電廠金屬材料與實訓(xùn)

2023/12/291書名：電廠金屬材料與實訓(xùn)ISBN：978-7-111-36229-6洪景娥馮剛出版社：機械工業(yè)出版社本書配有電子課件2023/12/292第三章

鋼的熱處理2023/12/293一熱處理的定義及作用

1熱處理的定義：金屬或合金在固態(tài)下于一定介質(zhì)中加熱到一定溫度，保溫一定時間，以一定速度冷卻下來的一種綜合工藝。TtT保溫t保溫V冷卻V加熱2熱處理工藝曲線

四個重要參數(shù)：

V加熱、T保溫、

t保溫、V冷卻三個根本過程：加熱、保溫、冷卻§3-1熱處理概述2023/12/2942熱處理的意義及作用

意義：應(yīng)用廣泛、效果顯著：汽車零件80%；工模具、軸承100%例：45#鋼，840℃加熱，不同方式冷卻冷卻方式隨爐冷卻空氣冷卻油冷水冷卻HRC15~1818~2440~5052~60組織P+FP+F（少）組織細(xì)M+PM作用：〔1〕顯著提高材料的使用性能〔2〕改善加工性能〔切削、熱處理〕。2023/12/295二熱處理的條件有固態(tài)相變加熱時溶解度顯著變化的合金。α+LL+βα+βαLLL+γγα+γγ+

βα+

βL+β2023/12/296

為什么鋼能熱處理?①α→γ固態(tài)相變

﹄有相變重結(jié)晶②C溶解度顯著變化

﹄可固溶強化熱處理溫度區(qū)間：

A1＜

T＜TNJEF

熱處理第一步

—加熱奧氏體化LL+γγα+γγ+Fe3Cα+Fe3CαδL+Fe3CCESPQGKFDABC%6.69FeTJNHA1→Fe3C鐵碳相圖2023/12/297A1Ac1Ar1SAccmAcmArcmAc3A3Ar3鋼的熱處理中六個重要的溫度參數(shù)：

A1A3Acm；

Ac1Ac3Accm——加熱過程

Ar1Ar3Arcm——冷卻過程2023/12/298第一節(jié)鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變

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根底。共析鋼在A1臨界溫度下是珠光體組織，當(dāng)加熱溫度超過臨界點后珠光體就轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。亞共析鋼在A1臨界點溫度下是鐵素體和珠光體，當(dāng)溫度超過A1后，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體；如果繼續(xù)加熱，當(dāng)溫度A3臨界點鐵素體也可轉(zhuǎn)化為奧氏體。過共析鋼在A1臨界點溫度下是滲碳體和珠光體，當(dāng)加熱溫度超過A1后，珠光體轉(zhuǎn)變；如果繼續(xù)加熱至Acm以上，滲碳體將全部溶入奧氏體。鋼的加熱過程就是奧氏體的形成過程，這種組織轉(zhuǎn)變可以稱為奧氏體化。一、加熱溫度確實定2023/12/299奧氏體化中成分組織結(jié)構(gòu)的變化以共析鋼為例

F+Fe3C→A(727℃)

成分(C%)0.02186.690.77結(jié)構(gòu)體心立方復(fù)雜斜方面心立方

說明奧氏體化中須兩個過程：①C成分變化：C的擴散②鐵晶格改組：Fe擴散2023/12/29103奧氏體形成過程〔共析鋼〕〔4〕奧氏體中C的擴散均勻化。(萬秒)〔3〕剩余Fe3C的溶解；(千秒)〔2〕奧氏體向F及Fe3C兩側(cè)長大(幾百秒)四個階段：〔1〕奧氏體在F—Fe3C界面上形核〔10秒〕2023/12/29111．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。由于界面上的碳濃度處于中間值，原子排列也不規(guī)那么，原子由于偏離平衡位置處于畸變狀態(tài)而具有較高的能量。同時位錯和空間密度較高鐵素體和滲碳體的交接處在濃度結(jié)構(gòu)和能量上為奧氏體形核提供了有利條件。2．奧氏體長大奧氏體一旦形成，便通過原子擴散不斷張大在于鐵素體接觸的方向上，鐵素體逐漸通過改組晶胞向奧氏提轉(zhuǎn)化；在與滲碳體接觸的方向上，滲碳體不斷溶入奧氏體。3．剩余滲碳體溶解由于鐵素體的晶格類型和含碳量的差異都不大，因而鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變總是先完成。當(dāng)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，這局部滲碳體不斷溶入奧氏體，直至完全消失。4．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。2023/12/29124亞共析鋼、過共析鋼的奧氏體化過程

亞共析鋼：F+P→F+A→A

過共析鋼：Fe3C+P→Fe3C+A→A如果加熱溫度過高，或者保溫時間過長，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(xué)性能。

*奧氏體化的目的：獲成分均勻、晶粒細(xì)小的奧氏體晶粒*實際熱處理中須控制奧氏體化程度。2023/12/2913三奧氏體晶粒度及影響因素1奧氏體晶粒度概念奧氏體晶粒度表示奧氏體晶粒大小，工業(yè)上一般分為8級。

1-4級粗(0,-1)，5-8級細(xì)，8級以上極細(xì);

計算式：n=2N-1

N：晶粒度級別

n：1平方英寸視場中所包含的平均晶粒數(shù)(100X)。

2023/12/2914奧氏體有三種不同概念的晶粒度

(1)初始晶粒度：奧氏體轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時的晶粒大小。

——通常極細(xì)小

(2)實際晶粒度：具體加熱條件下獲得的奧氏體晶粒大?、倥c具體熱處理工藝有關(guān)：熱處理溫度↑，時間↑，晶粒長大。

②與晶粒是否容易長大有關(guān)

———

引入本質(zhì)晶粒度概念2023/12/2915〔3〕本質(zhì)晶粒度指鋼在特定的加熱條件下，奧氏體晶粒長大的傾向性，分為本質(zhì)粗晶粒鋼和本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。測定方法：加熱至930±10℃，保溫8h，假設(shè)A晶粒1-4級：本質(zhì)粗晶粒鋼，5-8級：本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。2023/12/2916關(guān)于本質(zhì)晶粒度概念的要點：

①表征該鋼種在通常的熱處理條件下A晶粒長大的趨勢，不代表真實、實際晶粒大小；②本質(zhì)粗晶粒鋼實際晶粒度并非一定粗大，本質(zhì)細(xì)晶粒鋼實際晶粒度并非一定細(xì)?。欢c具體的熱處理工藝有關(guān)。③本質(zhì)晶粒度主要與成分或冶煉條件有關(guān)機理：難溶粒子的機械阻礙作用

Al脫氧鎮(zhèn)靜鋼含V、Ti、Nb、Zr鋼2023/12/2917機理：難溶粒子的機械阻礙作用例如：AlN、VN、TiN、NbN、ZrN本質(zhì)細(xì)晶粒鋼本質(zhì)粗晶粒鋼2023/12/2918第二節(jié)

奧氏體鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變

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，即等溫冷卻和連續(xù)冷卻。2023/12/2919熱處理的兩種冷卻方式：等溫冷卻

——過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線連續(xù)冷卻——過冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線2023/12/2920一、奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

〔一〕奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線一般用金相硬度法測定。圖3-5是共析鋼C曲線測定方法示意圖。圖3-6是實測的共析鋼C曲線。圖3-6共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線2023/12/2921一過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動力學(xué)曲線

(Temperature-Time-Transformation)Tτ

A1MsMfA→MM+ARA過冷A→BA→PAPB700500200

τ孕HRC15404555>60110102103104105過冷奧氏體與奧氏體的區(qū)別——C曲線

產(chǎn)物：P：珠光體B：貝氏體M：馬氏體鼻點2023/12/2922

2要點;①不同溫度下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同；高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(A1~550℃)：珠光體(P)——擴散型中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(550℃~MS)：貝氏體(B)—半擴散型低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(MS~Mf)：馬氏體(M)——非擴散型2023/12/2923②存在孕育期

——過冷奧氏體等溫分解所需的準(zhǔn)備時間

——代表A過冷穩(wěn)定性。③存在鼻點：

——孕育期最短，A過冷最不穩(wěn)定；④T轉(zhuǎn)↓，產(chǎn)物硬度↑。⑤馬氏體是過冷奧氏體連續(xù)冷卻中的一種轉(zhuǎn)變組織，非等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。將其畫入，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線更完備、實用2023/12/2924〔1〕高溫轉(zhuǎn)變〔珠光體轉(zhuǎn)變〕珠光體轉(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。珠光體的轉(zhuǎn)變機理如圖3-7所示，微觀組織如圖3-8所示。2023/12/2925珠光體晶團2023/12/2926圖3-8珠光體的顯微組織〔a〕光學(xué)顯微組織〔硝酸酒精侵蝕，500×〕；〔b〕電子顯微組織〔硝酸酒精侵蝕，3800×〕2023/12/2927〔1〕

中溫轉(zhuǎn)變〔貝氏體轉(zhuǎn)變〕轉(zhuǎn)變溫度為550℃～Ms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，僅從面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方晶格。奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的過程與轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的不同，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(xì)的滲碳體。這種過飽和鐵素體和細(xì)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)，550℃～350℃范圍內(nèi)，等溫轉(zhuǎn)變成的組織稱為上貝氏體；350℃～Ms范圍，等溫轉(zhuǎn)變成的組織稱為下貝氏體。圖3-9上貝氏體的顯微組織

圖3-10下貝氏體的顯微組織2023/12/2928〔3〕粒狀貝氏體粒狀貝氏體也是在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，由奧氏體轉(zhuǎn)變成的組織。粒狀貝氏體是由鐵素體及由鐵素體基體所包圍著的小島狀組織所組成，這些小島狀組織形態(tài)很不規(guī)那么，常呈粒狀或長條狀，如圖3-15，圖3-16所示。粒狀貝氏體的形成與鋼的成分及轉(zhuǎn)變溫度有關(guān)。在電廠用鋼中，粒狀貝氏體常出現(xiàn)于低碳的Cr-Mo鋼和Cr-Mo-V鋼等鋼種的原材料及焊接接頭中。2023/12/29292023/12/29302023/12/29312023/12/29322馬氏體組織特征(1)板條狀馬氏體①單元體(單晶體)

板條狀組合特征：0.1~0.3μm<10μm馬氏體束

一些位向相同的板條晶構(gòu)成馬氏體束；原奧氏體晶粒中含3~5個位向不同的M束

—塊狀馬氏體2023/12/29333馬氏體的性能(1)硬度和強度特點：總體：高硬度、高強度注意：Ⅰ、硬度、強度主要取決于C%,Me影響小。C%↑,馬氏體HRC↑。Ⅱ、須注意馬氏體硬度與鋼硬度的差異。C%↑,淬火鋼HRC↑,0.6%C后根本趨于定值。2023/12/29342023/12/2935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：高硬度是馬氏體的主要特征。鋼的硬度與其含碳量有關(guān)，如圖3-21所示。含碳量愈多，硬度愈高；當(dāng)含碳量超過0.6%以后，鋼的硬度就增加不多。鋼的硬度與含碳量的關(guān)系2023/12/2936馬氏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)生了大量的位錯或?qū)\晶引起了加工強化的結(jié)果。高碳馬氏體具有高的硬度，但韌性很低，脆性大；馬氏體針葉愈粗大，韌性愈低，脆性愈大。所以，淬火得到高碳馬氏體后，必須作消除脆性的回火處理才能應(yīng)用。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。〔3〕馬氏體轉(zhuǎn)變的特點奧氏體是在Ms點溫度以下轉(zhuǎn)變成馬氏體的。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г-Fe轉(zhuǎn)化為體心立方晶格а-Fe。由于碳原子無擴散能力而過飽和固溶在α-Fe中，當(dāng)含碳量大于0.25%時，將使晶格撐開。2023/12/2937馬氏體的形成速度極快。馬氏體轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍〔Ms～Mf〕內(nèi)進行的。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是一個連續(xù)冷卻的過程。鋼Ms和Mf點溫度的上下取決于奧氏體中含碳量，奧氏體中含碳量愈高，Ms和Mf溫度愈低，如圖3-22所示。當(dāng)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)量的剩余奧氏體。2023/12/2938剩余奧氏體的存在會降低鋼的強度和硬度，影響鋼的耐磨能力。當(dāng)然如果鋼中有剩余奧氏體存在，可減少淬火時的變形并增加淬火鋼的韌性，剩余奧氏體還有阻止裂紋擴散的作用。所以，一定量的剩余奧氏體存在于鋼中，并不是有害的。從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體后體積要膨脹。體積的膨脹將引起很大的內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力又稱為組織應(yīng)力。而從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時需要快速冷卻，在短時間內(nèi)溫度變化很大，使鋼熱脹冷縮又會產(chǎn)生一種內(nèi)應(yīng)力，這種內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。這兩種應(yīng)力的疊加，是造成鋼件淬火開裂和變形的重要原因。〔三〕含碳量對奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的影響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溫轉(zhuǎn)變曲線有所不同，如圖3-23、圖3-24所示。2023/12/2939從中可以看出，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析轉(zhuǎn)變線。說明亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體在等溫轉(zhuǎn)變過程中分別先析出鐵素體和滲碳體，然后再完成珠光體轉(zhuǎn)變過程。2023/12/2940亞共析鋼、過共析鋼C曲線：以珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)槔簛喒参鲣撝楣怏w型轉(zhuǎn)變式：

A→F先共析

+P

過共析鋼珠光體型轉(zhuǎn)變式：

A→Fe3C先共析

+P2023/12/2941

1高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物——Fe、C均擴散亞共析鋼：F+P;共析鋼：P；過共析鋼：P+Fe3C┗珠光體類型化學(xué)成分與晶格類型的轉(zhuǎn)變均靠擴散實現(xiàn)

——擴散類型2023/12/29422中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物——Fe不擴散，C局部擴散α(C過飽和的〕+Fe3C的機械混合物┗貝氏體類型(B)化學(xué)成分的變化靠擴散實現(xiàn)晶格類型的轉(zhuǎn)變非擴散性——半擴散性2023/12/29433低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物Fe、C均不擴散——非擴散型得C在α-Fe中的過飽和固溶體┗馬氏體

——馬氏體類型(M)

2023/12/2944珠光體、貝氏體、馬氏體轉(zhuǎn)變特點比較轉(zhuǎn)變類型珠光體貝氏體馬氏體轉(zhuǎn)變溫度高溫(Ar1~550℃)中溫(BS~MS)低溫(<MS)擴散性Fe、C、Me擴散C擴散;Fe、Me不擴散C、Fe、Me均不擴散組成相兩相組織：α+Fe3C兩相組織：α(C)+FexC單相：C過飽和α(C)共格性無共格性共格性共格性2023/12/2945二、奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

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。連續(xù)冷卻時的速度不同，在各個轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域內(nèi)停留的時間也不同，所得到的各種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物相對數(shù)量也就不同，就會有不同的機械性能。連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變比較復(fù)雜，轉(zhuǎn)變規(guī)律不如等溫轉(zhuǎn)交明顯，有時有幾種組織，這些組織也較難區(qū)分。奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變在實際生產(chǎn)中，如一般淬火、正火、退火等，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)冷卻過程中的轉(zhuǎn)變具有十分重要的意義2023/12/2946

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，共析鋼的連續(xù)冷卻曲線如圖3—25所示。2023/12/2947奧氏體的連續(xù)沖卻曲線較難測定。工程上常參照等溫轉(zhuǎn)變曲線來近似地、定性地分析連續(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，并以此來分析其力學(xué)性能，如圖3－26所示。2023/12/2948

亞共析鋼或過共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線要比共析鋼復(fù)雜一些，45號鋼的連續(xù)冷卻曲線見圖3—27所示。連續(xù)冷卻曲線在生產(chǎn)實踐中具有效大的實用意義。可以用來制定正確的熱處理冷卻工藝，分析淬火、正火、退火后鋼件所得到的組織和力學(xué)性能；還可以用來分析焊接熱影響區(qū)的組織和力學(xué)性能。2023/12/2949第三節(jié)

鋼的熱處理工藝制定一、淬火

淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻從而得到馬氏體或下貝氏體組織的工藝。淬火的主要目的是把材料的組織轉(zhuǎn)變成馬氏體或下貝氏體。鋼的淬火是熱處理中的一種重要工藝，電廠許多的重要零部件如葉片、緊固件等都是采用淬火和回火的熱處理工藝，以便獲得優(yōu)良的使用性能?！惨弧臣訜釡囟鹊倪x擇碳鋼的淬火加熱溫度如圖3-28所示。從中可以看出，亞共析鋼的淬火溫度為Ac3以上30～50℃。加熱到此溫度范圍時，組織完全為奧氏體，淬火后的組織為均勻的馬氏體。如果加熱溫度小于Ac1，那么淬火后的組織中會因出現(xiàn)鐵素體而降低鋼的硬度。2023/12/2950一淬火加熱工藝參數(shù)的選擇1加熱溫度〔1〕化學(xué)成分：亞共析鋼：AC3+30~50℃過共析鋼：AC1+30~50℃假設(shè)T>Acm：①C%↑，MS↓；AR↑②粗大M，③氧化脫碳↑變形開裂↑2023/12/2951〔二〕

冷卻速度及冷卻介質(zhì)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。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)，理想的冷卻曲線如圖3—29所示。理想的冷卻曲線先應(yīng)稍慢冷卻，但在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)快速冷卻，不能碰及等溫轉(zhuǎn)變曲線；在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)也不應(yīng)該快冷。按這樣的速度冷卻，既能使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，又能適當(dāng)?shù)卣{(diào)整鋼件的溫差，減少淬火冷卻過程的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。生產(chǎn)中常用的淬火冷卻介質(zhì)是水和油。2023/12/29523淬火介質(zhì)〔1〕淬火介質(zhì)的要求①鼻點冷速大,MS附近冷速小；②穩(wěn)定，本錢低；③平安：無毒；不腐蝕工件。TτA1MS理想水油(2)常用淬火介質(zhì)①水：鼻溫：150℃/S；Ms：450℃/S。優(yōu)點：冷卻能力強；本錢低。缺點：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速過大，變形；應(yīng)用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件2023/12/2953②油：

Vmax：100~250℃/S，400~500℃；鼻溫：60~70℃/S；Ms：50℃/S。優(yōu)：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速小，不易變形；缺點：鼻溫區(qū)冷速過小，淬不透。應(yīng)用：合金鋼件③鹽水與堿水

10%NaCl水溶液；15%NaOH水溶液；

5%NaCO3水溶液；使蒸汽膜提前破裂；但腐蝕2023/12/29542023/12/29553淬透性測定方法〔1〕頂端淬火法φ25×100，2023/12/2956硬度測量法：50%M的硬度←C%淬透層深度50%M2023/12/29572023/12/29582023/12/2959TτA1MS分級淬火雙液淬火等溫淬火單液淬火三淬火方法2023/12/2960單液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入某種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。預(yù)冷淬火現(xiàn)在空氣或爐中冷至臨界點稍高一點的溫度再放入冷卻介質(zhì)中冷卻——降低溫差，減少熱應(yīng)力和組織應(yīng)力?！残枰?jīng)驗控制〕優(yōu)點：操作簡單；缺點：對尺寸較大的工件易產(chǎn)生變形或開裂。TτA1MS2023/12/2961雙液淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms溫度，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，完成M轉(zhuǎn)變的淬火方法。通常用水作快冷介質(zhì)，油做慢冷介質(zhì)。優(yōu)點：保證工件得到M；減少組織應(yīng)力防止工件變形或開裂；缺點：時間需要嚴(yán)格控制。TτA1MS2023/12/2962分級淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度略高于Ms點的鹽浴或堿浴爐中保溫，待內(nèi)外溫度均勻后再從爐中取出空冷至室溫，完成M轉(zhuǎn)變。優(yōu)點：保證工件得到M；減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力；防止工件變形開裂；克服雙液法時間難以控制缺點：大截面積尺寸工件難以到達要求TτA1MS2023/12/2963等溫淬火法將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度略高于Ms點的鹽浴或堿浴爐中保溫足夠長時間，得到下B組織，然后取出空冷的淬火方法。優(yōu)點：保證工件得到下B；減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力；防止工件變形和開裂；適宜于形狀復(fù)雜、尺寸精密工件。缺點：大截面積尺寸工件難以到達要求TτA1MS2023/12/29645．

外表淬火將鋼件的外表迅速地加熱到奧氏體化的溫度，再將鋼件迅速的冷卻到室溫，使外表的組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而心部的組織為來的及變化，這種方法稱為外表淬火，如圖3－32所示。外表淬火的零件，一般是用中碳鋼制造的。外表淬火的加熱方法最常用的是火焰加熱和感應(yīng)電加熱兩種?；鹧婕訜嵬獗泶慊鸩僮鞴に嚾鐖D3－33所示?；鹧婕訜嵬獗泶慊鸬拇阌矊由疃纫话銥?~6mm，這種操作方法比較簡便，但加熱溫度不易控制，鋼件外表質(zhì)量不夠穩(wěn)定。感應(yīng)電加熱外表淬火是利用感應(yīng)電流對鋼件外表進行加熱，然后噴水冷卻，使鋼件外表淬硬的一種熱處理方法。感應(yīng)電加熱溫度容易控制，加熱速度極快，外表質(zhì)量比較穩(wěn)定，是目前應(yīng)用得較為廣泛的外表淬火方法。2023/12/2965二、回火

將淬火后的鋼件再加熱到臨界點AC1以下的某一溫度，經(jīng)過一定時間的保溫，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s到室溫，這種方法成為回火。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)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，其至?xí)?dǎo)致變形和開裂。回火的目的是為了降低鋼的脆性，消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸。控制回火的加熱溫度，還可得到所需要的組織和機械性能。一般情況下，回火是熱處理的最后一道工序，對鋼的機械性能有很大的影響。

〔一〕回火時組織和性能的變化回火過程中，隨著加熱溫度的上下不同，淬火成馬氏體組織的鋼將發(fā)生四個階段的組織變化。2023/12/29661．室溫～200℃，馬氏體分解為回火馬氏體在這一溫度回火時，馬氏體不斷地析出極細(xì)的ε碳化物(Fe2.4C)。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，ε族化物是彌散地分布在馬氏體的根本上與馬氏體保持著共格關(guān)系，這種組織稱為回火馬氏體。由于碳化物是均彌散得分部在馬氏體上的，所以回火馬氏體與淬火馬氏體的形態(tài)根本一樣，只是在相同腐蝕條件下，回火比淬火更易腐蝕，金相片中的組織成黑色，如圖3－34。圖3-34回火后的金相組織2023/12/29672．200～300℃，剩余奧氏體分解為回火馬氏體含碳量大于0.6%的鋼，淬火后往往有一局部剩余奧氏體組織。當(dāng)淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體后使體積縮小，從而減小了對剩余奧氏體的壓力，為其分解提供條件，它也分解為回火馬氏體，然后，鋼的硬度會有所提升。3．300～400℃ε碳化物是不穩(wěn)定的，隨著溫度的升高，向滲碳體轉(zhuǎn)化。這要在溫度升高時才能轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)化過程是以ε相重新溶入α－Fe，F(xiàn)e3C又從α－Fe不斷析出這一方式進行的。這要在溫度升高到250℃以后，碳原子的活動稍強了一些才有條件，在400℃以下的溫度，所形成的滲碳體〔Fe3C〕，是細(xì)粒狀的。這種細(xì)粒狀的滲碳體和鐵素體的機械混合物稱為屈氏體，用符號T表示，2023/12/29684．400℃以上，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w當(dāng)回火溫度高于400℃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，鐵素體的過飽和度也過度到多邊晶粒。有顆粒裝的滲碳體和多邊晶粒組成的機械混合物稱為索氏體，用符號C表示，如圖3－36所示。2023/12/2969綜上：回火加熱的溫度不同，馬氏體的含碳量、剩余奧氏體、內(nèi)應(yīng)力及碳化物的尺寸大小也不同，如圖3-37所示。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、剩余奧氏體和內(nèi)應(yīng)力均隨回火溫度的升高而降低；當(dāng)超過100℃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大。這些組織上的變化將導(dǎo)致機械性能的改變，如圖3-38所示。2023/12/2970〔3〕回火脆性②分類：第一類回火脆性(低溫~〕250~400℃，不可逆性；第二類回火脆性〔高溫~〕450~650℃，可逆性；①定義：隨回火溫度提高，淬火鋼韌性在某些溫度區(qū)間顯著下降的現(xiàn)象。100200300400500600700回火溫度，℃510152025ak快冷慢冷0.3%C-1.7%Cr-3.4Ni2023/12/2971③低溫回火脆性形成原因及防止方法形成原因：片狀碳化物沉淀理論;雜質(zhì)偏聚：防止方法：a.防止在此溫度區(qū)間回火；b.采用等溫淬火.注：無論碳鋼、合金鋼，只要在該溫區(qū)回火，就會產(chǎn)生低溫回火脆性2023/12/2972④第二類回火脆性形成原因及防止方法特點：a.與回火后冷卻速度有關(guān)；b.可逆性；產(chǎn)生原因：P、Sn、As、Sb等雜質(zhì)元素晶界偏聚防止方法：a.↑鋼純度b.回火后快冷c.參加Mo、W等元素

注：碳鋼不產(chǎn)生高溫回火脆性,合金鋼尤含Mn、Cr的合金鋼易產(chǎn)生回火脆性2023/12/2973〔二〕回火的分類1．低溫回火〔150～250℃〕低溫回火后所得到的組織為回火馬氏體?；鼗鸷髢?nèi)應(yīng)里和脆性降低；但保持了高硬度〔HRC=58～64〕，鋼件具有高的耐磨性。主要用于工具、模具、滾動軸承、易磨損件以及滲碳或外表淬火后的回火處理。2．中溫回火〔350～450℃〕中溫回火所得到的組織為屈氏體。回火后鋼的特點是有叫高的彈性極限和屈服極限，內(nèi)應(yīng)力根本消除，所以具有較好的韌性。主要用語處理各種彈簧件以及某些強度要求較高的軸類、刀桿和軸套等。3．高溫回火〔500～650℃〕高溫回火所得到的組織為索氏體。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，具有交好的綜合的機械性能。淬火后再驚醒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。2023/12/2974一、退火將鋼件加熱，保溫在緩慢冷卻〔通常是隨爐冷卻〕至室溫的熱處理工藝，稱為退火。退火后所得到的組織根本上就是鐵碳相圖中所標(biāo)的碳鋼組織，如亞共析鋼為鐵素體和珠光體。退火的主要目的是降低鋼的硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，提高塑性和韌性。提貨還可以西畫晶粒，改善鋼的組織和機械性能。根據(jù)鋼的化學(xué)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。各種退火的加熱溫度如圖3-39所示。2023/12/29753退火目的

總體：改善組織，提高性能①降低硬度，改善切削加工性能；適合機加工的硬度范圍：150~250HB②細(xì)化晶粒；均勻組織；③消除內(nèi)應(yīng)力.

注：當(dāng)為目的②時，往往用正火代替退火2023/12/2976晶粒細(xì)化的原因：完全退火→相變重結(jié)晶過程.α→γ→ααγα40鋼退火前后金相組織——晶粒細(xì)化2023/12/29772023/12/2978正火與退火態(tài)45鋼機械性能狀態(tài)σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180注：正火態(tài)強硬度與塑韌性均較高2023/12/2979二正火目的、用途和工藝1定義：鋼加熱到AC3或ACm以上的A區(qū)域，保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝。

——?；?/p>

與退火的區(qū)別：加熱溫度較高；冷卻速度較快；獲得組織較細(xì)(索氏體)——強硬度與塑韌性較高；生產(chǎn)效率較高①②①正火②退火2023/12/29802目的：①細(xì)化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷；②提上下碳鋼硬度，改善切削加工性能；③消除高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備；④型材或大型復(fù)雜鑄鋼件的最終熱處理2023/12/2981三正火與退火的選用C%<0.25%的低碳鋼——多用正火；提高硬度C%:0.25~0.5%——可正火、可完全退火；C%:0.5~0.75%——完全退火；C%>0.75%——球化退火C%>0.9%——有網(wǎng)狀碳化物┗正火(消網(wǎng))＋球化退火

1退火與正火—珠光體類型組織的應(yīng)用2能用正火處那么不用退火。正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理2023/12/2982第四節(jié)鋼的化學(xué)熱處理概念：鋼件置于化學(xué)介質(zhì)中，加熱到一定的溫度保溫一定的時間，使介質(zhì)中的活性原子滲入鋼件的外表層，以改變表層的化學(xué)成方和組織，從而使鋼件的外表獲得某些特殊的性能，這種工藝稱為化學(xué)熱處理?；瘜W(xué)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。化學(xué)熱處理雖然很多，根本原理是一樣的，都包括以下三個處理過程：〔1〕化學(xué)介質(zhì)的分解化學(xué)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[c]。只有分解出了新生狀態(tài)的活性原子才能被零件外表吸收并滲入到鋼中?！?〕活性原子被金屬外表吸收活性原子是向鋼的固溶體中溶解，如滲碳時[c]向奧氏體中溶解但在活性原子濃度很高的情況下，固溶體到達飽和濃度以后，活性原子將與鋼中某些元素形成化合物?！?〕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)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(xué)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。2023/12/2983一、滲碳滲碳是把鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱，使碳原子進入材料表層的過程。主要目的是提高外表的硬度和耐磨性。滲碳適用于低碳鋼和低碳合金鋼。常用滲碳工藝有固體滲碳和氣體滲碳兩種方法。2023/12/2984(一)固體滲碳滲碳過程如下：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，碳酸鹽那么起著催化作用，促進產(chǎn)生更多的活性碳原于滲入工件外表。滲碳溫度和在該溫度下所停留的時間長短，直接影響著滲碳層的厚度，這三者之間的關(guān)系如圖3—41所示。滲碳后的冷卻方式，需視情況而定。2023/12/2985〔二〕氣體滲碳工件在密封的爐膛中被加熱至900～950℃，向密封的爐膛內(nèi)通入滲碳?xì)怏w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外表層，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?xì)浠衔铮部芍苯油ㄈ氤鞘忻簹饣蚴鸵夯瘹馔ㄈ氲囊簯B(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。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制。2023/12/2986〔三〕滲碳后的熱處理滲碳后必須經(jīng)過淬火和回火。常用的有一次淬火加回火或二次淬火加回火的熱處理工藝。零件滲碳后，外表層的碳濃度最高，約為0.91%~1.2%的碳含量，由外表向中心，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，外表過共析的F+P，過渡為共析的P，中心為亞共析的F+P，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)狀分布。一次淬火法是將滲碳后的零件，在加熱到A1~A3之間，進行淬火，然后在160~180℃回火。二次淬火法是將滲碳后的零件，先加熱到A3溫度以上進行淬火，以期消除外表層的網(wǎng)狀滲碳體并細(xì)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。零件經(jīng)滲碳及隨后的淬火處理后，其外表層的組織為回火馬氏體及二次滲碳體〔包括少量的剩余奧氏體〕，硬度為HRC58~62。中心局部.，一般為鐵素體和珠光體。2023/12/2987二、滲氮滲氮是把氮滲入到鋼外表層的熱處理工藝，主要目的是提高外表硬度、耐磨性、疲勞強度、耐腐蝕性等。由于滲氮層極薄、極硬，滲氮后可直接使用，滲氮前鋼須經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理。滲氮一般適用于中碳合金鋼。滲氮有氣體滲氮和液體滲氮兩種。2023/12/2988氣體滲氮是將零件放入密封的鐵箱中，置于熱處理爐子中加熱，并將氨氣通入鐵箱中。氨氣在較高的溫度下，分解處活性的氨原子，活性氨原子滲入鋼鐵外表，并逐步向中心擴散。氨的分解反響如下：2NH3—>3H2+2[N]氨的分解在200℃以上開始，同時因為鐵素體對氫有一定的溶解能力，所以氣體滲氮一般均在500-570℃溫度范圍內(nèi)進行的。滲氮處理速度較慢.2023/12/2989液體滲氮是把零件置于含有活性原子的熔鹽中進行的。滲氮溫度與氣體滲氮相同，但是由于液態(tài)熔鹽直接與零件相接觸，使?jié)B氮的時間大為縮短。滲氮用的熔鹽主要成分為鉀、鈉的氰化鹽，碳酸鹽和氯化物；氰化鹽的作用是供給活性氮原子，碳酸鹽和氯化物的作用是調(diào)整和控制鹽浴的熔點并增加熔鹽的流動性。2023/12/2990三、碳氮共滲碳氮共滲又叫氰化，是使鋼鐵外表同時滲入碳原子和氮原子的化學(xué)熱處理工藝。目的是提高外表硬度、耐磨性和疲勞強度，所得到的效果比單一的滲碳或滲氮更好。常用的氰化工藝有氣體碳氮共滲和液體共滲。2023/12/2991〔一〕氣體碳氮共滲概念：在氣體滲氮的條件下，送入滲氮氣體的同時，再向爐內(nèi)通入氨氣，到達滲碳有滲氮的雙重目的。由于氨的參加，便能在比滲碳處理低的溫度下進行碳氮共滲。氣體碳氮共滲目前常用的為中溫氣體滲碳氮低溫氣體滲碳氮兩種。1．中溫氣體碳氮共滲碳鋼和低合金鋼的零件，共滲溫度選在840-860℃，這樣的溫度晶粒不致長大，變形較小，并可在碳氮共滲后直接進行淬火于那些尺寸小、形狀復(fù)雜、變形要求很小的耐磨零件。零件經(jīng)中溫氣體碳氮共滲后也需要進行淬火低溫回火，以改善其外表層和中心局部的組織和性能。2．低溫氣體碳氮共滲共滲溫度一般選用520-570℃，共滲介質(zhì)