熱處理基礎(chǔ)知識(shí)

熱處理基礎(chǔ)知識(shí)2005.6.3熱處理基礎(chǔ)知識(shí)?

1金屬材料基礎(chǔ)?

2鐵碳相圖?

3金屬材料熱處理?

4熱處理設(shè)備概要?5熱處理基礎(chǔ)知識(shí)小結(jié)

1金屬材料基礎(chǔ)1.1金屬與合金1.2金屬材料1.3金屬的晶體結(jié)構(gòu)

1.1金屬與合金?1.1.1金屬及其特性在化學(xué)元素周期表的左邊和中間部分的元素（約占全部元素的3/4）為金屬。金屬的結(jié)合鍵主要是金屬鍵，因而其具有特殊光澤，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，良好的塑性、強(qiáng)度及其它力學(xué)性能等。金屬獨(dú)有的特性是具有正的電阻溫度系數(shù)。1.1金屬與合金1.1.2合金

合金：由兩種或兩種以上的金屬元素或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”。例如，黃銅是銅和鋅組成的合金，碳鋼和鑄鐵則都是鐵和碳組成的合金。

1.2金屬材料1.2.1含義純金屬和合金統(tǒng)稱為金屬材料。金屬材料可分為黑色金屬材料和有色金屬材料兩大類。前者即鋼鐵材料，后者即鋼鐵材料以外的所有材料（亦稱非鋼鐵材料）。1.2.2特點(diǎn)和其他材料相比，金屬材料的特點(diǎn)是既具有較高的強(qiáng)度，又具有較好的塑性和加工性，因而廣泛用作結(jié)構(gòu)材料。其不僅在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有極重要的地位，而且在日常生活中也得到廣泛應(yīng)用，尤其在機(jī)械制造業(yè)中應(yīng)用得更多。1.3金屬的晶體結(jié)構(gòu)1.3.1有關(guān)晶體的基本知識(shí)（a）材料中的三種原子排列方式（b）液態(tài)金屬

圖1.1材料中原子排列示意圖圖1.2純鐵內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖（2）晶體結(jié)構(gòu)晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、分子或原子集團(tuán)）按一定幾何規(guī)律的具體排列方式。

（1）

金屬是晶體

質(zhì)點(diǎn)（原子、離子和分子等）在三維空間作有規(guī)則的周期性重復(fù)排列所組成的固體物質(zhì)即為晶體。1.3.2金屬的三種典型晶體結(jié)構(gòu)

（1）體心立方晶挌（BCC,bcc圖1.3）圖1.3體心立方晶挌1.3.2典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)（2）面心立方晶挌(FCC,fcc圖1.4)圖1.4面心立方晶挌1.3.2典型的金屬晶體結(jié)構(gòu)（3）密排六方晶挌(HCP,hcp圖1.5)圖1.5密排六方晶挌2鐵碳狀態(tài)圖2.1純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變2.2鐵碳合金相圖2.3Fe–C狀態(tài)圖的應(yīng)用2.4鋼和鑄鐵2.1純鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變固態(tài)下，晶體結(jié)構(gòu)隨溫度變化而改變的現(xiàn)象，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變（如右圖2.1所示）→2.2鐵碳合金相圖（鐵碳狀態(tài)圖）

（如圖2.2所示，參見教材P360～379）

圖2.2鐵碳合金相圖2.2.1基本概念（1）組元：組成材料最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。（2）相與組織①相：具有相同的化學(xué)成分、晶體結(jié)構(gòu)，并且有界面分開的均勻組成部分。②組織：用肉眼或在顯微鏡下所觀察到材料內(nèi)部的微觀形貌圖像。2.2.2Fe–C合金狀態(tài)圖（1）什么是鐵碳合金狀態(tài)圖？它是表示鐵和碳兩組元組成的合金體系中合金狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖解。即表示在極其緩慢冷卻(或加熱)條件下(接近平衡件條下)，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度而變化的一種圖解。又稱平衡圖，或相圖。2.2.2Fe–C合金狀態(tài)圖（2）鐵碳相圖的實(shí)用意義它不僅指出了不同成分鐵碳合金的結(jié)晶或熔化溫度，在不同溫度下的組成相及相對(duì)量，更重要的是根據(jù)鐵碳合金狀態(tài)圖，還能確定當(dāng)溫度、合金成分改變時(shí)合金組識(shí)、性能的變化規(guī)律，從而可以正確制定鐵碳合金的鑄造，焊接，壓力加工、熱處理等生產(chǎn)工藝過程以及為創(chuàng)造新合金指出方向。因此，鐵碳合金狀態(tài)圖是研究鐵碳合金成分，組識(shí)以及由它們所決定的合金性能之間變化規(guī)律的重要工具。

2.2.2Fe–C合金狀態(tài)圖（3）表示方法

在鐵碳合金中，鐵和碳可形成一系列化合物如Fe3C、Fe2C、FeC等（如圖2.3所示），但是當(dāng)碳含量超過5％的鐵碳合金，性能很脆，沒有實(shí)用價(jià)值，因此，現(xiàn)在研究的鐵碳合金狀態(tài)圖，只是從Fe和Fe3C這一部分的狀態(tài)圖。所以，鐵碳合金狀態(tài)圖也可認(rèn)為是Fe和Fe3C這兩個(gè)組元所組成的二元合金狀態(tài)圖。圖中縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金成分（通常用組元的重量百分?jǐn)?shù)表示）。2.2.2Fe–C合金狀態(tài)圖（4）

Fe–C相圖分析①基本相與組織I鐵素體（F,α）碳原子溶入α-Fe中所形成的間隙固溶體，稱為鐵素體（F，α），BCC晶格。性能特點(diǎn):其力學(xué)性能如下:σb=250～300MPa，σS=98～66MPa,δ=30%～50%,ψ=70%80%,aK=300J/cm2,布氏硬度值為80～100HBS。組織特征:為呈明亮的多邊形晶粒（見右圖）。

奧氏體（A，γ）碳原子溶入γ-Fe中所形成的間隙固溶體稱為奧氏體（A，γ），F(xiàn)CC晶挌。性能特點(diǎn):A的塑性良好，無磁性，強(qiáng)度和硬度比F高。其力學(xué)性能如下：σb=400～800MPa，δ=40%～50%,布氏硬度值為170～220HBS。組織特征:呈多邊形晶粒，晶界較F平直，晶粒內(nèi)常出現(xiàn)孿晶（如右圖所示）。（4）

Fe–C相圖分析①基本相與組織（4）Fe–C相圖分析

①基本相與組織滲碳體（Fe3C，Cm）

鐵和碳所形成的具有復(fù)雜晶格的間隙化合物，每個(gè)晶胞中有一個(gè)碳原子和三個(gè)鐵原子，即Fe/C=3/1，其碳含量為6．69%，其熔點(diǎn)1227℃。性能特點(diǎn)：具有硬而脆的特性，其硬度值很高(約800HBW)，而塑性很差(δ=0)。Cm的熔點(diǎn)1227℃，它的熱力學(xué)穩(wěn)定性不高，在一定條件下，Cm將發(fā)生分解，形成石墨:Fe3C→３Fe+C(石墨)（見圖2.4）?？梢?，Cm是亞穩(wěn)定相。它是鋼中主要的強(qiáng)化相，其數(shù)量、形態(tài)、大小和分布對(duì)鋼的力學(xué)性能有極大影響。組織特征：在鋼和鑄鐵中與其它相共存時(shí)，呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀或板狀。

圖滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)珠光體（P）

F和Fe3C兩相組成的機(jī)械混合物，一般為片層交替分布：較寬的層片為F(白色)，較薄的層片為Fe3C。另一種為球化體，即球（或粒）狀珠光體。性能特點(diǎn):介于鐵素體和滲碳體之間。其力學(xué)性能為σb=800～850MPa（片狀）、600～650MPa（球狀），δ=10%～20%（片狀）、20％～25％（球狀）,布氏硬度值為200～280HBS（片狀）、160～190HBS（球狀）。組織特征：滲碳體呈片狀（片狀P）或粒狀（球化體）分布在F基體上（如圖2.5所示）。（4）Fe–C相圖分析①基本相與組織圖2.5（a）片狀P的組織形態(tài)（b）球化體的組織（4）Fe–C相圖分析①基本相與組織萊氏體（Ld，L’d）

由共晶反應(yīng)所形成的奧氏體和滲碳體組成的機(jī)械混合物。性能特點(diǎn):硬（＞700HBS）而脆。組織特征：可概括為呈黑色條狀或粒狀P分布在白色Fe3C基體上（如右圖2.6所示）。圖2.6萊氏體的組織形態(tài)（4）Fe–C相圖分析

②特性點(diǎn)、特性線（4）Fe–C相圖分析

③相區(qū):

單相區(qū)（5個(gè)）;兩相區(qū)（7個(gè)）;三相區(qū)（3條水平線）

④相圖的兩種表示方法2.3Fe–C狀態(tài)圖的應(yīng)用（1）碳含量對(duì)鐵碳合金（鋼）平衡組織和性能的影響（圖2.7）圖2.7碳含量對(duì)鋼力學(xué)性能影響2.3Fe–C狀態(tài)圖的應(yīng)用（2）在選材方面的應(yīng)用（3）在制定熱加工工藝方面的應(yīng)用（圖2.8）圖2.8鐵碳相圖與鑄鍛工藝關(guān)系2.4鋼和鑄鐵

（1）鋼的分類

工業(yè)用鋼在現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)中是應(yīng)用最為廣泛的金屬材料，占有極其重要的地位。依據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)不同，鋼的分類方法有多種。

①按化學(xué)成分分類可分為碳鋼和合金鋼。其中碳素鋼按碳含量又可分為工業(yè)純鐵（wC≤0.04％）、低碳鋼（wC≤0.25%）、中碳鋼（wC）（0.25~0.60%）、高碳鋼（wC＞0.60%）；合金鋼按合金元素含量也可分為低合金鋼（wMe≤5%）、中合金鋼（wMe＝5%~10%）、高合金鋼（wMe＞10%）。2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(1)鋼的分類

②按鋼的質(zhì)量等級(jí)分類有普通鋼（≤0.045％P、≤0.055%S，或≤0.05％P、S）、優(yōu)質(zhì)鋼（≤0.04％S、P）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（≤0.035％P、≤0.03％S）。③按金相組織分類可分為退火狀態(tài)鋼（亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼、萊氏體鋼），正火狀態(tài)鋼（珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等），冷卻時(shí)有無相變的鋼（鐵素體鋼、奧氏體鋼、雙相鋼等）等。2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)（參見教材P31～71）中國(guó)鋼號(hào)的編號(hào)，根據(jù)GB221-1979規(guī)定，由三部分相結(jié)合組成：化學(xué)元素符號(hào)，用以表示鋼中所含化學(xué)元素種類（采用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)）；漢語拼音字母，用以表示產(chǎn)品的名稱、用途、冶煉方法等特點(diǎn)，常采用的縮寫字母及含義見教材表1.5－1（P33～34）；阿拉伯?dāng)?shù)字，用以表示鋼中主要化學(xué)元素含量（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）或產(chǎn)品的主要性能參數(shù)或代號(hào)。2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)①普通碳素結(jié)構(gòu)鋼其牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的拼音字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)及脫氧方法等四部分組成。牌號(hào)中Q表示“屈”;A、B、C、D表示質(zhì)量等級(jí)，它反映了碳素結(jié)構(gòu)鋼中有害雜質(zhì)(S、P)含量的多少，C、D級(jí)S、P含量最低，質(zhì)量好;脫氧方法用符號(hào)F代表沸騰鋼、b表示半鎮(zhèn)靜鋼，Z表示鎮(zhèn)靜鋼，TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼。例如Q215-A·F表示普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，σs≥215MPa(試樣尺寸≤16mm)、質(zhì)量級(jí)別為A的沸騰鋼。2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)②優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)用兩位數(shù)字表示，表示平均含碳量的萬分之幾，如45鋼。但應(yīng)注意:?i含Mn量較高的鋼，須將Mn元素標(biāo)出，如0．50%C、0．70%～1.00%Mn的鋼，其鋼號(hào)表示為“50錳”或“50Mn”;ii沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在鋼號(hào)后特別標(biāo)出，例如“20鍋”或“20g”即表示0．20%C的鍋爐專用鋼。

2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)③碳素工具鋼

在鋼號(hào)前加“碳”或“T”表示碳素工具鋼，其后跟以表示含碳量的千分之幾的數(shù)字。如T8鋼，表示0．80%C的碳素工具鋼。但也應(yīng)注意:?i含Mn量較高者，在鋼號(hào)后標(biāo)以“錳”或“Mn”，如T8Mn;ii如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳工鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”，如T10A鋼。

2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)④合金鋼編號(hào)一般原則

在我國(guó)合金鋼是按碳含量、合金元素的種類和數(shù)量及質(zhì)量級(jí)別來編號(hào)的。首先，在牌號(hào)首部用數(shù)字標(biāo)明鋼的碳含量。為表明用途，規(guī)定結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位的數(shù)字(兩位數(shù))、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數(shù)字(一位數(shù))來表示碳含量，而且工具鋼的碳含量≥1%時(shí)，碳含量不予標(biāo)出。其次，在表明碳含量的數(shù)字之后，用化學(xué)元素符號(hào)表明鋼中主要合金元素，含量由其后的數(shù)字表明，當(dāng)合金元素平均含量＜1．5%時(shí)不予標(biāo)數(shù)，平均含量在1．5%～2.49%、2．5%～3．49%…時(shí)，相應(yīng)地標(biāo)以2、3…數(shù)字。2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)特例

i在合金結(jié)構(gòu)鋼中對(duì)于專用的鉻滾動(dòng)軸承鋼，應(yīng)在鋼號(hào)前注明“滾”或“G”，其后為Cr+數(shù)字，數(shù)字表示鉻含量的平均值為千分之幾。如GCr15，表示含1%C、1．5%Cr的滾動(dòng)軸承鋼。ii在合金工具鋼中的高速鋼牌號(hào)，一般不標(biāo)出其碳含量，只標(biāo)合金元素含量平均值的百分之幾。如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼中碳含量實(shí)際為0．7%～0．8%、0．8%～0.9%。iii在珠光體耐熱鋼中，碳含量表示方法同結(jié)構(gòu)鋼，是以兩位數(shù)字表示碳含量的萬分之幾。如15CrMo。

2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)⑤結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)識(shí)別方法舉例說明：16Mn,20Cr,40Cr,60Si2Mn,50CrVA,20CrMnTi,18Cr2Ni4WA,40CrNiMo,GCr15,15MnVN,Q235(A3),Q345(16Mn)2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(2)鋼的編號(hào)⑥工具鋼牌號(hào)識(shí)別方法舉例說明T7,9SiCr,CrWMn,T12A,Cr12MoV,9Mn2V,5CrNiMo,3Cr2W8V,W18Cr4V,W6Mo5Cr4V21Cr13,1Cr17Ti,1Cr18Ni9Ti4Cr9Si2,15CrMo,12Cr1MoV

2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(3)鑄鐵的特征

①鐵碳雙重相圖→Fe3C→3Fe+C（G）

2.4鋼和鑄鐵的分類與表示方法

(3)鑄鐵的特征

②鑄鐵的組織特征

鋼基體＋不同形態(tài)的G（見教材P380～422）

3金屬材料熱處理3.1熱處理概述3.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變3.3奧氏體在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變3.4鋼的熱處理工藝（5把火）

3.1熱處理概述

3.1.1何謂熱處理？

熱處理就是使固態(tài)金屬通過加熱、保溫和冷卻的方法，改變其內(nèi)部組織，從而獲得預(yù)期性能的工藝過程。3.1.2熱處理工藝曲線

加熱的目的主要是為獲得均勻、細(xì)小的A晶粒，為隨后的冷卻做好組織準(zhǔn)備。3.1.3熱處理的作用其目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能。通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的力學(xué)性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。它不但可以強(qiáng)化金屬材料，充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省材料和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命，做到一個(gè)頂幾個(gè)、頂十幾個(gè)。恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳梢韵T、鍛、焊等熱加工工藝造成的各種缺陷，細(xì)化晶粒、消除偏析、降低內(nèi)應(yīng)力，使鋼的組織和性能更加均勻。熱處理也是機(jī)器零件加工工藝過程中的重要工序，機(jī)械零件加工工藝路線為：坯料→鍛造→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理→精加工→成品。此外，通過熱處理還可使工件表面具有抗磨損、耐腐蝕等特殊物理化學(xué)性能。

3.1.3熱處理的作用鋼經(jīng)熱處理后性能之所以發(fā)生如此重大的變化，是由于經(jīng)過不同的加熱和冷卻過程，鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。因此，要制定正確的熱處理工藝規(guī)范，保證熱處理質(zhì)量，必須了解鋼在不同加熱和冷卻條件下的組織變化規(guī)律。鋼中組織轉(zhuǎn)變的規(guī)律，就是熱處理的原理.3.2鋼的加熱轉(zhuǎn)變

3.2.1鋼加熱轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)－變化了的鐵碳相圖3.2.1鋼加熱轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)－變化了的鐵碳相圖3.2.1鋼加熱轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)－變化了的鐵碳相圖A晶粒大小對(duì)鋼室溫組織的影響3.2.2奧氏體的形成過程可劃分為A形核、長(zhǎng)大，殘余滲碳體溶解、A成分均勻化等4個(gè)階段，如圖2.9所示。圖2.9奧氏體形成過程示意圖（共析碳鋼）3.2.2奧氏體的形成過程亞、過共析鋼的奧氏體化過程

3.2.3奧氏體晶粒大小及其控制

（1）奧氏體晶粒度等級(jí)

晶粒度級(jí)別N與晶粒大小之間的關(guān)系為：

n＝2N-1（式中：n為放大100X時(shí)，每平方英寸6.45cm2視野中的平均晶粒數(shù)；N為晶粒度等級(jí)。）

3.2.3奧氏體晶粒大小及其控制（2）注意區(qū)分三種A晶粒度：A.起始晶粒度；B.實(shí)際晶粒度；C.本質(zhì)晶粒度。

3.2.3奧氏體晶粒大小及其控制（3）奧氏體晶粒度的控制（加熱條件；加熱速度）

3.3奧氏體在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

3.3.1過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)

3.3.1過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)（1）為什么不同冷卻速度下的性能不同？

請(qǐng)看表2－1：

3.3.1過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的理論依據(jù)（2）兩種不同的冷卻方式

3.3.2過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變（1）C曲線（C曲線，TTT曲線）的建立——(以共析碳鋼為例)圖2.10C曲線的建立

（2）C曲線分析：各條特性線的含義【5條線】，各個(gè)區(qū)域的組織【5個(gè)區(qū)域】，孕育期(3)亞、過共析鋼的C曲線

45鋼的CCT曲線3.3.3珠光體（P）轉(zhuǎn)變

（1）定義與分類

①片狀珠光體（P）

②球化體（球狀P，粒狀P）（2）珠光體的組織形態(tài)與性能

①片狀珠光體表5－2珠光體型組織形成及其特性（2）珠光體的組織形態(tài)與性能①片狀珠光體（2）珠光體的組織形態(tài)與性能①片狀珠光體（2）珠光體的組織形態(tài)與性能②球化體（粒狀珠光體）（2）珠光體的組織形態(tài)與性能

②球化體（粒狀珠光體）i碳含量相同，塑韌性好；②σb相同，σ-1高；ii硬度相同，綜合力學(xué)性能好（不易產(chǎn)生應(yīng)力集中、裂紋）。3.3.4馬氏體（M）轉(zhuǎn)變

（1）M的形成條件（T＜MS，V＞VC）（2）晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3.3.4馬氏體（M）轉(zhuǎn)變

（3）組織形態(tài)與性能3.3.4馬氏體（M）轉(zhuǎn)變

（3）組織形態(tài)與性能表2－3兩種馬氏體的性能對(duì)比板條馬氏體的組織形貌特征針片狀馬氏體的組織形態(tài)特征（3）M的組織形態(tài)與性能M的性能高強(qiáng)度、高硬度：固溶強(qiáng)化，相變強(qiáng)化，時(shí)效強(qiáng)化，細(xì)晶強(qiáng)化；塑性、韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)：孿晶M----塑韌性差，位錯(cuò)M----強(qiáng)韌性好。碳含量對(duì)MS點(diǎn)和AR量的影響（3）M的組織形態(tài)與性能

M的性能3.3.5貝氏體（B）轉(zhuǎn)變

（1）貝氏體的組織形態(tài)與性能

上貝氏體（B上）的組織形態(tài)下貝氏體（B下）的組織形態(tài)

（2）性能（1）組織形態(tài)【上貝氏體（B上）】（1）組織形態(tài)【下貝氏體（B下）】（2）性能B上：45HRC，塑、韌性差，易脆斷。B下：56HRC，強(qiáng)韌性好。3.3.6過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（簡(jiǎn)稱CCT曲線，見圖2.12）

（1）CCT曲線的含義（2）臨界冷卻速度（3）CCT曲線與C曲線比較（見圖2.13）

圖2.12共析碳鋼的CCT曲線

CCT曲線與C曲線比較圖2.13CCT曲線與C曲線比較

3.4鋼的熱處理工藝（5把火）

鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻方法改變鋼的組織結(jié)構(gòu)以獲得工件所要求性能的一種熱加工技術(shù)。

3.4.1熱處理工藝的分類

3.4.2普通熱處理工藝

（1）退火和正火(如表2.5－1，2.5－2所示，教材P390～391)

3.4.2普通熱處理工藝（2）淬火和回火回火時(shí)，淬火鋼中組織與性能究竟發(fā)生了哪些變化？①M(fèi)分解；②AR的分解；③K類型的轉(zhuǎn)變；④K聚集長(zhǎng)大、α相再結(jié)晶回火共分為哪三種，其相應(yīng)的組織與適用范圍如何？

回火共分為哪三種，其相應(yīng)的組織與適用范圍如何？何謂回火脆性，第一、二類回火脆性的溫度范圍與適用條件分別是什麼？3.4.3表面熱處理

（1）表面淬火

①感應(yīng)加熱表面淬火②火焰加熱表面淬火（2）化學(xué)熱處理（以滲碳為例）（1）表面淬火

鋼的表面淬火是將工件表面快速加熱到淬火溫度，在熱量尚未傳到心部時(shí)立即迅速冷卻，使工件表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法。

鋼經(jīng)表面淬火（一般指表面淬火＋低溫回火）后，其表層組織為極細(xì)回火馬氏體(隱晶M)，而心部則為原始組織，一般為回火索氏體或正火索氏體。表面淬火方法很多，當(dāng)前工業(yè)中廣泛應(yīng)用的就是感應(yīng)加熱表面淬火法、激光加熱表面淬火法、火焰加熱表面淬火法等?；鹧媾c電接觸加熱表面淬火

示意圖感應(yīng)加熱表面淬火簡(jiǎn)介

基本原理：

“電磁感應(yīng)”、

“集膚效應(yīng)”感應(yīng)加熱表面淬火的類型（3）熱處理缺陷及其防止①氧化和脫碳

氧化是指鋼表面的鐵被氧化成氧化鐵，其主要化學(xué)反應(yīng)式為：2Fe+02→2FeOFe+C02→CO+FeOFe+H2O→H2+FeO

脫碳是指鋼表面的碳分被氧化成CO、CH4等氣體，使鋼表面的含碳量降低，其化學(xué)反應(yīng)式為：

2(C)+O2→2CO↑(C)+C02→2CO↑(C)+H2O→CO↑+H2↑(C)+2H2→CH4↑式中：(C)——溶于奧氏體中的碳。

氧化使工件表面金屬燒損，影響工件尺寸和降低表面質(zhì)量。脫碳使工件表面碳貧化從而導(dǎo)致工件淬火硬度和耐磨性降低。嚴(yán)重的氧化脫碳會(huì)造成工件報(bào)廢。（3）熱處理缺陷及其防止

①氧化和脫碳

對(duì)需要控制氧化和脫碳的工件，可采用下列措施。

i控制加熱溫度和加熱時(shí)間。在保證工件淬火硬度和組織的前提下，盡量采用較低的加熱溫度，采用最短的加熱時(shí)間。加熱前先經(jīng)預(yù)熱，可有效地縮短高溫加熱時(shí)間，減少工件的氧化和脫碳。

ii采用鹽爐加熱。

iii采用保護(hù)氣氛或可控氣氛加熱。

此外，加熱時(shí)將工件裝入有保護(hù)劑的鐵箱中或涂以保護(hù)涂料，也有一定的防氧化脫碳效果。（3）熱處理缺陷及其防止②過熱和過燒

加熱溫度過高，或在高溫下加熱時(shí)間過長(zhǎng)，引起奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗針狀馬氏體的現(xiàn)象，稱為過熱。過熱組織增加鋼的脆性，容易造成淬火開裂。淬火過熱可以返修，返修前需進(jìn)行一次細(xì)化組織的正火或退火，再按正確規(guī)范重新加熱淬火。

如果加熱溫度太高，以致奧氏體晶界出現(xiàn)熔化和氧化現(xiàn)象，稱為過燒。過燒組織晶粒極為粗大，晶界有氧化物網(wǎng)絡(luò)，鋼的性能急劇降低。這種缺陷無法挽救，工件只得報(bào)廢。（3）熱處理缺陷及其防止③淬火硬度不夠

硬度不夠指整個(gè)工件或較大區(qū)域內(nèi)硬度達(dá)不到技術(shù)要求。其形成原因如下：

i欠熱

造成欠熱的原因是加熱溫度過低或保溫時(shí)間不足，工藝錯(cuò)誤，控溫儀表失靈，操作時(shí)裝爐量太大使各層工件溫度不均。

ii過熱

過共析鋼因過熱奧氏體溶有過量的碳和合金元素，使Ms點(diǎn)大為降低，以致淬火后因殘留大量奧氏體而降低硬度。

iii冷卻速度不夠

工件在淬火過程中，因冷卻速度不夠而發(fā)生或部分發(fā)生奧氏體珠光體轉(zhuǎn)變。造成原因是冷卻介質(zhì)選擇不當(dāng)，冷卻介質(zhì)溫度過高或老化及工件尺寸太大等。

iv操作不當(dāng)

如預(yù)冷淬火時(shí)預(yù)冷時(shí)間過長(zhǎng)，雙液淬火時(shí)在水中停留時(shí)間太短，分級(jí)淬火時(shí)分級(jí)溫度太高或停留時(shí)間過長(zhǎng)等，均會(huì)造成奧氏體分解而在最終組織中出現(xiàn)非馬氏體組織，使硬度降低。（3）熱處理缺陷及其防止④軟點(diǎn)

工件上硬度不足的小區(qū)域稱為軟點(diǎn)。軟點(diǎn)往往是工件磨損或疲勞損壞的中心，重要工件上不允許存在軟點(diǎn)。造成軟點(diǎn)的原因：

i原材料缺陷

鋼中存在大塊鐵素體或帶狀組織。

ii欠熱

因加熱溫度不夠或保溫時(shí)間不足，使奧氏體成分不均勻，或亞共析鋼中鐵素體未全部溶入奧氏體。

iii冷卻不均

工件在介質(zhì)中移動(dòng)不充分，淬火時(shí)堆在一起，工件表面有氧化皮等污物附著以及冷卻介質(zhì)混有肥皂、油污等，都會(huì)造成工件冷卻不均勻，使局部小區(qū)域發(fā)生高溫轉(zhuǎn)變形成軟點(diǎn)。

⑤變形和開裂

工件的變形與開裂是淬火操作中常見的一種疵病。因此，在淬火時(shí)，最大限度地減小工件的變形和防止開裂是一個(gè)必須注意的重要問題。

導(dǎo)致淬火工件變形或開裂的原因是淬火過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。淬火內(nèi)應(yīng)力按其形成的原因，可分為兩類：

i熱應(yīng)力

它是在加熱和冷卻過程中，由于工件各部分間存在溫差所造成的熱脹冷縮先后不一致而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

ii組織應(yīng)力

這是工件在熱處理過程中，因組織轉(zhuǎn)變的不同時(shí)性和不一致性而形成的內(nèi)應(yīng)力。

變形和開裂不僅與淬火工藝有關(guān)，而且和工件的設(shè)計(jì)與選材、坯料的冶金與鍛造質(zhì)量、預(yù)先熱處理、冷熱加工的配合等均有密切關(guān)系。只有綜合考慮這幾方面的因素，采取相應(yīng)的措施，才能取得良好的效果。生產(chǎn)中主要從以下幾方面來考慮：

i合理設(shè)計(jì)零件。

ii正確制定鍛造和預(yù)先熱處理工藝。

iii冷熱加工配合要協(xié)調(diào)。

iv制定合理的熱處理工藝。（3）熱處理缺陷及其防止⑥回火缺陷

i硬度不合格

回火后硬度過高一般是回火不充分造成的，補(bǔ)救辦法是按正?；鼗鹨?guī)范重新回火?；鼗鸷笥捕炔蛔?，主要原因是回火溫度過高。補(bǔ)救辦法是按前述返修規(guī)范重新淬火并回火。

ii韌性過低

在第一類回火脆性區(qū)回火或具有第二類回火脆性敏感的鋼材，回火后未進(jìn)行快冷，都會(huì)使工件回火后脆性增加。補(bǔ)救辦法是對(duì)在第一類回火脆性區(qū)進(jìn)行回火的工件，按返修規(guī)范重新淬火并避開該脆性區(qū)進(jìn)行回火；對(duì)因在第二類回火脆性區(qū)回火而未快冷的工件，可采用稍高一些的溫度進(jìn)行短時(shí)回火并快冷。4熱處理設(shè)備概要

4.1熱處理爐的分類

4.2熱處理爐的牌號(hào)表示法4.3熱處理電阻爐4.4鹽浴爐4熱處理設(shè)備概要

4.1熱處理爐的分類

加熱是熱處理過程中不可少的工序，而大多數(shù)加熱形式又都是在熱處理加熱爐中進(jìn)行的。因此了解各種熱處理加熱爐的類型、主要性能和工作特點(diǎn)等是十分必要的。

?4.1.1按熱量來源分類（1）電阻爐（2）燃料爐?4.1.2按加熱爐的工作溫度分類?（1）高溫爐（T℃＞1000℃）（2）中溫爐（650℃～1000℃）（3）低溫爐（T℃＜650℃＝4.1.3按加熱介質(zhì)分類

有空氣爐、浴爐、可控氣氛爐、流動(dòng)粒子爐、真