熱處理工藝學(xué)第七章

第七章鋼的熱處理原理鋼的熱處理是通過鋼在固態(tài)下的加熱、保溫和冷卻改變鋼的內(nèi)部組織，從而改變性能的一種工藝方法.鋼經(jīng)熱處理后，內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變--相變，是熱處理的基礎(chǔ)。制定熱處理工藝的根據(jù)，就是通過鋼中固有的內(nèi)在相變，確保獲得相應(yīng)于預(yù)期性的的組織。要掌握鋼的熱處理工藝，必須掌握鋼的相變規(guī)律以及它和外界工藝條件間的相互關(guān)系．

第一節(jié)鋼在加熱時的組織相變由鐵碳相圖可知PSK(A1)、GS(A3)、ES(Acm)是在極其緩慢加熱或冷卻時的組織轉(zhuǎn)變溫度。而在實際生產(chǎn)中，其組織轉(zhuǎn)變溫度隨加熱或冷卻速度的變化而變化的。加熱速度愈大，其臨界溫度升高愈多，反之，冷卻速度愈大，則臨界溫度也降低愈多。所以，實際發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度和狀態(tài)圖所示的臨界點A1、A3、Acm二之間是有一定偏離的。通常，把加熱時的臨界點標為Ac1、Ac3、Accm；冷卻時的臨界點標為Ar1、Ar3、Arcm。一、鋼在加熱時奧氏體的形成以共析鋼為例,當加熱溫度在Ac1以上,珠光體轉(zhuǎn)為奧氏體.由于鐵素體、滲碳體與奧氏體不僅晶格類型不同,而且含碳量也相差較大。因此，這一轉(zhuǎn)變過程必然伴隨著晶格改變和碳原子的重新分布，而這兩者之間又是依靠鐵原子和碳原子的擴散過程來完成的。為此，奧氏體的為形成過程也遵循金屬結(jié)晶的一般規(guī)律即生核及長大過程。具體轉(zhuǎn)變過程通過以下三個步驟完成的：1.奧氏體晶核的形成和長大珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變，首先在鐵素體和滲淡體相界面處形成奧氏體晶核。因為，相界面處約原子是按鐵素體與滲碳沐兩種晶格的過渡結(jié)構(gòu)排列著，很不規(guī)則，原子偏離平衡位置處于畸變而具有較高能量狀態(tài)。這就有利于鐵原子的擴散和碳原子的擴散和聚集，為新相奧氏體形核提供了良好的條件，奧氏體晶核形成后，其長大在兩個方向上進行。

鐵素體方向上奧氏體的長大依靠奧氏體-鐵素體相界面的推移來完成。這種相界面的推移引起鐵素體向奧氏體溶解，使鐵素體相對量不斷減少；在滲碳體方向上也發(fā)生相界面的推移和長大，引起滲碳體的溶解使?jié)B碳體相對量不斷減少。而新相奧氏體的相界面的推移是通過鐵原子和碳原子的擴散來進行的。2.剩余滲碳體的溶解由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和含量碳都與奧氏體差別很大，故滲碳體溶解入奧氏休，必然落后于鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。在鐵素體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，仍有部分滲碳體尚未溶解。這部分滲碳體還需要經(jīng)過一段時間才能溶解完畢。3.奧氏體成分的均勻化在剛形成的奧氏體晶粒中，由于原來是滲碳體片層的地方比原來是鐵素體片層地方的碳濃度要高些，碳原子的擴散就需要一定的時間，最后才能得到均勻的奧氏體晶粒。因此，鋼在加熱時需要一定的保溫時間。這不僅是為了使工件燒透（心部和表面溫度一致），而且是為了獲得成分均勻的奧氏體晶粒，以便在冷卻時獲得良好的組織和性能。亞共析鋼和過共析鋼不同的是，在組織中除了珠光體外，正有鐵素體或二次滲碳體。所以，亞共析和過共析鋼加熱時，在珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體后，還有鐵素體或二次滲碳體向奧氏體轉(zhuǎn)變或溶解的過程。二、影晌珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素1.加熱溫度、加熱速度的影響加熱溫度越高，奧氏體形成越迅速，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變所需的時間越短.這是因為加熱溫度高，原子擴散速度增大。與此同時，殘余碳化物的溶解以及奧氏體均勻化的時間也將大大縮短。加熱速度越快，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變開始溫度越高，轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的時間越短。高溫快速加熱時，由于奧氏體形成時間極短，又加之隨著溫度的升高形核率的增加遠大于其長大線速度的增加，所以只要正確地控制加熱時間，盡管加熱溫度很高依然可以得到細晶粒的組織.2.碳和合金元素的影響鋼中的含碳量越高，滲碳體的數(shù)量越多，鐵素體與滲碳體的相界面也越多，使奧氏體生核的基地增多，從而使奧氏體形成的速度加快。

鋼中的合金元素除鈷外，大多數(shù)合金元素都會減慢碳在奧氏休中的擴散速度，大大延緩了奧氏體的形成速度。碳化物形成元素，將會增加碳化物的穩(wěn)定性，使碳化物不易溶解，而增加殘余碳化物的數(shù)量。它的溶解只有在更高的溫度和更長的時間內(nèi)才能完戎。如果碳化物聚集成大塊狀，或形成特殊碳化物，則即使延長加熱時向也不能使其充分溶解，將造成奧氏體中含碳量及合金化程度的降低。由于不同的合金元素和鐵、碳的親和力不同，因而它們在鐵素體和碳化物中的分布也不同。非碳化物形成元素傾向集中在鐵素體內(nèi)；碳化物形成元素傾向集中在碳化物內(nèi)。在奧氏體形成過程中，合金元素的這種不均勻分布，當殘余碳化物完全溶解后，還明顯地保留在奧氏體中。奧氏體均勻化過程，除了碳的均勻化外，還包括合金元素的均勻化過程.由于合金元素在鋼中的擴散速度大大落后于碳的擴散速度，所以合金鋼奧氏體均勻化所需的時間比碳鋼長得多.3.原始組織的影響新相奧氏體晶核大多在鐵素體與滲碳體相界面上形成。對同一成分的鋼，原始組織越細，相界面越多，形成奧氏體晶核的基地越多，轉(zhuǎn)變速度就越快。片狀珠光休較球狀珠光體有較多的相界面，故轉(zhuǎn)變速度較球狀珠光體快。三、奧氏體晶拉的長大1．晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的尺度。一般來說，在珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變剛完成時，所獲得的奧氏體晶粒是比較細小的，此瞬間的奧氏體晶粒大小，稱奧氏體起始晶粒度。如果加熱溫度較高或保溫時間較長，奧氏體晶粒就易長大，這是因為在較高溫度下，原子擴散速度快，相鄰的晶粒相互并吞的結(jié)果。如果加熱時奧氏體晶粒越粗大，則冷卻后所形成的組織也粗大，機械性能降低，特別是沖擊韌性變壞。通常，把把奧氏體體晶粒隨隨溫度的的升高而而迅速長長大的鋼鋼，稱本本質(zhì)粗晶晶粒鋼，，而把奧奧氏體晶晶粒長大大傾向較較小，只只有加熱熱到930~950℃時時晶粒粒才顯著著長大的的鋼，稱稱本質(zhì)細細晶粒鋼鋼。為了了測定鋼鋼在加熱熱時的晶晶粒長大大傾向和和實際形形成奧氏氏體晶粒粒的尺寸寸，將鋼鋼加熱至至930℃℃的奧奧氏體晶晶粒度分分為八級級,1~4級級為粗粗晶粒,5~8級為為細晶粒粒。2.影影響奧氏氏體晶粒粒長大的的因素奧氏體晶晶粒長大大是個自自發(fā)過程程,不同同的外界界因素可可以在不不同程度度上促進進或抑制制其長大大過程的的進行。。(1)加加熱溫度度、保溫溫時間的的影響奧氏體晶晶粒的長長大是通通過原子子擴散來來實現(xiàn)的的。原子子的擴散散能力又又是隨溫溫度按指指數(shù)規(guī)律律遞增的的。因此此，奧氏氏體晶粒粒也將隨隨溫度的的增高而而急劇長長大。在在一定加加熱溫度度下，奧奧氏體晶晶粒一開開始隨保保溫時間間的延長長長大較較快，然然后逐漸漸減慢，，到一定定時間后后，即使使再延長長保溫時時間，其其晶粒變變化不大大。(2)未未溶第二二相質(zhì)點點的影響響奧氏體狀狀態(tài)一下下，如果果存在未未溶第二二相質(zhì)點點，如碳碳化物、、不溶于于奧氏體體的氧化化物、氧氧化物雜雜質(zhì)等將將阻礙奧奧氏體晶晶粒長大大的晶界界遷移。。質(zhì)點數(shù)數(shù)量越多多，越細細小，其其阻礙奧奧氏體晶晶拉長大大的作用用愈強烈烈。(3)含含碳量的的影響奧氏體的的晶粒長長大傾向向隨鋼中中含碳量量的增加加而增大大。因為為隨著含含碳量增增加，碳碳在奧氏氏體中的的擴散速速度增加加。只有有含碳量量超過一一定限時時,由于于未溶滲滲碳體質(zhì)質(zhì)點在晶晶界上起起了阻礙作作用，使使晶粒長長大傾向向減小。。(4)合合金元素素的影響響合金元素素除Mn、P外，大大多數(shù)合合金元素素都不同同程度地地阻止奧奧氏休晶晶粒長大大。特別別是碳化化物形成成元素在在鋼中形形成難溶溶于奧氏氏體的特特殊碳化化物并分分布在晶晶界上，，阻礙奧奧氏體晶晶垃的長長大。第二節(jié)鋼鋼在在冷卻時時的組織織轉(zhuǎn)變鋼在室溫溫時的組組織與機機械性能能不僅與與加熱時時獲得的的奧奧氏氏體狀態(tài)態(tài)有關(guān)，，而且與與奧氏體體在冷卻卻時的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變有關(guān)關(guān)。奧氏氏休冷卻卻方式有有等溫冷冷卻和連連續(xù)冷卻卻.一、奧氏氏體等溫溫轉(zhuǎn)變表示過冷冷奧氏體體轉(zhuǎn)變時時的轉(zhuǎn)變變量與等等溫時間間之間的的關(guān)系曲曲線,稱稱為奧氏氏體等溫溫轉(zhuǎn)變曲曲線。它是將許許多共析析鋼制成成的小薄薄片圓試試樣加熱熱到Ac1以上上某個溫溫度，使使之獲得得均勻的的奧氏體體，然后后將試樣樣分別投投入到不不同溫度度(650℃℃、600℃℃、550℃℃、450℃、、360℃℃…）的鹽浴浴(或金金屬浴)中，進進行等溫溫轉(zhuǎn)變，，并測定定奧氏體體的轉(zhuǎn)變變開始與與轉(zhuǎn)變結(jié)結(jié)束的時時間，將將其描繪繪在溫度度--時時間坐標標圖上，，再把奧奧氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變開始始點、結(jié)結(jié)束點分分別連接接起來所所得的曲曲線。通通常，把把曲線稱稱“c”曲曲線或稱稱“s”曲曲線。2．奧奧氏體等等溫轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物及及性能將奧氏體體過冷至至（A1~MS）溫度區(qū)區(qū)間內(nèi)進進行等溫溫轉(zhuǎn)變。根據(jù)據(jù)其轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物及及轉(zhuǎn)變溫溫度大致致可分為為三個轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變區(qū)域域。(1)高高溫轉(zhuǎn)變變(珠光光體型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變變溫度范范圍大約約在Ar1至至鼻尖（（500℃℃））范圍。。奧氏體體轉(zhuǎn)變產(chǎn)產(chǎn)物都是是珠光體體。等溫溫溫度越越低，所所得珠光光體越細細.在700℃等等溫，，由于過過冷度較較小，所所得的是是片距為為0.4~0.5微米米的片狀狀珠光體體，其硬硬度約為為HB190；在650℃等等溫，，得到片片距為0.25微米的的珠光體體，又稱稱索氏體體，其硬硬度為HRC30;在500℃℃等等溫,過過冷度增增大，得得到片距距為0.1微微米的極極細珠光光體又稱稱屈氏體體，其硬硬度約為為HRC38.珠珠光體都都是滲碳碳體和鐵鐵素體的的片狀組組織，其其本質(zhì)沒沒有區(qū)別別，只是是珠光體體愈細，，強度和和硬度愈愈高(2)中中溫轉(zhuǎn)變變（貝氏氏體型轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變）中溫轉(zhuǎn)變變溫度范范圍約在在500℃℃至MS之間。在350~500℃范范圍內(nèi)等等溫，其其轉(zhuǎn)變產(chǎn)產(chǎn)物呈密密集平行行的白亮亮條狀組組織，形形若羽毛毛，這種種組織稱稱為上氏氏體，其其硬度約約為HRC40~45，塑塑性很差差.在350℃℃~MS(230℃℃左右右）范圍圍內(nèi)等溫溫，其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)產(chǎn)物呈呈黑色竹竹葉狀，，這種組組織稱下下貝氏佩佩其硬度度約為HRG45～55，，韌性較較好.3.奧氏氏體等溫溫轉(zhuǎn)變的的特點由于鋼種種及奧氏氏體化條條件不同同，等溫溫轉(zhuǎn)變曲曲線的形形狀及其其位置也也不相同同，但轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的基基本規(guī)律律大致相相同，共共特點如如下：(1)當當奧氏體體過冷到到臨界點點以下時時，總要要經(jīng)過一一定時間間的間隔隔才開始始轉(zhuǎn)變，，這段時時間間隔隔稱孕育育期。鋼鋼的成分分不同，，等溫溫溫度不同同，孕育育期長短短也各不不相同。。(2)奧奧氏體等等溫轉(zhuǎn)變變過程，，必須經(jīng)經(jīng)過一段段時間才才能完成成。鋼種種及等溫溫溫度不不同，其其完成轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變所需需的時間間也不同同。(3)隨隨著等溫溫溫度的的降低,其孕育育期先縮縮短，到到某一溫溫度(鼻鼻尖)后后，又逐逐漸加長長.處于于鼻尖下下的奧氏氏體最不不穩(wěn)定,極易分分解,而而且完成成轉(zhuǎn)變所所需的時時間最短短.4.影響響奧氏體體等溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的因因紊(1)含含碳量的的影響含碳量在在共析成成分以下下，增加加含碳量量將使整整個曲線線右移.含碳量量超過共共析成分分時，由由于過剩剩碳化物物質(zhì)點增增多，增增加含碳碳量反使使曲線左左移。但但增加含含碳量總總是使曲曲線“鼻鼻尖”及及Ms點下下降.(2)合合金元素素的影響響除鈷外，，大多數(shù)數(shù)合金元元素都不不同程度度地增加加過冷奧奧氏體的的穩(wěn)定性性。一般般來說，，非碳化化物形成成元素Ni、、Mn、、Si、、Cu、Al等等及少量量碳化物物形成元元素,對對珠光體體和貝氏氏體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的影影響不大大,但他他們的使使曲線右右移,加加入量越越大,右右移越甚甚.強碳碳化物形形成元素素如Ti、V、、Mo、Cr等等含量較較多時,將強烈烈延緩珠珠光體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變但不不同樣強強烈延緩緩貝氏體體轉(zhuǎn)變,以致使使珠光體體轉(zhuǎn)變與與貝氏體體轉(zhuǎn)變彼彼此分離離,形成成兩個鼻鼻子.而而且當這這些元素素達到一一定量后后,甚至至可以在在高溫和和低溫兩個區(qū)域域之間出現(xiàn)現(xiàn)一個過冷冷奧氏體不不易轉(zhuǎn)變的的亞穩(wěn)定區(qū)區(qū).(3)加熱熱溫度和保保溫時間的的影響加熱溫度越越高，保溫溫時間越長長，過冷奧奧氏體越穩(wěn)穩(wěn)定，C曲線越越向右移．．這是因為為加熱溫度度越高，保保溫時間越越長，奧氏氏體成分越越均勻，晶晶粒越粗大大未溶質(zhì)點點減少，而而使新相形形核困難，，使過冷奧奧氏體不易易分解。為為此，即使使同一成分分的鋼，加加熱溫度或或原組織的的晶粒度不不同，所測測得的“C”曲曲線也有較較大區(qū)別。。故鋼的““C””曲線都必必須注明成成分、加熱熱溫度和原原始晶粒度度。二、奧氏休休在連續(xù)冷冷卻時的組組織轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變曲曲線反映了了過冷奧氏氏體等溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變規(guī)律，，但是，實實際生產(chǎn)中中熱處理的的冷卻過程程多是連續(xù)續(xù)冷卻，如如爐冷、空空冷、油冷冷、水冷等等。盡管連連續(xù)冷卻時時，過冷奧奧氏體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變規(guī)律并并無根本的的改變，而而且也可以以利用等溫溫轉(zhuǎn)變曲線線粗略地估估計連續(xù)冷冷卻時的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，但畢畢竟與等溫溫過程不同同。為此，，要精確定定性定量地地說明連續(xù)續(xù)冷卻時奧奧氏體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變過程，，必須借助助于所謂奧奧氏體連續(xù)續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變變曲線。1.奧氏體體連續(xù)冷卻卻轉(zhuǎn)變曲線線表示過冷奧奧氏體以不不同速度連連續(xù)冷卻時時的轉(zhuǎn)變產(chǎn)產(chǎn)物及其轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變量與時時間關(guān)系的的曲線，稱稱為奧氏體體連續(xù)冷卻卻轉(zhuǎn)變曲線線．線1為為先共析鐵鐵素休析出出開始線，，線2為為鐵素體體析出終止止線，或珠珠光體形成成開始線；；線1、2的包圍區(qū)區(qū)域即為從從過冷奧氏氏體中析出出先共析鐵鐵素體的區(qū)區(qū)域，線3為過冷奧奧氏體轉(zhuǎn)變變終止線，，線2、、3的的包圍的的區(qū)域為珠珠光體轉(zhuǎn)變變區(qū)域，線線4為為貝氏體形形成開始線線，線5為貝氏氏體轉(zhuǎn)變終終止線；3、4、5的包包圍區(qū)域為為貝氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變區(qū)域，，線5以以下的區(qū)區(qū)域為馬氏氏體轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū)域．此外外，圖中冷冷卻曲線與與各轉(zhuǎn)變終終止線相交交處的數(shù)字字表示所形形成轉(zhuǎn)變產(chǎn)產(chǎn)物的相對對量.冷卻卻曲線末端端的數(shù)字表表示冷卻后后得到的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的的硬度.2．過冷奧奧氏休連續(xù)續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物的組組織和性能能由于過冷奧奧氏體連續(xù)續(xù)冷卻時，，其轉(zhuǎn)變不不是在恒溫溫下進行的的，而是在在一個溫度度范圍內(nèi)進進行的，因因此往往不不易獲得均均一的轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物。即即使得到相相同組織，，也由于先先后轉(zhuǎn)變溫溫度的不同同，其分散散度也不同同，因而性性能也有差差異．此外，還由由于工件表表面和心部部的冷卻速速度不同，，常常會使使表面和心心部得到不不同的組織織.碳鋼連續(xù)冷冷卻時，不不可能獲得得單一的貝貝氏體組織織。往往只只是在連續(xù)續(xù)冷卻過程程中，經(jīng)過過中溫區(qū)域域時附帶生生成少量或或根本不生生成貝氏休休。這是因因為冷卻速速度較慢時時，過冷奧奧氏體在冷冷至中溫區(qū)區(qū)域前，已已全部轉(zhuǎn)變變?yōu)橹楣怏w體。而當冷冷卻速度較較快時，由由于在中溫溫區(qū)域的停停留時間不不足，以使使其轉(zhuǎn)變?yōu)闉樨愂象w。。低溫轉(zhuǎn)變（（馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變）當奧氏體以以大于臨界界冷卻速度度(與鼻子子相切)連連續(xù)冷卻至至Ms點點（共析析鈉為230℃℃)以下時時,過冷奧奧氏體轉(zhuǎn)變變產(chǎn)物為馬馬氏體.由由于轉(zhuǎn)變溫溫度很低，，過冷度很很大、鐵原原子和碳原原子的護散散被抑制，，奧氏體向向馬氏體的的轉(zhuǎn)變只發(fā)發(fā)生的晶格改變變而沒有碳碳原子的擴擴散，因此此這種轉(zhuǎn)變變也稱非擴擴散型轉(zhuǎn)變變。馬氏體中的的含碳量就就是原奧氏氏體中的含含碳量。由由Fe-Fe3C狀態(tài)圖圖知道，a-Fe溶溶解碳能能力最大只只有0.0218%(727℃).因此，，馬氏體實實質(zhì)上是碳碳在a-Fe中中的過飽和和固溶體。。馬氏體由于于溶入過多多的碳而使使a-Fe晶格嚴重重歪扭，從從而增加了了塑性變形形的抗力，，故馬氏體體具有很高高的硬度。。馬氏體含含碳量愈多多，晶格歪歪扭愈嚴重重，馬氏體體硬度就愈愈高。馬氏體轉(zhuǎn)變變是在一定定溫度范圍圍內(nèi)（Ms一Mz)進進行的。從從馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變開始溫溫度Ms起起,隨著溫溫度的下降降，不斷形形成馬氏體體，直到馬馬氏體轉(zhuǎn)變變終止溫度度Mz結(jié)結(jié)束,依依靠溫度的的降低而增增加。馬氏體的顯顯微組織:含碳量高的的（1.2％）高碳碳馬氏體。。其空間形形態(tài)為薄片片狀，在顯顯微鏡下呈呈針伏（或或竹葉狀））又稱針狀狀馬氏體。。其性能特特點是硬度度高，脆性性大.含碳量較低低（0.12％)的低碳馬馬氏體，其其空間形態(tài)態(tài)為一束束束相互平行行的細條狀狀，又稱條條狀馬氏體體。其性能能特點是具具有良好的的強度和較較好的塑性性和韌性。。3.過冷奧奧氏體連續(xù)續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變變的特點1.根據(jù)據(jù)過冷奧氏氏體轉(zhuǎn)變曲曲線及工件件的技術(shù)要要求,可以以確定熱處處理方法及及其工藝規(guī)規(guī)范，如確確定等溫退退火，等溫溫淬火，分分級淬火的的等溫溫度度、等溫時時間和冷卻卻規(guī)范。2.根據(jù)過過冷奧氏體體轉(zhuǎn)變曲線線可以判斷斷工件熱處處理后的組組織和性能能以及工件件冷卻后其其截面上各各部分所得得到的組織織和硬度。。3.根據(jù)過過冷奧氏體體轉(zhuǎn)變曲線線，即可以以近似地計計算出臨界界冷卻速度度(V0).為保證證工件淬火火時，能全全部轉(zhuǎn)變?yōu)闉轳R氏體,可根據(jù)臨臨界冷卻速速度的大小小選擇冷卻卻介質(zhì)及評評定鋼的淬淬透性第三節(jié)鋼鋼的退火與與正火一、退火與與正火的自自的1、制造造各種機械械零件需要要經(jīng)過各種種不同的冷冷、熱加工工工序。因因此，其內(nèi)內(nèi)部成分和和組織很不不均勻，而而且還會在在零件內(nèi)部部留下內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。這樣樣不僅使其其機械性能能降低,而且在在最后熱處處理過程中中產(chǎn)生變形形和開裂。。退火與正正火的目的的大致相同同，主要是是:1.改善或或消除在熱熱加工過程程中所造成成的組織缺缺陷;2.消除內(nèi)內(nèi)應(yīng)力,降降低硬度,便于切削削加工;3.改善組組織，細化化晶粒為最最后熱處理理做好組織織準備。退火與正火火通常多是是作為預(yù)備備熱處理的的，如果零零件性能要要求不高時時，正火也也可作為最最終熱處理理.二、鋼在退退火和正火火時的組織織轉(zhuǎn)變--珠光體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變1.珠光體的的形成珠光體是奧奧氏體冷卻卻時共析轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。。它是鐵素素體和滲碳碳體的機械械混合物。。含碳量為0.77％％的奧氏氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闉楹咸剂考凹熬Ц耦愋托徒厝徊煌臐B碳依依和鐵素體體。其轉(zhuǎn)變變過程必然然通過晶格格的改組和和碳原子鐵鐵原子的擴擴散轉(zhuǎn)移才才能完成。。因此，珠珠光體轉(zhuǎn)變變必須在A1以下的的高溫區(qū)域域（對碳鋼鋼來說約為為500℃）進進行。故珠珠光體轉(zhuǎn)變變是擴散型型的相變。。奧氏體向珠珠光體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，和其其它相變一一樣也是一一個形核和和核長大的的過程。當當奧氏體被被過冷到A1溫溫度以下，，經(jīng)過一定定時間，首首先在奧氏氏體晶界或或其它既存存物（未溶溶碳化物質(zhì)質(zhì)點、雜質(zhì)質(zhì)物）表面面上，形成成滲碳體晶晶核.其晶晶核的長大大靠鄰近碳碳原子的擴擴散而逐漸漸長大，與與此同時滲滲碳體晶核核周圍奧氏氏體中的碳碳含量必然然不斷降低低,當降到到足夠低時時，在滲碳碳體晶核兩兩側(cè)形成了了鐵素體片片，這就相相當于珠光光體晶核。。此時，滲滲碳體片側(cè)側(cè)面不再增增厚，只是是依靠其前前沿及兩側(cè)側(cè)碳原子的的擴散不斷斷向晶粒內(nèi)內(nèi)部縱向伸伸長，而兩兩側(cè)的鐵素素體則是不不斷增厚和和伸長。但但是，鐵素素體的長大大又導(dǎo)致周周圍奧氏體體中含碳量量的不斷增增加，而促促使新的滲滲碳體片產(chǎn)產(chǎn)生。如此此連續(xù)地交交替進行，，結(jié)果形成成了相互交交替，位向向基本相同同的片層狀狀珠光體組組織。當一一個珠光體體團長大時時，必然又又會產(chǎn)生另另外新的滲滲碳體晶核核，形成其其它珠光體體團。它們們各自不斷斷長大直至至披此相遇遇，使奧氏氏體全部轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣夤怏w。珠光休轉(zhuǎn)變變隨著轉(zhuǎn)變變條件不同同，既可以以在同一奧奧氏體晶粒粒內(nèi)形成很很多個珠光光體團，也也可以出現(xiàn)現(xiàn)一個珠光光體團和一一直擴展到到好幾個奧奧氏體晶粒粒內(nèi)的情況況。2.影響響珠光體形形成的因素素珠光體轉(zhuǎn)變變是擴散型型轉(zhuǎn)變，其其轉(zhuǎn)變過程程是通過形形核和長大大完成的，，故一切影影響原子擴擴散和形核核、長大的的因素都將將影響珠光光體的形成成。(1)轉(zhuǎn)變變溫度的影影響一般來說，，在碳鋼中中轉(zhuǎn)變溫度度愈低，珠珠光體的形形核率及長長大速度愈愈大,珠光光體形成速速度也愈快快。這主要要是因為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變溫度的的降低，形形核率的急急劇增加而而使珠光休休形成速度度大大增加加.這祥，，珠光體中中鐵素體和和滲碳體的的片層厚度度及片的長長度將隨溫溫度的降低低而變薄變變短，即珠珠光體變細細。(2)合金金元素的影影響幾乎所有的的合金元素素都遲緩珠珠光休的形形成，這是是因為合金金元素改變變了臨界界點，從而而減小了過過冷度，降降低了碳的的擴散速度度，加以合合金元素本本身擴散速速度低,影影響了珠光光體的形核核率。當幾幾種合金元元索綜合作作用時，對對珠光體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的抑制制作用更甚甚.所以合合金鋼完成成珠光體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變要比碳碳鋼所需的的時間長。。(3)奧氏氏體化規(guī)范范的影響奧氏體化溫溫度愈高，，加熱時間間愈長，則則碳化物溶溶解多，奧奧氏體均勻勻化程度愈愈高，晶粒粒越粗大．．這些將使使珠光體形形核率和長長大速度降降低，因而而遲緩了珠珠光體的形形成過程。。反之，則則加快珠光光體形成過過程。此外外等溫轉(zhuǎn)變變，將減慢慢珠光體的的形成速度度。3.珠光體體轉(zhuǎn)變時先先共析相的的析出共析鋼在A1以下下高溫轉(zhuǎn)變變區(qū)域中，，奧氏體將將全轉(zhuǎn)變?yōu)闉橹楣怏w。。但對于亞亞共析鋼和和過共析鋼鋼，在形成成珠光體之之前,將先先行析出鐵鐵素體或滲滲碳體。隨隨著鋼的成成分、轉(zhuǎn)變變溫度等的的不同，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時所先先析出的鐵鐵素體和滲滲碳體的數(shù)數(shù)量和形態(tài)態(tài)極不相同同。圖示的的陰影范圍圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時時，即使是是非共析成成分的奧氏氏體也將全全部變?yōu)橹橹楣怏w，形形成所謂““偽共析組組織”。含碳量較低低的亞共析析鋼，在M范圍圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時時，先共析析鐵素體將將沿晶界長長大并變厚厚，聚集成成塊狀。但但在過共析析鋼中，則則不會出現(xiàn)現(xiàn)塊狀滲碳碳體.當奧奧氏體在GBA范范圍內(nèi)進行行轉(zhuǎn)變時，，則先共析析鐵素體或或滲碳體，，將沿奧氏氏體晶界析析出長大，，而形成鐵鐵素體網(wǎng)和和滲碳體網(wǎng)網(wǎng).如在W范圍圍進行轉(zhuǎn)變變，則鐵素素體或滲碳碳體將自晶晶界以一定定位向向晶晶內(nèi)伸長，，形成偽共共析組織.三、珠光體體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物物的組織形形態(tài)及其性性能由于珠光體體形成過程程的特點，，故形成鐵鐵素體和滲滲碳體相間間的片層狀狀組織。隨隨冷卻速度度的增大，，形核率也也隨之急劇劇增加，加加上碳原子子擴散速度度的降低，，致使片層層間距變小小。轉(zhuǎn)變溫溫度愈低，，則片層愈愈薄，片的的長度也愈愈短，平直直度也愈差差，組織更更為細小。。珠光體并非非全是片狀狀的。在一一定的轉(zhuǎn)變變條件下，，也可以形形成在鐵素素體基體上上均勻分布布著細小顆顆粒狀碳化化物的球狀狀珠光體或或粒狀珠光光體。片狀狀珠光體的的片間距對對其機械性性能的影響響較大。強強度和硬度度隨片間距距的減小而而升高，塑塑性有所改改善。在相同的含碳碳量情況下，，顆粒狀珠光光體，由于碳碳化物呈顆粒粒狀，而且相相界而較片狀狀珠光體少，，故其強度和和硬度低寸片片狀珠光體，，但塑性較好好.顆粒狀珠珠光體，隨碳碳化物顆粒度度的減小，強強度和硬度增增高。四、退火所謂退火，通通常是將鋼加加熱至臨界點點以上(一般般在Ac3或Acm以上上150~300℃℃范圍)，保溫一定定時間，使綱綱全部或部分分奧氏體化，，隨后緩慢冷冷卻，以獲得得接近平衡狀狀態(tài)的珠光體體組織。根據(jù)退火的工工藝特點和目目的，退火分分為：擴散退退火、完全退退火、球化退退火、等溫退退火和低溫去去應(yīng)力退火等等。1.擴散退退火合金鑄錠及大大型鑄件在鑄鑄造結(jié)晶討程程中，往往會會發(fā)生較嚴重重的枝晶偏析析,為消除枝枝晶偏析，改改善工藝性能能和機械性能能，必須將工工件加熱到高高溫(1050~1150℃)下進行長時時間(15~20小時)的加熱，隨隨后隨爐緩慢慢冷卻到350℃以以下，出爐爐空冷。高溫溫長時間加熱熱是為了使合合金元素得到到充分的擴散散，從而消除除枝晶偏析。。由于高溫長長時間加熱使使奧氏體晶粒粒粗大，故工工件經(jīng)擴散退退火后，需要要進行一次完完全退火或正正火，細化晶晶粒，改善機機械性能。2.完全退火火完全退火又稱稱重結(jié)晶退火火。一般簡稱稱為退火，主主要用于亞共共析鋼鑄件、、鍛件、熱軋軋型材及焊接接件等。完全退火的工工藝是將鋼件件加熱至Ac3以上30~50℃，保保溫一定時間間后，隨爐級級慢冷卻（或或埋在沙中冷冷卻）至500℃以以下，然后后空冷。由于于加熱溫度超超過Ac3，，使鋼的組織織完全重結(jié)晶晶，所以可以以達到均勻組組織、細化晶晶粒、消除內(nèi)內(nèi)應(yīng)力、降低低硬度的目的的。3.球化退火火球化退火主要要用于過共析析鋼及合金工工具鋼。球化化退火是使鋼鋼獲得球狀小小顆粒碳化物物組織的工藝藝方法。由于過共析鋼鋼經(jīng)軋制、鍛鍛造空冷后，，組織中會出出現(xiàn)層片狀珠珠光體與網(wǎng)狀狀滲碳體。這這樣的組織不不僅硬而脆，，切削加工時時刀具容易磨磨損，而且在在以后的淬火火過程中易于于變形開裂。。為了克服這這些缺點，通通過球化退火火，使?jié)B碳體體呈球狀（或或小顆粒狀）），均勻分布布在鐵素體基基體上，這種種組織稱球狀狀珠光體。它它的硬度較層層片狀珠光體體與網(wǎng)狀滲碳碳體組織的硬硬度低。一般球化退火火工藝是將鋼鋼件加熱至AC1以上上20-30℃（（或在Ar1以下20℃左左右)，保保溫一定時間間后(等溫4~6小時時）隨爐進行行冷卻。其原理是:原原始片狀珠光光體在加熱至至Ac1以以上20-30℃溫溫度時，滲碳碳體開始溶解解但又未完全全溶解,一些些碳化物斷開開為許多細的的片狀碳化物物，彌散地分分布在奧氏體體基體上。同同時，由于加加熱溫度低，，保溫時間短短，奧氏體的的成分極不均均勻，在隨后后的緩慢冷卻卻過程中，或或以原有的細細的碳化物質(zhì)質(zhì)點為核心，，或在奧氏體體中碳聚集區(qū)區(qū)產(chǎn)生新的碳碳化物核心，，形成均勻的的顆粒狀碳化化物。同時，，由于球形具具有最小的表表面能，在保保溫和緩冷過過程中，碳化化物自發(fā)地成成長為球狀。。4.等溫退火火完全退火的生生產(chǎn)周期長，，特別對于某某些奧氏體比比較穩(wěn)定的合合金鋼，其退退火工藝往在在需要幾十小小時，如果在在珠光體形成成溫度進行奧奧氏體的等溫溫轉(zhuǎn)變處理，，這樣做可在在等溫處理的前后稍稍快地進行冷冷卻，以便縮縮短整個退火火周期，而且且所獲得的組組織也比較均均勻。這種退退火方法稱““等溫退火””。等溫退火火的等溫溫度度一般為該鋼鋼的Ar1以下30℃左右右。等溫時間間應(yīng)按等溫轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變曲線，以以保證奧氏體體全部轉(zhuǎn)變。。一般碳鋼為為1~2小小時，合金金鋼為3~4小時。下圖是高速鋼鋼的普通退火火與等溫退火火的工藝比較較，可以看出出，退火周期期從15~20小時縮短短到幾個小時時左右。5.去應(yīng)力退退火去應(yīng)力退火、、又稱低溫退退火，主要用用于消除鑄件件、鍛件、焊焊接件、熱軋軋件以及冷沖沖、沖擠壓件件等的內(nèi)應(yīng)力力。如不消除除其內(nèi)部的殘殘余應(yīng)力，必必將引起工件件在一定時間間后，或在隨隨后的切削加加工過程中產(chǎn)產(chǎn)生變形或開開裂。去應(yīng)力退火的的工藝是將鋼鋼件加熱至A1以下，一一般為500~650℃，經(jīng)經(jīng)一段時間(2-4)小小時的保溫，，然后緩慢冷冷卻至300℃以以下出爐。鋼鋼件在退火過過程中不發(fā)生生組織變化，，鋼件中的內(nèi)內(nèi)應(yīng)力是在加加熱、保溫和和緩慢冷卻過過程中消除的的。對于某些體積積龐大的焊接接構(gòu)件如無法法在加熱爐內(nèi)內(nèi)進行，可用用火焰或工頻頻感應(yīng)加熱,對焊縫及熱熱影響區(qū)進行行局部去應(yīng)力力退火處理。。五、正火正火是將鋼加加熱至Ac3或Accm以上30~40℃℃，保溫后后從爐中取出出在空氣中冷冷卻的一種工工藝方法。由由于正火的冷冷卻速度比退退火冷卻速度度稍快所得組組織較退火細細，強度和硬硬度有所提高高。正火工藝簡單單、經(jīng)濟、應(yīng)應(yīng)用較廣,可可作為：1.普通結(jié)構(gòu)構(gòu)零件的最終終熱處理。2.比較重要要零件的預(yù)備備熱處理。3.消除過共共析鋼中的網(wǎng)網(wǎng)狀滲碳體。。4.代替含碳碳量小于0.5％的鍛件件的退火處理理六、退火與正正火的選擇由于退火與正正火的目的大大致相同，多多數(shù)都是作為為預(yù)備熱處理理，在生產(chǎn)上上有時可以相相互代替.在在實際生產(chǎn)中中如何進行選選擇，可以從從以下幾方面面進行考慮:1.從改善善切削加工性性能方面考慮慮鋼的硬度在HB160~230范范圍內(nèi),組織織中沒有大塊塊柔韌的鐵素素體時，切削削加工比較方方便。為此，，對于低碳鋼鋼應(yīng)以正火作作為預(yù)備熱處處理。對于高高碳鋼則必須須采用退火，，對于含碳量量不超過0.45％的的碳鋼以及某某些低合金結(jié)結(jié)構(gòu)鋼則以采采用退火為好好.2.從使用用性能方面考考慮:對于亞亞共析鋼來說說，一般總是是正火處理比比經(jīng)退火的具具有更為良好好的機械性能能。如工件性性能要求不高高時，可用正正火作為最終終處理。3.從最后熱熱處理方面考考慮:從減少少最后熱處理理淬火時的變變形開裂傾向向方面看，正正火不如退火火.對于準備備進行快速加加熱的工件，，正火組織比比退火組織更更有助于加快快奧氏體化過過程。4.從從經(jīng)濟濟方面面考慮慮:由由于正正火比比退火火的生生產(chǎn)周周期短短得多多，設(shè)設(shè)備利利用率率高，，且操操作簡簡單，，姑在在可能能的條條件下下，應(yīng)應(yīng)盡量量以正正火代代替退退火。。第四節(jié)節(jié)鋼鋼的淬淬火一、淬淬火及及其目目的將鋼加加熱至至臨界界區(qū)(Ac1或Ac3)以上上30~50℃℃，，保溫溫一段段時間間,然然后快快速（（超過過該種種鋼的的臨界界冷卻卻速度度）冷冷卻，，使過過冷奧奧氏體體轉(zhuǎn)變變成馬馬氏體體的一一種操操作方方法。。淬火的的目的的如下下：1.提提高工工件的的硬度度及耐耐磨性性.對對于各各種工工具、、模具具、量量具以以及要要求表表面耐耐磨的的零件件用淬淬火方方法獲獲得高高的硬硬度和和耐磨磨性，，以保保證使使用壽壽命。。2.與與回火火配合合獲得得所需需要的的機械械性能能.淬淬火后后，一一般獲獲得最最高的的硬度度，如如配以以不同同的溫溫度回回火，，可以以大幅幅度地地提高高鋼的的強度度、韌韌性及及疲勞勞強度度，并并可獲獲得這這些性性能之之間的的各種種配合合，以以滿足足不同同的使使用要要求。。此外外，對對于某某些待待殊鋼鋼，用用淬火火方法法獲得得一定定的物物理化化學(xué)性性能.二、鋼鋼淬火火時的的組織織轉(zhuǎn)變變和性性能特特點1.馬馬氏體體形成成條件件淬火之之所以以能強強化鋼鋼件的的主要要原因因在于于淬火火時的的快速速冷卻卻而獲獲得馬馬氏體體組織織。由由鋼的的連續(xù)續(xù)冷卻卻轉(zhuǎn)變變曲線線可知知要獲獲得馬馬氏體體組織織，就就必須須以大大于臨臨界冷冷卻速速度，，把奧奧氏休休過冷冷至Ms以以下的的較低低溫度度，使使之向向馬氏氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變。。為此此，馬馬氏體體的形形成條條件是是快冷冷和深深度過過冷，，兩者者缺一一不可可。2.馬氏氏體的的晶體體結(jié)構(gòu)構(gòu)淬火鋼鋼的組組織主主要是是馬氏氏體。。馬氏氏體是是碳在在a-Fe中中的的過飽飽和固固溶體體。由由于碳碳的過過飽和和,使使a-Fe晶格格由體體心立立方變變?yōu)轶w體心正正方,使晶晶格常常數(shù)發(fā)發(fā)生相相應(yīng)變變化，，而且且隨著著含碳碳量的的增加加，其其正方方度(C／／a的的比值值)也也愈大大，晶晶格的的畸變變增大大.一一般認認為，，含碳碳量大大于0.25％％的的馬氏氏體都都具有有正方方度，，即C／a＞＞1．．3.馬馬氏體體組織織形態(tài)態(tài)及影影響因因素由于鋼鋼種及及熱處處理的的不同同,鋼鋼中馬馬氏體體可以以有兩兩種不不同的的組織織形態(tài)態(tài)。(1)板條條狀馬馬氏體體這種馬馬氏體體是由由尺寸寸大致致相同同薄而而細長長的板板條定定向排排列組組成的的馬氏氏體束束，同同一束束內(nèi)各各板條條近于于平行行。同同一奧奧氏體體晶粒粒內(nèi)，，可以以形成成位向向不同同的多多個馬馬氏體體束，，束與與束之之間的的位向向差別別較大大。在在電子子顯微微鏡下下觀察察板條條狀馬馬氏體體，其其晶體體內(nèi)存存在著著大量量高密密度的的位錯錯，故故板條條馬長長體反反稱位位錯型型馬氏氏體。。(2)針狀狀(片片狀)馬氏氏體針狀馬馬氏體體其空空間形形狀呈呈雙凸凸透鏡鏡狀，，針與與針之之間相相互不不平行行，常常呈一一定角角度相相交。。在原原始奧奧氏休休晶粒粒內(nèi)，，首先先形成成的馬馬氏體體針往往往比比較粗粗大，，并橫橫貫整整個晶晶粒，，使隨隨后形形成的的馬氏氏體的的長大大受到到限制制而大大小不不一。。在電電子顯顯微鏡鏡下觀觀察針針狀馬馬氏休休，針針內(nèi)的的亞結(jié)結(jié)構(gòu)主主要為為孿晶晶，針針(片片)狀狀馬氏氏體又又稱孿孿晶馬馬氏體體.鋼淬火火后的的組織織形態(tài)態(tài)，一一般認認為主主要取取決于于奧氏氏體的的化學(xué)學(xué)成分分和馬馬氏體體的形形成溫溫度。。奧氏氏體含含碳量量＜0.25％％時，，其淬淬火組組織幾幾乎全全部為為板條條馬氏氏體，，故低低碳鋼鋼淬火火后都都為板板條狀狀馬氏氏體。。當奧奧氏體體含碳碳量＞＞1.2％％時時，則則幾乎乎全部部為針針狀馬馬氏體體，故故高碳碳工具具鋼淬淬火后后都為為針狀狀馬氏氏體，，而中中碳鋼鋼淬火火后則則為板板條馬馬氏體體和少少量針針狀馬馬氏體體的混混合組組織。。馬氏氏體形形成溫溫度越越高，，則易易于形形成板板條馬馬氏體體;馬馬氏體體形成成溫度度低，，則易易于形形成針針狀馬馬氏體體。此此外，，合金金元素素都促促使形形成針針狀馬馬氏體體。在在馬氏氏體形形成溫溫度以以上不不太高高的溫溫度下下進行行塑性性變形形，也也會促促使形形成板板條馬馬氏體體。4.馬馬氏氏體體的的性性能能(1)硬硬度度高高硬度度高高是是馬馬氏氏體體的的主主要要性性能能特特點點。。其其所所以以具具有有較較高高的的硬硬度度主主要要是是馬馬氏氏體體中中過過飽飽和和的的碳碳原原子子引引起起固固溶溶強強化化的的結(jié)結(jié)果果，，而而且且其其強強化化效效果果隨隨含含碳碳量量的的增增加加而而增增強強。。此此外外，，板板條條狀狀馬馬氏氏體體中中的的大大量量位位錯錯，，針針狀狀馬馬氏氏體體中中的的大大量量細細小小孿孿晶晶都都能能阻阻礙礙工工件件受受力力時時的的滑滑移移變變形形，，從從而而引引起起硬硬化化,特特別別是是孿孿晶晶的的硬硬化化作作用用更更大大。。(2)強強度度馬氏氏體體有有很很高高的的強強度度，，其其強強度度隨隨含含碳碳量量的的增增加加而而提提高高。。當當馬馬氏氏體體含含碳碳量量超超過過0.5％％后后，，其其強強度度的的提提高高就就更更明明顯顯了了。。此此外外，，原原始始奧奧氏氏體體的的晶晶粒粒愈愈細細，，得得到到的的細細小小馬馬氏氏體體強強度度愈愈高高。。(3)塑塑性性和和韌韌性性低碳碳板板條條狀狀馬馬氏氏體體具具有有較較高高的的強強度度，，同同時時還還兼兼有有相相當當好好的的塑塑性性和和韌韌性性。。片片狀狀(針針狀狀)馬馬氏氏體體由由于于其其中中有有大大量量細細小小孿孿晶晶使使滑滑移移變變形形不不易易進進行行，，故故降降低低了了塑塑性性和和韌韌性性.此此外外由由于于針針狀狀馬馬氏氏體體呈呈一一定定角角度度相相交交，，在在高高速速長長大大時時，，馬馬氏氏體體片片間間常常因因互互相相撞撞擊擊而而形形成成顯顯微微裂裂紋紋，，故故也也增增加加其其脆脆性性。。綜上上所所述述，，馬馬氏氏體體的的機機械械性性能能取取決決于于含含碳碳量量、、組組織織結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)和和馬馬氏氏體體組組織織形形態(tài)態(tài)。。低低碳碳板板條條狀狀馬馬氏氏體體兼兼有有很很高高的的強強度度和和良良好好的的韌韌性性。。高高碳碳針針狀狀馬馬氏氏體體雖雖具具有有極極高高的的硬硬度度，，但但脆脆性性大大而而韌韌性性差差。。因因此此，，在在保保證證足足夠夠的的強強度度和和硬硬度度的的前前提提下下，，盡盡可可能能多多獲獲得得板板條條狀狀馬馬氏氏體體。。這這就就是是所所謂謂鋼鋼的的強強韌韌化化處處理理的的方方法法之之一一。。(4)馬馬氏體的的比容在鋼的組組織中，，馬氏體體具有最最大的比比容，且且含碳量量愈高，，兩者相相差愈大大，因此此淬火前前后工件件體積變變化也愈愈大。這這是鋼淬淬火時產(chǎn)產(chǎn)生變形形、開裂裂的根本本原因之之一.三、馬氏氏體轉(zhuǎn)變變的基本本規(guī)律1.恒定定的轉(zhuǎn)變變溫度馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變除快快速冷卻卻外，還還必須過過冷到某某一特定定溫度Ms點點以下下。它與與冷卻速速度的大大小無關(guān)關(guān)，而主主要取決決于鋼加加熱后所所獲奧氏氏體的成成分及狀狀態(tài)。即即使同－－鋼種，，也因其其奧氏體體化程度度的不同同，Ms點點也不同同。2．馬馬氏體的的變溫形形成馬氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變必須須在連續(xù)續(xù)冷卻過過程中才才能基本本完成。。如過冷冷奧氏體體冷卻至至Ms以下下某一溫溫度時，，會高速速地形成成一定數(shù)數(shù)量的馬馬氏體，，此時如如不繼續(xù)續(xù)冷卻，，馬氏量量就不再再增加。。如在此溫溫度恒溫溫停留，，一般也也只能形形成少量量馬氏體體，此后后轉(zhuǎn)變不不再進行行.只有有再繼續(xù)續(xù)冷卻,才形成成新的馬馬氏體,馬氏體體的數(shù)量量才能不不斷增加加,直至至冷卻到到Mf溫溫度,馬馬氏體的的轉(zhuǎn)變停停止.一一般鋼的的Mf溫溫度都低低于室溫溫,因此此通常冷冷卻到室室溫時,其淬火火組織中中還存在在較多的的未轉(zhuǎn)變變的殘余余馬氏體體.3.無擴擴散型相相變馬氏體的的轉(zhuǎn)變溫溫度低,在轉(zhuǎn)變變過程中中沒有成成分的變變化,而而只有晶晶格的改改變,即即,且晶格格的改變變不是通通過擴散散.而是是通過鐵鐵原子集集團地、、協(xié)同地地定向有有規(guī)律的的移動.因此,轉(zhuǎn)變過過程中新新舊晶格格保持著著共格關(guān)關(guān)系,即即界面上上的原子子為新舊舊共有,這種共共格關(guān)系系才使得得馬氏體體得以長長大.4.相變變的不完完全性當鋼冷至至Mf點時時，馬氏氏體轉(zhuǎn)變變終止。。然而，，所得到到的組織織并不是是100％的馬馬氏體，，有少量量奧氏體體被保留留下來(殘留奧奧氏體)。淬火火組織中中的殘留留奧氏體體對工件件淬火時時的變形形、開裂裂及其機機械性能能有相當當?shù)挠绊戫?。四、奧氏氏體的穩(wěn)穩(wěn)定化現(xiàn)現(xiàn)象在馬氏體體轉(zhuǎn)變過過程中，，如冷至至Ms附近近某一溫溫度作等等溫停留留，將使使過冷奧奧氏體繼繼續(xù)轉(zhuǎn)變變?yōu)轳R氏氏體的能能力減弱弱。在隨隨后的冷冷卻過程程中，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變不會會立即開開始，而而要滯后后一個溫溫度間隔隔再行開開始，最最終所得得馬氏體體量也將將減少，，使殘余余奧界體體量增多多。這種種由于在在Ms附近近作恒溫溫停留引引起奧氏氏體穩(wěn)定定化的現(xiàn)現(xiàn)象稱為為奧氏體體的陳化化穩(wěn)定。。恒溫停留留時間越越長，冷冷卻速度度越小，，巳轉(zhuǎn)變變的馬氏氏體量越越多，則則其穩(wěn)定定化愈強強烈。此此外，應(yīng)應(yīng)力和形形變的作作用也會會引起奧奧氏體穩(wěn)穩(wěn)定化（（機械穩(wěn)穩(wěn)定化））。實際際生產(chǎn)中中，也常常利用奧奧氏體陳陳化穩(wěn)定定現(xiàn)象來來防止工工件的變變形和開開裂。五、鋼的的淬火工工藝1.淬火火加熱規(guī)規(guī)范的選選擇各種鋼的的淬火加加熱溫度度主要由由其組織織類型及及臨界點點來確定定。亞共共析鋼淬淬火加熱熱溫度一一般應(yīng)在在AC3以上上30~50℃℃，，淬火后后的組織織為均勻勻的馬氏氏體。如如淬火加加熱溫度度過低（（＜AC3)，，則鐵素素體未全全部溶于于奧氏體體，使淬淬火組織織中因含含鐵素體體而硬度度不足。。過共析析鋼淬火火加熱溫溫度一般般應(yīng)在Ac1以上上30~50℃℃，，淬火后后的組織織為隱晶晶馬氏體體基體上上均勻分分布著細細小碳化化物質(zhì)點點。該組組織不僅僅耐磨性性好，脆脆性也小小。如加加熱溫度度超過Ac1，，則碳化化物溶解解使奧氏氏體含碳碳量增加加，使淬淬火后的的針狀馬馬氏體增增多,脆脆性和和變形開開裂傾向向增大，，同時還還會使殘殘余奧氏氏體量增增多。目前，生生產(chǎn)實踐踐中廣泛泛使用的的淬火加加熱溫度度范圍大大多超過過上述范范圍。碳碳鋼和低低合金鋼鋼的淬火火加熱溫溫度為Ac3以上30~70℃及及Ac1以以上30~70℃。。合金金鋼由于于合金元元素的擴擴散速度度慢等原原因，其其淬火溫溫度可取取上限或或更高些些。此外，在在具體選選擇時還還必須考考慮工件件的形狀狀和大小小、所選選擇的冷冷卻介質(zhì)質(zhì)和原始始組織及及其狀態(tài)態(tài)等因素素。對于于形狀簡簡單截面面尺寸較較大工件件宜采用用下限，，形狀復(fù)復(fù)雜截面面尺寸較較小取下下限。采采用急冷冷介質(zhì)的的取下限限，采用用緩冷介介質(zhì)的取取上限。。工件原原始組織織較細小?。ǚ稚⑸⒍却螅┑?，取取淬火溫溫度的下下限，原原始組織織中有帶帶狀組織織和斷續(xù)續(xù)網(wǎng)狀碳碳化物的的工件，，則采用用較高的的淬火溫溫度。如如工件是是已經(jīng)淬淬過火的的返修件件，其淬淬火溫度度應(yīng)低一一些.2．淬淬火冷卻卻介質(zhì)淬火要求求獲得馬馬氏休組組織，為為此冷卻卻速度必必須大于于臨界冷冷卻速度度。然而而，過快快的冷卻卻會引起起很大的的內(nèi)應(yīng)力力，造成成工件的的變形和和開裂。。由鋼的過過冷奧氏氏體等溫溫轉(zhuǎn)變曲曲線可知知，為了了獲得馬馬氏體的的組織，，只要在在奧氏體體最不穩(wěn)穩(wěn)定區(qū)域域，即曲曲線的鼻鼻尖部（（一般為為500~650℃℃））必須快快冷，此此后的慢慢冷基本本上不妨妨礙獲得得馬氏體體。相反反，可以以減少內(nèi)內(nèi)應(yīng)力，，減小變變形和開開裂傾向向。(1)水水和鹽水水溶液其優(yōu)點是是龍500~650℃范范圍內(nèi)內(nèi)冷卻速速度快。。但在300~200℃℃范范圍內(nèi)冷冷卻速度度仍很快快，容易易引起變變形和開開裂。一一般用于于形狀簡簡單碳鋼鋼零件的的淬火。。(2)油油在650~500℃℃溫溫度范圍圍內(nèi)冷卻卻速度不不大，但但在300~200℃溫溫度范范圍內(nèi)冷冷卻速度度較慢,一般用用于合金金鋼零件件的淬火火。但油油的價格格比水及及其溶液液高，而而且易燃燃，零件件不易清清洗.(3)水玻璃璃水溶液它是以水為基基，加入30％左右右的水玻璃并并加入一些鹽鹽和堿。其冷冷卻特點是:在高溫區(qū)冷冷卻能力與水水相似，在低低溫區(qū)域冷卻卻時，由于工工件表面形成成水玻璃膜而而具有較小的的冷卻速度。。(4)堿浴各類堿浴在高高溫區(qū)的冷卻卻能力介于水水和油之間。。為了提高其其冷卻能力，，通常加入3~6％％的水。(5)硝鹽浴浴硝鹽浴的冷卻卻能力小于堿堿浴，在高溫溫區(qū)的冷卻能能力略小于油油。為了提高高其冷卻能力力，常在低溫溫使用的硝鹽鹽浴中加入3~5％％的水。水玻璃水溶液液、堿浴、硝硝鹽浴在使用用過程中由于于高溫氯化鹽鹽的帶入和吸吸收空氣中的的CO2，使冷卻卻性能改變而而老化。使用用中，還必須須經(jīng)常補充水水。由于水的的蒸發(fā)使含水水量降低影響響冷卻能力。。硝鹽浴使用用過程中，必必須嚴格控制制其使用溫度度（不得超過過500℃℃）和石墨墨炭進入浴槽槽內(nèi)，以防事事故發(fā)生。(6)中性鹽鹽浴當使用溫度超超過500℃℃時，必須須使用中性的的氯化鹽浴。。它主要用于于高合金鋼(如高速鋼)的分級淬火火。3．淬火冷冷卻方法為實現(xiàn)淬火目目的又能最大大限度地減小小變形和開裂裂,除正確進進行加熱和合合適的合理選選擇冷卻介質(zhì)質(zhì)外,還必須須根據(jù)工件的的化學(xué)成分、、形狀、大小小和技術(shù)要求求選擇淬火冷冷卻方法。(1)單液淬淬火將加熱好的工工件淬入某一一種冷卻介質(zhì)質(zhì)中連續(xù)冷卻卻的方法.一一般講，碳鋼鋼多用水或水水溶液淬火，，合金鋼大多多用油淬。單單液淬火操作作簡便，易于于掌握，但水水淬變形開裂裂傾向大；油油淬財不一定定能保證淬透透。隨著新型型淬火介質(zhì)的的出現(xiàn)，擴大大了單液淬火火的適用范圍圍。(2)雙液淬淬火將加熱好的工工件淬入水中中冷卻一定時時間，以抑制制奧氏體轉(zhuǎn)變變，當冷卻到到鼻部溫度以以下時，轉(zhuǎn)入入油中，完成成馬氏體的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變，這種方方法常稱作水水淬油冷,即即雙液淬火.雙液淬火常用用于形狀復(fù)雜雜碳鋼工件或或某些大截面面合金鋼工件件。雙液淬火火的關(guān)鍵是控控制工件在水水中的停留時時間。一般根根據(jù)經(jīng)驗估計計，工件厚度度為5-30毫米米的碳鋼，每每3-4毫米，在在水中停留1秒。若若工件厚度增增大，則水冷冷時間應(yīng)略為為增加，對于于形狀復(fù)雜或或合金鋼工件件，每4-5毫米在水水中停留1秒。大截截面工件，按按照工件心部部冷到300-350℃的的要求，在水水中停留的時時間以每毫米米1.5-3秒秒估算。凡截截面大者取上上限，截面小小者,下限；；碳鋼取上限限，合金元素素含量較多者者，取下限。。(3)預(yù)冷淬淬火將加熱好的工工件取出，在在空氣中預(yù)冷冷一定時間，，使上件的溫溫度降低一些些（主要是讓讓壁薄，尖角角處的溫度降降低一些），，再進行淬火火。這種淬火火方法叫預(yù)冷冷淬火.(4)分級級淬火將加熱好的的工件置于于溫度略高高于(或略略低于Ms)熱介介質(zhì)中(一一般為硝鹽鹽浴或堿浴浴)停留一一定時間，，使工件各各部分及表表里的溫度度基本一致致，然后取取出空冷或或油冷。這這種淬火方方法稱分級級淬火.分級淬火由由于縮小了了工件與淬淬火冷卻介介質(zhì)間的溫溫差而減小小了熱應(yīng)力力,使工件件表面和心心部馬氏體體轉(zhuǎn)變的同同時性增加加。由于恒恒溫停留所所引起的奧奧氏體陳化化穩(wěn)定，增增加了殘余余奧氏體，，從而減小小了淬火變變形和開裂裂的傾向。。分級淬火火一般只適適用于形狀狀復(fù)雜截面面尺寸大的的工件。分級淬火的的加熱溫度度一般應(yīng)取取其上限。。因為淬火火溫度較高高，增加奧奧氏體的穩(wěn)穩(wěn)定性。對對于高合金金鋼，由于于其過冷奧奧氏體有兩兩個穩(wěn)定區(qū)區(qū)，故其分分級溫度可可選擇較高高溫度的奧奧氏體穩(wěn)定定區(qū)（如高高速鋼分級級淬火），，對于尺寸寸較大，形形狀復(fù)雜的的高合金鋼鋼工件，還還可以采取取二次或多多次分級.分級停留時時間應(yīng)以使使工件內(nèi)外外溫度基本本上一致為為準，但不不超過該溫溫度下的孕孕育時期為為具體分級級停留時間間按下列經(jīng)經(jīng)驗公式估估算:(5)等溫溫淬火將加熱好的的工件置于于稍高于Ms的的一定溫度度的熱溶液液中，等溫溫保持足夠夠的時間，，借以獲得得下貝氏體體組織。這這種淬火方方法叫等溫溫淬火。等溫淬火可可以減少工工件的淬火火應(yīng)力，從從而減少工工件的變形形，基本避避免工件的的淬火開裂裂。等溫淬火可可在不降低低或略降低低硬度的情情況下使工工件獲得更更好的韌性性和強度。。等溫淬火火后的工件件不需要再再迸行回火火處理。對對于具有回回火脆性的的鋼采用等等溫淬火將將可避免回回火脆性，，使工件獲獲得足夠的的韌性.六、鋼的冷冷處理冷處理是將將淬火冷到到室溫的工工件繼續(xù)冷冷至零下溫溫度，使室室溫尚未轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變的殘余余奧氏體繼繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)闉轳R氏體，，從而進一一步提高工工件的硬度度和防止工工件在使用用過程中因因殘余奧氏氏體的轉(zhuǎn)變變引起尺寸寸變化，冷冷處理是淬淬火的繼續(xù)續(xù)。冷處理理溫度應(yīng)依依照鋼的Mz點點確定。生生產(chǎn)中，一一般不低于于-80℃℃。冷冷處理應(yīng)在在淬火后立立即進行以以免在室溫溫停留時間間過長引起起奧氏體的的陳化穩(wěn)定定而減弱冷冷處理效果果。冷處理理時只要心心部達到冷冷處理溫度度即可。在在空氣介質(zhì)質(zhì)中冷卻的的情況下，，其保溫時時間一般取取1~1.5小時時.工件經(jīng)經(jīng)冷處理后后，應(yīng)立即即進行回火火。冷處理理設(shè)備，一一般在專門門的冷凍設(shè)設(shè)備內(nèi)進行行。干冰加加酒精等低低溫介質(zhì)，，其溫度可可達-70～80℃.無無冷凍設(shè)備備也可采