工程材料第二章c

2.1

純金屬的結(jié)晶

2.2

合金的結(jié)晶

2.3

金屬的塑性加工

2.4

鋼的熱處理

2.5

鋼的合金化

2.6表面技術(shù)第2章金屬材料的

組織與性能控制b2.4.0熱處理的概念

2.4.1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

2.4.2鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2.4.3鋼的普通熱處理

2.4.4鋼的表面熱處理

2.4.5鋼的化學(xué)熱處理2.4.6鋼的熱處理新技術(shù)2.4鋼的熱處理熱處理的概念把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，

以改變其組織和性能的一種工藝。2.4.1鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變臨界溫度

平衡時(shí)：A1、A3、Acm加熱時(shí)：Ac1、Ac3、Accm

冷卻時(shí)：Ar1、Ar3、Arcm1．奧氏體的形成——Fe，C原子擴(kuò)散和晶格改變的過(guò)程。共析鋼加熱到Ac1

以上時(shí)，P→A共析鋼A化過(guò)程——形核、長(zhǎng)大、Fe3

C

完全溶解、C

的均勻化。亞（過(guò)）析鋼的A化——P

→

A

后，先共析F或Fe3CⅡ

溶解。影響A轉(zhuǎn)變速度的因素加熱溫度和速度↑→轉(zhuǎn)變快C%↑或Fe3

C片間距↓→界面多，形核多→轉(zhuǎn)變快合金元素→A化速度↑或↓A晶粒度加熱溫度，保溫時(shí)間↑

→晶粒尺寸↓合金碳化物↑，C%↓→晶粒尺寸↓2.4.2鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1．過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變2．過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1.過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)冷A:

T<A1時(shí)，A不穩(wěn)定。A等溫轉(zhuǎn)變曲線

(TTT

或C曲線)共析鋼的C曲線高溫轉(zhuǎn)變，A1

~550℃過(guò)冷A→P型組織中溫轉(zhuǎn)變，550℃~MS

過(guò)冷A→貝氏體(

B)低溫轉(zhuǎn)變，MS~Mf

過(guò)冷A→馬氏體(

M)P型組織——F+層片狀Fe3C珠光體P

索氏體S

屈氏體T層片間距：P>S>T珠光體P，3800×索氏體S8000×屈氏體T8000×高溫轉(zhuǎn)變過(guò)程——晶格改變和Fe，C原子擴(kuò)散。中溫轉(zhuǎn)變（550℃~MS）——C原子擴(kuò)散，F(xiàn)e原子不擴(kuò)散過(guò)冷A→貝氏體B（碳化物+含過(guò)飽和C的F）上B，550~350℃產(chǎn)物

——羽毛狀，小片狀Fe3C分布在F間。上B強(qiáng)度和韌性差光學(xué)顯微照片1300×電子顯微照片5000×45鋼，上B+下B，×400下B，350℃~MS產(chǎn)物下B韌性高，綜合機(jī)械性能好。F針內(nèi)定向分布著細(xì)小Fe2.4C顆粒電子顯微照片12000×T8鋼，下B，黑色針狀光學(xué)顯微照片×400亞（過(guò)）共析鋼過(guò)冷A的等溫轉(zhuǎn)變與共析鋼相比，C曲線左移，

多一條過(guò)冷AF（Fe3CⅡ）的轉(zhuǎn)變開始線，且Ms、Mf

線上（下）移。2.過(guò)冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變(CCT)曲線Ps——A→P開始線Pf——A→P終止線KK'——P型轉(zhuǎn)變終止線Vk——上臨界冷卻速度Vk'——下臨界冷卻速度

MS——A→M開始溫度

Mf

——A→M終止溫度連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物CCT和TTT曲線的比較CCT位于TTT曲線右下方CCT中沒有A→B轉(zhuǎn)變爐冷→

P (V

≈０)空冷→

S (V

≤Vk')油冷→

T+M+A'(Vk'

～Vk)水冷→

M+A'(V≥Vk)馬氏體（M）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)

1)無(wú)擴(kuò)散 Fe和C原子都不進(jìn)行擴(kuò)散，

M是體心正方的C過(guò)飽和的F，

固溶強(qiáng)化顯著。2)瞬時(shí)性

M的形成速度很快，

溫度↓則轉(zhuǎn)變量↑3)不徹底

M轉(zhuǎn)變總要?dú)埩羯倭緼，

A中的C%↑則MS、Mf

↓

，殘余A含量↑4)M形成時(shí)體積↑，

造成很大內(nèi)應(yīng)力。M的形態(tài)C%<0.25%時(shí)，為板條M（低碳M）。

板條M,平行的細(xì)板條束組成針狀M（凸透鏡狀）C%>1.0%時(shí)，為針狀M

。C%=0.25~1.0%時(shí)，為混合M

。Fe-1.8C，冷至-100℃Fe-1.8C，冷至-60℃M的性能C%↑→M

硬度↑針狀M硬度高，塑韌性差。板條M強(qiáng)度高，塑韌性較好。亞共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→

F+P空冷→

F+S油冷→

T+M水冷→

M過(guò)共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→

P

+Fe3CⅡ空冷→

S+Fe3CⅡ油冷→

T+M+A'水冷→

M+A'轉(zhuǎn)變溫度對(duì)共析鋼

硬度和韌性

的影響按轉(zhuǎn)變溫度的高低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別是：P、S、T，上B、下B、M，其硬度依次增加。2.4.3鋼的普通熱處理1．退火2．正火

3．淬火

4．回火1．退火加熱、保溫后，緩冷(爐冷)→近平衡組織P（+F或Fe3CII

）完全退火（亞共析鋼）

加熱溫度

Ac3

+

20～30℃

緩冷→F

+P

目的：

細(xì)化晶粒，均勻化組織

降低硬度→切削性↑

等溫退火：

等溫轉(zhuǎn)變→F

+P，再緩冷球化退火（過(guò)共析鋼）

在Ac１+

20～30℃等溫，使Fe3CⅡ球化，再緩冷→球狀P（F

+球狀Cm）目的：硬度↓,切削性↑,韌性↑擴(kuò)散退火

加熱至略低于固相線

目的：使成分、組織均勻

再結(jié)晶退火：

加熱溫度

TR

+

30～50℃目的：消除加工硬化去應(yīng)力退火

加熱溫度＜

Ac1，

一般為

500～650℃目的：消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力

２．正火應(yīng)用：1)鋼的最終熱處理細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中P(S)%→強(qiáng)度、韌性、硬度↑2)預(yù)先熱處理——淬火、球化退火前改善組織。3)增加低碳鋼的硬度，以改善切削加工性能。加熱溫度

Ac3(Accm)

+30～50℃，空冷→S（+F或Fe3CII）3．淬火（蘸火）加熱到Ac3、Ac1以上，保溫，快速冷卻→M。淬火溫度1)亞共析鋼Ac3+30～50℃2)過(guò)共析鋼Ac1+30～50℃，→M+Fe3CII+A'，硬度大。A中C%↓→

M

脆性↓，殘余A%↓淬火溫度低

→

M細(xì)小，淬火應(yīng)力小。冷卻介質(zhì)

冷卻速度：

鹽水

＞

水

＞

鹽浴

＞

油淬火方法單介質(zhì)淬火：水、油冷雙介質(zhì)淬火：水冷+油冷分級(jí)淬火：＞Ms鹽浴中均溫＋空冷等溫淬火（在鹽、堿浴中）→下B

鋼的淬透性

淬火時(shí)得到M的能力，取決于臨界冷卻速度VK。淬透性的應(yīng)用按負(fù)載，選擇不同淬透性的材料。淬硬性：淬火后獲得的最高硬度，C%↑→淬硬性↑影響淬透性的因素除Co外，合金使VK↓,淬透性↑(a)完全淬透(b)淬透較大厚度(c)淬透較小厚度

淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較4．回火

淬火后，加熱到Ac1以下，保溫，冷卻。目的：消除淬火應(yīng)力，調(diào)整性能。低溫回火（150～250℃）→回火M(過(guò)飽和F+薄片狀Fe2.4C)+A'淬火應(yīng)力↓，韌性↑，保持淬火后的高硬度。用于高C工具鋼等。中溫回火（350～500℃）→回火T(F+細(xì)粒狀Cm)

彈性極限和屈服強(qiáng)度↑，韌性和硬度中等。用于彈簧等。高溫回火（500～650℃）→回火S(等軸狀F+粒狀Cm)

綜合機(jī)械性能最好,即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。用于重要零件。調(diào)質(zhì)處理——淬火+高溫回火回火產(chǎn)物的組織形態(tài)比較

回火M×400

回火T×7500回火S×7500M低倍

T×1000

S×1000

回火時(shí)性能的變化

回火溫度↑→硬度、強(qiáng)度↓，塑性↑2.4.4鋼的表面熱處理（表面淬火）

不改變心部組織，利用快速加熱將表層A化后進(jìn)行淬火。目的：提高表面硬度，保持心部良好的塑韌性。感應(yīng)加熱表面淬火交變磁場(chǎng)→感應(yīng)表面電流→表面加熱特點(diǎn)1)加熱速度快，晶粒度小，硬度↑，脆性↓2)表層殘余壓應(yīng)力→提高疲勞強(qiáng)度3)不易氧化、脫碳、變形小。4)加熱溫度和淬硬層厚度容易控制?；鹧婕訜岜砻娲慊穑ㄒ胰玻醯然鹧妫┰O(shè)備簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)率低。2.4.5鋼的化學(xué)熱處理

將工件置于特定的介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，以改變表層的化學(xué)成分、組織和性能。分類——滲

C、N化、C

N共滲、滲硼、滲鉻、滲Al等。鋼的滲

C——?dú)怏w、固體滲

C

低C鋼在高C介質(zhì)中加熱到900～950℃、保溫→高碳表層（約1.0%）目的：表面硬度，耐磨性↑，心部保持一定的強(qiáng)度和塑韌性。滲碳后的的熱處理

淬火直接淬火——晶粒粗大，殘余A多，耐磨性低，變形大。一次淬火——加熱溫度Ac3以上（心部性能↑）或Ac1以上（表面性能↑）二次淬火——Ac3以上（心部性能↑）+Ac1以上（表面性能↑）低溫回火,150～200℃，消除淬火應(yīng)力，提高韌性。鋼的氮化

工件表面滲入N原子，以