工程材料基礎(chǔ)-第三章熱處理

第三章鋼的熱處理HEATTREATMENTOFSTEEL退火Annealing正火Normalizing淬火Quenching回火Tempering普通熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理特種熱處理表面淬火表面化學(xué)熱處理表面熱處理熱處理形變熱處理鋼的熱處理——在固態(tài)下通過對鋼件進(jìn)行加熱、保溫、冷卻，從而改變鋼件性能的操作鋼的熱處理工藝示意圖溫度時(shí)間加熱Heating保溫InsulationWork冷卻Cooling保溫時(shí)間HoldingTime保溫溫度HoldingTemperatureA1A3Acm第一節(jié)鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變TRANSFOEMATIONOFSTEELASBEINGHEATED

ABCDEFGHJNKPPSQ2.11鋼鑄鐵A工業(yè)純鐵鋼相圖中的組織EGPSQKAFA+Fe3CF+AF+PPP+Fe3CIIF+Fe3CIII特征線

A化A1線(PSK線)

加熱Ac1

冷卻Ar1A3線(GS線)

加熱Ac3

冷卻Ar3Acm線(SE線)

加熱Accm

冷卻ArcmEGPSQAA+Fe3CF+AFPF+PP+Fe3CA3AcmA1

1.共析鋼奧氏體的形成過程加熱保溫的目的：獲得成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體αp

+

Fe3C0.02186.69γs0.77

BCC體心復(fù)雜正交FCC面心立方加熱到A1以上

一、奧氏體的形成P組織A形核A長大殘余碳化物溶解A均勻化A形核長大示意圖形核—F和Fe3C的界面最易于形核，通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變F→A和Fe3C的溶解來實(shí)現(xiàn)長大—一旦形核，A則向F和Fe3C方向長大，此過程同樣通過同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變F→A和Fe3C的溶解來實(shí)現(xiàn)殘余碳化物溶解—由于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變F→A的速度比Fe3C向奧氏體中溶解的速度快，同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變完成后，還有一部分碳化物尚未溶解，它會(huì)在隨后的加熱過程中繼續(xù)向奧氏體中溶解奧氏體均勻化—

殘余碳化物溶解完畢后，奧氏體的成分是不均勻的，原來F處含碳量低，而原來Fe3C處含碳量高。只有經(jīng)足夠長的保溫時(shí)間，才能通過C的擴(kuò)散形成均勻的A等軸晶形核、長大、殘余碳化物溶解、奧氏體均勻化

2.亞共析鋼和過共析鋼奧氏體形成過程

二、奧氏體晶粒的大小1.奧氏體的實(shí)際晶粒度在具體加熱條件下得到的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體實(shí)際晶粒大小或奧氏體實(shí)際晶粒度Ａ晶粒大小用晶粒度Ｎ表示，通常分８級

1～4粗晶鋼5～8細(xì)晶鋼＞8超細(xì)晶鋼放大倍數(shù)100時(shí)，每平方英寸內(nèi)晶粒數(shù)目為n，則：在工程上，一般采用100倍金相照片，通過比對的方法確定晶粒度影響因素①加熱溫度越高②保溫時(shí)間越長奧氏體的實(shí)際晶粒度越大

EGPSQAA+Fe3CF+AFPF+PP+Fe3CF過熱（Overheat）加熱時(shí)A晶粒大小超過規(guī)定尺寸時(shí)就成為一種加熱缺陷，稱為過熱細(xì)小的奧氏體晶粒2.奧氏體的本質(zhì)晶粒本質(zhì)晶粒度只表示鋼在加熱時(shí)奧氏體晶粒長大傾向的大小。并不表示奧氏體實(shí)際晶粒的大小。

1～3級：粗晶粒；4～6級：中等晶粒；7～8級：細(xì)晶粒930℃×3～8h，冷卻后所測定的晶粒度為本質(zhì)晶粒度。主要是檢驗(yàn)鋼本身Ａ長大傾向本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)晶粒度：5～8級。一般具有阻礙奧氏體晶粒長大的元素如：Nb、Ti、V等這些元素易于形成AlN、Al2O3、NbC、TiC、VC等不易溶解的小粒子，阻礙奧氏體晶粒的長大本質(zhì)粗晶粒鋼本質(zhì)晶粒度1～4級，一般僅用Si、Mn脫氧，沒有阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素，奧氏體晶粒長大的很快。熱處理一定不能過熱

三、鋼加熱時(shí)的缺陷過熱加熱時(shí)奧氏體晶粒大小超過規(guī)定尺寸氧化加熱時(shí)鋼中的鐵素體氧化成氧化鐵脫碳加熱時(shí)鋼中的碳與空氣中的氧生成CO2導(dǎo)致鋼的表面含碳量過低第二節(jié)奧氏體轉(zhuǎn)變圖TANSFORMATIONDIAGRAMOFAUSTENITEASBEINGCOOLED

一、奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖Isothermaltransformationdiagramofaustenite

1.奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖測定原理過冷奧氏體—在臨界溫度(A1、A3、Acm)以下尚未發(fā)生轉(zhuǎn)變的不穩(wěn)定奧氏體稱過冷奧氏體恒溫轉(zhuǎn)變—將已Ａ化的鋼迅速冷卻到臨界溫度(A1、A3、Acm)以下某溫度保溫等溫轉(zhuǎn)變圖—TTT圖.TemperatureTimeTransformationDiagram共析鋼Ｃ曲線測定原理示意圖以共析鋼為例時(shí)間轉(zhuǎn)變％T1(1)將奧氏體化的若干組（每組若干個(gè)）試樣分別迅速放入不同溫度的恒溫鹽（金屬）浴中，每隔一段時(shí)間取出一個(gè)試樣迅速淬入水中，然后觀察其轉(zhuǎn)變的相對量。時(shí)間轉(zhuǎn)變％T1T2T3T4T5T6(2)測量不同溫度下過冷A的轉(zhuǎn)變曲線T1＞T2＞T3

＞T4

＞T5

＞T6(3)匯總特征值時(shí)間溫度T1T2T3T4T5T6轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線時(shí)間轉(zhuǎn)變％T1T2T3T4T5T6

2.共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖分析當(dāng)T＞TA時(shí)，屬于高溫轉(zhuǎn)變隨△T↑，孕育期↓，轉(zhuǎn)變↑當(dāng)T＜TA時(shí)，屬于中溫轉(zhuǎn)變隨△T↑，孕育期↑轉(zhuǎn)變↓

時(shí)間溫度TA出現(xiàn)“鼻子”，形似“C”，故TTT圖也叫C曲線珠光體型轉(zhuǎn)變A1～550℃550～230℃<230℃貝氏體型轉(zhuǎn)變馬氏體型轉(zhuǎn)變共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終止線550℃A1A1～650℃珠光體(P)—

粗片狀鐵素體與滲碳

體交替排列的混合物650～600℃索氏體(S)—

細(xì)片狀鐵素體與滲碳

體交替排列的混合物1)珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體形成示意圖600～550℃托氏體(T)—

極細(xì)片狀鐵素體與滲碳體交替排列的混合物不同等溫溫度形成的珠光體顯微組織

(a)655℃(b)600℃(c)534℃

珠光體(P)索氏體(S)托氏體(T)

減小片

間距

增大強(qiáng)、硬度

增大塑、韌性2)貝氏體型轉(zhuǎn)變共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖貝氏體(B)—過飽和鐵素體與滲碳體組成的混合物B上550～350℃

上貝氏體()上貝氏體B上

—相互平行的過飽和鐵素體片與分布在片間的斷續(xù)細(xì)小滲碳體組成的羽毛狀混合物。硬度高，可達(dá)40~45HRC，但因F片粗且平行分布，同時(shí)晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差。脆性大性能差上貝氏體形成示意圖上貝氏體的顯微組織(a)光鏡

(b)掃描電鏡(a)(b)下貝氏體B下—針葉狀的過飽和鐵素體與分布在其中的極細(xì)小的滲碳體粒子組成的混合物．脆性小性能好硬度高50~60HRC，強(qiáng)度高，耐磨性好，塑性、韌性高，具有良好的綜合力學(xué)性能下貝氏體形成示意圖(b)(a)下貝氏體的顯微組織(a)光鏡

(b)掃描電鏡生產(chǎn)中“等溫淬火”的目的就是為了得到B下組織3)馬氏體型轉(zhuǎn)變共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖轉(zhuǎn)變溫度：Ms~Mf。溫度低，F(xiàn)e、C不能擴(kuò)散（無擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變）A→F，C完全被保留在-Fe中，引起過飽和。M又稱碳過飽和鐵素體晶格歪扭成體心正方，隨wC↑，正方度↑T<230℃馬氏體(M)馬氏體(M)—

碳在-Fe中的過飽和固溶體（1）轉(zhuǎn)變溫度：低碳馬氏體(wc<0.25%)板條狀，強(qiáng)而韌高碳馬氏體(

wc>1.0%)片(或針)狀，硬而脆長大速度非?？?，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。顯微鏡下為長短不一，互成一定角度的M片截面呈細(xì)長條狀，許多尺寸大致相同的Ｍ定向相互平行排列，構(gòu)成一個(gè)Ｍ群（束），顯微組織為一束束細(xì)長板條狀組織（2）馬氏體的形態(tài)高碳馬氏體形成過程示意圖Fe-1.8wt.%C合金冷卻到下列不同溫度形成高碳馬氏體的過程(a)24℃(b)–60℃(c)–100℃高碳馬氏體的顯微組織a)淬火態(tài)b)回火態(tài)

(a)(b)低碳馬氏體的顯微組織馬氏體的形態(tài)取決于含碳量wC>1.0%的鋼淬火后,幾乎全部為片MwC<0.25%的鋼淬火后,基本上全部為板條M0.25%<wC<1.0%的鋼淬火后，為兩種M的混合物M的含碳量越高，其硬度和強(qiáng)度越高，脆性越大，必須回火后使用wC%σs(MPa)σb(MPa)HRCδ%ψ(%)ak(J/cm2)0.10-0.25800-13001000-150035-459-1740-6560-1800.81500-20001800-230062-6413010×500×80000×500×500板條M片狀M混合M（3）性能特點(diǎn)（4）應(yīng)用淬火得到的馬氏體硬而脆，脆性隨Wc的增加而增加回火后馬氏體的性能必須經(jīng)過回火才能使用！

高碳馬氏體具有高強(qiáng)度高硬度、高耐磨性低碳馬氏體具有好的綜合性能高碳馬氏體用于高硬度高耐磨性的零件，如車刀、銑刀等工具低碳馬氏體用于綜合性能好的零件，如發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓、缸蓋螺栓，石油鉆井的吊環(huán)、吊鉗等殘余奧氏體A′在M相變時(shí)，由于體積膨脹，使尚未發(fā)生相變的過冷A受壓，而停止相變，這部分A稱為殘余奧氏體A

′當(dāng)溫度達(dá)到Mf點(diǎn)以下時(shí)，A′才會(huì)全部分解完畢共析鋼Mf＝－50℃，淬火至室溫下仍有3～6%的A′過共析鋼Mf=-100℃時(shí)，淬火至室溫下仍有8～15%A′A’硬度↓尺寸的不穩(wěn)定“冷處理”與共析鋼相比，亞共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖多一條A→F轉(zhuǎn)變線亞共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖(a)與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖(b)的比較

3.亞共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖(c)與共析鋼等溫轉(zhuǎn)變圖(b)的比較與共析鋼相比，亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖多一條A→F，A→Fe3C轉(zhuǎn)變線

4.亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖過共析鋼亞、過共析鋼的TTT曲線亞共析鋼時(shí)間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→B時(shí)間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→BA→FA→Fe3C位置過共析鋼的多一條A→Fe3C線

共析鋼的最靠右（wC＜0.77%:wC↑，C曲線右移；wC＞0.77%:wC↑，C曲線左移）亞共析鋼的多一條A→F線

形狀1)碳含量的影響

2)合金元素的影響

形狀位置不講除Co外，其他都使“Ｃ”曲線右移

5.影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的主要因素隨wC增加Ms、Mf點(diǎn)降低共析鋼奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（實(shí)線）與等溫轉(zhuǎn)變圖（虛線）的比較

與“C”曲線相比

向右下方移動(dòng)

多一條珠光體轉(zhuǎn)變中止線

無貝氏體轉(zhuǎn)變

二、奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖Continue

coolingtransformationdiagramofaustenite

以共析鋼為例CCT圖CCT曲線位于C曲線右下方，P轉(zhuǎn)變溫度更低，時(shí)間更長；共析鋼及過共析鋼的CCT曲線中無B型轉(zhuǎn)變，而多了一條P轉(zhuǎn)變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時(shí)在一定溫度范圍內(nèi)過冷A會(huì)部分轉(zhuǎn)變?yōu)锽

三、用等溫轉(zhuǎn)變圖定性判斷連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物

Applicationofisothermaltransformationdiagramofausteniteforeutectoidsteelascontinuecooling

由于CCT曲線測定比較困難，許多鋼至今仍無，實(shí)際熱處理中常參照C曲線來定性估計(jì)連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程—M+A′共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖在連續(xù)冷卻時(shí)應(yīng)用示意圖—P—S—T+M+A′—M+A′—M+A′—P—S—T+M+A′—M+A′第三節(jié)鋼的普通熱處理COMMONHEATTREATMENTOFSTEEL退火

Annealing正火

Normalizing淬火

Quenching回火

Tempering普通熱處理是零件制造過程中非常重要的不可缺少的工序一般零部件制造工藝中路線鑄造鍛造退火正火切削加工成品預(yù)先熱處理重要零部件制造工藝中路線鑄造鍛造退火正火粗加工淬火回火精加工成品最終熱處理完全退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火鋼的退火均勻化退火

一、鋼的退火

Annealingofsteel將鋼件加熱到臨界溫度（A1、A3、Acm）以上（有時(shí)以下）保溫一定時(shí)間，然后緩冷（爐冷、坑冷、灰冷）以得到平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱退火ABEGHJNPSQ+++Fe3C+Fe3CL+LL+低溫?cái)U(kuò)散球化完全退

火

溫

度1)

工藝：Ac3以上30～50℃加熱保溫后，隨爐冷卻至500℃以下出爐空冷A1A3溫度℃時(shí)間1.完全退火完全退火工藝時(shí)間溫度保溫Ac3+30～50℃爐冷空冷＜500℃4)

目的：調(diào)整硬度，以利切削細(xì)化組織，提高力學(xué)性能為機(jī)加工及后續(xù)熱處理（淬火）作組織準(zhǔn)備完全退火可作為重要零件預(yù)先熱處理，也可以作為一般零件的最終熱處理2)

適用于：亞共析鋼和合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型材。也可以用于焊件3)

組織：Ｆ＋Ｐ完全退火工藝時(shí)間溫度保溫Ac3+30～50℃爐冷空冷＜500℃40鋼完全退火2)

適用于：共析鋼、過共析鋼及合金鋼1)

工藝：Ac1以上30～50℃加熱保溫后，在A1溫度上下反復(fù)升溫降溫，后隨爐冷卻至600℃以下出爐空冷A1溫度℃時(shí)間2.球化退火較長時(shí)間的保溫，使鋼的Fe3C（碳化物）趨于球化，然后緩慢冷卻到600～550℃再出爐冷卻3)

組織：P球目的：調(diào)整硬度，以利切削淬火作組織準(zhǔn)備3.擴(kuò)散退火把鋼加熱到固相線以下100～200℃，并保溫緩冷。目的是消除鋼中的枝晶偏析。所以也叫均勻化退火時(shí)間溫度Ts-100～200℃保溫10～15h緩冷4.去應(yīng)力退火把鋼件加熱到Ac1以下，一般500～650℃隨爐卻至200℃出爐去應(yīng)力退火又稱或低溫退火。目的是消除殘余應(yīng)力，防止零件變形或開裂，保證精度

二、鋼的正火

Normalizingofsteel

過共析鋼:Accm以上30～80℃加熱、空冷

共析鋼:

Ac1以上30～80℃加熱、空冷

亞共析鋼:

Ac3以上30～80℃加熱、空冷1.工藝A1溫度℃時(shí)間共析鋼:

S亞共析鋼:F+S

過共析鋼:S+Fe3CⅡ

低碳鋼:

調(diào)整硬度,以利切削

過共析鋼:

消除網(wǎng)狀,以利球化Fe3CⅡ

中碳鋼制一般零件:

做為最終熱處理2.組織3.目的40鋼正火退火和正火的選擇（從以下三個(gè)方面考慮）提高切削加工性能使用性能低碳鋼選擇正火，中碳鋼選擇退火、正火，高碳鋼選擇球化退火生產(chǎn)成本正火較退火成本低普通結(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；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

獲得馬氏體,以提高硬度

共析、過共析鋼:

Ac1以上30～50℃

亞共析鋼:

Ac3以上30～50℃

加熱后快冷（大于臨界冷卻速度）

三、鋼的淬火

Quenchingofsteel2.工藝1.目的淬火是強(qiáng)化鋼的最重要手段之一1)

理想的冷卻速度3.淬火介質(zhì)高溫T＞650℃,慢冷,可以減少熱應(yīng)力。中溫650℃～400℃,快冷,避開C曲線的鼻尖,保證全部獲得M。低溫400℃以下，特別是300～200℃發(fā)生M轉(zhuǎn)變時(shí)要求慢冷，↓M轉(zhuǎn)變時(shí)的組織應(yīng)力鋼的理想淬火冷卻速度2)

常用淬火介質(zhì)水：淬冷能力強(qiáng)，但工件表面有軟點(diǎn)，易變形開裂油：淬冷能力弱，但工件不易變形開裂鹽水：淬冷能力更強(qiáng)，工件表面光潔、無軟點(diǎn)，但更易變形開裂

“神刀蒲元”的故事是最普通的淬火介質(zhì)。650～400℃冷速大；320～200℃冷速也大是水的改進(jìn)，和水性能類似650～400℃冷速?。?20～200℃冷速也小。常用于合金鋼常用淬火方法示意圖單液淬火法(b)雙液淬火法(c)分級淬火法(d)等溫淬火法4.

常用淬火方法操作簡便有效防止變形開裂變形小獲得下貝氏體40鋼淬火3.鋼的淬透性鋼件淬火時(shí)，表層直接與淬火介質(zhì)接觸，冷卻速度快；而心部則要通過表層來散熱，冷卻速度慢鋼件表層得到M；而心部只能獲得部分M，甚至完全得不到M鋼的淬透性—

鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度大小的能力(a)頂端淬火法(b)淬透性曲線淬透性是表征鋼件淬火時(shí)形成Ｍ的能力工程定義—由鋼件表面向里到半Ｍ組織（50%M）的區(qū)域稱為淬硬層，其深度稱淬硬層深度淬透性的測試方法臨界直徑法—將同一種鋼不同直徑的圓棒試樣加熱至單相A區(qū)，然后在同一淬火介質(zhì)中冷卻，測出其能全部淬硬成M的最大直徑D0即為臨界直徑D0D0油淬水淬M非MD0越大，表示鋼的淬透性越好頂端淬火法國內(nèi)普遍采用的淬透性試驗(yàn)方法將標(biāo)準(zhǔn)尺寸的棒狀試樣加熱至單相A區(qū)后放在支架上，從它的一端噴水冷卻，然后在試棒的表面從端面起依次測定硬度，得到硬度隨距頂端距離的變化曲線－淬透性曲線根據(jù)淬透性曲線比較不同鋼種的淬透性大小鋼的淬透性的應(yīng)用鋼的淬透性是機(jī)械設(shè)計(jì)中選材時(shí)應(yīng)予考慮的重要因素之一大截面零件、承受動(dòng)載的重要零件、承受拉力和壓力的許多重要零件（螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等），要求表面和心部力學(xué)性能一致，故應(yīng)選擇淬透性高的材料心部力學(xué)性能對使用壽命無明顯影響的零件（承受彎曲或扭轉(zhuǎn)的軸類），可選用淬透性低的鋼，獲得1/2~1/4淬硬層深度即可焊接件、承受強(qiáng)力沖擊和復(fù)雜應(yīng)力的冷鐓凸模等，不能或不宜選擇淬透性大的材料淬硬性—正常淬火條件下，以超過臨界冷卻速度冷卻所形成的馬氏體達(dá)到的硬度高低。主要取決于鋼的含碳量及合金元素.2)

影響淬透性的主要因素除Co外，其他都提高淬透性碳鋼中，共析鋼的淬透性最高

合金元素

3)

如何在選材中考慮鋼的淬透性橫截面受力均勻的零件：淬透性要高橫截面受力不均勻的零件：淬透性不必高避免脆性斷裂的零件：淬透性不能高2）軸類零件，齒輪：對表面心部力學(xué)性能要求不一致（表面強(qiáng)度硬度要求高一些，心部塑性韌性要求高），組織可以不一致。具體零件如何選擇淬透性1）螺栓、連桿、鍛模、錘桿（承受拉壓載荷）表面和心部力學(xué)性能一致，即要求表面和心部組織一致。選用淬透性高的鋼選用淬透性中等的鋼3）焊接件、冷鐓凸模具：選用淬透性低的鋼將淬過火的鋼在A1以下溫度加熱保溫后空冷降低硬度，提高塑性—獲得工件所要求的組織性能消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性—消除淬火應(yīng)力,降低鋼的脆性穩(wěn)定組織，穩(wěn)定尺寸—淬火Ｍ和殘余Ａ是非穩(wěn)定組織，如果發(fā)生轉(zhuǎn)變，則零件的尺寸會(huì)發(fā)生變化)

三、鋼的回火

Temperingofsteel1.工藝2.目的回火是熱處理工序中最后一道工序3.淬火鋼回火的四個(gè)階段四階段第一階段T≤200℃M分解第二階段T∈(200-300℃)殘余A分解第三階段T∈(250-400℃)

M分解完成，滲碳體形成

第四階段T＞400℃滲碳體聚集長大與F的再結(jié)晶第一階段T∈(80～200℃)淬火M基體上析出薄片狀細(xì)小的碳化物，M中C的過飽和程度降低碳化物為正交晶格，分子式為Fe2.4C，與Ｍ保持共格關(guān)系組織：回火Ｍ（過飽和α＋碳化物）M回Ｍ分解第二階段T∈(200～300℃)Ｍ分解使得體積↓，↓殘Ａ的壓力，Ａ殘分解為C過飽和α

＋碳化物。組織：Ｍ回（過飽和α＋碳化物）殘余Ａ轉(zhuǎn)變第三階段T∈(250～400℃)Fe2.4C→Fe3C（極細(xì)、顆粒狀），M分解完成，α中含C量降至正常飽和狀態(tài)淬火時(shí)晶格畸變所造成的內(nèi)應(yīng)力大大消除組織：正常飽和狀態(tài)的針葉狀α＋細(xì)顆粒狀的

Fe3C回火托氏體，T回碳化物析出及類型轉(zhuǎn)變第四階段T＞400℃回火Ｔ越高,Fe3C的顆粒越大,經(jīng)第三階段后，鋼組織Ｆ已經(jīng)回復(fù)為平衡濃度的Ｆ,但Ｆ仍然保留著原Ｍ的板條狀或片狀形態(tài)，并且晶粒內(nèi)部的位錯(cuò)密度很高,所以與冷變形金屬相似。隨回火溫度↑（一般在500～650℃)F逐漸發(fā)生再結(jié)晶，形成位錯(cuò)密度較低的等軸Ｆ?；鼗稹?Fe3C尺寸↑，內(nèi)應(yīng)力↓，Ａ殘↓組織：正常飽和狀態(tài)的等軸α＋球狀的Fe3C

回火索氏體，S回Fe3C聚集長大與Ｆ的回復(fù)、再結(jié)晶應(yīng)用工具、滾動(dòng)軸承彈簧低溫回火中溫回火高溫回火組織溫度種類

性能

150～250℃350～500℃500～650℃M回T回S回高硬度高耐磨HRC58～64適當(dāng)?shù)膹?qiáng)、硬度足夠的塑、韌性HRC25～35高、高一定韌性HRC35～45重要零件4.回火的種類、組織、性能及應(yīng)用溫度：150—2000C第一種：低溫回火性能：高硬度、高耐磨性，內(nèi)應(yīng)力、脆性降低。5864HRC應(yīng)用：高碳鋼、高碳合金鋼制造的工具和模具、滾動(dòng)軸承滲碳和表面淬火零件.(Wc>0.6%)高碳馬氏體的顯微組織a)淬火態(tài)b)回火態(tài)

回火組織：M回（過飽和鐵素體+e碳化物）第二種：中溫回火溫度：350C

—500C；回火組織：回火托氏體，由針葉狀鐵素體+極細(xì)小顆粒滲碳體組成，記為T回性能：高強(qiáng)度、硬度，高的彈性極限及屈服強(qiáng)度；具有一定的塑性、韌性；硬度為3545HRC應(yīng)用：Wc=0.5—0.7%碳鋼、合金鋼制造的各種彈簧。生產(chǎn)上將淬火和高溫回火稱為“調(diào)質(zhì)處理”

一般規(guī)律：隨回火溫度↑，強(qiáng)度、硬度↓，塑性、韌性↑第三種：高溫回火溫度：500-650C，組織：回火索氏體，由等軸狀的鐵素體和球狀滲碳體組成，記為S回性能：具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度、硬度和足夠的塑性、韌性（即良好綜合性能）2535HRC回火索氏體應(yīng)用：用于Wc為0.3—0.5%的中碳鋼和合金鋼制造的軸、連桿、螺栓等。組織形態(tài)不同在硬度相同的情況下，回火組織具有更高的強(qiáng)度和塑韌性T回與T、S回與S比較不同含碳量鋼的硬度隨回火溫度升高而降低35鋼力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系40鋼高溫回火第四節(jié)鋼的表面熱處理SURFACEHEATTREATMENTOFSTEEL表面淬火Surfacequenching表面化學(xué)熱處理Surfacechemicalheattreatment通過選材和普通熱處理無法滿足上述要求表面硬度高，耐磨性好，以保證其精度而心部要具有足夠的塑性和韌性，以防止斷裂高碳鋼：淬火+低溫回火，硬度高，耐磨性好，但心部韌性差中碳鋼調(diào)質(zhì)處理，心部韌性好，但表面硬度不夠，耐磨性差表面熱處理

一、表面淬火

Surfacequenching將工件表面快速加熱到A區(qū)，在熱量尚未傳到材料心部時(shí)立即迅速冷卻，使其表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部淬火方法工業(yè)中常用的表面淬火方法有：感應(yīng)加熱表面淬火、激光加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火

2.

表面淬火用鋼的碳含量過低：表面硬度不足過高：心部韌性不足

3.

常用方法火焰加熱表面淬火

1.

目的使工件表硬心韌，如曲軸、齒輪感應(yīng)加熱表面淬火火焰加熱表面淬火示意圖1—燒嘴2—噴水管3—加熱層4—工件5—淬硬層

4.火焰加熱表面淬火特點(diǎn)：設(shè)備簡單，質(zhì)量不易保證，適合單件生產(chǎn)淬硬層深度一般為2～6mm

5.

感應(yīng)加熱表面淬火1)

基本原理感應(yīng)加熱表面淬火示意圖1—加熱淬火層2—間隙3—工件4—加熱感應(yīng)圈5—淬火噴水套2)

感應(yīng)電流頻率感應(yīng)電流的集膚效應(yīng)高頻100～500KHz深度?。?.2-2mm）中頻500～10000Hz深度較大（2-8mm）工頻50Hz深度大（10-15mm）3)感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)加熱速度快；時(shí)間短；因表面層M相變產(chǎn)生壓應(yīng)力，可提高工件的疲勞強(qiáng)度；工件表面質(zhì)量高，變形??；這種表面淬火的方法易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化5)

后續(xù)熱處理：低溫回火4)

預(yù)先熱處理

(1)

目的：使工件心部具有高的綜合力學(xué)性能7)

應(yīng)用舉例1：中碳鋼制齒輪制造工藝路線一般零件:正火處理重要零件:調(diào)質(zhì)處理(淬火＋高溫回火)

(2)

方法表層：中碳M回6)

最終組織心部：或

P+FS回下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→感應(yīng)淬火→低溫回火→精磨→成品應(yīng)用舉例2：中碳鋼制造的軸的工藝路線下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→軸頸感應(yīng)淬火→低溫回火→精磨→成品齒輪感應(yīng)淬火層感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的淬硬層分布

6.激光加熱表面淬火（1）工藝：將高功率密度的激光束照射到工件表面，使表面快速加熱到奧氏體區(qū)，依靠工件本身熱傳導(dǎo)迅速自冷而獲得一定淬硬層的工藝操作

硬化層：1—2mm（2）應(yīng)用：汽車、拖拉機(jī)汽缸套、汽缸、活塞環(huán)、凸輪軸等零件；（3）特點(diǎn)：淬火質(zhì)量好，組織超細(xì)化，硬度高、脆性極小、工件變形小、不需要回火、節(jié)約能源、無污染、效率高、便于自動(dòng)化，但是設(shè)備昂貴。激光表面淬火處理的內(nèi)燃機(jī)氣缸套激光表面淬火的汽缸套

二、表面化學(xué)熱處理

Surfacechemicalheattreatment將工件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱、保溫和冷卻，使介質(zhì)中的某些元素滲入到工件表層，以改變表層的化學(xué)成份和組織，從而使工件表面具有與心部不同的性能的一種熱處理工藝與表面淬火熱處理相比，化學(xué)熱處理不僅使工件表面與心部的組織不同，且成分亦不同

1.

目的改變工件表層化學(xué)成分、組織，從而改善工件性能滲碳、滲氮、碳氮共滲可提高鋼表面的硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度滲B、滲Cr可提高表面耐磨性和耐蝕性滲Al、滲Si可提高耐熱抗氧化性滲S可提高減摩性

2.

常用方法滲碳