 频率为频率为频率为频率为2500-8000Hz2500-8000Hz，淬硬层深度，淬硬层深度，淬硬层深度，淬硬层深度2-10mm2-10mm。l l 工频感应加热工频感应加热工频感应加热工频感应加热频率为频率为频率为频率为50Hz,50
72、Hz,淬硬层深度淬硬层深度淬硬层深度淬硬层深度10-15 mm10-15 mm各种感应器各种感应器l l 火焰加热火焰加热火焰加热火焰加热: : 利用乙炔火焰直利用乙炔火焰直利用乙炔火焰直利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。接加热工件表面的方法。接加热工件表面的方法。接加热工件表面的方法。成本成本成本成本低，但质量不易控制。低，但质量不易控制。低，但质量不易控制。低，但质量不易控制。l l 激光热处理激光热处理激光热处理激光热处理: : 利用高能量密利用高能量密利用高能量密利用高能量密度的激光对工件表面进行加热的度的激光对工件表面进行加热的度的激光对工件表面进行加热的度的激光对工件表面进行加热
73、的方法。方法。方法。方法。效率高，质量好。效率高，质量好。效率高，质量好。效率高，质量好。火焰加热表面淬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l l化学热处理化学热处理化学热处理化学热处理是将工件置于特定介质中加热保温，是将工件置于特定介质中加热保温，是将工件置于特定介质中加热保温，是将工件置于特定介质中加热保温，使使使使介质中介质中介质中介质中活性原活性原活性原活性原子吸附渗入子吸附渗入子吸附渗入子吸附渗入工件工件工件工件表层从而改变工表层从而改变工表层从而改变工表层从而改变工件表层化学成分件表层化学
74、成分件表层化学成分件表层化学成分和组织和组织和组织和组织, ,进而改变进而改变进而改变进而改变其性能的热处理其性能的热处理其性能的热处理其性能的热处理工艺。工艺。工艺。工艺。化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程 l1 1、介质介质( (渗剂渗剂) )的分解的分解: : 分分解解的同时释放出活性原子。的同时释放出活性原子。l2 2、工件表面的吸收工件表面的吸收: : 活性活性原子向固溶体溶解或与钢中原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。某些元素形成化合物。l3 3、原子向内部扩散。催渗。、原子向内部扩散。催渗。 氮化扩散层氮化扩散层l l特点：表层：高硬度、耐磨、高疲劳特殊性能（耐蚀、
75、耐热）。普材代替高合金钢。l l种类：很多。l l渗：C、N、S、Si、B、CN、NC、S、Zn、Cr、Ti、V、Nb、Al等。1. 钢的渗碳钢的渗碳渗碳目的渗碳目的渗碳目的渗碳目的l l提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，耐磨性及疲劳强度，耐磨性及疲劳强度，耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的同时保持心部良好的同时保持心部良好的同时保持心部良好的韧性。韧性。韧性。韧性。“ “表硬心韧表硬心韧表硬心韧表硬心韧” ”经经渗渗碳碳的的机机车车从从动动齿齿轮轮钢的渗碳钢的渗碳钢的渗碳钢的渗碳是指向钢的表面渗入碳原子的过程。是指向钢的表面渗入碳原子
76、的过程。是指向钢的表面渗入碳原子的过程。是指向钢的表面渗入碳原子的过程。l l渗C用钢：0.2%C的碳钢、低合金钢：20、20Cr、20CrMnTi等l l工艺过程：钢+渗C介质-密封-加热：920-930-保温：单相A区，溶C能力强，活性碳原子分解、吸附、扩散-表层：高碳-淬火-表层高硬度、高耐磨。气体渗碳气体渗碳法示意图法示意图 渗碳方法渗碳方法气体渗碳法气体渗碳法气体渗碳法气体渗碳法l l将工件放入密封炉内，在高将工件放入密封炉内，在高将工件放入密封炉内，在高将工件放入密封炉内，在高温渗碳气氛中渗碳。温渗碳气氛中渗碳。温渗碳气氛中渗碳。温渗碳气氛中渗碳。l渗剂为气体渗剂为气体 (煤气、液
77、化气煤气、液化气等等)或有机液体或有机液体(煤油、甲烷、煤油、甲烷、甲醇等甲醇等)。l优点优点: 质量好质量好, 效率高；效率高；固体渗碳法固体渗碳法固体渗碳法固体渗碳法 液体渗碳法液体渗碳法液体渗碳法液体渗碳法（2）渗碳缓冷后组织：）渗碳缓冷后组织： 表层为表层为P+网状网状Fe3C; 心部为心部为F+P; 中间为过渡区。中间为过渡区。（3）渗碳后的热处理）渗碳后的热处理l l淬火淬火淬火淬火+ +低温回火低温回火低温回火低温回火, , 回火温度为回火温度为回火温度为回火温度为160-180160-180。淬火方法有：淬火方法有：淬火方法有：淬火方法有： 直接淬火法直接淬火法直接淬火法直接淬
78、火法l l渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于渗碳后预冷到略高于ArAr1 1温度直接淬火。温度直接淬火。温度直接淬火。温度直接淬火。l l一次淬火法一次淬火法一次淬火法一次淬火法：即渗碳缓冷后重新加热淬火。：即渗碳缓冷后重新加热淬火。：即渗碳缓冷后重新加热淬火。：即渗碳缓冷后重新加热淬火。l l二次淬火法：二次淬火法：二次淬火法：二次淬火法：l l即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后即渗碳缓冷后第一次加热为心部第一次加热为心部第一次加热为心部第一次加热为心部AcAc3 3+30-50+30-50，细化细化细化细化心部心部心部心部；第二次加热为第二次加热为第二次加热为第二次加
79、热为AcAc1 1+30-50+30-50，细化表层。细化表层。细化表层。细化表层。 l l常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到常用方法是渗碳缓冷后，重新加热到AcAc1 1+30-50+30-50淬火淬火淬火淬火+ +低温回火。低温回火。低温回火。低温回火。此时组织为：此时组织为：此时组织为：此时组织为：l l表层：表层：表层：表层：MM回回回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量少量少量) )l l心部：心部：心部：心部：MM回回回回+F+F（淬透时）（淬透时）（淬透时）（淬透时）渗碳淬火后的
80、表层组织渗碳淬火后的表层组织M+Fl渗C层深度：与渗C时间有关，0.5-2.0mml渗C后表层含碳量：0.8-1.1%Cl所有化学热处理的：注意渗前的预处理：清洗、除锈（喷砂）、除油、除污。l参考书：黄守伦，实用化学热处理与表面强化新技术.机工社，2002年。2. 2. 钢的渗氮钢的渗氮 l l氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化是指向钢的表面渗入氮原子的过程。氮化用钢氮化用钢氮化用钢氮化用钢井式气体氮化炉井式气体氮化炉l为含为含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳钢。的中碳钢。常用钢号为常用钢号为38CrMoAl，35C
81、rMo。氮化温度氮化温度为为500-570l氮化层厚度氮化层厚度不超过不超过0.6-0.7mm。高硬度：。高硬度：950-1100Hv。常用氮化方法常用氮化方法常用氮化方法常用氮化方法l气体氮化法与离子氮化法。气体氮化法与离子氮化法。l气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。气体氮化法与气体渗碳法类似，渗剂为氨。氮化的特点及应用氮化的特点及应用氮化的特点及应用氮化的特点及应用l l 氮化件表面硬度高（氮化件表面硬度高（HV950-1100），耐磨性高。），耐磨性高。l 疲劳强度高。疲劳强度高。由于表面存在压应力。由于表面存在压应力。l工件变形小。工件变形小。原因是氮化温度低，氮化后不需进行原因是
82、氮化温度低，氮化后不需进行热处理。热处理。 l耐蚀性好。耐蚀性好。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。因为表层形成的氮化物化学稳定性高。l氮化的缺点：氮化的缺点：工艺复杂，成本高，氮化层薄。工艺复杂，成本高，氮化层薄。l用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐用于耐磨性、精度要求高的零件及耐热、耐磨及耐蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。蚀件。如仪表的小轴、轻载齿轮及重要的曲轴等。 缝纫机用氮化件缝纫机用氮化件经氮化的机车曲轴经氮化的机车曲轴l l同时向钢的表面渗入碳和氮原子的化学热处理工同时向钢的表面渗入碳和氮原子的化学热处理工同时向钢的表面渗入碳和氮原子的化学热处理工同时向钢的表
83、面渗入碳和氮原子的化学热处理工艺，俗称氰化。艺，俗称氰化。艺，俗称氰化。艺，俗称氰化。l l中温中温中温中温(700800)(700800)(700800)(700800)，碳氮共渗和低温，碳氮共渗和低温，碳氮共渗和低温，碳氮共渗和低温(500600 (500600 (500600 (500600 )，气体碳氮共渗的应用较为广泛。，气体碳氮共渗的应用较为广泛。，气体碳氮共渗的应用较为广泛。，气体碳氮共渗的应用较为广泛。l l共渗件常选用低碳或中碳钢。共渗件常选用低碳或中碳钢。共渗件常选用低碳或中碳钢。共渗件常选用低碳或中碳钢。l l渗层组织：细片渗层组织：细片渗层组织：细片渗层组织：细片( ( ( (针针针针) ) ) )回火马氏体加少量粒状碳氮回火马氏体加少量粒状碳氮回火马氏体加少量粒状碳氮回火马氏体加少量粒状碳氮化化化化合物和残余奥氏体。合物和残余奥氏体。合物和残余奥氏体。合物和残余奥氏体。3. 3. 钢的碳氮共渗钢的碳氮共渗
