第4章 鋼的熱處理

第四章鋼的熱處理概述1.熱處理的定義:將鋼在固態(tài)下加熱、保溫、冷卻，以獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。

時(shí)間溫度臨界溫度

熱加保溫冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個(gè)制造業(yè)4.熱處理的分類：普通熱處理表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;熱處理三階段：加熱、保溫、冷卻平衡臨界點(diǎn)：

A1A3Acm；加熱時(shí):Ac1、Ac3、Accm冷卻時(shí):Ar1、Ar3、Arcm實(shí)際熱處理中，有滯后現(xiàn)象：即：過冷與過熱

第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成（以共析鋼為例）PA，是成分相差懸殊，晶格截然不同的兩相混合物轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗喙倘荏w的過程，必然發(fā)生晶格重構(gòu)與原子擴(kuò)散。C%0.770.02186.690.77

晶格Bcc復(fù)雜Fcc對(duì)亞共析鋼:F+PAc1以上F+AAc3以上A對(duì)過共析鋼:Fe3C+PAc1以上Fe3C+AAccm以上A二、奧氏體晶粒長大及其影響因素鋼加熱時(shí)，當(dāng)珠光體剛剛轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)，奧氏體晶粒大小叫起始晶粒度。隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長大，這是一個(gè)自發(fā)的過程。1、奧氏體晶粒長大本質(zhì)晶粒度:有的鋼材加熱時(shí)A晶粒很容易長大，而有的鋼材就不容易長大，這說明不同的鋼材的晶粒長大傾向是不同的。本質(zhì)晶粒度是反映鋼材加熱時(shí)A晶粒長大傾向的一個(gè)指標(biāo)。930℃,8h實(shí)際晶粒度:在每一個(gè)具體加熱條件下所得到的奧氏體晶粒大小，稱為奧氏體的“實(shí)際晶粒度”。2、奧氏體晶粒度的標(biāo)準(zhǔn):晶粒度級(jí)別指數(shù)3、影響奧氏體晶粒長大的因素鋼料的化學(xué)成分和冶煉方法a隨含碳量增加，晶粒長大傾向先增大后減小：形成的碳化物阻礙奧氏體晶粒的長大；b加入適量的形成難熔化合物的合金元素，強(qiáng)烈地阻礙奧氏體晶粒長大。A奧氏體形成后隨著加熱溫度升高和保溫時(shí)間延長，晶粒急劇長大；B加熱速度越大，奧氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的過熱度越大，奧氏體的實(shí)際形成溫度越高，則奧氏體的形核率越高，起始晶粒越細(xì)。加熱溫度、速度、保溫時(shí)間3、影響奧氏體晶粒長大的因素

第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變奧氏體化后的鋼只有通過適當(dāng)?shù)睦鋮s，才能得到所需要的組織和性能。冷卻是熱處理的關(guān)鍵工序。

熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻等溫冷卻熱處理中采用不同的冷卻方式，過冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌M織，性能具有很大的差異。

45鋼經(jīng)840℃加熱在不同條件冷卻后的力學(xué)性能

過冷奧氏體：冷卻到相變溫度以下且尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體，處在不穩(wěn)定的過冷狀態(tài)。一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變T

---

timeT

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temperatureT

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transformation過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖是表示奧氏體急速冷卻到臨界點(diǎn)A1以下在各不同溫度下的保溫過程中轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線，又稱C曲線或TTT曲線。⑴取一批小試樣(1.5mm)并進(jìn)行奧氏體化；⑵將試樣分組淬入低于A1點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中，隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。⑶測(cè)定每個(gè)試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。⑷將各溫度下轉(zhuǎn)變開始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度—時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。1、建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線TTT曲線

(

C曲線

)共析碳鋼TTT曲線建立過程示意圖時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1鼻溫~Ms

隨等溫溫度↓△T↑,原子擴(kuò)散能力↓，孕育期變長，轉(zhuǎn)變速度↓。孕育期——由圖可知，過冷A在各個(gè)溫度等溫時(shí)，都要在該溫度下經(jīng)過一段時(shí)間才能發(fā)生轉(zhuǎn)變。把金屬在一定過冷度條件下等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，等溫停留開始至轉(zhuǎn)變開始之間的時(shí)間稱為孕育期。孕育期鼻溫A1~鼻溫隨等溫溫度↓△T↑,孕育期變短，轉(zhuǎn)變速度↑;2、共析碳鋼TTT曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線

A+產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1-550℃;高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;P轉(zhuǎn)變區(qū)。550-230℃;中溫轉(zhuǎn)變區(qū);半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;

貝氏體(B)轉(zhuǎn)變區(qū);230--50℃;低溫轉(zhuǎn)變區(qū);非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體(M)轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf3.轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能1.珠光體型(P)轉(zhuǎn)變(A1～550℃):A1～650℃:

P;5～25HRC;

片間距為0.6～0.7μm(500×)。650～600℃:

細(xì)片狀P---索氏體(S);

片間距為0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。600～550℃:極細(xì)片狀P---托氏體(T);片間距為＜0.2μm(電鏡);35～40HRC。珠光體形貌像光鏡下形貌電鏡下形貌光鏡形貌電鏡形貌

索氏體形貌像托氏體形貌像電鏡形貌光鏡形貌15~2525~3535~42珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分。片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。

2)貝氏體類型組織與性能550℃~Ms半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變上貝氏體（B上）550~350℃

羽毛狀下貝氏體（B下）350℃~Ms

貝氏體B-----是含碳過飽和的F和滲碳體（Fe3C）（或碳化物）組成的兩相混合物，轉(zhuǎn)變時(shí)必須進(jìn)行碳的重新分布和鐵的晶格重構(gòu)。貝氏體分：B上=過飽和碳

α-Fe條狀+Fe3C細(xì)條狀過飽和α-Fe條狀Fe3C細(xì)條狀羽毛狀上貝氏體（B上）550℃~350℃呈羽毛狀強(qiáng)度低（鐵素體條寬）、塑韌性差（Fe3C分布于F間），40~50HRC避免出現(xiàn)B下=過飽和碳

α-Fe針葉狀+Fe3C細(xì)片狀過飽和

α-Fe針葉狀Fe3C細(xì)片狀針葉狀下貝氏體（B下）350℃~Ms（230℃）針葉狀∴強(qiáng)度、塑韌性均高于B上(彌散強(qiáng)化加固溶強(qiáng)化）。50~60HRC生產(chǎn)中用“等溫淬火”獲得B下。上貝氏體電鏡下光鏡下下貝氏體光鏡下電鏡下在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。3)馬氏體型(M)轉(zhuǎn)變(230℃-50℃):定義:馬氏體是一種碳在α–Fe中的

過飽和固溶體。轉(zhuǎn)變特點(diǎn):連續(xù)冷卻：冷卻中止，轉(zhuǎn)變中止;轉(zhuǎn)變速度極快,即瞬間形核與長大：無擴(kuò)散轉(zhuǎn)變(Fe、C原子均不擴(kuò)散),

M與原A的成分相同,造成晶格畸變。轉(zhuǎn)變不完全性,QM=f(T)馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c）軸比c/a稱馬氏體的正方度。C%越高，正方度越大，正方畸變?cè)絿?yán)重。當(dāng)＜0.25%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu):板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀又稱位錯(cuò)馬氏體。低碳馬氏體(＜0.2%C)光鏡下電鏡下馬氏體的形態(tài)針（片）狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。又稱孿晶馬氏體。高碳馬氏體(＞1%C);電鏡下光鏡下片狀馬氏體的形成過程示意圖

馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1..2%C馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大，可提高強(qiáng)度。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%

亞（過）共析鋼的TTT曲線

F（Fe3CⅡ）AP+FS+FTBM+A殘A3（ACM）時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf4、影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素1)奧氏體中含碳量的影響:過共析鋼共析鋼亞共析鋼時(shí)間溫度A12)合金元素的影響除Co、Al(＞2.5%)外,所有合金元素向右移向下移MsA1A1MsMo、W、Mn、Ni、Cr等碳化物形成元素使貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)與珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)分離3）加熱溫度和保溫時(shí)間的影響:

加熱溫度越高,保溫時(shí)間越長,

碳化物溶解充分,奧氏體成分均勻,提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性,從而

使TTT曲線向右移。三、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1、建立共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線----CCT曲線C---continuousC---coolingT---transformation通過測(cè)定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。Vk共析碳鋼CCT曲線建立過程示意圖時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷2、共析碳鋼TTT曲線與CCT曲線的比較穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMfCCT曲線TTT曲線V'kVkCCT曲線位于TTT曲線右下方。CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測(cè)得。共析鋼的CCT曲線沒有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體臨界冷卻速度

Vk=1.5V'k亞共析碳鋼鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線穩(wěn)定的奧氏體區(qū)時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf三)在連續(xù)冷卻過程中TTT曲線的應(yīng)用(以共析鋼為例）V1V2VkV3V4V1=5.5℃/s:爐冷;PV2=20℃/s:空冷;SV3=33℃/s:油冷;T+M+A殘V4≥138℃/s:水冷;M+A殘第三、四節(jié)鋼的普通熱處理工藝毛坯生產(chǎn)預(yù)備熱處理機(jī)械加工最終熱處理機(jī)械精加工預(yù)備熱處理--主要用于提高工藝（機(jī)加工、熱處理）性能

:退火;正火最終熱處理--提高使用性能

:淬火;回火；性能要求不高時(shí)退火與正火一般零件生產(chǎn)的工藝路線:一、退火將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。

1、退火目的⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。⑶細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。

真空退火爐2、退火工藝退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。（1）完全退火亞共析鋼Ac3以上20~30℃奧氏體化隨爐緩慢冷卻組織：接近平衡態(tài)組織目的：消除鑄焊件魏氏組織、鍛件帶狀組織，細(xì)化晶粒和均勻組織；消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，便于切削加工。⑵等溫退火亞共析鋼Ac3+30~50℃；共析、過共析鋼Ac1+30~50℃（等溫球化）保溫快冷到Ar1以下某溫度停留，相變完成后空冷。目的：減少退火時(shí)間高速鋼等溫退火與普通退火的比較⑶球化退火共析鋼和過共析鋼Ac1+30-50℃

保溫緩冷（普通球化）或冷卻到略低于

Ar1的溫度下保溫后空冷（等溫球化）目的：粒狀珠光體優(yōu)點(diǎn)：硬度降低，便于切削；A不易長大，淬火組織細(xì)密球化退火組織(化染)粒狀珠光體：顆粒狀滲碳體分布在鐵素體上

（5）均勻化退火（擴(kuò)散退火）

Ac3+150~250℃保溫

緩冷（爐冷）目的：消除偏析缺點(diǎn)：需要完全退火或正火來消除過熱缺陷，細(xì)化晶粒。

（4）去應(yīng)力退火500~650℃保溫緩冷（爐冷）目的：去除應(yīng)力二、正火

亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃；共析鋼加熱到Ac1+30~50℃；過共析鋼加熱到Accm+30~50℃保溫后空冷：比退火冷卻速度大。組織：

●<0.6%C時(shí)，組織為F+S；

●0.6~1.0%C時(shí)，組織為S

●1.0%C時(shí)，組織為S+Fe3C

偽共析組織：亞（過）共析鋼過冷越大，先共析相越少；若冷卻曲線靠近鼻尖，則無先共析相析出。

亞（過）共析鋼的TTT曲線

P+FS+FTBM+A殘A3（ACM）時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf空冷目的⑴對(duì)于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵

對(duì)于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。⑶

普通件最終熱處理退火、正火后鋼的組織和性能組織：均是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。（先共析相+）索氏體；（先共析相+）珠光體正火可以抑制先共析網(wǎng)狀滲碳體析出，而完全退火的則有網(wǎng)狀滲碳體存在。要改善切削性能：低碳鋼用正火中碳鋼用退火或正火高碳鋼用球化退火熱處理與硬度關(guān)系

淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。淬火目的是為獲得M組織，提高鋼的硬度與耐磨性。真空淬火爐三、鋼的淬火與回火淬火后的鋼加熱到Ac1線以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝，稱為回火。淬火鋼一般不直接使用，必須進(jìn)行回火。1、淬火加熱工藝1）加熱溫度a.亞共析鋼淬火組織：M+A’（少量）。45鋼正常淬火組織淬火溫度為Ac3+30-50℃。20鋼正常淬火組織在Ac1~Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。35鋼亞溫淬火組織亞溫淬火組織為F+M，強(qiáng)度硬度低，但塑韌性好。c.過共析鋼

Ac1+30~50℃均勻細(xì)?。[針）M+Fe3C粒狀+A‘（少量）b.共析鋼

Ac1+30~50℃M+A‘

T12鋼正常淬火組織T12鋼過熱淬火組織若加熱溫度過高：A碳含量增高；Ms下移；A‘增加；硬度下降；M淬火應(yīng)力增加晶粒粗大，韌性下降增加鋼件淬火變形開裂傾向；是為鋼件淬火軟而裂現(xiàn)象2、淬火冷卻工藝

（冷卻劑=淬火劑）

欲得M,V冷>VK;但↑應(yīng)力,變形、開裂…選則淬火介質(zhì)和冷卻方法十分重要。關(guān)鍵因素1）理想淬火冷卻速度時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf慢慢快時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf2）常用淬火冷卻介質(zhì)Vk時(shí)間(lgτ)溫度℃A1PfPsA+PKMsMf水冷油冷Vk1爐冷空冷水水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只適用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。水溫越高冷卻能力越小。加入少量的鹽或堿，可提高冷卻能力。油冷卻能力較水低，工件不易產(chǎn)生裂紋和變形，但難以使M轉(zhuǎn)變充分，高溫區(qū)冷卻能力太小，一般合金鋼件適用。鹽浴熔化的NaNO3，冷卻能力介于水和油之間，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形嚴(yán)格的工件。水玻璃-堿（鹽）水溶液、氯化鋅-堿水溶液、過飽和硝鹽水溶液、聚乙烯醇等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì)2）常用淬火冷卻介質(zhì)（3)常用的淬火方法圖7-9各種淬火方法的冷卻曲線示意圖(a)單液淬火(b)雙液淬火(c)分級(jí)淬火(d)等溫淬火均溫降應(yīng)力

不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（T8鋼）等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級(jí)淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間溫度淬火PP細(xì)A？？？局部淬火法：僅對(duì)鋼件需要硬化的局部進(jìn)行加熱淬火的方法。即可保證鋼件局部的高硬度，又避免其它部分產(chǎn)生變形或開裂。T10A制造的直徑為60mm以上的較大卡規(guī)的淬火方法。（4）冷處理目的:盡量減少鋼中殘余奧氏體以獲得最大數(shù)量的馬氏體,提高鋼的硬度和耐磨性,穩(wěn)定鋼件的尺寸。方法:將淬冷至室溫的鋼繼續(xù)冷卻至-70~-80℃（或更低），保溫。可在干冰和酒精的混合劑中冷卻。3、熱處理工件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一）零件應(yīng)盡量避免尖角、棱角

零件的尖、棱角處容易產(chǎn)生過熱、應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生，在設(shè)計(jì)零件時(shí)應(yīng)將其設(shè)計(jì)為圓角或倒角。

二）零件截面厚度應(yīng)力求均勻。零件截面尺寸差別較大時(shí)，容易造成冷卻速度和組織轉(zhuǎn)變不一致，產(chǎn)生很大的應(yīng)力，導(dǎo)致較大的變形或開裂。避免尖角設(shè)計(jì)避免厚薄懸殊（三）零件的形狀應(yīng)盡量對(duì)稱和封閉零件的幾何形狀不對(duì)稱易造成淬火時(shí)冷卻速度不同，應(yīng)力分布不均勻而產(chǎn)生變形。采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽口淬火回火后切開彈簧卡頭(四)零件各部分可采用組合結(jié)構(gòu)。對(duì)一些形狀復(fù)雜或各部分性能要求不同而采取不同熱處理的零件，可分別設(shè)計(jì)成幾個(gè)零件，單獨(dú)加工熱處理后再組裝。四、鋼的回火定義：把淬火后的零件重新加溫到

A1線以下某個(gè)溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫。1、回火的目的:獲得所需要的組織與性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大；回火可轉(zhuǎn)變組織，調(diào)整性能。減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。穩(wěn)定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織。淬火M和A’都是不穩(wěn)定組織，在回火過程中都會(huì)向穩(wěn)定的鐵素體和滲碳體（或碳化物）的兩相組織進(jìn)行轉(zhuǎn)變，稱為回火轉(zhuǎn)變。2、回火轉(zhuǎn)變與組織淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼組織發(fā)生四階段變化。300四、鋼的回火1）馬氏體的分解100℃回火時(shí)，鋼的組織無變化。100-200℃加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出-碳化物(-Fe2.4C)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。硬度不降低，但內(nèi)應(yīng)力減小，韌性有所提高。透射電鏡下的回火馬氏體形貌200-300℃時(shí)，馬氏體分解繼續(xù)；殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椋築下或M回，使硬度升高；；過飽和度降低，使硬度降低。2）殘余奧氏體分解回火馬氏體回火第二階段：硬度不顯著下降，淬火應(yīng)內(nèi)力進(jìn)一步減小。組織稱為回火托氏體，用T回表示。鐵素體仍保持原來M的板條狀或片狀形態(tài)。內(nèi)應(yīng)力基本消除，強(qiáng)硬度下降，塑韌性提高。發(fā)生于300-400℃，碳原子繼續(xù)析出，同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C，M轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體。鋼的組織為鐵素體基體內(nèi)分布著極細(xì)小顆粒滲碳體。回火托氏體3）-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C回火索氏體4）Fe3C聚集長大和α相的再結(jié)晶（F多邊形化）400℃以上，F(xiàn)e3C聚集長大。450℃以上F發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?。組織為：多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C，稱回火索氏體S回。23、回火過程中力學(xué)性能的變化（1）硬度：溫度↑硬度↓；（2）強(qiáng)度：溫度↑強(qiáng)度↓；（3）塑性：溫度↑塑性↑

。高碳鋼硬度稍變高低碳鋼強(qiáng)度稍變高1）第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。原因：認(rèn)為碳化物沿馬氏體的晶界分布；防止辦法：回火時(shí)應(yīng)避開這一溫度范圍。淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。

4、回火脆性2）第二類回火脆性又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(xiàn)，是可逆的。原因：合金、雜質(zhì)元素向原奧氏體晶界偏聚防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。四、回火種類及應(yīng)用廣泛用于各種結(jié)構(gòu)件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預(yù)備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應(yīng)用獲得良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強(qiáng)度同時(shí)，具有良好的塑韌性。

提高e及s，同時(shí)使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時(shí)，降低應(yīng)力。

回火目的S回=F多+Fe3C球T回=F針+Fe3C粒M回=α0.3%C+ε回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理5、調(diào)質(zhì)與時(shí)效（1）調(diào)質(zhì)處理-----鋼件淬火及高溫回火獲得綜合力性的復(fù)合熱處理工藝，S回

=F+Fe3C粒

S回比正火S具有更高的σb、δ、ak。

∴重要件多用調(diào)質(zhì)處理。（2）時(shí)效處理（人工處理、穩(wěn)定化處理）精密件（量具、軸承…）100~150℃（10~50h）保溫。目的：↓殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸第五節(jié)鋼的淬透性與淬硬性一、鋼的淬透性實(shí)際淬火中常出現(xiàn)兩種情況：淬透與淬不透1、淬透性的定義淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得M的能力。其大小是用規(guī)定條件下獲得的淬硬層深度來表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%非馬氏體)的深度。同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較，在尺寸、冷卻介質(zhì)相同時(shí)，通過比較淬硬層深度來確定的。2.淬透性表示方法---臨界淬透直徑臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用D0表示。D0與介質(zhì)有關(guān)，如45鋼D0水=16mm，D0油=8mm。只有冷卻條件相同時(shí)，才能進(jìn)行不同材料淬透性比較，如45鋼D0油=8mm，40CrD0油=20mm。3、影響淬透性的因素鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk，

Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C

曲線越靠右，Vk越小。

凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素。1）含碳量的影響，隨C%，淬透性先后；2）合金元素的影響，除Co、Al外，均提高淬透性；3）奧氏體化條件的影響，A越穩(wěn)定，淬透性越好。4、淬透性的實(shí)際意義淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較淬透性好的鋼材經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，整個(gè)截面都是S回，力學(xué)性能均勻，強(qiáng)度高，韌性好；而淬透性差的鋼表層為S回，心部為片狀S+F，心部強(qiáng)韌性差。鋼的淬透性是進(jìn)行選材的重要依據(jù)。二、鋼的淬硬性鋼淬火后能夠達(dá)到的最高硬度叫鋼的淬硬性，又叫可硬性。它主要決定于馬氏體的含碳量，奧氏體中固溶的碳越多，淬火后馬氏體的硬度也就越高。淬透性和淬硬性的含義是不同的：淬硬性高的鋼，其淬透性不一定高。淬透性淬硬性鋼種小高碳素工具鋼(T10A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具鋼(Cr12MoV)第六節(jié)鋼的表面熱處理工藝的核心:使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能。表硬心韌：表層：高硬度耐磨損的細(xì)針狀M。心部：仍保持塑韌性較好的原始組織（正火、退火或調(diào)質(zhì)組織）。表面淬火化學(xué)熱處理表面淬火是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。火焰加熱一、鋼的表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火

表面淬火加工的方法:

感應(yīng)(高、中、工頻)、火焰、電接觸加熱等。1、表面淬火用材料⑴

0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪2、預(yù)備熱處理⑴工藝：對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。⑵目的:①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織。回火索氏體索氏體3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃?；鼗鹉康臑榻档蛢?nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。

4、表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。5、表面淬火常用加熱方法⑴感應(yīng)加熱表面淬火:原理：利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。淬硬層深度(δ)與電流頻率(f)的關(guān)系:

感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)a.加熱速度極快，溫度高于一般淬火溫度；b.奧氏體晶粒不易長大，工件表層易得到細(xì)小的隱晶馬氏體；c.工件表層存在殘余壓應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度較高；d.工件表面質(zhì)量好；不易氧化、脫碳、心部無變化，變形小。e.生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化。淬硬層深度也易于控制。但設(shè)備貴，維修調(diào)整困難，不適用單件生產(chǎn)。2、火焰加熱表面淬火特點(diǎn)：*設(shè)備簡(jiǎn)單,操作方便,成本低；*淬火質(zhì)量不穩(wěn)定；*適于單件、小批量及大型零件的生產(chǎn)?；瘜W(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。二、化學(xué)熱處理

(ChemicalHeatTreatment)與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。

可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐一、化學(xué)熱處理的基本過程1、介質(zhì)(滲劑)的分解:分解的同時(shí)釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]2、工件表面的吸收:活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。3、原子向內(nèi)部擴(kuò)散。

氮化擴(kuò)散層化學(xué)熱處理進(jìn)行的條件:1.滲入元素的原子必須是活性原子,而且具有較大的擴(kuò)散能力。2.零件本身具有吸收滲入原子的能力,

即對(duì)滲入原子有一定的溶解度或能與之化合,形成化合物?；瘜W(xué)熱處理的種類:滲碳;滲氮;碳氮共滲;滲硼;滲鋁;滲硫;滲硅;滲鉻等。二、鋼的滲碳

是指向鋼的表面滲入碳原子的過程。1、滲碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。2、滲碳用鋼為含0.1-0.25%C的低碳鋼或低碳和近鋼。碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪零件滲碳劑試棒蓋泥封滲碳箱固體滲碳法示意圖將工件和固體滲碳劑裝入滲碳箱中，用蓋子和耐火泥封好，然后放在爐中加熱至900℃-950℃，保溫足夠長時(shí)間，得到一定厚度的滲碳層。

3、滲碳方法固體滲碳劑通常是一定粒度的木炭與15%～20%的碳酸鹽（BaCO3或Na2CO3）的混合物，反應(yīng)如下：

BaCO3BaO+CO2CO2+C（木炭）2CO2COCO2+[C]（滲入鋼中）CO2+BaOBaCO3木炭提供滲碳所需要的活性炭原子，碳酸鹽起催化作用。滲碳層厚度取決于保溫時(shí)間，0.1~0.15mm/h氣體滲碳法示意圖將工件置于密封的氣體滲碳爐內(nèi)，通入滲碳劑并加熱到900℃~950℃，使鋼在氣體滲碳劑中進(jìn)行滲碳。常用的滲碳劑有含碳?xì)怏w（如煤氣、天然氣等）和碳?xì)浠衔锏挠袡C(jī)液體（如煤油、苯、等）。CH42H2+[C]CO22CO+[C]CO+H2H2O+[C]速度：0.20~0.25mm/h4、滲碳層的含碳量和滲碳層深度滲碳層的含碳量在0.85~1.05%范圍內(nèi)；5、滲碳后的熱處理工藝1）直接（預(yù)冷）淬火法：操作簡(jiǎn)單，成本低；2）一次淬火法：心部組織可細(xì)化，較重要件；該工藝復(fù)雜、成本高、效率低、變形大，僅用于要求表面高耐磨性和心部高韌性的重要零件。第一次淬火加熱溫度一般為心部的Ac3以上，目的是細(xì)化心部組織，同時(shí)消除表層的網(wǎng)狀碳化物。二次淬火加熱溫度一般為Ac1以上，使?jié)B層獲得細(xì)小粒狀碳化物和隱晶馬氏體，以保證獲得高強(qiáng)度和高耐磨性。3）二次淬火法：6、熱處理后的組織心部組織表層組織鋼種低碳M回+F30-45HRCM回+Cm+A殘58-64HRC低碳合金鋼F+P<