第六章鋼的熱處理

1、三、固態(tài)相變的類型三、固態(tài)相變的類型二、共析鋼奧氏體的形成過程二、共析鋼奧氏體的形成過程加熱（或冷卻）時加熱（或冷卻）時fe-fefe-fe3 3c c相圖上各相變點的位置相圖上各相變點的位置共析鋼中奧氏體形成過程示意圖共析鋼中奧氏體形成過程示意圖l 若已知晶粒度等級若已知晶粒度等級gg，便可按下列公式計算每，便可按下列公式計算每645mm645mm2 2 (1(1平方英平方英) )試試樣面積上的平均晶粒數(shù)樣面積上的平均晶粒數(shù)n n，即，即: : 顯然，晶粒度等級越大，平均晶粒數(shù)咒越多，則晶粒越細。顯然，晶粒度等級越大，平均晶粒數(shù)咒越多，則晶粒越細。1 14 4 級稱粗晶粒級稱粗晶粒5 58

2、8 級稱細晶粒級稱細晶粒9 9 級以上稱超細晶粒級以上稱超細晶粒過冷奧氏體不同冷卻方式示意圖過冷奧氏體不同冷卻方式示意圖 1-1-等溫冷卻；等溫冷卻；2-2-連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線奧氏體奧氏體珠光體型組織的力學性能珠光體型組織的力學性能主要取決于主要取決于層片間距層片間距的大小，層片間距越小，的大小，層片間距越小，相界面越多，對位錯運動的阻礙也越大，其強度、硬度就越高；同時相界面越多，對位錯運動的阻礙也越大，其強度、硬度就越高；同時由于鐵素體與滲碳體片層很薄，使鋼的塑性變形能力增大；反之，層由于鐵素體與滲碳體片層很薄，使鋼的塑性變形能力增大；反之，層片間距越大，相

3、界面越少，對位錯運動的阻礙也越小，故珠片間距越大，相界面越少，對位錯運動的阻礙也越小，故珠光體的強度就越差，且塑性下降。光體的強度就越差，且塑性下降。（a a）珠光體（）珠光體（38003800）；（）；（b b）索氏體（）索氏體（80008000）；（）；（c c）屈氏體（）屈氏體（80008000）上貝氏體組織上貝氏體組織 下貝氏體組織下貝氏體組織 亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線過共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線過共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線亞共析鋼亞共析鋼c c曲線的上部為過冷奧氏體析出鐵素體的轉(zhuǎn)變開始線；曲線的上部為過冷奧氏體析出鐵素體的轉(zhuǎn)變開始線；過共析鋼過共析鋼c c曲線的上部為過冷奧氏體析出曲

4、線的上部為過冷奧氏體析出fefe3 3c c開始線。開始線。合金元素對碳鋼合金元素對碳鋼c c曲線的影響曲線的影響（a a）nini的影響（的影響（b b）crcr的影響（的影響（c c）ww的影響的影響 共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 針狀馬氏體的組織形態(tài)針狀馬氏體的組織形態(tài) 板條狀馬氏體的組織形態(tài)板條狀馬氏體的組織形態(tài) 奧氏體的含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度及殘余奧氏體量的影響奧氏體的含碳量對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度及殘余奧氏體量的影響 3.3.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與等溫c c 曲線的區(qū)別：曲線的區(qū)別：（1 1）連續(xù)冷卻曲線靠右一些，連續(xù)冷卻

5、曲線靠右一些，這是因為鼻尖以上溫度越低，孕這是因為鼻尖以上溫度越低，孕育期越短。連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變溫度育期越短。連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變溫度均比等溫轉(zhuǎn)變溫度低一些，所以均比等溫轉(zhuǎn)變溫度低一些，所以連續(xù)冷卻到達這個溫度進行轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻到達這個溫度進行轉(zhuǎn)變時，需要較長的孕育時，需要較長的孕育 期，約為期，約為 c c曲線的曲線的1 15 5 倍。倍。（2)2) 連續(xù)冷卻曲線獲得的組連續(xù)冷卻曲線獲得的組織不均勻，先轉(zhuǎn)變的組織較織不均勻，先轉(zhuǎn)變的組織較粗，后轉(zhuǎn)變的組織較細。粗，后轉(zhuǎn)變的組織較細。（3)3) 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線只有連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線只有c c 曲曲線的上半部分，而沒有下半部分。線的上半部分，而沒有下半部分

6、。這就是說，共析鋼在連續(xù)冷卻時這就是說，共析鋼在連續(xù)冷卻時只有珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變，而沒只有珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變，而沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。有貝氏體轉(zhuǎn)變。共析鋼共析鋼c c曲線在連續(xù)冷卻時的應用曲線在連續(xù)冷卻時的應用 1 1冷卻速度線相當于隨爐冷卻的速度，奧氏冷卻速度線相當于隨爐冷卻的速度，奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（體將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w（170220bhs170220bhs）。）。 2 2冷卻速度線相當于在空氣中冷卻的速度，冷卻速度線相當于在空氣中冷卻的速度，將獲得索氏體（將獲得索氏體（252535brc35brc）。）。 3 3冷卻速度線相當于在油中冷卻的速度，得冷卻速度線相當于在油中冷卻的速度，得到屈氏體和馬

7、氏體得混合（到屈氏體和馬氏體得混合（4555brc4555brc）。）。 4 4冷卻速度線相當于在水中冷卻的速度，冷卻速度線相當于在水中冷卻的速度，它不與它不與c c曲線相交，得到馬氏體組織。曲線相交，得到馬氏體組織。 k k冷卻速度線與冷卻速度線與c c曲線曲線“鼻尖鼻尖”相切，為相切，為該鋼獲得馬氏體的最小冷卻速度。該鋼獲得馬氏體的最小冷卻速度。中碳合金鋼、中碳合金鋼、經(jīng)滲碳處理的低碳合金鋼經(jīng)滲碳處理的低碳合金鋼和某些高合金鋼的大型鑄和某些高合金鋼的大型鑄鍛件及沖壓件等，鍛件及沖壓件等，高速鋼的普通退火與等溫退火的比較高速鋼的普通退火與等溫退火的比較 t10t10鋼兩種球化退火（普通、等溫

8、）工藝鋼兩種球化退火（普通、等溫）工藝 球狀珠光體球狀珠光體 作為最終熱處理作為最終熱處理 對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，當機對于普通結(jié)構(gòu)鋼零件，當機械性能要求不是很高時，正火可作為最終熱處理，械性能要求不是很高時，正火可作為最終熱處理，在某些場合亦可代替調(diào)質(zhì)處理。在某些場合亦可代替調(diào)質(zhì)處理。 作為預先熱處理作為預先熱處理 主要用于以低、中碳鋼制造主要用于以低、中碳鋼制造的重要零件，細化組織，提高硬度，改善切削加的重要零件，細化組織，提高硬度，改善切削加工性，減少淬火時變形、開裂的傾向。工性，減少淬火時變形、開裂的傾向。 作為過共析鋼球化退火前的預先熱處理作為過共析鋼球化退火前的預先熱處理 消消除網(wǎng)狀滲

9、碳體，為球化退火作好組織準備。除網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作好組織準備。 正火的主要應用范圍是：正火的主要應用范圍是：各種退火和正火處理的加熱溫度范圍及工藝曲線各種退火和正火處理的加熱溫度范圍及工藝曲線 碳鋼的淬火加熱溫度范圍碳鋼的淬火加熱溫度范圍 4545鋼淬火馬氏體組織鋼淬火馬氏體組織 t12t12鋼淬火馬氏體組織鋼淬火馬氏體組織4545鋼淬火后的組織為均勻細小的馬氏體鋼淬火后的組織為均勻細小的馬氏體 t12t12鋼鋼淬火后的組織為均勻細小的馬氏體和粒狀二次滲碳體淬火后的組織為均勻細小的馬氏體和粒狀二次滲碳體 理想淬火介質(zhì)的冷卻特性理想淬火介質(zhì)的冷卻特性 常用淬火介質(zhì)常用淬火介質(zhì) 水：水：65

10、0650500 500 冷卻速度快，冷卻速度快，300300200200冷卻速度快亦快。冷卻速度快亦快。要用于過冷奧氏體穩(wěn)定性較差的要用于過冷奧氏體穩(wěn)定性較差的碳素鋼。碳素鋼。 理想淬火冷卻曲線理想淬火冷卻曲線 鹽（堿）水：鹽（堿）水：650650500 500 冷卻速冷卻速度快很快，度快很快， 300300200200冷卻速度快冷卻速度快也很快。也很快。用于形狀簡單、淬硬層要求用于形狀簡單、淬硬層要求較深、硬度高而均勻、表面要求光潔、較深、硬度高而均勻、表面要求光潔、性能要求不嚴、截面尺寸較大的碳鋼性能要求不嚴、截面尺寸較大的碳鋼零件。零件。 礦物油：礦物油：650650500 500 冷卻

11、速度很冷卻速度很慢，慢，300300200200冷卻速度快也很慢。冷卻速度快也很慢。主要用于過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金主要用于過冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼淬火。鋼淬火。 1-1-單液淬火法；單液淬火法；2-2-雙液淬火法；雙液淬火法；3-3-馬氏體分級淬火法；馬氏體分級淬火法；4-4-貝氏體等溫淬火法貝氏體等溫淬火法各種淬火方法示意圖各種淬火方法示意圖 單液淬火時，水淬內(nèi)應力大，變形單液淬火時，水淬內(nèi)應力大，變形和開裂傾向大，而油淬常造成硬度和開裂傾向大，而油淬常造成硬度不足等缺陷。不足等缺陷。 雙液淬火時，產(chǎn)生的內(nèi)應力小，變形雙液淬火時，產(chǎn)生的內(nèi)應力小，變形和開裂傾向小，缺點是不易掌握在兩和開裂

12、傾向小，缺點是不易掌握在兩種介質(zhì)中的轉(zhuǎn)換時間。種介質(zhì)中的轉(zhuǎn)換時間。馬氏體分級淬火時，能有效地減少內(nèi)應馬氏體分級淬火時，能有效地減少內(nèi)應力、變形和開裂，且硬度也比較均勻，力、變形和開裂，且硬度也比較均勻，特別適用于形狀復雜的工件淬火。特別適用于形狀復雜的工件淬火。 貝氏體等溫淬火不僅可以使鋼件減少貝氏體等溫淬火不僅可以使鋼件減少變形、均勻組織，而且具有較高的強變形、均勻組織，而且具有較高的強度、硬度和韌性。度、硬度和韌性。 所謂淬透性，是指在標準條件下，鋼在淬所謂淬透性，是指在標準條件下，鋼在淬火冷卻時獲得馬氏體組織（淬硬層）深度的能力。火冷卻時獲得馬氏體組織（淬硬層）深度的能力。l淬硬層深度：

13、淬硬層深度：是指由鋼的表面至內(nèi)部馬氏體組織占是指由鋼的表面至內(nèi)部馬氏體組織占50%50%處的垂直距離。淬硬層越深，表明鋼的淬透性越好。如處的垂直距離。淬硬層越深，表明鋼的淬透性越好。如果淬硬層深度達到心部，則表明該鋼全部淬透。果淬硬層深度達到心部，則表明該鋼全部淬透。l鋼的淬硬性：鋼的淬硬性：是指鋼在淬火時形成的馬氏體組織所能達是指鋼在淬火時形成的馬氏體組織所能達到的最高硬度，而不是指獲得馬氏體組織的深度。到的最高硬度，而不是指獲得馬氏體組織的深度。淬火時，凡是冷卻速度能大于臨界冷卻速度淬火時，凡是冷卻速度能大于臨界冷卻速度 k k的部分能全部得到馬氏的部分能全部得到馬氏體組織，而冷卻速度小于

14、臨界冷卻速度體組織，而冷卻速度小于臨界冷卻速度 k k的部分將獲得屈氏體、索氏的部分將獲得屈氏體、索氏體或珠光體，而不能被完全淬硬，故鋼件淬火后表面形成馬氏體，硬體或珠光體，而不能被完全淬硬，故鋼件淬火后表面形成馬氏體，硬度高，從表面到心部，馬氏體愈來愈少，硬度逐漸降低度高，從表面到心部，馬氏體愈來愈少，硬度逐漸降低 。 工件淬透層與冷卻速度的關系工件淬透層與冷卻速度的關系 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后截面的力學性能淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后截面的力學性能 （a a）淬透鋼；（）淬透鋼；（b b）未淬透鋼）未淬透鋼淬火不完全程度對鋼屈強比的影響淬火不完全程度對鋼屈強比的影響鋼中馬氏體量對回火后疲勞極限的影響

15、鋼中馬氏體量對回火后疲勞極限的影響 鋼的化學成分鋼的化學成分奧氏體化條件奧氏體化條件 含碳量對碳鋼臨界冷卻速度的影響含碳量對碳鋼臨界冷卻速度的影響1.1.末端淬火法末端淬火法用此法測定鋼的淬透值可以用用此法測定鋼的淬透值可以用表示。表示。當零件在某種介質(zhì)中淬火心部恰好當零件在某種介質(zhì)中淬火心部恰好達到半馬氏體硬度，此時的零件直達到半馬氏體硬度，此時的零件直徑稱為該鋼在某種介質(zhì)中的淬火臨徑稱為該鋼在某種介質(zhì)中的淬火臨界直徑，用界直徑，用dd0 0表示。低于此值可全表示。低于此值可全部淬透，而大于此直徑，就不能淬部淬透，而大于此直徑，就不能淬透，可得到一定深度的淬硬層。透，可得到一定深度的淬硬層。

16、 例如：例如：至水端至水端6mm6mm處的冷卻速度處的冷卻速度是是41/s41/s，圓棒在油中淬火其表，圓棒在油中淬火其表面達到此冷卻速度的直徑為面達到此冷卻速度的直徑為46mm46mm，中心要達到此冷卻速度，中心要達到此冷卻速度的直徑是的直徑是15mm15mm。 末端淬火曲線與實際工件淬透性的關系末端淬火曲線與實際工件淬透性的關系 圓棒直徑與方形截面間的等效圖解圓棒直徑與方形截面間的等效圖解 如（如（100100120120）mmmm的矩形截面工件相當于的矩形截面工件相當于117mm117mm的圓棒。的圓棒。五、淬火缺陷及其防止措施五、淬火缺陷及其防止措施變形與開裂變形與開裂氧化和脫碳氧化和

17、脫碳過熱和過燒過熱和過燒硬度不足和軟點硬度不足和軟點硬度不足和軟點產(chǎn)生的原因硬度不足和軟點產(chǎn)生的原因淬火冷卻速度不夠淬火冷卻速度不夠淬火加熱溫度過低或保溫時間過短淬火加熱溫度過低或保溫時間過短表面脫碳表面脫碳工作原始組織不均勻工作原始組織不均勻操作不當操作不當降低零件脆性，降低零件脆性，獲得所要求的力學性能獲得所要求的力學性能穩(wěn)定尺寸穩(wěn)定尺寸改善加工性改善加工性二、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變二、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變馬氏體的分解（馬氏體的分解（200200以下）以下）殘余奧氏體分解（殘余奧氏體分解（200200300300）滲碳體的形成（滲碳體的形成（250250400400）滲碳體聚集長大（滲碳體聚集長大（400400以上）以上）回火馬氏體回火馬氏體（250250以下）：以下）：由過飽和度有所降低的由過飽和度有所降低的 固溶體固溶體和極細的和極細的 碳化物組成，它仍保碳化物組成，它仍保留原馬氏體的片狀或板條狀的留原馬氏體的片狀或板條狀的形態(tài)。形態(tài)。 回火屈氏體回火屈氏體（350350400400）：）：是由高度彌散的細粒狀滲碳體和尚是由高度彌