第二章 鋼的熱處理

1、主 編 ： 王 英 杰 張 芙 麗副 主 編 ： 金 升 王 成 國(guó)機(jī)械工業(yè)出版社第二章 鋼的熱處理一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、退火與正火四、淬火六、金屬的時(shí)效七、表面熱處理與化學(xué)熱處理八、熱處理新技術(shù)簡(jiǎn)介九、熱處理工藝應(yīng)用五、回火第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變大多數(shù)零件的熱處理都是先加熱到臨界點(diǎn)以上某一大多數(shù)零件的熱處理都是先加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度區(qū)間溫度區(qū)間, ,使其全部或部分得到均勻的奧氏體組織使其全部或部分得到均勻的奧氏體組織, ,但奧氏但奧氏體一般不是人們最終需要的組織體一般不是人們最終需要的組織, ,而是在隨后的冷卻中而是在隨后的冷卻

2、中, ,采采用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法用適當(dāng)?shù)睦鋮s方法, ,獲得人們需要的其他組織獲得人們需要的其他組織, ,如馬氏體、如馬氏體、貝氏體、托氏體、索氏體、珠光體等組織。貝氏體、托氏體、索氏體、珠光體等組織。金屬材料金屬材料在加熱或冷卻過(guò)程中在加熱或冷卻過(guò)程中, ,發(fā)生相變的溫度稱為發(fā)生相變的溫度稱為臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)( (或相變點(diǎn)或相變點(diǎn)) )。鐵碳合金相圖中。鐵碳合金相圖中A1A1、A3A3、AcmAcm是平衡是平衡條件下的臨界點(diǎn)。鐵碳合金相圖中的臨界點(diǎn)是在緩慢加熱條件下的臨界點(diǎn)。鐵碳合金相圖中的臨界點(diǎn)是在緩慢加熱或緩慢冷卻條件下測(cè)得的或緩慢冷卻條件下測(cè)得的, ,而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中, ,加

3、熱過(guò)程加熱過(guò)程或冷卻過(guò)程并不是非常緩慢地進(jìn)行的或冷卻過(guò)程并不是非常緩慢地進(jìn)行的, ,所以所以, ,實(shí)際生產(chǎn)中鋼實(shí)際生產(chǎn)中鋼鐵材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與鐵碳合金相圖中所示的理論鐵材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度與鐵碳合金相圖中所示的理論臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)A1A1、A3A3、AcmAcm之間有一定的偏離之間有一定的偏離, ,如圖如圖2-22-2所示。實(shí)所示。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中鋼鐵材料隨著加熱速度或冷卻速度的增加際生產(chǎn)過(guò)程中鋼鐵材料隨著加熱速度或冷卻速度的增加, ,其其相變點(diǎn)的偏離程度將逐漸增大。為了區(qū)別鋼鐵材料在實(shí)際相變點(diǎn)的偏離程度將逐漸增大。為了區(qū)別鋼鐵材料在實(shí)際加熱或冷卻時(shí)的相變點(diǎn)加熱或冷卻時(shí)的相變點(diǎn), ,加熱時(shí)在

4、加熱時(shí)在“A”A”后加注后加注“c”,c”,冷卻冷卻時(shí)在時(shí)在“A”A”后加注后加注“r”r”。因此。因此, ,鋼鐵材料實(shí)際加熱時(shí)的臨鋼鐵材料實(shí)際加熱時(shí)的臨界點(diǎn)標(biāo)注為界點(diǎn)標(biāo)注為Ac1Ac1、Ac3Ac3、AccmAccm; ;鋼鐵材料實(shí)際冷卻時(shí)的臨界鋼鐵材料實(shí)際冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)標(biāo)注為點(diǎn)標(biāo)注為Ar1Ar1、Ar3Ar3、ArcmArcm。一、奧氏體的形成一、奧氏體的形成以共析鋼以共析鋼(w(C)=0.77%)(w(C)=0.77%)為例為例, ,其室溫組織是珠光體其室溫組織是珠光體(P),(P),即由鐵素體即由鐵素體(F)(F)和滲碳體和滲碳體(Fe3C)(Fe3C)兩相組成的機(jī)械混合兩相組成的機(jī)械

5、混合物。鐵素體為體心立方晶格物。鐵素體為體心立方晶格, ,在在A1A1點(diǎn)時(shí)點(diǎn)時(shí)w(C)=0.021 8%;w(C)=0.021 8%;滲滲碳體為復(fù)雜晶格碳體為復(fù)雜晶格,w(C)=6.69%,w(C)=6.69%。當(dāng)加熱到臨界點(diǎn)。當(dāng)加熱到臨界點(diǎn)A1A1以上時(shí)以上時(shí), ,珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體(A),(A),奧氏體是面心立方晶奧氏體是面心立方晶格格,w(C)=0.77%,w(C)=0.77%。由此可見(jiàn)。由此可見(jiàn), ,珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變, ,是由是由化學(xué)成分和晶格都不相同的兩相化學(xué)成分和晶格都不相同的兩相, ,轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)成分和轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N化學(xué)成分和晶格的過(guò)程

6、晶格的過(guò)程, ,因此因此, ,在轉(zhuǎn)變過(guò)程中必須進(jìn)行碳原子的擴(kuò)散和在轉(zhuǎn)變過(guò)程中必須進(jìn)行碳原子的擴(kuò)散和鐵原子的晶格重構(gòu)鐵原子的晶格重構(gòu), ,即發(fā)生相變。即發(fā)生相變。圖2-2實(shí)際加熱(或冷卻)時(shí),鐵碳研究研究結(jié)果證明結(jié)果證明: :奧氏體的形成是通過(guò)奧氏體的形成是通過(guò)形核形核和和核長(zhǎng)大核長(zhǎng)大過(guò)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可以分為四個(gè)階段程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變可以分為四個(gè)階段: :奧奧氏體形核、奧氏體核長(zhǎng)大、殘余滲碳體繼續(xù)溶解和奧氏體氏體形核、奧氏體核長(zhǎng)大、殘余滲碳體繼續(xù)溶解和奧氏體化學(xué)成分均勻化化學(xué)成分均勻化。圖。圖2-32-3為共析鋼奧氏體形核及其長(zhǎng)大過(guò)為共析鋼奧氏體形核及其長(zhǎng)大過(guò)程

7、示意圖。程示意圖。(1)(1)奧氏體晶核形成奧氏體晶核形成共析鋼加熱到共析鋼加熱到A1A1時(shí)時(shí), ,奧氏體奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的相界面上形成晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的相界面上形成, ,這是由這是由于相界面的原子是以滲碳體與鐵素體兩種晶格的過(guò)渡于相界面的原子是以滲碳體與鐵素體兩種晶格的過(guò)渡結(jié)構(gòu)排列的結(jié)構(gòu)排列的, ,原子偏離平衡位置處于畸變狀態(tài)原子偏離平衡位置處于畸變狀態(tài), ,具有較具有較高的能量高的能量; ;另外另外, ,滲碳體與鐵素體的交界處碳的分布是滲碳體與鐵素體的交界處碳的分布是不均勻的不均勻的, ,這些都為形成奧氏體晶核在化學(xué)成分、結(jié)這些都為形成奧氏體晶核在化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和能量

8、上提供了有利條件。構(gòu)和能量上提供了有利條件。(2)(2)奧氏體晶核長(zhǎng)大奧氏體晶核長(zhǎng)大奧氏體形核后奧氏體形核后, ,奧氏體核的相奧氏體核的相界面會(huì)向鐵素體與滲碳體兩個(gè)方向同時(shí)長(zhǎng)大。奧氏體的長(zhǎng)界面會(huì)向鐵素體與滲碳體兩個(gè)方向同時(shí)長(zhǎng)大。奧氏體的長(zhǎng)大過(guò)程一方面是由鐵素體晶格逐漸改組為奧氏體晶格大過(guò)程一方面是由鐵素體晶格逐漸改組為奧氏體晶格; ;另一另一方面是通過(guò)原子擴(kuò)散方面是通過(guò)原子擴(kuò)散, ,即滲碳體連續(xù)分解和碳原子擴(kuò)散即滲碳體連續(xù)分解和碳原子擴(kuò)散, ,逐逐步使奧氏體晶核長(zhǎng)大。步使奧氏體晶核長(zhǎng)大。(3)(3)殘余滲碳體溶解殘余滲碳體溶解由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和碳的由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與奧氏體

9、差別較大質(zhì)量分?jǐn)?shù)與奧氏體差別較大, ,因此因此, ,滲碳體向奧氏體中溶解滲碳體向奧氏體中溶解的速度必然落后于鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度。在鐵素體的速度必然落后于鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變速度。在鐵素體全部轉(zhuǎn)變完后全部轉(zhuǎn)變完后, ,仍會(huì)有部分滲碳體尚未溶解仍會(huì)有部分滲碳體尚未溶解, ,因而還需要一因而還需要一段時(shí)間繼續(xù)向奧氏體中溶解段時(shí)間繼續(xù)向奧氏體中溶解, ,直至全部滲碳體溶解完為止。直至全部滲碳體溶解完為止。(4)(4)奧氏體化學(xué)成分均勻化奧氏體化學(xué)成分均勻化奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí), ,其其化學(xué)成分處于不均勻狀態(tài)化學(xué)成分處于不均勻狀態(tài), ,在原來(lái)鐵素體之處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在原來(lái)鐵素體之處碳的質(zhì)

10、量分?jǐn)?shù)較低較低, ,在原來(lái)滲碳體之處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。因此在原來(lái)滲碳體之處碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。因此, ,只有繼只有繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間, ,通過(guò)碳原子的擴(kuò)散過(guò)程才能得到化學(xué)成分通過(guò)碳原子的擴(kuò)散過(guò)程才能得到化學(xué)成分均勻的奧氏體組織均勻的奧氏體組織, ,以便在冷卻后得到化學(xué)成分均勻的組織以便在冷卻后得到化學(xué)成分均勻的組織與性能。與性能。亞亞共析鋼共析鋼(0.021 8%w(C)0.77%)(0.021 8%w(C)0.77%)和過(guò)共析鋼和過(guò)共析鋼(0.77%w(C)2.11%)(0.77%w(C)2.11%)的奧氏體形成過(guò)程基本上與共析鋼的奧氏體形成過(guò)程基本上與共析鋼相同相同, ,不同之處

11、是在加熱時(shí)有過(guò)剩相出現(xiàn)。由鐵碳合金相圖不同之處是在加熱時(shí)有過(guò)剩相出現(xiàn)。由鐵碳合金相圖可以看出可以看出, ,亞共析鋼的室溫組織是亞共析鋼的室溫組織是鐵素體鐵素體和和珠光體珠光體; ;當(dāng)加熱當(dāng)加熱溫度處于溫度處于Ac1Ac3Ac1Ac3時(shí)時(shí), ,珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體, ,剩余相為剩余相為鐵素鐵素體體; ;當(dāng)加熱溫度超過(guò)當(dāng)加熱溫度超過(guò)Ac3Ac3以上以上, ,并保溫適當(dāng)時(shí)間時(shí)并保溫適當(dāng)時(shí)間時(shí), ,剩余相鐵剩余相鐵素體全部消失素體全部消失, ,得到化學(xué)成分得到化學(xué)成分均勻單一的奧氏體組織均勻單一的奧氏體組織。同樣。同樣, ,過(guò)共析鋼的室溫組織是過(guò)共析鋼的室溫組織是滲碳體滲碳體和和珠光體

12、珠光體, ,當(dāng)加熱溫度處于當(dāng)加熱溫度處于Ac1AccmAc1Accm時(shí)時(shí), ,珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體奧氏體, ,剩余相為剩余相為滲碳體滲碳體; ;當(dāng)加當(dāng)加熱溫度超過(guò)熱溫度超過(guò)AccmAccm以上以上, ,并保溫適當(dāng)時(shí)間時(shí)并保溫適當(dāng)時(shí)間時(shí), ,剩余相滲碳體全剩余相滲碳體全部消失部消失, ,得到化學(xué)成分得到化學(xué)成分均勻單一的奧氏體組織均勻單一的奧氏體組織。二二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施鋼鐵材料中奧氏體晶粒的大小將直接影響到其冷卻后的組鋼鐵材料中奧氏體晶粒的大小將直接影響到其冷卻后的組織和性能。如果奧氏體晶粒細(xì)小織和性能。如果奧氏體晶粒細(xì)小, ,則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶

13、粒也較細(xì)小則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒也較細(xì)小, ,其性能其性能( (如韌性和強(qiáng)度如韌性和強(qiáng)度) )也較高也較高; ;反之反之, ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒粗大轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒粗大, ,其性其性能能( (如韌性和強(qiáng)度如韌性和強(qiáng)度) )則較低。將鋼鐵材料加熱到臨界點(diǎn)以上時(shí)則較低。將鋼鐵材料加熱到臨界點(diǎn)以上時(shí), ,剛剛形成的奧氏體晶粒一般都很細(xì)小。如果繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間形成的奧氏體晶粒一般都很細(xì)小。如果繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間, ,便會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大。因此便會(huì)引起奧氏體晶粒長(zhǎng)大。因此, ,在生產(chǎn)中常采用以下措施來(lái)控在生產(chǎn)中常采用以下措施來(lái)控制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。1 1. .合理選擇加熱溫度和保溫

14、時(shí)間合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間奧氏體形成后奧氏體形成后, ,隨著加熱溫度的繼續(xù)升高隨著加熱溫度的繼續(xù)升高, ,或者是?；蛘呤潜貢r(shí)間的延長(zhǎng)溫時(shí)間的延長(zhǎng), ,奧氏體晶粒將會(huì)不斷長(zhǎng)大奧氏體晶粒將會(huì)不斷長(zhǎng)大, ,特別是加熱溫度特別是加熱溫度的提高對(duì)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大影響更大。這是由于晶粒長(zhǎng)大的提高對(duì)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大影響更大。這是由于晶粒長(zhǎng)大是通過(guò)原子擴(kuò)散進(jìn)行的是通過(guò)原子擴(kuò)散進(jìn)行的, ,而擴(kuò)散速度是隨加熱溫度的升高而而擴(kuò)散速度是隨加熱溫度的升高而急劇加快的。因此急劇加快的。因此, ,合理控制加熱溫度和保溫時(shí)間合理控制加熱溫度和保溫時(shí)間, ,可以獲可以獲得較細(xì)小的奧氏體晶粒。得較細(xì)小的奧氏體晶粒。2 2.

15、 .選用含有合金元素的鋼選用含有合金元素的鋼碳能與一種或數(shù)種金屬元素構(gòu)成金屬化合物碳能與一種或數(shù)種金屬元素構(gòu)成金屬化合物( (或稱為或稱為碳化物碳化物) )。大多數(shù)合金元素。大多數(shù)合金元素, ,如鉻如鉻(Cr)(Cr)、鎢、鎢(W)(W)、鉬、鉬(Mo)(Mo)、釩釩(V)(V)、鈦、鈦(Ti)(Ti)、鈮、鈮( (NbNb) )、鋯、鋯( (ZrZr) )等等, ,在鋼中均可以形成難在鋼中均可以形成難溶于奧氏體的碳化物溶于奧氏體的碳化物, ,如如Cr7C3Cr7C3、W2CW2C、VCVC、Mo2CMo2C、VCVC、TiCTiC、NbCNbC、ZrCZrC等等, ,這些碳化物彌散分布在晶粒

16、邊界上這些碳化物彌散分布在晶粒邊界上, ,可以阻礙可以阻礙或減慢奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。因此或減慢奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。因此, ,含有合金元素的鋼鐵材料含有合金元素的鋼鐵材料可以獲得較細(xì)小的晶粒組織可以獲得較細(xì)小的晶粒組織, ,同時(shí)也可以獲得較好的使用性同時(shí)也可以獲得較好的使用性能。另外能。另外, ,碳化物硬度高、脆性大碳化物硬度高、脆性大, ,鋼鐵材料中存在適量的鋼鐵材料中存在適量的碳化物可以提高其硬度和耐磨性碳化物可以提高其硬度和耐磨性, ,滿足特殊需要。滿足特殊需要。評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)奧氏體晶粒大小的指標(biāo)是奧氏體晶粒度。一般奧氏體晶粒大小的指標(biāo)是奧氏體晶粒度。一般根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖(

17、(圖圖2-4)2-4)確定鋼的奧氏體晶粒大小。確定鋼的奧氏體晶粒大小。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)分為8 8個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí), ,其中其中1414級(jí)為粗晶粒級(jí)為粗晶粒;58;58級(jí)級(jí)為細(xì)晶粒。為細(xì)晶粒。第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、冷卻方式一、冷卻方式同一化學(xué)成分的鋼材同一化學(xué)成分的鋼材, ,加熱到奧氏體狀態(tài)后加熱到奧氏體狀態(tài)后, ,若采用若采用不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻時(shí)不同的冷卻速度進(jìn)行冷卻時(shí), ,將得到形態(tài)不同的各種室溫組將得到形態(tài)不同的各種室溫組織織, ,從而獲得不同的力學(xué)性能從而獲得不同的力學(xué)性能, ,和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線見(jiàn)表見(jiàn)表2-22-2。這

18、種現(xiàn)象已不能用鐵碳合金相圖來(lái)解釋了。這種現(xiàn)象已不能用鐵碳合金相圖來(lái)解釋了。因?yàn)殍F碳合金相圖只能說(shuō)明平衡狀態(tài)時(shí)的相變規(guī)律因?yàn)殍F碳合金相圖只能說(shuō)明平衡狀態(tài)時(shí)的相變規(guī)律, ,如果冷如果冷卻速度提高卻速度提高, ,則脫離了平衡狀態(tài)。因此則脫離了平衡狀態(tài)。因此, ,認(rèn)識(shí)鋼鐵材料在冷認(rèn)識(shí)鋼鐵材料在冷卻時(shí)的相變規(guī)律卻時(shí)的相變規(guī)律, ,對(duì)理解和制定鋼鐵材料的熱處理工藝有著對(duì)理解和制定鋼鐵材料的熱處理工藝有著重要意義。重要意義。鋼鐵材料鋼鐵材料在冷卻時(shí)在冷卻時(shí), ,可以采取兩可以采取兩種轉(zhuǎn)變方式種轉(zhuǎn)變方式: :等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變, ,如圖如圖2-52-5所示。鋼鐵材料在一定冷卻速所示。

19、鋼鐵材料在一定冷卻速度下進(jìn)行冷卻時(shí)度下進(jìn)行冷卻時(shí), ,奧氏體需要過(guò)冷到共奧氏體需要過(guò)冷到共析溫度析溫度A1A1以下才能完成轉(zhuǎn)變。在共析以下才能完成轉(zhuǎn)變。在共析溫度溫度A1A1以下存在的奧氏體稱為過(guò)冷奧以下存在的奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體氏體, ,也稱亞穩(wěn)奧氏體也稱亞穩(wěn)奧氏體, ,它有較強(qiáng)的相它有較強(qiáng)的相變趨勢(shì)變趨勢(shì), ,可以轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織?？梢赞D(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。二、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變二、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后, ,冷卻到冷卻到臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)(Ar1(Ar1或或Ar3)Ar3)以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時(shí)以下的某一溫度區(qū)間內(nèi)等溫

20、保持時(shí), ,過(guò)過(guò)冷奧氏體發(fā)生的相變。冷奧氏體發(fā)生的相變。1 1. .過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖以共析鋼為例以共析鋼為例, ,如圖如圖2-62-6所示所示, ,將具有不同過(guò)冷度的過(guò)冷奧將具有不同過(guò)冷度的過(guò)冷奧氏體進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變氏體進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變, ,分別測(cè)定過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終止的分別測(cè)定過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終止的時(shí)間時(shí)間, ,并標(biāo)注在溫度并標(biāo)注在溫度- -時(shí)間坐標(biāo)中時(shí)間坐標(biāo)中, ,然后分別將轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變?nèi)缓蠓謩e將轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)連接起來(lái)終止點(diǎn)連接起來(lái), ,即可得到過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線和過(guò)冷奧氏即可得到過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線和過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線。由于曲線像英文

21、字母體轉(zhuǎn)變終止曲線。由于曲線像英文字母“C”,C”,故又稱為故又稱為C C曲線。曲線。圖2-6共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖中過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線以左部分為奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖中過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線以左部分為過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū), ,過(guò)冷奧氏體在此區(qū)域處于等溫轉(zhuǎn)變的孕育期過(guò)冷奧氏體在此區(qū)域處于等溫轉(zhuǎn)變的孕育期, ,尚未尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變。發(fā)生轉(zhuǎn)變。過(guò)冷過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線以右部分為過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)等溫轉(zhuǎn)奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線以右部分為過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)等溫轉(zhuǎn)變完成區(qū)。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線和過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線變完成區(qū)。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始曲線和過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變終止曲線之間的區(qū)域是過(guò)冷奧氏體正在

22、發(fā)生轉(zhuǎn)變區(qū)。之間的區(qū)域是過(guò)冷奧氏體正在發(fā)生轉(zhuǎn)變區(qū)。A1A1線以上的區(qū)域是穩(wěn)線以上的區(qū)域是穩(wěn)定的奧氏體區(qū)。奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖下面的水平線稱為定的奧氏體區(qū)。奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖下面的水平線稱為MsMs線線, ,是奧是奧氏體連續(xù)快冷時(shí)過(guò)冷奧氏體直接向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線氏體連續(xù)快冷時(shí)過(guò)冷奧氏體直接向馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線, ,MsMs線下線下方的水平線方的水平線MfMf線是過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的終止線。線是過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的終止線。從奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可以看出從奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可以看出, ,奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖左中部奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖左中部突出的突出的“鼻尖鼻尖”部位部位( (約約550)550)是過(guò)冷奧氏體等

23、溫轉(zhuǎn)變?cè)杏谧钍沁^(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變?cè)杏谧疃痰牟糠侄痰牟糠? ,在在“鼻尖鼻尖”附近附近, ,過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變最快過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變最快, ,同時(shí)也說(shuō)明過(guò)同時(shí)也說(shuō)明過(guò)冷奧氏體在冷奧氏體在“鼻尖鼻尖”附近最不穩(wěn)定。而在附近最不穩(wěn)定。而在“鼻尖鼻尖”的上下部位的上下部位, ,過(guò)冷奧氏體的孕育期增大過(guò)冷奧氏體的孕育期增大, ,過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變放慢過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變放慢, ,同時(shí)過(guò)冷奧氏體同時(shí)過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性增大。的穩(wěn)定性增大。2 2. .過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物和性能由奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可以看出由奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖可以看出, ,奧氏體在奧氏體在A1A1以下不同以下不同溫度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變時(shí)溫

24、度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變時(shí), ,會(huì)產(chǎn)生不同的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。以共析會(huì)產(chǎn)生不同的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。以共析鋼為例鋼為例, ,根據(jù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織特征根據(jù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織特征, ,可劃分為可劃分為高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū)( (珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)) )、中溫轉(zhuǎn)變區(qū)、中溫轉(zhuǎn)變區(qū)( (貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)) )和低溫和低溫轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū)( (馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)) )。表。表2-32-3是共析鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)是共析鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能。變溫度與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能。三、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變?nèi)?、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是指工件奧氏體化后以過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)

25、變是指工件奧氏體化后以不同冷卻速度連續(xù)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體發(fā)生的轉(zhuǎn)變。不同冷卻速度連續(xù)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體發(fā)生的轉(zhuǎn)變。1.1.過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)際生產(chǎn)中, ,鋼鐵材料的冷卻一般是連續(xù)進(jìn)行的鋼鐵材料的冷卻一般是連續(xù)進(jìn)行的, ,如如鋼件退火時(shí)是爐冷、正火時(shí)是空冷、淬火時(shí)是水冷等。因鋼件退火時(shí)是爐冷、正火時(shí)是空冷、淬火時(shí)是水冷等。因此此, ,認(rèn)識(shí)過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖具有實(shí)際指導(dǎo)意義。認(rèn)識(shí)過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖具有實(shí)際指導(dǎo)意義。圖圖2-72-7所示是共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。所示是共析鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。從圖中可以看出從圖中可以看出, ,共析鋼

26、在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中共析鋼在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程中, ,只發(fā)生珠只發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變光體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變, ,沒(méi)有貝氏體轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)由沒(méi)有貝氏體轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)由三條線構(gòu)成三條線構(gòu)成:Ps:Ps線是過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線是過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線;Pf;Pf線線是過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變終了線是過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變終了線;K;K線是過(guò)冷奧氏體向珠線是過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變終止線光體轉(zhuǎn)變終止線, ,它表示冷卻曲線碰到它表示冷卻曲線碰到K K線時(shí)線時(shí), ,過(guò)冷奧氏體過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變即停止向珠光體轉(zhuǎn)變即停止, ,剩余的過(guò)冷奧氏體一直冷卻到剩余的過(guò)冷奧氏體一直冷卻到MsM

27、s線線以下時(shí)會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。如果過(guò)冷奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)以下時(shí)會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。如果過(guò)冷奧氏體在連續(xù)冷卻過(guò)程中不發(fā)生分解而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)的最小冷卻速度是程中不發(fā)生分解而全部過(guò)冷到馬氏體區(qū)的最小冷卻速度是vkvk, ,則稱則稱vkvk是獲得馬氏體組織的臨界冷卻速度。鋼在淬火是獲得馬氏體組織的臨界冷卻速度。鋼在淬火時(shí)的冷卻速度必須大于時(shí)的冷卻速度必須大于vkvk。2 2. .過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物由于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行由于連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行, ,其轉(zhuǎn)變其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物往往不是單一的產(chǎn)物往往不是單一的, ,根據(jù)冷卻速度的變化根據(jù)冷卻速度的變

28、化, ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有可轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有可能是能是P+SP+S、S+TS+T或或T+MT+M等等。第三節(jié)退火與第三節(jié)退火與正火正火 退火與正火退火與正火是鋼鐵材料常用的兩種基本熱處理工藝是鋼鐵材料常用的兩種基本熱處理工藝方法方法, ,主要用來(lái)處理毛坯件主要用來(lái)處理毛坯件( (如鑄件、鍛件、焊件等如鑄件、鍛件、焊件等),),為以為以后的切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備后的切削加工和最終熱處理做組織準(zhǔn)備, ,因此因此, ,退火與正火退火與正火通常又稱為預(yù)備熱處理。對(duì)一般鑄件、鍛件、焊件以及性通常又稱為預(yù)備熱處理。對(duì)一般鑄件、鍛件、焊件以及性能要求不高的工件來(lái)講能要求不高的工件來(lái)講, ,退火和正火也可作為最終熱

29、處理。退火和正火也可作為最終熱處理。一一、退火、退火退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度, ,保持一定時(shí)間保持一定時(shí)間, ,然后緩慢冷卻的熱處然后緩慢冷卻的熱處理工藝。理工藝。退火的目的是消除鋼鐵材料的內(nèi)應(yīng)力退火的目的是消除鋼鐵材料的內(nèi)應(yīng)力; ;降低鋼鐵材料的硬降低鋼鐵材料的硬度度, ,提高其塑性提高其塑性; ;細(xì)化鋼鐵材料的組織細(xì)化鋼鐵材料的組織, ,均勻其化學(xué)成分均勻其化學(xué)成分, ,并為最終并為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備熱處理做好組織準(zhǔn)備。根據(jù)鋼鐵材料化學(xué)成分和退火目的不同。根據(jù)鋼鐵材料化學(xué)成分和退火目的不同, ,退火通退火通常分為常分為: :完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)

30、力退火、均完全退火、等溫退火、球化退火、去應(yīng)力退火、均勻化退火等勻化退火等。在機(jī)械零件的制造過(guò)程中。在機(jī)械零件的制造過(guò)程中, ,一般將退火作為預(yù)備熱處理工一般將退火作為預(yù)備熱處理工序序, ,并安排在鑄造、鍛造、焊接等工序之后并安排在鑄造、鍛造、焊接等工序之后, ,粗切削加工之前粗切削加工之前, ,用來(lái)消除前一用來(lái)消除前一工序中所產(chǎn)生的某些缺陷或殘余內(nèi)應(yīng)力工序中所產(chǎn)生的某些缺陷或殘余內(nèi)應(yīng)力, ,為后續(xù)工序做好組織準(zhǔn)備。部分退為后續(xù)工序做好組織準(zhǔn)備。部分退火工藝的加熱溫度范圍如圖火工藝的加熱溫度范圍如圖2-82-8所示。部分退火工藝曲線如圖所示。部分退火工藝曲線如圖2-92-9所示。所示。圖2-8

31、部分退火工藝加熱溫度范圍示意圖圖2-9部分退火工藝曲線示意圖1 1. .完全退火完全退火完全退火是將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻完全退火是將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻, ,獲得接獲得接近平衡組織的退火。完全退火后所得到的室溫組織是近平衡組織的退火。完全退火后所得到的室溫組織是鐵素鐵素體和珠光體體和珠光體。完全退火的目的是細(xì)化組織完全退火的目的是細(xì)化組織, ,降低硬度降低硬度, ,提高提高塑性塑性, ,消除化學(xué)成分偏析。消除化學(xué)成分偏析。完全完全退火主要用于退火主要用于亞共析鋼亞共析鋼(0.021 (0.021 8%w(C)0.77%)8%w(C)0.77%)制作的鑄件、鍛件、焊件等制作的鑄件、鍛

32、件、焊件等, ,其加熱溫度是其加熱溫度是Ac3Ac3以上以上30503050。而用過(guò)共析。而用過(guò)共析鋼鋼(0.77%w(C)2.11%)(0.77%w(C)2.11%)制作的工件不宜采用制作的工件不宜采用完全退火完全退火, ,因?yàn)檫^(guò)共析鋼加熱到因?yàn)檫^(guò)共析鋼加熱到AccmAccm線以上后線以上后, ,二次滲碳體二次滲碳體(Fe3C)(Fe3C)會(huì)以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶會(huì)以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界析出界析出( (圖圖2-10),2-10),使過(guò)共析鋼的強(qiáng)度和韌性顯使過(guò)共析鋼的強(qiáng)度和韌性顯著降低著降低, ,同時(shí)也使零件在后續(xù)的熱處理工序同時(shí)也使零件在后續(xù)的熱處理工序( (如如淬火淬火) )中容易產(chǎn)生淬火裂

33、紋。中容易產(chǎn)生淬火裂紋。2 2. .球化退火球化退火球化退火是使工件中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火。球化退火球化退火是使工件中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火。球化退火得到的室溫組織是鐵素體基體上均勻分布著球狀得到的室溫組織是鐵素體基體上均勻分布著球狀( (或粒狀或粒狀) )碳化物碳化物( (或或滲碳體滲碳體),),即即球狀珠光體組織球狀珠光體組織。如圖。如圖2-112-11所示所示, ,在工件保溫階段在工件保溫階段, ,沒(méi)沒(méi)有溶解的片狀碳化物會(huì)自發(fā)地趨于球狀有溶解的片狀碳化物會(huì)自發(fā)地趨于球狀( (球體表面積最小球體表面積最小) )化化, ,并在隨并在隨后的緩冷過(guò)程中后的緩冷過(guò)程中, ,最終形成球狀珠光體

34、組織最終形成球狀珠光體組織, ,如圖如圖2-122-12所示。球化退所示。球化退火的加熱溫度在火的加熱溫度在Ac1Ac1上下上下20302030溫度區(qū)間交替加熱及冷卻或在稍低溫度區(qū)間交替加熱及冷卻或在稍低于于Ac1Ac1溫度保溫溫度保溫, ,然后緩慢冷卻。然后緩慢冷卻。球化退火的主要目的是使碳化物球化退火的主要目的是使碳化物( (或滲碳體或滲碳體) )球化球化, ,降低鋼材硬度降低鋼材硬度, ,改善鋼材的切削加工性改善鋼材的切削加工性, ,并為淬并為淬火作組織準(zhǔn)備火作組織準(zhǔn)備。球化退火主要用于過(guò)共析鋼和共析鋼制造的刃具、。球化退火主要用于過(guò)共析鋼和共析鋼制造的刃具、量具、模具、軸承鋼件等。量具

35、、模具、軸承鋼件等。圖2-12球狀珠光體顯微組織圖2-11片狀滲碳體在Ac1附近加熱球化過(guò)程示意圖3 3. .等溫退火等溫退火等溫退火是指工件加熱到高于等溫退火是指工件加熱到高于Ac3(Ac3(或或Ac1)Ac1)的溫度的溫度, ,保保持適當(dāng)時(shí)間后持適當(dāng)時(shí)間后, ,較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度并等溫保持較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度并等溫保持, ,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的退火。亞使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的退火。亞共析鋼的加熱溫度是共析鋼的加熱溫度是:Ac3+(3050);:Ac3+(3050);共析鋼和過(guò)共析鋼共析鋼和過(guò)共析鋼的加熱溫度是的加熱溫度是:Ac1+(20

36、40):Ac1+(2040)。等溫退火的目的與完全退等溫退火的目的與完全退火相同火相同, ,但等溫退火可以縮短退火時(shí)間但等溫退火可以縮短退火時(shí)間, ,獲得比較均勻的組獲得比較均勻的組織與性能織與性能, ,其應(yīng)用與完全退火和球化退火相同。其應(yīng)用與完全退火和球化退火相同。4 4. .去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是為去除工件塑性形變加工、切削加工去應(yīng)力退火是為去除工件塑性形變加工、切削加工或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退或焊接造成的內(nèi)應(yīng)力及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。去應(yīng)力退火的加熱溫度是火。去應(yīng)力退火的加熱溫度是Ac1Ac1以下溫度區(qū)間以下溫度區(qū)間, ,其主要目其主要目的

37、是消除工件在切削加工、鑄造、鍛造、熱處理、焊接等的是消除工件在切削加工、鑄造、鍛造、熱處理、焊接等過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力, ,減小工件變形減小工件變形, ,穩(wěn)定工件的形狀尺穩(wěn)定工件的形狀尺寸寸。去應(yīng)力退火主要用于去除鑄件、鍛件、焊件及精密加。去應(yīng)力退火主要用于去除鑄件、鍛件、焊件及精密加工件中的殘余應(yīng)力。鋼鐵材料在去應(yīng)力退火的加熱及冷卻工件中的殘余應(yīng)力。鋼鐵材料在去應(yīng)力退火的加熱及冷卻過(guò)程中無(wú)相變發(fā)生。過(guò)程中無(wú)相變發(fā)生。5 5. .均勻化退火均勻化退火均勻化退火是以減少工件化學(xué)成分和組織的不均勻均勻化退火是以減少工件化學(xué)成分和組織的不均勻程度為主要目的程度為主要目的, ,將工

38、件加熱到高溫并長(zhǎng)時(shí)間保溫將工件加熱到高溫并長(zhǎng)時(shí)間保溫, ,然后緩然后緩慢冷卻的退火。加熱溫度是慢冷卻的退火。加熱溫度是:Ac3+(150200),:Ac3+(150200),一般在一般在1 1 0501 1500501 150進(jìn)行加熱。進(jìn)行加熱。均勻化退火的目的是減少鋼的化均勻化退火的目的是減少鋼的化學(xué)成分偏析和組織不均勻性學(xué)成分偏析和組織不均勻性, ,主要應(yīng)用于質(zhì)量要求高的合金主要應(yīng)用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件和鍛坯等。鋼鑄錠、鑄件和鍛坯等。二二、正火、正火正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中或其他介質(zhì)中冷卻正火是指工件加熱奧氏體化后在空氣中或其他介質(zhì)中冷卻, ,獲得以珠光體組織為主的熱處

39、理工藝。獲得以珠光體組織為主的熱處理工藝。正火的目的是細(xì)化晶粒正火的目的是細(xì)化晶粒, ,提高鋼鐵材料的硬度提高鋼鐵材料的硬度, ,消除鋼鐵材料中的網(wǎng)狀碳化物消除鋼鐵材料中的網(wǎng)狀碳化物( (或滲或滲碳體碳體),),并為淬火、切削加工等后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。并為淬火、切削加工等后續(xù)工序作組織準(zhǔn)備。與退火相比與退火相比, ,正火的奧氏體化溫度高正火的奧氏體化溫度高; ;冷卻速度快冷卻速度快, ,過(guò)冷度過(guò)冷度較大較大, ,因此因此, ,正火后得到的組織比較細(xì)正火后得到的組織比較細(xì), ,強(qiáng)度和硬度比退火高一些強(qiáng)度和硬度比退火高一些; ;同時(shí)同時(shí), ,正火具有操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本正火具

40、有操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。低的特點(diǎn)。在在生產(chǎn)中正火主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合生產(chǎn)中正火主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合: :1)1)用于改善鋼鐵材料的切削加工性能用于改善鋼鐵材料的切削加工性能。低碳鋼。低碳鋼(w(C)0.25%)(w(C)0.25%)和低合金鋼和低合金鋼(w(C)0.25%)(w(C)0.5%w(C)0.5%的中碳鋼、高碳鋼的中碳鋼、高碳鋼(w(C)0.6%)(w(C)0.6%)、合金鋼、合金鋼(w(C)0.6%)(w(C)0.6%)一般選擇退火作為預(yù)備一般選擇退火作為預(yù)備熱處理。熱處理。2 2) )用于消除鋼中的網(wǎng)狀碳化物用于消除鋼中的網(wǎng)狀碳化物, ,為球化退火作組織

41、準(zhǔn)為球化退火作組織準(zhǔn)備。備。對(duì)于過(guò)共析鋼對(duì)于過(guò)共析鋼, ,正火加熱到正火加熱到AccmAccm以上時(shí)可使網(wǎng)狀碳化以上時(shí)可使網(wǎng)狀碳化物充分溶解到奧氏體中物充分溶解到奧氏體中, ,空冷時(shí)則碳化物來(lái)不及析出空冷時(shí)則碳化物來(lái)不及析出, ,這樣這樣便消除了鋼中的網(wǎng)狀碳化物組織便消除了鋼中的網(wǎng)狀碳化物組織, ,同時(shí)也細(xì)化了珠光體組織同時(shí)也細(xì)化了珠光體組織, ,有利于以后的球化退火和淬火。有利于以后的球化退火和淬火。3 3) )用于普通結(jié)構(gòu)零件或某些大型非合金鋼工件的最用于普通結(jié)構(gòu)零件或某些大型非合金鋼工件的最終熱處理終熱處理, ,代替調(diào)質(zhì)處理。代替調(diào)質(zhì)處理。如鐵道車(chē)輛的車(chē)軸就是用正火工如鐵道車(chē)輛的車(chē)軸就是

42、用正火工藝作為最終熱處理的。藝作為最終熱處理的。4)4)用于淬火返修件用于淬火返修件, ,消除淬火應(yīng)力消除淬火應(yīng)力, ,細(xì)化組織細(xì)化組織, ,防止工防止工件重新淬火時(shí)變形與開(kāi)裂。件重新淬火時(shí)變形與開(kāi)裂。第四節(jié)淬火第四節(jié)淬火淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得淬火是指工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻獲得馬氏體或馬氏體或( (和和) )貝氏體組織的熱處理工藝。馬氏體是碳或合貝氏體組織的熱處理工藝。馬氏體是碳或合金元素在金元素在-Fe-Fe中的過(guò)飽和固溶體中的過(guò)飽和固溶體, ,是單相亞穩(wěn)組織是單相亞穩(wěn)組織, ,硬度硬度較高較高, ,用符號(hào)用符號(hào)M M表示。馬氏體的硬度主要取決于馬氏體中碳表示

43、。馬氏體的硬度主要取決于馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體中由于溶入過(guò)多的碳原子的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體中由于溶入過(guò)多的碳原子, ,使使-Fe-Fe晶晶格發(fā)生畸變格發(fā)生畸變, ,提高了其塑性變形抗力提高了其塑性變形抗力, ,故馬氏體中碳的質(zhì)量故馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高分?jǐn)?shù)越高, ,其硬度也越高。其硬度也越高。一、淬火的目的一、淬火的目的淬火的主要目的是使鋼鐵材料獲得馬氏體淬火的主要目的是使鋼鐵材料獲得馬氏體( (或貝氏體或貝氏體) )組織組織, ,提高鋼鐵材料的硬度和強(qiáng)度提高鋼鐵材料的硬度和強(qiáng)度, ,并與回火工藝合理配合并與回火工藝合理配合, ,獲得需要的使用性能。一些重要的結(jié)構(gòu)件獲得需要的使用性能。一些

44、重要的結(jié)構(gòu)件, ,特別是在動(dòng)載荷特別是在動(dòng)載荷與摩擦力作用下的零件以及各種類型的重要工具與摩擦力作用下的零件以及各種類型的重要工具( (如刀具、如刀具、鉆頭、絲錐、板牙、精密量具等鉆頭、絲錐、板牙、精密量具等) )及重要零件及重要零件( (銷、套、軸、銷、套、軸、滾動(dòng)軸承、模具、閥等滾動(dòng)軸承、模具、閥等) )都要進(jìn)行淬火處理。都要進(jìn)行淬火處理。二二、淬火加熱溫度與淬火介、淬火加熱溫度與淬火介質(zhì)質(zhì)1.1.淬火加熱溫度淬火加熱溫度不同鋼種的淬火加熱溫度是不同鋼種的淬火加熱溫度是不同的。非合金鋼的淬火加熱溫不同的。非合金鋼的淬火加熱溫度可由鐵碳合金相圖確定度可由鐵碳合金相圖確定, ,如圖如圖2-2-

45、1414所示。為了防止奧氏體晶粒粗所示。為了防止奧氏體晶粒粗化化, ,淬火溫度不宜選得過(guò)高淬火溫度不宜選得過(guò)高, ,一般一般僅比臨界點(diǎn)僅比臨界點(diǎn)(Ac1(Ac1或或Ac3)Ac3)高高30503050。亞亞共析鋼的淬火加熱溫度是共析鋼的淬火加熱溫度是Ac3Ac3以上以上30503050。因?yàn)?。因?yàn)樵诖藴囟确秶鷥?nèi)加熱在此溫度范圍內(nèi)加熱, ,可獲得全部細(xì)小的奧氏體晶粒可獲得全部細(xì)小的奧氏體晶粒, ,淬淬火后又可得到均勻細(xì)小的馬氏體組織。如果加熱溫度過(guò)火后又可得到均勻細(xì)小的馬氏體組織。如果加熱溫度過(guò)高高, ,則容易引起奧氏體晶粒粗大則容易引起奧氏體晶粒粗大, ,使鋼材淬火后的使用性使鋼材淬火后的使用

46、性能變差能變差; ;如果加熱溫度過(guò)低如果加熱溫度過(guò)低, ,則淬火組織中尚有未溶的鐵則淬火組織中尚有未溶的鐵素體組織素體組織, ,從而使鋼材淬火后的硬度不足從而使鋼材淬火后的硬度不足, ,達(dá)不到技術(shù)要達(dá)不到技術(shù)要求。求。共析鋼共析鋼和過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度是和過(guò)共析鋼的淬火加熱溫度是Ac1Ac1以上以上30503050。在此溫度范圍內(nèi)加熱時(shí)。在此溫度范圍內(nèi)加熱時(shí), ,鋼材中的組織是奧氏體鋼材中的組織是奧氏體和碳化物和碳化物( (或滲碳體或滲碳體) )顆粒顆粒, ,淬火后可以獲得細(xì)小的馬氏體淬火后可以獲得細(xì)小的馬氏體和球狀碳化物和球狀碳化物( (或滲碳體或滲碳體),),能夠保證鋼材淬火后獲得高硬能

47、夠保證鋼材淬火后獲得高硬度和高耐磨性。如果加熱溫度超過(guò)度和高耐磨性。如果加熱溫度超過(guò)AccmAccm, ,將導(dǎo)致鋼材中的將導(dǎo)致鋼材中的碳化物碳化物( (或滲碳體或滲碳體) )消失消失, ,奧氏體晶粒粗化奧氏體晶粒粗化, ,淬火后得到粗大淬火后得到粗大針狀馬氏體針狀馬氏體, ,而且殘留奧氏體量增多而且殘留奧氏體量增多, ,硬度和耐磨性降低硬度和耐磨性降低, ,脆性增大脆性增大; ;相反相反, ,如果淬火溫度過(guò)低如果淬火溫度過(guò)低, ,則可能得到非馬氏體則可能得到非馬氏體組織組織( (如鐵素體如鐵素體),),則鋼材的硬度達(dá)不到技術(shù)要求。則鋼材的硬度達(dá)不到技術(shù)要求。2 2. .淬火冷卻介質(zhì)淬火冷卻介質(zhì)

48、淬火時(shí)為了得到足夠的冷卻速度淬火時(shí)為了得到足夠的冷卻速度, ,保證奧氏體向馬氏保證奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變體轉(zhuǎn)變, ,又不至于由于冷卻速度過(guò)快而引起零件內(nèi)應(yīng)力增大又不至于由于冷卻速度過(guò)快而引起零件內(nèi)應(yīng)力增大, ,造成零件變形和開(kāi)裂造成零件變形和開(kāi)裂, ,應(yīng)科學(xué)合理地選用冷卻介質(zhì)。常用的應(yīng)科學(xué)合理地選用冷卻介質(zhì)。常用的淬火冷卻介質(zhì)有淬火冷卻介質(zhì)有: :油、水、鹽水、硝鹽浴、堿浴和空氣等。油、水、鹽水、硝鹽浴、堿浴和空氣等。要要想既保證獲得馬氏體想既保證獲得馬氏體組織組織, ,同時(shí)又盡量避免鋼件發(fā)同時(shí)又盡量避免鋼件發(fā)生變形與開(kāi)裂生變形與開(kāi)裂, ,理想的冷卻曲理想的冷卻曲線如圖線如圖2-152-15所示。

49、即在奧氏體所示。即在奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖等溫轉(zhuǎn)變圖“鼻尖鼻尖”附近附近(650550)(650550)應(yīng)快冷應(yīng)快冷, ,使鋼件冷使鋼件冷卻速度大于臨界冷卻速度卻速度大于臨界冷卻速度vkvk, ,而在而在MsMs線附近線附近(300200)(300200)應(yīng)應(yīng)緩冷緩冷, ,以以避免馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程避免馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中產(chǎn)生較大的淬火內(nèi)應(yīng)力。中產(chǎn)生較大的淬火內(nèi)應(yīng)力。生產(chǎn)生產(chǎn)中使用的水或鹽水在高溫區(qū)的冷卻能力較強(qiáng)中使用的水或鹽水在高溫區(qū)的冷卻能力較強(qiáng), ,但但在低溫區(qū)的冷卻速度也較快在低溫區(qū)的冷卻速度也較快, ,不利于減少鋼件的變形與開(kāi)裂不利于減少鋼件的變形與開(kāi)裂, ,因此因此, ,水或鹽水一般僅適用于形狀

50、簡(jiǎn)單、截面尺寸較大的非水或鹽水一般僅適用于形狀簡(jiǎn)單、截面尺寸較大的非合金鋼工件。合金鋼工件。常用的淬火油如全損耗系統(tǒng)用油常用的淬火油如全損耗系統(tǒng)用油( (如如L-AN15L-AN15、L-AN32L-AN32等等) )在低溫區(qū)具有比較理想的冷卻能力在低溫區(qū)具有比較理想的冷卻能力, ,但在高溫區(qū)的冷卻但在高溫區(qū)的冷卻能力則較弱能力則較弱, ,因此因此, ,一般僅適用于合金鋼或小尺寸的非合金一般僅適用于合金鋼或小尺寸的非合金鋼工件。鋼工件。目前目前, ,還很難找到一種完全符合要求的理想淬火冷卻還很難找到一種完全符合要求的理想淬火冷卻介質(zhì)介質(zhì), ,在實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)工件的技術(shù)要求、材質(zhì)及形狀在實(shí)際

51、生產(chǎn)中需要根據(jù)工件的技術(shù)要求、材質(zhì)及形狀, ,科學(xué)合理地選擇淬火冷卻方法科學(xué)合理地選擇淬火冷卻方法, ,來(lái)彌補(bǔ)單一淬火冷卻介質(zhì)的來(lái)彌補(bǔ)單一淬火冷卻介質(zhì)的不足之處不足之處三三、淬火方法、淬火方法根據(jù)根據(jù)鋼材化學(xué)成分及對(duì)組織、性能和鋼件尺寸精度鋼材化學(xué)成分及對(duì)組織、性能和鋼件尺寸精度的要求的要求, ,在保證技術(shù)要求規(guī)定的前提下在保證技術(shù)要求規(guī)定的前提下, ,應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)便、應(yīng)盡量選擇簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的淬火方法。常用的淬火方法有經(jīng)濟(jì)的淬火方法。常用的淬火方法有: :單液淬火、雙液淬火、單液淬火、雙液淬火、馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火。馬氏體分級(jí)淬火和貝氏體等溫淬火。1 1. .單液淬火單液淬火單液淬火是

52、將已奧氏體化的單液淬火是將已奧氏體化的鋼件在一種淬火冷卻介質(zhì)中冷卻鋼件在一種淬火冷卻介質(zhì)中冷卻的方法的方法, ,如圖如圖2-162-16中的曲線。例中的曲線。例如如, ,低碳鋼和中碳鋼在水或鹽水中低碳鋼和中碳鋼在水或鹽水中淬火、合金鋼在油中淬火等就是淬火、合金鋼在油中淬火等就是典型的單液淬火方法。單液淬火典型的單液淬火方法。單液淬火方法主要應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單的鋼件。方法主要應(yīng)用于形狀簡(jiǎn)單的鋼件。2 2. .雙液雙液淬火淬火雙液淬火是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力雙液淬火是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中強(qiáng)的介質(zhì)中, ,在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變

53、時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻的方法力弱的介質(zhì)中冷卻的方法, ,如圖如圖2-162-16中曲線所示。例如中曲線所示。例如, ,首先將鋼件在水中冷卻一段時(shí)間首先將鋼件在水中冷卻一段時(shí)間, ,然后再在油中冷卻的方法然后再在油中冷卻的方法就是典型的雙液淬火方法。此外就是典型的雙液淬火方法。此外, ,將鋼件先在油中冷卻一段將鋼件先在油中冷卻一段時(shí)間時(shí)間, ,然后再在空氣中冷卻的方法也是常用的雙液淬火方法。然后再在空氣中冷卻的方法也是常用的雙液淬火方法。雙液淬火主要適用于中等復(fù)雜形狀的高碳鋼工件和較大尺雙液淬火主要適用于中等復(fù)雜形狀的高碳鋼工件和較大尺寸的合金鋼工件。寸的合金鋼工件。3 3. .馬氏體

54、分級(jí)淬火馬氏體分級(jí)淬火馬氏體分級(jí)淬火是指工件加熱奧氏體化后浸入溫度馬氏體分級(jí)淬火是指工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高于或稍低于稍高于或稍低于MsMs點(diǎn)的鹽浴或堿浴中點(diǎn)的鹽浴或堿浴中, ,保持適當(dāng)時(shí)間保持適當(dāng)時(shí)間, ,在工在工件整體達(dá)到冷卻介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織的件整體達(dá)到冷卻介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織的淬火方法淬火方法, ,如圖如圖2-162-16中曲線所示。馬氏體分級(jí)淬火能夠中曲線所示。馬氏體分級(jí)淬火能夠減小工件中的熱應(yīng)力減小工件中的熱應(yīng)力, ,并緩和相變過(guò)程中產(chǎn)生的組織應(yīng)力并緩和相變過(guò)程中產(chǎn)生的組織應(yīng)力, ,減少淬火變形。馬氏體分級(jí)淬火適用于尺寸較小、形狀復(fù)減少淬火變形。

55、馬氏體分級(jí)淬火適用于尺寸較小、形狀復(fù)雜的由高碳鋼或合金鋼制作的工、模具。雜的由高碳鋼或合金鋼制作的工、模具。4 4. .貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火是指工件加熱奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)貝氏體等溫淬火是指工件加熱奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持變溫度區(qū)間等溫保持, ,使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火方法使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火方法, ,如圖如圖2-2-1616曲線所示。貝氏體等溫淬火的特點(diǎn)是工件在淬火后曲線所示。貝氏體等溫淬火的特點(diǎn)是工件在淬火后, ,工件的工件的淬火應(yīng)力與變形較小淬火應(yīng)力與變形較小, ,工件具有較高的韌性、塑性、硬度和耐磨工件具有較高的韌性、塑性、硬度和耐磨

56、性。貝氏體等溫淬火用于處理由各種中碳鋼、高碳鋼和合金鋼制性。貝氏體等溫淬火用于處理由各種中碳鋼、高碳鋼和合金鋼制造的尺寸較小的形狀復(fù)雜的模具與刃具等。造的尺寸較小的形狀復(fù)雜的模具與刃具等。四四、冷處理、冷處理冷處理是指鋼件淬火冷卻到室溫后冷處理是指鋼件淬火冷卻到室溫后, ,繼續(xù)在一般制冷設(shè)備繼續(xù)在一般制冷設(shè)備或低溫介質(zhì)中冷卻或低溫介質(zhì)中冷卻, ,使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。對(duì)于高使殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的工藝。對(duì)于高碳鋼及一些合金鋼碳鋼及一些合金鋼, ,由于馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)由于馬氏體轉(zhuǎn)變終止點(diǎn)MfMf位于位于00以下以下, ,鋼件鋼件淬火后組織中含有大量的殘留奧氏體。采用冷處理可以消除和減

57、淬火后組織中含有大量的殘留奧氏體。采用冷處理可以消除和減少鋼中的殘留奧氏體數(shù)量少鋼中的殘留奧氏體數(shù)量, ,使鋼件獲得更多的馬氏體使鋼件獲得更多的馬氏體, ,提高鋼件的提高鋼件的硬度與耐磨性硬度與耐磨性, ,穩(wěn)定鋼件尺寸穩(wěn)定鋼件尺寸, ,如量具、精密軸承、精密絲杠、精如量具、精密軸承、精密絲杠、精密刀具、槍桿等要求形狀精確和尺寸穩(wěn)定的工件密刀具、槍桿等要求形狀精確和尺寸穩(wěn)定的工件, ,均應(yīng)在淬火之均應(yīng)在淬火之后進(jìn)行冷處理后進(jìn)行冷處理, ,以消除或減少殘留奧氏體數(shù)量以消除或減少殘留奧氏體數(shù)量, ,穩(wěn)定鋼件的尺寸。穩(wěn)定鋼件的尺寸。目前常用的低溫介質(zhì)有目前常用的低溫介質(zhì)有: :干冰干冰( (固體固體C

58、O2),CO2),其最低溫度是其最低溫度是-78;-78;液液氮氮, ,用于用于-130-130以下的深冷處理。以下的深冷處理。五五、淬透性與淬硬性、淬透性與淬硬性淬透性淬透性是評(píng)定鋼的淬火質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)是評(píng)定鋼的淬火質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù), ,它對(duì)于它對(duì)于鋼材選擇、編制熱處理工藝具有重要意義。淬透性是指以鋼材選擇、編制熱處理工藝具有重要意義。淬透性是指以規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。換句話說(shuō)換句話說(shuō), ,淬透性是鋼材的一種屬性淬透性是鋼材的一種屬性, ,是鋼淬火時(shí)獲得馬氏是鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。對(duì)于亞共析鋼體的能力。對(duì)

59、于亞共析鋼, ,隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高, ,其淬其淬透性提高透性提高; ;但對(duì)于過(guò)共析鋼但對(duì)于過(guò)共析鋼, ,隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高隨著碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高, ,其其淬透性卻降低。淬透性卻降低。鋼鋼淬火后可以獲得較高硬度淬火后可以獲得較高硬度, ,但不同化學(xué)成分的鋼淬但不同化學(xué)成分的鋼淬火后所得馬氏體組織的硬度值是不相同的。以鋼在理想條火后所得馬氏體組織的硬度值是不相同的。以鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的最高硬度來(lái)表征的材料特性稱為淬硬件下淬火所能達(dá)到的最高硬度來(lái)表征的材料特性稱為淬硬性。淬硬性主要與鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)性。淬硬性主要與鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān), ,與合金元素含量與

60、合金元素含量沒(méi)有多大關(guān)系沒(méi)有多大關(guān)系, ,更確切地說(shuō)更確切地說(shuō), ,它取決于淬火加熱時(shí)固溶于奧它取決于淬火加熱時(shí)固溶于奧氏體中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高氏體中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高, ,則鋼則鋼的淬硬性越高的淬硬性越高, ,鋼淬火后的硬度值也越高。鋼淬火后的硬度值也越高。六六、淬火缺陷、淬火缺陷工件在淬火加熱和冷卻過(guò)程中工件在淬火加熱和冷卻過(guò)程中, ,由于加熱溫度高由于加熱溫度高, ,冷冷卻速度快卻速度快, ,很容易產(chǎn)生某些缺陷。因此很容易產(chǎn)生某些缺陷。因此, ,在熱處理生產(chǎn)過(guò)程在熱處理生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)法減輕各種缺陷的影響中設(shè)法減輕各種缺陷的影響, ,對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量