塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)課件

塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)

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《金屬材料基礎(chǔ)知識》主講曹新華塔里木油田分公司工程技術(shù)部2008.06塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)

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《金屬材1第一章概述1.1金屬材料的發(fā)展過程金屬材料的發(fā)展與人類社會的發(fā)展緊密聯(lián)系：人類社會歷史：從商周時期進入青銅器時代和鐵器時代。在本世紀(jì)初-50年代，材料的發(fā)展主要圍繞著機械制造業(yè)、軍事工業(yè)主要發(fā)展了以一般力學(xué)性能為主的金屬材料。50-60年代，壓力容器、艦船、結(jié)構(gòu)等向高強度方向發(fā)展更快，發(fā)展了高強度低合金鋼。60-70年代以后，由于航空、空間機械和動力機械的發(fā)展對材料提出了更苛刻的要求。如高溫、高壓、高的比強度和比模量等。工程用金屬材料主要應(yīng)用于機械制造、航空、航天、石油、化工、建筑和交通運輸?shù)炔块T。石油化工中主要用于鉆采設(shè)備、集輸管道，壓力容器、反應(yīng)器、塔器、換熱器、貯槽等。第一章概述1.1金屬材料的發(fā)展過程21.2金屬材料的分類1.2金屬材料的分類31.2.1黑色金屬、鋼和有色金屬

在介紹鋼的分類之前先簡單介紹一下黑色金屬、鋼與有色金屬的基本概念。

1）黑色金屬是指鐵和鐵的合金。如鋼、生鐵、鐵合金、鑄鐵等。鋼和生鐵都是以鐵為基礎(chǔ)，以碳為主要添加元素的合金，統(tǒng)稱為鐵碳合金。

生鐵是指把鐵礦石放到高爐中冶煉而成的產(chǎn)品，主要用來煉鋼和制造鑄件。

把鑄造生鐵放在熔鐵爐中熔煉，即得到鑄鐵（液狀），把液狀鑄鐵澆鑄成鑄件，這種鑄鐵叫鑄鐵件。

鐵合金是由鐵與硅、錳、鉻、鈦等元素組成的合金，鐵合金是煉鋼的原料之一，在煉鋼時做鋼的脫氧劑和合金元素添加劑用。1.2.1黑色金屬、鋼和有色金屬

在介紹鋼的分類之前42）把煉鋼用生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝熔煉，即得到鋼。鋼的產(chǎn)品有鋼錠、連鑄坯和直接鑄成各種鋼鑄件等。通常所講的鋼，一般是指軋制成各種鋼材的鋼。鋼多數(shù)屬于黑色金屬但不完全等于黑色金屬。

3）有色金屬又稱非鐵金屬，指除黑色金屬外的金屬和合金，如銅、錫、鉛、鋅、鋁以及黃銅、青銅、鋁合金和軸承合金等。另外在工業(yè)上還采用鉻、鎳、錳、鉬、鈷、釩、鎢、鈦等，這些金屬主要用作合金附加物，以改善金屬的性能，其中鎢、鈦、鉬等多用以生產(chǎn)刀具用的硬質(zhì)合金。以上這些有色金屬都稱為工業(yè)用金屬，此外還有貴重金屬：鉑、金、銀等和稀有金屬，包括放射性的鈾、鐳等。

2）把煉鋼用生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝熔煉，即得到鋼。鋼的51.2.2鋼的分類

鋼是含碳量在0.04%-2.03%之間的鐵碳合金。為了保證其韌性和塑性，含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類方法多種多樣，其主要方法有如下七種：1.2.2.1按品質(zhì)分類

（1）普通鋼（P≤0.045%，S≤0.050%）

（2）優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均≤0.035%）

（3）高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.030%，S≤0.025%）

（4）特級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.025%，S≤0.015%）1.2.2.2按化學(xué)成份分類

（1）碳素鋼：a.低碳鋼（C≤0.25%）；b.中碳鋼（C≤0.25~0.60%）；c.高碳鋼（C≤0.60%）。

（2）合金鋼：a.低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；b.中合金鋼（合金元素總含量＞5~10%）；c.高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。1.2.2.3按成形方法分類：鍛鋼；鑄鋼；熱軋鋼；冷拉鋼。

1.2.2鋼的分類

61.2.2.4按金相組織分類

(1)退火狀態(tài)的：a.亞共析鋼（鐵素體+珠光體）；b.共析鋼（珠光體）；c.過共析鋼（珠光體+滲碳體）；d.萊氏體鋼（珠光體+滲碳體）。

(2)正火狀態(tài)的：a.珠光體鋼；b.貝氏體鋼；c.馬氏體鋼；d.奧氏體鋼。

(3)無相變或部分發(fā)生相變的

1.2.2.4按金相組織分類

(1)退火狀態(tài)的：71.2.2.5按用途分類

(1)建筑及工程用鋼：a.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼；b.低合金結(jié)構(gòu)鋼；c.鋼筋鋼。

(2)結(jié)構(gòu)鋼

a.機械制造用鋼：(a)調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼；(b)表面硬化結(jié)構(gòu)鋼：包括滲碳鋼、滲氮鋼、表面淬火用鋼；(c)易切結(jié)構(gòu)鋼；(d)冷塑性成形用鋼：包括冷沖壓用鋼、冷鐓用鋼。

b.彈簧鋼

c.軸承鋼

(3)工具鋼：a.碳素工具鋼；b.合金工具鋼；c.高速工具鋼。

(4)特殊性能鋼：a.不銹耐酸鋼；b.耐熱鋼：包括抗氧化鋼、熱強鋼、氣閥鋼；c.電熱合金鋼；d.耐磨鋼；e.低溫用鋼；f.電工用鋼。

(5)專業(yè)用鋼——如橋梁用鋼、船舶用鋼、鍋爐用鋼、壓力容器用鋼、農(nóng)機用鋼等。

1.2.2.5按用途分類

(1)建筑及工程用鋼81.2.2.6綜合分類(1)普通鋼

a.碳素結(jié)構(gòu)鋼：b.低合金結(jié)構(gòu)鋼

c.特定用途的普通結(jié)構(gòu)鋼

(2)優(yōu)質(zhì)鋼（包括高級優(yōu)質(zhì)鋼）

a.結(jié)構(gòu)鋼：(a)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；(b)合金結(jié)構(gòu)鋼；(c)彈簧鋼；(d)易切鋼；(e)軸承鋼；(f)特定用途優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。

b.工具鋼：(a)碳素工具鋼；(b)合金工具鋼；(c)高速工具鋼。

c.特殊性能鋼：(a)不銹耐酸鋼；(b)耐熱鋼；(c)電熱合金鋼；(d)電工用鋼；(e)高錳耐磨鋼。

1.2.2.6綜合分類91.2.2.7按冶煉方法分類

(1)按爐種分

a.平爐鋼：(a)酸性平爐鋼；(b)堿性平爐鋼。

b.轉(zhuǎn)爐鋼：(a)酸性轉(zhuǎn)爐鋼；(b)堿性轉(zhuǎn)爐鋼?；?a)底吹轉(zhuǎn)爐鋼；(b)側(cè)吹轉(zhuǎn)爐鋼；(c)頂吹轉(zhuǎn)爐鋼。

c.電爐鋼：(a)電弧爐鋼；(b)電渣爐鋼；(c)感應(yīng)爐鋼；(d)真空自耗爐鋼；(e)電子束爐鋼。

(2)按脫氧程度和澆注制度分

a.沸騰鋼；b.半鎮(zhèn)靜鋼；c.鎮(zhèn)靜鋼；d.特殊鎮(zhèn)靜鋼。1.2.2.7按冶煉方法分類

(1)按爐種分

101.3金屬材料性能與化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系

材料的所有性能都是其化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)在一定外界因素（載荷性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、工作溫度和環(huán)境介質(zhì)）作用下的綜合反映。材料的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)是其力學(xué)性能的內(nèi)部依據(jù)，而力學(xué)性能則是具有一定化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的外部表現(xiàn)。鋼的化學(xué)成分是組織結(jié)構(gòu)的主要決定因素之一?；瘜W(xué)成分一定時，可以通過不同的熱處理工藝改變材料的組織結(jié)構(gòu)，而導(dǎo)致材料在力學(xué)性能上有較大的差異。1.3金屬材料性能與化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)的關(guān)系111.4選擇材料需考慮的因素

在零構(gòu)件及鉆采用具設(shè)計中，正確地選擇結(jié)構(gòu)材料對于保證構(gòu)件的結(jié)構(gòu)合理、安全使用和降低制造成本是至關(guān)重要的。材料的選擇必須要考慮到許多因素，以鉆采用具為例盡管工藝系統(tǒng)設(shè)計人員負(fù)責(zé)推薦選用于工藝條件的、即具有良好強度、韌性、耐腐蝕性能的材料。但作為專業(yè)的設(shè)計人員，除應(yīng)了解材料的上述性能外，還必須知道：材料應(yīng)具有良好的可加工工藝性能，應(yīng)選擇適合于工藝和機械兩方面要求的最經(jīng)濟的材料．這些材料應(yīng)該是在整個設(shè)備工作壽命期限里，考慮到使用安全、維護、更新等因素在內(nèi)的成本最低的材料。1.4選擇材料需考慮的因素12選擇結(jié)構(gòu)材料時，主要需考慮的因素包括：使用性能工藝性能選擇結(jié)構(gòu)材料時，主要需考慮的因素包括：使用性能工藝性能131.4.1使用性能1.4.1.1力學(xué)性能金屬材料在一定的溫度條件和受外力作用下，抵抗變形、斷裂的能力稱材料的力學(xué)性能又稱為機械性能。主要有四大指標(biāo)：強度指標(biāo)：抗拉強度屈服強度：（疲勞強度、屈強比）1.4.1使用性能14塑性指標(biāo)硬度指標(biāo)韌性指標(biāo)塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)151）強度指標(biāo)根據(jù)載荷作用方式不同，強度可分為：抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度和抗扭強度等。

將規(guī)定尺寸的試棒在拉伸實驗機上進行靜拉伸實驗，以測定該試件對外力載荷的抗力，可求強度指標(biāo)和塑性指標(biāo)?？估瓘姸龋?/p>

抗拉強度是材料的主要強度指標(biāo)之一，它是材料在拉伸受力過程中，從開始加載至斷裂所能承受的最大應(yīng)力，是決定材料許用應(yīng)力的主要依據(jù)之一。在GB228“金屬拉伸試驗方法”中給出了抗拉強度的定義和試驗方法。

外力（應(yīng)力1）強度指標(biāo)外力（應(yīng)力16屈服強度：屈服強度（屈服點）是指呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料，在所加外載荷不再增加（保持恒定），而材料仍繼續(xù)伸長變形時所對應(yīng)的應(yīng)力。對于在鉆具制造行業(yè)中通常使用的材料，規(guī)定以殘余伸長率為0．2％時的應(yīng)力作為決定材料許用應(yīng)力時的屈服點。GB228中給出了試驗方法。屈服強度：17屈強比：屈服強度與抗拉強度之比稱為屈強比。比值越大越能發(fā)揮材料的潛力，減少自重，但可靠性能下降，因兩值較接近，材料在斷裂前的塑性“儲備”較少，安全裕度較小。屈強比越小，結(jié)構(gòu)的可靠性越高，為保證安全，一般比值在0.65～0.75之間，高屈強比可省材料但對應(yīng)力集中較敏感，抗疲勞性能較差，所以對大于0.8要慎重處理。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)182）塑性指標(biāo)塑性：是指金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生最大塑性變形而不破壞的能力。①伸長率：δ=試樣受拉力斷裂后，總伸長量與原始長度的比值的百分率稱為伸長率（延伸率）。L0：試件原始標(biāo)距長度L1：試件拉斷后標(biāo)距長度長試樣或表示，=10d短試樣表示，=5d為了防止采用屈強比太高的鋼材，對鉆具用鋼的延伸率規(guī)定不得小于13%，以此來限定屈強比。2）塑性指標(biāo)19②斷（截）面收縮率Ψ（%）試樣受拉力斷裂后，試樣截面的縮減量與原截面之比的百分率稱為斷面收縮率。ψ=×100%A0：拉伸前原始截面A1：拉斷后細(xì)頸處，最小截面積斷面收縮率不受試件標(biāo)距長度的影響（無長短之分），對于鉆具材料一般要求30~40%。伸長率和斷面收縮率表明材料在靜態(tài)或緩慢拉伸應(yīng)力作用下的韌性，良好的塑性即可使材料冷壓成型性好，重要的受壓零件可防止超載時發(fā)生脆性斷裂，但對塑性的要求有一定限度并非越大越好。②斷（截）面收縮率Ψ（%）203）硬度指標(biāo)硬度：指金屬材料抵抗硬物壓入表面的能力(耐磨性)。常用的硬度測定方法都是用一定載荷（壓力）把一定的壓頭壓在金屬材料表面，然后測定壓痕面積或深度來確定硬度值，壓痕愈大愈深則硬度愈低。它是表征材料的彈性、塑性、形變強化率，強度、韌性等一系列不同物理量的組合的一種綜合性能指標(biāo)。①布氏硬度HB=P/A在直徑為D的淬火鋼球上施加壓力P，使鋼球壓入被測金屬表面，并留下壓痕，載荷P與壓痕表面積之比稱為布氏硬度。P：壓力載荷（N）A：壓痕表面積（㎜）

D：鋼球直徑d：壓痕直徑為了避免壓痕面積計算的麻煩，專門制定了壓痕直徑與HB值的對照表。在布氏硬度實驗時，鋼球直徑D，壓力P和力保持時間應(yīng)根據(jù)不同的金屬材料和厚度選定3）硬度指標(biāo)21的比值不同，不能直接進行比較。分為30、10、25三種；壓痕直徑d應(yīng)在0.25D＜d＜0.6D范圍內(nèi)。HB＞450不能用淬火鋼球測量布氏硬度。硬度與強度的關(guān)系：經(jīng)驗公式：低碳鋼高碳鋼布氏硬度一般不標(biāo)出單位，硬度值越高表示材料越硬。表示方法：HBS淬火鋼球≤450HB，HBW合金鋼球≤650HB的比值不同，不能直接進行比較。22②洛氏硬度HR洛氏硬度時采用測量壓痕深度來確定硬度值的實驗方法。實驗：錐角為120°的金剛石圓錐或直徑為1.588㎜（1/16英寸）的淬火鋼球負(fù)載先后兩次施加，先加100N初載，再加主載荷，按照壓頭種類和總實驗力的大小組成三種洛氏值。洛氏硬度及應(yīng)用范圍標(biāo)度壓頭總負(fù)荷（N）測量范圍HRA120°圓錐60075~85HRB1.588㎜鋼球100025~100HRC120°全鋼圓錐150020~67②洛氏硬度HR標(biāo)度壓頭總負(fù)荷（N）測量范圍HRA23③維氏硬度HV使用金剛石正四棱錐體為了滿足從軟到硬有一個連續(xù)一致的硬度標(biāo)度，需要采用維氏硬度HV：是以負(fù)荷除以壓痕表面積所得的商。測出兩對角線平均長度（d）㎜。然后查表或代入公式確定硬度值。采用正棱角錐體金剛石壓頭，實驗壓力從10～1000N選用。還有顯微硬度選更小的壓力測出金相組織中不同相的硬度，焊縫熱影響區(qū)硬度等。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)24④里氏硬度HL裝有一碳化鎢沖擊測頭在一定高度下沖擊試件表面測出沖擊測頭距試樣表面1㎜處的沖擊速度和回跳速度。利用電磁感應(yīng)原理中速度與電壓成正比的關(guān)系。則HL=1000×里氏硬度實驗結(jié)果表示方法：在HL里氏硬度符號前給出硬度數(shù)值，在HL后給出沖擊裝置類型。例：700HLD表示D型沖擊裝置測定的對于換算成其他硬度則在HL前，相應(yīng)的硬度符號例如：HB120HLD；400HVHLD；沖擊裝置類型D、DC、G、C型。主要是沖擊體質(zhì)量不同，沖擊能量不同，測試范圍不同。VB：測頭回跳速度VA：沖擊速度④里氏硬度HLVB：測頭回跳速度254）韌性指標(biāo)韌性：金屬在斷裂前吸收變形能量的能力稱為韌性指標(biāo)。

①沖擊韌性：金屬材料在沖擊載荷作用下，抵抗破壞的能力或者說斷裂時吸收沖擊功的能量大小，它表示材料對沖擊負(fù)荷的抗力。計算公式：a=單位（1J=1N.m）AK：沖擊功（沖斷試樣所消耗的功）F：試樣缺口處的截面積目前均采用沖擊吸收功AKV表示，單位J。試樣：V型缺口：AKV表示，V型缺口在鉆具的檢驗中應(yīng)用較多。U型缺口：時效沖擊時用時效沖擊將試件拉伸殘余變形10%（低碳鋼），5%（低合金鋼）后加熱250°10℃保溫一小時后再作沖擊，試驗采用U型缺口，得出a時效沖擊值。4）韌性指標(biāo)26②斷裂韌度由于在高強度材料中時常發(fā)生低應(yīng)力脆性斷裂。實際上材料遠非是均勻的、連續(xù)的各向同性的，其組織中存在微裂紋、夾雜、氣孔等缺陷均可看作是裂紋，在外力作用下，在裂紋尖端附近便出現(xiàn)應(yīng)力集中，根據(jù)斷裂力學(xué)對裂紋尖端應(yīng)力場的分析，應(yīng)力場的強弱主要取決與一個力學(xué)參數(shù)——應(yīng)力強度因子KI

KI=YY—無量鋼系數(shù)與裂紋形狀、加載方式試樣尺寸有關(guān)：外加拉應(yīng)力（MPa）a：裂紋長度的一半（m）當(dāng)拉應(yīng)力逐漸增大或裂紋逐漸擴展時，KI也隨之增大，當(dāng)KI增大到某一臨界值時，試樣中的裂紋會突然失穩(wěn)擴展，導(dǎo)致斷裂。這個臨界值稱為該材料的斷裂韌度用KIC表示。②斷裂韌度27斷裂韌度是用來反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展，即抵抗脆性斷裂的指標(biāo)。當(dāng)KI

＜

KIC時，裂紋擴展很慢或不擴展；當(dāng)KI

≥

KIC時，則材料發(fā)生失穩(wěn)脆斷。斷裂韌度是材料固有的力學(xué)性能指標(biāo)，是強度和韌性的綜合體現(xiàn)，主要取決于材料的成分，內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，與裂紋的大小、形狀、外加應(yīng)力等無關(guān)，通過實驗測定的。斷裂韌度是用來反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展，即抵抗脆性斷裂的指標(biāo)28③彎曲實驗是焊接接頭力學(xué)性能實驗的主要項目，焊接工藝評定和產(chǎn)品焊接試板都要進行彎曲實驗。方法：將試樣放在支座上，用一定直徑的壓頭壓下，使試樣彎曲至一定角度。焊接方法、材料不同而取180°（100°）90°（50°）評定是以不出現(xiàn)長度大于一定尺寸的裂紋或缺陷為合格。分面、背、側(cè)彎。③彎曲實驗295）剛度——彈性模量剛度是結(jié)構(gòu)抗彎曲和翹曲的能力，是度量構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)受力時變形大小的因素之一，它與材料的彈性模量和結(jié)構(gòu)元件的截面形狀（截面慣性矩）有關(guān)。

彈性模量是材料在彈性極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。

應(yīng)力（單位面積材料抵抗變形的力）應(yīng)變（單位長度的變形量）

5）剛度——彈性模量306）抗疲勞性能——疲勞極限材料或元件在交變應(yīng)力（隨時間作周期性改變的應(yīng)力）作用下，經(jīng)過一段時期后，在內(nèi)部缺陷或應(yīng)力集中的部位，局部產(chǎn)生細(xì)微的裂紋，裂紋逐漸擴展以致在應(yīng)力遠小于屈服點或強度極限的情況下，突然發(fā)生脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。疲勞極限即材料承受近無限次應(yīng)力循環(huán)，而不破壞的最大應(yīng)力值。6）抗疲勞性能——疲勞極限31幾種鉆具常用材料的力學(xué)性能GB-T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)材料牌號（SNCM）淬火溫度℃冷卻介質(zhì)回火溫度℃冷卻介質(zhì)σbMPaσsMPaδs%ψ%AKJHB（退火或高溫回火供應(yīng)狀態(tài)）35CrMo（4135）850油550水/油98083512456322942CrMo（4145）850油560水/油108093012456321740CrMnMo（4140）850油550水/油98078510456321740CrNiMoA（4340）850油600水/油980835125578269幾種鉆具常用材料的力學(xué)性能材料牌號淬火溫度℃冷卻介質(zhì)回火32幾種鉆具常用材料的化學(xué)成分GB-T3077-1999《合金結(jié)構(gòu)鋼》標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)材料牌號（SNCM）CSiMnCrMoNi35CrMo（4135）0.32～0.400.17～0.370.40～0.700.80～1.100.15～0.2542CrMo（4145）0.38～0.450.17～0.370.50～0.800.90～1.200.15～0.2540CrMnMo（4140）0.37～0.450.17～0.370.90～1.200.90～1.200.20～0.3040CrNiMoA（4340）0.37～0.440.17～0.370.50～0.800.60～0.900.15～0.251.25～1.65幾種鉆具常用材料的化學(xué)成分材料牌號CSiMnCrMoN331.4.1.2物理性能

特殊性能：如導(dǎo)熱性、非磁性、硬化性能。1.4.1.3化學(xué)性能

耐腐蝕性能；抗氧化性能；耐高溫性能等。1.4.2工藝性能1.4.2.1可鍛性

金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不開裂的能力。1.4.2.2鑄造性

是指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能。主要包括流動性：充滿鑄模能力主要受金屬化學(xué)成份和澆注溫度等的影響。收縮性：鑄件在凝固和冷卻過程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮性。偏析傾向：金屬凝固后，內(nèi)部化學(xué)成分和組織的不均勻現(xiàn)象稱為偏析。。1.4.1.2物理性能

特殊性能：如導(dǎo)熱性、非磁341.4.2.3可焊性是指金屬材料通過加熱或加熱和加壓的焊接方法，把兩種或兩種以上的金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。1.4.2.4沖壓性金屬材料承受沖壓變形加工而不變形的能力。在常溫進行沖壓叫冷沖壓。檢驗方法用杯突實驗進行。1.4.2.5機加工性切削加工金屬材料的難易程度稱為機加工性能。影響因素：加工性與金屬材料的化學(xué)成分，硬度，韌性，導(dǎo)熱性，金相組織和加工硬化能力等因素有關(guān)。1.4.2.6熱處理工藝性能通過對鋼材加熱和保溫得到奧氏體、通過不同方式的冷卻得到不同組織的性能和難易程度。1.4.2.3可焊性35第二章金屬的結(jié)晶與合金的構(gòu)造

2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)我們把內(nèi)部原子是規(guī)則排列的物質(zhì)稱為晶體，凡是晶體都具有規(guī)則的外形、一定的熔點。那么內(nèi)部原子是如何按規(guī)則進行排列的，它們排列的方式有哪些種類，就是我們要研究的晶體結(jié)構(gòu)。2.1.1晶體與非晶體晶體：凡原子呈有序、有規(guī)則排列的物質(zhì)，金屬的固態(tài)、金剛石、明礬晶體等。非晶體：在物質(zhì)內(nèi)部，凡原子呈無序堆積狀況的，稱為非晶體。如：普通玻璃、松香、樹脂、瀝青等。性能：晶體有固定的熔、沸點，呈各向異性，非晶體沒有固定熔點，而且表現(xiàn)為各向同性。第二章金屬的結(jié)晶與合金的構(gòu)造2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)362.1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)

晶體有規(guī)則的原子排列，主要是由于各原子之間的相互吸引力與排斥力相平衡。為了便于說明和分析各種晶體的原子排列規(guī)律，把原子看成一個點，并用假想的直線將各點連接起來，這樣就構(gòu)成了一個假想的空間格子。2.1.2.1晶格和晶胞表示原子在晶體中排列規(guī)律的空間格架叫做晶格。能完整地反映晶格特征的最小幾何單元，稱為晶胞。2.1.2金屬的晶體結(jié)構(gòu)372.1.2.2晶面和晶向在晶體中由一系列原子組成的平面，稱為晶面。通過兩個或兩個以上原子中心的直線，可代表晶格空間排列的一定方向，稱為晶向。2.1.2.3晶格常數(shù)即晶胞三邊長度：a、b、c，以埃為單位。1?(埃)=10ˉ8cm=0.1nm(納米)2.1.2.2晶面和晶向38。2.1.3金屬晶格的類型

2.1.3.1體心立方晶格它的晶胞是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體的中心。如：Cr、V、W、Mo，α-Fe。2.1.3.2面心立方晶格它的晶胞也是一個立方體，原子位于立方體的八個頂角上和立方體六個面的中心。如：鋁Al、Cu、Pb、Ni，γ-Fe。2.1.3.3密排六方晶格它的晶胞是一個正六棱柱體，原子排列在柱體的每個頂角上和上、下底面的中心，另外三個原子排列在柱體內(nèi)。屬于這種晶格類型的金屬有Mg、Be、Cd、Zn，等。

。2.1.3金屬晶格的類型

392.1.3.4反映金屬晶體排列緊密的參數(shù)

晶格的致密度：晶胞中所包含的原子所占有的體積與該晶胞體積之比。

配位數(shù)：晶格中任一原子周圍所緊鄰的最近且等距離的原子數(shù)。晶格類型配位數(shù)致密度體心立方80.68面心立方120.74密排六方120.742.1.3.4反映金屬晶體排列緊密的參數(shù)

晶格類型配位數(shù)402.1.4實際金屬的結(jié)構(gòu)

2.1.4.1單晶體具有一致晶向的晶體叫單晶體。例如單晶硅：由于各方向上的原子密度不同所以呈現(xiàn)物理化學(xué)力性性能各向異性。2.1.4.2多晶體由許多不同晶向的晶粒組成的晶體稱多晶體。多晶體中每個晶粒內(nèi)部的原子排列次序一樣，但不同晶粒的晶體位向不同。由于多晶體是由許多不同位向的晶粒所組成，各晶粒的有向性互相抵消，所以多晶體呈現(xiàn)的是“無向性”又稱“偽各向同性”。2.1.4實際金屬的結(jié)構(gòu)412.1.4.3晶界在多晶體中晶粒和晶粒之間的交界稱為晶界。晶界是兩個位向不同的晶粒的過度區(qū)，所以在晶界處的原子排列不整齊，造成了晶格的畸變（即晶格常數(shù)發(fā)生了改變）并常有雜質(zhì)存在，所以晶界處熔點偏低（化學(xué)能高）易受侵蝕（金相原理）。2.1.4.3晶界422.1.4.4晶體的缺陷a.點缺陷——空位和間隙原子、置代原子引起晶格的畸變，使其金屬的屈服點和抗拉強度增高（所以熱處理有滲C、N等工藝）。b.面缺陷——位錯若有一列或若干列原子發(fā)生了某種有規(guī)律的錯排稱為位錯。分為：刃型位錯和螺型位錯，位錯的存在使金屬容易塑性變形，但使強度降低，位錯附近晶格發(fā)生畸變。位錯會動、位錯的密度和運動對金屬的塑性、強度、相變、疲勞、腐蝕等起重要作用，所以位錯理論是當(dāng)今研究金屬學(xué)的重要領(lǐng)域。2.1.4.4晶體的缺陷432.2金屬的結(jié)晶2.2.1

結(jié)晶

液態(tài)金屬冷卻至凝固溫度時，金屬原子例由無規(guī)則運動狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘匆欢◣缀涡螤钭饔行蚺帕械臓顟B(tài)，這種由液態(tài)金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程稱為金屬的結(jié)晶。冷卻曲線

過冷現(xiàn)象：實際上有較快的冷卻速度。

過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差，過冷度。

2.2金屬的結(jié)晶442.2.2

結(jié)晶過程不斷產(chǎn)生晶核和晶核長大的過程。外形不規(guī)則而內(nèi)部原子排列規(guī)則的小晶體稱為晶粒。晶粒與晶粒之間的分界面稱為晶界。2.2.3

金屬結(jié)晶后晶粒大小

一般來說，晶粒越細(xì)小，材料的強度和硬度越高，塑性韌性越好。細(xì)化晶粒的方法：

（1）

增大過冷度，增加晶核數(shù)量；（2）

加入不熔物質(zhì)作為人工晶核；

（3）

機械振動、超聲波振動和電磁振動。

2.2.2

結(jié)晶過程452.3金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變金屬在固態(tài)下，隨溫度的改變有一種晶格轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪痪Ц竦默F(xiàn)象稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。具有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的金屬有：鐵、鈷、鈦、錫、錳等。同一金屬的同素異構(gòu)晶體按其穩(wěn)定存在的溫度，由低溫到高溫依次用希臘字母α，β，γ，δ等表示。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變式：1535℃1390℃910℃液體———δ－Fe————γ－Fe————α－Fe體心立方晶格面心立方晶格體心立方晶格2.3金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變46塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)47金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程有許多相似之處：1）有一定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時有過冷現(xiàn)象；放出和吸收潛熱；轉(zhuǎn)變過程也是一個形核和晶核長大的過程。2）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變屬于固態(tài)相變，有本身的特點：新晶格的晶核優(yōu)先在原來晶粒的晶界處形成；轉(zhuǎn)變需要較大的過冷度；晶核的變化伴隨金屬體積的變化，轉(zhuǎn)變時產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。例如：γ－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)棣粒璅e時，鐵的體積會膨脹約1％，這是鋼熱處理時引起應(yīng)力，導(dǎo)致工件變形和開裂的重要原因。金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程有許多相似之處：482.4合金的晶體結(jié)構(gòu)純金屬一般強度低，工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的金屬材料都是合金，碳鋼，合金鋼，鑄鐵，鋁鎂合金。2.4.1合金概念

由兩種或兩種以上的金屬元素與非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)稱為合金。2.4.2合金結(jié)構(gòu)組織：是顯微鏡尺度上的晶粒尺寸、形狀，組成物的特點。結(jié)構(gòu)：是原子尺度上的，是用X射線衍射分析的點陣結(jié)構(gòu)。由于鐵和碳之間相互作用的不同，使鐵碳合金的相結(jié)構(gòu)有兩大類及混合物。2.4合金的晶體結(jié)構(gòu)491）固溶體

指溶質(zhì)的原子溶入溶劑原子的晶格中或取代了些某溶劑原子的位置，而仍保持溶劑原子晶格類型的一種成分和性能均勻的固態(tài)合金。

如鐵素體是碳在固溶體中的混合物。2）金屬化合物

合金組元間按一定的原子數(shù)量之比，相互化合而成的一種具有金屬特性的新相，稱為金屬化合物。如Fe3C（滲碳體）

按組織分：機械混合物

由兩種或兩種以上的相機械地混合在一起而組成的一種多相組織。

珠光體（P），它是F+Fe3c的機械混合物萊氏體（Ld），它是Fe3c和P的機械混合物（在鑄鐵中）1）固溶體

指溶質(zhì)的原子溶入溶劑原子的晶格中或取代了些某溶50第三章鐵碳合金與鐵碳合金相圖3.1

鐵碳合金的基本組織3.1.1

鐵素體

碳與α-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用F表示。鐵素體仍具有體心立方晶格，碳與鐵形成間隙固溶體。溶C能力差，727℃最大溶C，0.02%，室溫可溶C，0.006%，所以與純鐵沒有明顯區(qū)別，所以鐵素體強度、硬度低而塑性、韌性好。第三章鐵碳合金與鐵碳合金相圖3.1

鐵碳合金的基本組織51塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)523.1.2

奧氏體

碳與γ-Fe中形成的間隙固溶體稱為鐵素體，用A表示。高溫組織，在大于727℃時存在。塑性好，強度和硬度高于F，在鍛造、軋制時常要加熱到A，提高塑性，易于加工。

碳位于面心立方體的中心（此處間隙比鐵素體大）所以溶碳能力大，在727℃可溶0.8%，在1147℃最大為2.06%，奧氏體沒有磁性因為是面心立方塑性好，所以是鍛造軋制選擇的溫度范圍。3.1.2

奧氏體

53塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)543.1.3

滲碳體鐵和碳形成化合物Fe3c稱為滲碳體。具有復(fù)雜斜方晶格，不發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，含碳為6.67%，熔點1227℃，硬度很高，耐磨，很脆，塑性幾乎為零、不能單獨使用。Fe3c是鋼中的強化相，它的數(shù)量、形狀、分布對鋼材的機械性能影響很大，在鋼和鑄鐵中可呈片狀、球狀、網(wǎng)狀等分布。在一定條件下可分解：Fe3c3Fe+C（石墨）這就是高溫下某些材料有時會出現(xiàn)的石墨化問題。

3.1.3

滲碳體553.1.4

珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體兩者組成的機械混和物。其平均含碳量為0.8%（0.77%）常溫下的珠光體內(nèi)鐵素體約占88%而滲碳體占12%，金相照片可見是由片狀鐵素體和片狀滲碳體一層層交替分布的。由于珠光體是由硬而脆的滲碳體與軟而韌的鐵素體相間組成的機械混合物，因此其性能介于兩者之間。因此珠光體的比例、分散度、珠光體的形狀對其力學(xué)性能起著決定性的作用。3.1.4

珠光體56塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)57例：20#鋼珠光體的比例大約26%，而45#鋼占58%（珠光體的片層細(xì)小，珠光體的球化等等）。20#鋼45#鋼例：20#鋼珠光體的比例大約26%，而45#鋼占58%（珠光583.1.5

萊氏體①概念：是含碳量為4.3%的液態(tài)鐵碳合金在1148℃時從液體上中間結(jié)晶出的奧氏體和滲碳體的混合物。②符號：Ld（高溫萊氏體，溫度＞727℃）由于奧氏體在727℃時轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成叫低溫萊氏體。L’d表示③溶碳能力：C=4.3%④性能特點：硬度很高，塑性很差。F、A、Fe3C是單相組織，稱鐵碳合金的基本相。P、Ld是由基本相混合組成的多相組織。3.1.5

萊氏體59名稱符號結(jié)合類型晶格類型奧氏體A碳溶于中的固溶體面心立方鐵素體F或碳溶于中的間隙固溶體體心立方滲碳體Fe3C鐵和碳的金屬化合物復(fù)雜斜方珠光體P鐵素體和滲碳體的機械混合物名稱符號結(jié)合類型晶格類型奧氏體A碳溶于603.2

鐵碳合金狀態(tài)圖

用來表示在平衡狀態(tài)下，不同含碳量的鐵碳合金在不同溫度下所處的狀態(tài)，晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織特征的圖稱為鐵碳合金狀態(tài)圖（又叫鐵碳平衡圖）。利用合金狀態(tài)圖可以全面了解不同成分的鐵碳合金在不同溫度下處于什么狀態(tài)，組織結(jié)構(gòu)等，它是制定熔鑄、鍛造、熱處理工藝的重要依據(jù)，也是分析合金組織研究相變規(guī)律的工具。3.2

鐵碳合金狀態(tài)圖61塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)623.2.1

狀態(tài)圖主要點線

主要點：

3.2.1

狀態(tài)圖主要點線

主要點：63主要線：

ABCD線

液相線，液相冷卻至此開始析出，加熱至此全部轉(zhuǎn)化。

AHJECF線。

固相線，液態(tài)合金至此線全部結(jié)晶為固相，加熱至此開始轉(zhuǎn)化。

GS線

A3線，A開始析出F的轉(zhuǎn)變線，加熱時F全部溶入A。主要線：

ABCD線

液相線，液相冷卻至此開始析64ES線

Acm線，C在A中溶解度曲線

ECF線

共晶線，含C量2.11-6.69%至此發(fā)生共晶反應(yīng)，結(jié)晶出A與Fe3C混合物，萊氏體。

PSK線

共析線，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反應(yīng)，產(chǎn)生出珠光體。ES線

Acm線，C在A中溶解度曲線

ECF線

653.2.2

鐵碳合金分類3.2.2.1鋼含C量0.0218～2.11%

共析鋼

含C量0.77%S點P

亞共析鋼0.0218≤0.77%S點以左F+P過共析鋼0.77≥2.11%S點以右Fe3c+P3.2.2.2

白口鑄鐵2.11-6.69%

共晶白口鑄鐵

4.3%

亞共晶白口鑄鐵

2.11-4.3%

過共晶白口鑄鐵

4.3-6.69%

3.2.2

鐵碳合金分類663.2.3典型鐵碳合金的結(jié)晶過程

共析鋼：（C=0.77%）合金I：①②③室溫亞共析鋼：（0.0218%＜C＜0.77%）合金II：①②③④室溫3.2.3典型鐵碳合金的結(jié)晶過程67過共析鋼：（0.77%＜C＜2.11%）合金III：①②③④室溫

共晶白口鑄鐵：（C=4.3%）合金IV：①②室溫過共析鋼：（0.77%＜C＜2.11%）683.2.4

鐵碳合金相圖的用途3.2.4.1作為選用鋼材料的依據(jù)：如制造要求塑性、韌性好，而強度不太高的構(gòu)件，則應(yīng)選用含碳量較低的鋼；要求強度、塑性和韌性等綜合性較好的構(gòu)件，則選用含碳量適中的鋼，各種工具要求硬度高及耐性好，則應(yīng)選用含碳量較高的鋼。3.2.4

鐵碳合金相圖的用途693.2.4.2制定鑄、鍛和熱處理等熱加工工藝的依據(jù)

在鑄造方面：

選擇合適的澆鑄溫度，流動性好在煅造方面：

選擇合適的溫度區(qū)，奧氏體區(qū)在熱處理方面：

選擇合適的退火、正火、淬火等工藝參數(shù)3.2.4.3分析合金組織研究相變規(guī)律的工具

3.2.4.2制定鑄、鍛和熱處理等熱加工工藝的依據(jù)703.2.5碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響3.2.5.1含碳量對平衡組織的影響

室溫下，鐵碳合金均由a+Fe3C兩相組成。

隨含碳量不同，可分為七個典型組織區(qū)。3.2.5碳對鐵碳合金平衡組織和性能的影響71塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)723.2.5.2含碳量對機械性能的影響珠光體P：為F+Fe3C的混合物，呈層片狀，由于Fe3C的強化作用，珠光體性能較好。亞共析鋼：由F+P組成，隨碳量增加，珠光體量增加，強度性能提高。過共析鋼：P+Fe3C(II)組成，當(dāng)含碳量<1%，F(xiàn)e3C(II)斷續(xù)分布在晶界處，強度提高；當(dāng)含碳量>1%，F(xiàn)e3C(II)呈網(wǎng)狀分布在晶界處，強度性能下降。萊氏體、Fe3C硬而脆沒有使用價值。含碳量越高，鋼的強度和硬度越高，而塑性和韌性越低。3.2.5.2含碳量對機械性能的影響73塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)743.3鋼的合金化在鐵碳合金中加入合金元素則Fe-Fe3c相圖將發(fā)生顯著的變化，包括引起固溶體晶格的畸變起固溶強化作用，對S、E點的影響，對C曲線的影響，對回火脆性、氫脆等的影響。按照合金元素與碳的親和力強弱，劃分為：弱碳化物形成元素：Ｍn中強碳化物形成元素:Cr、Mo、W強碳化物形成元素:V、Nb、Ti3.3鋼的合金化75按對鋼的臨界點的影響劃分為兩大類擴大鐵相區(qū)的：Ｍn、Ni、N、CnNi和Ｍn使A3線急劇降低，當(dāng)達30%時就可得到室溫下單相金屬奧氏體組織。

縮小鐵相區(qū)：Cr、Mo、Ti、Si升高A3線，從而縮小奧氏體區(qū)的存在范圍當(dāng)加入一定量后使A3、A4重合從而使A相區(qū)封閉，始終是鐵素體稱鐵素體合金：Cr17、Cr17Ti、Cr28等。按對鋼的臨界點的影響劃分為兩大類76第四章鋼的熱處理改善鋼的性能，主要有兩個途徑：

（1）

調(diào)整鋼的化學(xué)成分，加入合金元素

（2）

鋼的熱處理，改變組織結(jié)構(gòu)

熱處理：通過加熱，保溫，冷卻等操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種加工工藝。第四章鋼的熱處理改善鋼的性能，主要有兩個途徑：

（1）77分類：普通熱處理：退火、正火、淬火、回火。

表面熱處理：表面淬火（火焰加熱、感應(yīng)加熱），化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、碳氮共滲）。分類：784.1

鋼熱處理的基本原理加熱或冷卻時鋼組織結(jié)構(gòu)將會發(fā)生變化。4.1.1

鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變

A1，A3，Acm是反映不同含碳量的鋼在緩慢加熱和冷卻時的相變溫度（平衡臨界點）。實際生產(chǎn)中，加熱和冷卻速度不可能很慢，總有過冷和過熱現(xiàn)象。加熱和冷卻速度越大，相變溫度偏離平衡臨界點的程度也越大，即過冷度和過熱度越大。通常用Ac1，Ac3和Accm表示加熱時偏離后的相變溫度；用Ar1，Ar3和Arcm表示冷卻時偏離后的相變溫度。大多數(shù)熱處理工藝都是將鋼加熱至相變溫度以上，使其室溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驃W氏體，即“奧氏體化”。

4.1

鋼熱處理的基本原理79以共析鋼為例說明鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變。

4.1.1.1

形成過程

共析鋼在室溫時具有珠光體組織，將其加熱到Ac1以上時，珠光體將全部轉(zhuǎn)為含碳量為0.77%的奧氏體。

P=F（體心立方）+Fe3C（復(fù)雜晶格）——>A（面心立方）

奧氏體化是一個重結(jié)晶的過程，分為四個階段：

以共析鋼為例說明鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變。

4.1.1.1

80①奧氏體晶核形成

晶核易于在F和Fe3C相界面形成，這是因為此處原子排列紊亂，位錯、空位密度高。②奧氏體晶核的長大

含碳量不同出現(xiàn)碳濃度梯度，引起F->A及Fe3C溶解。③殘余滲碳體的溶解

F先轉(zhuǎn)變完，F(xiàn)e3C完全溶解。④奧氏體成分均勻化

碳擴散使A含C量趨于均勻。

①奧氏體晶核形成

晶核易于在F和Fe3C相界面形814.1.1.2影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素

①形成溫度，鋼的成分和原始組織及加熱速度。形成溫度越高，原子擴散能力增大，增大了A中C濃度梯度，加速成A形成。

②含C量越高，F(xiàn)和Fe3C相界面增多，有得于A形成。

③P越細(xì)，A形成速度越快。

④連續(xù)加熱時，隨著加熱速度增大，A形成溫度提高，所需時間縮短。

4.1.1.2影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素

824.1.1.3

奧氏體晶粒的長大及其影響因素晶粒度分為起始晶粒度，實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度。起始晶粒度：鋼在進行加熱時,P剛轉(zhuǎn)變?yōu)锳，由于A晶粒此時細(xì)小均勻，我們稱這時的晶粒為A的起始晶粒度。實際晶粒度：鋼在某一具體加熱條件下（只臨界點以上）實際獲得奧氏體晶粒大小，它的大小對鋼熱處理性能影響很大，實際晶粒度總比起始晶粒度要大，它是鋼加熱臨界點以上的溫度且保溫一定時間，因此A晶粒不同程度的長大。

4.1.1.3

奧氏體晶粒的長大及其影響因素83本質(zhì)晶粒度：有些鋼加熱到臨界點以后，溫度↑，A晶粒迅速長大粗化↑，我們稱它為本質(zhì)粗晶粒鋼，還有一些鋼在930℃以下加熱，A晶粒生長很慢，因此晶粒細(xì)小，當(dāng)加熱到高溫時，A晶粒急劇長大，我們稱這種鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。本質(zhì)晶粒度：有些鋼加熱到臨界點以后，溫度↑，A晶粒迅速長大粗84

右圖：1—4晶粒度為本質(zhì)粗晶粒鋼。

5—8晶粒度為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼*奧氏體化溫度越高，晶粒長大越明顯。*加入合金元素影響奧氏體晶粒長大。能形成穩(wěn)定碳化物元素Ti、Cr，抑制A長大。

Mn、P等則加速A長大。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)854.1.1.4亞共析碳鋼與過共析碳鋼加熱時的轉(zhuǎn)變亞、過共析鋼與共析鋼組織的不同點在于，除了室溫組織中有P外，亞共析碳鋼還有先共析鐵素體，過共析鋼還有先共析二次滲碳體，因此，亞,過共析鋼的奧氏體化過程,除了有P

轉(zhuǎn)化>A外，還有Fe,Fe3C向A轉(zhuǎn)化與溶解的過程。亞共析鋼：加熱到AC1線以上后P

轉(zhuǎn)化>A，在Ac1-Ac3點升溫過程中，共析鐵素體F轉(zhuǎn)化>A，溫度到達Ac3點時，亞共析鋼A化過程會結(jié)束，獲取單一的奧氏體組織。過共析鋼：加熱到AC1線以上后P轉(zhuǎn)化>A，在Ac1-Acm升溫過程中，先共析Fe3CⅡ

轉(zhuǎn)化>A,溫度超過Acm點后，過共析碳鋼的奧氏體化全部結(jié)束，獲取單一的奧氏體組織。4.1.1.4亞共析碳鋼與過共析碳鋼加熱時的轉(zhuǎn)變86塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)87奧氏體的晶粒度從圖中可以看出，在相同的溫度下，隨鋼中含碳量增大，A晶粒只寸也在增大，這是因為他們相互碰撞的機會增多，加快了晶粒的長大，但含碳量超過一定限度，A晶粒長大傾向反而減小，這是由于未溶的滲碳體質(zhì)點阻礙了晶粒長大，

因此鋼中含碳量超過某個限度愈多，那么未溶滲碳體也越多，阻礙晶粒長大的作用也愈大，奧氏體晶粒長大傾向也就愈小，我們可以獲取較細(xì)小的奧氏體實際晶粒度奧氏體的晶粒度88奧氏體晶粒大小對鋼機械性能的影響A晶粒越細(xì)小，熱處理后鋼的機械性能越高，特別是沖擊韌性高，因此處理時，希望能夠獲得細(xì)小而均勻的奧氏體晶粒。

過熱的概念：這是金屬工藝學(xué)的一個術(shù)語，鋼在加熱時，如果溫度過高A晶粒會長大（粗化），粗化的晶粒降低材料的機械性能我們稱這種缺陷為“過熱”，一般需要控制溫度在950℃以下，這樣一來，本質(zhì)晶粒鋼不易長大，本質(zhì)粗晶鋼不易過熱。奧氏體晶粒大小對鋼機械性能的影響89控制晶粒度的方法：控制904.1.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變冷卻方式有兩種：（1）等溫冷卻

就是將加熱后組織為全部奧氏體的鋼，先以較快的冷卻速度冷卻到Ar1線以下某一溫度，這時奧氏體尚未來得及轉(zhuǎn)變，但已成為過冷奧氏體。然后進行保溫，使奧氏體在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。再繼續(xù)冷卻到室溫，如等溫退火、等溫淬火等。（2）連續(xù)冷卻、

將加熱后組織為全部奧氏體的鋼，以某一速度冷卻，使奧氏體在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。如退火（爐冷），正火（空冷），普通淬火（油、水泠）。

4.1.2鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變91塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)92過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能珠光體(P)、索氏體(S)、屈氏體(T)：晶粒粗細(xì)之分。馬氏體(M)：C在α-Fe中的過飽和固溶體，高強度，高硬度和耐磨性。過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能93貝氏體(B)：由含碳過飽和F和碳化物組成的兩相混合物。上貝氏體，下貝氏體。

貝氏體(B)：由含碳過飽和F和碳化物組成的兩相混合物。上貝氏9445鋼經(jīng)840℃加熱后，不同條件冷卻后的機械性能

冷卻方法σbMN/㎡

σsMN/㎡

δ%Ψ%HRC隨爐冷卻53028032.549.315~18空氣冷卻670~72034015~1845~5018~24油中冷卻90062018~204845~60水中冷卻11007207~812~1452~6045鋼經(jīng)840℃加熱后，不同條件冷卻后的機械性能冷卻方法95由上表可以發(fā)現(xiàn)，同是一種鋼，加熱條件相同，但由于采用不同的冷卻條件，鋼所表出的機械性能明顯不同。是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)生不同的變化，導(dǎo)致性能上的的差別。由于Fe-Fe3C相圖是在極其緩慢加熱或冷卻條件下建立的，沒有考慮冷卻條件對相變的影響，而熱處理過程中的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是對這個問題的補充。由上表可以發(fā)現(xiàn)，同是一種鋼，加熱條件相同，但由于采用不同的冷964.1.2.1過冷A等溫冷卻轉(zhuǎn)變加熱到A狀態(tài)的鋼快速冷卻到Ar1以下的某一溫度，A處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但過冷到A1點以下的A并不是立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是經(jīng)過一個孕育期后才開始轉(zhuǎn)變，這個暫時處在孕育期處于不穩(wěn)定狀態(tài)的A，我們就稱作“過冷A”。并在此溫度等溫停留過程中完成其組織轉(zhuǎn)變過程，稱為過冷A的等溫轉(zhuǎn)變。（1）

高溫轉(zhuǎn)變區(qū)Ar1~550℃

（2）

中溫轉(zhuǎn)變區(qū)550℃＞230℃

（3）

低溫轉(zhuǎn)變區(qū)≤230℃

4.1.2.1過冷A等溫冷卻轉(zhuǎn)變97塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)98過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能①珠光體轉(zhuǎn)變：溫度：A1~550℃→珠光體HRCA1~650℃→珠光體→P＜25650℃~600℃→索氏體→S25~35600℃~550℃→屈氏體→T35~40過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能99②貝氏體型轉(zhuǎn)變：HRC550℃~Ms→貝氏體→B550℃~350℃→上貝氏體→B上40~45350℃~Ms→下貝氏體→B下45~55②貝氏體型轉(zhuǎn)變：100馬氏體轉(zhuǎn)變①碳在α—Fe中的過飽和固溶體，稱為馬氏體，用符號M表示，體心正方晶格。②馬氏體轉(zhuǎn)變的特點：轉(zhuǎn)變溫度：Ms~Mf轉(zhuǎn)變速度極快；轉(zhuǎn)變體積發(fā)生膨脹；轉(zhuǎn)變不徹底。實驗表明：當(dāng)奧氏體的含碳量大于1%的鋼淬火后，馬氏體形態(tài)為片狀M，片狀M又稱高碳M，當(dāng)奧氏體的含碳量小于0.2%的鋼淬火后，M形態(tài)基本為板條狀M，因此又稱低碳M，當(dāng)A的含碳量在1%與0.2%之間，則為兩種馬氏體的混合組織。馬氏體轉(zhuǎn)變101③性能特點：針狀馬氏體：硬度高、脆性大；板條馬氏體：強度、韌性較好。④馬氏體的硬度主要取決于含碳量。過冷奧氏體等溫度轉(zhuǎn)變圖的應(yīng)用：在等溫轉(zhuǎn)變圖上估計連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。確定馬氏體臨界冷卻速度。4.1.2.2.

過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

在實際熱處理生產(chǎn)中，A的轉(zhuǎn)變大多是在連續(xù)冷卻過程中進行的，常在爐內(nèi)、空氣中，油中或水中冷卻。與等溫轉(zhuǎn)變一樣也能發(fā)生珠光體、貝氏體、馬氏體等轉(zhuǎn)變，但不同的是冷卻過程要經(jīng)過各個轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，會發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，得到幾種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的復(fù)合組織。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)102塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)103首先將一組試件經(jīng)加熱到奧氏體化后，它們以不同冷卻速度連續(xù)冷卻，也就是圖中所示的V1～V6速度，在冷卻過程中我們測各試樣比容變化，由奧氏體與其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，我們即可測出各種冷卻速度下奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的時間與溫度，用這些測出的數(shù)據(jù)我們繪出溫度——時間坐標(biāo)圖，然后所有轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點分別連接起來，這樣便可獲得過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線，注意：V5

，V6冷卻速度的轉(zhuǎn)變開始點連成一水平線，這就是M開始轉(zhuǎn)變線——MS線。首先將一組試件經(jīng)加熱到奧氏體化后，它們以不同冷卻速度連續(xù)冷卻104共析碳鋼過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析比較P5-25與P5-10兩曲線，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變有以下主要特點：1．Ps線是P體型轉(zhuǎn)變開始線；

Pf線是P體型轉(zhuǎn)變終了線；AB線是P體型轉(zhuǎn)變中途停止線，冷卻曲線遇AB線后，過冷A不再發(fā)生P體型轉(zhuǎn)變，而一直保留到MS線以下，A直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸。2．連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線上只有C曲線上半部分，而沒有下半部分，這說明共析碳鋼連續(xù)冷卻時，只有珠光體型轉(zhuǎn)變，而沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。共析碳鋼過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析1053．圖中的VK與過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鼻尖相切，是保證A在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)生分解而全部冷卻到M區(qū)的最小冷卻速度，又稱臨界冷卻速度。4．在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，是在一個溫度區(qū)間內(nèi)進行的，隨冷卻速度的增加，轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間逐漸移向低溫并隨之加寬，而轉(zhuǎn)變時間則縮短。5．冷卻速度V，它與轉(zhuǎn)變開始線相交后又與AB線相交，因此珠光體型的轉(zhuǎn)變沒有結(jié)束，剩余的過冷A在隨后冷卻時與MS線相交而開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，因此最后所得到的產(chǎn)物主要是屈氏體和馬氏體的混合組織。過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測定比較困難，因此有些使用廣泛的金屬材料的連續(xù)冷卻曲線至今還沒測出，目前生產(chǎn)技術(shù)方面多是應(yīng)用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線近似地來分析奧氏體連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變。3．圖中的VK與過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鼻尖相切，是保證1064.2鋼的退火與正火

鋼的退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理工藝，例如各類鑄、鍛、焊生產(chǎn)的毛坯或半成品的預(yù)備熱處理，目的在于消除冶金及熱加工過程中產(chǎn)生的某此缺陷，改善組織和工藝性能，為以后的機加工及最終熱處理做好組織與性能準(zhǔn)備。對于某些性能要求不高的機械零件，經(jīng)退火或正火后可直接使用。此時，退火或正火也就成為最終熱處理。4.2.1退火：把鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下的一定溫度，保溫一段時間，隨后在爐中或埋入爐中或?qū)嵝暂^差的介質(zhì)中，使其緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)的穩(wěn)定的組織。退火分為：完全退火，等溫退火，擴散退火，球化退火，去應(yīng)力退火，再結(jié)晶退火。

4.2鋼的退火與正火

鋼的退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理107退火的目的：1）降低鋼件硬度，利于切削加工HB=160~230，最適于切削加工，退火后HB恰在此中；2）提高鋼的塑韌性，便于成形加工。3）消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼件尺寸并防止變形和開裂；4）細(xì)化晶粒，改善組織，提高鋼的機械性能；5）為最終熱處理（淬火，回火）做組織上的準(zhǔn)備。4.2.1.1完全退火：是將亞共析碳鋼加熱到Ac3線以上約20~60oC，保溫一定時間，隨爐緩慢冷卻到600oC以下，然后出爐在空氣中冷卻。這種退火主要用于亞共析成分的碳鋼和和金鋼的鑄件，鍛件及熱扎型材，目的是細(xì)化晶粒，消除內(nèi)應(yīng)力與組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為隨后的切削加工和淬火做好準(zhǔn)備。退火的目的：1084.2.1.2等溫退火等溫退火是為了保證A在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)上部發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此冷卻速度很緩慢，所需時間少則十幾小時，多則數(shù)天，因此生產(chǎn)中常用等溫退火來代替完全退火。等溫退火加熱與完全退火相同，但鋼經(jīng)A化后，等溫退火以較快速度冷卻到A1以下，等溫應(yīng)定時間，使奧氏體在等溫中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后再以較快速度冷至室溫，等溫退火時間短，效率高。4.2.1.2等溫退火1094.2.1.3擴散退火（均勻化退火）實用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件。目的：消除和金結(jié)晶是產(chǎn)生的枝晶偏析，使成分均勻，故而又稱均勻化退火。工藝：把鑄錠或鑄件加熱到Ac1以上，大約1000~1200oC，保溫10~15小時，再隨爐冷卻。特點：高溫長時間加熱。鋼中合金元素含量越高，加熱溫度也越高，高溫長時間加熱又是造成組織過熱又一原因，因此擴散退火后需要進行一次完全退火或正火來消除過熱。4.2.1.3擴散退火（均勻化退火）1104.2.1.4去應(yīng)力退火（低溫退火）目的：用于消除鑄件，鍛件，焊接件，冷沖壓件以及機加工件中的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在以后機加工或使用中潛在地會產(chǎn)生變形或開裂。工藝：將工件緩慢加熱到600~650℃，保溫一定的時間，然后隨爐緩慢冷卻到200℃再出爐空冷。4.2.2正火將鋼件加熱到臨界點（Ac3，Acm）30-50℃以上，適當(dāng)保溫進行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理稱正火，正火的目的與退火相同，只是溫度高于退火，且在空氣中冷卻。4.2.1.4去應(yīng)力退火（低溫退火）1114.2.2.1正火工藝：正火的加熱溫度與鋼的化學(xué)成分關(guān)系很大低碳鋼加熱溫度為Ac3以上100~150℃中碳鋼加熱溫度為Ac3以上50~100℃高碳鋼加熱溫度為Ac3以上30~50℃保溫時間與工件厚度和加熱爐的形式有關(guān)，冷卻既可采用空冷也可采用吹風(fēng)冷卻，但注意工件冷卻時不能堆放在一起，應(yīng)散開放置。4.2.2.1正火工藝：1124.2.2.2正火后的組織與性能

正火實際上是退火的一種特殊情況，兩者不同之處主要在于正火的冷卻速度較退火快，因此有偽共析組織。分析這兩張圖可發(fā)現(xiàn)，組織中珠光體量增多，且珠光體層片變小。

4.2.2.2正火后的組織與性能1134.2.2.3正火的應(yīng)用正火與退火相似，有以下特點：正火鋼的機械性能高，操作簡便，生產(chǎn)周期短能量耗費少，因此盡可能選用正火。正火有以下幾方面的應(yīng)用1）普通結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；正火可以消除鑄造或鍛造生產(chǎn)中的過熱缺陷，細(xì)化組織，提高機械性能。2）改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；硬度在160~230HB的金屬，易切削加工，金屬硬度高，不但難以加工，而且刀具易磨損，能量耗費也大，硬度過低，加工又易粘刀，使刀具發(fā)熱和磨損，且加工零件表面光潔度也很差。4.2.2.3正火的應(yīng)用114陰影表示切削加工性能較好和低碳合金鋼退火硬度一般都在160HB以下，且切削加工性不良。但選用正火（1點劃線），由于珠光體量增加，片層間距變細(xì)，從而改善了切削加工性能。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)1153）作為中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的較主要零件的預(yù)先熱處理；正火常用來為較重要零件進行預(yù)先熱處理。例如，對中碳結(jié)構(gòu)鋼正火，可使一些不正常的組織變?yōu)檎＝M織，消除熱加工所造成的組織缺陷，并且它對減小工件淬火變形與開裂提高淬火質(zhì)量有積極作用。4）消除過共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備，這是因為正火冷卻速度比較快，二次滲碳體來不及沿A晶界呈網(wǎng)狀析出。5）對一些大型或形復(fù)雜的零件，淬火可能有開裂的危險，正火也往往代替淬火，回火處理，作為這些零件的最終熱處理。3）作為中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的較主要零件的預(yù)先熱處理；116塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)1174.3鋼的淬火概念：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保溫一定時間，然后以適當(dāng)速度冷卻，獲得馬氏體或下馬貝氏組織的熱處理工藝稱為淬火.目的：主要獲得馬氏體，提高鋼的強度和硬度。提示：Ｍ不是熱處理所要求的最后組織，淬火后，鋼材還要根據(jù)不同的需要，進行不同溫度的回火，這樣可使淬火Ｍ獲取不同的組織，從而使淬火鋼零件具有不同的機械性能，充分滿足各種工具與零件的使用要求。4.3鋼的淬火1184.3.1淬火工藝（1）淬火加熱溫度的選擇淬火溫度的高低與鋼的化學(xué)成分有關(guān)亞共析鋼t＝Ac3+(30～70)℃共析鋼，過共析鋼t＝Ac1+(30～70)℃亞共析碳鋼為什么要加熱到Ac3以上完全Ａ化后淬火呢？若加熱溫度選在Ac1～Ac3之間，組織中有一部分鐵素體存在，在隨后的淬火冷卻中，由于鐵素體不發(fā)生變化而保留下來，它的存在是鋼的淬火組織中存在軟點，降低了淬火鋼的硬度，同時它的存在還會影響鋼的均勻性，影響機械性能，加熱Ac3以上太高也不行，鋼的氧化脫碳嚴(yán)重，另一方面Ａ精粒粗大，淬火后Ｍ粗大，鋼的性能變壞。4.3.1淬火工藝119（2）加熱時間的選擇加熱時間指的是升溫與保溫所需時間，加熱時間的長短與很多因素有關(guān)，象鋼的成分，原始組織，工件形狀和尺寸，加熱介質(zhì)，裝爐方式，爐溫等許多因素有關(guān)，確切計算加熱時間很困難，課本中只是給出一個經(jīng)驗公式：t=a*Dt加熱時間；a加熱系數(shù)；D工件有效厚度（2）加熱時間的選擇120

（3）淬火冷卻介質(zhì)理想淬火冷卻速度加熱到A狀態(tài)的鋼，冷卻速度必須大于臨界冷卻速度是才能獲得要求的M組織。

121從上圖可以看出，要獲取M組織，不需要在整個冷卻過程中都快速冷卻，關(guān)鍵在C曲線鼻尖處，這里奧氏體最不穩(wěn)定（650℃附近），因此650～550℃溫度范圍內(nèi)要快速冷卻,而在稍低于A1點和稍高于Ms點處過奧氏體較穩(wěn)定,為了減少淬火冷卻中因工件截面內(nèi)外溫度差引起的熱應(yīng)力,冷卻速度應(yīng)緩慢些,特別是Ms點處,冷卻速度太大,工件體積漲大,組織應(yīng)力也愈大,易引起變形和開裂。從上圖可以看出，要獲取M組織，不需要在整個冷卻過程中都快速冷122常用的淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、堿水等。淬火方法：單液淬火法：碳鋼一般用水作冷卻介質(zhì)；合金鋼用油作冷卻介質(zhì)。預(yù)冷淬火法：將加熱的工件從加熱爐中取出后，先在空氣中預(yù)冷一定的溫度，然后再投入淬火冷卻介質(zhì)中冷卻。雙介質(zhì)淬火：如，先水后油；先水后空氣。馬氏體分液淬火；貝氏體等溫淬火。常用的淬火冷卻介質(zhì)：油、水、鹽水、堿水等。123塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)124（4）淬火缺陷的防止方法熱處理生產(chǎn)中，由于熱處理工藝處理不當(dāng)，常會給工件帶來缺陷，如氧化，脫碳，過熱，過燒，硬度不足，變形與開裂等。氧化：氧化是因為鋼在有氧化性氣體中加熱時，會發(fā)生氧化而在表面形成一層氧化皮，在高溫下，甚至晶界也回會發(fā)生氧化。脫碳：鋼在某些介質(zhì)中加熱時，這些介質(zhì)會使鋼表面的含碳量下降，我們稱這現(xiàn)象為“脫碳”。減少或防止鋼在淬火中氧化與脫碳的方法有：采用脫氧良好的鹽溶爐加熱；在可控保護氣氛爐中加熱；在真空爐中加熱；預(yù)留足夠的加工余量。（4）淬火缺陷的防止方法125變形與開裂：工件的變形與開裂是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合的結(jié)果，但熱應(yīng)力與組織應(yīng)力方向恰好相反，如果熱處理適當(dāng)，它們可部分相互抵消，可使殘余應(yīng)力減小，但是當(dāng)殘余應(yīng)力超過鋼的屈服強度是，工件就發(fā)生變形，殘余應(yīng)力超過鋼的抗拉強度時，工件就產(chǎn)生開裂。為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設(shè)計工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可采取下列措施：1）采用合理的鍛造與預(yù)先熱處理；2）采用合理的熱處理工藝；3）采用正確的操作方法；4）對于淬火易開裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。變形與開裂：工件的變形與開裂是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力綜合的結(jié)果，但1264.4鋼的回火概念：將經(jīng)過淬火的鋼加熱到AC1以下的適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后冷卻到室溫以獲得所需組織和性能的熱處理工藝。目的：獲得工件所需的組織，降低內(nèi)應(yīng)力、提高韌性、穩(wěn)定尺寸、改善加工性能，通過調(diào)整回火溫度可獲得不同硬度、強度和韌性的力學(xué)性能。鋼淬火后一般都必須要進行回火處理，回火決定了鋼在使用狀態(tài)的組織和壽命，因此是很主要的熱處理工序。4.4鋼的回火1274.4.1淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變

回火第一階段（≤200℃）馬氏體分解當(dāng)回火溫度達100℃以上時，馬氏體便開始分解，M中過飽和的碳原子以ε碳化物形式析出，碳的析出降低了M中碳的過飽和度，它的正方度c/a也隨之減小，在這一階段溫度較低，馬氏體中僅析出一部分過飽和的碳原子，它仍是碳在α—Fe中的過飽和固溶體，在回火的第一階段中鋼的硬度并不降低，但由于ε碳化物的析出，晶格畸變降低，淬火內(nèi)應(yīng)力有所減小。4.4.1淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變128回火第二階段（200～300℃）殘余A的轉(zhuǎn)變殘余A于200℃分解，至300℃基本結(jié)束，殘余A分解成下貝氏體，在回火第二階段中，殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的同時，M還在繼續(xù)分解，M的繼續(xù)分解會使鋼的硬度降低，但由于較弱的殘余A轉(zhuǎn)變成較應(yīng)的下貝氏體，因此鋼的硬度并沒有明顯降低，但淬火內(nèi)應(yīng)力進一步減小?；鼗鸬谌A段（300～400℃）碳化物的轉(zhuǎn)變在回火第三階段，碳原子從過飽和α固溶體中繼續(xù)析出，同時ε碳化物也逐漸變?yōu)榕cα固溶體不再有晶格聯(lián)系的滲碳體（Fe3C），α固溶體中含碳量幾乎已將到平衡含碳量，正方度c/a接近于1，經(jīng)過第三階段以后，鋼的組織是由鐵素體和顆粒狀滲碳體所組成，鋼的硬度降低，淬火應(yīng)力到此基本消除?；鼗鸬诙A段（200～300℃）殘余A的轉(zhuǎn)變129回火第四階段（>400℃）滲碳體聚集長大與α相的再結(jié)晶經(jīng)過回火第三階段后，鋼的組織雖然已是鐵素體和顆粒狀滲碳體所組成，但α相（鐵素體）仍保留原來M的板條狀或片狀，而成為多邊形晶粒。表示淬火鋼在回火時的變形隨溫度的升高，滲碳體尺寸增大↑，內(nèi)應(yīng)力減小↓，殘余A量↑，M含碳量↓?；鼗鸬谒碾A段（>400℃）滲碳體聚集長大與α相的再結(jié)晶1304.4.2回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能

回火產(chǎn)物可分為以下四種組織：（1）回火馬氏體（<250℃回火產(chǎn)物）上圖為45鋼的淬火馬氏體和回火馬氏體顯微組織，它是有過飽和的α固溶體（鐵素體）和與起晶格相聯(lián)系的ε碳化物所組成，回火M仍保留原來M的片狀或板條狀的形態(tài)。4.4.2回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能131（2）回火屈氏體（350～500℃回火產(chǎn)物）上圖為45鋼的回火屈氏體的顯微組織，它是有尚未發(fā)生再結(jié)晶的鐵素體和細(xì)小均勻滲碳體顆粒所組成的，由于這時鐵素體尚未再結(jié)晶，因此仍保留著原來M的形態(tài)。（2）回火屈氏體（350～500℃回火產(chǎn)物）132（3）回火索氏體（500～650℃回火產(chǎn)物）下圖為45鋼的回火索氏體顯微組織，它是有在結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)條狀滲碳體組成，這時鐵素體已發(fā)生再結(jié)晶，因此它失去了原有M的片狀或板條狀的形態(tài)。（4）回火珠光體（650℃～A1點回火產(chǎn)物）它是有多邊行的鐵素體和顆粒狀的滲碳體組成的鏡相顯微組織與球化退火后顯微組織相似。（3）回火索氏體（500～650℃回火產(chǎn)物）1334.4.3回火時機械性能的變化

4.4.3回火時機械性能的變化1344.4.3回火的種類及應(yīng)用(1)低溫回火（150～250℃）組織：低溫回火的組織為回火M；目的：是在于保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免使用是崩裂刀具或過早損壞，它主要用于高碳的切削刀具，量具，冷沖模具，滾動軸承。滲碳體回火后硬度一般為HRC58-64。(2)中溫回火（350～500℃）組織：中溫回火所得組織為回火屈氏體；目的：是為了獲取較高的屈服強度，彈性極限，較高的韌性，主要用于處理各種彈簧和模具的熱處理，回火后的硬度HRC35～50。4.4.3回火的種類及應(yīng)用135（3）高溫回火（500～650℃）組織：高溫回火所得組織為回火索氏體；目的：是為了獲得強度，硬度和塑性，韌性較好的綜合機械性能；調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理稱調(diào)質(zhì)處理；調(diào)質(zhì)處理多用于重要的結(jié)構(gòu)零件，連桿，螺栓，齒輪及軸類，回火后的硬度一般為HB200～330。（4）回火脆性發(fā)生在250～350℃，隨溫度升高，韌性不僅沒提高，反而降低。（3）高溫回火（500～650℃）136a500×b1000×

寶鋼鉆桿加厚處顯微組織照片雖然經(jīng)600℃左右高溫回火，仍保留著部分馬氏體板條形態(tài)。塔里木油田職業(yè)技能鑒定技師培訓(xùn)137

45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較由于調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體，其中滲碳體為顆粒狀，而正火所得到的索氏體中滲碳體呈片狀，調(diào)質(zhì)