3X金屬熱處理工程及其熱處理10

1、工程材料及其熱處理-31工程材料及其熱處理-32教學基本要求教學基本要求：1. 1.了解強化金屬基本途徑。了解強化金屬基本途徑。2. 2.具有分析和應用具有分析和應用c c曲線的初步能力，熟悉金屬曲線的初步能力，熟悉金屬熱處理基本概念。熱處理基本概念。3. 3.熟練掌握熱處理工藝知識熟練掌握熱處理工藝知識, ,熟知整體熱處理方熟知整體熱處理方法中退火、正火、淬火、回火特點與應用。法中退火、正火、淬火、回火特點與應用。4. 4.掌握熱處理在零件加工工藝流程中的位置和作掌握熱處理在零件加工工藝流程中的位置和作用等基本知識。用等基本知識。5. 5.了解熱處理工件的結(jié)構(gòu)工藝性及熱處理新工藝了解熱處理工

2、件的結(jié)構(gòu)工藝性及熱處理新工藝知識。知識。工程材料及其熱處理-33 金屬熱處理是將固態(tài)金屬或合金采用適當?shù)慕饘贌崽幚硎菍⒐虘B(tài)金屬或合金采用適當?shù)姆椒ㄟM行加熱、保溫和冷卻，獲得所需要的組織方法進行加熱、保溫和冷卻，獲得所需要的組織結(jié)構(gòu)與性能的結(jié)構(gòu)與性能的工藝工藝。 熱處理用于消除上一工藝過程所產(chǎn)生的金熱處理用于消除上一工藝過程所產(chǎn)生的金屬材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)上的某些缺陷，改善切削性屬材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)上的某些缺陷，改善切削性能，還可進一步提高金屬材料的性能，充分發(fā)揮能，還可進一步提高金屬材料的性能，充分發(fā)揮材料性能的潛力。因此，大部分機器零件都要進材料性能的潛力。因此，大部分機器零件都要進行熱處理。行熱

3、處理。工程材料及其熱處理-34整體處理、表面熱處理和化學熱處理整體處理、表面熱處理和化學熱處理。 整體處理包括：整體處理包括： 退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火等；等；本表要本表要熟記熟記！工程材料及其熱處理-35 一、一、鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 由由fe-fefe-fe3 3c c相圖知相圖知, ,a a1 1、a a3 3和和a acmcm是碳鋼在極緩慢是碳鋼在極緩慢地加熱或冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度地加熱或冷卻時的轉(zhuǎn)變溫度, ,因此因此, ,a a1 1、a a3 3和和a acmcm點點都是平衡臨界點。都是平衡臨界點。 在實際中在實際中, ,加熱和冷卻并不是極緩慢加

4、熱和冷卻并不是極緩慢的的, ,鋼不可鋼不可能在平衡點進行組織轉(zhuǎn)變。能在平衡點進行組織轉(zhuǎn)變。 實際加熱時實際加熱時各臨界點的位置分別為各臨界點的位置分別為圖中的圖中的acac1 1、acac3 3、acaccmcm線線, ,實際冷卻實際冷卻時各臨界點的位置分別為時各臨界點的位置分別為ararl l、arar3 3、ararcmcm。工程材料及其熱處理-36 鋼熱處理時先要加熱鋼熱處理時先要加熱, ,任何成分的碳鋼加熱任何成分的碳鋼加熱到到a a1 1( (pskpsk線線) )點以上時點以上時, ,其組織都要發(fā)生其組織都要發(fā)生p p向向a a的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)變變, ,這種轉(zhuǎn)變稱為這種轉(zhuǎn)變稱為奧氏體化奧氏

5、體化a a化化。 轉(zhuǎn)變過程是通過鐵原子和碳原子的擴散進行轉(zhuǎn)變過程是通過鐵原子和碳原子的擴散進行的的, ,因此因此p p向向a a的轉(zhuǎn)變是一種的轉(zhuǎn)變是一種擴散型相變擴散型相變。 加熱是熱處理的重要階段加熱是熱處理的重要階段, ,下面以下面以共析鋼共析鋼為例為例, ,研究鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。研究鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。工程材料及其熱處理-37 1. .奧氏體的形成過程奧氏體的形成過程 將共析鋼加熱至將共析鋼加熱至acac1 1時時, ,會發(fā)生會發(fā)生p p向向a a的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變, ,過過程也是程也是形核和和長大形核和和長大的過程的過程, ,分四個階段分四個階段 a a晶核形成晶核形成 a a

6、晶核優(yōu)先在晶核優(yōu)先在f f和和fefe3 3c c的的兩相界面上兩相界面上形成形成, ,因為相因為相界面處成分不均勻界面處成分不均勻, ,原子排列不規(guī)則原子排列不規(guī)則, ,晶格畸變大晶格畸變大, ,能為產(chǎn)生能為產(chǎn)生a a晶核提供成分和結(jié)構(gòu)兩方面的有利條晶核提供成分和結(jié)構(gòu)兩方面的有利條件。件。 a a晶核的長大晶核的長大 工程材料及其熱處理-38 a a晶核形成后晶核形成后, ,依靠依靠f f的晶格改組和的晶格改組和fefe3 3c c的不斷的不斷溶解溶解, ,a a晶核不斷向晶核不斷向f f和和fefe3 3c c二個方向長大二個方向長大。與此同。與此同時時, ,新的新的a a晶核也不斷形成并

7、隨之晶核也不斷形成并隨之長大長大, ,直至直至f f全部全部轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閍 a為止。為止。 殘余殘余fefe3 3c c的溶解的溶解 在在a a的形成過程中，當?shù)男纬蛇^程中，當f f全部轉(zhuǎn)變?yōu)槿哭D(zhuǎn)變?yōu)閍 a后后, ,仍有部仍有部分分fefe3 3c c尚未溶解（稱為尚未溶解（稱為fefe3 3c c殘殘）, ,隨著保溫時間的隨著保溫時間的延長延長, ,fefe3 3c c殘殘將不斷溶入將不斷溶入a a中，直至完全消失。中，直至完全消失。 工程材料及其熱處理-39 a a均勻化均勻化 當當fefe3 3c c殘殘溶解后溶解后,a,a中的中的c c成分是不均勻的成分是不均勻的, ,在原在原fef

8、e3 3c c處的碳濃度比原處的碳濃度比原f f處的要高。只有經(jīng)過一定處的要高。只有經(jīng)過一定時間的保溫時間的保溫, ,碳原子的不斷擴散碳原子的不斷擴散, ,才能使才能使a a中的中的c c均均勻一致。勻一致。 亞共析鋼亞共析鋼和和過共析鋼過共析鋼的的a a形成過程與共析鋼基形成過程與共析鋼基本相同本相同, ,不同的是不同的是亞共析鋼的平衡組織中除了亞共析鋼的平衡組織中除了p p外外還有先析出的還有先析出的f f。 過共析鋼中除了過共析鋼中除了p p外還有先析出的外還有先析出的fefe3 3c c。 工程材料及其熱處理-310 若加熱至若加熱至acac1 1溫度溫度, ,只能使只能使p p轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

9、轉(zhuǎn)變?yōu)閍 a，得到，得到a+fa+f或或a+a+二次二次fefe3 3c c殘殘組織組織, ,稱為不完全稱為不完全a a化?；?。 只有繼續(xù)加熱至只有繼續(xù)加熱至acac3 3或或acaccmcm溫度以上溫度以上, ,才能得到才能得到單相單相a a組織組織, ,即完全即完全a a化化。 2. 2.影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素影響奧氏體轉(zhuǎn)變的因素 1)1)加熱溫度加熱溫度 加熱溫度高加熱溫度高,c,c原子擴散快原子擴散快, a, a化加快化加快 。 2)2)加熱速度加熱速度 加熱快加熱快, ,過熱度大過熱度大, ,發(fā)生轉(zhuǎn)變的快發(fā)生轉(zhuǎn)變的快! !工程材料及其熱處理-311 3)3)化學成分化學成分 c c濃度

10、大濃度大, ,則則fefe3 3c c數(shù)量多數(shù)量多, ,f f與與fefe3 3c c的相界面增大的相界面增大, ,使使a a的核心增多的核心增多, ,促進促進a a化化. . 常見合元能明顯影響常見合元能明顯影響a a化的速度化的速度, ,以以鈷鈷和和鎳鎳等有等有加快轉(zhuǎn)變過程的效果；加快轉(zhuǎn)變過程的效果； 鉻、鉬、釩等有降低鉻、鉬、釩等有降低轉(zhuǎn)變速度的作用；轉(zhuǎn)變速度的作用； 硅、錳、鋁等對轉(zhuǎn)變過程基本沒有影響硅、錳、鋁等對轉(zhuǎn)變過程基本沒有影響。 4)4)原始組織原始組織 在成分相同的鋼材中在成分相同的鋼材中,p,p越細越細, ,相界面越大相界面越大, ,形核形核機會越多機會越多, ,使得使得a

11、 a形成速度變快；形成速度變快； 工程材料及其熱處理-312 a a晶粒中碳濃度梯度大了長大速度變快。晶粒中碳濃度梯度大了長大速度變快。 3. 3.奧氏體晶粒長大及其控制措施奧氏體晶粒長大及其控制措施 鋼加熱時鋼加熱時p p向向a a轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時,a,a晶粒是細小的。晶粒是細小的。如繼續(xù)加熱或保溫如繼續(xù)加熱或保溫,a,a晶粒會變粗大。晶粒會變粗大。 加熱加熱溫度越高溫度越高, ,保溫時間越長保溫時間越長,a,a晶粒越粗大晶粒越粗大。 粗大粗大a a晶粒冷卻后仍是粗大晶粒產(chǎn)物晶粒冷卻后仍是粗大晶粒產(chǎn)物, ,使鋼的強使鋼的強度、塑性、韌性顯著下降。度、塑性、韌性顯著下降。 要控制要控制

12、a a晶粒長大晶粒長大, ,制定合理的熱處理工藝制定合理的熱處理工藝, ,即即合理選擇合理選擇加熱溫度加熱溫度、保溫時間保溫時間和和加熱速度加熱速度等。等。 工程材料及其熱處理-313 一般將鋼加熱到一般將鋼加熱到臨界點以上某一適當溫度臨界點以上某一適當溫度, ,保溫保溫時間的確定除考慮相變需要時間的確定除考慮相變需要外外, ,還考慮還考慮工件內(nèi)外工件內(nèi)外溫度一致溫度一致。 當加熱溫度相同時當加熱溫度相同時, ,加熱速度越快加熱速度越快, ,保溫時間越保溫時間越短短, ,晶粒越細晶粒越細, ,所以生產(chǎn)所以生產(chǎn)中常采用快速加熱、短時中常采用快速加熱、短時保溫的方法保溫的方法來細化晶粒。來細化晶粒

13、。 此外此外, ,加入一定量的加入一定量的合金元素合金元素（除（除mnmn、p p外），外），都會阻礙都會阻礙a a晶粒長大晶粒長大, ,而達到細化晶粒的目的。而達到細化晶粒的目的。 工程材料及其熱處理-314 二、二、鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼鋼a a化后化后, ,采用不同方式冷卻采用不同方式冷卻, ,獲得所需要的組獲得所需要的組織和性能。織和性能。 冷卻是鋼熱處理的關(guān)鍵工序冷卻是鋼熱處理的關(guān)鍵工序, ,實際生產(chǎn)中實際生產(chǎn)中, ,不不同同加熱速度、加熱速度、冷卻方式冷卻方式、冷卻速度、冷卻速度會得不同產(chǎn)物會得不同產(chǎn)物, ,對鋼的組織和性能有很大影響。對鋼的組織和性能有很大影

14、響。 在熱處理工藝中在熱處理工藝中,a,a化后的冷卻方式通常有化后的冷卻方式通常有等等溫冷卻溫冷卻和和連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻兩種。兩種。 工程材料及其熱處理-315 等溫冷卻等溫冷卻是將已是將已a a化的鋼迅速冷卻到臨界點化的鋼迅速冷卻到臨界點以下的給定溫度進行保溫以下的給定溫度進行保溫, ,使其使其在該等溫溫度下在該等溫溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變；發(fā)生組織轉(zhuǎn)變； 連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻是將已是將已a a化的鋼以化的鋼以某種冷卻速度連某種冷卻速度連續(xù)冷卻續(xù)冷卻, ,使其在臨界點以下的不同溫度進行組織使其在臨界點以下的不同溫度進行組織轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 1. 1.過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織

15、與性能 a a在相變點在相變點a a1 1以上是穩(wěn)定相，冷卻至以上是穩(wěn)定相，冷卻至a a1 1以下以下就成了不穩(wěn)定相，必然要發(fā)生轉(zhuǎn)變。就成了不穩(wěn)定相，必然要發(fā)生轉(zhuǎn)變。工程材料及其熱處理-316 不是冷卻至不是冷卻至a a1 1以下就立即轉(zhuǎn)變以下就立即轉(zhuǎn)變, ,而是在轉(zhuǎn)變前而是在轉(zhuǎn)變前需要停留一段時間需要停留一段時間, ,此稱為此稱為孕育期孕育期。 在在a a1 1溫度以下暫時存在的不穩(wěn)定的溫度以下暫時存在的不穩(wěn)定的a a稱為過冷稱為過冷a a。在不同的過冷度下，過冷在不同的過冷度下，過冷a a將發(fā)生將發(fā)生p p型轉(zhuǎn)變、型轉(zhuǎn)變、b b型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變、m m型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變等三種組織轉(zhuǎn)變。等三種組織轉(zhuǎn)變

16、。 珠光體型轉(zhuǎn)變珠光體型轉(zhuǎn)變 過冷過冷a a在在a a1 1550550溫度范圍等溫時溫度范圍等溫時, ,發(fā)生發(fā)生p p型型轉(zhuǎn)變。因轉(zhuǎn)變溫度高轉(zhuǎn)變。因轉(zhuǎn)變溫度高, ,原子擴散能力強原子擴散能力強, ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為為f f薄層和薄層和fefe3 3c c薄層交替重疊的層狀組織薄層交替重疊的層狀組織, ,即即p p型型組組織?？棥９こ滩牧霞捌錈崽幚?317 等溫等溫溫度越低溫度越低,f ,f層和層和fefe3 3c c層越薄層越薄, ,層間距越小層間距越小, ,硬度越高硬度越高。 為區(qū)別為區(qū)別, ,對層間距不同的對層間距不同的p p型組織分別稱為型組織分別稱為珠珠光體光體( (p)p)、索氏

17、體索氏體( (s)s)和和托氏體托氏體( (t)t), ,它們并無本質(zhì)區(qū)它們并無本質(zhì)區(qū)別別, ,也無嚴格界限也無嚴格界限, ,只是形態(tài)上只是形態(tài)上不同不同。 貝氏體型轉(zhuǎn)變貝氏體型轉(zhuǎn)變 過冷過冷a a在在550550m ms s溫度范圍等溫時，將發(fā)生溫度范圍等溫時，將發(fā)生貝氏體型貝氏體型( (b)b)轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 工程材料及其熱處理-318 因轉(zhuǎn)變溫度較低因轉(zhuǎn)變溫度較低, ,原子擴散差原子擴散差, , fefe3 3c c已經(jīng)很難聚已經(jīng)很難聚集長大呈層狀。此時集長大呈層狀。此時, ,轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為f f及其內(nèi)分布著及其內(nèi)分布著彌散的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織彌散的碳化物所形成的亞穩(wěn)組織, ,稱

18、為稱為貝氏體貝氏體, ,用用美國冶金學家名字命名美國冶金學家名字命名, ,符號符號b b來表示。來表示。 等溫溫度不同等溫溫度不同, ,貝氏體的形態(tài)也不同貝氏體的形態(tài)也不同, ,分為上分為上貝貝氏體氏體( (b b上上) )和下貝氏體和下貝氏體( (b b下下) )。 ( (b b上上) )組織形態(tài)呈羽毛狀組織形態(tài)呈羽毛狀, ,強度較低強度較低, ,塑性和韌性塑性和韌性較差較差； 工程材料及其熱處理-319 ( (b b下下) )組織形態(tài)呈黑色針狀組織形態(tài)呈黑色針狀, ,強度較高強度較高, ,塑性和韌塑性和韌性也較好性也較好, ,綜合力學性能好綜合力學性能好。 馬氏體型轉(zhuǎn)變馬氏體型轉(zhuǎn)變 1)1

19、)馬氏體馬氏體(m)(m)型轉(zhuǎn)變的特點型轉(zhuǎn)變的特點 過冷過冷a a轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閙 m是非擴散型轉(zhuǎn)變是非擴散型轉(zhuǎn)變, ,因轉(zhuǎn)變溫因轉(zhuǎn)變溫度很低度很低, ,鐵和碳原子都不能進行擴散。鐵和碳原子都不能進行擴散。 鐵原子沿鐵原子沿a a一定晶面一定晶面, ,集中的集中的( (不改變相互位置不改變相互位置關(guān)系關(guān)系) )作一定距離的移動作一定距離的移動( (不超過一個原子間距不超過一個原子間距) ), , 工程材料及其熱處理-320 使面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心正方晶格使面心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心正方晶格, ,碳原子原地碳原子原地不動不動, ,過飽和地留在新組成的晶胞中；增大了其過飽和地留在新組成的晶胞中；增大了

20、其正方度正方度c/a c/a 。 m m就是碳在就是碳在-fe-fe中的過飽和固溶體中的過飽和固溶體。 過飽和碳使過飽和碳使-fe-fe的晶格發(fā)生很大畸變的晶格發(fā)生很大畸變, ,形成形成很強的固溶強化。很強的固溶強化。 m m高速長大高速長大, ,連續(xù)轉(zhuǎn)變過程連續(xù)轉(zhuǎn)變過程 a a冷卻到冷卻到m ms s點以下后點以下后, ,無孕育期無孕育期, ,瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)樗矔r轉(zhuǎn)變?yōu)閙 m。隨著溫度下降隨著溫度下降, ,過冷過冷a a是不斷連續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槭遣粩噙B續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)閙 m。 工程材料及其熱處理-321 m m轉(zhuǎn)變留有轉(zhuǎn)變留有aa m m轉(zhuǎn)變有不完全性轉(zhuǎn)變有不完全性, ,即使冷至即使冷至m mf f也要殘留少量也

21、要殘留少量奧氏體奧氏體(a)(a)。 aa的含量與的含量與m ms s(m(m轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線) )、m mf f (m(m轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變終了線) )的位置有關(guān)。的位置有關(guān)。 奧氏體奧氏體a a中的碳含量越高中的碳含量越高, ,m ms s,m,mf f就越低就越低, a, a含量含量就就越高越高。 通常在碳含量高于通常在碳含量高于0.6%0.6%時，在轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應標時，在轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應標上上a,a,碳含量少于碳含量少于0.6%0.6%時時,a,a可忽略可忽略. .工程材料及其熱處理-322 m m形成時體積要膨脹形成時體積要膨脹 膨脹要產(chǎn)生內(nèi)應力膨脹要產(chǎn)生內(nèi)應力, , 淬火冷卻又快淬火冷卻

22、又快, ,使工件表使工件表面和心部產(chǎn)生溫差而引起熱應力。兩者面和心部產(chǎn)生溫差而引起熱應力。兩者“一起叫一起叫勁勁”是造成工件淬火是造成工件淬火變形和開裂變形和開裂的主因。的主因。 3)3)馬氏體的形態(tài)與特點馬氏體的形態(tài)與特點 過冷過冷a a在在m ms s溫度以下將產(chǎn)生溫度以下將產(chǎn)生m m型轉(zhuǎn)變型轉(zhuǎn)變。 m m是碳和合金元素在是碳和合金元素在-fe-fe中溶解而形成的過中溶解而形成的過飽和固溶體飽和固溶體, ,用符號用符號m m表示。表示。 工程材料及其熱處理-323 m m是單相的亞穩(wěn)組織是單相的亞穩(wěn)組織, ,是以是以德國冶金學家德國冶金學家a.martensa.martens的名字命名的的

23、名字命名的。 m m具有體心正方晶格具有體心正方晶格, ,當發(fā)生當發(fā)生m m型轉(zhuǎn)變時型轉(zhuǎn)變時, ,過冷過冷a a中的碳全部保留在中的碳全部保留在m m中中, ,形成過飽和的固溶體形成過飽和的固溶體, ,產(chǎn)產(chǎn)生嚴重的晶格畸變。生嚴重的晶格畸變。 m m的組織形態(tài)因其成分和形成條件而異，通的組織形態(tài)因其成分和形成條件而異，通常分為常分為板條板條m m和片狀和片狀m m兩種基本類型。兩種基本類型。 板條板條m m在光學顯微鏡下所看到的只是邊緣不規(guī)在光學顯微鏡下所看到的只是邊緣不規(guī)則的塊狀則的塊狀, ,故亦稱為故亦稱為塊狀塊狀m m。 工程材料及其熱處理-324 板條板條m m主要產(chǎn)生于主要產(chǎn)生于低碳

24、鋼的淬火組織中低碳鋼的淬火組織中, ,在高在高倍透射電鏡下可看到倍透射電鏡下可看到板條板條m m內(nèi)有大量位錯纏結(jié)的內(nèi)有大量位錯纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)亞結(jié)構(gòu), ,所以所以低碳低碳m m也稱也稱位錯位錯m m。 片狀片狀m m其單個晶體的立體形態(tài)其單個晶體的立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀呈雙凸透鏡狀，因每個因每個m m的厚度與徑向尺寸相比很小的厚度與徑向尺寸相比很小, ,所以粗略地所以粗略地說是片狀說是片狀, ,故我國通常稱為故我國通常稱為片狀片狀m m。 因在金相磨面上觀察到的通常都是與因在金相磨面上觀察到的通常都是與m m片成一片成一定角度的截面定角度的截面, ,呈針狀呈針狀, ,故亦稱為故亦稱為針狀針狀m m。

25、 工程材料及其熱處理-325 針狀針狀m m主要產(chǎn)生于高碳鋼的淬火組織中主要產(chǎn)生于高碳鋼的淬火組織中, ,高倍高倍透射電鏡分析表明透射電鏡分析表明, ,針狀針狀m m內(nèi)有大量孿晶內(nèi)有大量孿晶, ,因此因此針針狀狀m m又稱孿晶又稱孿晶m m 。 m m具有高的硬度和強度具有高的硬度和強度, ,是是m m主要特點。主要特點。 m m硬度硬度取決于含碳量取決于含碳量, ,塑性和韌性取決于組織塑性和韌性取決于組織。 板條板條m m具有較高硬度、較高強度與較好塑性具有較高硬度、較高強度與較好塑性和韌性相配合的良好的綜合力學性能。和韌性相配合的良好的綜合力學性能。 針片狀針片狀m m具有比具有比板條板條

26、m m更硬更硬, ,脆性大脆性大, ,塑性和韌塑性和韌性較差。性較差。 工程材料及其熱處理-326 2. 2.過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線 過冷過冷a a的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物決定于過冷的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物決定于過冷a a的轉(zhuǎn)變溫度的轉(zhuǎn)變溫度, ,而而轉(zhuǎn)變溫度又與冷卻方式和冷卻速度有關(guān)。轉(zhuǎn)變溫度又與冷卻方式和冷卻速度有關(guān)。 要了解過冷要了解過冷a a的轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系的轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時間的關(guān)系, ,必須必須了解過冷了解過冷a a的的等溫轉(zhuǎn)變曲線等溫轉(zhuǎn)變曲線和和連續(xù)冷卻曲線連續(xù)冷卻曲線。 奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 1)1)奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線 過冷過冷a a等溫轉(zhuǎn)變曲線是表

27、示過冷等溫轉(zhuǎn)變曲線是表示過冷a a在不同過冷在不同過冷度下的等溫過程中度下的等溫過程中, ,轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時間與轉(zhuǎn)變工程材料及其熱處理-327 產(chǎn)物量之間的關(guān)系曲線。產(chǎn)物量之間的關(guān)系曲線。 因其形狀與字母因其形狀與字母“c”c”的形狀相似的形狀相似, ,所以又稱所以又稱為為“c c曲線曲線”, ,也稱為也稱為“ttt”ttt”曲線曲線。 圖中圖中, ,a a1 1為為a a向向p p轉(zhuǎn)變的相變點轉(zhuǎn)變的相變點, ,a a1 1以上區(qū)域為以上區(qū)域為穩(wěn)穩(wěn)定定a a區(qū)區(qū)。 兩條兩條c c形曲線中形曲線中, ,左邊的曲線為轉(zhuǎn)變開始線左邊的曲線為轉(zhuǎn)變開始線，該線該線以左區(qū)域為過冷以

28、左區(qū)域為過冷a a區(qū)；區(qū)； 右邊的曲線為轉(zhuǎn)變終了線右邊的曲線為轉(zhuǎn)變終了線, ,該線以右區(qū)域為轉(zhuǎn)該線以右區(qū)域為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；變產(chǎn)物區(qū)； 工程材料及其熱處理-328 兩條兩條c c形曲線之間的區(qū)域為過冷形曲線之間的區(qū)域為過冷a a與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)。共存區(qū)。 水平線水平線m ms s和和m mf f為為m m轉(zhuǎn)變開始線和終了線。轉(zhuǎn)變開始線和終了線。 影響影響等溫轉(zhuǎn)變曲線的因素等溫轉(zhuǎn)變曲線的因素 共析鋼過冷共析鋼過冷a a的等溫轉(zhuǎn)變曲線的等溫轉(zhuǎn)變曲線 加熱溫度高加熱溫度高, ,保溫時間長保溫時間長,a,a成分越均勻成分越均勻, ,晶粒大晶粒大, ,晶界減少晶界減少, ,使過冷使過冷a a的形核

29、率降低的形核率降低, ,增大了其穩(wěn)定性增大了其穩(wěn)定性, ,使使c c曲線右移曲線右移, ,反之左移反之左移。 過冷過冷a a轉(zhuǎn)變所需孕育期的長短不同轉(zhuǎn)變所需孕育期的長短不同, ,即過冷即過冷a a的的穩(wěn)定性不同。穩(wěn)定性不同。 工程材料及其熱處理-329 在約在約550550處的孕育期最短處的孕育期最短, ,表明在此溫度下的表明在此溫度下的過冷過冷a a最不穩(wěn)定最不穩(wěn)定, ,轉(zhuǎn)變速度也最快。轉(zhuǎn)變速度也最快。 含碳量的影響含碳量的影響 亞共析鋼和過共析鋼的亞共析鋼和過共析鋼的過冷過冷a a在轉(zhuǎn)變?yōu)樵谵D(zhuǎn)變?yōu)閜 p之前之前, ,分別有先析出分別有先析出f f和先析出和先析出fefe3 3c c的結(jié)晶過

30、程。的結(jié)晶過程。 與共析鋼相比與共析鋼相比, ,亞共析鋼和過共析鋼的過冷亞共析鋼和過共析鋼的過冷a a等等溫轉(zhuǎn)變曲線圖多了一條先析相的析出線。溫轉(zhuǎn)變曲線圖多了一條先析相的析出線。 同時同時c c曲線的位置也曲線的位置也相對左移相對左移, ,說明說明亞共析鋼和亞共析鋼和過共析鋼過冷過共析鋼過冷a a的穩(wěn)定性比共析鋼的穩(wěn)定性比共析鋼要差要差。工程材料及其熱處理-330 正常加熱條件下正常加熱條件下, ,亞共析鋼的亞共析鋼的c c曲線隨含碳量的曲線隨含碳量的增加而右移增加而右移, ,過共析鋼的過共析鋼的c c曲線隨含碳量的增加而曲線隨含碳量的增加而左移左移, ,因此因此, ,共析鋼的共析鋼的a a最

31、為穩(wěn)定。最為穩(wěn)定。 由于過冷由于過冷a a的轉(zhuǎn)變是一個形核與長大的過程的轉(zhuǎn)變是一個形核與長大的過程, ,形核的作用更關(guān)鍵形核的作用更關(guān)鍵, ,亞共析鋼與過共析鋼先共析亞共析鋼與過共析鋼先共析相的析出促進了向相的析出促進了向p p轉(zhuǎn)變的形核轉(zhuǎn)變的形核, ,而且由于亞共析而且由于亞共析鋼含碳量越高鋼含碳量越高, ,先共析先共析f f析出變慢；析出變慢； 過共析鋼含碳量越高過共析鋼含碳量越高, ,先共析滲碳體越容易析先共析滲碳體越容易析出出, ,使得共析鋼的過冷奧氏體最為穩(wěn)定。使得共析鋼的過冷奧氏體最為穩(wěn)定。 工程材料及其熱處理-331 合金元素的影響合金元素的影響 除除coco、al al以外以外

32、, ,其余所有合金元素溶入其余所有合金元素溶入a a后后, ,都都使過冷使過冷a a穩(wěn)定穩(wěn)定, ,即都使即都使c c曲線右移。曲線右移。 當過冷當過冷a a中溶有較多的中溶有較多的crcr、momo、ww、v v、ti ti等等碳化物形成元素時碳化物形成元素時, ,還會改變還會改變c c曲線的曲線的形狀形狀 。 要指出的是要指出的是, ,如果碳化物形成元素含量較多如果碳化物形成元素含量較多, ,形成了較為穩(wěn)定的碳化物形成了較為穩(wěn)定的碳化物, ,且在且在a a化時未能全部溶化時未能全部溶解解, ,則則會降低過冷會降低過冷a a的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性, ,使使c c曲線左移曲線左移。工程材料及其熱處理-

33、332 c c曲線在生產(chǎn)上有重要用途曲線在生產(chǎn)上有重要用途: : 制定等溫轉(zhuǎn)變工藝及分析等溫轉(zhuǎn)變過程；制定等溫轉(zhuǎn)變工藝及分析等溫轉(zhuǎn)變過程； 分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及其熱處理工藝的分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及其熱處理工藝的制定；制定； 利用利用c c曲線判定鋼的淬透性曲線判定鋼的淬透性, ,以方便選材以方便選材, ,等等等。等。 各鋼種的各鋼種的c c曲線都已測出曲線都已測出, ,需要時可查閱有關(guān)需要時可查閱有關(guān)手冊。手冊。 2)2)過冷過冷a a的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線工程材料及其熱處理-333 過冷過冷a a的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線表示鋼經(jīng)的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線表示鋼經(jīng)a a化后化后, ,在不同在不同冷卻速度的連

34、續(xù)冷卻條件下冷卻速度的連續(xù)冷卻條件下, ,過冷過冷a a的轉(zhuǎn)變開始及的轉(zhuǎn)變開始及轉(zhuǎn)變終了時間與轉(zhuǎn)變溫度之間關(guān)系的曲線。轉(zhuǎn)變終了時間與轉(zhuǎn)變溫度之間關(guān)系的曲線。 共析鋼的過共析鋼的過冷冷a a連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線圖中連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線圖中p ps s、p pf f線為線為p p轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了線轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了線, ,p pk k為為p p轉(zhuǎn)變中止線轉(zhuǎn)變中止線。 當冷卻曲線碰到當冷卻曲線碰到p pk k線時線時,a,a向向p p的轉(zhuǎn)變將被中止的轉(zhuǎn)變將被中止, ,剩余剩余a a將一直過冷至將一直過冷至m ms s以下轉(zhuǎn)變?yōu)橐韵罗D(zhuǎn)變?yōu)閙 m組織。組織。 工程材料及其熱處理-334 與等溫轉(zhuǎn)變圖相比與等溫轉(zhuǎn)變圖相

35、比, ,共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線圖共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線圖中中p p轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變開始線開始線, , 共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲共析鋼過冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線和轉(zhuǎn)變終了線的位置均相對右下移，而且只有線和轉(zhuǎn)變終了線的位置均相對右下移，而且只有c c形曲線的上半形曲線的上半部分，沒有中溫的貝氏體型轉(zhuǎn)變部分，沒有中溫的貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)。區(qū)。工程材料及其熱處理-335 一、退火一、退火 退火是將金屬和合金加熱到適當溫度保溫一退火是將金屬和合金加熱到適當溫度保溫一定時間定時間, ,然后緩慢冷卻的熱處理工藝然后緩慢冷卻的熱處理工藝 按金屬成分和性能要求的不同按金屬成分和性能要求的不同, ,退火可分為退火可分為: :

36、1. 1.完全退火完全退火 將鐵碳合金完全將鐵碳合金完全a a化化, ,隨之緩慢冷卻隨之緩慢冷卻, ,獲得接近獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。平衡狀態(tài)組織的退火工藝。 工程材料及其熱處理-336 其目的是通過完全重結(jié)晶細化晶粒其目的是通過完全重結(jié)晶細化晶粒, ,降低硬度降低硬度, ,改善切削性能。改善切削性能。 多用于亞共析鋼的鑄、鍛件。多用于亞共析鋼的鑄、鍛件。 過共析鋼過共析鋼不適用完全退火不適用完全退火, ,因為過共析鋼加熱因為過共析鋼加熱到到acaccmcm線以上緩慢冷卻時線以上緩慢冷卻時, ,溶解在溶解在a a內(nèi)的內(nèi)的fefe3 3c c又重又重新沿新沿a a晶界析出晶界析出, ,形

37、成沿晶界分布的網(wǎng)狀形成沿晶界分布的網(wǎng)狀fefe3 3c c組織組織, ,降低鋼材的力學性能。降低鋼材的力學性能。 2. 2.等溫退火等溫退火 等溫退火是指鋼件或毛坯加熱到高于等溫退火是指鋼件或毛坯加熱到高于a ac3c3( (或或 工程材料及其熱處理-337 a ac1c1) )溫度溫度, ,適當保溫后適當保溫后, ,較快冷卻到較快冷卻到p p轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的某一溫度并等溫保持使的某一溫度并等溫保持使a a轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閜 p型組織型組織, ,然后然后在空氣中冷卻的退火工藝。在空氣中冷卻的退火工藝。 等溫退火用時短等溫退火用時短, ,效率高效率高, ,工件內(nèi)外處于同一溫工件內(nèi)外處于同一

38、溫度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變度下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變, ,可得均勻的組織與性能?？傻镁鶆虻慕M織與性能。 3. 3.球化退火球化退火 使鋼件中碳化物球狀化而進行的退火工藝。使鋼件中碳化物球狀化而進行的退火工藝。 用于過共析鋼用于過共析鋼, ,目的目的使網(wǎng)狀使網(wǎng)狀fefe3 3c c球化球化, ,降低硬降低硬度、提高韌性度、提高韌性, ,改善切削性能改善切削性能, ,為淬火作組織準備。為淬火作組織準備。工程材料及其熱處理-338 4. 4.去應力退火去應力退火 為了去除由于塑性變形加工、焊接等造成的為了去除由于塑性變形加工、焊接等造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行的退火。以及鑄件內(nèi)存在的殘余應力而進行的退火。 主

39、要用于消除主要用于消除用于消除鑄件、鍛件、焊接件用于消除鑄件、鍛件、焊接件和切削件的殘余應力和切削件的殘余應力。 對體積龐大的焊接結(jié)構(gòu)件對體積龐大的焊接結(jié)構(gòu)件, ,無法裝爐退火時無法裝爐退火時, ,用火焰加熱或感應加熱等局部加熱方法用火焰加熱或感應加熱等局部加熱方法, ,對焊縫對焊縫及熱影響區(qū)及熱影響區(qū)局部去應力退火局部去應力退火。 5. 5.均勻化退火均勻化退火工程材料及其熱處理-339 均勻化退火均勻化退火是將鋼加熱到是將鋼加熱到acac3 3以上以上150150200(200(常為常為100010001200),1200),保溫保溫10101515小時小時, ,然后然后再隨爐緩冷到再隨爐

40、緩冷到350,350,再出爐冷卻。又再出爐冷卻。又: :擴散退火擴散退火。 均勻化退火時間長均勻化退火時間長, ,工件燒損嚴重工件燒損嚴重, ,耗能大耗能大, ,是是高成本工藝高成本工藝, ,多用于優(yōu)質(zhì)高合金鋼鑄錠和鑄件。多用于優(yōu)質(zhì)高合金鋼鑄錠和鑄件。 目的目的為減少鑄錠、鑄件、鍛坯成分偏析和組為減少鑄錠、鑄件、鍛坯成分偏析和組織的不均勻而采用的退火工藝?？椀牟痪鶆蚨捎玫耐嘶鸸に?。 6. 6.再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 經(jīng)冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶再結(jié)晶溫度經(jīng)冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶再結(jié)晶溫度工程材料及其熱處理-340 以上以上, ,保持適當時間保持適當時間, ,使形變晶粒重新結(jié)晶為均勻使形變晶

41、粒重新結(jié)晶為均勻的等軸晶粒的等軸晶粒, ,以消除形變強化和殘余應力的退火以消除形變強化和殘余應力的退火工藝。工藝。 正火是正火是將鋼材或鋼件加熱到或?qū)摬幕蜾摷訜岬交騛caccmcm以上以上30305050，保溫適當?shù)臅r間后，在靜止空氣中冷卻，保溫適當?shù)臅r間后，在靜止空氣中冷卻的的熱處理工藝。熱處理工藝。 與退火類似與退火類似,冷卻速度比退火快冷卻速度比退火快。 鋼件正火后的強度和硬度比退火稍高鋼件正火后的強度和硬度比退火稍高,但消但消除殘余應力不徹底。又操作簡便、生產(chǎn)率高除殘余應力不徹底。又操作簡便、生產(chǎn)率高,所所以以,正火常優(yōu)先采用。低碳鋼件可代替退火。正火常優(yōu)先采用。低碳鋼件可代替退火

42、。 工程材料及其熱處理-341 淬火是將鋼件加熱到淬火是將鋼件加熱到acac3 3 或或acac1 1以上某一溫度以上某一溫度, ,保持一定時間保持一定時間, ,然后以適當?shù)乃俣壤鋮s獲得然后以適當?shù)乃俣壤鋮s獲得馬氏馬氏體體(m)(m)和和( (或或) )貝氏體貝氏體( (b)b)組織的熱處理工藝組織的熱處理工藝。 目的目的: :提高鋼件的硬度和耐磨性提高鋼件的硬度和耐磨性, ,淬火不同淬火不同回火回火, ,獲得各種需要的性能獲得各種需要的性能, ,是強化鋼的主要方法。是強化鋼的主要方法。 1. 1. 淬火加熱溫度淬火加熱溫度 加熱溫度是淬火主要參數(shù)。加熱溫度是淬火主要參數(shù)。選擇原則以得到選擇原

43、則以得到均勻細小的均勻細小的a a晶粒晶粒, ,使淬火后獲得細小的使淬火后獲得細小的m m組織。組織。工程材料及其熱處理-342 為防止為防止a a晶粒粗化晶粒粗化, ,加熱溫度一般限制在臨界點以加熱溫度一般限制在臨界點以上上30305050范圍。碳鋼淬火加熱溫度范圍。碳鋼淬火加熱溫度范圍范圍 . . 亞共析鋼加熱亞共析鋼加熱溫度為溫度為a a c c3 3( (30305050)?？伞？傻镁鶆蚣毿〉牡镁鶆蚣毿〉膍 m組織。組織。 若溫度過高若溫度過高, ,易出現(xiàn)粗大易出現(xiàn)粗大m m組織組織, ,還導致淬火還導致淬火鋼嚴重變形鋼嚴重變形。加熱溫度過低加熱溫度過低, , 淬火組織會中出現(xiàn)淬火組織

44、會中出現(xiàn)f, f,造成淬火鋼硬度不足造成淬火鋼硬度不足, ,甚至出現(xiàn)甚至出現(xiàn)“軟點軟點”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 共析鋼和過共析鋼共析鋼和過共析鋼的淬火加熱溫度為的淬火加熱溫度為acac1 1( (30305050). .淬火后淬火后, ,共析鋼組織為均勻細小的共析鋼組織為均勻細小的m m和和工程材料及其熱處理-343 少量殘余少量殘余a a；過共析鋼則可獲得；過共析鋼則可獲得均勻細小的均勻細小的m m加粒加粒狀狀fefe3 3c c和少量殘余和少量殘余a a的混合組織的混合組織。 這種淬火組織對過共析鋼是正常的這種淬火組織對過共析鋼是正常的, ,使其有使其有最佳硬度和耐磨性最佳硬度和耐磨性。 過共析鋼的

45、加熱溫度過高過共析鋼的加熱溫度過高, ,可得較可得較粗大的粗大的m m和和較多的殘余較多的殘余a a。不僅降低淬火鋼硬度和耐磨度性。不僅降低淬火鋼硬度和耐磨度性, ,還增大淬火變形和開裂傾向。還增大淬火變形和開裂傾向。 2. 2.淬火加熱時間淬火加熱時間 指達到加熱溫度和獲得指達到加熱溫度和獲得a a均勻化的時間均勻化的時間。工程材料及其熱處理-344 淬火加熱時間包括淬火加熱時間包括升溫和保溫時間升溫和保溫時間。 加熱時間不能過長加熱時間不能過長, ,也不能過短。也不能過短。 在熱處理生產(chǎn)中具體要考慮在熱處理生產(chǎn)中具體要考慮鋼種鋼種、加熱介質(zhì)加熱介質(zhì)、加熱速度、加熱速度、裝爐方式裝爐方式、裝

46、爐量裝爐量以及以及工件的形狀、工件的形狀、尺寸尺寸等諸多因素。等諸多因素。 3. 3.淬火介質(zhì)淬火介質(zhì) 淬火冷卻時所用的介質(zhì)。淬火冷卻時所用的介質(zhì)。 鋼的種類不同鋼的種類不同, ,淬火介質(zhì)不同淬火介質(zhì)不同, ,常用介質(zhì)：水、常用介質(zhì)：水、鹽水和油。鹽水和油。工程材料及其熱處理-345 水便宜水便宜, ,冷卻能力較強冷卻能力較強。 其不足之處是在其不足之處是在650650550550范圍內(nèi)冷卻能力范圍內(nèi)冷卻能力差差, ,而而在在300300200200范圍內(nèi)冷卻能力又偏強范圍內(nèi)冷卻能力又偏強, ,性能性能不理想不理想, ,理想理想方式方式：快快- -慢慢- -快快。 鹽水冷卻能力比清水更強鹽水冷

47、卻能力比清水更強, ,尤其尤其在在650650550550內(nèi)有很強的冷卻能力內(nèi)有很強的冷卻能力, ,這對這對尺寸較大的非合金鋼尺寸較大的非合金鋼件的淬火是非常有利的件的淬火是非常有利的。 鹽水在鹽水在300300200200以下溫度時以下溫度時, ,冷卻能力仍像冷卻能力仍像清水那樣相當強清水那樣相當強, ,能使工件變形重能使工件變形重, ,甚至發(fā)生開裂。甚至發(fā)生開裂。 工程材料及其熱處理-346 鹽水對工件有銹蝕作用鹽水對工件有銹蝕作用, ,淬火后工件必須清洗淬火后工件必須清洗 鹽水和水差不多鹽水和水差不多, ,適用形狀簡單、硬度要求高適用形狀簡單、硬度要求高, ,而均勻、變形要求不嚴格的非合

48、金鋼零件的淬火而均勻、變形要求不嚴格的非合金鋼零件的淬火。 油是冷卻能力較弱的淬火冷卻介質(zhì)油是冷卻能力較弱的淬火冷卻介質(zhì)。 淬火用油主要為各種礦物油淬火用油主要為各種礦物油, ,如錠子油、機油、如錠子油、機油、柴油、變壓器油等。柴油、變壓器油等。 油在高溫區(qū)冷卻速度不夠油在高溫區(qū)冷卻速度不夠, ,不利于非合金鋼的不利于非合金鋼的淬硬淬硬, ,但有利于減少工件的變形。但有利于減少工件的變形。 工程材料及其熱處理-347 因此因此, ,在生產(chǎn)中在生產(chǎn)中, ,油主要用作過冷油主要用作過冷a a穩(wěn)定性好的穩(wěn)定性好的合金鋼和尺寸小的非合金鋼零件冷卻介質(zhì)。合金鋼和尺寸小的非合金鋼零件冷卻介質(zhì)。 油冷卻能力

49、較水低、成本高油冷卻能力較水低、成本高, ,對防止工件產(chǎn)對防止工件產(chǎn)生裂紋等缺陷效果好生裂紋等缺陷效果好, ,多用于合金鋼淬火的場合多用于合金鋼淬火的場合。 冷卻介質(zhì)還有熔融狀態(tài)的冷卻介質(zhì)還有熔融狀態(tài)的堿浴和硝鹽浴堿浴和硝鹽浴。 堿浴在高溫區(qū)的冷卻能力比油強而比水弱堿浴在高溫區(qū)的冷卻能力比油強而比水弱, ,而而硝鹽在高溫區(qū)的冷卻能力比油略弱硝鹽在高溫區(qū)的冷卻能力比油略弱。 在低溫區(qū)域在低溫區(qū)域, ,堿和硝鹽的冷卻能力都比油弱堿和硝鹽的冷卻能力都比油弱。 工程材料及其熱處理-348 堿浴和硝鹽浴適宜截面不大、形狀復雜、限堿浴和硝鹽浴適宜截面不大、形狀復雜、限制變形的工具鋼制變形的工具鋼分級淬火分

50、級淬火或或等溫淬火等溫淬火的冷卻介質(zhì)。的冷卻介質(zhì)。 4. 4. 淬火冷卻方法淬火冷卻方法 淬火介質(zhì)不能完全滿足淬火質(zhì)量的要求淬火介質(zhì)不能完全滿足淬火質(zhì)量的要求, ,要以要以適當?shù)拇慊鸱椒ㄅ浜线m當?shù)拇慊鸱椒ㄅ浜? ,以求所需要淬火組織和性以求所需要淬火組織和性能能, ,還要盡量減小淬火缺陷。還要盡量減小淬火缺陷。 單液淬火單液淬火 單液淬火單液淬火是是將將a a化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻續(xù)冷卻獲得獲得m m組織的一種淬火組織的一種淬火方法方法 。 工程材料及其熱處理-349 單液淬火單液淬火操作簡單操作簡單, ,易控制熱處理易控制熱處理; ;僅適用于僅適用于形狀簡

51、單的非合金鋼和合金鋼零件的淬火。形狀簡單的非合金鋼和合金鋼零件的淬火。 雙液淬火雙液淬火 雙液淬火雙液淬火是將鋼件是將鋼件a a化后先浸入冷卻能力較強化后先浸入冷卻能力較強的介質(zhì)的介質(zhì), ,在鋼件還未到達該淬火介質(zhì)溫度之前即在鋼件還未到達該淬火介質(zhì)溫度之前即取出取出, ,馬上浸入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷馬上浸入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻卻, ,如如先水后油先水后油、先水后空氣先水后空氣 。 雙雙液液淬火利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點淬火利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點, ,獲得了較獲得了較為理想的冷卻條件為理想的冷卻條件; ;在保證工件獲得在保證工件獲得m m組織的同時組織的同時工程材料及其熱處理-350,

52、 ,減小了淬火應力減小了淬火應力, ,能有效防止工件的變形或開裂。能有效防止工件的變形或開裂。 分級淬火分級淬火 鋼材鋼材a a化后化后, ,隨之浸入溫度稍高于或稍低于隨之浸入溫度稍高于或稍低于m ms s點液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿浴）中點液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲? ,適當保持時間適當保持時間, ,待待鋼件內(nèi)外都達到介質(zhì)溫度后取出空冷鋼件內(nèi)外都達到介質(zhì)溫度后取出空冷, ,以獲得以獲得m m組組織的淬火工藝織的淬火工藝。 此法顯著降低了淬火應力此法顯著降低了淬火應力, ,有效地減小或防止有效地減小或防止了淬火工件的變形和開裂。了淬火工件的變形和開裂。 因受熔鹽冷卻能力的限制因受熔鹽冷卻能力的限制, ,

53、適用尺寸較小工件。適用尺寸較小工件。 工程材料及其熱處理-351 貝氏體等溫淬火貝氏體等溫淬火 鋼材或鋼材或鋼件加熱鋼件加熱a a化化, ,隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間溫度區(qū)間( (260260400400)等溫保持等溫保持, ,使使a a轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閎 b的淬的淬火火工藝工藝。 這種淬火方法處理的工件強度高、韌性好；這種淬火方法處理的工件強度高、韌性好；同時因淬火應力很小同時因淬火應力很小, ,工件淬火變形極小。工件淬火變形極小。 多用于處理形狀復雜、尺寸較小的零件。多用于處理形狀復雜、尺寸較小的零件。 冷處理冷處理 冷處理是冷處理是把淬火冷卻到室溫的鋼繼續(xù)冷卻到零把淬火

54、冷卻到室溫的鋼繼續(xù)冷卻到零度以下度以下(-70(-70-80)-80)的處理工藝。的處理工藝。 工程材料及其熱處理-352 冷處理適用于冷處理適用于m ms s溫度位于溫度位于00以下的高碳鋼和以下的高碳鋼和合金鋼。使過冷合金鋼。使過冷a a向向m m的轉(zhuǎn)變更完全的轉(zhuǎn)變更完全, ,縮減少殘余縮減少殘余a a量量, ,提高鋼的硬度和耐磨性提高鋼的硬度和耐磨性, ,穩(wěn)定尺寸。穩(wěn)定尺寸。 冷處理的實質(zhì)是淬火鋼在零度以下的淬火冷處理的實質(zhì)是淬火鋼在零度以下的淬火。 冷處理后必須進行低溫回火冷處理后必須進行低溫回火, ,以消除所形成的以消除所形成的應力及穩(wěn)定新生成的應力及穩(wěn)定新生成的m m組織。組織。

55、精密量具、滾動軸承等都應進行冷處理。精密量具、滾動軸承等都應進行冷處理。 冷處理的辦法是采用冷處理的辦法是采用干冰干冰( (固態(tài)固態(tài)coco2 2) )和酒精的和酒精的混合劑或冷凍機冷卻混合劑或冷凍機冷卻。工程材料及其熱處理-353回火時組織和性能的變化回火時組織和性能的變化回火是鋼件淬硬后回火是鋼件淬硬后, ,再加熱至再加熱至a ac1c1以下的某一以下的某一溫度溫度, ,保溫一定時間保溫一定時間, ,然后冷卻到室溫的然后冷卻到室溫的htht工藝。工藝。 鋼淬火后硬度高鋼淬火后硬度高, ,脆性大脆性大, ,屬存在很大內(nèi)應力屬存在很大內(nèi)應力的的m m和殘余和殘余a a都處于非平衡狀態(tài)都處于非平

56、衡狀態(tài), ,是不穩(wěn)定的組織是不穩(wěn)定的組織. . 經(jīng)過一定的時間和條件經(jīng)過一定的時間和條件, ,會向平衡組織轉(zhuǎn)變會向平衡組織轉(zhuǎn)變, ,導致工件的尺寸形狀改變導致工件的尺寸形狀改變, ,性能發(fā)生變化性能發(fā)生變化, ,為克服為克服淬火組織的這些弱點而采取回火處理淬火組織的這些弱點而采取回火處理。 工程材料及其熱處理-354 目的目的: :穩(wěn)定組織穩(wěn)定組織, ,減少內(nèi)應力減少內(nèi)應力, ,降低脆性降低脆性, ,獲得所獲得所需性能。需性能。 鋼在回火中鋼在回火中, ,隨著溫度提高隨著溫度提高, ,原子活動能力增大原子活動能力增大, ,組織相應發(fā)生組織相應發(fā)生四個階段性四個階段性的轉(zhuǎn)變：的轉(zhuǎn)變： 階段階段(

57、 (8080200200)：m m開始分解開始分解。 階段階段( (200200300300)：殘余殘余a a分解分解 階段階段( (300300400400)：m m分解完成和分解完成和fefe3 3c c形成。形成。 階段階段( (400400以上以上) )：固溶體的再結(jié)晶與固溶體的再結(jié)晶與fefe3 3c c的聚集長大。的聚集長大。 工程材料及其熱處理-355回火方法 加熱溫度 （） 力學性能 特點應 用范 圍 硬度 （hrc）低溫低溫回火回火150250 高硬度、耐高硬度、耐磨性磨性刃具、量具、刃具、量具、冷沖模等冷沖模等5864中溫中溫回火回火250500高彈性、高彈性、韌性韌性彈簧

58、、鋼絲彈簧、鋼絲繩等繩等3550高溫高溫回火回火500650良好的綜合良好的綜合力學性能力學性能連桿、齒輪連桿、齒輪及軸類及軸類20302. 2.回火種類及應用回火種類及應用工程材料及其熱處理-356 3. 3. 回火脆性回火脆性 淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩淬火鋼在某些溫度區(qū)間回火或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)間脆化慢冷卻通過該溫度區(qū)間脆化現(xiàn)象現(xiàn)象稱為稱為回火脆性回火脆性 。 鋼淬火后在鋼淬火后在300300左右回火時所產(chǎn)生的回火左右回火時所產(chǎn)生的回火脆性稱為脆性稱為第一類回火脆性第一類回火脆性, ,也也: :低溫回火脆性或不低溫回火脆性或不可逆回火脆性可逆回火脆性. . 幾乎所

59、有的淬火鋼在該溫度范圍內(nèi)回火時幾乎所有的淬火鋼在該溫度范圍內(nèi)回火時, ,都產(chǎn)生不同程度的回火脆性。都產(chǎn)生不同程度的回火脆性。 第一類回火脆性一旦產(chǎn)生就無法消除第一類回火脆性一旦產(chǎn)生就無法消除, ,因此因此生產(chǎn)中一般不在此溫度范圍內(nèi)回火。生產(chǎn)中一般不在此溫度范圍內(nèi)回火。 工程材料及其熱處理-357 含有含有crcr、mnmn、cr-nicr-ni等元素的合金鋼等元素的合金鋼淬火后，淬火后，在脆化溫度在脆化溫度(400(400500)500)區(qū)回火區(qū)回火, ,或經(jīng)更高溫度回或經(jīng)更高溫度回火后緩慢冷卻通過脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的回火脆性火后緩慢冷卻通過脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的回火脆性稱為稱為第二類回火脆性第二類

60、回火脆性。 又稱為又稱為高溫回火脆性或可逆回火脆性。高溫回火脆性或可逆回火脆性。 但回火后采取快冷時但回火后采取快冷時, ,這種回火脆性的發(fā)生就這種回火脆性的發(fā)生就會受到抑制或消失。會受到抑制或消失。 工程材料及其熱處理-358 一、一、鋼的淬透性鋼的淬透性 1. 1.淬透性的概念淬透性的概念 淬透性是指淬透性是指在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深在規(guī)定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性度和硬度分布的特性。 淬火時淬火時, ,工件截面上各處冷卻速度是不同的。工件截面上各處冷卻速度是不同的。 若以圓棒試樣為例若以圓棒試樣為例, ,淬火冷卻時淬火冷卻時, ,其表面冷卻速其表面冷卻速度最大度最大,