機(jī)械工程材料：第七章 鋼的熱處理

第七章鋼的熱處理定義－－熱處理是將金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。目的：１）使其組織結(jié)構(gòu)與性能達(dá)到使用要求，這一目的通常由排在粗機(jī)加工之后的熱處理工序（一般稱為最終熱處理）達(dá)到。熱處理是充分發(fā)揮金屬材料內(nèi)在潛力，提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命的重要措施；２）改善鋼的切削加工性能，并為最終熱處理作組織上的準(zhǔn)備。熱處理原理的基本內(nèi)容：在加熱及冷卻過(guò)程中組織的變化規(guī)律。熱處理工藝的基本內(nèi)容：根據(jù)熱處理原理制訂的加熱溫度及冷卻速度等具體參數(shù)。分類：

普通熱處理：包括退火、正火、淬火和回火；

表面及化學(xué)熱處理：包括表面淬火和化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、碳氮共滲等）；

其他熱處理：包括形變熱處理、真空熱處理。

本章內(nèi)容(鋼的熱處理)：7.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變7.２鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變7.３鋼的退火和正火7.４鋼的淬火7.5鋼的回火7.６鋼的淬透性7.6鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理7.1鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、轉(zhuǎn)變溫度

平衡:A1,A3,Acm

加熱:Ac1,Ac3,Accm

冷卻:Ar1,Ar3,Arcm

加熱是熱處埋的第一道工序，淬火、正火及多數(shù)退火處理都要把鋼件加熱到臨界溫度以上，使鋼的組織全部或部分轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。奧氏體化－－通過(guò)加熱得到成分均勻的奧氏體的過(guò)程。二、奧氏體的形成（一）奧氏體的形成過(guò)程

１、晶核的形成:

溫度在Ac1以上,珠光體不穩(wěn)定,在鐵素體和滲碳體界面首先形成奧氏體晶核。２、晶核的長(zhǎng)大:３、剩余滲碳體的溶解

４、奧氏體成分的均勻化

取決于影響碳的擴(kuò)散速度的因素

１.加熱溫度：增高，奧氏體化速度加快

２.加熱速度：愈快，過(guò)熱度愈大，發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度愈高，轉(zhuǎn)變的溫度范圍愈寬，完成轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間愈短。

３.鋼中碳含量：增加，滲碳體量增多，

鐵素體和滲碳體的相界面增大，因而奧氏體的核心增多，轉(zhuǎn)變速度加快。

４.合金元素：不改變奧氏體形成的基本過(guò)程，但顯著降低奧氏體的形成速度。

５.原始組織：原始P中，滲碳體為片狀時(shí)，A形成速度快、長(zhǎng)大速度快。

（二）影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素三、奧氏體晶粒大小及影響因素鋼的奧氏體晶粒的大小直接影響冷卻所得組織和性能。（一）晶粒度－－是指多晶體內(nèi)晶粒的粗細(xì)把鋼的晶粒度分為八級(jí)：１~４級(jí)者為粗晶粒５~８級(jí)者為細(xì)晶粒比８級(jí)更細(xì)者為超細(xì)晶粒加熱中對(duì)鋼的性能影響最大的組織因素是奧氏體晶粒的粗細(xì)。加熱的基本要求是在保證奧氏體化的前提下使奧氏體晶粒細(xì)小。起始晶粒度－－指珠光體剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)晶粒的粗細(xì)。實(shí)際晶粒度－－指具體熱處理或熱加工條件下奧氏體晶粒的粗細(xì)。本質(zhì)晶粒度－－鋼加熱到930℃±10℃、保溫8小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度。

１、加熱溫度及保溫時(shí)間：加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒愈粗

２、鋼的化學(xué)成分：含碳量越高，晶粒越細(xì)加入碳化物形成元素，氧化物、氮化物形成元素，使晶粒變細(xì)；

Mn、P促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大（二）影響奧氏體晶粒度的因素本質(zhì)粗晶粒鋼－－僅用硅、錳脫氧的鋼，其晶粒隨溫度升高逐漸長(zhǎng)大，加熱到930℃保溫后晶粒已粗化到4級(jí)以下；本質(zhì)細(xì)晶粒鋼－－進(jìn)一步用鋁脫氧的鋼，加熱溫度在930℃以下基本不長(zhǎng)大，晶粒度在4級(jí)以上；這類鋼熱處理后的質(zhì)量?jī)?yōu)于粗晶粒鋼，但加熱溫度一般應(yīng)控制在930℃以下。7.２鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變冷卻方式:

等溫冷卻：將已奧氏體化的鋼迅速冷卻到Ar1以下某一溫度，并保持該溫度直到過(guò)冷奧氏體分解完畢。

連續(xù)冷卻：將己奧氏體化的鋼置于某種介質(zhì)中使其溫度連續(xù)下降的過(guò)程。鋼通過(guò)加熱和保溫，使其奧氏體化后，以不同的速度（或等溫）冷卻下來(lái)，可得到差別顯著的性能。這些差別都是過(guò)冷奧氏體在不同冷卻速度下轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌M織的結(jié)果。一、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（一）共析鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

C曲線（等溫轉(zhuǎn)變圖）－－較全面地反映了過(guò)冷奧氏體在不同過(guò)冷度下等溫轉(zhuǎn)變的開始和終了時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及其轉(zhuǎn)變與溫度和時(shí)間的關(guān)系。

C曲線的建立:C曲線分析:

A1以上,奧氏體穩(wěn)定，不發(fā)生轉(zhuǎn)變；

A1以下,孕育期的長(zhǎng)短標(biāo)志著過(guò)冷奧氏體在該溫度下的穩(wěn)定性?！氨羌狻痹杏谧疃蹋D(zhuǎn)變速度也最快；高于550的高溫區(qū)，等溫溫度愈高，孕育期愈長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變速度也愈慢；自“鼻尖”以下至馬氏體線的中溫區(qū)內(nèi)，等溫溫度愈低，孕育期愈長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變速度也愈慢。（二）過(guò)冷等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和特性珠光體－－鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物。貝氏體－－碳化物（滲碳體）分布在碳過(guò)飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。馬氏體－－碳在

－Ｆe中的過(guò)飽和固溶體。索氏體－－亦是鐵素體與滲碳體層狀復(fù)相組織，但比珠光體細(xì)密，索氏體又稱為細(xì)珠光體。１、高溫轉(zhuǎn)變：珠光體轉(zhuǎn)變－－擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變－－在A１~550℃

溫度范圍內(nèi)，等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物為珠光體。首先在奧氏體晶界上形成一薄層滲碳體，這時(shí)其周圍由于碳集中形成滲碳體而貧碳，奧氏體的局部貧碳促使鐵素體形成，因此在滲碳體二側(cè)出現(xiàn)鐵素體薄層，鐵素體的形成使其周圍成為富碳區(qū)，這又有利滲碳體薄層在鐵素體一側(cè)形成，在這種橫向長(zhǎng)大的同時(shí)，滲碳體薄層和鐵素體薄層向前增長(zhǎng)，這樣互相促進(jìn)，就形成了層狀珠光體組織。２、中溫轉(zhuǎn)變：貝氏體轉(zhuǎn)變－－半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變－－在550℃

~Ms（230℃

）之間，等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物為貝氏體。上貝氏體：約在550℃~350℃溫度范圍內(nèi)形成，其金相組織呈羽毛狀，是一束相間大致平行、含碳過(guò)飽和度較小鐵素體板條，并在諸板條的間界上分布著沿板條長(zhǎng)軸方向順著排列的碳化物短棒或小片。

下貝氏體：約在350℃~250℃溫度范圍內(nèi)形成，其金相組織呈片狀，這種組織是雙凸透鏡狀的、含過(guò)飽和碳的鐵素體，并在其內(nèi)分布著單向排列的碳化物小薄片。３、低溫轉(zhuǎn)變：馬氏體轉(zhuǎn)變－－非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變－－溫度低于Ms點(diǎn),轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為馬氏體。與珠光體、貝氏體轉(zhuǎn)變不同，馬氏體轉(zhuǎn)變不能在恒溫下發(fā)生,而是在Ms-Mf之間連續(xù)冷卻時(shí)完成。

凡是提高過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定的因素，都使孕育期延長(zhǎng)，轉(zhuǎn)變速度減慢，表現(xiàn)為C曲線右移；凡是降低過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定的因素，則結(jié)果相反，表現(xiàn)為C曲線左移。１、含碳量的影響２、合金元素的影響３、其它因素的影響（三）影響C曲線的因素１、含碳量的影響----共析碳鋼的過(guò)冷奧氏體最穩(wěn)定，C曲線最靠右；亞共析碳鋼過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性隨含碳量的增多而增加，C曲線隨含碳的增加向右移；過(guò)共析碳鋼過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性隨含碳量的增加而降低，C曲線隨含碳量增加向左移。

返回２、合金元素的影響－－－多數(shù)合金元素（鈷除外），只要在加熱時(shí)溶于奧氏體中，都會(huì)增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移；非碳化物形成元素,如:Si,Ni,Cu,只使C曲線右移；鉻、鉬、鎢、釩等碳化物形成元素溶入量較多時(shí)還有改變C曲線形狀的作用，不僅使C曲線右移,而且產(chǎn)生兩個(gè)“鼻子”。

返回３、其它因素的影響奧氏體晶粒愈大，則晶界愈少，從而使新相生核的界面減少，即C曲線向右移；奧氏體的成分愈均勻，則愈難分解，即C曲線右移；凡不溶于奧氏體的質(zhì)點(diǎn)均會(huì)使C曲線左移。因?yàn)榇藭r(shí)奧氏體發(fā)生分解時(shí)，它們便成為珠光體形成的核心，從而增大珠光體的生核率，使奧氏體愈易分解。加熱溫度愈高、保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，C曲線右移。

返回二、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變（一）過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線

CCT曲線

.建立:P98

.分析:

（二）CCT曲線與C曲線比較CCT曲線位于C曲線的右下方；說(shuō)明連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的時(shí)間有所推遲，完成珠光體轉(zhuǎn)變的溫度要低些；CCT曲線中沒(méi)有貝氏體區(qū)。貝氏體組織只有在等溫處理時(shí)才能得到。

7.３鋼的退火和正火一、退火定義：將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）的熱處理工藝稱為退火。退火態(tài)組織基本上接近于平衡組織。分類：完全退火(重結(jié)晶退火)

等溫退火

球化退火

擴(kuò)散退火

去應(yīng)力退火

（一）完全退火定義：使鋼完全奧氏體化的工藝。主要用于亞共析鋼。目的:

＊使熱加工造成的粗大、不均勻的組織細(xì)化、均勻化；

＊降低硬度，改善切削加工性能。規(guī)范：把鋼加熱至Ａc3以上20~30℃,保溫一定時(shí)間，然后隨爐緩冷。應(yīng)用：鑄鋼件進(jìn)行完全退火的目的，是消除其粗大晶粒及對(duì)機(jī)械性能有害的魏氏組織，以提高其機(jī)械性能。（二）等溫退火定義：將鋼件加熱到高于Ａc3的溫度，保溫適當(dāng)時(shí)間后，以較快速度冷卻到稍低于Ar1的溫度，并等溫保持，直至相變完畢，再爐冷及空冷的熱處理工藝。目的：與完全退火相同。（三）球化退火定義：使鋼中碳化物球化的熱處理工藝。部分奧氏體化。主要用于：過(guò)共析鋼，如:工具鋼，T8、T9、T10...T12，滾動(dòng)軸承鋼；規(guī)范：將鋼件加熱到Ac1以上10~20℃，保溫后隨爐以很緩慢的速度（20~60℃/h）冷卻到點(diǎn)500℃出爐。目的：＊使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球化，以降低硬度、改善切削加工性、改善組織；＊為后續(xù)的淬火處理作好組織上的準(zhǔn)備。（四）擴(kuò)散退火規(guī)范：將鋼材加熱到很高的溫度（略低于固相線的溫度），進(jìn)行8~15小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的：減少工件的化學(xué)成分和組織的不均勻性。不利面：晶粒很粗，需加完全退火或正火。（五）去應(yīng)力退火定義：為消除工件中的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的低溫退火。規(guī)范：將工件加熱到低于Ac１的某一溫度（一般為500~650℃），保溫，然后隨爐冷卻。目的：消除應(yīng)力。二、正火定義：將工件加熱到Ac3或Accm以上30-50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后，空冷，得到珠光體類組織(一般為索氏體）的熱處理工藝。目的：使組織正常化、細(xì)化。應(yīng)用：＊作為最終熱處理：對(duì)機(jī)械性能要求不很高的零件；

＊作為預(yù)先熱處理：在淬火或調(diào)質(zhì)處理前進(jìn)行；＊改善切削加工性能：提高硬度。正火與完全退火的異同加熱溫度相近,冷速快,生產(chǎn)周期較短；能獲得更高的強(qiáng)度,硬度；因是空冷,設(shè)備利用率較高,節(jié)約能源,成本較低。

退火與正火的選用（1）含碳量C<0.3用正火?？杉?xì)化晶粒，改善切削加工性能。（2）含碳量C=0.3%~0.5%的碳鋼用正火。可使加工表面光潔、生產(chǎn)率高，因而降低成本。但復(fù)雜零件尚須進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的退火。（3）含碳量C=0.5%~0.75%的碳鋼應(yīng)采用完全退火以降低硬度，便于切削。（5）含碳量C=0.75%~1%的碳鋼應(yīng)先采用球化退化，改善加工性能。（4）含碳量C=1%~1.3%的碳鋼應(yīng)先用正火消除網(wǎng)狀滲碳體，再球化退火改善加工性能。（6）高合金鋼用退火，而不用正火，因正火后硬度高，有時(shí)其變?yōu)轳R氏體，不易加工。

定義：將鋼加熱到相變溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻（油冷或水冷）以獲得馬氏體組織的熱處理工藝。

淬火的本質(zhì)是馬氏體轉(zhuǎn)變。7.４鋼的淬火一、淬火時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變

（一）馬氏體的形成

生核：馬氏體晶核一般在奧氏體晶界,孿晶界,滑移面或晶內(nèi)其它晶格畸變較大的地方形成并瞬時(shí)長(zhǎng)大到最終尺寸。

轉(zhuǎn)變方式：“共格切變”－－轉(zhuǎn)變阻力最小，為非擴(kuò)散型。原因：轉(zhuǎn)變溫度低。針狀馬氏體的形成過(guò)程：當(dāng)溫度降到Ms點(diǎn)時(shí)，開始形成馬氏體針，每片馬氏體針形成時(shí)間極短（僅１０－７s），即馬氏體的轉(zhuǎn)變速度極快。但是，如果在Mf點(diǎn)以上某一溫度停止冷卻時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變也隨即停止。

（二）馬氏體的形態(tài)板條馬氏體、也稱位錯(cuò)馬氏體或低碳馬氏體：金相特征:由一束束平行排列的細(xì)板條組成；

亞結(jié)構(gòu):板條馬氏體內(nèi)大量位錯(cuò)；針狀(片狀)馬氏體、也稱孿晶馬氏體或高碳馬氏體：

金相特征:顯微鏡下,呈竹葉狀或凸透鏡狀,馬氏體針之間互成角度(60度或120度)；

亞結(jié)構(gòu):馬氏體內(nèi)有大量細(xì)孿晶帶。馬氏體的形態(tài)取決于：鋼中含碳量：<0.6％C的奧氏體：基本上形成板條狀馬氏體，>1.0％C的奧氏體：幾乎只形成針狀馬氏體，0.6~1.0%的奧氏體：形成這兩種馬氏體的混合組織。原始奧氏體晶粒大?。簥W氏體越小，馬氏體越細(xì)；隱晶馬氏體－－在光學(xué)顯微鏡下分辨不出晶體特征的馬氏體。

（三）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)為非擴(kuò)散轉(zhuǎn)變：馬氏體轉(zhuǎn)變是在快速冷卻過(guò)程中、在較低的溫度范圍(Ms`~Mf)內(nèi)進(jìn)行的，在此溫度下，鐵、碳原子都已不能擴(kuò)散，由

－Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

－Fe的相變過(guò)程，是通過(guò)共格切變來(lái)完成的。原先固溶于

－Fe中的碳原子被迫固溶于

－Fe中，形成馬氏體。馬氏體中碳的過(guò)飽和程度愈大，體心正方晶格的正方度愈大，馬氏體的硬度便愈高。馬氏體形成速度極快,馬氏體是在Ms-Mf內(nèi)連續(xù)降溫,不斷形成新馬氏體；轉(zhuǎn)變不徹底,有殘余奧氏體存在，可改善韌性；馬氏體形成時(shí)體積膨脹,在鋼中造成很大內(nèi)應(yīng)力。

（四）馬氏體的性能與形態(tài)的關(guān)系馬氏體中含碳量越高，馬氏體的硬度則越高。原因：碳原子間隙于-Fe晶格間隙中造成晶格畸變，過(guò)飽和度愈大，晶格畸變程度愈大，晶格畸變程度愈嚴(yán)重，對(duì)位錯(cuò)移動(dòng)的限制愈大，因而固溶強(qiáng)化效應(yīng)愈明顯，這是馬氏體的強(qiáng)度和硬度隨其含量增高而增大的主要原因。高碳馬氏體：硬而脆，塑性，韌性極差；因?yàn)樘嫉倪^(guò)飽和度大，內(nèi)應(yīng)力高，存在孿晶結(jié)構(gòu)。但隱晶馬氏體有一定韌性。低碳馬氏體：強(qiáng)韌性好；因?yàn)樘嫉倪^(guò)飽和度小,內(nèi)應(yīng)力低，存在位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)。高碳馬氏體由于過(guò)飽和度大、內(nèi)應(yīng)力大，馬氏體針在形成過(guò)程中可能已存在顯微裂紋，又是孿晶亞結(jié)構(gòu)，因此其塑性及韌性極差，性質(zhì)硬脆（如果是隱性馬氏體，其塑性和韌性會(huì)稍有改善）；低碳馬氏體由于過(guò)飽和度小，再加上自回火，淬火應(yīng)力也較小，板條馬氏體在形成過(guò)程中不會(huì)引起顯微裂紋，又是位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)，因此在具有一定強(qiáng)度和硬度的同時(shí)，還有良好的塑性的韌性對(duì)馬氏體性能的解釋馬氏體具有高硬度和強(qiáng)度原因：過(guò)飽和碳原子造成固溶強(qiáng)化；時(shí)效強(qiáng)化：-Fe中的過(guò)飽和碳原子易于在晶體缺陷處發(fā)生偏聚或者彌散析出碳化物微粒，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)，由此造成的強(qiáng)化，稱為時(shí)效強(qiáng)化。馬氏體中孿晶亞結(jié)構(gòu)引起的強(qiáng)化：位錯(cuò)馬氏體主要是碳的固溶強(qiáng)化。孿晶馬氏體，由于孿晶界往往是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的障礙，故孿晶亞結(jié)構(gòu)將引起附加的強(qiáng)化效應(yīng)。為什么高碳馬氏體的強(qiáng)度和硬度比低碳馬氏體更高？

低碳馬氏體的強(qiáng)化主要是靠碳的固溶強(qiáng)化；隨馬氏體中含碳量的增加，除固溶強(qiáng)化效應(yīng)增大外，孿晶亞結(jié)構(gòu)的附加強(qiáng)化效應(yīng)也增大，因此高碳馬氏體的強(qiáng)度和硬度比低碳馬氏體更高。殘余奧氏體當(dāng)奧氏體中含碳量超過(guò)0.5％時(shí)，Mf點(diǎn)下降到室溫下，這些鋼即使快冷到室溫，奧氏體也不能完全轉(zhuǎn)變成馬氏體，還有部分被殘留下來(lái)，這部分被殘留下來(lái)的奧氏體稱為殘余奧氏體（一）淬火溫度的選定（二）加熱時(shí)間的確定（三）淬火冷卻介質(zhì)（四）淬火方法（五）淬火時(shí)易出現(xiàn)的缺陷及防止措施二、淬火工藝（一）淬火溫度的選定亞共析鋼：Ac3以上30~50℃；

共析鋼、過(guò)共析鋼：

Ac1以上30~50℃(在Ac1以上保留二次滲碳體)；保留二次滲碳體：有利于提高硬度和耐磨性，降低奧氏體中的含碳量，改變馬氏體的形態(tài)，降低脆性；淬火溫度太高：會(huì)形成粗大的馬氏體，且淬火應(yīng)力越大，變形、開裂的傾向越大。（二）加熱時(shí)間的確定包括：升溫時(shí)間+保溫時(shí)間

影響因素：鋼件成分

尺寸,形狀

裝爐量,加熱爐類型

爐溫和加熱介質(zhì)

（三）淬火冷卻介質(zhì)冷卻的要求:得到馬氏體，且不開裂，變形盡可能小。理想的淬火冷卻曲線P108：

>650度時(shí),在保證不形成珠光體的前提下，盡可能慢冷，以減少應(yīng)力；

650~400℃內(nèi)快冷，避免碰上“鼻子”

<400℃慢冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變的相變應(yīng)力。

但至今未找到這樣的理想冷卻介質(zhì)。

常用的冷卻介質(zhì)：是水和油水：冷卻曲線不好，650~550℃冷速較大，300~200℃的冷速也大，易造成變形、開裂；應(yīng)用：主要用于形狀簡(jiǎn)單，截面較大的碳鋼。鹽水：如,水+NaCl,堿水，能改變冷卻能力，冷速比水大；應(yīng)用：用于大面積工件、碳鋼。油：各種礦物油

優(yōu)點(diǎn)：在300-200℃范圍內(nèi)冷卻能力低，易變形；

缺點(diǎn)：在650-550℃冷速也低，不利于淬硬；

應(yīng)用：合金鋼。鹽?。喝缦觖}

P109表7-4

優(yōu)點(diǎn)：減少淬火變形；

應(yīng)用：分級(jí)淬火和等溫淬火；冷卻能力比較：

鹽水>水>鹽浴>油；冷卻特性比較：鹽水與油較好，水較差。選用淬火冷卻介質(zhì)的基本原則是：保證奧氏體在冷卻過(guò)程中只發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變或下貝氏體轉(zhuǎn)變的前提下，盡可能緩慢冷卻（四）淬火方法:

P109圖7-45單介質(zhì)淬火法－－將加熱到淬火溫度的工件放入一種淬火冷卻介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法；

雙介質(zhì)淬火法－－將加熱到淬火溫度的工件先在水中淬火，待冷300~400℃時(shí)，取出放入油中，故又稱水淬油冷法；

分級(jí)淬火－－將加熱到淬火溫度的工件放入150~260℃的硝鹽浴中冷卻，保溫一定時(shí)間，使其表面與心部的溫度均勻，然后取出空泠，故又稱為熱浴淬火；

等溫淬火－－將加熱到淬溫度的工件放入250~350℃的鹽浴或堿浴中冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變成下貝氏體，然后取出空泠。深泠處理－－指鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在0℃以下的介質(zhì)中冷卻的處理工藝，也簡(jiǎn)稱為冷處理。常用的介質(zhì)是干冰和酒精的混合物。（五）淬火時(shí)易出現(xiàn)的缺陷及防止措施硬度不足或出現(xiàn)軟點(diǎn)：原因:

a.加熱溫度低或保溫時(shí)間不充分，有殘留鐵素體；

b.鋼件表面發(fā)生氧化、脫碳，淬火后局部生成非馬氏體組織；

c.冷速不足或冷卻不均勻，未全部得到馬氏體；

d.淬火介質(zhì)不清潔，工件表面不干凈，影響了工件的冷卻速度，致使未完全淬硬。變形和開裂：是由淬火應(yīng)力引起。

淬火應(yīng)力：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力。

淬火應(yīng)力超過(guò)

s時(shí)，引起鋼件變形；

淬火應(yīng)力超過(guò)

b時(shí)，引起開裂。a.正確地選用鋼材；

b.合理地設(shè)計(jì)工件結(jié)構(gòu)；

c.嚴(yán)格控制加熱溫度；d.減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的冷速；

e.淬火前進(jìn)行退火或正火，以細(xì)化晶粒，淬火后應(yīng)及時(shí)回火。變形和開裂的防止措施:7.5鋼的回火回火－－將鋼加熱到Ac1以下的某一溫度保溫一定時(shí)間,然后冷卻到室溫的熱處理工藝。回火的目的

a、消除或降低淬火應(yīng)力

b、穩(wěn)定工件的組織和尺寸

c、把鋼的機(jī)械性能調(diào)整到符合使用性能的要求。第一階段：(<200℃)馬氏體分解碳以極細(xì)的

碳化物的形式析出，與母體有共格聯(lián)系，形成回火馬氏體；第二階段：(200-300℃)殘余奧氏體分解殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，主要為回火馬氏體；第三階段：(250-400℃)回火屈氏體的形成形成回火屈氏體第四階段：(>400℃)碳化物聚集長(zhǎng)大形成回火索氏體

一、鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變回火馬氏體:

－碳化物具有密排六方晶格，是變成Ｆe3C前的一種過(guò)渡碳化物，它以極薄的小片均布在馬氏體基體上，并與馬氏體有共格關(guān)系，這種組織稱為回火馬氏體。150-350℃回火(低溫)，得到回火馬氏體、殘余奧氏體和下貝氏體的混合組織。主要是回火馬氏體。顯微鏡下：

高碳回火馬氏體為黑色針狀；

低碳回火馬氏體為暗板條狀。

中碳為上兩者的混合。

二、淬火鋼回火后的組織和性能－－鐵素體與大量彌散分布的細(xì)粒狀滲碳體的混合組織。350-500℃回火，得到。其中鐵素體呈馬氏體針形，滲碳體比回火馬氏體的碳化物粗；具有高的彈性極限,屈服極限和韌性，HRC35-45?；鼗鹎象w:－－粗粒狀滲碳體和多邊形鐵素體的混合組織。500-650℃回火(高溫),得到。綜合性能好,即強(qiáng)度,塑性和韌性比較好,HRC25-35。滲碳體粒子已明顯聚集長(zhǎng)大?；鼗鹚魇象w:a.低溫回火(150-250℃)

組織：回火馬氏體；目的：在保持淬火所得到的高硬度和耐磨性；的前提下,降低淬火應(yīng)力,提高韌性。

主要應(yīng)用：各種高碳鋼工具,模具,滾動(dòng)軸承以及滲碳和表面淬火的零件。b.中溫回火:(350-500℃)

組織：回火屈氏體；

主要應(yīng)用:處理各類彈簧；c.高溫回火(500-650℃)

組織：回火索氏體?；鼗鸬姆诸惡蛻?yīng)用－－淬火+高溫回火。

目的:提高綜合性能；

廣泛用于:重要的機(jī)器構(gòu)件,特別是受交變載荷的零件；

如:軸,齒輪,聯(lián)桿

常用作氨化零件,重要表面淬火零件的預(yù)備熱處理。調(diào)質(zhì)處理定義：在250-400℃和450-650℃兩個(gè)區(qū)間沖擊韌性明顯下降的脆化現(xiàn)象。a.低溫回火脆性（250-400℃回火）(第一類回火脆性)、不可逆回火脆性，幾乎所有鋼都存在這類脆性。

產(chǎn)生原因:250-400℃回火時(shí),碳化物薄片沿板條馬氏體的邊界或針狀馬氏體的孿晶帶以及晶界析出，破壞了馬氏體之間的連接，降低了韌性。

防止:不在該溫度范圍內(nèi)回火或等溫淬火。b.高溫回火脆性（450-650℃回火）(第二類回火脆性)、可逆回火脆性，將已產(chǎn)生脆性的工件重新加熱至600℃以上快冷,可消除脆性。

產(chǎn)生原因:Sb,Sn,P等雜質(zhì)在原奧氏體晶界上偏聚；

防止:盡量減少雜質(zhì)元素的含量。回火脆性鋼淬火及回火的目的總的來(lái)說(shuō)是使性能達(dá)到使用要求，致于各類鋼件的具體目的有：（1）提高鋼件的硬度及耐磨性（2）提高鋼件的綜合機(jī)械性能（3）提高鋼件的彈性極限與疲勞極限7.６鋼的淬透性定義：指在規(guī)定條件下,決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，

即鋼在規(guī)定條件下經(jīng)受淬火形成馬氏體的能力。一、工件截面冷卻速度與淬透深度淬火處理中，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的必要條件是冷卻速度要大于V臨鋼能夠淬透的最大直徑稱為臨界淬透直徑。淬透層深度－－以表面至半馬氏體區(qū)(即馬氏體和非馬氏體各占一半)的距離。半馬氏區(qū)的硬度主要取決于鋼的含碳量。當(dāng)工件中心的冷速>V臨時(shí)，為全馬氏體或馬氏體+小量奧氏體殘，表明工件已淬透。臨界淬透直徑－－鋼能夠淬透的最大直徑。油淬時(shí)的冷速較水淬低，所以水淬易淬透。二、影響鋼淬透性的因素由對(duì)C曲線的討論可知，影響鋼淬透性的決定性因素是V臨的大小，C曲線位置右，V臨愈小，即過(guò)泠奧氏體愈穩(wěn)定，淬透性就越好。凡是影響過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性的因素都影響鋼的淬透性。主要有:

a.合金元素：除Co以外，Me溶入奧氏體后都使淬透性提高；

b.含C量：共析鋼的淬透性最好；

c.奧氏體化溫度:溫度愈高，奧氏體晶粒愈粗大，成分也均勻，V臨愈小，淬透性愈高；d.未溶第二相成為奧氏體分解非自發(fā)核心，使V臨增大，淬透性降低。三、淬透性的測(cè)定方法“未端淬火法“見(jiàn)P116

四、淬透性曲線的應(yīng)用（1）確定鋼材的臨界淬透直徑（2）確定鋼件上的硬度分布五、淬透性對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響淬透性較差的鋼與淬透性較好的鋼相比:

硬度相當(dāng)，強(qiáng)度,特別是沖擊韌性降低，所以淬透性愈低,鋼的綜合機(jī)械性能水平愈低，鋼的尺寸效應(yīng)－－隨工件尺寸增大而熱處理強(qiáng)化效果逐漸減弱的現(xiàn)象。淬透性與淬透層深度的區(qū)別：淬透性－－鋼在規(guī)定條件下經(jīng)受淬火形成馬氏體的能力。是鋼在規(guī)定條件下的一種工藝性能，是確定的，可比較的。

淬透層深度－－是實(shí)際工件在具體條件下淬得的馬氏體和半馬氏體層的厚度，是變化的。淬透性與淬硬性的區(qū)別:淬硬性－－鋼淬火時(shí)能達(dá)到的最高硬度，主要取決于馬氏體的含C量。影響實(shí)際鋼件淬透層的因素：（1）鋼的淬透性能在其它因素相同的前提下，鋼的淬透性愈好，工件的淬透層深度愈大；（2）冷卻介質(zhì)：冷卻介質(zhì)的冷卻能力（指通過(guò)“鼻尖”部位時(shí)）愈強(qiáng)，工件的淬透深層度愈大；（3）工件截面尺寸；這種隨著工件截面尺寸增大，熱處理強(qiáng)化效應(yīng)減弱的現(xiàn)象，稱為尺寸效應(yīng)。一、鋼的表面熱處理

表面熱處理---僅表面加熱,冷卻,而不改變其成分的熱處理.

7.7

鋼的表面熱處理和化學(xué)熱處理

１、感應(yīng)加熱表面淬火基