金屬材料改性

1、金屬材料強(qiáng)化技術(shù)金屬材料強(qiáng)化技術(shù)金屬材料強(qiáng)化技術(shù)基本原理：阻礙位錯運(yùn)動形變強(qiáng)化：位錯增殖、纏結(jié)細(xì)晶強(qiáng)化：晶界對位錯的阻礙作用固溶強(qiáng)化：晶體點陣畸變形成的彈性應(yīng)力場阻礙位錯運(yùn)動彌散強(qiáng)化（時效強(qiáng)化）：第二相顆粒阻礙位錯運(yùn)動相變強(qiáng)化：不同組織有不同的性能（金屬材料熱處理）金屬材料表面強(qiáng)化技術(shù)：表面淬火、表面化學(xué)熱處理、表面合金化等。細(xì)化晶粒的方法Hall-PetchHall-Petch（霍爾（霍爾- -佩奇）公式：佩奇）公式：2/10Dky細(xì)化晶粒是唯一既提高材料強(qiáng)度又提高材料韌性的方法！細(xì)化晶粒是唯一既提高材料強(qiáng)度又提高材料韌性的方法！D D為晶粒尺寸。減小為晶粒尺寸。減小D D的方法：的方法：提

2、高過冷度：提高液態(tài)金屬的冷卻速度抑制晶粒長大，同時提高提高過冷度：提高液態(tài)金屬的冷卻速度抑制晶粒長大，同時提高形核率（快速凝固技術(shù)）形核率（快速凝固技術(shù)）變質(zhì)處理：提供異質(zhì)晶核提高形核率變質(zhì)處理：提供異質(zhì)晶核提高形核率振動：外加機(jī)械、超聲波或電磁振動時樹枝晶破碎提高形核率振動：外加機(jī)械、超聲波或電磁振動時樹枝晶破碎提高形核率相變強(qiáng)化過程中利用硬質(zhì)點提高形核率，阻礙晶粒長大相變強(qiáng)化過程中利用硬質(zhì)點提高形核率，阻礙晶粒長大納米結(jié)構(gòu)材料納米結(jié)構(gòu)材料：晶粒尺寸為納米級。納米結(jié)構(gòu)材料：晶粒尺寸為納米級。模擬計算結(jié)果表明，晶粒尺寸模擬計算結(jié)果表明，晶粒尺寸D D為為15 15 nmnm時，銅的強(qiáng)度最高。時

3、，銅的強(qiáng)度最高。D15 nmD15 nm，變形以位錯運(yùn)動機(jī)制進(jìn)行；，變形以位錯運(yùn)動機(jī)制進(jìn)行；D15 nmD15 nm，變形以晶界滑動機(jī)制進(jìn)行。，變形以晶界滑動機(jī)制進(jìn)行。J. Schiotz, et al. Science, 301 (5) (2003) 1357L. Lu, et al. L. Lu, et al. ScienceScience, 287 (2000) 1357, 287 (2000) 1357D=28 nm D=28 nm 納米銅的高塑性納米銅的高塑性 = 5100%= 5100%固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化效果舉例固溶強(qiáng)化效果舉例Cu-NiCu-Ni合金合金時效處理可以進(jìn)行時效強(qiáng)化處理

4、的合金必須可以進(jìn)行時效強(qiáng)化處理的合金必須具備兩個條件：具備兩個條件： 一定的固溶度；一定的固溶度； 固溶度隨溫度的降低迅速下降固溶度隨溫度的降低迅速下降時效處理過程：時效處理過程：固溶處理固溶處理+ +時效時效Al-Cu合金的時效強(qiáng)化固溶處理：固溶處理：550 C 550 C 水淬水淬時效：時效：120260 C120260 C性能與時效工藝（溫度、時間）的關(guān)系性能與時效工藝（溫度、時間）的關(guān)系時效強(qiáng)化機(jī)制Al-Cu合金時效序列形貌觀察合金時效序列形貌觀察 黨朋，強(qiáng)塑性變形引起鋁合金析出相回溶研究，中南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007. 鋼中加入合金元素后，鋼中加入合金元素后，合金元素與基本相作用生

5、成合金相，主要有合金鐵素體、合金合金元素與基本相作用生成合金相，主要有合金鐵素體、合金滲碳體、合金奧氏體滲碳體、合金奧氏體。1）合金元素能溶于）合金元素能溶于-Fe和和-Fe形成鐵基固溶體。形成鐵基固溶體。 2）根據(jù)合金元素與碳的親和力大小，分為：）根據(jù)合金元素與碳的親和力大小，分為：a) 非碳化物元素，如非碳化物元素，如Ni、Si、Al、Cu、Co、N、B等，這類元素主要形成鐵基固溶體，不等，這類元素主要形成鐵基固溶體，不形成碳化物；形成碳化物；b) 碳化物形成元素，如碳化物形成元素，如Ti、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Zr、Fe等，其中：等，其中：Cr、Mn屬弱屬弱碳化物形成元素，含量

6、小時，可形成鐵基固溶體，含量多時一部分溶入滲碳體形成合金滲碳化物形成元素，含量小時，可形成鐵基固溶體，含量多時一部分溶入滲碳體形成合金滲碳體，如碳體，如(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C，當(dāng)含量較多時形成特殊碳化物，如（，當(dāng)含量較多時形成特殊碳化物，如（Fe7Cr)7C3、Cr23C6等；等；Ti、Mo、W、V、Nb為強(qiáng)碳化物形成元素，含量少時形成合金滲碳體，含量多為強(qiáng)碳化物形成元素，含量少時形成合金滲碳體，含量多時大部分形成特殊碳化物時大部分形成特殊碳化物,如如TiC、WC、VC、Nb等，其特點是高熔點、高硬度，穩(wěn)定性等，其特點是高熔點、高硬度，穩(wěn)定性好，加熱時不易聚集長大，并能阻止奧氏

7、體晶粒長大好，加熱時不易聚集長大，并能阻止奧氏體晶粒長大 。 合金化強(qiáng)化合金化強(qiáng)化元素對鋼的基本相的影響元素對鋼的基本相的影響金屬材料熱處理傳統(tǒng)熱處理技術(shù)（熱處理四把火）：正火、退火、淬火、回火熱處理基本過程：加熱保溫冷卻熱處理的目的：改變材料的性能熱處理的應(yīng)用： 提高材料的工藝性能； 提高材料的服役性能。T Tt t熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線加熱設(shè)備加熱設(shè)備1. 類型（加熱介質(zhì)）類型（加熱介質(zhì)）2. 功率功率3. 有效加熱區(qū)有效加熱區(qū)能保證熱處理工藝要求加熱溫度的裝料區(qū)域能保證熱處理工藝要求加熱溫度的裝料區(qū)域4. 溫度均勻性溫度均勻性不同熱處理工藝有不同的要求不同熱處理工藝有不同的要求加熱

8、設(shè)備加熱設(shè)備燃?xì)鉅t燃?xì)鉅t鹽浴爐鹽浴爐燃油爐燃油爐電阻爐電阻爐加熱設(shè)備加熱設(shè)備熱處理自動生產(chǎn)線熱處理自動生產(chǎn)線常用鹽浴常用鹽浴鹽浴成分鹽浴成分 /wt.%熔點熔點 /C工作溫度工作溫度 / CBaCl2 100%BaCl2 50%+NaCl 50%NaCl 44%+KCl 56%NaCl 50%+KCl 50%KCl 50%+Na2CO3 50%Na2CO3 80%+NaCl 20%96060066067056068010001350650 1000 700 870 720 1000590 820730 930常用加熱鹽浴常用加熱鹽浴碳鋼加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼加熱和冷卻時的實際相變溫度偏離相圖

9、上的平衡轉(zhuǎn)變溫度。加熱： Ac1, Ac3, Accm平衡：A1 (PSK), A3 (GS), Acm(SE)冷卻： Ar1, Ar3, Arcm加熱組織轉(zhuǎn)變奧氏體化過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體（P）、屈氏體（T）、索氏體（S）、上貝氏體（上B）、下貝氏體（下B）奧氏體化一般，鋼熱處理的第一步是加熱奧氏體化。一般，鋼熱處理的第一步是加熱奧氏體化。共析鋼的奧氏體化過程：共析鋼的奧氏體化過程：奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度12Nn晶粒度晶粒度N N定義：定義：n n為放大為放大100100倍時平均每倍時平均每6.45 cm6.45 cm2 2視視野內(nèi)的晶粒數(shù)。野內(nèi)的晶粒數(shù)。本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度鋼加熱

10、至鋼加熱至93093010 10 C C，保溫，保溫3-8 h3-8 h，冷卻后測得的晶，冷卻后測得的晶粒度，反應(yīng)鋼加熱時晶粒長大的粒度，反應(yīng)鋼加熱時晶粒長大的傾向。傾向。1-41-4級為本質(zhì)粗晶粒；級為本質(zhì)粗晶粒；5-85-8級級為本質(zhì)細(xì)晶粒。為本質(zhì)細(xì)晶粒。奧氏體晶粒度影響其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能。受加奧氏體晶粒度影響其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的性能。受加熱溫度、加熱速度和鋼中合金元素的影響。熱溫度、加熱速度和鋼中合金元素的影響。加熱溫度對奧氏體晶粒度的影響加熱溫度對奧氏體晶粒度的影響注意區(qū)分：注意區(qū)分：起始晶粒度起始晶粒度實際晶粒度實際晶粒度本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度等溫轉(zhuǎn)變珠光體形核及長大示意圖，以滲碳體為領(lǐng)先相。珠

11、光體形核及長大示意圖，以滲碳體為領(lǐng)先相。珠光體的組織形貌珠光體的組織形貌n在鋼中在鋼中, ,組成珠光體的相有兩個組成珠光體的相有兩個, ,即鐵素體、滲碳體或特殊碳化物。即鐵素體、滲碳體或特殊碳化物。n兩相的形態(tài)不同兩相的形態(tài)不同, ,因而珠光體形貌各異。有片狀、細(xì)片狀、極細(xì)片狀的；因而珠光體形貌各異。有片狀、細(xì)片狀、極細(xì)片狀的；點狀、粒狀、球狀的；以及碳化物形狀不規(guī)則的類珠光體。點狀、粒狀、球狀的；以及碳化物形狀不規(guī)則的類珠光體。珠光體型組織珠光體型組織A A1 1550 550 C C之間的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。為之間的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。為F F和和FeFe3 3C C的的層片狀組織。層片狀

12、組織。擴(kuò)散型相變，通過晶體結(jié)構(gòu)重構(gòu)和擴(kuò)散型相變，通過晶體結(jié)構(gòu)重構(gòu)和FeFe、C C原子擴(kuò)散實現(xiàn)。原子擴(kuò)散實現(xiàn)。珠光體（珠光體（P P）索氏體（索氏體（S S）屈氏體（屈氏體（T T）轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度( ( C)C)A1650A1650650600650600600550600550層片間距層片間距(nm)(nm)150450801503080相對硬度比較相對硬度比較低低中中高高Henry Clifton Sorby Henry Clifton Sorby 10 May 1826 - 9 March 1908 10 May 1826 - 9 March 1908 P-S-T珠光體的力學(xué)性能珠光體

13、的力學(xué)性能影響珠光體力學(xué)性能的影響珠光體力學(xué)性能的因素：因素：p 原始奧氏體晶粒尺寸原始奧氏體晶粒尺寸p 珠光體團(tuán)直徑珠光體團(tuán)直徑p 珠光體片層間距珠光體片層間距p 珠光體中鐵素體片亞珠光體中鐵素體片亞晶尺寸晶尺寸p 珠光體中滲碳體的形珠光體中滲碳體的形態(tài)（粒狀珠光體）態(tài)（粒狀珠光體）粒狀珠光體強(qiáng)度、硬度較低，但塑性較高；相同強(qiáng)度水平下，疲勞強(qiáng)度較高。粒狀珠光體強(qiáng)度、硬度較低，但塑性較高；相同強(qiáng)度水平下，疲勞強(qiáng)度較高。貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體組織貝氏體貝氏體B550 B550 C MC Ms s之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。為之間的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。為F F和和FeFe3 3C C的兩相混合組織。的兩相混合組織。上上BB羽

14、毛狀，硬脆的滲碳體呈細(xì)短條狀分布在鐵素體晶束的晶界上，容易發(fā)羽毛狀，硬脆的滲碳體呈細(xì)短條狀分布在鐵素體晶束的晶界上，容易發(fā)生脆性斷裂，強(qiáng)度、韌性低，無實用價值。生脆性斷裂，強(qiáng)度、韌性低，無實用價值。下下BB黑色針狀，滲碳體細(xì)小彌散分布在鐵素體基體上，有良好的強(qiáng)度韌性配黑色針狀，滲碳體細(xì)小彌散分布在鐵素體基體上，有良好的強(qiáng)度韌性配合，力學(xué)性能優(yōu)良。合，力學(xué)性能優(yōu)良。B B相變由于相變溫度低，只有相變由于相變溫度低，只有C C原子擴(kuò)散，原子擴(kuò)散，F(xiàn)eFe原子基本不擴(kuò)散，是半擴(kuò)散型相變。原子基本不擴(kuò)散，是半擴(kuò)散型相變。B形態(tài)上B下B馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體組織低碳馬氏體高碳馬氏體馬氏體（馬氏體（MM）溫度低

15、于溫度低于MsMs時的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。是時的過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。是C C原子在原子在 -Fe-Fe中的過飽和固溶體。中的過飽和固溶體。低碳馬氏體低碳馬氏體含碳量小于含碳量小于0.25%0.25%時，馬氏體呈板條狀，板條時，馬氏體呈板條狀，板條內(nèi)有大量位錯，又稱位錯馬氏體。硬度高，有一定韌性。內(nèi)有大量位錯，又稱位錯馬氏體。硬度高，有一定韌性。高碳馬氏體高碳馬氏體含碳量大于含碳量大于1.0%1.0%時，馬氏體呈片狀，內(nèi)有大時，馬氏體呈片狀，內(nèi)有大量孿晶亞結(jié)構(gòu)，又稱孿晶馬氏體。硬度高、脆。量孿晶亞結(jié)構(gòu)，又稱孿晶馬氏體。硬度高、脆。馬氏體相變特點：馬氏體相變特點： 非擴(kuò)散型相變，速度快；非擴(kuò)散型相

16、變，速度快； 馬氏體轉(zhuǎn)變溫度馬氏體轉(zhuǎn)變溫度MsMs隨含碳量增高而降低；隨含碳量增高而降低； 相變不徹底，存在殘余奧氏體。轉(zhuǎn)變量隨溫度降低而增大。相變不徹底，存在殘余奧氏體。轉(zhuǎn)變量隨溫度降低而增大。MsMs越低，殘余奧氏體量越多；越低，殘余奧氏體量越多； 體積膨脹，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。體積膨脹，產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力。板條馬氏體（板條馬氏體（1.0%C）M形態(tài)板條馬氏體板條馬氏體針狀馬氏體針狀馬氏體高碳馬氏體中的顯微裂紋相變在一定溫度范圍內(nèi)完成相變在一定溫度范圍內(nèi)完成 n相變開始溫度相變開始溫度Msn相變結(jié)束溫度相變結(jié)束溫度Mfn馬氏體轉(zhuǎn)變量是溫度的函數(shù)，馬氏體轉(zhuǎn)變量是溫度的函數(shù)，而與等溫時間無關(guān)而與等

17、溫時間無關(guān)n無需孕育期，相變速度極快無需孕育期，相變速度極快化學(xué)成分對化學(xué)成分對Ms點的影響點的影響馬氏體的強(qiáng)度和硬度p 鋼中馬氏體的主要性能特點是高強(qiáng)鋼中馬氏體的主要性能特點是高強(qiáng)度、高硬度；度、高硬度；p 硬度隨著含碳量的增加而提高，當(dāng)硬度隨著含碳量的增加而提高，當(dāng)含碳量達(dá)到含碳量達(dá)到0.6%時，淬火鋼的硬度時，淬火鋼的硬度達(dá)到最大值；達(dá)到最大值；p 含碳量進(jìn)一步增加時，雖然馬氏體含碳量進(jìn)一步增加時，雖然馬氏體的硬度仍然有所提高，但是由于鋼中的硬度仍然有所提高，但是由于鋼中殘留奧氏體量增加，使鋼的硬度反而殘留奧氏體量增加，使鋼的硬度反而下降；下降；p 合金元素對馬氏體的硬度影響不大。合金元

18、素對馬氏體的硬度影響不大。馬氏體的韌性 n低碳鋼淬火得到位錯型馬氏體，由于位低碳鋼淬火得到位錯型馬氏體，由于位錯的可動性，使該類馬氏體具有一定的錯的可動性，使該類馬氏體具有一定的塑性，裂紋擴(kuò)展的阻力增大，可產(chǎn)生韌塑性，裂紋擴(kuò)展的阻力增大，可產(chǎn)生韌性斷裂，因而斷裂韌性較高；性斷裂，因而斷裂韌性較高； n高碳的孿晶馬氏體硬而脆，在馬氏體轉(zhuǎn)高碳的孿晶馬氏體硬而脆，在馬氏體轉(zhuǎn)變的過程中易于在馬氏體片間產(chǎn)生顯微變的過程中易于在馬氏體片間產(chǎn)生顯微裂紋；另外，由于不能產(chǎn)生塑性變形使裂紋；另外，由于不能產(chǎn)生塑性變形使裂紋擴(kuò)展阻力減小，可導(dǎo)致準(zhǔn)解理或解裂紋擴(kuò)展阻力減小，可導(dǎo)致準(zhǔn)解理或解理斷裂，因而斷裂韌性較低。

19、理斷裂，因而斷裂韌性較低。馬氏體片馬氏體片(1.0%C)撞擊裂紋撞擊裂紋相變動力學(xué)共析成分（共析成分（Fe-0.77CFe-0.77C）鋼從）鋼從A A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镻 P，不同溫度下轉(zhuǎn)變量，不同溫度下轉(zhuǎn)變量與時間的關(guān)系如右下圖。與時間的關(guān)系如右下圖。從到達(dá)特定溫度到開始轉(zhuǎn)變從到達(dá)特定溫度到開始轉(zhuǎn)變所需的時間稱所需的時間稱孕育期孕育期。溫度。溫度越低，孕育期越短。越低，孕育期越短。孕育期過冷奧氏體過冷奧氏體在在ArAr1 1以下溫度以下溫度的奧氏體穩(wěn)定存在一段時間的奧氏體穩(wěn)定存在一段時間（孕育期）后才開始轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)（孕育期）后才開始轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變前的奧氏體稱過冷奧氏體。變前的奧氏體稱過冷奧氏體。C曲線

20、C C曲線曲線不同溫度下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變不同溫度下過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始和終止點標(biāo)注在溫度開始和終止點標(biāo)注在溫度時間坐標(biāo)圖時間坐標(biāo)圖上，將相同的轉(zhuǎn)變點連成曲線，即得上，將相同的轉(zhuǎn)變點連成曲線，即得C C曲線，又稱曲線，又稱TTTTTT（Temperature, Time, % Temperature, Time, % TransformationTransformation）圖。不同溫度范圍，）圖。不同溫度范圍，等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同。等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同?！氨羌獗羌狻碧囟囟认?，孕育期最短特定溫度下，孕育期最短時對應(yīng)的溫度。要獲得完全的馬氏體組時對應(yīng)的溫度。要獲得完全的馬氏體組織，冷卻時必須避開織，冷卻時必

21、須避開“鼻尖鼻尖”溫度。溫度。存在存在“鼻尖鼻尖”的原因的原因固態(tài)相變的驅(qū)固態(tài)相變的驅(qū)動力隨過冷度增大而增大，但溫度降低，動力隨過冷度增大而增大，但溫度降低，原子擴(kuò)散速率也下降，阻礙相變的進(jìn)行。原子擴(kuò)散速率也下降，阻礙相變的進(jìn)行。共析鋼等溫轉(zhuǎn)變共析鋼等溫轉(zhuǎn)變C C曲線曲線動力學(xué)曲線和動力學(xué)圖為什么為什么TTTTTT圖呈圖呈C C形？形？形核率主要受臨界形核功控制，對冷卻形核率主要受臨界形核功控制，對冷卻轉(zhuǎn)變而言，形核功轉(zhuǎn)變而言，形核功G G* *隨著溫度的降隨著溫度的降低，即隨著過冷度增大而急劇地減小，低，即隨著過冷度增大而急劇地減小，故使形核率增加，轉(zhuǎn)變速度加快。故使形核率增加，轉(zhuǎn)變速度加快

22、。擴(kuò)散型相變的線長大速度擴(kuò)散型相變的線長大速度v v也與溫度有也與溫度有關(guān)，隨溫度降低，擴(kuò)散系數(shù)關(guān)，隨溫度降低，擴(kuò)散系數(shù)D D變小，線變小，線長大速度長大速度v v則隨則隨D D的減小而降低。的減小而降低。這是兩個相互矛盾的因素，它使得動力這是兩個相互矛盾的因素，它使得動力學(xué)曲線呈現(xiàn)學(xué)曲線呈現(xiàn)C C形形, ,也稱為也稱為C-C-曲線。曲線。影響TTT圖的因素n合金元素合金元素n奧氏體晶粒尺寸奧氏體晶粒尺寸n原始組織、加熱溫度原始組織、加熱溫度和保溫時間和保溫時間n奧氏體塑性變形奧氏體塑性變形鋼的TTT圖種類臨界冷卻速度估算根據(jù)根據(jù)C C曲線估計曲線估計V VC C 從縱軸上的從縱軸上的A A1

23、 1 點作冷卻曲線點作冷卻曲線V VC C與與C C曲線的轉(zhuǎn)變開始線曲線的轉(zhuǎn)變開始線的鼻子相切，切點所對應(yīng)的的鼻子相切，切點所對應(yīng)的溫度和孕育期分別為溫度和孕育期分別為T TR R 和和Z ZR R ，則，則RRcZTAV1由于由于CCTCCT曲線總在曲線總在TTTTTT曲曲線的右下方，所以線的右下方，所以5.1ccVVMsMfA1TRZR連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變動力學(xué)圖CCT圖圖n在實際生產(chǎn)中，大多數(shù)工藝是在實際生產(chǎn)中，大多數(shù)工藝是在連續(xù)冷卻的情況下進(jìn)行的。在連續(xù)冷卻的情況下進(jìn)行的。過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中過冷奧氏體在連續(xù)冷卻過程中發(fā)生各類相變。發(fā)生各類相變。n連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變既不同于

24、等溫轉(zhuǎn)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變既不同于等溫轉(zhuǎn)變，又與等溫轉(zhuǎn)變有密切的聯(lián)變，又與等溫轉(zhuǎn)變有密切的聯(lián)系。連續(xù)冷卻過程可以看成是系。連續(xù)冷卻過程可以看成是無數(shù)個微小的等溫過程。連續(xù)無數(shù)個微小的等溫過程。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變就是在這些微小的等冷卻轉(zhuǎn)變就是在這些微小的等溫過程中孕育、長大的。溫過程中孕育、長大的。 共析鋼的共析鋼的CCT圖與圖與TTT圖的比較圖的比較退火退火退火：將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后進(jìn)行：將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后進(jìn)行緩慢冷卻緩慢冷卻，使金屬，使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)的熱處理工藝。的熱處理工藝。退火的目的退火的目的 獲得良好的工藝性能：改善

25、鍛件、軋材的切削加工性，獲得良好的工藝性能：改善鍛件、軋材的切削加工性，提高塑性，降低提高塑性，降低硬度硬度； 獲得良好的使用性能：改善化學(xué)成分偏析和組織不均勻性，減少固溶于獲得良好的使用性能：改善化學(xué)成分偏析和組織不均勻性，減少固溶于鋼中的有害氣體，鋼中的有害氣體，消除零件的內(nèi)應(yīng)力和加工硬化效應(yīng)消除零件的內(nèi)應(yīng)力和加工硬化效應(yīng)； 獲得特定組織：為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。獲得特定組織：為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。 退火要點退火的要點退火的要點1. 加熱到特定溫度：取決于退火目的；加熱到特定溫度：取決于退火目的；2. 保溫時間：足夠長，以完成特定的組織轉(zhuǎn)變；保溫時間：足夠長，以完成特定的組織轉(zhuǎn)變；3.

26、冷卻速率：足夠慢，以防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。冷卻速率：足夠慢，以防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。退火分類退火退火第一類退火第一類退火：不以組織轉(zhuǎn)變或改變組織形態(tài)與分布為目的，主要：不以組織轉(zhuǎn)變或改變組織形態(tài)與分布為目的，主要目的在于消除成分偏析、加工硬化、內(nèi)應(yīng)力等不平衡狀態(tài)。目的在于消除成分偏析、加工硬化、內(nèi)應(yīng)力等不平衡狀態(tài)。包括：均勻化退火、去氫退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。包括：均勻化退火、去氫退火、再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火。特點：關(guān)鍵是溫度和保溫時間，加熱和冷卻速率不起主導(dǎo)作用。特點：關(guān)鍵是溫度和保溫時間，加熱和冷卻速率不起主導(dǎo)作用。第二類退火第二類退火：以獲得特定組織性能為目的。：以獲得特定組織性能為目的。包括

27、：完全退火、不完全退火等溫退火、球化退火。包括：完全退火、不完全退火等溫退火、球化退火。特點：溫度、保溫時間、冷卻速率都很重要。特點：溫度、保溫時間、冷卻速率都很重要。均勻化退火均勻化退火均勻化退火（homogenizinghomogenizing）又稱又稱擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火，目的是消除，目的是消除鋼件鑄態(tài)化學(xué)成分和組織不均鋼件鑄態(tài)化學(xué)成分和組織不均勻。在合金熔點以下勻。在合金熔點以下100200 100200 C C長時間保溫，長時間保溫，退火后晶粒粗大，退火后晶粒粗大，須后續(xù)進(jìn)行須后續(xù)進(jìn)行完全退火完全退火或或正火正火以以細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。細(xì)化晶粒，改善力學(xué)性能。成分偏析較早凝固的固體內(nèi)

28、一個組元的降低必須較早凝固的固體內(nèi)一個組元的降低必須通過已凝固的固相想向液相擴(kuò)散來達(dá)到，通過已凝固的固相想向液相擴(kuò)散來達(dá)到，這需要一定時間。因此，非平衡凝固時，這需要一定時間。因此，非平衡凝固時，先凝固相的一個組元的含量比平衡成分先凝固相的一個組元的含量比平衡成分偏高，這就形成晶內(nèi)偏析。偏高，這就形成晶內(nèi)偏析。鋼中各種夾雜物也容易沿晶界析出。鋼中各種夾雜物也容易沿晶界析出。均勻化退火工藝退火溫度退火溫度在不使奧氏體晶粒過于粗大的前提下盡在不使奧氏體晶粒過于粗大的前提下盡可能高，以縮短退火時間；可能高，以縮短退火時間；合金鋼均勻化退火溫度高于碳素鋼。合金鋼均勻化退火溫度高于碳素鋼。退火時間退火時

29、間 取決于成分（合金元素擴(kuò)散系數(shù)取決于成分（合金元素擴(kuò)散系數(shù)D D）、）、偏析程度偏析程度c c0 0及枝晶間距及枝晶間距d d等。等。022220ln)exp(ccDddDccTm727 CTt0.80.9Tm碳鋼11001200 C合金鋼10501250 C均勻化退火工藝曲線均勻化退火工藝曲線A3均勻化退火適用范圍適用：消除一般鑄錠、鑄件樹枝晶適用：消除一般鑄錠、鑄件樹枝晶均勻化退火Cu-20Sn去氫退火去氫退火去氫退火目的是使固溶于鋼中目的是使固溶于鋼中的氫脫出，以消除鋼中的白點（固的氫脫出，以消除鋼中的白點（固溶于鋼中的氫引起的內(nèi)部裂紋）。溶于鋼中的氫引起的內(nèi)部裂紋）?？赏ㄟ^在奧氏體等

30、溫分解的過程中可通過在奧氏體等溫分解的過程中長期保溫來完成。長期保溫來完成。溫度選擇依據(jù)：溫度選擇依據(jù)： 氫在鐵中的固溶度最小氫在鐵中的固溶度最小 氫在鐵中的擴(kuò)散速率盡可能高氫在鐵中的擴(kuò)散速率盡可能高去氫退火溫度縱截面：圓形橢圓形銀白色斑點縱截面：圓形橢圓形銀白色斑點白點宏觀照片再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火將冷變形后金屬將冷變形后金屬加熱至再結(jié)晶溫度以上加熱至再結(jié)晶溫度以上100200 100200 C C，適當(dāng)保溫使金屬發(fā)生再結(jié)晶，以消除適當(dāng)保溫使金屬發(fā)生再結(jié)晶，以消除加工硬化的退火工藝。加工硬化的退火工藝。再結(jié)晶退火應(yīng)注意避開再結(jié)晶退火應(yīng)注意避開晶粒異常長大晶粒異常長大的范圍。的范圍。7

31、27 CTt碳鋼600700 C13 h再結(jié)晶退火工藝曲線再結(jié)晶退火工藝曲線空冷再結(jié)晶溫度再結(jié)晶退火組織變化再結(jié)晶過程通過兩個階段再結(jié)晶過程通過兩個階段完成：完成：1) 1) 回復(fù)回復(fù)位錯減少形成位錯減少形成亞晶粒，內(nèi)應(yīng)力消失，但亞晶粒，內(nèi)應(yīng)力消失，但保持加工硬化效果；保持加工硬化效果；T T回回（0.250.300.250.30）T T熔熔2) 2) 再結(jié)晶再結(jié)晶形成等軸晶形成等軸晶粒，強(qiáng)度降低、塑性提高，粒，強(qiáng)度降低、塑性提高，加工硬化現(xiàn)象消除。加工硬化現(xiàn)象消除。T T再再0.40T0.40T熔熔去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火將金屬將金屬加熱到加熱到550650 550650 C C保保溫

32、，緩慢冷卻，以去除應(yīng)力的退火工藝。溫，緩慢冷卻，以去除應(yīng)力的退火工藝。適用范圍：適用范圍： 由于塑性變形加工、鍛造、焊由于塑性變形加工、鍛造、焊接等造成內(nèi)應(yīng)力的金屬，或存在內(nèi)應(yīng)力的鑄接等造成內(nèi)應(yīng)力的金屬，或存在內(nèi)應(yīng)力的鑄件。件。溫度越高，完全消除應(yīng)力所需的時間越短。溫度越高，完全消除應(yīng)力所需的時間越短。應(yīng)特別注意不在冷卻過程中重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力！應(yīng)特別注意不在冷卻過程中重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力！727 727 C CT Tt t碳鋼碳鋼550650 550650 C C去應(yīng)力退火工藝曲線去應(yīng)力退火工藝曲線500 500 C C后后空冷空冷完全退火完全退火完全退火將鋼完全奧氏體化，而后緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)

33、將鋼完全奧氏體化，而后緩慢冷卻，獲得接近平衡態(tài)組織。適用于亞共析鋼。可細(xì)化晶粒、降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力。組織。適用于亞共析鋼?？杉?xì)化晶粒、降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力。主要應(yīng)用：主要應(yīng)用：w wc c=0.30.6%=0.30.6%的中碳鋼鍛件。的中碳鋼鍛件。A Ac3c3727 727 C CT Tt tA Ac3c3+2040 +2040 C C完全退火工藝曲線完全退火工藝曲線爐冷至爐冷至300350 300350 C C后空冷后空冷不完全退火不完全退火不完全退火又稱又稱軟化退火軟化退火，將鋼不完全奧氏體化，而后緩慢冷卻將鋼不完全奧氏體化，而后緩慢冷卻的退火工藝。目的是降低硬度、消除的退火工藝。目的

34、是降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力。適用于原始晶粒細(xì)而均勻的亞共析鋼適用于原始晶粒細(xì)而均勻的亞共析鋼鍛件，不需完全退火就可達(dá)到目的。鍛件，不需完全退火就可達(dá)到目的。A Ac3c3727 727 C CT Tt t不完全退火工藝曲線不完全退火工藝曲線爐冷至爐冷至300350 300350 C C后空冷后空冷等溫退火等溫退火等溫退火將鋼完全（亞共析鋼）或不完全（過共析鋼）奧氏體化，而后將鋼完全（亞共析鋼）或不完全（過共析鋼）奧氏體化，而后快冷到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域等溫一段時間，珠光體轉(zhuǎn)變完成后空冷的退火工藝。快冷到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)域等溫一段時間，珠光體轉(zhuǎn)變完成后空冷的退火工藝。是完全退火、不完全退火、球化退火工

35、藝的改進(jìn)。是完全退火、不完全退火、球化退火工藝的改進(jìn)。A Ac3c3727 727 C CT Tt t等溫退火工藝曲線等溫退火工藝曲線空冷空冷亞共析鋼亞共析鋼過共析鋼過共析鋼完全退火等溫退火冷卻曲線完全退火與等溫退完全退火與等溫退火冷卻曲線比較火冷卻曲線比較球化退火球化退火球化退火使鋼中碳化物球化的退使鋼中碳化物球化的退火工藝?；鸸に嚒＿m用于含碳量大于適用于含碳量大于0.6 %0.6 %的各種高碳工的各種高碳工具鋼、模具鋼、軸承鋼等過共析鋼。具鋼、模具鋼、軸承鋼等過共析鋼。目的：提高塑性、韌性，改善切削加工目的：提高塑性、韌性，改善切削加工性，減少最終淬火時的變形開裂傾向。性，減少最終淬火時的

36、變形開裂傾向。球化退火組織球化退火組織正火正火（正火（NormalizingNormalizing）將鋼完全奧氏體將鋼完全奧氏體化，保溫后化，保溫后空冷空冷。正火后鋼的強(qiáng)度、韌性、。正火后鋼的強(qiáng)度、韌性、硬度比退火高。硬度比退火高。正火的作用：正火的作用：1. 1.為淬火作組織準(zhǔn)備：消除網(wǎng)狀滲碳體（過為淬火作組織準(zhǔn)備：消除網(wǎng)狀滲碳體（過共析鋼），細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力；共析鋼），細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力；2. 2.最終熱處理：最終熱處理： w wc c=0.40.7%=0.40.7%的鋼件可在正的鋼件可在正火態(tài)下使用，具備良好的綜合機(jī)械性能；火態(tài)下使用，具備良好的綜合機(jī)械性能；3. 3.代替完全退火

37、：代替完全退火： w wc c0.4 s，工件變形：尺寸畸變、形狀畸變；，工件變形：尺寸畸變、形狀畸變； K ，淬火裂紋，開裂。，淬火裂紋，開裂。淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力瞬時應(yīng)力：工件熱處理過程中形成的應(yīng)力瞬時應(yīng)力：工件熱處理過程中形成的應(yīng)力殘余應(yīng)力：工件熱處理后存在的應(yīng)力殘余應(yīng)力：工件熱處理后存在的應(yīng)力熱應(yīng)力熱應(yīng)力冷卻初期冷卻初期：表面比心部冷得快，表：表面比心部冷得快，表面的收縮比心部大而受到阻礙，因面的收縮比心部大而受到阻礙，因此，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部產(chǎn)生壓此，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，心部產(chǎn)生壓應(yīng)力；應(yīng)力；溫度較高時材料屈服強(qiáng)度較低，熱溫度較高時材料屈服強(qiáng)度較低，熱應(yīng)力使材料屈服變形而得到松弛，應(yīng)力使材

38、料屈服變形而得到松弛，應(yīng)力值下降；應(yīng)力值下降；冷卻后期冷卻后期：心部的收縮受到表面牽：心部的收縮受到表面牽制，因此，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面制，因此，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。產(chǎn)生壓應(yīng)力。熱應(yīng)力效果：工件表面產(chǎn)生殘余壓熱應(yīng)力效果：工件表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力！應(yīng)力！心部心部表層表層表層，應(yīng)力松弛前表層，應(yīng)力松弛前+-應(yīng)力應(yīng)力溫度溫度/ C時間時間/ s0+-表面表面表面表面心部心部0+-表面表面表面表面心部心部心部心部表面表面相變應(yīng)力相變應(yīng)力密度：奧氏體密度：奧氏體馬氏體馬氏體因此，冷卻轉(zhuǎn)變時，體積膨脹！因此，冷卻轉(zhuǎn)變時，體積膨脹！冷卻初期冷卻初期：表面比心部冷得快，表面的相變膨脹受：表面比心部冷

39、得快，表面的相變膨脹受未轉(zhuǎn)變心部的牽制，因此，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部未轉(zhuǎn)變心部的牽制，因此，表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力；產(chǎn)生拉應(yīng)力；溫度較高時材料屈服強(qiáng)度較低，組織應(yīng)力使材料屈溫度較高時材料屈服強(qiáng)度較低，組織應(yīng)力使材料屈服變形，服變形，表面壓縮，心部拉伸表面壓縮，心部拉伸。同時應(yīng)力松弛；。同時應(yīng)力松弛；冷卻后期冷卻后期：心部的相變膨脹受表面已轉(zhuǎn)變馬氏體阻：心部的相變膨脹受表面已轉(zhuǎn)變馬氏體阻礙，因此，心部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。礙，因此，心部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。組織應(yīng)力效果：工件表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力！組織應(yīng)力效果：工件表面產(chǎn)生殘余拉應(yīng)力！ 溫差越大，組織應(yīng)力越大；溫差越大，組織應(yīng)力越

40、大； 鋼的淬透性越好，零件尺寸越大，組織應(yīng)力越大。鋼的淬透性越好，零件尺寸越大，組織應(yīng)力越大。心部心部表層表層+-應(yīng)力應(yīng)力溫度溫度/ C時間時間/ s0+-表面表面表面表面心部心部0+-表面表面表面表面心部心部心部心部表面表面淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)要求：理想淬火介質(zhì)要求：1. 1.適用鋼種范圍寬；適用鋼種范圍寬；2. 2.淬火變形開裂傾向小；淬火變形開裂傾向?。?. 3.不腐蝕、粘連工件；不不腐蝕、粘連工件；不變質(zhì)；變質(zhì)；4. 4.不易燃易爆；不易燃易爆；5. 5.少污染；少污染；6. 6.經(jīng)濟(jì)。經(jīng)濟(jì)。v vc c“鼻尖鼻尖”溫度處快冷溫度處快冷，防止，防止P P形成形成MsMs溫度處慢冷溫度處

41、慢冷，減少淬火熱應(yīng)力，減少淬火熱應(yīng)力理想淬火介質(zhì)冷卻曲線理想淬火介質(zhì)冷卻曲線靜止水冷卻曲線051015202501002003004005006007008009001000時間時間 / /s s溫度溫度/ / C C工件在靜止水中冷卻三階段：工件在靜止水中冷卻三階段：1. 1.氣膜沸騰期氣膜沸騰期工件溫度使水汽化，在工件工件溫度使水汽化，在工件周圍形成一層氣膜（熱的不良導(dǎo)體），將工周圍形成一層氣膜（熱的不良導(dǎo)體），將工件與介質(zhì)隔開。此時，冷卻速率較慢；件與介質(zhì)隔開。此時，冷卻速率較慢；2. 2.氣泡沸騰期氣泡沸騰期氣膜破裂，介質(zhì)與工件接觸。氣膜破裂，介質(zhì)與工件接觸。水直接吸收工件熱量而汽化沸

42、騰，將熱量帶水直接吸收工件熱量而汽化沸騰，將熱量帶走。此時，冷速較快；走。此時，冷速較快；3. 3.對流傳熱期對流傳熱期工件表面溫度降到介質(zhì)沸點工件表面溫度降到介質(zhì)沸點以下，工件靠介質(zhì)的對流傳導(dǎo)散熱，冷速減以下，工件靠介質(zhì)的對流傳導(dǎo)散熱，冷速減慢。慢。工件輻射熱量工件輻射熱量介質(zhì)從氣膜帶走熱量，介質(zhì)從氣膜帶走熱量， 氣膜減薄，破裂氣膜減薄，破裂氣膜增厚氣膜增厚水基淬火介質(zhì)水水 優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)，熱容量大；優(yōu)點：經(jīng)濟(jì)，熱容量大； 缺點：與理想淬火介質(zhì)冷卻特性相反缺點：與理想淬火介質(zhì)冷卻特性相反工件高中溫區(qū)冷速慢（氣膜沸騰期），工件高中溫區(qū)冷速慢（氣膜沸騰期），低溫區(qū)（低溫區(qū)（300 300 C C左右

43、，大多數(shù)鋼的左右，大多數(shù)鋼的MsMs點附近）冷速快（氣泡沸騰期）。點附近）冷速快（氣泡沸騰期）。 解決辦法：解決辦法：1. 1. 高中溫區(qū)擺動工件，破壞氣膜；高中溫區(qū)擺動工件，破壞氣膜；2. 2. 低溫區(qū)提出空冷或油淬；低溫區(qū)提出空冷或油淬；3. 3. 添加添加無機(jī)鹽，在氣膜沸騰期破壞蒸汽膜穩(wěn)定性。無機(jī)鹽，在氣膜沸騰期破壞蒸汽膜穩(wěn)定性。鹽水鹽水（10%NaCl10%NaCl）鹽晶體在工件表面析出，破壞蒸汽膜穩(wěn)定性，使氣泡沸騰期提前而提高冷速。鹽晶體在工件表面析出，破壞蒸汽膜穩(wěn)定性，使氣泡沸騰期提前而提高冷速。堿水堿水15%NaOH 15%NaOH 時冷速最快；具有冷卻能力強(qiáng)、淬火變形小、不易開

44、裂、表面光亮等，時冷速最快；具有冷卻能力強(qiáng)、淬火變形小、不易開裂、表面光亮等，但堿蒸汽不安全。常用濃度：但堿蒸汽不安全。常用濃度：10%10%、50%50%。其他無機(jī)鹽淬火液其他無機(jī)鹽淬火液三硝淬火液三硝淬火液(NaNO(NaNO3 3、 NaNONaNO2 2 、 KNOKNO2 2 ) )、氯化鋅堿水溶液、水玻璃淬火液等。、氯化鋅堿水溶液、水玻璃淬火液等。有機(jī)高分子水溶液有機(jī)高分子水溶液PVAPVA、PAGPAG、ACRACR等等油基淬火液動、植物油動、植物油油溫升高對淬火能力影響不大；油溫升高對淬火能力影響不大；價格高。價格高。礦物油礦物油缺點：冷卻能力比水差；工件表面不清潔缺點：冷卻能

45、力比水差；工件表面不清潔適用于形狀復(fù)雜的中小型合金鋼零件淬火。適用于形狀復(fù)雜的中小型合金鋼零件淬火。低于低于80 80 C C溫度范圍內(nèi)適當(dāng)提高油溫可提高流動性，增加冷速。溫度范圍內(nèi)適當(dāng)提高油溫可提高流動性，增加冷速。快速淬火油快速淬火油添加磺酸鈉、磺酸鋇、磺酸鈣等，抑制蒸汽膜形成，提高冷速。添加磺酸鈉、磺酸鋇、磺酸鈣等，抑制蒸汽膜形成，提高冷速。光亮淬火油光亮淬火油在輕油及用溶劑精練法提取的淬火油中加入穩(wěn)定性好、無灰分的表面活性劑，在輕油及用溶劑精練法提取的淬火油中加入穩(wěn)定性好、無灰分的表面活性劑，避免在工件表面沉積碳黑，使工件表面光亮。避免在工件表面沉積碳黑，使工件表面光亮。真空淬火油真空

46、淬火油適用于真空淬火，不易蒸發(fā)，蒸汽壓低。適用于真空淬火，不易蒸發(fā)，蒸汽壓低。直接淬火直接淬火（單液淬火）直接淬火（單液淬火） 用一種冷卻介質(zhì)（鹽水或機(jī)油等）冷卻。用一種冷卻介質(zhì)（鹽水或機(jī)油等）冷卻。表面心部回火表面表面心部心部回火回火預(yù)冷預(yù)冷預(yù)冷淬火為了減少淬火應(yīng)力，工件奧氏為了減少淬火應(yīng)力，工件奧氏體化后在空氣或其他緩冷介質(zhì)體化后在空氣或其他緩冷介質(zhì)中預(yù)冷到稍高于中預(yù)冷到稍高于A Ar1r1（ A Ar3r3 ）溫）溫度，而后進(jìn)行淬火。度，而后進(jìn)行淬火。雙液淬火水油表面心部回火工件奧氏體化后，先在冷卻工件奧氏體化后，先在冷卻能力強(qiáng)的淬火介質(zhì)中快冷，能力強(qiáng)的淬火介質(zhì)中快冷，以避開以避開“鼻尖

47、鼻尖”溫度，而后溫度，而后在冷卻能力弱的淬火介質(zhì)中在冷卻能力弱的淬火介質(zhì)中慢冷，以減少淬火應(yīng)力。慢冷，以減少淬火應(yīng)力。合適的雙液：合適的雙液：水水- -空氣空氣油油- -空氣空氣水水- -油油分級淬火分級淬火分級淬火將加熱后的鋼快速置于略高（低）于將加熱后的鋼快速置于略高（低）于MsMs點的恒溫鹽浴中保溫一段時間，在點的恒溫鹽浴中保溫一段時間，在發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變前取出發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變前取出空冷空冷，獲得馬氏體組織。優(yōu)點是可以減少淬火應(yīng)力。，獲得馬氏體組織。優(yōu)點是可以減少淬火應(yīng)力。表面表面心部心部回火回火轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變表面表面心部心部回火回火轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變等溫淬火表面表面心部心部轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變等溫淬火等溫淬火將加熱后

48、的鋼置于貝氏體轉(zhuǎn)將加熱后的鋼置于貝氏體轉(zhuǎn)變溫度的恒溫鹽浴中保溫一段時間，獲得變溫度的恒溫鹽浴中保溫一段時間，獲得下貝氏體組織。具有比馬氏體更后的強(qiáng)度下貝氏體組織。具有比馬氏體更后的強(qiáng)度與韌性配合，一般無須回火。與韌性配合，一般無須回火。加熱溫度加熱溫度淬透性差的鋼可適當(dāng)提高等溫淬火溫度。淬透性差的鋼可適當(dāng)提高等溫淬火溫度。碳鋼等溫淬火溫度比普通淬火高碳鋼等溫淬火溫度比普通淬火高3080 3080 C C。等溫溫度等溫溫度一般一般Ms Ms +30 Ms Ms +30 C C等溫時間等溫時間取決于取決于B B轉(zhuǎn)變時間，一般不超過轉(zhuǎn)變時間，一般不超過1 1小時。小時。深冷處理深冷處理深冷處理為減少

49、殘余奧氏體量，將獲得馬氏體后的淬火工件繼續(xù)冷卻到為減少殘余奧氏體量，將獲得馬氏體后的淬火工件繼續(xù)冷卻到MMf f溫度（一般為零下溫度）。常用于溫度（一般為零下溫度）。常用于尺寸穩(wěn)定性尺寸穩(wěn)定性要求高的精密量具等的處理。要求高的精密量具等的處理。冷卻劑冷卻劑到達(dá)溫度到達(dá)溫度/ / C C冷卻劑冷卻劑到達(dá)溫度到達(dá)溫度/ / C C液氧液氧液氮液氮干冰干冰液化乙烷液化乙烷-182-182-196-196-78-78-88.5-88.5液化丙烷液化丙烷液氨液氨氟里昂氟里昂-12-12-42-42-33-33-29-29深冷處理常用冷卻介質(zhì)深冷處理常用冷卻介質(zhì)其他淬火方法1. 模壓淬火模壓淬火對薄板、片

50、狀零件、細(xì)長桿件，對薄板、片狀零件、細(xì)長桿件，可置于特定夾具或淬火壓床上壓緊，而后進(jìn)行可置于特定夾具或淬火壓床上壓緊，而后進(jìn)行淬火，可以有效減少變形。淬火，可以有效減少變形。2. 噴霧淬火噴霧淬火利用水霧冷卻工件進(jìn)行淬火。冷利用水霧冷卻工件進(jìn)行淬火。冷卻速度可以調(diào)節(jié)。卻速度可以調(diào)節(jié)。3. 噴射淬火噴射淬火適用于需局部硬化的工件。將淬適用于需局部硬化的工件。將淬火介質(zhì)噴射到特定部位進(jìn)行淬火?；鸾橘|(zhì)噴射到特定部位進(jìn)行淬火。回火回火回火將淬火鋼件加熱到將淬火鋼件加熱到AcAc1 1以下某一溫度，保溫一定時間后空冷的熱處理工藝。以下某一溫度，保溫一定時間后空冷的熱處理工藝。目的：降低脆性、減少內(nèi)應(yīng)力、

51、促進(jìn)不穩(wěn)定的淬火馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變。目的：降低脆性、減少內(nèi)應(yīng)力、促進(jìn)不穩(wěn)定的淬火馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變。淬火鋼回火過程組織變化：淬火鋼回火過程組織變化：MM分解，碳化物析出、聚集長大，殘余分解，碳化物析出、聚集長大，殘余A A轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變?；鼗鸫慊鸫慊鸹鼗鸹鼗瘃R氏體回火后硬度變化回火時間（回火時間（lg lg ）硬度（硬度（HRcHRc）回火溫度回火溫度T T比時間比時間 對硬對硬度下降更敏感。度下降更敏感。回火組織轉(zhuǎn)變1. 1.時效階段時效階段80100 80100 C C，C C原子向微觀缺陷處偏聚。原子向微觀缺陷處偏聚。2. 2.第一階段第一階段80170 80170 C C，析出，析

52、出 - -FeFe2323C C，MM碳含量降為碳含量降為0.25%0.25%，碳化物與基體（含碳，碳化物與基體（含碳0.25%M0.25%M，稱回火，稱回火MM）保持共格；對于含碳）保持共格；對于含碳 600 C低溫回火低溫回火中溫回火中溫回火高溫回火（調(diào)質(zhì)）高溫回火（調(diào)質(zhì)）回火溫度回火溫度150250 150250 C C350500 350500 C C500650 500650 C C組組 織織回火馬氏體（較低過飽和回火馬氏體（較低過飽和度的馬氏體度的馬氏體+ + - -碳化物）碳化物）+ +殘余奧氏體殘余奧氏體回火屈氏體：鐵素體回火屈氏體：鐵素體（保留（保留MM形態(tài)）形態(tài)）+ +細(xì)粒

53、狀細(xì)粒狀滲碳體（比滲碳體（比 - -碳化物粗）碳化物粗）回火索氏體：等軸晶粒鐵素回火索氏體：等軸晶粒鐵素體體+ +細(xì)粒狀滲碳體組成細(xì)粒狀滲碳體組成性能特征性能特征內(nèi)應(yīng)力和脆性降低、保持內(nèi)應(yīng)力和脆性降低、保持高硬度（高硬度（5862 HRc5862 HRc）和）和耐磨性耐磨性硬度硬度3545 HRc3545 HRc，彈性，彈性極限較高，有一定韌性極限較高，有一定韌性硬度硬度2535 HRc2535 HRc，具有良好，具有良好的綜合力學(xué)性能。的綜合力學(xué)性能。應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例具有高硬度的模具、量具、具有高硬度的模具、量具、工具工具彈簧鋼彈簧鋼軸、齒輪軸、齒輪回火工藝分類回火脆性回火脆性：回火后工件脆

54、性增大的現(xiàn)象?；鼗鸫嘈裕夯鼗鸷蠊ぜ嘈栽龃蟮默F(xiàn)象。第一類回火脆性第一類回火脆性250400 250400 C C之間出現(xiàn)的回火脆性（低溫回火脆性）之間出現(xiàn)的回火脆性（低溫回火脆性） 與回火后的冷卻速度無關(guān)；與回火后的冷卻速度無關(guān)； 不可逆性：出現(xiàn)這種脆性的工件，在更高的回火溫度回火時，脆性消失且不再出現(xiàn)；不可逆性：出現(xiàn)這種脆性的工件，在更高的回火溫度回火時，脆性消失且不再出現(xiàn)； 成因：低溫回火時碳化物析出形態(tài)不良（沿邊界析出）。成因：低溫回火時碳化物析出形態(tài)不良（沿邊界析出）。第二類回火脆性第二類回火脆性450600 450600 C C之間出現(xiàn)的回火脆性（高溫回火脆性）之間出現(xiàn)的回火脆性（高

55、溫回火脆性） 對回火后的冷卻速度敏感，快冷可以抑制其出現(xiàn)；對回火后的冷卻速度敏感，快冷可以抑制其出現(xiàn)； 可逆性：出現(xiàn)這種脆性的工件，重新回火快冷后，脆性消失，但再脆化處理后又出現(xiàn)；可逆性：出現(xiàn)這種脆性的工件，重新回火快冷后，脆性消失，但再脆化處理后又出現(xiàn)； 成因：成因：SbSb、SnSn、MnMn、CrCr、P P等雜質(zhì)元素向原始等雜質(zhì)元素向原始A A晶界偏聚。晶界偏聚。 MnMn、CrCr增加回火脆性傾向；增加回火脆性傾向；MoMo、WW抑制回火脆性傾向。抑制回火脆性傾向。 粗晶粒鋼容易出現(xiàn)回火脆性。粗晶粒鋼容易出現(xiàn)回火脆性。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變總結(jié)鋼的表面強(qiáng)化技術(shù)maxxrmaxrx軸類零件工作

56、時最大切應(yīng)力發(fā)生在表面。因此表面有高強(qiáng)度、高硬度，而軸類零件工作時最大切應(yīng)力發(fā)生在表面。因此表面有高強(qiáng)度、高硬度，而心部有良好的韌性。齒輪、機(jī)床導(dǎo)軌等要求表面耐磨損。心部有良好的韌性。齒輪、機(jī)床導(dǎo)軌等要求表面耐磨損。鋼的表面強(qiáng)化技術(shù)有：鋼的表面強(qiáng)化技術(shù)有：表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、接觸加熱、激光加熱表面淬火表面淬火：火焰加熱、感應(yīng)加熱、接觸加熱、激光加熱表面淬火表面化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金屬、表面合金化等表面化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲金屬、表面合金化等表面淬火表面加熱實現(xiàn)工件表面與心部巨大溫差的關(guān)鍵是加熱設(shè)備的大實現(xiàn)工件表面與心部巨大溫差的關(guān)鍵是加熱設(shè)備的大熱流密度

57、（熱流密度（ 100 W/cm100 W/cm2 2）?。?！表面快速加熱影響：表面快速加熱影響：1. 1. 相變臨界點相變臨界點2. 2. 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度3. 3. 奧氏體均勻化奧氏體均勻化4. 4. 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過冷奧氏體轉(zhuǎn)變5. 5. 回火轉(zhuǎn)變回火轉(zhuǎn)變表面淬火后組織性能距表面距離T距表面距離硬度MF+PAc3Ac1fAc1s?T距表面距離距表面距離硬度MPAc3Ac1fAc1s?共析鋼亞共析鋼硬化層深度距表面距離硬度(Hv)MS(Hv)HL硬化層深度(Hv)HL=0.8(Hv)MS硬度曲線確定硬化層深度硬度曲線確定硬化層深度硬度曲線測定：硬度曲線測定：維氏硬度（載荷：維氏硬度（載荷：1Kgf1Kgf）壓痕距表面不小于壓痕距表面不小于0.15 0.15 mmmm，壓痕之間距離，壓痕之間距離0.1 0.1 mmmm。硬化層深度小于硬化層深度小于0.3 mm0.3 mm時時采用小載荷。采用小載荷。表面淬火后性能 表面硬度表面硬度比普通淬火高比普通淬火高25 HRc25 HRc 耐磨性耐磨性高于普通淬火，但低于滲碳高于普通淬火，但低于滲碳 疲勞強(qiáng)度疲勞強(qiáng)度顯著提高。與表面殘余壓應(yīng)力有關(guān)。顯著提高。與表面殘余壓應(yīng)力有關(guān)。殘余壓應(yīng)力大，疲勞強(qiáng)度高，因此，存在一最佳硬化層深度。殘余壓應(yīng)力大，疲勞強(qiáng)度高，因此，存在一最佳硬化層深度。感應(yīng)加熱置于感應(yīng)圈內(nèi)工件