第2章金屬材料組織-4-清華大學(xué)-工程材料

1、2.42.4 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理熱處理: :將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的工藝。面組織，從而獲得所需性能的工藝。 熱處理作用：熱處理作用：大幅度地改善金屬材料的工藝性大幅度地改善金屬材料的工藝性能和使用性能，絕大多數(shù)機(jī)械零件必須熱處理。能和使用性能，絕大多數(shù)機(jī)械零件必須熱處理。 如：如：4545號(hào)鋼號(hào)鋼 熱軋鋼板硬度熱軋鋼板硬度18HRC18HRC 860 860加熱，水冷，硬度加熱，水冷，硬度55HRC55HRC T10 T10鋼鋼 760760加熱，爐冷，硬度

2、加熱，爐冷，硬度20HRC20HRC 760 760加熱，水冷，硬度加熱，水冷，硬度65HRC65HRC 為什么熱處理后材料性能會(huì)改變？為什么熱處理后材料性能會(huì)改變？ 熱處理后材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)（組織）熱處理后材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)（組織）發(fā)生變化，使材料性能改變。發(fā)生變化，使材料性能改變。 問(wèn)題問(wèn)題1 1： 加熱、冷卻時(shí)材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如加熱、冷卻時(shí)材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)如何變化（熱處理原理）？何變化（熱處理原理）？ 問(wèn)題問(wèn)題2 2： 熱處理工藝有哪些？工程實(shí)際中有何熱處理工藝有哪些？工程實(shí)際中有何應(yīng)用？應(yīng)用？ 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線 鋼加熱奧氏體化后，冷卻的方式有兩種：鋼加熱奧氏體化后，冷

3、卻的方式有兩種： (1) (1) 等溫處理等溫處理 將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下將鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度，進(jìn)行保溫，恒溫轉(zhuǎn)變。的給定溫度，進(jìn)行保溫，恒溫轉(zhuǎn)變。 (2) (2) 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 鋼以某種速度鋼以某種速度從高溫到低溫連續(xù)從高溫到低溫連續(xù)冷卻，在臨界點(diǎn)以冷卻，在臨界點(diǎn)以下變溫轉(zhuǎn)變。下變溫轉(zhuǎn)變。2.4.1 2.4.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 一、奧氏體的形成 1.1.鋼在加熱時(shí)的臨界溫度鋼在加熱時(shí)的臨界溫度 大多數(shù)熱處理工藝將鋼加熱到臨界溫度以上，大多數(shù)熱處理工藝將鋼加熱到臨界溫度以上，獲得全部或部分奧氏體組織，進(jìn)行奧氏體化。獲得全部或部分奧氏體組織，進(jìn)行奧氏體化。

4、實(shí)際熱處理，加熱時(shí)實(shí)際熱處理，加熱時(shí)相變溫度偏高，冷卻時(shí)偏相變溫度偏高，冷卻時(shí)偏低。加熱和冷卻速度愈大低。加熱和冷卻速度愈大偏差愈大偏差愈大。 加熱時(shí)為加熱時(shí)為A Ac1c1、A Ac3c3、A Accmccm 冷卻時(shí)為冷卻時(shí)為A Ar1r1、A Ar3r3、A Arcmrcm 2. 2.鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變 共析鋼加熱到共析鋼加熱到A Ac1c1以上時(shí)，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W以上時(shí)，珠光體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。四個(gè)過(guò)程：氏體。四個(gè)過(guò)程： 奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長(zhǎng)大、奧氏體晶核形成、奧氏體晶核長(zhǎng)大、 剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化剩余滲碳體溶解、奧氏體成分均勻化。 亞共析鋼加熱到

5、亞共析鋼加熱到A Ac3c3 以上獲得單一的以上獲得單一的奧氏體組織。奧氏體組織。 過(guò)共析鋼加熱到過(guò)共析鋼加熱到A Accmccm以上獲得單一的奧以上獲得單一的奧氏體組織。氏體組織。 二、影響奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 1. 1. 加熱溫度加熱溫度 隨加熱溫度的提高隨加熱溫度的提高, , 奧氏體化速度加快。奧氏體化速度加快。 2. 2. 加熱速度加熱速度 加熱速度越快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)加熱速度越快，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度越高，轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間越短。變所需的時(shí)間越短。 3. 3. 鋼中碳含量鋼中碳含量 碳含量增加，鐵素體和滲碳體的相界面碳含量增加，鐵素體和滲碳體的相界面增大，轉(zhuǎn)變速度加快。增大，轉(zhuǎn)變速度加

6、快。 4. 4. 合金元素合金元素 鈷、鎳等加快奧氏體化過(guò)程；鈷、鎳等加快奧氏體化過(guò)程； 鉻、鉬、釩等減慢奧氏體化過(guò)程；鉻、鉬、釩等減慢奧氏體化過(guò)程； 硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過(guò)程。硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過(guò)程。 合金元素的擴(kuò)散速度比碳慢得多，合金鋼合金元素的擴(kuò)散速度比碳慢得多，合金鋼的熱處理加熱溫度一般較高，保溫時(shí)間更長(zhǎng)。的熱處理加熱溫度一般較高，保溫時(shí)間更長(zhǎng)。 5. 5. 原始組織原始組織 原始組織中滲碳體為片狀時(shí)奧氏體形成原始組織中滲碳體為片狀時(shí)奧氏體形成速度快，滲碳體間距越小，轉(zhuǎn)變速度越快。速度快，滲碳體間距越小，轉(zhuǎn)變速度越快。 三、鋼的奧氏體晶粒度 鋼的奧氏體晶粒大小根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒

7、度等級(jí)圖鋼的奧氏體晶粒大小根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)圖確定。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度分為確定。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度分為8 8級(jí)，級(jí)，1 14 4級(jí)為粗晶粒度，級(jí)為粗晶粒度，5 58 8級(jí)為細(xì)晶粒度。級(jí)為細(xì)晶粒度。標(biāo)準(zhǔn)晶粒度標(biāo)準(zhǔn)晶粒度等級(jí)等級(jí)放大放大100倍倍 1. 1. 實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度實(shí)際晶粒度和本質(zhì)晶粒度 實(shí)際晶粒度：實(shí)際晶粒度：某一具體熱處理或熱加工條某一具體熱處理或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度。件下的奧氏體的晶粒度。實(shí)際晶粒度實(shí)際晶粒度決定鋼的性能。決定鋼的性能。 本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度: :鋼加熱到鋼加熱到930 930 1010、保、保溫溫8 8小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度。小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度。 反映奧氏體

8、晶粒長(zhǎng)大的傾向反映奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向。 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：晶粒細(xì)小。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：晶粒細(xì)小。 本質(zhì)粗晶粒鋼：晶粒粗大。本質(zhì)粗晶粒鋼：晶粒粗大。 2. 2. 影響奧氏體晶粒度的因素影響奧氏體晶粒度的因素 （1 1）加熱溫度和保溫時(shí)間）加熱溫度和保溫時(shí)間 加熱溫度升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大。溫度越高，加熱溫度升高，晶粒逐漸長(zhǎng)大。溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。 （2 2）鋼的成分）鋼的成分 奧氏體中奧氏體中碳碳含量增高，晶粒長(zhǎng)大傾向增含量增高，晶粒長(zhǎng)大傾向增大。未溶碳化物則阻礙晶粒長(zhǎng)大。大。未溶碳化物則阻礙晶粒長(zhǎng)大。 鈦、釩、鈮、鋯、鋁鈦、釩、鈮、鋯、鋁有利于得到本

9、質(zhì)細(xì)有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶粒鋼。碳化物、氧化物和氮化物彌散分布在晶界上，能阻礙晶粒長(zhǎng)大。晶界上，能阻礙晶粒長(zhǎng)大。 錳、磷錳、磷促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。2.4.22.4.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 當(dāng)溫度在當(dāng)溫度在A A1 1以上時(shí)以上時(shí), , 奧氏體是穩(wěn)定的。奧氏體是穩(wěn)定的。 當(dāng)溫度降到當(dāng)溫度降到A A1 1以下后，奧氏體即處于過(guò)以下后，奧氏體即處于過(guò)冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為冷狀態(tài)，這種奧氏體稱為過(guò)冷奧氏體過(guò)冷奧氏體。 過(guò)冷過(guò)冷A A是不穩(wěn)定的，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌慕M是不穩(wěn)定的，會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌慕M織。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)質(zhì)上是過(guò)冷織。鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，實(shí)

10、質(zhì)上是過(guò)冷A A的的轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 1.1.共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 用等溫轉(zhuǎn)變曲線用等溫轉(zhuǎn)變曲線(TTT(TTT曲線、曲線、C C曲線曲線) )來(lái)分析。來(lái)分析。共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖的等溫轉(zhuǎn)變曲線圖 共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變：二個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū)二個(gè)轉(zhuǎn)變區(qū) （1 1）高溫轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變 珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)（A A1 1550 550 ）：）： 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體型組織。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體型組織。 (a)珠光體珠光體3800倍倍(b)索氏體索氏體8000倍倍(c)屈氏體屈氏體8000倍倍

11、 珠光體型組織珠光體型組織是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。合物。滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上。滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上。 轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。按層間距大轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小。按層間距大小分為小分為: :珠光體珠光體(P)(P)、索氏體、索氏體(S)(S)和屈氏體和屈氏體(T)(T)。 奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變, , 通過(guò)通過(guò)碳、鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。碳、鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 (2) (2) 中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變 貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)（轉(zhuǎn)變區(qū)（550 550 M Ms s）：）： 過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變

12、產(chǎn)物為貝氏體型組織。過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為貝氏體型組織。 貝氏體：貝氏體：滲碳體分布在碳過(guò)飽和的鐵素體基體滲碳體分布在碳過(guò)飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。上的兩相混合物。 上貝氏體（上上貝氏體（上B)B)：550 550 350 350 之間轉(zhuǎn)變產(chǎn)之間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，呈羽毛狀物，呈羽毛狀, , 小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素小片狀的滲碳體分布在成排的鐵素體片之間。體片之間。 上貝氏體強(qiáng)度、韌性都較差。上貝氏體強(qiáng)度、韌性都較差。(a)光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片500(b)電子顯微照片電子顯微照片5000上貝氏體形態(tài)上貝氏體形態(tài) 下貝氏體下貝氏體( (下下B)B) 在在350 350 M Ms s之間轉(zhuǎn)變

13、之間轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。光學(xué)顯微鏡下為黑色針狀產(chǎn)物。光學(xué)顯微鏡下為黑色針狀, , 電子顯微電子顯微鏡下可看到在鐵素體針內(nèi)沿一定方向分布著鏡下可看到在鐵素體針內(nèi)沿一定方向分布著細(xì)小的碳化物細(xì)小的碳化物(Fe(Fe2.42.4C)C)顆粒。顆粒。(a)光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片500倍倍(b)電子顯微照片電子顯微照片12000倍倍下貝氏體形態(tài)下貝氏體形態(tài) 下貝氏體硬度高，韌性好，具有較好的下貝氏體硬度高，韌性好，具有較好的強(qiáng)韌性。強(qiáng)韌性。 奧奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，鐵原子不擴(kuò)散而碳原子有一定擴(kuò)散能力。變，鐵原子不擴(kuò)散而碳原子有一定擴(kuò)散能力。 2. 2. 亞共析鋼過(guò)

14、冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變曲線多一條過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的轉(zhuǎn)變曲線多一條過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的轉(zhuǎn)變開(kāi)始線。亞共析鋼隨著碳含量的增加，轉(zhuǎn)變開(kāi)始線。亞共析鋼隨著碳含量的增加，C C曲曲線位置往右移，同時(shí)線位置往右移，同時(shí)M Ms s、M Mf f線住下移。線住下移。 高溫轉(zhuǎn)變區(qū)過(guò)冷奧氏體一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F高溫轉(zhuǎn)變區(qū)過(guò)冷奧氏體一部分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。剩余的過(guò)冷奧氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型素體。剩余的過(guò)冷奧氏體再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。組織。亞共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 3.3. 過(guò)共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)共析鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過(guò)共析鋼過(guò)冷過(guò)共析鋼過(guò)冷

15、A A的的C C曲線的上部為過(guò)冷曲線的上部為過(guò)冷A A中析中析出二次滲碳體開(kāi)始線。出二次滲碳體開(kāi)始線。 當(dāng)加熱溫度為當(dāng)加熱溫度為A Ac1c1以上以上303050 50 時(shí)，過(guò)共析時(shí)，過(guò)共析鋼隨著碳含量的增加鋼隨著碳含量的增加, C, C曲線位置向左移曲線位置向左移, , 同時(shí)同時(shí)M Ms s、M Mf f線往下移。線往下移。 過(guò)共析鋼的過(guò)冷過(guò)共析鋼的過(guò)冷A A在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)在高溫轉(zhuǎn)變區(qū), , 將先將先析出析出FeFe3 3C CIIII, , 其余的過(guò)冷其余的過(guò)冷A A再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w再轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。型組織。 二、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 1.1.共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過(guò)冷奧

16、氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 (1) (1) 共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷A A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷A A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCTCCT曲線曲線) )中，共析鋼以大于中，共析鋼以大于V Vk k速度冷卻時(shí)速度冷卻時(shí), , 得到的組織為馬得到的組織為馬氏體氏體( (含少量殘余含少量殘余A A）。）。 冷卻速度小于冷卻速度小于V Vkk鋼將全部轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怃搶⑷哭D(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織。體型組織。 共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷A A在在連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)得不連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變時(shí)得不到貝氏體。到貝氏體。 與共析鋼的與共析鋼的TTTTTT曲線相比曲線相比, , 共析鋼的共析鋼的CCT

17、CCT曲線曲線稍靠右靠下一點(diǎn)?？捎蒙钥坑铱肯乱稽c(diǎn)?？捎肨TTTTT曲線分析連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程。曲線分析連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程。共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 (2)(2)過(guò)冷奧氏體低溫轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體低溫轉(zhuǎn)變 老師提示：老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容 馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū) 轉(zhuǎn)變溫度在轉(zhuǎn)變溫度在M Ms sM Mf f之間。之間。 過(guò)冷過(guò)冷A A快速冷卻，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體?？焖倮鋮s，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變觀察馬氏體轉(zhuǎn)變觀察 馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變特點(diǎn): : a. a.過(guò)冷過(guò)冷A A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸 M是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變是一種非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 鐵和碳原子都不進(jìn)行擴(kuò)散。鐵和碳原子都不進(jìn)行擴(kuò)散。

18、 鐵原子沿奧氏體一定晶面鐵原子沿奧氏體一定晶面, , 集體地按一集體地按一定角度進(jìn)行切變定角度進(jìn)行切變, , 使面心立方晶格改組為體使面心立方晶格改組為體心正方晶格。心正方晶格。 碳原子原地不動(dòng)，過(guò)飽和地留在新組成碳原子原地不動(dòng)，過(guò)飽和地留在新組成的晶胞中的晶胞中, ,增大了其正方度增大了其正方度c c/ /a a 。 馬氏體晶格：馬氏體晶格：體心正方晶格體心正方晶格 馬氏體本質(zhì)：馬氏體本質(zhì)：碳在碳在-Fe-Fe中的過(guò)飽和固溶體。中的過(guò)飽和固溶體。 過(guò)飽和碳使過(guò)飽和碳使-Fe -Fe 的晶格發(fā)生很大畸變的晶格發(fā)生很大畸變, , 產(chǎn)產(chǎn)生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化。生很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化。 b. b.馬氏體的形成速

19、度很快馬氏體的形成速度很快 奧氏體冷卻到奧氏體冷卻到M Ms s點(diǎn)以下后點(diǎn)以下后, , 無(wú)孕育期無(wú)孕育期, , 瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 隨著溫度下降，過(guò)冷隨著溫度下降，過(guò)冷A A不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏不斷轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體體, ,是一個(gè)連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過(guò)程。是一個(gè)連續(xù)冷卻的轉(zhuǎn)變過(guò)程。 c. c.馬氏體形成時(shí)體積膨脹馬氏體形成時(shí)體積膨脹 體積膨脹在鋼體積膨脹在鋼中造成很大的內(nèi)應(yīng)力中造成很大的內(nèi)應(yīng)力, , 嚴(yán)嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致開(kāi)裂。重時(shí)導(dǎo)致開(kāi)裂。 d. d.馬氏體轉(zhuǎn)變不徹底馬氏體轉(zhuǎn)變不徹底 總要?dú)埩羯倭繆W氏體總要?dú)埩羯倭繆W氏體。 殘余奧氏體的含量與殘余奧氏體的含量與M MS S、M Mf f的位置有關(guān)。的位

20、置有關(guān)。 奧氏體中的碳含量越高，則奧氏體中的碳含量越高，則M MS S、M Mf f越低，越低，殘余殘余A A含量越高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于含量越高。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于0.6%0.6%時(shí)時(shí), , 殘余殘余A A可忽略?？珊雎?。奧氏體碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)奧氏體碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與與M MS S、M Mf f的位置關(guān)系的位置關(guān)系碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)與殘余與殘余A A量的關(guān)系量的關(guān)系 馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài) 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在在0.25%0.25%以下時(shí)，為以下時(shí)，為板條馬氏板條馬氏體體（低碳馬氏體）。（低碳馬氏體）。 在顯微鏡下為一束束平行排列的細(xì)板條。在在顯微鏡下為一束束平行排列的細(xì)板條。在高倍透射電鏡下高倍透射電鏡

21、下可看到板條馬氏體內(nèi)有大量位錯(cuò)可看到板條馬氏體內(nèi)有大量位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)，所以也稱纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)，所以也稱位錯(cuò)馬氏體位錯(cuò)馬氏體。低碳馬氏體低碳馬氏體高碳馬氏體高碳馬氏體 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于大于1.0%1.0%時(shí)，為時(shí)，為針狀馬氏體針狀馬氏體（高碳馬氏體）。光學(xué)顯微鏡中呈凸透鏡狀，馬（高碳馬氏體）。光學(xué)顯微鏡中呈凸透鏡狀，馬氏體針之間形成氏體針之間形成6060角。透射電鏡分析，針狀馬角。透射電鏡分析，針狀馬氏體內(nèi)有大量孿晶，也稱氏體內(nèi)有大量孿晶，也稱孿晶馬氏體孿晶馬氏體。 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在在0.250.251.0%1.0%之間時(shí)，為板之間時(shí)，為板條馬氏體和針狀馬氏體的混和組織。條馬氏體和

22、針狀馬氏體的混和組織。馬氏體形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系馬氏體形態(tài)與碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系 馬氏體的特點(diǎn)馬氏體的特點(diǎn) a.a.硬度很高硬度很高 硬度隨馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。硬度隨馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增加。 b.b.馬氏體的塑性和韌性與碳含量密切相關(guān)馬氏體的塑性和韌性與碳含量密切相關(guān) 低碳馬氏體不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也低碳馬氏體不僅強(qiáng)度高，塑性、韌性也較好。較好。 高碳馬氏體硬而脆，塑性、韌性極差。高碳馬氏體硬而脆，塑性、韌性極差。晶粒細(xì)化得到的隱晶馬氏體有一定的韌性。晶粒細(xì)化得到的隱晶馬氏體有一定的韌性。 c.c.馬氏體的物理性能變化馬氏體的物理性能變化 馬氏體的比容比奧氏體大。馬氏體的比

23、容比奧氏體大。當(dāng)奧當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，體積會(huì)膨脹。變?yōu)轳R氏體時(shí)，體積會(huì)膨脹。 馬氏體是鐵磁相，而奧氏體為順磁相。馬氏體是鐵磁相，而奧氏體為順磁相。 馬氏體晶格畸變嚴(yán)重，因此電阻率高。馬氏體晶格畸變嚴(yán)重，因此電阻率高。2.2.亞共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 亞共析鋼過(guò)冷亞共析鋼過(guò)冷A A在高溫時(shí)有一部分將在高溫時(shí)有一部分將轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镕 F。 在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)會(huì)在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)會(huì)有少量貝氏體（上有少量貝氏體（上B B）產(chǎn)生。產(chǎn)生。 如油冷的產(chǎn)物為如油冷的產(chǎn)物為F+T+F+T+上上B+MB+M，F(xiàn) F和上和上B B量很少，可忽略。量很少，可忽略。 3.3.過(guò)共析

24、鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變 過(guò)共析鋼過(guò)冷過(guò)共析鋼過(guò)冷A A在在高溫區(qū)先析出二次滲碳高溫區(qū)先析出二次滲碳體體, , 后轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。后轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織。 奧氏體中碳含量高，奧氏體中碳含量高，油冷、水冷后組織中有油冷、水冷后組織中有殘余奧氏體。殘余奧氏體。 連續(xù)冷卻過(guò)程中無(wú)連續(xù)冷卻過(guò)程中無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變。貝氏體轉(zhuǎn)變。4.4.共析鋼轉(zhuǎn)變產(chǎn)物性能共析鋼轉(zhuǎn)變產(chǎn)物性能硬度硬度韌性韌性老師提示老師提示： 過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為：過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為： 高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體、索氏體、屈氏體高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：珠光體、索氏體、屈氏體 中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：上貝氏體、下貝氏體中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：上貝氏體、下

25、貝氏體 低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：馬氏體低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：馬氏體 2.4.3 2.4.3 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理 退火 正火 淬火 回火 一、退火 將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，將鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）的熱處然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）的熱處理工藝叫做理工藝叫做退火退火。 鋼的退火有：鋼的退火有： 完全退火完全退火 等溫退火等溫退火 球化退火球化退火 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 1. 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，把鋼加熱至把鋼加熱至A Ac3c3以上以上20 20 30 , 30 , 保溫后緩慢冷卻保溫后緩慢冷卻( (隨

26、爐冷卻或埋隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻入石灰和砂中冷卻), ), 以獲得接近平衡組織以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。的熱處理工藝。 目的：目的： 通過(guò)完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、通過(guò)完全重結(jié)晶，使熱加工造成的粗大、不均勻的不均勻的組織均勻化和細(xì)化組織均勻化和細(xì)化； 完全退火完全退火一般用于亞共一般用于亞共析鋼。析鋼。 亞共析鋼亞共析鋼完全退火后組完全退火后組織為織為F+PF+P。 使中碳以上使中碳以上的鋼得到接近平衡的鋼得到接近平衡狀態(tài)的組織，狀態(tài)的組織，降低降低硬度硬度，改善切削加，改善切削加工性能；工性能； 消除內(nèi)應(yīng)力消除內(nèi)應(yīng)力。 2. 2. 等溫退火等溫退火 將鋼件加熱到高于將鋼件加

27、熱到高于A Ac3c3 ( (或或A Ac1c1 ) ) 的溫度的溫度, , 保溫后保溫后, , 較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度較快地冷卻到珠光體區(qū)的某一溫度保溫保溫, , 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，然后緩慢冷卻的熱奧氏體等溫轉(zhuǎn)變，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。處理工藝。 與完全退火相同與完全退火相同, , 能獲得均勻的組織能獲得均勻的組織; ; 對(duì)于奧氏體較穩(wěn)定的對(duì)于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼合金鋼, , 可縮短退火可縮短退火時(shí)間。時(shí)間。 3. 3. 球化退火球化退火 使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。 主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼。球化退火主要用于共析鋼和過(guò)共析鋼。球化退火的加熱溫度

28、略高于的加熱溫度略高于A Ac1c1。 球化退火需球化退火需要較長(zhǎng)的保溫時(shí)要較長(zhǎng)的保溫時(shí)間來(lái)保證二次滲間來(lái)保證二次滲碳體的自發(fā)球化。碳體的自發(fā)球化。保溫后隨爐冷卻。保溫后隨爐冷卻。 組織：組織：球化退火后的顯微組織叫球化退火后的顯微組織叫球化體球化體，在，在鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體。鐵素體基體上分布著細(xì)小均勻的球狀滲碳體。球化體球化體 目的：目的： （1 1）使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球）使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化，降低硬度，改善切削加工性能；狀化，降低硬度，改善切削加工性能； （2 2）為以后的淬火作組織準(zhǔn)備。）為以后的淬火作組織準(zhǔn)備。 4. 4. 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退

29、火 把鋼錠、鑄件或鍛坯加熱到固相線以把鋼錠、鑄件或鍛坯加熱到固相線以下下100 100 200 200 的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（10 h10 h15 h15 h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為理工藝，稱為擴(kuò)散退火或均勻化退火。擴(kuò)散退火或均勻化退火。 目的：目的：減少鋼錠、減少鋼錠、鑄件、鍛坯的化學(xué)成分鑄件、鍛坯的化學(xué)成分和組織的不均勻性。和組織的不均勻性。 擴(kuò)散退火后鋼的晶擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，要再進(jìn)行完粒很粗大，要再進(jìn)行完全退火或正火處理。全退火或正火處理。 5. 5. 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 將鋼件加熱至低于將鋼件加熱至低于A Ac1c1的某一溫

30、度的某一溫度( (一般一般為為500 500 650 )650 )，保溫后隨爐冷卻。以，保溫后隨爐冷卻。以消除內(nèi)應(yīng)力的低溫退火。消除內(nèi)應(yīng)力的低溫退火。 目的：目的：消除鑄造、消除鑄造、鍛造、焊接和機(jī)加鍛造、焊接和機(jī)加工、冷變形等加工工、冷變形等加工在工件中造成的殘?jiān)诠ぜ性斐傻臍埩魞?nèi)應(yīng)力。留內(nèi)應(yīng)力。 不引起組織不引起組織變化。變化。 二、正火 鋼加熱到鋼加熱到A Ac3c3( (對(duì)于亞共析鋼對(duì)于亞共析鋼) )、A Ac1c1( (對(duì)于共析對(duì)于共析鋼鋼) )、A Accmccm( (對(duì)于過(guò)共析鋼對(duì)于過(guò)共析鋼) )以上以上30 30 50 , 50 , 保保溫后溫后, , 在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷

31、卻的熱處理。在自由流動(dòng)的空氣中均勻冷卻的熱處理。 正火后的組織：正火后的組織： 亞共析鋼為亞共析鋼為F+SF+S； 共析鋼為共析鋼為S S； 過(guò)共析鋼為過(guò)共析鋼為 S+FeS+Fe3 3C CIIII。 正火應(yīng)用正火應(yīng)用 （1 1）作為最終熱處理）作為最終熱處理 細(xì)化晶粒，組織均勻，減少亞共析鋼中鐵素細(xì)化晶粒，組織均勻，減少亞共析鋼中鐵素體含量，珠光體含量增多并細(xì)化，提高鋼的強(qiáng)度、體含量，珠光體含量增多并細(xì)化，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性；用于不重要的零件。硬度和韌性；用于不重要的零件。 （2 2）作為預(yù)先熱處理）作為預(yù)先熱處理 截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在淬火前進(jìn)行正火，截面較大的合金結(jié)構(gòu)鋼件，在

32、淬火前進(jìn)行正火，消除魏氏組織和帶狀組織，均勻、細(xì)化組織。消除魏氏組織和帶狀組織，均勻、細(xì)化組織。 對(duì)于過(guò)共析鋼可減少二次滲碳體量，不形成對(duì)于過(guò)共析鋼可減少二次滲碳體量，不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備。連續(xù)網(wǎng)狀，為球化退火作組織準(zhǔn)備。 （3 3）改善切削加工性能）改善切削加工性能 適當(dāng)提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性能。適當(dāng)提高低碳鋼的硬度，改善切削加工性能。 三、淬火 1. 1. 淬火工藝淬火工藝 將鋼加熱到相變溫度以上（亞共析鋼將鋼加熱到相變溫度以上（亞共析鋼A Ac3c3以上以上30 30 50 50 ；共析鋼和過(guò)共析鋼；共析鋼和過(guò)共析鋼A Ac1c1以上以上30 30 50 50

33、），保溫一定時(shí)間后快速冷卻獲得馬氏體的），保溫一定時(shí)間后快速冷卻獲得馬氏體的熱處理工藝稱為熱處理工藝稱為淬火淬火。 常用的冷卻常用的冷卻介質(zhì)是水和油。介質(zhì)是水和油。 為了減少零為了減少零件淬火時(shí)的變形，件淬火時(shí)的變形，可用鹽浴作冷卻可用鹽浴作冷卻介質(zhì)。介質(zhì)。 2. 2. 鋼的淬透性鋼的淬透性 老師提示：老師提示：重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容 鋼淬火時(shí)形成馬氏體的能力叫做鋼淬火時(shí)形成馬氏體的能力叫做鋼的淬透性鋼的淬透性。 用末端淬火法測(cè)定。用末端淬火法測(cè)定。 用末端淬火法測(cè)定鋼的淬透性用末端淬火法測(cè)定鋼的淬透性 鋼的淬透性值用鋼的淬透性值用 表示。表示。 J J ： 末端淬火的淬透性；末端淬火的淬透性； d

34、 d ： 距水冷端的距離；距水冷端的距離； HRCHRC：該處的硬度；：該處的硬度； 例如例如, , 淬透性值淬透性值 , , 表示距水冷端表示距水冷端5mm5mm處的硬度為處的硬度為42 HRC42 HRC。 試棒末端淬火后測(cè)得試樣沿長(zhǎng)度方向上的試棒末端淬火后測(cè)得試樣沿長(zhǎng)度方向上的硬度變化硬度變化, , 所得曲線稱為所得曲線稱為淬透性曲線淬透性曲線。淬火試樣斷面上馬氏體量和硬度的變化淬火試樣斷面上馬氏體量和硬度的變化 實(shí)際生產(chǎn)中實(shí)際生產(chǎn)中, , 要測(cè)定淬火工件的淬透層深度。要測(cè)定淬火工件的淬透層深度。 淬透層深度：淬透層深度：從試樣表面至半馬氏體區(qū)從試樣表面至半馬氏體區(qū)( (馬氏馬氏體和非馬

35、氏體組織組成物各占一半體和非馬氏體組織組成物各占一半) )的距離。的距離。 在同樣在同樣淬火條件下淬火條件下, , 淬透層深度淬透層深度越大越大, , 則反則反映鋼的淬透映鋼的淬透性越好。性越好。 影響淬透性的因素：影響淬透性的因素： (1) (1) 碳含量碳含量 對(duì)于碳對(duì)于碳鋼：亞共析鋼隨碳含量增加，鋼：亞共析鋼隨碳含量增加，C C曲線右曲線右移，淬透性提高；過(guò)共析鋼隨碳含量增加，移，淬透性提高；過(guò)共析鋼隨碳含量增加，C C曲線曲線左移，淬透性降低；共析鋼的臨界冷速最小，淬透左移，淬透性降低；共析鋼的臨界冷速最小，淬透性最好。性最好。 (2) (2) 合金元素合金元素 除鈷以外，其余合金元素

36、除鈷以外，其余合金元素溶于奧氏體溶于奧氏體后，降后，降低臨界冷卻速度，使低臨界冷卻速度，使C C曲線右移，淬透性提高。曲線右移，淬透性提高。 合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。合金鋼往往比碳鋼的淬透性要好。 (3) (3) 奧氏體化溫度奧氏體化溫度 提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、提高奧氏體化溫度，將使奧氏體晶粒長(zhǎng)大、成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的成分均勻，可減少珠光體的生核率，降低鋼的臨界冷卻速度，增加其淬透性。臨界冷卻速度，增加其淬透性。 (4) (4) 鋼中未溶第二相鋼中未溶第二相 鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及鋼中未溶入奧氏體中的碳化物、氮化物及其它非金屬夾雜物，可成

37、為奧氏體分解的非自其它非金屬夾雜物，可成為奧氏體分解的非自發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。發(fā)核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬透性。老師提示老師提示 ：鋼的淬透性主要決定于鋼中合金鋼的淬透性主要決定于鋼中合金元素的種類和含量。元素的種類和含量。 3. 3. 鋼的淬透性曲線的應(yīng)用鋼的淬透性曲線的應(yīng)用 (1)(1)比較不同鋼種的淬透性比較不同鋼種的淬透性 淬透性是鋼材選用的重要依據(jù)之一。淬透性是鋼材選用的重要依據(jù)之一。 用半馬氏體硬度曲線和淬透性曲線，找出鋼用半馬氏體硬度曲線和淬透性曲線，找出鋼的半馬氏體區(qū)所對(duì)應(yīng)的距水冷端距離。的半馬氏體區(qū)所對(duì)應(yīng)的距水冷端距離。 該距離越大，則淬透性越好。該

38、距離越大，則淬透性越好。40Cr40Cr鋼鋼的淬透的淬透性比性比4545鋼要好。鋼要好。 (2) (2)鋼材截面性能分析鋼材截面性能分析 調(diào)質(zhì)處理后調(diào)質(zhì)處理后, , 淬透性好的鋼棒整個(gè)截面是回淬透性好的鋼棒整個(gè)截面是回火索氏體火索氏體, , 機(jī)械性能均勻機(jī)械性能均勻, , 強(qiáng)度高強(qiáng)度高, , 韌性好。韌性好。 淬透性差的鋼表層為回火索氏體，心部為片淬透性差的鋼表層為回火索氏體，心部為片狀索氏體狀索氏體+ +鐵素體鐵素體, , 心部強(qiáng)韌性差。心部強(qiáng)韌性差。 直徑為直徑為30 mm30 mm的的4040鋼心部強(qiáng)韌性較差。鋼心部強(qiáng)韌性較差。 如：直徑為如：直徑為30 30 mmmm的的40CrNiM

39、o40CrNiMo鋼棒整鋼棒整個(gè)截面性能均勻個(gè)截面性能均勻, , 強(qiáng)強(qiáng)度高度高, , 韌性好。韌性好。 (3)(3)選材選材 截面較大、形狀復(fù)雜以及受力較苛刻的截面較大、形狀復(fù)雜以及受力較苛刻的螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等工件，要求截面螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等工件，要求截面機(jī)械性能均勻，應(yīng)選用淬透性好的鋼。機(jī)械性能均勻，應(yīng)選用淬透性好的鋼。 承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件、外層承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類零件、外層受力較大，心部受力較小，可選用淬透性較受力較大，心部受力較小，可選用淬透性較低的鋼種低的鋼種。 4. 4. 鋼的淬硬性鋼的淬硬性 鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼鋼的

40、淬硬性。的淬硬性。 淬硬性主要決定于淬硬性主要決定于M M的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。刃具、冷作模具要求有很高的刃具、冷作模具要求有很高的淬硬性。淬硬性。T12T12鋼：淬火后硬度為鋼：淬火后硬度為62HRC62HRC65HRC65HRC4545鋼：淬火后硬度為鋼：淬火后硬度為55HRC55HRC58HRC58HRC 練習(xí)練習(xí) 比較比較T10 T10 、20CrMnTi 20CrMnTi 、40Cr40Cr三種鋼三種鋼的淬透性和淬硬性的高低。的淬透性和淬硬性的高低。 四、回火回火回火 鋼件淬火后鋼件淬火后, , 為了消除內(nèi)應(yīng)力并為了消除內(nèi)應(yīng)力并獲得所要求的組織和性能獲得所要求的組織和性能, ,

41、 將其加熱到將其加熱到A Ac1c1以下某一溫度以下某一溫度, , 保溫一定時(shí)間保溫一定時(shí)間, , 然后然后冷卻到室溫的熱處理工藝。冷卻到室溫的熱處理工藝。 1 1低溫回火低溫回火 回火溫度回火溫度：150 150 250 250 。 低溫回火時(shí)，淬火馬氏體內(nèi)部會(huì)析出碳化低溫回火時(shí)，淬火馬氏體內(nèi)部會(huì)析出碳化物薄片（物薄片（FeFe2.42.4C), C), 馬氏體的過(guò)飽和度減小。馬氏體的過(guò)飽和度減小。 低溫回火后組織：低溫回火后組織： 亞共析鋼淬火、低溫回火后組織亞共析鋼淬火、低溫回火后組織 回火馬氏體回火馬氏體( (回火回火M)M) 過(guò)共析鋼淬火、低溫回火后組織過(guò)共析鋼淬火、低溫回火后組織

42、回火馬氏體碳化物殘余奧氏體回火馬氏體碳化物殘余奧氏體 目的：目的：降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證降低淬火應(yīng)力，提高工件韌性，保證淬火后的高硬度淬火后的高硬度(58 HRC(58 HRC64 HRC)64 HRC)和高耐磨性。和高耐磨性。 應(yīng)用：應(yīng)用：銼刀、鋸條等工具。銼刀、鋸條等工具。 2 2中溫回火中溫回火 回火溫度：回火溫度：350 350 500 500 組織：組織：回火屈氏體回火屈氏體( (回火回火T)T)。 鐵素體基體與彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混鐵素體基體與彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合組織。合組織。 鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài)，碳化物比回火鐵素體仍保留馬氏體的形態(tài)，碳化物比回火馬氏體

43、中的碳化物粗。馬氏體中的碳化物粗。 具有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度、一定的韌性，具有高的彈性極限和屈服強(qiáng)度、一定的韌性，硬度一般為硬度一般為35 HRC35 HRC45 HRC45 HRC。 應(yīng)用：應(yīng)用：彈簧彈簧 3. 3. 高溫回火高溫回火 回火索氏體回火索氏體 回火索氏體綜合機(jī)械性能最好回火索氏體綜合機(jī)械性能最好, , 即強(qiáng)度、即強(qiáng)度、塑性和韌性都比較好，硬度一般為塑性和韌性都比較好，硬度一般為25 HRC25 HRC35 HRC35 HRC。 淬火加高溫回火稱為淬火加高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理。 應(yīng)用：應(yīng)用：螺栓、連桿螺栓、連桿 回火溫度：回火溫度： 500 500 650 650 組織

44、：組織：回火索氏體回火索氏體( (回火回火S)S)：粒狀滲碳體：粒狀滲碳體和鐵素體基體的混和和鐵素體基體的混和組織。組織。 淬火鋼回火時(shí)馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、淬火鋼回火時(shí)馬氏體的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殘余奧氏體量、內(nèi)應(yīng)力及碳化物尺寸隨溫殘余奧氏體量、內(nèi)應(yīng)力及碳化物尺寸隨溫度的變化：度的變化：4040鋼機(jī)械性能與回火溫度的關(guān)系鋼機(jī)械性能與回火溫度的關(guān)系 韌性：韌性：鋼在鋼在250 250 350 350 和和500 500 600 600 兩個(gè)溫度區(qū)間回火后兩個(gè)溫度區(qū)間回火后, , 鋼鋼的沖擊韌度明顯下降。稱的沖擊韌度明顯下降。稱回火脆性回火脆性。2.4.4 2.4.4 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 實(shí)際生

45、產(chǎn)中常用感應(yīng)加熱表面淬火。實(shí)際生產(chǎn)中常用感應(yīng)加熱表面淬火。 僅對(duì)鋼的表面加熱、冷卻而不僅對(duì)鋼的表面加熱、冷卻而不改變其成分的熱處理工藝稱為改變其成分的熱處理工藝稱為表面表面熱處理熱處理, , 也叫也叫表面淬火表面淬火。 1. 1. 感應(yīng)加熱表面淬火原理感應(yīng)加熱表面淬火原理 感應(yīng)圈通交流電，內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)圈通交流電，內(nèi)部產(chǎn)生交變磁場(chǎng)交變磁場(chǎng)。 工件置于磁場(chǎng)中，工件內(nèi)部產(chǎn)生工件置于磁場(chǎng)中，工件內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流感應(yīng)電流，電阻電阻的作用工件被的作用工件被加熱加熱。 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱表面淬火示意圖 交流電交流電集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)，工件表面的電流密度大，工件表面的

46、電流密度大，表面溫度快速升高到相變點(diǎn)以上。中心電流密度表面溫度快速升高到相變點(diǎn)以上。中心電流密度幾乎為零，溫度仍在相變點(diǎn)以下。幾乎為零，溫度仍在相變點(diǎn)以下。 用水或聚乙烯醇水溶液噴射，表面被淬火。用水或聚乙烯醇水溶液噴射，表面被淬火。 感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火 2. 2. 感應(yīng)加熱表面熱處理的特點(diǎn)感應(yīng)加熱表面熱處理的特點(diǎn) (1) (1) 感應(yīng)加熱時(shí)，鋼的奧氏體化在較大的過(guò)感應(yīng)加熱時(shí)，鋼的奧氏體化在較大的過(guò)熱度（熱度（A Ac3c3以上以上80 80 150 )150 )進(jìn)行，晶核多，時(shí)進(jìn)行，晶核多，時(shí)間短，晶粒細(xì)。間短，晶粒細(xì)。 (2) (2) 表面層淬得馬氏體后表面層淬得馬氏體后,

47、, 體積膨脹，表面體積膨脹，表面造成較大的殘余壓應(yīng)力造成較大的殘余壓應(yīng)力, , 提高工件的疲勞強(qiáng)度。提高工件的疲勞強(qiáng)度。 (3) (3) 加熱速度快，時(shí)間短，工件氧化脫碳加熱速度快，時(shí)間短，工件氧化脫碳少。內(nèi)部未加熱，工件的淬火變形小。少。內(nèi)部未加熱，工件的淬火變形小。 (4) (4) 加熱溫度和淬硬層厚度容易控制。加熱溫度和淬硬層厚度容易控制。 感應(yīng)加熱表面淬火組織：感應(yīng)加熱表面淬火組織： 表面為馬氏體，心部組織不變。表面為馬氏體，心部組織不變。 如先經(jīng)如先經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理，心部組織為回火索氏體。心部組織為回火索氏體。 工程應(yīng)用：工程應(yīng)用：用于中碳鋼和中碳低合金鋼用于中碳鋼和中碳低合金鋼

48、, ,如如4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB鋼等。用于齒輪、主軸、鋼等。用于齒輪、主軸、曲軸等零件的表面硬化，提高耐磨性。曲軸等零件的表面硬化，提高耐磨性。 低溫回火：低溫回火：淬火后進(jìn)行淬火后進(jìn)行180 180 200 200 低低溫回火。溫回火。 表面為回火馬氏體，表面為回火馬氏體，降低淬火應(yīng)力，保持降低淬火應(yīng)力，保持高硬度和高耐磨性。高硬度和高耐磨性。 心部為回火索氏體。保證強(qiáng)韌性。心部為回火索氏體。保證強(qiáng)韌性。2.4.5 2.4.5 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理 化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 將鋼件置于一定溫度的活將鋼件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲性介質(zhì)中保溫

49、，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，入它的表面，改變其化學(xué)成分和組織，達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的達(dá)到改進(jìn)表面性能，滿足技術(shù)要求的熱處理過(guò)程。熱處理過(guò)程。滲碳滲碳 氮化氮化 碳氮共滲碳氮共滲 滲硫滲硫 滲鋁滲鋁 滲鉻滲鉻 一、滲碳 1. 1. 工藝工藝 為了增加表層的碳含量和獲得一定碳濃度梯為了增加表層的碳含量和獲得一定碳濃度梯度度, , 鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入表面的工藝稱為入表面的工藝稱為滲碳滲碳。 氣體滲碳爐氣體滲碳爐氣體滲碳裝置示意圖氣體滲碳裝置示意圖 低碳鋼零件在滲碳爐中，加熱到低碳鋼零件在滲碳爐中，加熱到9

50、00 900 950 950 ，滴入煤油、甲醇等有機(jī)液體，或通入煤，滴入煤油、甲醇等有機(jī)液體，或通入煤氣、石油液化氣，產(chǎn)生活性碳原子。氣、石油液化氣，產(chǎn)生活性碳原子。 鋼件表面滲碳。表面獲得高濃度碳（碳質(zhì)量鋼件表面滲碳。表面獲得高濃度碳（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)約分?jǐn)?shù)約1.0%1.0%）。）。低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織低碳鋼滲碳緩冷后的顯微組織 低碳鋼（低碳鋼（2020鋼）滲碳緩冷后的顯微組織鋼）滲碳緩冷后的顯微組織 表面表面 珠光體珠光體+ +二次滲碳體二次滲碳體 過(guò)渡區(qū)過(guò)渡區(qū) 珠光體珠光體 心部心部 珠光體珠光體+ +鐵素體鐵素體表面表面心部心部 (1) (1) 直接淬火直接淬火 滲碳溫度高滲碳溫度高,

51、 , 奧氏體晶粒長(zhǎng)大奧氏體晶粒長(zhǎng)大, , 淬火后馬氏體淬火后馬氏體較粗較粗, , 殘余奧氏體較多殘余奧氏體較多, , 耐磨性較低耐磨性較低, , 變形較大。變形較大。為了減少淬火時(shí)的變形為了減少淬火時(shí)的變形, , 滲碳后常將工件預(yù)冷到滲碳后常將工件預(yù)冷到830 830 850 850 后淬火。后淬火。 2. 2. 滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理 (2) (2) 一次淬火一次淬火 滲碳緩冷后滲碳緩冷后, , 重新加熱到臨界重新加熱到臨界溫度以上保溫后淬火。溫度以上保溫后淬火。 受載不大但表面性能要求較高的零件受載不大但表面性能要求較高的零件, , 淬火溫淬火溫度度A Ac1c1以上以上30 30

52、50 , 50 , 使表層晶粒細(xì)化。使表層晶粒細(xì)化。 心部組織要求高時(shí)，淬火加熱溫度略高于心部組織要求高時(shí)，淬火加熱溫度略高于A Ac3c3。 (3) (3) 低溫低溫(150 (150 200 )200 )回火回火 以消除淬火應(yīng)力和提高韌性。以消除淬火應(yīng)力和提高韌性。 3. 3. 鋼滲碳、淬火、回火后的組織與性能鋼滲碳、淬火、回火后的組織與性能 組織：組織：表面表面 回火回火M(M(高碳）高碳）+ +碳化物碳化物+ +殘余殘余A A 心部心部 回火回火M(M(低碳）低碳） 性能：性能： (1) (1) 表面硬度高表面硬度高 表面硬度表面硬度58 HRC58 HRC64 HRC64 HRC以上

53、以上, , 耐磨性好；耐磨性好； 心部硬度心部硬度30 HRC30 HRC45 HRC45 HRC，心部強(qiáng)韌。，心部強(qiáng)韌。 (2) (2) 疲勞強(qiáng)度高疲勞強(qiáng)度高 表層體積膨脹大，心部體積膨脹小，表層中表層體積膨脹大，心部體積膨脹小，表層中造成壓應(yīng)力，零件的疲勞強(qiáng)度提高。造成壓應(yīng)力，零件的疲勞強(qiáng)度提高。 實(shí)際應(yīng)用：實(shí)際應(yīng)用：2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi等低碳鋼和等低碳鋼和低碳合金鋼制造的齒輪、軸、銷。低碳合金鋼制造的齒輪、軸、銷。 二、氮化 氮化氮化 向鋼件表面滲入氮的工藝。向鋼件表面滲入氮的工藝。 氮化的目的：氮化的目的：更大地提高鋼件表面的硬度和更大地提高鋼件

54、表面的硬度和耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。耐磨性，提高疲勞強(qiáng)度和抗蝕性。 常用的氮化鋼有常用的氮化鋼有35CrAlA, 38CrMoAlA, 35CrAlA, 38CrMoAlA, 38CrWVAlA38CrWVAlA等。等。 1. 1. 工藝工藝 （1 1）氮化前預(yù)處理）氮化前預(yù)處理 材料先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織材料先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織, ,改善機(jī)加工性能，保證較高的強(qiáng)度和韌性。改善機(jī)加工性能，保證較高的強(qiáng)度和韌性。 形狀復(fù)雜或精度要求高的零件，精加工后要進(jìn)形狀復(fù)雜或精度要求高的零件，精加工后要進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火，以減少氮化時(shí)的變形。行消除內(nèi)應(yīng)力退火，以減少氮化時(shí)的變

55、形。38CrMoAl鋼氮化工藝曲線圖鋼氮化工藝曲線圖 （2 2）氮化工藝）氮化工藝 目前廣泛應(yīng)用的是氣體氮目前廣泛應(yīng)用的是氣體氮化。氨被加熱分解出活性氮原子：化。氨被加熱分解出活性氮原子：2NH2NH3 33H3H2 2+2N +2N 氮原子被鋼吸收并溶入表面氮原子被鋼吸收并溶入表面, , 在保溫過(guò)程中在保溫過(guò)程中向內(nèi)擴(kuò)散向內(nèi)擴(kuò)散, , 形成滲氮層。溫度一般為形成滲氮層。溫度一般為500 500 600 600 。氮化時(shí)間長(zhǎng)，一般為。氮化時(shí)間長(zhǎng)，一般為20 h20 h50 h50 h。 2. 2. 組織和性能：組織和性能： 組織組織 工件最外層為一白色工件最外層為一白色或或相的氮化物薄層，相的

56、氮化物薄層，很脆。常用精磨磨去；中間是暗黑色含氮共析體很脆。常用精磨磨去；中間是暗黑色含氮共析體（）層；心部為原始回火索氏體組織。）層；心部為原始回火索氏體組織。Fe-N相圖相圖38CrMoAl鋼氮化層顯微組織鋼氮化層顯微組織400倍倍 性能性能 （1 1）氮化后硬度很高）氮化后硬度很高 (1000 HV(1000 HV1100 HV), 1100 HV), 在在600 600 650 650 不下降不下降, , 具有很高的耐磨性和具有很高的耐磨性和熱硬性。熱硬性。 （2 2）滲氮層體積增大）滲氮層體積增大, , 造成表面壓應(yīng)力造成表面壓應(yīng)力, , 疲勞強(qiáng)度大大提高。疲勞強(qiáng)度大大提高。 （3

57、3）氮化溫度低）氮化溫度低, , 零件變形小。零件變形小。 （4 4）表面形成致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的）表面形成致密的化學(xué)穩(wěn)定性較高的相層相層, , 耐蝕性好耐蝕性好, , 在水中、過(guò)熱蒸氣和堿性溶液在水中、過(guò)熱蒸氣和堿性溶液中均很穩(wěn)定。中均很穩(wěn)定。 實(shí)際應(yīng)用：實(shí)際應(yīng)用：絲杠、鏜床主軸絲杠、鏜床主軸 三、碳氮共滲 碳氮共滲：碳氮共滲：同時(shí)向零件表面滲入碳和氮的同時(shí)向零件表面滲入碳和氮的化學(xué)熱處理工藝，也稱化學(xué)熱處理工藝，也稱氰化氰化。 一般采用高溫或低溫兩種氣體碳氮共滲。一般采用高溫或低溫兩種氣體碳氮共滲。低溫碳氮共滲以氮為主，實(shí)質(zhì)為軟氮化。低溫碳氮共滲以氮為主，實(shí)質(zhì)為軟氮化。 1. 1. 高溫

58、碳氮共滲工藝高溫碳氮共滲工藝工件放爐內(nèi)，加熱到工件放爐內(nèi)，加熱到830 830 850 850 ，滴入，滴入煤油，同時(shí)通氨氣，保溫煤油，同時(shí)通氨氣，保溫1 h1 h2 h2 h后，共滲層可后，共滲層可達(dá)達(dá)0.2 mm0.2 mm0.5 mm0.5 mm。 高溫碳氮共滲主要是滲碳，氮的滲入使碳濃高溫碳氮共滲主要是滲碳，氮的滲入使碳濃度很快提高，使共滲溫度降低和時(shí)間縮短。度很快提高，使共滲溫度降低和時(shí)間縮短。 碳氮共滲后淬火碳氮共滲后淬火, , 再低溫回火。再低溫回火。 2. 2. 碳氮共滲后的性能、應(yīng)用碳氮共滲后的性能、應(yīng)用 (1) (1) 共滲并淬火后共滲并淬火后, , 得到含氮馬氏體得到含氮

59、馬氏體, , 耐磨耐磨性比滲碳的更好。性比滲碳的更好。 (2) (2) 共滲層具有比滲碳層更高的壓應(yīng)力共滲層具有比滲碳層更高的壓應(yīng)力, , 疲疲勞強(qiáng)度更高勞強(qiáng)度更高, , 耐蝕性也較好。耐蝕性也較好。 實(shí)際應(yīng)用：實(shí)際應(yīng)用：齒輪、凸輪軸齒輪、凸輪軸 2.4.6 2.4.6 其它熱處理技術(shù)其它熱處理技術(shù) 一、可控氣氛熱處理 在爐氣成分可控制的爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為在爐氣成分可控制的爐內(nèi)進(jìn)行的熱處理稱為可控氣氛熱處理可控氣氛熱處理。 把把燃料氣（天然氣、煤氣、丙烷）按一定比燃料氣（天然氣、煤氣、丙烷）按一定比例空氣混合后，通入發(fā)生器進(jìn)行加熱，或者靠自例空氣混合后，通入發(fā)生器進(jìn)行加熱，或者靠自身的燃燒反應(yīng)而制成的氣體。也