機(jī)械工程材料第五章改善鋼的組織與性能的基本途徑

第一節(jié)冶金質(zhì)量對(duì)鋼性能第二節(jié)碳鋼的熱處理第三節(jié)鋼的合金化基本要求第五章改善鋼的組織與性能的基本途徑當(dāng)前第1頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第一節(jié)冶金質(zhì)量對(duì)鋼性能的影響鋼的冶金質(zhì)量：鋼在冶煉、澆注及壓力加工后的質(zhì)量。主要包括:(1)所含雜質(zhì)元素；(2)非金屬夾雜物；(3)鋼錠的宏觀組織及壓力加工后的組織缺陷。當(dāng)前第2頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)一、雜質(zhì)元素對(duì)鋼材性能的影響鋼中常存元素：Mn，Si，S，P，O，H，N等。Mn和Si：(1)煉鋼脫氧劑；(2)溶于鐵，有固溶強(qiáng)化作用；(3)Mn可減輕S的有害作用。當(dāng)前第3頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)S：(1)不溶于Fe，而與鐵形成化合物FeS；(2)FeS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶物，且分布于晶間，溫度較高時(shí)，鋼材表現(xiàn)出熱脆性。(3)Mn和S的親和性更大，可消除熱脆性，同時(shí)增加鋼材的切削性能。當(dāng)前第4頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)P：(1)α-Fe中最大溶解度為1.2%；(2)易偏析形成Fe3P，可是鋼的強(qiáng)度提高，但增加脆性；(3)Fe3P使脆性轉(zhuǎn)折溫度急劇升高，引起鋼的冷脆性。(4)增加P含量可增加切削性；(5)與Cu同時(shí)存在時(shí)可提高耐蝕性。當(dāng)前第5頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)O、N和H：(1)O和N溶入固體降低鋼的沖擊韌性并急劇提高脆性轉(zhuǎn)折溫度；(2)微量的H引起氫脆；存在形式：游離氣態(tài)、固溶體或化合物。鋼中白點(diǎn)當(dāng)前第6頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)二、非金屬夾雜物對(duì)鋼材性能的影響非金屬夾雜物的來(lái)源：(1)冶煉、澆注過(guò)程中的物理化學(xué)反應(yīng)生成物；(2)澆注過(guò)程中因侵蝕剝落形成的爐渣及耐火材料。非金屬夾雜物的主要類型：氧化物和硫化物。對(duì)鋼材性能的影響：與基體彈塑性變形不協(xié)調(diào)而引起應(yīng)力集中，脆性?shī)A雜物邊緣出現(xiàn)疲勞裂紋，從而降低鋼強(qiáng)度。當(dāng)前第7頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)三、鋼錠的宏觀組織根據(jù)脫氧程度分：鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)靜鋼：(1)Mn、Al、Si脫氧的鋼(2)包括表面細(xì)晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和內(nèi)部等軸晶區(qū)(3)晶粒下沉形成下部錐體(4)偏析形成V型偏析和逆V型偏析(5)存在縮孔、縮松和氣泡當(dāng)前第8頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)集中縮孔縮孔當(dāng)前第9頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)縮松當(dāng)前第10頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)沸騰鋼(1)僅用Mn脫氧；(2)氧含量高，生成CO而使鋼液沸騰；(3)氣泡量和偏析較鎮(zhèn)靜鋼嚴(yán)重；(4)集中縮孔少。半鎮(zhèn)靜鋼用Mn、Al脫氧，質(zhì)量介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼機(jī)械性能要求高時(shí)，用鎮(zhèn)靜鋼；要求塑性好時(shí)，可用沸騰鋼，如冷沖壓汽車殼體、油箱等當(dāng)前第11頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)四、鋼的分類按照化學(xué)成分：碳鋼與合金鋼碳鋼：1、低碳鋼Cwt.%<0.25%;2、中碳鋼0.30%<Cwt.%<0.55%;3、高碳鋼Cwt.%>0.6%。合金鋼：1、低合金鋼合金元素含量小于5wt.%;2、中合金鋼合金元素含量為5-10wt.%;

3、高合金鋼合金元素含量大于10wt.%;當(dāng)前第12頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)按用途分1、結(jié)構(gòu)鋼：構(gòu)件及機(jī)器零件用鋼；2、工具鋼：刃具鋼、模具鋼和量具鋼；3、特殊用途鋼：不銹鋼、耐磨鋼、耐熱鋼等。按冶煉方法分：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼和半鎮(zhèn)靜鋼。按質(zhì)量等級(jí)分(根據(jù)S和P含量)1、普通鋼：P為0.045-0.085%；S為0.055-0.065%；2、優(yōu)質(zhì)鋼：P為0.035-0.04%；S為0.03-0.04%；3、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：P為0.03-0.035%；S為0.02-0.03%。當(dāng)前第13頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第二節(jié)碳鋼的熱處理鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)下以一定的方式進(jìn)行加熱、保溫，然后采取合適的方式冷卻，讓其獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)和性能的工藝。

通常用溫度—時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。

當(dāng)前第14頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)預(yù)備熱處理最終熱處理W18Cr4V鋼熱處理工藝曲線時(shí)間溫度/℃根據(jù)熱處理原理制定的溫度、時(shí)間、介質(zhì)等參數(shù)稱熱處理工藝。當(dāng)前第15頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過(guò)熱處理。重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。當(dāng)前第16頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)熱處理特點(diǎn):區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等，只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制熱處理適用范圍:只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。

當(dāng)前第17頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學(xué)熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：當(dāng)前第18頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示。冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示當(dāng)前第19頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)退火：將工件加熱到高于AC3或AC1溫度以上，保溫一定時(shí)間，隨后以足夠緩慢的速度冷卻，使鋼得到接近平衡組織的熱處理工藝。目的：⑴調(diào)整硬度，便于切削加工。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。

真空退火爐當(dāng)前第20頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)根據(jù)加熱溫度不同退火分為完全退火和不完全退火。完全退火：加熱到AC3以上，得到均一奧氏體組織后再緩冷轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w組織的過(guò)程。不完全退火：加熱到AC1以上，得到奧氏體加未溶碳化物或鐵素體，再緩冷進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變的過(guò)程。當(dāng)前第21頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)球化退火將鋼加熱到Ac1以上20～30℃，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。球化退火目的：使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。球化退火主要適用于過(guò)共析鋼當(dāng)前第22頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)球狀珠光體球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體，用P球表示。與片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開裂傾向小。

當(dāng)前第23頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)正火：將鋼加熱到AC3或Accm以上，保溫一定時(shí)間，在靜止的空氣中冷卻，得到細(xì)珠光體類型組織的熱處理工藝。正火溫度當(dāng)前第24頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)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)系合適切削加工硬度正火的目的⑴對(duì)于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。調(diào)整硬度利于切削、消除內(nèi)應(yīng)力、細(xì)化晶粒。

當(dāng)前第25頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)球狀珠光體⑵對(duì)于過(guò)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。當(dāng)前第26頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1以上，保溫一定時(shí)間，以一定的速度冷卻，得到馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。根據(jù)加熱溫度不同淬火分為完全淬火和不完全淬火。完全淬火：加熱到Ac3以上，進(jìn)行淬火的過(guò)程。不完全淬火：加熱到Ac1以上，得到奧氏體加未溶碳化物或鐵素體，再淬火的過(guò)程。當(dāng)前第27頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)螺桿表面的淬火裂紋回火是指將淬火鋼重新加熱到相變點(diǎn)以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。回火的目的：(1)減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力,防止變形或開裂。(2)獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。(3)穩(wěn)定尺寸。當(dāng)前第28頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)表面淬火：將鋼件表面層加熱到臨界點(diǎn)以上溫度并急速冷卻。表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；②心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。當(dāng)前第29頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)軸的感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱感應(yīng)加熱當(dāng)前第30頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)化學(xué)熱處理：將鋼件置于一定介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工作表層，以改變表層的化學(xué)成分組織，具有某些特殊的機(jī)械和物化性能。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。當(dāng)前第31頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)一、碳鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變碳鋼加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變以共析鋼為例當(dāng)前第32頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)αFe3CA>Ac10.02wt.%C體心立方6.69wt.%C復(fù)雜斜方0.77wt.%C面心立方當(dāng)前第33頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第一步奧氏體晶核形成及長(zhǎng)大：首先在與Fe3C相界形核，晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向

和Fe3C方向長(zhǎng)大。奧氏體的形成也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，分為三步。當(dāng)前第34頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第二步殘余Fe3C溶解:鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。當(dāng)前第35頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第三步奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。溫度，℃共析鋼奧氏體化曲線（875℃退火）當(dāng)前第36頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程與共析鋼基本相同。由于先共析

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上。當(dāng)前第37頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)加熱到Ac1以上的過(guò)程是珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的過(guò)程，屬擴(kuò)散性轉(zhuǎn)變。當(dāng)前第38頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)奧氏體1、起始晶粒度：在奧氏體形成剛結(jié)束時(shí)，即晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的晶粒大??；2、實(shí)際晶粒度：鋼在加熱時(shí)所獲得的實(shí)際奧氏體晶粒大?。?、本質(zhì)晶粒度：鋼在一定條件下奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向性。奧氏體晶粒大小對(duì)熱處理后零件性能影響較大，一般希望得到細(xì)小的奧氏體晶粒。當(dāng)前第39頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)4567本質(zhì)細(xì)晶粒鋼：晶粒長(zhǎng)大傾向性小。本質(zhì)粗晶粒鋼：晶粒長(zhǎng)大傾向性大。本質(zhì)細(xì)晶粒鋼在加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上直到930oC，晶粒未顯著長(zhǎng)大。本質(zhì)粗晶粒鋼在加熱到臨界點(diǎn)Ac1后，晶粒開始不斷長(zhǎng)大。奧氏體晶粒評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)1-8級(jí)，1級(jí)最粗，8級(jí)最細(xì)。當(dāng)前第40頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒細(xì)小均勻。隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大，這也是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。奧氏體晶粒長(zhǎng)大過(guò)程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程相同。奧氏體晶粒的長(zhǎng)大當(dāng)前第41頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)奧氏體晶粒越大，由其轉(zhuǎn)變成的珠光體也越粗大。當(dāng)前第42頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素⑴加熱溫度和保溫時(shí)間:加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng),晶粒粗大；⑵加熱速度:加熱速度越快,過(guò)熱度越大,形核率越高,晶粒越細(xì),長(zhǎng)時(shí)間保溫會(huì)導(dǎo)致晶粒粗大；⑶合金元素:一些合金元素形成的碳化物、氮化物或氧化物阻礙奧氏體長(zhǎng)大，如氧化鋁。⑷原始組織:平衡狀態(tài)的組織有利于獲得細(xì)晶粒。當(dāng)前第43頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)二、冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變熱處理冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變是指過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變。處于臨界點(diǎn)Ar1以下的奧氏體稱過(guò)冷奧氏體。隨過(guò)冷度不同，過(guò)冷奧氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌螒B(tài)的組織。當(dāng)前第44頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)Ar1珠光體索氏體屈氏體貝氏體馬氏體650600500350230共析鋼不同過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)前第45頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)珠光體索氏體屈氏體它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)械混合物，根據(jù)片層厚薄不同,又細(xì)分為珠光體、索氏體和屈氏體㈠珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體在Ar1到550℃左右間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織。珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。當(dāng)前第46頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)光鏡下形貌電鏡下形貌⑴珠光體：形成溫度為Ar1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示當(dāng)前第47頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)⑵索氏體形成溫度為650-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號(hào)S表示。電鏡形貌光鏡形貌當(dāng)前第48頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)電鏡形貌光鏡形貌⑶屈氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號(hào)T表示。當(dāng)前第49頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)片間距bHRC片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。當(dāng)前第50頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長(zhǎng)大過(guò)程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長(zhǎng)大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。當(dāng)前第51頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)當(dāng)前第52頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程當(dāng)前第53頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)當(dāng)前第54頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)上貝氏體下貝氏體㈡貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體在550℃-230℃(Ms)間將轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類型組織，貝氏體用符號(hào)B表示。根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。當(dāng)前第55頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)光鏡下電鏡下⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀。在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。當(dāng)前第56頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350℃-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。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(zhǎng)軸方向呈55-60o角。當(dāng)前第57頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。當(dāng)前第58頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí),在奧氏體中的貧碳區(qū)形成鐵素體晶核，其含碳量介于奧氏體與平衡鐵素體之間，為過(guò)飽和鐵素體。貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。當(dāng)前第59頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)上貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350℃)時(shí)，條片狀鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)，隨鐵素體條伸長(zhǎng)和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消失，形成B上。當(dāng)前第60頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)下貝氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350-230℃)時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長(zhǎng)成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低,其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。當(dāng)前第61頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)馬氏體組織馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。㈢馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過(guò)冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。馬氏體轉(zhuǎn)變是強(qiáng)化鋼的重要途徑之一。碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。當(dāng)前第62頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)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)＜0.2%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格.當(dāng)前第63頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)光鏡下馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài)分板條和針狀兩類。⑴板條馬氏體立體形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)的扁棒狀，在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。每束內(nèi)條與條之間尺寸大致相同并呈平行排列。一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個(gè)取向不同的馬氏體束。當(dāng)前第64頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)SEMTEM電鏡下在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)，=1012/cm2，又稱位錯(cuò)馬氏體。當(dāng)前第65頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)電鏡下電鏡下光鏡下⑵針狀馬氏體立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。當(dāng)前第66頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)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。當(dāng)前第67頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)45鋼正常淬火組織先形成的馬氏體片橫貫整個(gè)奧氏體晶粒，但不能穿過(guò)晶界和孿晶界；后形成的馬氏體片不能穿過(guò)先形成的馬氏體片，所以越是后形成的馬氏體片越細(xì)小。當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無(wú)法分辨時(shí)，該馬氏體稱隱晶馬氏體.當(dāng)前第68頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系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。當(dāng)前第69頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。當(dāng)前第70頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。其主要特點(diǎn)是：⑴無(wú)擴(kuò)散性當(dāng)前第71頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸⑵共格位向關(guān)系由于無(wú)擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的。界面原子為馬氏體和奧氏體共有，稱這種關(guān)系為共格關(guān)系。當(dāng)前第72頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)⑶降溫形成馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏體點(diǎn)，用Ms

表示.馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf表示。在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。10080604020020f′′MsMfA%A%當(dāng)前第73頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)′⑷高速長(zhǎng)大馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長(zhǎng)大。⑸轉(zhuǎn)變不完全即使冷卻到Mf

點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái)，稱殘余奧氏體，用A′或′表示。當(dāng)前第74頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響含碳量對(duì)殘余奧氏體量的影響Ms、Mf

與冷速無(wú)關(guān)，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。馬氏體轉(zhuǎn)變后，A′量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達(dá)0.5%后，A’量才顯著。當(dāng)前第75頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過(guò)飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過(guò)飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無(wú)擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火當(dāng)前第76頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)二、碳鋼過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖兩種冷卻方式示意圖1——等溫冷卻2——連續(xù)冷卻過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖：用于描述過(guò)冷奧氏體，不同冷卻制度下，隨時(shí)間和溫度改變而發(fā)生轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。當(dāng)前第77頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)㈠過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖(Time-Temperature-Transformationdiagram)過(guò)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(guò)程中轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系曲線。又稱C曲線、S曲線或TTT曲線。當(dāng)前第78頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)當(dāng)前第79頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)5506502s10s5s2s5s10s30s40s當(dāng)前第80頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)C曲線的建立以共析鋼為例：⑴取一批小試樣并進(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。當(dāng)前第81頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)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。轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開始線。轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。當(dāng)前第82頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)當(dāng)前第83頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)時(shí)間溫度A1MSMfA過(guò)冷PBMA→MA→BA→P轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線奧氏體A1-Ms

間及轉(zhuǎn)變開始線以左的區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。當(dāng)前第84頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)亞共析鋼和過(guò)共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變圖：亞共析鋼和過(guò)共析鋼完全奧氏體化后的等溫轉(zhuǎn)變圖與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖區(qū)別是在C曲線的上方各增加了一條線。亞共析鋼C曲線中，該線表示先共析鐵素體線。過(guò)共析鋼，該線則是先共析滲碳體線。當(dāng)前第85頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)2、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的意義⑴轉(zhuǎn)變開始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性越小。孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。當(dāng)前第86頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)⑵“鼻尖”以上，隨過(guò)冷度增加，孕育期變短；“鼻尖”以下，隨過(guò)冷度增加，孕育期變長(zhǎng)。在鼻尖以上,溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力?。辉诒羌庖韵?，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。

當(dāng)前第87頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)⑶

C曲線明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物PSTB上B下M+A′當(dāng)前第88頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)3、影響C曲線的因素使過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性增加的因素使C曲線右移；相反則左移。含碳量的影響：共析鋼的過(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。當(dāng)前第89頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)Cr對(duì)C曲線的影響大多數(shù)雜質(zhì)元素增加奧氏體的穩(wěn)定性。奧氏體化溫度提高和保溫時(shí)間延長(zhǎng)，使奧氏體成分均勻、晶粒粗大、未溶碳化物減少，增加了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移。當(dāng)前第90頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)㈡過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖共析鋼CCT曲線過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformationdiagram)曲線，是通過(guò)測(cè)定不同冷速下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。當(dāng)前第91頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)Vk’Vk共析鋼的CCT曲線過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?cè)谝欢囟确秶鷥?nèi)進(jìn)行，因此組織不均勻。連續(xù)冷卻曲線中，珠光體轉(zhuǎn)變所需孕育期長(zhǎng)（與相應(yīng)過(guò)冷度下TTT圖比較）。當(dāng)前第92頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)Vk’Vk共析鋼的CCT曲線共析鋼的CCT曲線沒(méi)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。當(dāng)前第93頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)Vk時(shí)間/s溫度/℃共析鋼的CCT圖共析溫度連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線完全退火正火等溫轉(zhuǎn)變曲線油淬水淬M+A’M+T+A’SP200100圖中的Vk

為CCT曲線的淬火臨界冷卻速度，即獲得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度。Vk′為TTT曲線的臨界冷卻速度.Vk′1.5Vk。當(dāng)前第94頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)用TTT曲線定性說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+A’M+A’當(dāng)前第95頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)P均勻A細(xì)AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間650℃600℃550℃PST當(dāng)前第96頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)45鋼850℃油冷組織M+T當(dāng)前第97頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)三、鋼的淬透性工件尺寸、冷卻介質(zhì)等影響零件表層和內(nèi)部的組織。當(dāng)前第98頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)M量和硬度隨深度的變化淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來(lái)表示。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力。當(dāng)前第99頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)淬火臨界直徑(Dk)

：圓柱鋼棒在規(guī)定的淬火介質(zhì)中能全部淬透的最大直徑。淬透性高的鋼（C曲線靠右），Dk越大。淬火介質(zhì)的冷卻能力愈強(qiáng)，鋼的臨界直徑越大。當(dāng)前第100頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)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。共析鋼的C曲線靠右，其臨界速度最小；多數(shù)合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)也使鋼的淬透性提高。當(dāng)前第101頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)螺桿表面的淬火裂紋四、碳鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變室溫下，馬氏體和殘余奧氏體處于亞穩(wěn)態(tài)，趨于分解為鐵素體及碳化物，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致零件性能和尺寸變化。淬火中，各處冷卻速度不一致，導(dǎo)致零件存在殘余內(nèi)應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致零件變形開裂。當(dāng)前第102頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火的目的1、減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂；2、獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。3、穩(wěn)定組織和零件尺寸回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。當(dāng)前第103頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（一）回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。第一階段（80-200oC）：馬氏體分解；第二階段（200-300oC）：殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變；第三階段（300-400oC）：碳化物的轉(zhuǎn)變；第四階段（>400oC）：α相狀態(tài)的變化和碳化物的聚集長(zhǎng)大。當(dāng)前第104頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)透射電鏡下的回火馬氏體形貌1、馬氏體的分解（80-200℃）80℃回火時(shí)，鋼的組織無(wú)變化。80-200℃加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出-碳化物(-FeXC，x接近2)，使馬氏體過(guò)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。當(dāng)前第105頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)在光鏡下M回為黑色，A′為白色?；鼗瘃R氏體淬火高碳鋼回火時(shí)析出ε碳化物；<0.2%C時(shí)，不析出碳化物，只發(fā)生碳在位錯(cuò)附近的偏聚；淬火中碳鋼回火析出混合馬氏體組織。(1)回火溫度越高，馬氏體分解越快；(2)回火初期分解較快；(3)淬火馬氏體碳濃度越高，分解越快，M回碳濃度也越高。當(dāng)前第106頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)2、殘余奧氏體分解(200-300oC)①馬氏體繼續(xù)分解；②殘余奧氏體所受的壓力下降，轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，且在回火過(guò)程中能完全轉(zhuǎn)變；③

-碳化物開始向Fe3C轉(zhuǎn)變（形核、長(zhǎng)大）。3、碳化物的轉(zhuǎn)變(300-400oC)①

-碳化物完全轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C；②到350℃,馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分；③內(nèi)應(yīng)力大量消除。當(dāng)前第107頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火屈氏體M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火屈氏體，用T回表示。當(dāng)前第108頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火索氏體4、α相狀態(tài)的變化和Fe3C聚集長(zhǎng)大鐵素體開始回復(fù)，600oC開始再結(jié)晶。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅巍?00℃以上,Fe3C開始聚集長(zhǎng)大，由片狀向顆粒狀轉(zhuǎn)變。這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。當(dāng)前第109頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（二）回火后的組織根據(jù)在不同回火溫度下發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變，可將回火得到的組織區(qū)分為三種類型。1、100-300oC為回火馬氏體，M回。具有一定過(guò)飽和度的α相及與其共格聯(lián)系的片狀ε碳化物組成的混合物。2、300-500oC為回火屈氏體，T回。α相與滲碳體(Fe3C)組成的混合物組織。3、500-650oC為回火索氏體，S回。經(jīng)過(guò)回復(fù)或再結(jié)晶的α相和顆粒狀滲碳體的混合物組織。當(dāng)前第110頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火M與淬火M組織比較淬火M回火M回火M：具有一定過(guò)飽和度的α相及與其共格聯(lián)系的片狀ε碳化物組成的混合物。當(dāng)前第111頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火T與T組織形態(tài)比較回火TT回火T：α相與細(xì)粒狀滲碳體(Fe3C)組成的混合物組織。當(dāng)前第112頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)回火S與S組織形態(tài)比較S回火S回火S：經(jīng)過(guò)回復(fù)或再結(jié)晶的α相和顆粒狀滲碳體的混合物組織。當(dāng)前第113頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)40鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系（三）回火時(shí)的性能變化回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。當(dāng)前第114頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)200℃以下，除亞共析鋼外，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。200-300℃，由于高碳鋼中A′的轉(zhuǎn)變,硬度略有升高。大于300℃,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。當(dāng)前第115頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（四）回火脆性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。當(dāng)前第116頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-400℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會(huì)出現(xiàn)脆性。目前尚無(wú)有效消除辦法，回火時(shí)應(yīng)避開這一溫度范圍。當(dāng)前第117頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)

淬火加高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)處理，簡(jiǎn)稱調(diào)質(zhì)。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)，具有良好的塑性和韌性。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)，降低內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織550-650℃350-550℃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（五）回火種類當(dāng)前第118頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第三節(jié)鋼的合金化在碳鋼中加入一定量的合金元素進(jìn)行合金化，可進(jìn)一步改善鋼的組織和性能。一、鋼中的合金元素合金元素：為改變鋼的組織和性能而加入的元素。常用合金元素：Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Co、Al、Cu、B和稀土元素等。S和P盡管為有害元素，但個(gè)別情況可保留。當(dāng)前第119頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)二、合金元素在鋼中的存在形式根據(jù)合金元素在鋼中與Fe和C的作用可分為兩類：第一類：非碳化物形成元素，如Si、Ni、Cu、Al、Co等。這些元素主要固溶于鐵素體中；第二類：碳化物的形成元素，如Ti、Nb、Zr、V、Cr、Mn等。這些元素部分固溶于鐵素體中，部分與C形成碳化物。當(dāng)前第120頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)(一)鐵與合金元素的作用第一類是擴(kuò)大γ區(qū)的元素，擴(kuò)大奧氏體存在的溫度范圍。如Mn、Ni、Co等。無(wú)當(dāng)前第121頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第二類是縮小γ區(qū)的元素，縮小奧氏體存在的溫度范圍。如Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、P、B等。無(wú)當(dāng)前第122頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)(二)合金元素對(duì)鐵素體性能的影響合金元素不同程度的提高固溶體的強(qiáng)度和硬度，Si和Mn的固溶強(qiáng)化效果更加明顯；合金元素的添加降低鐵素體的沖擊韌性。當(dāng)前第123頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)(三)合金元素與碳的作用碳化物形成元素具有未滿d電子層，此層電子越少形成碳化物能力越強(qiáng)，形成的碳化物越穩(wěn)定。根據(jù)結(jié)合強(qiáng)弱：Ti、Zr、V稱為強(qiáng)碳化物形成元素；為不同于滲碳體的特殊碳化物。W、Mo、Cr、Mn、Fe稱為弱碳化物形成元素。可溶于滲碳體，并取代部分鐵原子，形成合金滲碳體，但在碳化物中的濃度高于鐵素體。當(dāng)前第124頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)按碳化物的晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：一類是晶體結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的，如TiC、ZrC、VC等；碳原子和過(guò)渡族元素原子半徑之比rC/rM小于0.59；這類碳化物熔點(diǎn)和硬度高，屬?gòu)?qiáng)化相。第二類是晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的，如Fe3C、Fe2C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C等；rC/rM大于0.59；這類碳化物硬度較高，也屬?gòu)?qiáng)化相，但熔點(diǎn)和硬度比前一類低。當(dāng)前第125頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)錳對(duì)奧氏體相區(qū)的影響三、合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響⑴Ni、Mn、Co、C、N等是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點(diǎn)下降，A4點(diǎn)上升。SE向左下方移動(dòng)。當(dāng)Mn13%或Ni9%時(shí)，S點(diǎn)降到0℃以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱奧氏體鋼。當(dāng)前第126頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)鉻對(duì)奧氏體相區(qū)的影響⑵Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是縮小奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點(diǎn)上升，A4點(diǎn)下降。SE向左上方移動(dòng)。當(dāng)Cr較高時(shí)，奧氏體相區(qū)消失，室溫下為單相鐵素體組織，稱鐵素體鋼。當(dāng)前第127頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)所有合金元素均使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即這兩點(diǎn)的含碳量下降，使碳含量比較低的鋼出現(xiàn)過(guò)共析組織（如4Cr13）或共晶組織（如W18Cr4V）。當(dāng)前第128頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)擴(kuò)大γ區(qū)的元素使A1溫度下降；縮小γ區(qū)的元素使A1溫度上升。當(dāng)前第129頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)四、合金元素對(duì)熱處理的影響對(duì)熱處理中組織轉(zhuǎn)變、C曲線、淬透性的影響1、對(duì)奧氏體轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)奧氏體形核與長(zhǎng)大、剩余碳化物溶解及奧氏體成分均勻化均產(chǎn)生影響。(1)奧氏體形核與長(zhǎng)大階段主要是影響碳的擴(kuò)散速度。強(qiáng)碳化物形成元素V、Ti、W和Mo等減緩C的擴(kuò)散非碳化物形成元素Ni和Co等增加奧氏體形成速度當(dāng)前第130頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)(2)碳化物溶解穩(wěn)定性高的碳化物增加奧氏體化時(shí)間。原因：碳化物穩(wěn)定性高；合金元素?cái)U(kuò)散慢。(3)成分均勻化除C的均勻化外，還包括合金元素的擴(kuò)散均勻化。2對(duì)奧氏體晶粒度的影響未溶碳化物等異相質(zhì)點(diǎn)阻礙奧氏體長(zhǎng)大。強(qiáng)碳化物細(xì)化效果最大，其次是弱碳化物，非碳化物影響最弱。P、Mn使奧氏體長(zhǎng)大。當(dāng)前第131頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（二）對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變的影響(1)對(duì)珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變速度的影響(2)對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響合金元素?cái)U(kuò)散慢，因此除Co外，大多數(shù)合金元素延緩珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變。除Co和Al外，大多數(shù)合金元素降低馬氏體轉(zhuǎn)變溫度，增加殘余奧氏體量。當(dāng)前第132頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（三）對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變C曲線及淬透性影響除Co、Al外，多數(shù)元素增加奧氏體穩(wěn)定性，使C曲線右移。碳化物形成元素Cr、Mo、V等還使C曲線分成上下兩個(gè)，上部代表珠光體轉(zhuǎn)變，下部代表貝氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)前第133頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)除Co、Al外，多數(shù)合金元素使C曲線右移，臨界冷卻速度降低，鋼的淬透性提高。常用提高淬透性的元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。合金元素對(duì)鋼淬透性的影響注：Ti、Zr、V等強(qiáng)碳化物形成元素會(huì)增加臨界冷卻速度，降低淬透性。當(dāng)前第134頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)（四）對(duì)回火轉(zhuǎn)變及性能的影響150oC以下，沒(méi)有影響，碳原子短程擴(kuò)散；150oC以上，強(qiáng)碳化物形成元素阻礙碳原子擴(kuò)散，提高馬氏體的分解溫度。增加殘余奧氏體穩(wěn)定性，提高殘余奧氏體轉(zhuǎn)變溫度。高合金鋼中殘余奧氏體十分穩(wěn)定，回火冷卻后，轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度反而增加，此現(xiàn)象為二次淬火。當(dāng)前第135頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時(shí)，由于析出細(xì)小彌散的特殊碳化物,使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象稱二次硬化。推遲α相的回復(fù)和再結(jié)晶以及碳化物的聚集。合金元素抑制馬氏體分解，阻礙碳化物的聚集和長(zhǎng)大，使鋼在很高的回火溫度下保持高硬度和高強(qiáng)度的性質(zhì)，稱抗回火性，或回火穩(wěn)定性。當(dāng)前第136頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)在含有Cr、Ni、Mn等元素的鋼中，在550-650oC回火后，又出現(xiàn)了沖擊值的降低，稱高溫回火脆性或第二類回火脆性。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。

當(dāng)前第137頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)五、合金元素對(duì)鋼機(jī)械性能的影響合金元素對(duì)正火和退火狀態(tài)下鋼機(jī)械性能的影響，主要體現(xiàn)在對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化和珠光體的粗細(xì)與數(shù)量上。合金元素對(duì)淬火、回火狀態(tài)的鋼的機(jī)械性能有直接或間接的影響。直接的影響是指合金元素加入后可以直接賦予鋼一定的性能。當(dāng)前第138頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)對(duì)高溫回火鋼強(qiáng)度和塑性的直接作用：碳化物形成元素(V、Mo)能直接強(qiáng)化淬火高溫回火鋼。弱碳化物形成元素(Mn)和非碳化物形成元素(Si)的直接作用較小。原因：回火馬氏體性能主要取決與碳在馬氏體中的過(guò)飽和度造成的固溶強(qiáng)化，及細(xì)小碳化物的彌散強(qiáng)化。對(duì)低溫回火鋼強(qiáng)度和塑性的直接作用不大。當(dāng)前第139頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)間接作用主要是通過(guò)影響淬火及回火過(guò)程起的作用。合金元素的間接作用在于賦予鋼以一定的熱處理工藝性能，又通過(guò)此性能的作用而影響鋼的機(jī)械性能。熱處理工藝性能包括：淬透性、回火抗力、過(guò)熱敏感性等。1、通過(guò)提高淬透性的方式可提高鋼的機(jī)械性能。2、可推遲或延遲鋼的回火過(guò)程，提高鋼的穩(wěn)定性，保證較寬的回火溫度，有利于消除殘余應(yīng)力、提高鋼的強(qiáng)度和塑性。3、細(xì)化奧氏體晶粒。當(dāng)前第140頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第六章構(gòu)件用鋼第一節(jié)構(gòu)件工作條件及性能要求第二節(jié)低碳構(gòu)件用鋼的性能特點(diǎn)第三節(jié)構(gòu)件用鋼當(dāng)前第141頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第一節(jié)構(gòu)件工作條件及性能要求杭州跨海大橋壓力罐中哈石油管線構(gòu)件用鋼是指用于制作各種大型金屬結(jié)構(gòu)所用的鋼，又稱工程用鋼。當(dāng)前第142頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)當(dāng)前第143頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)構(gòu)件工作條件的特點(diǎn)：不做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期承受靜載荷作用，在一定溫度和介質(zhì)中工作。銅陵長(zhǎng)江公路大橋根據(jù)構(gòu)件的工作特點(diǎn)，找出可能的失效方式，并提出相應(yīng)的性能指標(biāo)（使用性能和工藝性能）。當(dāng)前第144頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)使用性能：長(zhǎng)期靜載荷作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定：1、不產(chǎn)生彈性變形，更不許產(chǎn)生塑性變形與破斷；2、結(jié)構(gòu)上有缺口；3、低溫使用足夠大的彈性模量保證剛度；足夠的抗塑變能力即σs、δk、φk較高，缺口敏感性及冷脆性傾向較低。在大氣或海水中能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作：具有一定的耐大氣或海水腐蝕性。工藝性能：焊接及冷變形能力，尤其是焊接的工藝性能。當(dāng)前第145頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)根據(jù)構(gòu)件用鋼工藝性能要求，C%介于0.20-0.25%。構(gòu)件用鋼主要是低碳鋼和低碳合金鋼。熱軋或正火狀態(tài)下使用，有時(shí)也在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用(尤其針對(duì)低溫工作的構(gòu)件)。構(gòu)件用鋼常溫狀態(tài)下的組織：鐵素體+珠光體當(dāng)前第146頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)第二節(jié)低碳構(gòu)件用鋼的性能特點(diǎn)一、低碳構(gòu)件用鋼的屈服現(xiàn)象屈服特點(diǎn)：(1)在拉伸曲線上出現(xiàn)平臺(tái)；(2)在屈服過(guò)程中，試樣的塑性變形分布是宏觀不均勻。屈服會(huì)影響構(gòu)件的表面質(zhì)量。如一些冷軋鋼板沖壓后，一些部位產(chǎn)生褶皺。鋼板退火后進(jìn)行小變形量處理，屈服在冷軋過(guò)程中完成，而使其進(jìn)入加工硬化狀態(tài)。當(dāng)前第147頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)二、低碳構(gòu)件用鋼的冷脆現(xiàn)象構(gòu)件用鋼隨試驗(yàn)溫度的不斷降低，其屈服點(diǎn)顯著升高，并導(dǎo)致斷裂性質(zhì)變化，即由宏觀塑性破斷過(guò)渡到宏觀脆性斷裂，這種現(xiàn)象稱為“冷脆”。金屬的兩個(gè)強(qiáng)度指標(biāo)，屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度都隨溫度上升而下降。σs/σb為屈強(qiáng)比，屈強(qiáng)比越大，脆斷傾向也會(huì)增大。評(píng)價(jià)冷脆傾向大小的指標(biāo)為冷脆轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)前第148頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)三、低碳構(gòu)件用鋼的應(yīng)變時(shí)效、淬火時(shí)效及藍(lán)脆低碳構(gòu)件用鋼加熱到Ac1以下進(jìn)行快冷(也稱淬火)或塑性變形后，在放置過(guò)程中通常使強(qiáng)度和硬度增高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為時(shí)效。塑性變形后的時(shí)效稱為應(yīng)變時(shí)效；淬火后的時(shí)效稱為淬火時(shí)效；在自然條件下的時(shí)效稱為自然時(shí)效；在一定溫度下進(jìn)行的時(shí)效稱人工時(shí)效。當(dāng)前第149頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)1、應(yīng)變時(shí)效應(yīng)變時(shí)效:鋼產(chǎn)生塑性變形量超過(guò)屈服應(yīng)變，去載后立即加載，其彈性極限會(huì)因加工硬化而提高，屈服平臺(tái)不再出現(xiàn)。放置一段時(shí)間后，重新拉伸，屈服現(xiàn)象又重新出現(xiàn)。σs、σb、HB等逐漸增高；δ、φ、αk等逐漸降低。對(duì)于構(gòu)件用鋼應(yīng)變時(shí)效是一種不利現(xiàn)象。當(dāng)前第150頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)2、淬火時(shí)效低碳鋼加熱到Ac1以下的溫度然后進(jìn)行快冷，此時(shí)鋼的顯微組織并沒(méi)有明顯的變化，但力學(xué)性能發(fā)生類似于應(yīng)變時(shí)效的變化。原因：α固溶體中過(guò)飽和的C和N析出，并形成彌散的共格碳化物和氮化物，使鋼材塑變抗力提高，斷裂抗力降低。當(dāng)前第151頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)3、藍(lán)脆低碳鋼在300-400oC的溫度范圍內(nèi)反常的出現(xiàn)σb增高，而δ、φ降低的現(xiàn)象，稱為藍(lán)脆。藍(lán)脆為不利現(xiàn)象。溫度當(dāng)前第152頁(yè)\共有165頁(yè)\編于星期五\9點(diǎn)四、低碳構(gòu)件用鋼的冷變形性和可焊性(一)冷變形性能(1)變形抗力決定鋼材在制備成