5第五章鋼的熱處理

《機(jī)械工程材料》

-----教材配套PPT課件第五章鋼的熱處理第五章鋼的熱處理改善鋼的性能的兩條主要途徑：一是熱處理，這是本章要研究的內(nèi)容。二是合金化，這是下幾章研究的內(nèi)容；第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變第三節(jié)鋼的退火與正火

第四節(jié)鋼的淬火第五節(jié)鋼的回火第六節(jié)鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理第七節(jié)熱處理零件質(zhì)量分析第八節(jié)熱處理?xiàng)l件與工序位置排列第五章鋼的熱處理熱處理是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻,以改變鋼的組織結(jié)構(gòu),獲得所需要性能的一種工藝.為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度—時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。

熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用。在機(jī)床制造中約60~70%的零件要經(jīng)過熱處理。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)過熱處理?？傊?，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。

滾動(dòng)軸承整體熱處理：退火、正火、淬火、回火等表面熱處理：表面淬火化學(xué)熱處理：滲碳、碳氮共滲、滲氮等熱處理方法

依加熱、冷卻方式等不同，將熱處理工藝分類如下：表面淬火—感應(yīng)加熱、火焰加熱、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、滲其他元素等預(yù)備熱處理與最終熱處理預(yù)備熱處理—為隨后的加工（冷拔、沖壓、切削）或進(jìn)一步熱處理作準(zhǔn)備的熱處理。最終熱處理—賦予工件所要求的使用性能的熱處理.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/℃冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示.因加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是以30-50℃/h的速度加熱或冷卻時(shí)測(cè)得的.6、臨界溫度與實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.實(shí)際加熱或冷卻時(shí)存在著過冷或過熱現(xiàn)象，因此將鋼加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示；第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，以獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。鋼坯加熱一、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長(zhǎng)大的過程，分為四步。現(xiàn)以共析鋼為例說明：第一步奧氏體晶核形成:首先在

與Fe3C相界形核.第二步奧氏體晶核長(zhǎng)大：

晶核通過碳原子的擴(kuò)散向

和Fe3C方向長(zhǎng)大。第三步殘余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。第四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）亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析

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.二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響因素1、奧氏體晶粒長(zhǎng)大奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱起始晶粒度，此時(shí)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)的過程。奧氏體晶粒長(zhǎng)大過程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過程相同。溫來判斷。

晶粒度為1-4級(jí)的是本質(zhì)粗晶粒鋼，5-8級(jí)的是本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。前者晶粒長(zhǎng)大傾向大，后者晶粒長(zhǎng)大傾向小。

在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實(shí)際晶粒度。加熱時(shí)奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向稱本質(zhì)晶粒度。通常將鋼加熱到940

10℃奧氏體化后，設(shè)法把奧氏體晶粒保留到室本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼930~950℃溫度，℃晶粒大小Ac1鋼的本質(zhì)粗晶粒度示意圖2、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.⑶合金元素：阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Ti、V、Nb、Zr、W等碳化物和氮化物形成元素.促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P、C、N。Nb/%奧氏體晶粒尺寸/μmNb、Ti對(duì)奧氏體晶粒的影響⑵加熱速度:速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細(xì).第二節(jié)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻是熱處理更重要的工序。一、過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及轉(zhuǎn)變過程處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)以共析鋼為例說明：

㈠珠光體轉(zhuǎn)變1、珠光體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在A1到550℃間將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機(jī)珠光體索氏體托氏體械混合物，根據(jù)片層厚薄不同，又細(xì)分為珠光體、索氏體和托氏體.⑴珠光體：形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號(hào)P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌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⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號(hào)T表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、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，因此其界限也是相對(duì)的.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.2、珠光體轉(zhuǎn)變過程珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長(zhǎng)大過程中，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。

Fe3C㈡貝氏體轉(zhuǎn)變1、貝氏體的組織形態(tài)及性能過冷奧氏體在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).上貝氏體下貝氏體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奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350-230℃(Ms)在光鏡下呈竹葉狀。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(zhǎng)軸方向呈55-60o角。上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無實(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)上常用強(qiáng)化組織之一.2、貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過程。發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí),首先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，為過飽和鐵素體。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

。上貝氏體轉(zhuǎn)變過程貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴(kuò)散而鐵原子不擴(kuò)散，晶格類型改變是通過切變實(shí)現(xiàn)的。

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。

下貝氏體轉(zhuǎn)變㈢馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到230℃(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。1、馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)碳在

-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體,用M表示.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.2、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。光鏡下電鏡下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。電鏡下電鏡下光鏡下⑶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%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板條馬氏體量C，%體積，%3、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。馬氏體硬度與含碳量的關(guān)系馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過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)形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體的塑性和韌性較好。針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌4、馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大過程。其主要特點(diǎn)是：⑴無擴(kuò)散性鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。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)變終了的溫度稱下馬氏體點(diǎn)，用Mf表示.只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。在Ms以下，隨溫度下降，轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷，轉(zhuǎn)變停止。MfMsM(90%)M(50%)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

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分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火二、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變方式有等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變兩種。兩種冷卻方式示意圖1——等溫處理2——連續(xù)冷卻A1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。㈠過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖A15506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C曲線的分析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℃。在鼻尖以上，溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加.⑵C曲線明確表示了過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物.3、影響C曲線的因素⑴成分的影響①含碳量的影響：共析鋼的過冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右。Ms

與Mf

點(diǎn)隨含碳量增加而下降。

與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼C曲線的上部各多一條先共析相的析出線。②合金元素的影響除Co外,凡溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移.除Co和Al外，所有合金元素都使Ms

與Mf

點(diǎn)下降。Cr對(duì)C曲線的影響⑵奧氏體化條件的影響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，增加了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼930~950℃溫度，℃晶粒大小Ac1奧氏體化溫度對(duì)晶粒度的影響使C曲線右移。使用C曲線時(shí)應(yīng)注意奧氏體化條件及晶粒度的影響。㈡過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation

diagram)曲線，是通過測(cè)定不同冷速下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。共析鋼CCT曲線過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線1、共析鋼的CCT曲線共析鋼的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。Vk’Vk共析鋼的CCT曲線圖中的Vk為CCT曲線的臨界冷卻速度，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.Vk’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’SP200100CCT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.可用TTT曲線定性說明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C曲線上，依其與C曲線交點(diǎn)的位置來說明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物.用TTT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變爐冷空冷油冷水冷PST+M+A’M+A’2、過共析鋼CCT曲線也無貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū),但比共析鋼CCT曲線多一條A→Fe3C轉(zhuǎn)變開始線。由于Fe3C的析出,奧氏體中含碳量下降,因而Ms線右端升高.3、亞共析鋼CCT曲線有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，還多A→F開始線,F析出使A含碳量升高,因而Ms線右端下降.過共析鋼CCT曲線亞共析鋼CCT曲線第三節(jié)鋼的退火與正火

機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯(鑄、鍛)→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理。退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。

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。⑴完全退火將工件加熱到Ac3+30~50℃

保溫后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析鋼.⑵等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃,共析、過共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，更適合于孕育期長(zhǎng)的合金鋼.高速鋼等溫退火與普通退火的比較⑶球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。它是將工件加熱到Ac1+30~50℃保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。主要用于共析、過共析鋼。球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體，稱球狀珠光體，用P球表示。對(duì)于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀.FFe3C球狀珠光體二、正火正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃保溫后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。1、正火后的組織：

●

<0.6%C時(shí)，組織為F+S;●

0.6%C時(shí)，組織為S。50鋼正火組織T12鋼正火組織正火溫度2、正火的目的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.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范圍C,%硬度HVHRC淬火正火完全退火球化退火第四節(jié)鋼的淬火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.淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.真空淬火爐一、淬火溫度1、非合金鋼（碳鋼）⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30~50℃。預(yù)備熱處理組織為退火或正火組織。亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時(shí)為M

0.5%C時(shí)為M+A’。45鋼(含0.45%C)正常淬火組織65鋼(0.60%C)淬火組織在Ac1~Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。亞溫淬火組織為F+M，強(qiáng)度、硬度低,但塑韌性好.

35鋼(含0.35%C)亞溫淬火組織⑵共析鋼淬火溫度為Ac1+30~50℃；淬火組織為M+A’。⑶過共析鋼淬火溫度:Ac1+30~50℃.溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A’量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開裂傾向增加。淬火組織:M+Fe3C顆粒+A’。(預(yù)備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織2、合金鋼由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+50~100℃。⑵共析鋼、過共析鋼淬火溫度為Ac1+50~100℃。

鋼坯加熱二、淬火介質(zhì)理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小理想淬火曲線示意圖MsMf內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)是水和油.水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).三、淬火方法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。3、分級(jí)淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。四、鋼的淬透性網(wǎng)帶式淬火爐淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。1、淬透性的概念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.2、淬透性與淬硬層深度的關(guān)系

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，是通過尺寸、冷卻介質(zhì)相同時(shí)的淬硬層深度來確定的。

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。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co外，凡溶入奧氏體的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。第五節(jié)鋼的回火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。一、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。螺桿表面的淬火裂紋3、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，防止使用時(shí)變形。4、對(duì)于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。二、淬火鋼的回火轉(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。網(wǎng)帶式回火電爐㈠回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變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(

-FeXC)，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。透射電鏡下的回火馬氏體形貌回火馬氏體在光鏡下M回為黑色，A’為白色。

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。2、殘余奧氏體分解200-300℃時(shí),由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降,Ms上升，A’分解為

-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。應(yīng)力大量消除，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，稱回火托氏體，用T回表示.3、

-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C發(fā)生于250-400℃，此時(shí)，

-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。到350℃，馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分，內(nèi)回火托氏體4、Fe3C聚集長(zhǎng)大和鐵素體多邊形化400℃以上，F(xiàn)e3C開始聚集長(zhǎng)大。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?。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。光鏡下回火索氏體淬火鋼硬度隨回火溫度的變化40鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系㈡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。200℃以下，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’轉(zhuǎn)變?yōu)镸回,硬度再次升高。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。三、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。

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。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，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r(shí)應(yīng)避開這一溫度范圍。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.回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。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、回火種類根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類?！翊慊鸺痈邷鼗鼗鸬臒崽幚矸Q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。

回火目的S回

T回

M回

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

適用于彈簧熱處理第六節(jié)鋼的表面淬火和化學(xué)熱處理一、鋼的表面淬火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?；鹧婕訜岣袘?yīng)加熱1.表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;軸的感應(yīng)加熱表面淬火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。2、表面淬火常用加熱方法⑴感應(yīng)加熱: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.感應(yīng)加熱表面淬火示意圖感應(yīng)加熱分為：①高頻感應(yīng)加熱頻率為250-300KHz,淬硬層深度0.5-2mm.②中頻感應(yīng)加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。③工頻感應(yīng)加熱頻率為50Hz，

淬硬層深度10~15mm⑵火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。⑶激光熱處理:利用高能量密度的激光對(duì)工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。激光表面熱處理火焰加熱表面淬火示意圖二、鋼的化學(xué)熱處理化學(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。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。化學(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。碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪氣體滲碳法示意圖3、滲碳方法⑴氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。優(yōu)點(diǎn):質(zhì)量好,效率高；缺點(diǎn):滲層成分與深度不易控制。⑵固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳.滲劑為木炭。優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。⑶真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳.優(yōu)點(diǎn):表面質(zhì)量好,滲碳速度快.真空滲碳爐4、滲碳溫度：為900-950℃。滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：一般為0.5-2mm。低碳鋼滲碳緩冷后的組織滲碳層表面含碳量：以0.85-1.05為最好。滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3CⅡ;心部為F+P;中間為過渡區(qū)。5、滲碳后的熱處理淬火+低溫回火,回火溫度為160-180℃.淬火方法有：⑴預(yù)冷淬火法滲碳后預(yù)冷到略高于Ar1溫度直接淬火。滲碳后的熱處理示意圖⑵一次淬火法：即滲碳緩冷后重新加熱淬火。⑶二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為心部Ac3+30-50℃，細(xì)化心部；第二次加熱為Ac1+30-50℃，細(xì)化表層。

滲碳后的熱處理示意圖常用方法是滲碳緩冷后，重新加熱到Ac1+30-50℃淬火+低