第3章 鋼的熱處理-2_1_

1、第三章第三章 鋼的熱處理鋼的熱處理-22. 貝氏體型轉(zhuǎn)變貝氏體：貝氏體： F和和Fe3C的機(jī)械混合物，在的機(jī)械混合物，在F基體上分布著基體上分布著Fe3C “鼻尖鼻尖” （560 ）Ms點(diǎn)溫度范圍內(nèi)的點(diǎn)溫度范圍內(nèi)的過(guò)冷過(guò)冷A轉(zhuǎn)變產(chǎn)物仍然為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物仍然為F與與Fe3C的混合物。但的混合物。但其形態(tài)不同于其形態(tài)不同于P，稱，稱Bainite，B，貝氏體。，貝氏體。 B轉(zhuǎn)變也是轉(zhuǎn)變也是B形核與長(zhǎng)大的過(guò)程。首先沿形核與長(zhǎng)大的過(guò)程。首先沿A晶界形成晶界形成C過(guò)飽和的過(guò)飽和的F晶核并長(zhǎng)大，隨后在晶核并長(zhǎng)大，隨后在這種這種F中析出細(xì)小的滲碳體。不同溫度下產(chǎn)生中析出細(xì)小的滲碳體。不同溫度下產(chǎn)生的的B的形態(tài)不同

2、。的形態(tài)不同。 560 350 形成的形成的B稱為稱為B上上； 350Ms形成的形成的B稱為稱為B下下。 上貝氏體B上上呈羽毛狀，由互相平行的過(guò)飽和呈羽毛狀，由互相平行的過(guò)飽和F和分布和分布在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成。硬度高，在片間的斷續(xù)細(xì)小的滲碳體組成。硬度高，可達(dá)可達(dá)4045HRC，但因，但因F片粗且平行分布，片粗且平行分布，同時(shí)晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差。同時(shí)晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差。B上10000羽毛狀F（深色），（深色），大體平行分布大體平行分布Fe3C（白（白色），細(xì)色），細(xì)條或短桿條或短桿狀斷續(xù)分狀斷續(xù)分布布下貝氏體B下呈針葉狀，由針葉狀過(guò)飽和F和彌散分布在其中的

3、極細(xì)小的滲碳體組成。硬度高5060 HRC，強(qiáng)度高，耐磨性好，塑性、韌性高，具有良好的綜合力學(xué)性能。AFFe3C生產(chǎn)中“等溫淬火”的目的就是為了得到B下組織B下500B下10000針葉狀Fe3C（白色）彌散分布于F晶內(nèi)3、M型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度：MsMf, 溫度低，F(xiàn)e、C不能擴(kuò)散。A F，C完全保留在 -Fe中，引起過(guò)飽和。M又稱碳過(guò)飽和鐵素體。晶格歪扭成體心正方，隨wC ，正方度。A M伴隨有體積膨脹 淬火應(yīng)力 殘余A M轉(zhuǎn)變結(jié)束時(shí)，總有少量的A被保留下來(lái)，稱為殘余A。片狀馬氏體：呈雙凸透鏡狀，顯微鏡下呈針片狀，高碳、孿晶M 強(qiáng)度高，塑韌性低板條馬氏體：呈細(xì)長(zhǎng)板條狀，低碳 強(qiáng)度高，塑韌性好

4、。M形態(tài)形態(tài)片狀M長(zhǎng)大速度非?？?，先形成的M片較大，后形成的M片不能穿越已形成的M，故較小。顯微鏡下為長(zhǎng)短不一，互成一定角度的M片。片狀M 500片狀的孿晶亞結(jié)構(gòu)20000板條M截面呈橢圓形的細(xì)長(zhǎng)條狀，許多尺寸大致相同的定向相互平行排列，構(gòu)成一個(gè)群（束），顯微組織為一束束細(xì)長(zhǎng)板條狀組織。板條500wC 1.0% 的鋼淬火后, 幾乎全部為片M；wC 0.2% 的鋼淬火后, 基本上全部為板條M；0.2% wC 1.0%的鋼淬火后，為兩種M的混合物。45鋼淬火M形態(tài) 500 500 80000 500 500板條板條M片狀片狀M混合混合M（四）（四） 影響影響TTT曲線的主要因素曲線的主要因素 含量

5、含量 合金元素合金元素1. 含量的影響含量的影響亞共析鋼及過(guò)共析鋼的過(guò)冷亞共析鋼及過(guò)共析鋼的過(guò)冷A的等的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼一樣，亦可分為高溫溫轉(zhuǎn)變與共析鋼一樣，亦可分為高溫P型轉(zhuǎn)變、中溫型轉(zhuǎn)變、中溫B型轉(zhuǎn)變和低溫型轉(zhuǎn)變和低溫M型轉(zhuǎn)變。型轉(zhuǎn)變。但在但在P型轉(zhuǎn)變之前，亞共析鋼有型轉(zhuǎn)變之前，亞共析鋼有F的的析出，過(guò)共析鋼有析出，過(guò)共析鋼有Fe3C析出。析出。時(shí)間時(shí)間溫溫度度TAAMsMfAMAPAB時(shí)間時(shí)間溫溫度度TAAMsMfAMAPABAFAFe3C亞共析鋼過(guò)共析鋼亞、過(guò)共析鋼的TTT曲線時(shí)間時(shí)間溫溫度度TAAMsMfAMAPABAF時(shí)間時(shí)間溫溫度度TAAMsMfAMAPABAFe3C時(shí)間時(shí)間溫溫

6、度度TAAMsMfAMAPAB共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷A最穩(wěn)定（最穩(wěn)定（C曲線最靠曲線最靠右）右）wC0.77%: wC，C曲線右移曲線右移wC0.77%: wC，C曲線左移曲線左移2. 合金元素的影響合金元素的影響合金元素對(duì)合金元素對(duì)C曲線的影響是復(fù)曲線的影響是復(fù)雜的，幾乎除雜的，幾乎除Co外，所有溶入外，所有溶入A中的合金元素均使曲線右移。中的合金元素均使曲線右移。除除Co、Al外，溶入外，溶入A的合的合金元素都使金元素都使C曲線上的曲線上的Ms、Mf點(diǎn)點(diǎn)降低。降低。殘余奧氏體殘余奧氏體A在在M相變時(shí)，由于體積膨脹，使尚未發(fā)相變時(shí)，由于體積膨脹，使尚未發(fā)生相變的過(guò)冷生相變的過(guò)冷A受壓，而停止相

7、變，這部分受壓，而停止相變，這部分A稱為殘余奧氏體稱為殘余奧氏體A，只有當(dāng)溫度進(jìn)一步下降，只有當(dāng)溫度進(jìn)一步下降時(shí)，時(shí)，A才會(huì)發(fā)生分解。當(dāng)溫度達(dá)到才會(huì)發(fā)生分解。當(dāng)溫度達(dá)到Mf點(diǎn)以下點(diǎn)以下時(shí)，時(shí)，A才會(huì)全部分解完畢。才會(huì)全部分解完畢。共析鋼共析鋼Mf-50，淬火至室溫下仍有，淬火至室溫下仍有36%的的A ；過(guò)共析鋼；過(guò)共析鋼Mf=-100時(shí)，淬火時(shí)，淬火至室溫下仍有至室溫下仍有815%A。A會(huì)降低鋼的硬度，并帶來(lái)鋼件尺寸的會(huì)降低鋼的硬度，并帶來(lái)鋼件尺寸的不穩(wěn)定，不穩(wěn)定，“冷處理冷處理” 二、過(guò)冷二、過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CCT圖圖

8、Continuous Cooling Transformation Diagram 轉(zhuǎn)變是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，符合生產(chǎn)實(shí)轉(zhuǎn)變是一個(gè)連續(xù)過(guò)程，符合生產(chǎn)實(shí)際，所以際，所以CCT圖比圖比C曲線更切合實(shí)際，曲線更切合實(shí)際，應(yīng)用范圍更大。應(yīng)用范圍更大。但但CCT圖的測(cè)試比圖的測(cè)試比C曲線困難，所以曲線困難，所以經(jīng)常需要利用經(jīng)常需要利用C曲線來(lái)分析過(guò)冷曲線來(lái)分析過(guò)冷A的連續(xù)的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程.CCT Diagram of Eutectoid SteelCCT Diagram of Eutectoid Steel時(shí)間溫度A1Ms珠光體馬氏體馬氏體+珠光體臨界冷卻速度APA開(kāi)始轉(zhuǎn)變線A轉(zhuǎn)變終了線A轉(zhuǎn)變終

9、止線V2V1CCT曲線與C曲線的比較CCT曲線位于曲線位于C曲線右下方，曲線右下方，P轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度更低，時(shí)間更長(zhǎng)；溫度更低，時(shí)間更長(zhǎng)；共析鋼及過(guò)共析鋼的共析鋼及過(guò)共析鋼的CCT曲線中無(wú)曲線中無(wú)B型轉(zhuǎn)變，而多了一條型轉(zhuǎn)變，而多了一條P轉(zhuǎn)變終止線；轉(zhuǎn)變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時(shí)在一定溫度范亞共析鋼在連續(xù)冷卻時(shí)在一定溫度范圍內(nèi)過(guò)冷圍內(nèi)過(guò)冷A會(huì)部分轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)部分轉(zhuǎn)變?yōu)锽。由 于 C C T曲線測(cè)定比較困難，許多鋼至今仍無(wú)，實(shí)際熱處理中常參照C曲線來(lái)定性估計(jì)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程。時(shí)間時(shí)間溫溫度度TAAMsMfAMAPABv1v2v3v臨 / vC/ vKv粗粗P退火退火S（細(xì)（細(xì)P）正火正火T+M油淬油淬M

10、A水淬水淬3.3 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理退火退火 Annealing正火正火 Normalizing淬火淬火 Quenching回火回火 Tempering普通熱處理是零件制造過(guò)程中非常重要的不可缺少的工序。一般零部一般零部件制造工件制造工藝中路線藝中路線鑄造鑄造鍛造鍛造退火退火正火正火切削加工切削加工成品成品預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理重要零部重要零部件制造工件制造工藝中路線藝中路線鑄造鑄造鍛造鍛造退火退火正火正火粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品成品最終熱處理最終熱處理一、一、 鋼的退火鋼的退火將鋼件加熱到臨界溫度（將鋼件加熱到臨界溫度（A1、A3、Acm）以上（有時(shí)以下）保）以上

11、（有時(shí)以下）保溫一定時(shí)間，然后緩冷（爐冷、溫一定時(shí)間，然后緩冷（爐冷、坑冷、灰冷）以得到平衡狀態(tài)的坑冷、灰冷）以得到平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱退火。組織的熱處理工藝稱退火。退火工藝退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度 保溫保溫緩冷緩冷加熱加熱ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 低溫低溫?cái)U(kuò)散擴(kuò)散退退火火溫溫度度球化球化完全完全1、完全退火、完全退火主要用于亞共析鋼和主要用于亞共析鋼和合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型材。也可以用于焊件。材。也可以用于焊件。細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力和組織缺陷，和組織缺陷，硬度，硬度，塑性。塑性。 加熱保溫加熱保溫 Ac

12、3+2030冷卻冷卻 緩慢冷卻（隨爐或者埋在緩慢冷卻（隨爐或者埋在砂中或石灰中冷卻）到砂中或石灰中冷卻）到500以下，以下，在空氣中冷卻。在空氣中冷卻。目的目的 細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力和組織細(xì)化晶粒，消除應(yīng)力和組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為機(jī)缺陷，降低硬度，提高塑性，為機(jī)加工及后續(xù)熱處理（淬火）作組織加工及后續(xù)熱處理（淬火）作組織準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。完全退火工藝完全退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度保溫保溫Ac3+20 30爐冷爐冷空冷空冷500完全退火的局限性完全退火的局限性需要時(shí)間很長(zhǎng)，特別對(duì)需要時(shí)間很長(zhǎng)，特別對(duì)于某些于某些A比較穩(wěn)定的合金鋼，比較穩(wěn)定的合金鋼，需要十幾個(gè)小時(shí)甚至幾天，需要十幾個(gè)小時(shí)甚至幾天，

13、為了為了生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了等溫生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了等溫退火。退火。2、等溫退火、等溫退火 與完全退火工藝相同，與完全退火工藝相同，所不同的是鋼件經(jīng)過(guò)所不同的是鋼件經(jīng)過(guò)A化后，化后，以較快的速度冷卻到某一以較快的速度冷卻到某一T，保溫一定時(shí)間保溫一定時(shí)間AP，然，然后以較快的速度冷卻到室后以較快的速度冷卻到室溫。溫。等溫退火工藝等溫退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度保溫保溫Ac3+20 30快冷快冷空冷空冷TpAP3、球化退火、球化退火 T = Ac1+ 2040，進(jìn)行，進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的保溫，使鋼的較長(zhǎng)時(shí)間的保溫，使鋼的Fe3C（碳化物）趨于球化，然后緩（碳化物）趨于球化，然后緩慢冷卻到慢冷卻到600550再出爐

14、冷再出爐冷卻。使卻。使Fe3C網(wǎng)變成球，以降低網(wǎng)變成球，以降低硬度，改善切削加工性能，并硬度，改善切削加工性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。為淬火作組織準(zhǔn)備。球化退火工藝球化退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度保溫保溫Ac1+20 40緩冷緩冷空冷空冷600 5504、擴(kuò)散退火、擴(kuò)散退火把鋼加熱到固相線把鋼加熱到固相線以下以下100 200，并，并保溫緩冷。目的是消除保溫緩冷。目的是消除鋼中的枝晶偏析。所以鋼中的枝晶偏析。所以也叫均勻化退火也叫均勻化退火。擴(kuò)散退火工藝擴(kuò)散退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度Ts - 100 200保溫保溫1015 h緩冷緩冷5、去應(yīng)力退火、去應(yīng)力退火v 去應(yīng)力退火又稱去應(yīng)力退火又稱低溫退火低

15、溫退火或或高高溫回火；溫回火；v 把鋼件加熱到把鋼件加熱到Ac1以下，一般以下，一般500600隨爐冷卻至隨爐冷卻至300200出爐；出爐；v 目的：消除殘余應(yīng)力，防止零目的：消除殘余應(yīng)力，防止零件變形或開(kāi)裂，保證精度。件變形或開(kāi)裂，保證精度。去應(yīng)力退火工藝去應(yīng)力退火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度保溫保溫500 600爐冷爐冷空冷空冷300 200二、二、 鋼的正火鋼的正火 NormalizingAc3、Accm+ 30 80，保溫后空冷。保溫后空冷。ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 正火工藝正火工藝時(shí)間時(shí)間溫度溫度Ac3 (Accm) + 30 80空冷空冷應(yīng)用范圍 對(duì)

16、普通結(jié)構(gòu)件為最終熱處理，以對(duì)普通結(jié)構(gòu)件為最終熱處理，以細(xì)化組織，提高其強(qiáng)度和韌性；細(xì)化組織，提高其強(qiáng)度和韌性； 使中、低碳結(jié)構(gòu)鋼組織正常化，使中、低碳結(jié)構(gòu)鋼組織正常化，改善切削加工性能；改善切削加工性能； 為淬火作組織準(zhǔn)備；為淬火作組織準(zhǔn)備； 抑制或消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳抑制或消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。退火與正火的選擇改善切削加工性能改善切削加工性能低碳鋼：硬度低，粘刀，正火；低碳鋼：硬度低，粘刀，正火；高碳鋼：硬度高，難切削，退火；高碳鋼：硬度高，難切削，退火；中碳鋼：退火、正火。中碳鋼：退火、正火。經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性正火周期短，耗能少，操作簡(jiǎn)便，正

17、火周期短，耗能少，操作簡(jiǎn)便，盡量以正火代替退火。盡量以正火代替退火。使用性能使用性能普通結(jié)構(gòu)件，以正火作為最終熱處普通結(jié)構(gòu)件，以正火作為最終熱處理，以細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；理，以細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，采用退火作為形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，采用退火作為最終熱處理，以削除應(yīng)力防止裂紋。最終熱處理，以削除應(yīng)力防止裂紋。三、三、 鋼的淬火鋼的淬火 Quenchingv 將鋼加熱到臨界溫度以將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻獲上，保溫后快速冷卻獲得得M的熱處理工藝。的熱處理工藝。v 淬火是鋼強(qiáng)化的最重要淬火是鋼強(qiáng)化的最重要手段之一手段之一。淬火溫度淬火溫度v亞共析鋼亞共析鋼Ac3+30

18、 50v 過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼Ac1+30 50ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 冷卻速度冷卻速度(1)理想冷卻速度理想冷卻速度高溫高溫T650,慢冷慢冷,可以減少熱應(yīng)可以減少熱應(yīng)力。力。中溫中溫650400 ,快冷快冷,避避開(kāi)開(kāi)C曲線的鼻尖曲線的鼻尖,保證全部獲得保證全部獲得M。低溫低溫400以下以下，特別是，特別是300200 發(fā)生發(fā)生M轉(zhuǎn)變時(shí)要求慢轉(zhuǎn)變時(shí)要求慢冷，冷，M轉(zhuǎn)變時(shí)的組織應(yīng)力轉(zhuǎn)變時(shí)的組織應(yīng)力(2)理想冷卻速度示意圖理想冷卻速度示意圖 時(shí)間時(shí)間溫度溫度淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) 到目前為止，在實(shí)際到目前為止，在實(shí)際生產(chǎn)中還沒(méi)有找到符合這生產(chǎn)中還沒(méi)有找到符合這一理

19、想曲線的冷卻介質(zhì)。一理想曲線的冷卻介質(zhì)?，F(xiàn)有淬火介質(zhì)有：水、含現(xiàn)有淬火介質(zhì)有：水、含鹽水溶液、油、鹽水溶液、油、 鹽浴、堿鹽浴、堿浴、淬火液等等。浴、淬火液等等。水水 是最普通的淬火介質(zhì)。是最普通的淬火介質(zhì)。在在650500冷速大，但冷速大，但在在320 200冷速也大。冷速也大。含鹽水溶液含鹽水溶液是水的改進(jìn)，和水性能是水的改進(jìn)，和水性能類似。類似。但淬火后表面硬度高、但淬火后表面硬度高、性能均勻、性能均勻、 表面光滑。表面光滑。油油 是另一種特別通用的是另一種特別通用的淬火介質(zhì)。淬火介質(zhì)。在在650500冷速小，冷速小，但在但在320200冷速也小。冷速也小。淬淬火火方方法法淬火方法比較淬

20、火方法比較abcd單液淬火雙液淬火分級(jí)淬火分級(jí)淬火等溫淬火等溫淬火溫度溫度時(shí)間時(shí)間PBMsAA1Mf鋼件淬火時(shí)，表鋼件淬火時(shí)，表層直接與淬火介質(zhì)層直接與淬火介質(zhì)接觸，冷卻速度快；接觸，冷卻速度快；而心部則要通過(guò)表而心部則要通過(guò)表層來(lái)散熱，冷卻速層來(lái)散熱，冷卻速度慢。度慢。溫度溫度時(shí)間時(shí)間PBMsAA1Mf鋼的淬透性鋼的淬透性v表表v心心v心心鋼件表層得到鋼件表層得到M；而心部只能獲得部而心部只能獲得部分分M，甚至完全得，甚至完全得不到不到M。（1）淬透性淬透性定義定義 淬透性是表征鋼件淬火淬透性是表征鋼件淬火時(shí)形成的能力，或者說(shuō)表時(shí)形成的能力，或者說(shuō)表征鋼件淬火時(shí)所能得到的淬征鋼件淬火時(shí)所能得到的淬硬層的深度。硬層的深度。(與鋼中過(guò)冷與鋼中過(guò)冷A穩(wěn)定性有關(guān)穩(wěn)定性有關(guān))(2)工程定義工程定義由鋼件表面向里到半由鋼件表面向里到半組織（組織（50%M）的區(qū)域）的區(qū)域稱為淬硬層，其深度稱淬稱為淬硬層，其深度稱淬硬層深度。硬層深度。(3)淬硬性淬硬性在正常淬火情況下，以在正常淬火情況下，以超過(guò)臨界冷卻速度的冷速冷超過(guò)臨界冷卻速度的冷速冷卻，得到的組織所能達(dá)到卻，得到的組織所能達(dá)到的最高硬度值（與中含的最高硬度值（與中含量有關(guān)）。量有關(guān)）。(4)淬透性的測(cè)試方法淬透性的測(cè)試方法 臨界直徑法 頂端淬火法臨界直徑法將同一種鋼不同直徑的圓棒試樣加熱至單相A區(qū)，然后