1、鋼加熱和冷卻時的轉(zhuǎn)變熱處理簡化的簡化的Fe-Fe3C相圖相圖(a) 0.01%C鐵素體500(c).0.77%C珠光體500(b)0.45%C鐵素體+珠光體500d).1.2%C鐵素體+二次滲碳體500圖4-11過共析鋼組織金相圖過共析鋼組織金相圖 三國時期，有人諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油的冷卻能力。中國出土的西漢(公元前206公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.150.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。 1863年，英國

2、金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織，證明了鋼在加熱和冷卻時，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時可轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)。 通過加熱加熱、保溫保溫和冷卻冷卻來改變鋼的組織，從而改變鋼機械性能的工藝，稱為熱處理。熱處理的這三個階段，可以用工藝過程曲線來表示。熱處理的第一道工序就是加熱。鐵碳合金相圖是確定加熱溫度的理論基礎(chǔ)。共析鋼在共析鋼在A A1 1臨界溫度下是珠光體組織，當加熱溫度超過臨界點后珠光體就臨界溫度下是珠光體組織，當加熱溫度超過臨界點后珠光體就轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

3、奧氏體。轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。亞共析鋼，當溫度超過亞共析鋼，當溫度超過A A1 1后，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；如果繼續(xù)加熱，當溫度后，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；如果繼續(xù)加熱，當溫度A A3 3臨界點鐵素體也可轉(zhuǎn)化為奧氏體。臨界點鐵素體也可轉(zhuǎn)化為奧氏體。過共析鋼在過共析鋼在A A1 1臨界點溫度下是滲碳體和珠光體，當加熱溫度超過臨界點溫度下是滲碳體和珠光體，當加熱溫度超過A A1 1后，珠光后，珠光體轉(zhuǎn)變；如果繼續(xù)加熱至體轉(zhuǎn)變；如果繼續(xù)加熱至A Acmcm以上，滲碳體將全部溶入奧氏體。以上，滲碳體將全部溶入奧氏體。鋼的加熱程度就是奧氏體的形成過程，這種組織轉(zhuǎn)變可以稱為奧氏體鋼的加熱程度就是奧氏體的形成過程，這種組

4、織轉(zhuǎn)變可以稱為奧氏體化。化。（一）、加熱溫度的確定（一）、加熱溫度的確定注意：注意：加熱時，鋼的組織實際轉(zhuǎn)變溫度往往是高于相圖中的理論相變溫度；冷卻時，也往往低于相圖中的理論相變溫度。 在熱處理工藝中，不加熱時的臨界點分別用AC1、AC3、ACCm表示；而冷卻是的臨界點分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。（二）、奧氏體化過程（二）、奧氏體化過程珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體是一個從重結(jié)晶的過程。由于珠光體是珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體是一個從重結(jié)晶的過程。由于珠光體是鐵素體和滲碳體的機械混合物，鐵素體與滲碳體的碳量差別鐵素體和滲碳體的機械混合物，鐵素體與滲碳體的碳量差別很大，轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體必須進行晶格類型很大，轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

5、奧氏體必須進行晶格類型 的改變和鐵碳原子的改變和鐵碳原子的擴散的擴散。奧氏體化大致可分為四個過程。奧氏體化大致可分為四個過程。 1、奧氏體形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） A 形形核核A 長長大大o 2、奧氏體晶核長大 （F A晶格重構(gòu)，F(xiàn)e3C 溶解，C A中擴散）A 成成分分均均勻勻化化p 4、奧氏體均勻化殘殘余余Fe3C溶溶解解p 3、殘余Fe3C溶解 1奧氏體形核奧氏體形核 奧氏體的晶核上首先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成的。2奧氏體長大奧氏體長大 奧氏體一旦形成，便通過原子擴散不斷長大 。鐵素體逐漸通過改組晶胞向奧氏提轉(zhuǎn)化；滲碳體不斷溶入奧氏體。3殘余滲碳體溶解殘余滲碳體溶

6、解 當珠光體中的鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體后，仍有少量的滲碳體尚未溶解。隨著保溫時間的延長，這部分滲碳體不斷溶入奧氏體，直至完全消失。4奧氏體均勻化奧氏體均勻化 剛形成的奧氏體晶粒中，碳濃度是不均勻的。原先滲碳體的位置，碳濃度較高；原先屬于鐵素體的位置，碳濃度較低。因此，必須保溫一段時間，通過碳原子的擴散獲得成分均勻的奧氏體。這就是熱處理應(yīng)該有一個保溫階段的原因。 對于亞共析鋼與過共析鋼，若加熱溫度沒有超過AC3或ACCm，只能使原始組織中的珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，而共析鐵素體或二次滲碳體仍將保留。只有進一步加熱至AC3或Accm以上并保溫足夠時間，才能得到單相的奧氏體。 如果加熱溫度過高，或者保溫時

7、間過長，將會促使奧氏體晶粒粗化。奧氏體晶粒粗化后，熱處理后鋼的晶粒就粗大，會降低鋼的力學性能。 1. 1. 加熱速度的影響加熱速度的影響加熱速度越快，相變驅(qū)動力也越大；同時由于奧氏體化溫度高，原子擴散速度也加快，提高形核與長大的速度，從而加快奧氏體的形成。2. 2. 化學成分的影響化學成分的影響鋼中含碳量增加，碳化物數(shù)量相應(yīng)增多，F(xiàn)和Fe3C的相界面增多，奧氏體晶核數(shù)增多，其轉(zhuǎn)變速度加快。合金元素影響奧氏體的形成速度。因為合金元素能改變鋼的臨界點，并影響碳的擴散速度，且它自身也存在擴散和重新分布的過程，所以合金鋼的奧氏體形成速度一般比碳鋼慢，尤其高合金鋼，奧氏體化溫度比碳鋼要高，保溫時間也較長

8、。3. 3. 原始組織的影響原始組織的影響鋼中原始珠光體越細，其片間距越小，相界面越多，越有利于形核，同時由于片間距小，碳原子的擴散距離小，擴散速度加快導(dǎo)致奧氏體形成速度加快。同樣片狀P比粒狀P的奧氏體形成速度快。本質(zhì)晶粒度本質(zhì)晶粒度：不同的銅奧氏體晶粒加熱時長大的傾向不同，評定奧氏體晶粒在加熱時長大傾向的標準叫本質(zhì)晶粒度。根據(jù)冶金部的標準規(guī)定，加熱到93010保溫8h冷卻下來后鋼的晶粒大小，稱為本質(zhì)晶粒度。冶金部將鋼分為兩大類，一類叫本質(zhì)粗晶粒鋼，另一類叫本質(zhì)細晶粒鋼。 鋼的本質(zhì)晶粒度是由鋼的成分和冶煉條件決定的。含有鈦、釩、鎢等合金元素的鋼，大多屬于本質(zhì)細晶粒鋼。冶煉時采用鋁脫氧的鋼也為本

9、質(zhì)細晶粒鋼，而只用硅、錳脫氧的鋼則為本質(zhì)粗晶粒鋼。 這是因為鈦、釩、鎢及鋁等合金元素在鋼中能形成金屬化合物，這些化合物微粒分布在奧氏體晶界上能機械地阻止奧氏體晶粒的長大。冷卻冷卻是鋼熱處理的三個工序中影響性能的最重要環(huán)節(jié)，所以冷卻轉(zhuǎn)變是熱處理的關(guān)鍵。熱處理冷卻方式通常有兩種，即等溫冷卻等溫冷卻和連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻。 1 1、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線110102103104105106100200300400500600700800奧氏體A1MSMf時間（s）溫度（）粗珠光體（HRC520）細珠光體（HRC3040）上貝氏體（HRC4045）下貝氏體（HRC5060）馬氏體殘余奧氏體

10、（HRC55）圖3-6共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線（1）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變是奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體的過程，通過碳原子和鐵原子的擴散形成鐵素體和滲碳體的層片狀機械混合物，轉(zhuǎn)變溫度為A1-550，珠光體轉(zhuǎn)變是一種擴散性相變。（a）光學顯微組織，500）；（b）電子顯微組織（3800）(a)珠光體 (b) 索氏體(c)屈氏體圖5-11 珠光體組織(a)(a)珠光體珠光體 (b) (b) 索氏體索氏體(c)(c)屈氏體屈氏體（2）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變） 轉(zhuǎn)變溫度為550Ms線，由于轉(zhuǎn)變溫度較低，原子的擴散能力較弱。奧氏體在轉(zhuǎn)變過程中，碳原子只能作短距離的擴散，而鐵原子幾乎不能擴散，

11、僅從面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。轉(zhuǎn)變時，先析出含碳過飽和的鐵素體，隨后在鐵素體中陸續(xù)析出細的滲碳體。這種過飽和鐵素體和細小顆粒狀滲碳體的機械混合物，稱為貝氏體，用符號B表示。 在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，550350范圍內(nèi)，等溫轉(zhuǎn)變成的組織稱為上貝氏體上貝氏體；350Ms范圍，等溫轉(zhuǎn)變成的組織稱為下貝氏體下貝氏體。圖3-9上貝氏體的顯微組織圖3-10下貝氏體的顯微組織下貝氏體組織金相圖下貝氏體組織金相圖圖5-17（3）低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變） 當奧氏體以較快的速度冷卻到Ms以下時，由于溫度較低，鐵原子和碳原子都不能進行擴散，鐵原子只是作微小位移，使-Fe晶格轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe的晶格，而碳原

12、子來不及擴散全部固溶在-Fe中，碳在-Fe中的過飽和固溶體組織稱為馬氏體馬氏體，用符號M表示。 （1） 馬氏體的形態(tài)馬氏體的組織形態(tài)與含碳量有關(guān)，根據(jù)馬氏體組織的不同，把馬氏體分為低碳馬氏體低碳馬氏體、高碳馬氏體高碳馬氏體和混合型馬氏體混合型馬氏體。當含碳量0.25，形成低碳馬氏體（條狀馬氏體），低碳馬氏體組織中有許多尺寸大致相同的細長薄條單元，薄條平行排列組成一束，束和束之間位向不同。低碳馬氏體過飽和程度低、內(nèi)應(yīng)力小，不僅強度高，而且塑性、韌性也較好，所以在生產(chǎn)中應(yīng)用較廣。圖3-17低碳馬氏體當含碳量大于1時，形成高碳馬氏體（針狀馬氏體），圖3-18為T10鋼經(jīng)1000加熱，水冷淬火處理后得

13、到的高碳馬氏體組織。針葉一般以60120相交。馬氏體的針葉一般在奧氏體晶粒內(nèi)形成，第一片馬氏體粗大，往往橫貫整個馬氏體的晶粒，稍后形成的馬氏體則較小，最后形成的馬氏體就更小，如圖3-19所示。針狀馬氏體可稱為高碳馬氏體，也稱為孿晶馬氏體，其組織結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。圖3-18高碳馬氏體圖5-18高碳針片狀馬氏體組織金相圖高碳針片狀馬氏體組織金相圖圖5-19 含碳量在0.25%1%之間的碳快速冷卻所得到的組織為低碳馬氏體和高碳馬氏體的混合結(jié)構(gòu)。（2）馬氏體的性能： 高碳度是馬氏體的主要特征。馬氏體的硬度與其含碳量有關(guān)，含碳量愈多，硬度愈高；當含碳量超過0.6%以后，馬氏體的硬度就增加不多。 馬氏

14、體具有高硬度的主要原因是由于過飽和的碳原子所起的固溶強化作用和形成馬氏體時在馬氏體內(nèi)產(chǎn)生了大量的位錯引起了加工強化的結(jié)果。 低碳馬氏體具有較高的硬度和強度，而且韌性也比較好；這種強度和韌性的良好配合，使低碳馬氏體得到了廣泛應(yīng)用。馬氏體轉(zhuǎn)變的特點馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 由于轉(zhuǎn)變溫度很低，奧氏體中的鐵、碳原子都不能進行由于轉(zhuǎn)變溫度很低，奧氏體中的鐵、碳原子都不能進行擴散，因而只有鐵元素的晶格改變，面心立方晶格擴散，因而只有鐵元素的晶格改變，面心立方晶格-Fe轉(zhuǎn)化為體心立方晶格轉(zhuǎn)化為體心立方晶格-Fe。由于碳原子無擴散能力而過。由于碳原子無擴散能力而過飽和固溶在飽和固溶在-Fe中，當含碳量大于中，當含碳量

15、大于0.25%時，將使晶格時，將使晶格撐開。撐開。馬氏體的形成速度極快。馬氏體轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍（MsMf）內(nèi)進行的。 奧氏體中含碳量愈高，Ms和Mf溫度愈低。 當含碳量大于0.6%后，Mf點已下降到0以下的溫度；因此，高碳鋼淬火后常常含有一定數(shù)量的殘余奧氏體。亞共析鋼和過共析鋼從奧氏體轉(zhuǎn)變才為珠光體之前，均有先亞共析鋼和過共析鋼從奧氏體轉(zhuǎn)變才為珠光體之前，均有先共析相析出的過程；因此，它們的等溫轉(zhuǎn)變曲線與共析鋼的等共析相析出的過程；因此，它們的等溫轉(zhuǎn)變曲線與共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線有所不同。溫轉(zhuǎn)變曲線有所不同。（二）含碳量對溫轉(zhuǎn)變曲線（二）含碳量對溫轉(zhuǎn)變曲線 的影響的影響與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線相

16、比，亞共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線上半部多一條與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線相比，亞共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線上半部多一條鐵素體共析轉(zhuǎn)變線；過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線上半部多一條滲碳體共鐵素體共析轉(zhuǎn)變線；過共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線上半部多一條滲碳體共析轉(zhuǎn)變線。析轉(zhuǎn)變線。在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體同樣會轉(zhuǎn)變成珠光體或貝在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體同樣會轉(zhuǎn)變成珠光體或貝氏體或馬氏體，組織轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域與奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變氏體或馬氏體，組織轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)域與奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變時大致相同。時大致相同。連續(xù)冷卻是指按照一定的速度從較高的溫度冷卻，奧氏體連續(xù)冷卻是指按照一定的速度從較高的溫度冷卻，奧氏體的組織轉(zhuǎn)變發(fā)生在各個不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域

17、；因此，就會的組織轉(zhuǎn)變發(fā)生在各個不同的轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域；因此，就會得到各個不同區(qū)域的產(chǎn)物。得到各個不同區(qū)域的產(chǎn)物。 奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變在實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變均奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變在實際生產(chǎn)中，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變均是在連續(xù)冷卻時轉(zhuǎn)變的。所以，研究奧氏體在連續(xù)冷卻過是在連續(xù)冷卻時轉(zhuǎn)變的。所以，研究奧氏體在連續(xù)冷卻過程中的轉(zhuǎn)變具有十分重要的意義。程中的轉(zhuǎn)變具有十分重要的意義。 奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變用連續(xù)冷卻曲線來進行分析。連續(xù)冷卻曲線也是用試驗方法測定繪制的。奧氏體的連續(xù)沖卻曲線較難測定。奧氏體的連續(xù)沖卻曲線較難測定。 實際上常參照等溫轉(zhuǎn)變曲線來近似地、定實際上常參照等溫轉(zhuǎn)變曲線來近似地、定性地

18、分析連續(xù)冷卻時奧氏體的轉(zhuǎn)變過程。性地分析連續(xù)冷卻時奧氏體的轉(zhuǎn)變過程。為了預(yù)測某種鋼在某一冷卻速度下所得到的組織，可將此冷卻速度線畫在該鋼為了預(yù)測某種鋼在某一冷卻速度下所得到的組織，可將此冷卻速度線畫在該鋼種的等溫轉(zhuǎn)變曲線上，根據(jù)冷卻速度線在等溫轉(zhuǎn)變曲線中的位置來估計所得到的種的等溫轉(zhuǎn)變曲線上，根據(jù)冷卻速度線在等溫轉(zhuǎn)變曲線中的位置來估計所得到的組織。組織。將鋼件加熱，保溫再緩慢冷卻（通常是隨爐冷卻）至室溫的熱處理工藝，將鋼件加熱，保溫再緩慢冷卻（通常是隨爐冷卻）至室溫的熱處理工藝，稱為退火。稱為退火。退火后所得到的組織基本上就是鐵碳相圖中所標的碳鋼組織。退火后所得到的組織基本上就是鐵碳相圖中所標

19、的碳鋼組織。退火的主要目的是細化晶粒、均勻組織、降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力提高塑性和韌退火的主要目的是細化晶粒、均勻組織、降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力提高塑性和韌性。性。根據(jù)鋼的化學成分和對機械性能的要求不同，退火一般分為完全退火、球化退根據(jù)鋼的化學成分和對機械性能的要求不同，退火一般分為完全退火、球化退火、擴散退火和去應(yīng)力退火等。火、擴散退火和去應(yīng)力退火等。完全退火是把鋼加熱至Ac3以上3050保溫，然后緩慢冷卻下來的工藝過程。完全退火適用于處理亞共析鋼和低、中合金鋼，目的是細化晶粒、均勻組織、降低硬度和消除應(yīng)力。是細化晶粒、均勻組織、降低硬度和消除應(yīng)力。過共析鋼不宜于進行完全退火，因為加熱到Accm線以

20、上再緩慢冷卻時，滲碳體將以網(wǎng)狀形式存在于鐵素體的晶界上，反而增加了鋼的脆性。球化退火是將鋼件加熱至球化退火是將鋼件加熱至Ac1以上以上2030，保溫一定時間，隨爐冷卻。球化退火主要用于共析鋼或，保溫一定時間，隨爐冷卻。球化退火主要用于共析鋼或過共析鋼。目的過共析鋼。目的是細化晶粒、均勻組織、降低硬度和消除應(yīng)力提高韌性，便于切削加工。是細化晶粒、均勻組織、降低硬度和消除應(yīng)力提高韌性，便于切削加工。去應(yīng)力退火是將鋼件加熱至去應(yīng)力退火是將鋼件加熱至500600的范圍內(nèi)，適當保溫，然后緩慢冷卻到室溫的工藝，又稱低溫退火。的范圍內(nèi)，適當保溫，然后緩慢冷卻到室溫的工藝，又稱低溫退火。T10鋼球化退火組織(

21、化染)500 圖5-21過共析鋼球化退火組織過共析鋼球化退火組織 擴散退火工藝是把鋼加熱至10501150，保溫十幾小時后再緩慢冷卻至室溫的工藝。目的是消除合金鋼鑄件的偏析現(xiàn)象。（二）正火 加熱到加熱到Ac3或或Accm以上以上3050，保溫一段時間，然后在空氣中冷，保溫一段時間，然后在空氣中冷卻到室溫，這種熱處理工藝稱為正火卻到室溫，這種熱處理工藝稱為正火。正火與退火的主要區(qū)別是冷卻速度較快，因此，奧氏體轉(zhuǎn)變成的正火與退火的主要區(qū)別是冷卻速度較快，因此，奧氏體轉(zhuǎn)變成的珠光體層就較薄，晶體較細，強度與硬度較高。珠光體層就較薄，晶體較細，強度與硬度較高。正火的主要目的是細化晶體，清除鍛、軋和焊接

22、件的組織缺陷，正火的主要目的是細化晶體，清除鍛、軋和焊接件的組織缺陷，均勻組織改善鋼的機械性能。均勻組織改善鋼的機械性能。(1)(1)作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理作為普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理 (2)(2)用于改善低碳鋼的切削加工性能用于改善低碳鋼的切削加工性能 (3)(3)作為較為重要的零件預(yù)備性熱處理。作為較為重要的零件預(yù)備性熱處理。正火主要用于以下幾個方面正火主要用于以下幾個方面：淬火是將鋼加熱到淬火是將鋼加熱到A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上30305050，保溫一定時間，然后快，保溫一定時間，然后快速冷卻從而得到馬氏體組織的工藝。淬火的主要目的是把材料的組織速冷卻從而得到馬氏體

23、組織的工藝。淬火的主要目的是把材料的組織轉(zhuǎn)變成馬氏體。轉(zhuǎn)變成馬氏體。1、加熱溫度的選擇、加熱溫度的選擇 淬火時的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度；但過快的冷卻又會增淬火時的冷卻速度必須大于臨界冷卻速度；但過快的冷卻又會增加內(nèi)應(yīng)力，引起鋼件的變形和開裂。因此，選擇合理的冷卻介質(zhì)加內(nèi)應(yīng)力，引起鋼件的變形和開裂。因此，選擇合理的冷卻介質(zhì)是淬火工藝的關(guān)鍍。是淬火工藝的關(guān)鍍。鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線是選擇淬火時的冷卻速度和介質(zhì)的依據(jù)，理想的鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線是選擇淬火時的冷卻速度和介質(zhì)的依據(jù)，理想的冷卻曲線如下圖所示。冷卻曲線如下圖所示。生產(chǎn)中常用的淬火冷卻介質(zhì)是水和油生產(chǎn)中常用的淬火冷卻介質(zhì)是水和油時間時間溫度Ms

24、A1單液淬火單液淬火雙液淬火雙液淬火分級淬火分級淬火等溫淬火等溫淬火圖5-24淬透性是指鋼件接受淬火，獲得馬氏體深度的能力。通常用有效淬硬層深度有效淬硬層深度來評定淬透性淬透性大小。有效淬硬層深度有效淬硬層深度是由鋼的表面到內(nèi)部馬氏體組織中占50的距離。鋼件淬火冷卻時，沿整個截面的冷卻速度是不相同的，因而鋼件的表層和中心的組織和機械性能就會有差異。 鋼的淬透性主要取決于鋼的化學成分，因為鋼中的鋼的淬透性主要取決于鋼的化學成分，因為鋼中的化學成分不同，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的位置就不同，化學成分不同，奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的位置就不同，淬火的臨界冷卻速度也不同。只有當臨界冷卻速度小淬火的臨界冷卻速度也不

25、同。只有當臨界冷卻速度小于實際冷卻速度，才能得到馬氏體。在生產(chǎn)實踐中，于實際冷卻速度，才能得到馬氏體。在生產(chǎn)實踐中，選擇適當?shù)睦鋮s介質(zhì)，提高實際冷卻速度，當然也增選擇適當?shù)睦鋮s介質(zhì)，提高實際冷卻速度，當然也增加淬透性。加淬透性。 影響因素：過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即影響因素：過冷奧氏體的穩(wěn)定性，即Vk。 淬硬性是指鋼淬火后達到的最高硬度淬硬性是指鋼淬火后達到的最高硬度 淬硬性取決于馬氏體的含碳量，含碳量越高，碳淬硬性取決于馬氏體的含碳量，含碳量越高，碳的過飽和度就越大，硬度越高的過飽和度就越大，硬度越高 5 表面淬火表面淬火將鋼件的表面迅速地加熱到淬火溫度，并迅速以大于臨界冷卻速度的速度將鋼件的表

26、面迅速地加熱到淬火溫度，并迅速以大于臨界冷卻速度的速度冷卻，使表面的組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，進行表面強化，這種方法稱為表面淬冷卻，使表面的組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，進行表面強化，這種方法稱為表面淬火。火。目的：表層有較高硬度、耐磨性，而心部保持著原來的塑性目的：表層有較高硬度、耐磨性，而心部保持著原來的塑性 韌性。韌性。(退火、退火、正火或調(diào)質(zhì)正火或調(diào)質(zhì) 狀態(tài)的組織狀態(tài)的組織)1 1、回火的概念：、回火的概念： 將淬火后鋼件再加熱到將淬火后鋼件再加熱到Ac1Ac1以下的某一溫度，保以下的某一溫度，保 溫溫一定時間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝一定時間后，然后冷卻到室溫的熱處理工藝 。2、回火的目的： 降低淬

27、火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)降低淬火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸，獲得所需要的力學性能。力，穩(wěn)定工件的尺寸，獲得所需要的力學性能。 將淬火后的鋼件再加熱到臨界點將淬火后的鋼件再加熱到臨界點A AC1C1以下的某一溫度，經(jīng)以下的某一溫度，經(jīng)過一定時間的保溫，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回過一定時間的保溫，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。火。 淬火后的鋼件一般是硬而脆，其組織不穩(wěn)定而且存著較大的內(nèi)應(yīng)淬火后的鋼件一般是硬而脆，其組織不穩(wěn)定而且存著較大的內(nèi)應(yīng)力，如不及時回火，將會影響鋼的機械性能和尺寸的穩(wěn)定性，其力，如不及時回火，將會影響鋼的機械性能和尺寸

28、的穩(wěn)定性，其至會導(dǎo)致變形和開裂。至會導(dǎo)致變形和開裂。 回火的目的回火的目的是為了是為了降降低淬火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬低淬火鋼的脆性，提高韌性，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸，獲得所需要的力學性度，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件的尺寸，獲得所需要的力學性能。能。 控制回火的加熱溫度，可得到所需要的組織和機械性能。控制回火的加熱溫度，可得到所需要的組織和機械性能。 回火過程中，隨著加熱溫度的高低不同，回火過程中，隨著加熱溫度的高低不同，淬火成馬氏體組織的鋼將發(fā)生組織的變化。淬火成馬氏體組織的鋼將發(fā)生組織的變化。1室溫室溫200，馬氏體分解為回火馬氏體，馬氏體分解為回火馬氏體 在這一溫度回火時，馬

29、氏體不斷地析出極細的碳化物。馬氏體的過飽和程度稍有降低。但由于溫度較低，碳原子的擴散能力很弱，碳化物是彌散地分布在馬氏體的基本上，這種組織稱為回火馬氏體。這種組織稱為回火馬氏體。圖3-34 回火后的金相組織2200300，殘余奧氏體分解為回火馬氏體，殘余奧氏體分解為回火馬氏體含碳量大于含碳量大于0.6%0.6%的鋼，淬火后往往有一部分殘余奧氏體組織。的鋼，淬火后往往有一部分殘余奧氏體組織。當淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體后使體積縮小，從而減小了對當淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體后使體積縮小，從而減小了對殘余奧氏體的壓力，隨即分解為回殘余奧氏體的壓力，隨即分解為回火馬氏體火馬氏體。3300400碳化物隨

30、著溫度的升高，向滲碳體轉(zhuǎn)化。在碳化物隨著溫度的升高，向滲碳體轉(zhuǎn)化。在400400以下的溫度，所形成以下的溫度，所形成的滲碳體（的滲碳體（FeFe3 3C C），是細粒狀的。這種細粒狀的滲碳體和鐵素體），是細粒狀的。這種細粒狀的滲碳體和鐵素體的機械混合物稱為回火托氏體（回火屈氏體的機械混合物稱為回火托氏體（回火屈氏體）。4400以上，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w以上，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w當回火溫度高于當回火溫度高于400400時，由于原子的擴散能力增強，粒狀的滲碳體聚時，由于原子的擴散能力增強，粒狀的滲碳體聚集張大，鐵素體中的過飽和度也減少和消失，由集張大，鐵素體中的過飽和度也減少和消失，由 顆粒狀

31、的滲碳體和多顆粒狀的滲碳體和多邊晶粒鐵素體組成的機械混合物邊晶粒鐵素體組成的機械混合物稱稱回火索氏體。回火索氏體。綜上：綜上：回火加熱的溫度不同，馬氏體的含碳量、殘余奧氏體、回火加熱的溫度不同，馬氏體的含碳量、殘余奧氏體、內(nèi)應(yīng)力及碳化物的尺寸大小也不同。反映了鋼件在不同的回火溫內(nèi)應(yīng)力及碳化物的尺寸大小也不同。反映了鋼件在不同的回火溫度下回火內(nèi)應(yīng)力的變化情況。馬氏體的含碳量、殘余奧氏體和內(nèi)度下回火內(nèi)應(yīng)力的變化情況。馬氏體的含碳量、殘余奧氏體和內(nèi)應(yīng)力均隨回火溫度的升高而降低；當超過應(yīng)力均隨回火溫度的升高而降低；當超過100100以后開始形成碳化以后開始形成碳化物，其顆粒大小隨回火溫度的升高而逐漸增

32、大。這些組織上的變物，其顆粒大小隨回火溫度的升高而逐漸增大。這些組織上的變化將導(dǎo)致機械性能的改變。化將導(dǎo)致機械性能的改變。1 1低溫回火（低溫回火（150150250250） 低溫回火后所得到的組織為回火馬氏體。回火后內(nèi)應(yīng)力、脆性降低溫回火后所得到的組織為回火馬氏體。回火后內(nèi)應(yīng)力、脆性降低，保持高的硬度、耐磨性。主要用于工具、模具、滾動軸承的低，保持高的硬度、耐磨性。主要用于工具、模具、滾動軸承的處理。處理。2 2中溫回火（中溫回火（350350500500） 中溫回火所得到的組織為回火托屈氏體。回火后鋼的特點是有較高的彈性中溫回火所得到的組織為回火托屈氏體。回火后鋼的特點是有較高的彈性極限和

33、屈服極限，內(nèi)應(yīng)力基本消除，所以具有較好的韌性。用于處理各種極限和屈服極限，內(nèi)應(yīng)力基本消除，所以具有較好的韌性。用于處理各種彈簧鋼彈簧鋼。3 3高溫回火（高溫回火（500500650650） 高溫回火所得到的組織為回火索氏體。回火后鋼的機械性能既有高溫回火所得到的組織為回火索氏體。回火后鋼的機械性能既有交好的強度和硬度，又有交好的蘇醒和韌性，具有交好的綜合的交好的強度和硬度，又有交好的蘇醒和韌性，具有交好的綜合的機械性能。機械性能。 淬火加高溫回火又常稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、淬火加高溫回火又常稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)主要用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪、葉輪、螺栓等。齒輪、葉輪、

34、螺栓等。將工件置于活性化學介質(zhì)中，加熱到一定的溫度保溫一定的時間，使將工件置于活性化學介質(zhì)中，加熱到一定的溫度保溫一定的時間，使活性原子滲入工件的表面層，以改變表層的化學成方和組織，獲得特活性原子滲入工件的表面層，以改變表層的化學成方和組織，獲得特殊的性能，這種工藝稱為化學熱處理。殊的性能，這種工藝稱為化學熱處理。化學熱處理的種類很多，根據(jù)滲入的元素不同，可分為滲碳，化學熱處理的種類很多，根據(jù)滲入的元素不同，可分為滲碳，滲氮，氰化，滲金屬等。滲氮，氰化，滲金屬等。化學熱處理雖然很多，基本原理是一樣的，都包括以下三個化學熱處理雖然很多，基本原理是一樣的，都包括以下三個處理過程：處理過程：（1 1

35、）化學介質(zhì)的分解）化學介質(zhì)的分解 化學元素分解出活性原子，如滲碳時由介質(zhì)分解出化學元素分解出活性原子，如滲碳時由介質(zhì)分解出活性碳原子活性碳原子cc。只有分解出了新生狀態(tài)的活性原子才能被零件表面吸收。只有分解出了新生狀態(tài)的活性原子才能被零件表面吸收并滲入到鋼中。并滲入到鋼中。（2 2）活性原子被金屬表面吸收）活性原子被金屬表面吸收 活性原子是向鋼的固溶體中溶解，活性原子是向鋼的固溶體中溶解，如滲碳時如滲碳時cc向奧氏體中溶解但在活性原子濃度很高的情況下，固向奧氏體中溶解但在活性原子濃度很高的情況下，固溶體達到飽和濃度以后，活性原子將與鋼中某些元素形成化合物。溶體達到飽和濃度以后，活性原子將與鋼中

36、某些元素形成化合物。（3 3）介質(zhì)元素向內(nèi)部擴散）介質(zhì)元素向內(nèi)部擴散 由于滲入元素在鋼的最表層濃度很高，與內(nèi)由于滲入元素在鋼的最表層濃度很高，與內(nèi)層形成了濃度差，從而使?jié)B入介質(zhì)的元素由表層向內(nèi)部擴散。鋼件在化學層形成了濃度差，從而使?jié)B入介質(zhì)的元素由表層向內(nèi)部擴散。鋼件在化學介質(zhì)中經(jīng)過一定時間的加熱和保溫后，就能得到一定深度的擴散層。介質(zhì)中經(jīng)過一定時間的加熱和保溫后，就能得到一定深度的擴散層。1 1、滲碳、滲碳 向低碳鋼或低碳合金鋼滲入碳原子的過程。向低碳鋼或低碳合金鋼滲入碳原子的過程。 加熱到加熱到900900950950，長期保溫，長期保溫-滲碳滲碳 滲碳后要淬火和低溫回火滲碳后要淬火和低溫

37、回火 主要用于承受較大沖擊載荷和嚴重磨損的零件，硬度主要用于承受較大沖擊載荷和嚴重磨損的零件，硬度HRC58HRC586464左右左右2 2、氮化（滲氮）、氮化（滲氮） 向鋼表層滲氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲勞強度、耐向鋼表層滲氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲勞強度、耐蝕性等。蝕性等。 氮化后不需淬火，氮化生產(chǎn)周期長，不能承受沖擊。氮化后不需淬火，氮化生產(chǎn)周期長，不能承受沖擊。化學熱處理工件在密封的爐膛中被加熱至工件在密封的爐膛中被加熱至900900950950，向密封的爐膛內(nèi)通入滲碳氣體或，向密封的爐膛內(nèi)通入滲碳氣體或滴入易受熱分解和氣化的液體，以供給活性碳原子并滲透擴散至鋼的表面層，滴入易

38、受熱分解和氣化的液體，以供給活性碳原子并滲透擴散至鋼的表面層，完成氣體形碳過程。完成氣體形碳過程。通入的氣體主要為甲烷、乙烷、丁烷等飽和碳氫化合物，也可直接通入城市通入的氣體主要為甲烷、乙烷、丁烷等飽和碳氫化合物，也可直接通入城市煤氣或石油液化氣通入的液態(tài)介質(zhì)主要為苯、醇、煤油等易受熱分解的化合煤氣或石油液化氣通入的液態(tài)介質(zhì)主要為苯、醇、煤油等易受熱分解的化合物。滲碳完畢，一般都是待零件緩冷后，再重新加熱淬火。物。滲碳完畢，一般都是待零件緩冷后，再重新加熱淬火。氣體滲碳時零件與熱介質(zhì)直接接觸，并可調(diào)節(jié)介質(zhì)的濃度，滲碳層的厚度也易于控氣體滲碳時零件與熱介質(zhì)直接接觸，并可調(diào)節(jié)介質(zhì)的濃度，滲碳層的厚

39、度也易于控制制。滲碳過程如下：滲碳過程如下：將工件和固體滲碳劑裝入由鑄鐵或耐熱合金制成的滲碳箱中，保持工件之間及工件與箱壁間的一定距離。固體滲碳劑固體滲碳劑是木炭和l0一20碳酸鹽溫合物。碳酸鹽的成分以碳酸鋇為主，另加少量碳酸鈉、碳酸鈣。其中，木炭提供滲碳過程所需要的活性碳原子，碳酸鹽則起著催化作用，促進產(chǎn)生更多的活性碳原于滲入工件表面。 滲碳后必須經(jīng)過淬火和低溫回火滲碳后必須經(jīng)過淬火和低溫回火。常用的有直接淬火法直接淬火法、一次淬一次淬火加回火、二次淬火加回火的火加回火、二次淬火加回火的熱處理工藝。零件滲碳后，表面層的碳濃度最高，約為零件滲碳后，表面層的碳濃度最高，約為0.91%1.2%0.

40、91%1.2%的碳含量，的碳含量，由表面向中心，其含碳量逐漸降低，中心是原始碳濃度。因此，由表面向中心，其含碳量逐漸降低，中心是原始碳濃度。因此，碳零件界面的金相組織也是不同的，表面過共析的碳零件界面的金相組織也是不同的，表面過共析的Fe3 CFe3 C +P+P，過渡為共析的過渡為共析的P P，中心為亞共析的，中心為亞共析的F+PF+P，況且由于滲碳時，加熱溫度，況且由于滲碳時，加熱溫度高，保溫時間又比較長，晶粒就比較粗大，過共析中的滲碳體成網(wǎng)高，保溫時間又比較長，晶粒就比較粗大，過共析中的滲碳體成網(wǎng)狀分布。狀分布。 一次淬火法是將滲碳后的零件，在加熱到一次淬火法是將滲碳后的零件，在加熱到A1A3A1A3之間，進行之間，進行淬火，然后在淬火，然后在160180160180回火。回火。 二次淬火法二次淬火法 是將滲碳后的零件，先加熱到是將滲碳后的零件，先加熱到A3A3溫度以上進溫度以上進行淬火，以期消除表面層的網(wǎng)狀滲碳體并細化晶粒。然行淬火，以期消除表面層的網(wǎng)狀滲碳體并細化晶粒。然后再進行第二次淬火，淬火的加溫視技術(shù)要求而定。后再進行第二次淬火，淬火的加溫視技術(shù)要求而定。 零件經(jīng)滲碳及隨后的淬火處理后，表面層的組織為回零件經(jīng)滲碳及隨后的淬火處理后，表面層的組織為回火馬氏體及二次滲碳體（包括少量的殘余奧氏體），火馬氏體及二次滲碳體（包括少量的殘余奧氏體），硬度為