工程材料學(xué) 第5章

1、1南京航空航天大學(xué)Nanjing University of Aeronautics and Astronautics2鋼的熱處理鋼的熱處理是通過不同的是通過不同的加熱加熱、保溫保溫和和冷卻冷卻方式方式，以改，以改變其整體組織或表面組織和表面成分，從而得到所要求變其整體組織或表面組織和表面成分，從而得到所要求性能的一種加工工藝。性能的一種加工工藝。鋼的熱處理鋼的熱處理特點：特點：不改變材料形狀和尺寸，在固態(tài)下進行。不改變材料形狀和尺寸，在固態(tài)下進行。5-1 概述概述3l為簡明表示熱處理為簡明表示熱處理的基本工藝過程，的基本工藝過程，通常用溫度通常用溫度時間時間坐標(biāo)繪出坐標(biāo)繪出熱處理工熱處理工藝

2、曲線。藝曲線。 4熱處理的基本要素?zé)崽幚淼幕疽?熱處理工藝三大基本要素：熱處理工藝三大基本要素：加熱、保溫、冷卻加熱、保溫、冷卻。三大基本要素決定了材料熱處理后的組織和性能。三大基本要素決定了材料熱處理后的組織和性能。【加熱加熱】熱處理第一道工序。不同材料的加熱工藝和熱處理第一道工序。不同材料的加熱工藝和加熱溫度都不同。加熱溫度都不同。加熱分為兩種加熱分為兩種：一種是在臨界點：一種是在臨界點A1以下的加熱，此時不發(fā)生組織變化。另一種是在以下的加熱，此時不發(fā)生組織變化。另一種是在A1以以上的加熱，目的是為了獲得均勻的奧氏體組織，這一上的加熱，目的是為了獲得均勻的奧氏體組織，這一過程稱為過程稱

3、為奧氏體化奧氏體化?！颈乇亍磕康氖潜ＷC工件燒透，防止脫碳、氧化等。目的是保證工件燒透，防止脫碳、氧化等。保溫時間保溫時間和和介質(zhì)介質(zhì)的選擇與工件尺寸和材質(zhì)有直接關(guān)系。的選擇與工件尺寸和材質(zhì)有直接關(guān)系。一般工件越大，導(dǎo)熱性越差，保溫時間就越長。一般工件越大，導(dǎo)熱性越差，保溫時間就越長。【冷卻冷卻】熱處理的最終工序，也是熱處理最重要的工熱處理的最終工序，也是熱處理最重要的工序。鋼在不同冷卻速度下可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織。序。鋼在不同冷卻速度下可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織。 5其他熱處理其他熱處理普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處理熱處理熱處理退火退火正火正火淬火淬火 蘸火，蘸火，天工開物天工開物 回火

4、回火真空熱處理真空熱處理形變熱處理形變熱處理激光熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理控制氣氛熱處理表面淬火表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱等感應(yīng)加熱、火焰加熱等化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮共滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等滲、滲其他元素等l根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同，根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同，將熱處理工藝分類如下：將熱處理工藝分類如下：65-2 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時，實際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫鋼在加熱時，實際轉(zhuǎn)變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度，冷卻時也是如此。隨著加熱和冷卻速度的增加，度，冷卻時也是如此。隨著加熱和冷卻速度的增

5、加，滯后現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。通常把滯后現(xiàn)象將越加嚴(yán)重。通常把加熱時的臨界溫度標(biāo)以加熱時的臨界溫度標(biāo)以字母字母“C”，如如AC1、AC3、ACcm等；把等；把冷卻時的臨界溫冷卻時的臨界溫度標(biāo)以字母度標(biāo)以字母“r”，如如Ar1、Ar3、Arcm等。等。 7加熱是熱處理的加熱是熱處理的第一道工序第一道工序。加熱分。加熱分兩種兩種：一種是在：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點以上加以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化奧氏體化。5-2-1 奧氏體的形成過程奧氏體的形成過程鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為鋼在加

6、熱時奧氏體的形成過程又稱為奧氏體化奧氏體化。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。 共析碳鋼的奧氏體形成過程示意圖共析碳鋼的奧氏體形成過程示意圖8(1)奧氏體形核奧氏體形核 奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。的界面上形成。(2)奧氏體晶核長大奧氏體晶核長大 奧氏體晶核形成后，依靠鐵、碳奧氏體晶核形成后，依靠鐵、碳原子擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變原子擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變（ -Fe -Fe晶格重構(gòu)）晶格重構(gòu)），滲碳體不斷溶入到奧氏體中。，滲碳體不斷溶入到奧氏體中。(3)殘留滲碳體的溶解殘留滲碳體的溶解 鐵素體全部消失以后

7、，仍有部鐵素體全部消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。(4)奧氏體均勻化奧氏體均勻化 滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的成分是不均勻的，只有成分是不均勻的，只有延長保溫時間延長保溫時間，通過碳原子的，通過碳原子的擴散才能獲得均勻化的奧氏體。擴散才能獲得均勻化的奧氏體。9亞共析鋼的加熱過程：亞共析鋼的加熱過程：AAFPF31ACAC過共析鋼的加熱過程：過共析鋼的加熱過程： ACFeACFePcm133 ACACl【相

8、同點相同點】在在Ac1溫度以上加熱，亞溫度以上加熱，亞共析鋼或過共析鋼中共析鋼或過共析鋼中P均轉(zhuǎn)變?yōu)榫D(zhuǎn)變?yōu)锳。l【不同點不同點】亞共析鋼有鐵素體轉(zhuǎn)變；亞共析鋼有鐵素體轉(zhuǎn)變；過共析鋼有二次滲碳體溶解。過共析鋼有二次滲碳體溶解。l鐵素體的完全轉(zhuǎn)變要在鐵素體的完全轉(zhuǎn)變要在A3溫度以上，溫度以上，考慮熱滯后實際要在考慮熱滯后實際要在Ac3以上；二次以上；二次滲碳體的完全溶解要在溫度滲碳體的完全溶解要在溫度Acm以上以上 ，考慮熱滯后要在考慮熱滯后要在Accm以上。以上。l亞共析鋼加熱后組織全為亞共析鋼加熱后組織全為A需在需在Ac3以上，對過共析鋼要在以上，對過共析鋼要在Accm以上。以上。10l奧氏

9、體形成是通過形核與長大實現(xiàn)的，凡是影響形奧氏體形成是通過形核與長大實現(xiàn)的，凡是影響形核與長大的因素，都影響奧氏體的形成速度。核與長大的因素，都影響奧氏體的形成速度。(1) 加熱速度的影響加熱速度的影響l加熱速度加熱速度，奧氏體化溫度，奧氏體化溫度，過熱度，過熱度，相變驅(qū)動，相變驅(qū)動力力；l同時由于奧氏體化溫度同時由于奧氏體化溫度，原子擴散速度，原子擴散速度，形核與，形核與長大的速度長大的速度，從而加快奧氏體的形成。，從而加快奧氏體的形成。5-2-2 影響奧氏體形成速度的因素影響奧氏體形成速度的因素11(2) 化學(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響l鋼中鋼中含碳量含碳量，碳化物數(shù)量，碳化物數(shù)量，F(xiàn)和和Fe

10、3C的相界面的相界面，奧氏體晶核數(shù)奧氏體晶核數(shù)，其轉(zhuǎn)變速度，其轉(zhuǎn)變速度。l鋼中的鋼中的合金元素合金元素不改變奧氏體的形成過程，但能不改變奧氏體的形成過程，但能影響奧氏體的形成速度。因為合金元素能改變鋼影響奧氏體的形成速度。因為合金元素能改變鋼的臨界點，并影響碳的擴散速度，且它自身也存的臨界點，并影響碳的擴散速度，且它自身也存在擴散和重新分布的過程，所以在擴散和重新分布的過程，所以合金鋼的奧氏體合金鋼的奧氏體形成速度一般比碳鋼慢形成速度一般比碳鋼慢，尤其高合金鋼，奧氏體，尤其高合金鋼，奧氏體化溫度比碳鋼要高，保溫時間也較長。化溫度比碳鋼要高，保溫時間也較長。12(3) 原始組織的影響原始組織的影

11、響l鋼的原始組織中碳化物分散度越大，相界面越鋼的原始組織中碳化物分散度越大，相界面越多，形核率越大；原始珠光體越細(xì)，其片間距多，形核率越大；原始珠光體越細(xì)，其片間距越小，相界面越多，越有利于形核，同時由于越小，相界面越多，越有利于形核，同時由于片間距小，碳原子的擴散距離小，擴散速度加片間距小，碳原子的擴散距離小，擴散速度加快導(dǎo)致奧氏體形成速度加快?？鞂?dǎo)致奧氏體形成速度加快。l片狀片狀P比粒狀比粒狀P的奧氏體形成速度快，原因是片的奧氏體形成速度快，原因是片狀珠光體的相界面較大，滲碳體較薄，易于溶狀珠光體的相界面較大，滲碳體較薄，易于溶解，加熱時奧氏體容易形成。解，加熱時奧氏體容易形成。 135-

12、2-3 奧氏體晶粒的長大及其影響因素奧氏體晶粒的長大及其影響因素(1) 奧氏體晶粒度的概念奧氏體晶粒度的概念l晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一種尺度。根據(jù)奧氏體形成過程和晶是表示晶粒大小的一種尺度。根據(jù)奧氏體形成過程和晶粒長大情況，可將奧氏體晶粒度分為：粒長大情況，可將奧氏體晶粒度分為：l起始晶粒度：起始晶粒度：是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，是指在臨界溫度以上，奧氏體形成剛剛完成，其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。其晶粒邊界剛剛接觸時的晶粒大小。l實際晶粒度：實際晶粒度：是指在某一具體的熱處理或熱加工加熱條件下是指在某一具體的熱處理或熱加工加熱條件下所得到的晶粒尺寸。所得到的晶粒尺寸。l

13、本質(zhì)晶粒度：本質(zhì)晶粒度：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，在93010保溫足夠時保溫足夠時間（間（38小時）后測定的鋼中晶粒的大小。小時）后測定的鋼中晶粒的大小。l為了區(qū)別奧氏體的晶粒度，將奧氏體的晶粒度分為為了區(qū)別奧氏體的晶粒度，將奧氏體的晶粒度分為8級，級，1級最級最粗，粗，8級最細(xì)。級最細(xì)。 14l不同牌號的鋼，奧氏體晶粒的長大傾向是不同的。有不同牌號的鋼，奧氏體晶粒的長大傾向是不同的。有些鋼的奧氏體晶粒隨著加熱溫度升高會迅速長大，稱些鋼的奧氏體晶粒隨著加熱溫度升高會迅速長大，稱為為“本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼” ；而有些鋼的奧氏體晶粒則不容；而有些鋼的奧氏體晶粒則不容易長大，只有加熱

14、到更高溫度時才開始迅速長大，稱易長大，只有加熱到更高溫度時才開始迅速長大，稱為為 “本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼”。l晶粒度在晶粒度在14級的為本質(zhì)粗晶粒鋼，級的為本質(zhì)粗晶粒鋼，58級為本質(zhì)細(xì)級為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。晶粒鋼。是不是本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒一定粗，是不是本質(zhì)粗晶粒鋼的晶粒一定粗，而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶粒就一定細(xì)？而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼的晶粒就一定細(xì)？本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小。本質(zhì)晶粒度只代表鋼在加熱時奧氏體晶粒長大傾向的大小。本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細(xì)晶粒，本質(zhì)粗晶粒鋼在較低加熱溫度下可獲得細(xì)晶粒，而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼若在較高溫度下加熱也會得到粗晶粒。而本質(zhì)細(xì)晶粒鋼若在較高溫度

15、下加熱也會得到粗晶粒。15(2) 影響奧氏體晶粒大小的主要因素影響奧氏體晶粒大小的主要因素l加熱溫度加熱溫度l加熱溫度越高，保溫時間足夠長，奧氏體晶粒越容易自發(fā)加熱溫度越高，保溫時間足夠長，奧氏體晶粒越容易自發(fā)長大粗化。當(dāng)加熱溫度確定后，加熱速度越快，相變時過長大粗化。當(dāng)加熱溫度確定后，加熱速度越快，相變時過熱度越大，相變驅(qū)動力也越大，形核率提高，晶粒越細(xì)，熱度越大，相變驅(qū)動力也越大，形核率提高，晶粒越細(xì)，所以快速加熱，短時保溫是實際生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的手段之所以快速加熱，短時保溫是實際生產(chǎn)中細(xì)化晶粒的手段之一。加熱溫度一定時，隨保溫時間延長，晶粒也會不斷長一。加熱溫度一定時，隨保溫時間延長，晶粒

16、也會不斷長大。但保溫時間足夠長后，奧氏體晶粒就幾乎不再長大而大。但保溫時間足夠長后，奧氏體晶粒就幾乎不再長大而趨于相對穩(wěn)定。趨于相對穩(wěn)定。l鋼的化學(xué)成分鋼的化學(xué)成分l碳：碳：鋼中碳以固溶態(tài)存在時，鋼中碳以固溶態(tài)存在時，C，奧氏體晶粒長大傾向增，奧氏體晶粒長大傾向增大；碳以碳化物形成存在時，有阻礙晶粒長大的作用。大；碳以碳化物形成存在時，有阻礙晶粒長大的作用。l鋼中合金元素：鋼中合金元素：碳化物形成元素能阻礙晶粒長大，非碳化碳化物形成元素能阻礙晶粒長大，非碳化物形成元素有的阻礙晶粒長大物形成元素有的阻礙晶粒長大（如：（如：Cu、Si、Ni等）等），有，有的促進晶粒長大的促進晶粒長大（如（如P、M

17、n）。16隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏貝氏體轉(zhuǎn)變體轉(zhuǎn)變和和馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。三種類型轉(zhuǎn)變。5-3-1 珠光體類型組織轉(zhuǎn)變珠光體類型組織轉(zhuǎn)變共析成分的奧氏體在共析成分的奧氏體在A1550溫度范圍內(nèi)等溫停留時，溫度范圍內(nèi)等溫停留時，將發(fā)生將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變，形成鐵素體和滲碳體兩相組成的，形成鐵素體和滲碳體兩相組成的機械混合物機械混合物珠光體珠光體。通常所說的珠光體就指這一。通常所說的珠光體就指這一類。因轉(zhuǎn)變的溫度較高，也稱類。因轉(zhuǎn)變的溫度較高，也稱高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變。根據(jù)根據(jù)珠光體片間距珠光體片間距不同，又細(xì)分為不同，

18、又細(xì)分為珠光體、索氏體珠光體、索氏體和和托氏體托氏體。5-3 過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能【珠光體片間距珠光體片間距】 在片狀珠光體中，一片鐵素體和一片滲碳體在片狀珠光體中，一片鐵素體和一片滲碳體的總厚度，或相鄰兩片滲碳體或鐵素體中心之間的距離。的總厚度，或相鄰兩片滲碳體或鐵素體中心之間的距離。17(1) 珠光體珠光體形成溫度為形成溫度為A1650，片層較厚，片層較厚，500倍光鏡下倍光鏡下可辨，用符號可辨，用符號P表示。表示。光鏡形貌光鏡形貌電鏡形貌電鏡形貌18(2) 索氏體索氏體形成溫度為形成溫度為650600，片層較薄，片層較薄，8001000倍光倍光鏡下可辨，用

19、符號鏡下可辨，用符號S表示。表示。光鏡形貌光鏡形貌電鏡形貌電鏡形貌19(3) 托氏體（屈氏體）托氏體（屈氏體）形成溫度為形成溫度為600550，片層極薄，電鏡下可辨，片層極薄，電鏡下可辨，用符號用符號T表示。表示。電鏡形貌電鏡形貌光鏡形貌光鏡形貌20(4) 珠光體轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變過程l珠光體轉(zhuǎn)變也是珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長大形核和長大的過程。滲碳體晶核首的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側(cè)奧先在奧氏體晶界上形成，在長大過程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進了鐵素體形核，兩者相間氏體的含碳量下降，促進了鐵素體形核，兩者相間形核并長大，形成一個形核并長大，形成一個珠光體團

20、珠光體團。l 珠光體轉(zhuǎn)變是珠光體轉(zhuǎn)變是擴散擴散型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變，即鐵原子，即鐵原子和碳原子均要進行和碳原子均要進行擴散。擴散。21l珠光體、索氏體、托氏體珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對的。l片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。略有改善。 225-3-2 貝氏體類型組織轉(zhuǎn)變貝氏體類型組織轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變是過冷奧氏體在是過冷奧氏體在550至至Ms點點（馬氏體（馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度）轉(zhuǎn)變開始溫度）溫度范圍內(nèi)進行的轉(zhuǎn)變，又稱

21、為溫度范圍內(nèi)進行的轉(zhuǎn)變，又稱為中中溫轉(zhuǎn)變溫轉(zhuǎn)變。貝氏體是碳化物（滲碳體）分布在碳過飽和的鐵素貝氏體是碳化物（滲碳體）分布在碳過飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。貝氏體用符號體基體上的兩相混合物。貝氏體用符號B表示。表示。貝氏體按形成溫度不同分為：貝氏體按形成溫度不同分為：上貝氏體上貝氏體（B上上）和）和下貝氏體下貝氏體（B下下）。）。23(1) 上貝氏體上貝氏體l形成溫度為形成溫度為550350。l光鏡下呈光鏡下呈羽毛狀羽毛狀。l電鏡下為電鏡下為不連續(xù)棒狀不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自奧的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內(nèi)平行氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。生長的鐵素體條之間。光鏡下光鏡下電鏡下電

22、鏡下24當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550350）時，時，條片狀鐵素體條片狀鐵素體從從奧氏體奧氏體晶界晶界向晶內(nèi)平行生長，隨鐵素體條伸長和變寬，向晶內(nèi)平行生長，隨鐵素體條伸長和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出析出Fe3C短棒短棒，奧氏體消失，形成，奧氏體消失，形成B上上。上貝氏體形成過程上貝氏體形成過程25(2) 下貝氏體下貝氏體l形成溫度為形成溫度為350230 (Ms)。l光鏡下呈光鏡下呈竹葉狀竹葉狀。l電鏡下為電鏡下為細(xì)片狀細(xì)片狀碳化碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，物分布于鐵素體針內(nèi)，與鐵素體針長軸方向與鐵素體針長軸方向呈呈5560

23、角。角。光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下26l當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350230）時，鐵素體在晶界時，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長成或晶內(nèi)某些晶面上長成針狀針狀，由于碳原子擴散能力，由于碳原子擴散能力低，其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體低，其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片斷續(xù)碳化物小片的形式析出。的形式析出。 下貝氏體形成過程下貝氏體形成過程碳化物碳化物碳化物碳化物碳化物碳化物B下下27下貝氏體碳化下貝氏體碳化物在鐵素體板物在鐵素體板條中析出條中析出上貝氏體碳化上貝氏體碳化物在鐵素體板物在鐵素體板條間析出條間析出上貝氏體和下貝氏體中碳

24、化物析出位置示意圖上貝氏體和下貝氏體中碳化物析出位置示意圖28l上貝氏體上貝氏體滲碳體分布在鐵素體條之間，易引起脆斷；滲碳體分布在鐵素體條之間，易引起脆斷；強度與塑性都較低，無實用價值。強度與塑性都較低，無實用價值。l下貝氏體下貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強化組織之一。強化組織之一。 【貝氏體的轉(zhuǎn)變機制貝氏體的轉(zhuǎn)變機制】形核長大的過程，但屬于形核長大的過程，但屬于半擴半擴散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴散，而鐵原子不擴散。散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴散，而鐵原子不擴散。

25、29(1)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)n當(dāng)奧氏體過冷到當(dāng)奧氏體過冷到Ms 以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織，以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織，這個轉(zhuǎn)變持續(xù)至這個轉(zhuǎn)變持續(xù)至馬氏體形成終了溫度馬氏體形成終了溫度Mf。在在Mf以下以下過冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。過冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。n馬氏體是碳在馬氏體是碳在-Fe中的過飽和固溶體，用符號中的過飽和固溶體，用符號M 表表示。馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體示。馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中，具有非常高的強度和硬度。中，具有非常高的強度和硬度。馬氏體轉(zhuǎn)變是強化鋼馬氏體轉(zhuǎn)變是強化鋼的重要途徑之一。的重要途徑之一。5-3-2 馬氏體類型組織轉(zhuǎn)變馬氏體

26、類型組織轉(zhuǎn)變30(2)馬氏體的組織形態(tài)特點馬氏體的組織形態(tài)特點馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量：馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量：lC%小于小于0.3%時，時，組織幾乎全部是組織幾乎全部是板條狀馬氏體板條狀馬氏體。lC%大于大于1.0%時，時，組織幾乎全部是組織幾乎全部是片狀馬氏體片狀馬氏體。lC%在在0.31.0%之間，之間，為為板條狀與片狀的混合組織板條狀與片狀的混合組織。0.45%C0.2%C1.2%C3132高碳、片狀馬氏體組織金相圖高碳、片狀馬氏體組織金相圖33光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下在光鏡下，板條馬氏體由在光鏡下，板條馬氏體由若干個若干個板條群板條群組成，板條組成，板條群之間具有較大的

27、位相差；群之間具有較大的位相差；每個板條群由若干個尺寸每個板條群由若干個尺寸大致相同的大致相同的板條板條組成，呈組成，呈大致平行大致平行且且方向一定方向一定的排的排列。列。在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的構(gòu)主要是高密度的位錯位錯， =1012/cm2，板條馬氏體板條馬氏體又稱又稱位錯馬氏體位錯馬氏體?！尽?4片狀馬氏體顯微組織示意圖片狀馬氏體顯微組織示意圖電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下l立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀，又稱狀，又稱透鏡片狀馬氏體透鏡片狀馬氏體。l電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱又稱孿晶馬氏體孿晶馬氏體。【孿晶：孿

28、晶：兩兩個或兩個以上同種晶體構(gòu)成的個或兩個以上同種晶體構(gòu)成的非平行的規(guī)則連生體非平行的規(guī)則連生體】【】35 馬氏體的馬氏體的硬度硬度主要取決于馬氏體的含碳量，通常主要取決于馬氏體的含碳量，通常情況是隨含碳量的增加而升高。情況是隨含碳量的增加而升高。 含碳量對馬氏體硬度的影響機制：含碳量對馬氏體硬度的影響機制：過飽和碳原子過飽和碳原子與馬氏體中的晶體缺陷交互作用引起的與馬氏體中的晶體缺陷交互作用引起的固溶強化固溶強化造成的。造成的。 馬氏體的馬氏體的塑性和韌性塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)形式。主要取決于其亞結(jié)構(gòu)形式。板條馬氏體具有較好的塑性和韌性（板條馬氏體具有較好的塑性和韌性（亞結(jié)構(gòu)：位亞結(jié)構(gòu)

29、：位錯錯），片狀馬氏體脆性大（），片狀馬氏體脆性大（亞結(jié)構(gòu)：孿晶亞結(jié)構(gòu)：孿晶）。）。36無擴散性無擴散性l馬氏體轉(zhuǎn)變是在很大的過冷度下進行的，轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變是在很大的過冷度下進行的，轉(zhuǎn)變溫度低，轉(zhuǎn)變時沒有鐵原子和碳原子的擴散，溫度低，轉(zhuǎn)變時沒有鐵原子和碳原子的擴散，只發(fā)生從只發(fā)生從-Fe到到-Fe的晶格改組。因而在馬氏的晶格改組。因而在馬氏體轉(zhuǎn)變過程中沒有成分變化，馬氏體和原奧氏體轉(zhuǎn)變過程中沒有成分變化，馬氏體和原奧氏體中固溶的碳量一致。體中固溶的碳量一致。37切變共格性切變共格性l 由于原子不能進行擴散，因而晶格的轉(zhuǎn)變以由于原子不能進行擴散，因而晶格的轉(zhuǎn)變以切變切變的機制進行。在切變過程中，

30、由面心立方的奧氏的機制進行。在切變過程中，由面心立方的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的馬氏體。切變不僅使晶格改體轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的馬氏體。切變不僅使晶格改變，還使切變部份的形狀和體積發(fā)生變化，引起變，還使切變部份的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰奧氏體隨之變形。相鄰奧氏體隨之變形。38FCCBCC鐵原子鐵原子馬氏體馬氏體的形成的形成碳原子碳原子39馬氏體轉(zhuǎn)變在一個溫度范圍內(nèi)進行馬氏體轉(zhuǎn)變在一個溫度范圍內(nèi)進行l(wèi)在通常情況下，過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變開始在通常情況下，過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變開始后，必須在不斷降溫條件下轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進行，后，必須在不斷降溫條件下轉(zhuǎn)變才能繼續(xù)進行，冷卻過程中斷，轉(zhuǎn)變立即停止，馬氏體轉(zhuǎn)變與

31、冷卻過程中斷，轉(zhuǎn)變立即停止，馬氏體轉(zhuǎn)變與保溫時間無關(guān)。即使溫度降低到保溫時間無關(guān)。即使溫度降低到Mf以下，奧氏以下，奧氏體也不能體也不能100%轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，總有部分奧氏轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，總有部分奧氏體未轉(zhuǎn)變而殘留下來，這部分奧氏體稱為體未轉(zhuǎn)變而殘留下來，這部分奧氏體稱為殘余殘余奧氏體奧氏體，用，用“A”或或“”表示。表示。40 殘余奧氏體殘余奧氏體用用A 或或 表示表示馬氏體轉(zhuǎn)變后，馬氏體轉(zhuǎn)變后，A 量隨含量隨含碳量的增加而增加碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達當(dāng)含碳量達0.5%后，后，A量才顯著。量才顯著。41n除除Al、Co元素外，溶解到奧氏體中的元素均使元素外，溶解到奧氏體中的元素均使Ms、Mf

32、下降；碳含量增多，下降；碳含量增多，Ms、Mf點降低。點降低。n經(jīng)冷卻后未轉(zhuǎn)變的奧氏體保留在鋼中，稱為經(jīng)冷卻后未轉(zhuǎn)變的奧氏體保留在鋼中，稱為殘余殘余奧氏體奧氏體。在。在Ms與與Mf溫度之間過冷奧氏體與馬氏溫度之間過冷奧氏體與馬氏體共存。體共存。n在在Ms溫度以下，轉(zhuǎn)變溫度越低，殘余奧氏體量越溫度以下，轉(zhuǎn)變溫度越低，殘余奧氏體量越少。隨奧氏體中含碳量的增加少。隨奧氏體中含碳量的增加Ms和和Mf均會降低，均會降低，可見在同樣的冷卻速度下（或冷卻介質(zhì)中），可見在同樣的冷卻速度下（或冷卻介質(zhì)中），奧奧氏體中含碳量越高，馬氏體中的殘余奧氏體就越氏體中含碳量越高，馬氏體中的殘余奧氏體就越多多。42含碳量對

33、殘余奧氏體量的含碳量對殘余奧氏體量的影響影響 800 600 400 200 0-200 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 含碳量（含碳量（%）含碳量對含碳量對Ms與與Mf溫度的影響溫度的影響 溫溫度度 MsMf 殘余奧氏體量殘余奧氏體量 ()C (%)43轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變類型類型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變產(chǎn)物產(chǎn)物形成溫形成溫度，度，轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變機制機制顯微組織特征顯微組織特征HRC獲得獲得工藝工藝珠珠光光體體PA1650擴擴散散型型粗片狀，粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布5-20退火退火S650600細(xì)片狀，細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布相間分布20-30正火正火T600550極細(xì)片狀，極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C

34、相間分布相間分布30-40等溫等溫處理處理貝貝氏氏體體B上上550350半擴半擴散型散型羽毛狀，短棒狀羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于分布于過飽和過飽和F條之間條之間40-50等溫等溫處理處理B下下350MS竹葉狀，細(xì)片狀竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于分布于過飽和過飽和F針上針上50-60等溫等溫淬火淬火馬馬氏氏體體M片片MSMf無擴無擴散型散型片狀片狀60-65淬火淬火M板條板條MSMf板條狀板條狀50淬火淬火445-4 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線圖過冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線圖冷卻是熱處理更重要的工序。冷卻是熱處理更重要的工序。熱處理時常用的冷卻方式有兩種：熱處理時常用的冷卻方式有兩種：一是一是等溫冷卻等溫冷卻；

35、二是；二是連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻。 兩種冷卻方式示意圖兩種冷卻方式示意圖1等溫冷卻等溫冷卻2連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻455-4-1 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（C曲線）曲線） TTT曲線（曲線（Time-Temperature Transformation）(1) 概述概述奧氏體在臨界點以上為穩(wěn)定相，不會發(fā)生轉(zhuǎn)變；冷卻奧氏體在臨界點以上為穩(wěn)定相，不會發(fā)生轉(zhuǎn)變；冷卻至臨界點以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將會發(fā)生分解，把這至臨界點以下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，將會發(fā)生分解，把這種在臨界點以下暫時存在的奧氏體稱為種在臨界點以下暫時存在的奧氏體稱為過冷奧氏體過冷奧氏體。 C曲線曲線：表示：表示A急速冷卻

36、到急速冷卻到A1以下，在各不同溫度的以下，在各不同溫度的保溫保溫過程中，轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系曲線。過程中，轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系曲線。 C曲線曲線的左邊一條線為過冷奧氏體的左邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線，右邊一條線，右邊一條線為過冷奧氏體為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線。該曲線下部還有兩條水平。該曲線下部還有兩條水平線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度線，分別表示奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度Ms線和線和轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf線。線。 4647時間時間溫度溫度A1MSMfA過冷過冷APBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線lA1-Ms 間及轉(zhuǎn)變開間及轉(zhuǎn)變

37、開始線以左的區(qū)域為始線以左的區(qū)域為過冷奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)。l轉(zhuǎn)變終了線以右及轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)區(qū)。l兩線之間及兩線之間及Ms與與Mf之間為之間為轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)。48l將若干試樣都在同樣加熱條件下使之奧氏體化，將若干試樣都在同樣加熱條件下使之奧氏體化，以獲得均勻細(xì)小的奧氏體；以獲得均勻細(xì)小的奧氏體；l將每組試樣分別投入到將每組試樣分別投入到A1溫度線以下不同溫度溫度線以下不同溫度（710、650、600、550、450）的恒溫中，使過冷奧氏體進入等溫轉(zhuǎn)變，記錄下的恒溫中，使過冷奧氏體進入等溫轉(zhuǎn)變，記錄下轉(zhuǎn)變的開始和終了時間；轉(zhuǎn)變的開始和終了時間；l將試驗測得的點畫

38、在溫度、時間坐標(biāo)系中，將具將試驗測得的點畫在溫度、時間坐標(biāo)系中，將具有相同意義的點連成線，便得到了共析鋼等溫轉(zhuǎn)有相同意義的點連成線，便得到了共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖。變圖。l由于圖中曲線形狀由于圖中曲線形狀與英文字母與英文字母“C”字相似字相似，故又，故又稱為稱為C曲線曲線。 49共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖的測定共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖的測定 50(3) 曲線的分析曲線的分析轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為離為孕育期孕育期。u孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定孕育期越小，過冷奧氏體穩(wěn)定性越小，轉(zhuǎn)變最快。性越小，轉(zhuǎn)變最快。u孕育期最小處稱孕育期最小處稱C曲線的曲線的“鼻鼻尖尖”。碳鋼鼻尖處溫度。碳鋼鼻尖處

39、溫度550。u在鼻尖以上，溫度較高，相變在鼻尖以上，溫度較高，相變驅(qū)動力小。驅(qū)動力小。u在鼻尖以下，溫度較低，擴散在鼻尖以下，溫度較低，擴散困難，使奧氏體穩(wěn)定性增加。困難，使奧氏體穩(wěn)定性增加。 C曲線明確表示過冷奧氏體在曲線明確表示過冷奧氏體在不同溫度下不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。產(chǎn)物。時間時間溫度溫度A1MSMfA過冷過冷APBMAMABAP轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線51亞共析碳鋼和過共析碳鋼的亞共析碳鋼和過共析碳鋼的C曲線都具有過冷奧氏體轉(zhuǎn)曲線都具有過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線與轉(zhuǎn)變終了線。但在亞共析碳鋼的變開始線與轉(zhuǎn)變終了線。但在亞共析碳鋼的C曲線上，曲線上，多出一條多出一條先

40、析鐵素體先析鐵素體析出線；在過共析碳鋼析出線；在過共析碳鋼C曲線上，曲線上，多出一條多出一條先析滲碳體（二次滲碳體）先析滲碳體（二次滲碳體）析出線。析出線。亞共析鋼亞共析鋼和過共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。曲線的上部各多一條先共析相的析出線。 亞共析碳鋼、共析碳鋼和過共析碳鋼的亞共析碳鋼、共析碳鋼和過共析碳鋼的C曲線比較曲線比較 52亞共析碳鋼的亞共析碳鋼的C曲線上，多出一條曲線上，多出一條先析鐵素體先析鐵素體析出線。析出線。53過共析碳鋼過共析碳鋼C曲線上，多出一條曲線上，多出一條先析滲碳體先析滲碳體（二次滲碳體）（二次滲碳體）析出線。析出線。54(4)影響影響C曲線

41、的因素曲線的因素 含碳量的影響含碳量的影響l在正常的熱處理加熱條件下，在正常的熱處理加熱條件下，亞共析亞共析碳鋼的碳鋼的C曲線隨曲線隨著含碳量的增加向著含碳量的增加向右移右移，過共析過共析碳鋼的碳鋼的C曲線隨著含曲線隨著含碳量的增加向碳量的增加向左移左移。l在碳鋼中，以共析碳鋼在碳鋼中，以共析碳鋼C曲線的鼻尖離縱坐標(biāo)最遠(yuǎn)，曲線的鼻尖離縱坐標(biāo)最遠(yuǎn)，其過冷奧氏體也最穩(wěn)定。其過冷奧氏體也最穩(wěn)定。 亞共析碳鋼亞共析碳鋼共析碳鋼共析碳鋼過共析碳鋼過共析碳鋼55 合金元素的影響合金元素的影響l除除Co外外，凡溶入奧氏體的合金元素都，凡溶入奧氏體的合金元素都增加過冷奧增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性氏體的穩(wěn)定性，推遲

42、轉(zhuǎn)變或降低轉(zhuǎn)變速度，使，推遲轉(zhuǎn)變或降低轉(zhuǎn)變速度，使C曲曲線線右移右移。l其中，其中，不形成碳化物的元素不形成碳化物的元素（如（如Ni，Si，Cu等）等）和和弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素（如（如Mn），只改變），只改變C曲線的位曲線的位置，不改變置，不改變C曲線的形狀。曲線的形狀。l碳化物形成元素碳化物形成元素（如（如Cr，Mo，W，V，Ti）不但）不但使使C曲線右移，而且還改變曲線右移，而且還改變C曲線形狀。曲線形狀。56l奧氏體化溫度提高和保溫時間延長，使奧氏體化溫度提高和保溫時間延長，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，物減少，增加了過冷奧氏體

43、的穩(wěn)定性增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使使C 曲線右移。曲線右移。575-4-2 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）曲線）(Continuous-Cooling Transformation)在熱處理生產(chǎn)中，奧氏體化后常采用連續(xù)冷在熱處理生產(chǎn)中，奧氏體化后常采用連續(xù)冷卻，如一般的水冷淬火、空冷正火和爐冷退卻，如一般的水冷淬火、空冷正火和爐冷退火等。因此，研究過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時火等。因此，研究過冷奧氏體在連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變規(guī)律，具有重要的實際意義。的轉(zhuǎn)變規(guī)律，具有重要的實際意義。58(1) 共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的建立共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的建

44、立l過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線常用膨脹法測定，它過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線常用膨脹法測定，它是將一組試樣經(jīng)加熱奧氏體化后，以不同冷卻速度是將一組試樣經(jīng)加熱奧氏體化后，以不同冷卻速度（V1，V2，Vk，Vk）連續(xù)冷卻）連續(xù)冷卻;l在冷卻過程中，應(yīng)用高速膨脹儀測定各試樣在冷卻過程中，應(yīng)用高速膨脹儀測定各試樣比容變比容變化化，根據(jù)奧氏體與其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，即可測，根據(jù)奧氏體與其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，即可測出在各種冷卻速度下，奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了出在各種冷卻速度下，奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的溫度與時間的溫度與時間;l將這些數(shù)據(jù)繪在溫度時間坐標(biāo)圖上，并把所有轉(zhuǎn)將這些數(shù)據(jù)繪在溫度時間坐標(biāo)圖上，并把所

45、有轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點分別連接起來，便獲得過冷變開始點和轉(zhuǎn)變終了點分別連接起來，便獲得過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。59共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線建立示意圖共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線建立示意圖 60共析鋼連續(xù)冷卻時共析鋼連續(xù)冷卻時沒有貝氏體形成沒有貝氏體形成（無貝氏體轉(zhuǎn)（無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)）。變區(qū)）。圖中圖中Ps和和Pz線分別表示珠光體轉(zhuǎn)變的開始和終了線分別表示珠光體轉(zhuǎn)變的開始和終了線；線；K線是珠光體轉(zhuǎn)變終止線。線是珠光體轉(zhuǎn)變終止線。CCT曲線位于曲線位于TTT曲線右下方，轉(zhuǎn)變溫度低，孕曲線右下方，轉(zhuǎn)變溫度低，孕 育期長。育期長。圖中圖中vk 為為CCT

46、曲線的臨界冷卻速度，即獲得全曲線的臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時的最小冷卻速度。部馬氏體組織時的最小冷卻速度。共析鋼以大于共析鋼以大于vk的速度冷卻時，由于遇不到珠光體轉(zhuǎn)變線，得到的的速度冷卻時，由于遇不到珠光體轉(zhuǎn)變線，得到的組織為馬氏體一小部分殘余奧氏體組織為馬氏體一小部分殘余奧氏體 。(2)共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析6145鋼鋼850油冷組織油冷組織(M+T)在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多一條在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多一條轉(zhuǎn)變中止線（轉(zhuǎn)變中止線（K線）線）。當(dāng)。當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保

47、持到下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。臨界冷卻速度越小，奧氏體越穩(wěn)定，因而即使在較臨界冷卻速度越小，奧氏體越穩(wěn)定，因而即使在較慢的冷卻速度下也會得到馬氏體。這對淬火工藝操作慢的冷卻速度下也會得到馬氏體。這對淬火工藝操作具有十分重要的意義。具有十分重要的意義。 62(3)過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用用用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變爐冷爐冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷63水水冷冷油冷油冷風(fēng)冷風(fēng)冷空冷空冷爐冷爐冷645-5 鋼的退火與正火鋼的退火與正火n按照熱處

48、理在零件生產(chǎn)過程中的位置和作用不同，熱按照熱處理在零件生產(chǎn)過程中的位置和作用不同，熱處理工藝還可分為處理工藝還可分為預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理和和最終熱處理最終熱處理。n預(yù)備熱處理是零件加工過程中的一道預(yù)備熱處理是零件加工過程中的一道中間工序中間工序（也稱（也稱為為中間熱處理中間熱處理），其目的是改善鍛、鑄毛坯件組織、消），其目的是改善鍛、鑄毛坯件組織、消除應(yīng)力，為后續(xù)的機加工或進一步的熱處理作準(zhǔn)備。除應(yīng)力，為后續(xù)的機加工或進一步的熱處理作準(zhǔn)備。n最終熱處理是零件加工的最終熱處理是零件加工的最終工序最終工序，其目的是使經(jīng)過，其目的是使經(jīng)過成型工藝達到成型工藝達到形狀和尺寸要求形狀和尺寸要求的零件，達

49、到所需要的的零件，達到所需要的使使用性能用性能。n機械零件的一般加工工藝為：機械零件的一般加工工藝為：l毛坯（鑄、鍛）毛坯（鑄、鍛）預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理機加工機加工最終熱處理。最終熱處理。l退火與正火工藝退火與正火工藝主要用于預(yù)備熱處理主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性，只有當(dāng)工件性能要求不高時才作為最終熱處理。能要求不高時才作為最終熱處理。65n鑄造鑄造零件常出現(xiàn)內(nèi)部各區(qū)域之間化學(xué)成分差異，零件常出現(xiàn)內(nèi)部各區(qū)域之間化學(xué)成分差異，軋制軋制后常后常出現(xiàn)帶狀組織、縱向與橫向之間強度與韌性不一樣，熱加出現(xiàn)帶狀組織、縱向與橫向之間強度與韌性不一樣，熱加工與冷加工后還會使零件的應(yīng)力增加。這些熱加工或冷加工

50、與冷加工后還會使零件的應(yīng)力增加。這些熱加工或冷加工后給零件造成的工后給零件造成的內(nèi)應(yīng)力內(nèi)應(yīng)力不消除，會導(dǎo)致零件變形甚至開不消除，會導(dǎo)致零件變形甚至開裂；若不使裂；若不使化學(xué)成分均勻化化學(xué)成分均勻化，異常組織不消除，會使零件，異常組織不消除，會使零件內(nèi)各部分的性能差異很大，危及零件的正常安全使用。內(nèi)各部分的性能差異很大，危及零件的正常安全使用。n退火和正火的退火和正火的目的目的：1）調(diào)整鋼件硬度，便于切削加工。）調(diào)整鋼件硬度，便于切削加工。2）消除工件內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，防止加工中變形。）消除工件內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，防止加工中變形。3）細(xì)化晶粒，改善組織，提高鋼的機械性能。）細(xì)化晶粒，改善組織，提高

51、鋼的機械性能。4）為最終熱處理（淬、回火）做好組織準(zhǔn)備。）為最終熱處理（淬、回火）做好組織準(zhǔn)備。665-5-1 退火退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后然后緩慢冷卻（爐冷）緩慢冷卻（爐冷）使之使之獲得達到或接近平衡狀態(tài)獲得達到或接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫組織的熱處理工藝叫退火退火。 真空退火爐真空退火爐67根據(jù)加熱溫度和冷卻方式可分為：根據(jù)加熱溫度和冷卻方式可分為：(1)完全退火完全退火又稱又稱重結(jié)晶退火重結(jié)晶退火，一般簡稱，一般簡稱退火退火。主要用于主要用于亞共析鋼亞共析鋼。加熱溫度：加熱溫度：Ac3+30 50。冷卻：冷卻：隨爐緩慢冷卻。隨爐緩慢冷卻。組織：組織：F

52、+P（近于平衡組織）。（近于平衡組織）。目的：目的：清除鑄造、軋制、鍛造、焊接等造成的異常清除鑄造、軋制、鍛造、焊接等造成的異常 組織，均勻化學(xué)成分，消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化組組織，均勻化學(xué)成分，消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化組 織，降低硬度和改善切削加工性?？?，降低硬度和改善切削加工性。 68(2)等溫退火等溫退火亞共析鋼加熱溫度：亞共析鋼加熱溫度：Ac3+3050共析、過共析鋼加熱溫度：共析、過共析鋼加熱溫度： Ac1+3050保溫后快冷到略低于保溫后快冷到略低于Ar1的溫度停留，待相變完成后的溫度停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間。出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間。等溫退火

53、的加熱工藝與完全退火相同。等溫退火的加熱工藝與完全退火相同。高速鋼等溫退火高速鋼等溫退火與普通退火的比較與普通退火的比較69(3)球化退火球化退火 球化退火是將鋼中球化退火是將鋼中滲碳體滲碳體球狀球狀化的退火工藝。主要用于化的退火工藝。主要用于過共過共析鋼析鋼和和合金工具鋼合金工具鋼。加熱溫度加熱溫度: Ac1+ 2030保溫時間：保溫時間：不能太長，不能太長，24h 冷卻：冷卻：隨爐緩慢冷卻，通過緩隨爐緩慢冷卻，通過緩冷或者冷卻到略低于冷或者冷卻到略低于Ar1的溫的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。體球化后出爐空冷。70球化退火加熱時由球化退火加熱時由奧

54、氏體奧氏體及及碳化物碳化物兩相組成，在保兩相組成，在保溫過程中其中的碳化物球化。在保溫后的冷卻過程溫過程中其中的碳化物球化。在保溫后的冷卻過程中（尤其在共析溫度附近的緩慢冷卻過程中），自中（尤其在共析溫度附近的緩慢冷卻過程中），自奧氏體析出的碳化物進行球化。奧氏體析出的碳化物進行球化。經(jīng)球化退火的鋼由經(jīng)球化退火的鋼由鐵素體鐵素體及均勻分布的及均勻分布的球狀碳化物球狀碳化物組成。組成。經(jīng)球化退火以后的工具、模具鋼經(jīng)球化退火以后的工具、模具鋼硬度降低硬度降低，韌性提韌性提高高，切削加工性能也變好，與此同時存在于鋼內(nèi)部，切削加工性能也變好，與此同時存在于鋼內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力得以消除。的內(nèi)應(yīng)力得以消除。71

55、球狀珠光體球狀珠光體l球化退火的組織：球化退火的組織：l在鐵素體基體上分在鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，布著顆粒狀滲碳體，稱稱球狀珠光體球狀珠光體，用，用P球球表示。表示。l對于有對于有網(wǎng)狀網(wǎng)狀二次滲二次滲碳體的過共析鋼，碳體的過共析鋼，在球化退火前應(yīng)先在球化退火前應(yīng)先進行進行正火正火，將其消，將其消除，才能保證球化除，才能保證球化退火正常進行。退火正常進行。72(4)擴散退火（均勻化退火）擴散退火（均勻化退火）擴散退火的特點：擴散退火的特點：加熱溫度高：加熱溫度高：鋼件均勻化退火溫度因偏析程度而不鋼件均勻化退火溫度因偏析程度而不同，通常選擇在同，通常選擇在Ac3或或Accm以上以上1503

56、00。保溫時間長：保溫時間長：10h以上，以上，1015h。目的：目的：均勻鋼內(nèi)部的化學(xué)成分，消除成分偏析。主均勻鋼內(nèi)部的化學(xué)成分，消除成分偏析。主要適用于鑄造后的高合金鋼。要適用于鑄造后的高合金鋼。后果：后果：由于擴散退火的加熱溫度高，時間長，晶粒由于擴散退火的加熱溫度高，時間長，晶粒粗大，為此擴散退火后再進行粗大，為此擴散退火后再進行完全退火完全退火，使組織重新，使組織重新細(xì)化。細(xì)化。 73(5)去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火一般是將工件隨爐緩慢加熱至一般是將工件隨爐緩慢加熱至500650，經(jīng)一段時間，經(jīng)一段時間保溫后隨爐緩慢冷卻至保溫后隨爐緩慢冷卻至300200以下出爐。主要用來以下出爐。主要用來

57、消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應(yīng)力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。鋼的去應(yīng)以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂。鋼的去應(yīng)力退火加熱溫度范圍較寬，但不超過力退火加熱溫度范圍較寬，但不超過Ac1點，去應(yīng)力退點，去應(yīng)力退火過程未發(fā)生相變?；疬^程未發(fā)生相變。 74分類分類工藝過程工藝過程適用范圍適用范圍 目的目的最后組織最后組織完全退火完全退火(重結(jié)晶退火重結(jié)晶退火)Ac3+3050爐冷爐冷亞共析鋼亞共析鋼消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒F+P擴散退火擴散退火Ac3+150300爐冷爐冷合金鋼合金鋼消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力、

58、均勻成分均勻成分F+P球化退火球化退火Ac1+3050爐冷爐冷共（過）共（過）析鋼析鋼降低硬度降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力F +Fe3C粒粒去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火A1以下以下爐冷爐冷鑄、鍛、鑄、鍛、焊件焊件消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力無變化無變化755-5-2 正火正火l正火正火是將亞共析鋼加熱到是將亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱共析鋼加熱到到Ac1+3050，過共析鋼過共析鋼加熱到加熱到Accm+3050，保保溫后溫后空冷空冷的工藝。的工藝。l正火比退火冷卻速度大。正火比退火冷卻速度大。正火溫度正火溫度76l退火和正火所得到的均是珠光體類型組織，但正火退火和正火所得到的均是珠光體類型組

59、織，但正火的珠光體是在較大過冷度下得到的。的珠光體是在較大過冷度下得到的。l因此因此l【亞共析鋼亞共析鋼】析出的先共析鐵素體較少，珠光析出的先共析鐵素體較少，珠光體數(shù)量較多，珠光體片間距較??；珠光體形核率體數(shù)量較多，珠光體片間距較??；珠光體形核率較大，珠光體團的尺寸較小。較大，珠光體團的尺寸較小。l【過共析鋼過共析鋼】 珠光體片間距和團直徑較?。恢楣怏w片間距和團直徑較小；可抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體的析出，而可抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體的析出，而完全退火則有完全退火則有網(wǎng)狀滲碳體的存在網(wǎng)狀滲碳體的存在。77 消除網(wǎng)狀二次滲碳體消除網(wǎng)狀二次滲碳體鋼鐵材料通過正火，可使晶粒細(xì)化。而原始組織中存在鋼鐵材料通過正

60、火，可使晶粒細(xì)化。而原始組織中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼過共析鋼，經(jīng)正火處理后可消除對性，經(jīng)正火處理后可消除對性能不利的能不利的網(wǎng)狀二次滲碳體網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火質(zhì)量。，以保證球化退火質(zhì)量。作為最終熱處理作為最終熱處理對于機械性能要求不高的結(jié)構(gòu)鋼零件，經(jīng)正火后所對于機械性能要求不高的結(jié)構(gòu)鋼零件，經(jīng)正火后所獲得的性能即可滿足使用要求，可用正火作為最終獲得的性能即可滿足使用要求，可用正火作為最終熱處理。熱處理。改善切削加工性能改善切削加工性能對于低碳鋼或低碳合金鋼，由于完全退火后硬度太對于低碳鋼或低碳合金鋼，由于完全退火后硬度太低，切削加工性能不好。而用正火，則可提高其