鋼鐵熱處理課件

關于鋼鐵熱處理第1頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三概述一、什么叫熱處理

將固態(tài)金屬或合金通過加熱、保溫和冷卻的方式來改變其組織結(jié)構以獲得預期的性能的加工工藝?！衿胀崽幚恚和嘶稹⒄?、淬火、回火；●表面熱處理：表面淬火、化學熱處理；●特殊熱處理：真空熱處理、可控氣氛熱處理熱處理目的：改善性能。（工業(yè)上熱處理應用率達到60－100％）熱處理特點：固態(tài)相變第2頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第一節(jié)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變一、轉(zhuǎn)變溫度

固態(tài)相變同樣需要一定的過冷度（降溫）或過熱度（升溫），因此，加熱轉(zhuǎn)變實際發(fā)生溫度在平衡臨界點之上，而冷卻轉(zhuǎn)變的實際發(fā)生溫度在平衡臨界點之下。Ac1、Ac3、、Accm為升溫引起的奧氏體化溫度上移線

Ar1、Ar3和Arcm則為降溫時奧氏體分解溫度的下移線

A1、A3、Acm、為平衡條件下合金獲得奧氏體的溫度線。為了對鋼進行熱處理，必須首先將鋼加熱到單相A區(qū)，然后進行適當?shù)睦鋮s以獲得特定的結(jié)構和性能。A第3頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、奧氏體的形成根據(jù)Fe-Fe3C相圖，鋼在加熱時發(fā)生向奧氏體的轉(zhuǎn)變，此轉(zhuǎn)變過程稱奧氏體化。

●共析鋼：P→A●亞共析鋼：P+F→A+F→A●過共析鋼：P+Fe3CⅡ→A+Fe3CⅡ→A

熱處理時應進行適當時間的保溫。保溫的目的是使工件各部分溫度一致，組織轉(zhuǎn)變充分均勻。LFe3C930C第4頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三、奧氏體化過程以共析鋼(Wc＝0.77%)為例，共析鋼在室溫下的組織為層片珠光體，在加熱到Ac1以上，其將轉(zhuǎn)變?yōu)锳，這一過程稱為奧氏體化，這一過程是形核與長大過程

。在鐵素體和滲碳體的交界處形成奧氏體的核心；奧氏體同時消耗兩相來長大；F晶格轉(zhuǎn)變（BCCFCC），滲C體溶解；隨后殘余滲碳體的溶解；奧氏體的均勻化，各處的碳濃度都達到平均成分。兩個過程：晶格變化；C的擴散第5頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三四、奧氏體晶粒度及其影響因素1.奧氏體晶粒度實際晶粒度

指在某一具體熱處理條件下（如加熱溫度、保溫時間）所得到的晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過程。本質(zhì)晶粒度不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長大傾向性不一樣，為比較不同鋼的晶粒長大傾向，將不同的鋼加熱到930±10℃，保溫8小時得到的實際晶粒度作為該鋼的本質(zhì)晶粒度。本質(zhì)晶粒度是一材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時奧氏體晶粒的長大傾向。

晶粒易長大的稱本質(zhì)粗晶粒鋼，晶粒不易長大的稱本質(zhì)細晶粒鋼。奧氏體的晶粒大小對熱處理后的性能影響巨大第6頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2.奧氏體實際晶粒度的影響因素加熱速度

加熱速度愈快，完成奧氏體轉(zhuǎn)變用時間就愈短，形核率就愈高，最終晶粒尺寸較細小。保溫溫度、保溫時間

溫度愈高，時間愈長，奧氏體晶粒就愈粗大。原始組織固相轉(zhuǎn)變具有組織的遺傳性。珠光體片層愈細小，奧氏體的晶粒就愈細小。合金元素(成分)

①碳含量：C增加，A轉(zhuǎn)變加快，晶粒的長大傾向增加；②合金元素：碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳結(jié)合力強，阻礙碳的擴散和奧氏體晶粒生長；第7頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第二節(jié)鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變等溫冷卻：將鋼迅速過冷到臨界點(Ar1)以下某一溫度，使奧氏體保持在該溫度下進行等溫轉(zhuǎn)變

TTT曲線（Temperature－Time—Transformation）：在某一溫度下A轉(zhuǎn)變量與時間的關系的曲線。連續(xù)冷卻：將鋼以某一固定速度不停頓地冷卻(到室溫)，使奧氏體在連續(xù)降溫的過程中轉(zhuǎn)變。

CCT曲線（ContinuousCoolingTransformation）：在連續(xù)冷卻過程中，A轉(zhuǎn)變量與時間的關系曲線。一、冷卻方式（兩種方式）：將鋼加熱到A區(qū)后，要通過冷卻獲得不同的組織結(jié)構→不同性能→不同用途

第8頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三TTT曲線CCT曲線第9頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線（TTT）的獲得

過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，也稱TTT曲線，或C曲線。它綜合反映了過冷奧氏體在不同溫度下等溫轉(zhuǎn)變的開始和終了時間及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物之間的關系。

鋼在奧氏體化后，當溫度降低到Ar1以下，此時奧氏體并不立即轉(zhuǎn)變，要經(jīng)歷一段時間后，才開始轉(zhuǎn)變。把這種存在于Ar1溫度以下暫未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱為過冷奧氏體。A1、過冷奧氏體：第10頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2、TTT曲線（C曲線）的建立1）將共析鋼加熱奧氏體化（A），在Ar1溫度以下選擇一系列等溫時間；2）將A化的共析鋼快冷到不同溫度下保溫，記錄在各溫度下的轉(zhuǎn)變量與保溫時間的關系－轉(zhuǎn)變動力學曲線，3）確定在不同溫度下轉(zhuǎn)變開始的時間a1，a2,a3…,和轉(zhuǎn)變終了的時間b1b2,b3…，(時間a1,a2,…稱為轉(zhuǎn)變的孕育期,在不同的溫度下具有不同的孕育期）4）將轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點分別連接起來，即得到TTT曲線，如右圖所示。應形狀“C”，所以，也稱為C曲線。AP時間第11頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3、C曲線的特征（右下圖為共析鋼的C曲線）（1）在Ar1線溫度以上，奧氏體穩(wěn)定，不會發(fā)生轉(zhuǎn)變。（2）在Ar1線以下，C曲線以左區(qū)域為過冷A區(qū)，轉(zhuǎn)變終了線以右的區(qū)域為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)，兩條線之間為轉(zhuǎn)變過渡區(qū)。（3）不同溫度等溫對應的孕育期不同，在C曲線“鼻尖”處的孕育期最短，鼻尖以上（Ar1以下），隨溫度↓→孕育期↓，因為形核驅(qū)動力大，但在鼻尖以下，隨溫度↓→孕育期↑這是因為盡管驅(qū)動力大，但原子擴散緩慢（受溫度影響）。A+MAr1A轉(zhuǎn)變同時受原子擴散（正比于溫度）和轉(zhuǎn)變驅(qū)動力（正比于過冷度）的共同影響。第12頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三A+MAr1（4）當冷速很快，繞過C曲線的鼻尖，奧氏體快速冷卻到Ms以下，則發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變開始線，Mf為馬氏體轉(zhuǎn)變終了線，兩線之間為奧氏體＋馬氏體兩相混合區(qū)。第13頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能

1.珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)溫度：Ar1－550℃

產(chǎn)物（相）：F＋Fe3C機械混合物形貌：片層結(jié)構，F(xiàn)e3C片層分布在

鉄素體基體上，類似于共析鋼的組織。隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距愈細。依據(jù)F/Fe3C的片層大小，分為：珠光體（粗）索氏體（細）屈氏體（托氏體）（很細）

三類組織轉(zhuǎn)變區(qū)

珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)第14頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三1.共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)

性能：不同類型的珠光體由于層片間距不同，力學性能在一個較大范圍內(nèi)變化，總體趨勢是隨著片間距的減小，材料的強度和硬度增高。轉(zhuǎn)變特點：AP轉(zhuǎn)變過程是經(jīng)過Fe、C充分擴散形成F和Fe3C第15頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2、貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)（中溫轉(zhuǎn)變區(qū)）1、轉(zhuǎn)變特點

當轉(zhuǎn)變溫度在C曲線的“鼻尖”以下（500℃以下），相變的驅(qū)動力較大（熱力學），但溫度較低，原子擴散減慢（動力學）。這時，相變僅依靠小原子碳的擴散進行（Fe不擴散），擴散發(fā)生在小范圍內(nèi)，所以將發(fā)生混合型相變（半擴散），即貝氏體(Bainite)轉(zhuǎn)變。

根據(jù)轉(zhuǎn)變溫度的高低，貝氏體轉(zhuǎn)變又分為：

上貝氏體轉(zhuǎn)變（“鼻尖”到350℃）

下貝氏體轉(zhuǎn)變（350℃到MS點)上貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體轉(zhuǎn)變

過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C與含過飽和C的鐵素體的機械混合物——貝氏體第16頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2.貝氏體的形狀和性能B上：在A晶界上首先析出F，周圍富

C區(qū)形成Fe3C，呈羽毛狀B下：首先在A晶界上形成F，沿一定晶面呈竹葉狀生長，碳化物在F晶內(nèi)析出，呈（或凸鏡狀）。

名稱符號形成溫度形貌性能上貝氏體B上

550℃~350℃羽毛狀HRC40~50,韌性差

下貝氏體B下

350℃~Ms竹葉狀HRC50~55,韌性好

B下具有優(yōu)良的綜合力學性能，生產(chǎn)實踐中應用于要求高強韌性的工件（如模具等）。A晶界350C以上350C以下B下生長第17頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三上貝氏體顯微組織實例性能特點：通常上貝氏體中的Fe3C粗大，較脆，且韌性低，工業(yè)生產(chǎn)中的機械零件應避免獲得這種組織。

第18頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三下貝氏體顯微組織實例性能特點：下貝氏體有較高的強度和硬度，還有較好的韌性，即有較好的綜合力學性能。在生產(chǎn)實際中這是一種常用的狀態(tài)。

第19頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三、馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)(針對共析鋼）1．形成奧氏體急冷至Ms（約230℃）線以下，過冷度極大，相變驅(qū)動力極大，奧氏體極快地由fcc變成bcc（），碳原子來不及擴散，形成碳在α–Fe中的過飽和間隙固溶體，即馬氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速度第20頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2．轉(zhuǎn)變特點速度非?？?/p>

形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大，一般認為是以聲速發(fā)展。（驅(qū)動力很大）無擴散型轉(zhuǎn)變Fe、C均不擴散，馬氏體和奧氏體成分相同。體積膨脹馬氏體轉(zhuǎn)變會引起體積急劇膨脹（C的過飽和固溶體）4）需連續(xù)冷卻：若在Ms－Mf之間等溫，M轉(zhuǎn)變停止，不同于AP、B的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變不完全存在殘余奧氏體（簡記為A殘），C含量越高，過冷奧氏體越穩(wěn)定，其Ms、Mf

點亦越低，殘余奧氏體量也愈多。3．馬氏體的形態(tài)

決定于奧氏體的含碳量：●C＞1.0wt%：形成針狀馬氏體M針；●C＜0.2wt%:形成板條狀馬氏體M板條；●0.2wt%＜C＜1.0wt%:形成混合馬氏體。第21頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三板條馬氏體的形態(tài)（低C馬氏體）馬氏體內(nèi)有大量位錯，也稱為“位錯馬氏體”性能：具有較高的強度和韌性，即良好的綜合力學性能。如0.2%C鋼淬火后，HRC50、b＝1500MPa、ak＝150－180J/cm2。一個A晶粒內(nèi)可形成幾個不同位向的M群第22頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三片狀馬氏體的形態(tài)（高C馬氏體）不管是板條馬氏體還是片狀馬氏體，都具有相當高的硬度（>HRC50），其原因是：C在F中的過飽和固溶→晶格畸變→固溶強化→高硬度。馬氏體高硬度的原因：在一個原奧氏體晶粒中，首先形成一個貫穿整個晶粒的馬氏體片，以后形成的馬氏體片存在于馬氏體和奧氏體之間或馬氏體片之間。最后的三角區(qū)為殘余奧氏體。馬氏體中有大量攣晶，也稱“攣晶馬氏體”性能：片狀馬氏體具有高的硬度和強度（HRC60），但塑性和韌性很低（ak＝

1J/cm2）M生長第23頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三四、影響C曲線的因素

1．C含量的影響

亞共析鋼：隨著含碳量的增加，C曲線右移，即轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變時間都加長。原因：C使奧氏體更穩(wěn)定。過共析鋼：隨著含碳量的增加，C曲線左移，即轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變時間都減少。原因：過共析鋼先析出的碳化物會促使奧氏體的分解。C曲線是指導鋼的熱處理工藝的依據(jù)，因此了解影響C曲線的因素至關重要

2．加熱溫度和保溫時間

T↑，t↑→Fe3C溶解充分，晶粒粗大（晶界減?。鶤穩(wěn)定→C曲線右移。

第24頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3．合金元素的影響

除Co以外，幾乎所有元素都會使C曲線右移。原因：因為大部分合金元素能提高奧氏體的穩(wěn)定性,其中弱碳化物形成元素比強碳化物形成元素更能穩(wěn)定奧氏體。此外，大量合金元素的加入，還會改變C曲線的形狀（如出現(xiàn)雙C曲線對應多個相變）。

第25頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三五、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線

1.CCT(ContinuousCoolingTransformation)曲線奧氏體的連續(xù)冷卻曲線是描述奧氏體在連續(xù)冷卻過程中轉(zhuǎn)變量（體積分數(shù)）與時間的關系，顯然與冷卻速度有關。2.曲線的建立方法：一般用膨脹法或熱分析法

將鋼奧氏體化后，以不同的冷卻速度冷卻到室溫，測量出奧氏體的開始轉(zhuǎn)變和轉(zhuǎn)變結(jié)束的時間，標注在溫度－時間坐標圖中，分別用線連結(jié)開始點和終了點，所得到的曲線就得到CCT曲線。右圖為一碳鋼對應的CCT曲線。Ps線為開始轉(zhuǎn)變線，Pf線為終止轉(zhuǎn)變線。第26頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3.

碳鋼的CCT曲線特點（1）CCT曲線的相區(qū)和關鍵線、點

在A1線以下，Ps以左：為過冷奧氏體。

Pf以右：為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)（P型）；

Ps－Pf之間：P型＋奧氏體區(qū)

kk’為過冷奧氏體向珠光體（型）轉(zhuǎn)變的終止線，在KK’以下區(qū)域，A將終止向P轉(zhuǎn)變，部分過冷A將保持到Ms點，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。

Ms——馬氏體轉(zhuǎn)變開始線，Mf——馬氏體轉(zhuǎn)變終了線

Vk：連續(xù)冷卻條件下獲得“完全”馬氏體的臨界冷去速率（還有部分A殘余）。

Vk1：當冷速小于Vk1將獲得全部珠光體（型）。

Vk—Vk1之間：得到P＋M＋A殘余混合物。第27頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三（2）TTT圖和CCT比較

TTT圖位于CCT圖左上方，表明連續(xù)冷卻的孕育期大于等溫轉(zhuǎn)變的孕育期。由TTT圖確定的馬氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷卻速率大于由CCT圖確定的速率，即以TTT臨界冷速連續(xù)冷卻時，可保證獲得最多的馬氏體。

CCT圖只有類似于TTT圖的上半部分（沒有下部分）。因此，連續(xù)冷卻時不可能得到貝氏體組織。第28頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第三節(jié)鋼的熱處理工藝一、退火定義：將鋼（材料）加熱到適當?shù)臏囟?，保溫一定時間，然后緩慢冷卻(例如：隨爐冷卻)，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做“退火”。作用：消除殘余內(nèi)應力、改變組織的形態(tài)。

鋼在加熱到奧氏體區(qū)后，在不同的溫度等溫或以不同冷卻速率連續(xù)冷卻可以獲得不同的組織，使產(chǎn)品具有不同的性能。實際工作中就是依據(jù)材料使用時所需要的性能對材料進行不同工藝的熱處理，主要熱處理工藝有：退火、正火、淬火、回火。退火類別：完全退火球化退火去應力退火不同類型的退火選用不同的溫度。第29頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三1．完全退火（用于亞共析鋼）方法：將亞共析鋼加熱到Ac3以上30~50℃，保溫一定時間，緩慢冷卻。目的：通過重新結(jié)晶細化晶粒，改善鋼錠或坯料粗大，不均勻的原始組織，充分（1）消除內(nèi)應力，（2）降低硬度，（3）防止開裂。組織：F+P（接近平衡組織）用途：用于亞共析鋼在鑄造、鍛造和焊接后的預備熱處理。

第30頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2．球化退火

（適用于共析鋼和過共析鋼）定義：使某些高C鋼中的片狀碳化物變成粒狀（球化）的熱處理工藝。方法：將共析鋼或過共析鋼加熱在A1以上30－50℃長時間保溫，使Fe3C球化。然后極緩慢冷卻，使A發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變。組織：鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的滲碳體，稱為球狀珠光體。用途：1）降低過共析鋼材料的硬度，保證足夠的韌性，便于進行機械加工。

2）均勻組織，為以后淬火作好組織準備。第31頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3．去應力退火方法：將鋼緩慢加熱到A1以下某一溫度（如：200－400C)，保溫后慢冷。目的：完全消除殘余內(nèi)應力。組織：無相變發(fā)生，無組織明顯變化。用途：用于鑄、鍛、焊及冷變形件去除應力。第32頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三二、正火定義：將鋼加熱到AC3（亞共析鋼）或ACcm(過共析鋼)以上30－50℃保溫一段時間后，再空冷得到珠光體型組織的工藝。

注：合金鋼在空氣中連續(xù)冷卻可能發(fā)生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型相變，但正火一般是指空冷時發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。用途：●亞共析鋼：在低、中碳鋼中代替完全退火。（消除缺陷和內(nèi)應力，降低硬度，均勻組織）?！襁^共析鋼：因空氣冷卻速度較快，先析出相Fe3C的量較少，不能連成網(wǎng)狀，故起到消除網(wǎng)狀組織的作用。組織：●亞共析鋼：F(少量)+S(或T)●共析鋼：S(或T)●過共析鋼：Fe3C(少量)+S(或T)第33頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三三、淬火

定義：將鋼加熱到A后，以大于Vk的速度快速冷至Ms點以下以獲得馬氏體組織的熱處理工藝，叫作“淬火”。目的：提高鋼的硬度和耐磨性。

注：馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，馬氏體再經(jīng)過適當?shù)?/p>

回火，可以得到需要的組織和使用性能。淬火后獲得的馬氏體——淬火馬氏體回火后獲得的馬氏體——回火馬氏體

加熱溫度和淬火組織●亞共析鋼：Ac3+30~50℃

保溫時組織：A

淬火組織：M+A’（少量）●共析、過共析鋼：Ac1+30~50℃

保溫時組織：A+Fe3C（粒）淬火組織：

M+A’（少量）+Fe3C（粒）

粒狀的Fe3C可以提高淬火組織的耐磨性。淬火溫度第34頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三2、淬火冷卻介質(zhì)

淬火介質(zhì)決定了冷卻速度→淬火后的組織。理想的淬火介質(zhì)應達到的兩個要求：（1）足夠高的冷卻速度；得到盡可能多的馬氏體。（2）防止零件變形、開裂，在繞過“鼻尖”部后，應減緩冷卻速度所以理想的冷卻速度如圖所示，開始冷卻緩慢，在快要發(fā)生組織轉(zhuǎn)變時快冷，隨后再慢冷讓馬氏體轉(zhuǎn)變慢慢的進行。常用介質(zhì)鹽水、堿水

10－15％的NaCl水溶液，這是最強的冷卻介質(zhì)。清水直接冷卻，冷卻能力也很強。堿浴、硝鹽浴在120－180℃以上的溫度下有好的冷卻能力（適用于分級淬火）。

礦物油冷卻能力約為水的1/4－1/8，適用于大多數(shù)合金鋼，可以有效防止零件的變形開裂。

第35頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3、淬火方法

原則：淬火時既要快冷獲得M，又要盡可能減少變形和開裂。

⑴單液淬火：碳鋼—水合金鋼—油。⑵雙液淬火：水淬油冷。先在水或鹽水中快速冷卻，繞過“鼻尖”然后裝入油中，放慢冷速，繼續(xù)冷卻至室溫，（適用于較復雜的零件）。

⑶分級淬火：首先淬入稍高于Ms點的鹽浴中，保溫待表面與心部溫度相接近后，再快淬。（適合于大工件）。⑷等溫淬火：先快冷到某一溫度，保溫，使A→B下氏體轉(zhuǎn)變，再空冷至室溫獲得下貝氏體。(5)深冷處理：將冷卻至室溫的零件繼續(xù)冷卻到室溫以下溫度，入液氮溫度（－179℃）作用：降低鋼中殘余奧氏體量）。第36頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三四、回火

將淬火后的鋼件加熱到AC1以下某一溫度，等溫一段時間后，再冷卻至室溫而獲得不同組織的熱處理工藝叫“回火”消除內(nèi)應力鋼在淬火后，存在較大的內(nèi)應力（熱應力和相變應力），容易出現(xiàn)開裂。利用回火可以消除或減小內(nèi)應力，達到防止變形開裂。穩(wěn)定組織和尺寸淬火后的組織為馬氏體＋殘余奧氏體，它們都不是穩(wěn)定組織，使用過程中會發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而帶來零件的尺寸和性能的變化。利用回火讓可能變化的組織發(fā)生轉(zhuǎn)變，達到穩(wěn)定零件的組織性能和尺寸。調(diào)整性能淬火后得到的馬氏體的碳含量較高，材料的硬度高，脆性大，通過回火處理，達到所需要的強度、塑性和韌性的組合。便于加工降低硬度，便于機械加工。2、目的：1、定義第37頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3、回火過程中的組織轉(zhuǎn)變

1）馬氏體的分解（200℃以下）回火馬氏體

回火時馬氏體中過飽和的碳發(fā)生短距離的遷移，形成極細的碳化物(Fe2.4C)（稱為ε碳化物），以薄片形式存在M中，該組織稱為回火馬氏體。

2．殘余奧氏體的分解（200－300℃） 馬氏體向回火馬氏體轉(zhuǎn)變時，由于應力的減小，殘余奧氏體發(fā)生分解產(chǎn)生下貝氏體（貝氏體溫區(qū)）。最終組織：回火馬氏體＋下貝氏體

3．回火屈氏體的形成（300－500℃） 由于回火溫度的升高，碳的擴散運動能力加強，過渡碳化物轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定滲碳體，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殁熕伢w，組織為：F上均勻分布極細的滲碳體，稱為“回火屈氏體”。

F＋Fe3C（彌散分布）→回火屈氏體

4．回火索氏體的形成（500－650℃）

鉄素體發(fā)生再結(jié)晶形成等軸晶鐵素體，同時細小的Fe3C顆粒不斷長大，得到平衡狀鐵素體中分布著顆粒狀的碳化物混合組織，稱為“回火索氏體”。最終組織：等軸晶F＋顆粒狀Fe3C→回火索氏體

第38頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三4、回火組織實例

第39頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三5、回火組織的性能

硬度和強度：

硬度在200℃以下變化不明顯，以后隨溫度的上升而下降，

強度也如此；塑性：

塑性隨回火溫度提高而提高；韌性：

韌性變化的趨勢隨回火溫度的提高而提高。回火脆性：在回火過程中出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象稱為回火脆性,主要是由于碳化物析出和長大所致。第40頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三7、回火種類及其應用

1）低溫回火

回火溫度為150－200℃，

組織：

回火馬氏體，

性能：

高硬度，硬度可達到58－64HRC，好的耐磨性

應用：

常用于軸承、冷作模具的熱處理。

2）中溫回火

回火溫度為350－500℃

組織：回火屈氏體

性能：具有一定韌性，同時有高的彈性極限

應用：彈簧鋼（如：65,70)和要求較高強度和一定韌性的工件，如刀桿、軸套等。

3）高溫回火回火溫度為500－650℃（淬火后進行高溫回火的工藝也稱為“調(diào)質(zhì)”處理）

組織：回火索氏體，

性能：具有良好的綜合力學性能，尤其是沖擊韌性高。

應用：

可以直接進行機械加工。主要用于承受較大應力，特別是有沖擊應力場合下的結(jié)構零件，如各種軸、連桿、齒輪等。第41頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三五、鋼的淬透性

1.淬透性：是指鋼件在淬火時能獲得淬硬層（馬氏體）的深度。由于表面冷卻速度高于心部，所以從表面至心部的馬氏體的量存在一個分布，通常將馬氏體含量達到50％的深度作為淬硬層深度，用淬硬層深度來表征不同材料的淬透性。2.淬硬性：淬硬性指正常淬火情況下獲得馬氏體組織所能達到的最高硬度。主要取決于馬氏體中的C含量（與合金元素的關系不大），也與淬火工藝有關。

注意：淬透性和淬硬性是兩個不同概念，淬透性是一種材料特性，與工藝無關。而淬硬性是材料經(jīng)熱處理后表現(xiàn)出的性質(zhì)，與工藝有關。

第42頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三影響淬透性的因素鋼的淬透性好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即C曲線上的臨界冷卻速度。因此，影響臨界冷卻速度的因素（即：C曲線是左移還是右移）均對淬透性有影響?；瘜W成分亞共析鋼：C↑→淬透性↑過共析鋼C→淬透性↑合金元素中除Co外，絕大部分都使C曲線右移，提高淬透性2）淬火溫度和保溫時間加熱溫度的升高和保溫時間延長（Fe3C溶解充分），穩(wěn)定奧氏體，均可適當?shù)奶岣咪摰拇阃感?。?3頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三第四節(jié)鋼的表面熱處理

一、為什么要進行表面熱處理

許多零件（齒輪，軸承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韌性，表面淬火即可達到這一要求。二、表面淬火1、淬火工藝：將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心部組織不發(fā)生變化，這樣表面具有強硬特征而心部保持好的韌性。用于表面淬火用鋼大多為低C或中C鋼（即為亞共析鋼）。

2、淬火組織：由于從表面到心部的溫度不同，淬火后在組織也不同表面：溫度>AC3

，表面奧氏體化，淬火后得到細小的馬氏體（M）中間：溫度在AC1～AC3之間，加熱組織為A＋F，淬火后得到M＋F心部：溫度在AC1以下，加熱組織主要為F，淬火后仍為F第44頁，講稿共52頁，2023年5月2日，星期三3.淬火方法1）感應加熱淬火：

將工件置于中頻或高頻(500－500KHz)的交變磁場中，在工件上有感應電流，由于電流的集膚效應，電流集中于表層，大的電流產(chǎn)生的熱量使溫度迅速升高至AC1（共析）或AC3（亞共析）或Acm（過共析）以上，發(fā)生奧氏體化，然后迅速置于水中或噴水冷卻，達到表層淬硬的結(jié)果。由于加熱速度快，溫度高，奧氏體晶粒細，硬度高于普通淬火硬度。

感應功率越大，頻率越高，淬硬層越淺。如20－500KHz獲得的淬硬層＜2mm，而0.5－10Khz下淬硬層為2－6mm。第45頁，講稿共52頁，2023年5月