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(xué)基本要求教學(xué)基本要求：1. 1.了解強(qiáng)化金屬基本途徑。了解強(qiáng)化金屬基本途徑。2. 2.具有分析和應(yīng)用具有分析和應(yīng)用c c曲線(xiàn)的初步能力，熟悉金屬曲線(xiàn)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(shí)熟練掌握熱處理工藝知識(shí), ,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(diǎn)與應(yīng)用。法中退火、正火、淬火、回火特點(diǎn)與應(yīng)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(shí)。用等基本知識(shí)。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(shí)。知識(shí)。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(dāng)?shù)慕饘贌崽幚硎菍⒐虘B(tài)金屬或合金采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行加熱、保溫和冷卻，獲得所需要的組織方法進(jìn)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(guò)程所產(chǎn)生的金熱處理用于消除上一工藝過(guò)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(jìn)一步提高金屬材料的性能，充分發(fā)揮能，還可進(jìn)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(jī)器零件都要進(jìn)材料性能的潛力。因此，大部分機(jī)器零件都要進(jìn)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(xué)熱處理整體處理、表面熱處理和化學(xué)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(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)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(shí)的轉(zhuǎn)變溫度地加熱或冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變溫度, ,因此因此, ,a a1 1、a a3 3和和a acmcm點(diǎn)點(diǎn)都是平衡臨界點(diǎn)。都是平衡臨界點(diǎn)。 在實(shí)際中在實(shí)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(diǎn)進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變。能在平衡點(diǎn)進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變。 實(shí)際加熱時(shí)實(shí)際加熱時(shí)各臨界點(diǎn)的位置分別為各臨界點(diǎn)的位置分別為圖中的圖中的acac1 1、acac3 3、acaccmcm線(xiàn)線(xiàn), ,實(shí)際冷卻實(shí)際冷卻時(shí)各臨界點(diǎn)的位置分別為時(shí)各臨界點(diǎn)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(shí)先要加熱鋼熱處理時(shí)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(xiàn)線(xiàn)) )點(diǎn)以上時(shí)點(diǎn)以上時(shí), ,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(chēng)為這種轉(zhuǎn)變稱(chēng)為奧氏體化奧氏

5、體化a a化化。 轉(zhuǎn)變過(guò)程是通過(guò)鐵原子和碳原子的擴(kuò)散進(jìn)行轉(zhuǎn)變過(guò)程是通過(guò)鐵原子和碳原子的擴(kuò)散進(jìn)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(kuò)散型相變擴(kuò)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(shí)的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。研究鋼在加熱時(shí)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(guò)程奧氏體的形成過(guò)程 將共析鋼加熱至將共析鋼加熱至acac1 1時(shí)時(shí), ,會(huì)發(fā)生會(huì)發(fā)生p p向向a a的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變, ,過(guò)過(guò)程也是程也是形核和和長(zhǎng)大形核和和長(zhǎng)大的過(guò)程的過(guò)程, ,分四個(gè)階段分四個(gè)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?yàn)橄嘁驗(yàn)橄嘟缑嫣幊煞植痪鶆蚪缑嫣幊煞植痪鶆? ,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(zhǎng)大晶核的長(zhǎng)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(gè)方向長(zhǎng)大二個(gè)方向長(zhǎng)大。與此同。與此同時(shí)時(shí), ,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(zhǎng)大長(zhǎng)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(guò)程中，當(dāng)?shù)男纬蛇^(guò)程中，當(dāng)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(chēng)為尚未溶解（稱(chēng)為fefe3 3c c殘殘）, ,隨著保溫時(shí)間的隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)延長(zhǎng), ,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(dāng)當(dāng)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(guò)一定處的要高。只有經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的保溫時(shí)間的保溫, ,碳原子的不斷擴(kuò)散碳原子的不斷擴(kuò)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(guò)共析鋼過(guò)共析鋼的的a a形成過(guò)程與共析鋼基形成過(guò)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(guò)共析鋼中除了過(guò)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(chēng)為不完全稱(chēng)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(kuò)散快原子擴(kuò)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(guò)熱度大過(guò)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(xué)成分化學(xué)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(jìn)促進(jìn)a a化化. . 常見(jiàn)合元能明顯影響常見(jiàn)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(guò)程的效果；加快轉(zhuǎn)變過(guò)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(duì)轉(zhuǎn)變過(guò)程基本沒(méi)有影響硅、錳、鋁等對(duì)轉(zhuǎn)變過(guò)程基本沒(méi)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(xì)越細(xì), ,相界面越大相界面越大, ,形核形核機(jī)會(huì)越多機(jī)會(huì)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(zhǎng)大速度變快。晶粒中碳濃度梯度大了長(zhǎng)大速度變快。 3. 3.奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施 鋼加熱時(shí)鋼加熱時(shí)p p向向a a轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí)轉(zhuǎn)變剛結(jié)束時(shí),a,a晶粒是細(xì)小的。晶粒是細(xì)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(huì)變粗大。晶粒會(huì)變粗大。 加熱加熱溫度越高溫度越高, ,保溫時(shí)間越長(zhǎng)保溫時(shí)間越長(zhǎng),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(qiáng)使鋼的強(qiáng)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(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)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(shí)間保溫時(shí)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(diǎn)以上某一適當(dāng)溫度臨界點(diǎn)以上某一適當(dāng)溫度, ,保溫保溫時(shí)間的確定除考慮相變需要時(shí)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(dāng)加熱溫度相同時(shí)當(dāng)加熱溫度相同時(shí), ,加熱速度越快加熱速度越快, ,保溫時(shí)間越保溫時(shí)間越短短, ,晶粒越細(xì)晶粒越細(xì), ,所以生產(chǎn)所以生產(chǎn)中常采用快速加熱、短時(shí)中常采用快速加熱、短時(shí)保溫的方法保溫的方法來(lái)細(xì)化晶粒。來(lái)細(xì)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(huì)阻礙都會(huì)阻礙a a晶粒長(zhǎng)大晶粒長(zhǎng)大, ,而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。 工程材料及其熱處理-314 二、二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)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?？椇托阅?。 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(shí)際生產(chǎn)中實(shí)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(huì)得不同產(chǎn)物會(huì)得不同產(chǎn)物, ,對(duì)鋼的組織和性能有很大影響。對(duì)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(bǔ) a化的鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)化的鋼迅速冷卻到臨界點(diǎn)以下的給定溫度進(jìn)行保溫以下的給定溫度進(jìn)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(bǔ) 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(diǎn)以下的不同溫度進(jìn)行組織使其在臨界點(diǎn)以下的不同溫度進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變。 1. 1.過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織與性能過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織

15、與性能 a a在相變點(diǎn)在相變點(diǎn)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(shí)間需要停留一段時(shí)間, ,此稱(chēng)為此稱(chēng)為孕育期孕育期。 在在a a1 1溫度以下暫時(shí)存在的不穩(wěn)定的溫度以下暫時(shí)存在的不穩(wěn)定的a a稱(chēng)為過(guò)冷稱(chēng)為過(guò)冷a a。在不同的過(guò)冷度下，過(guò)冷在不同的過(guò)冷度下，過(guò)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(guò)冷過(guò)冷a a在在a a1 1550550溫度范圍等溫時(shí)溫度范圍等溫時(shí), ,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(kuò)散能力強(qiáng)原子擴(kuò)散能力強(qiáng), ,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。織。工程材料及其熱處理-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(duì)層間距不同的對(duì)層間距不同的p p型組織分別稱(chēng)為型組織分別稱(chēng)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(wú)本質(zhì)區(qū)它們并無(wú)本質(zhì)區(qū)別別, ,也無(wú)嚴(yán)格界限也無(wú)嚴(yán)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(guò)冷過(guò)冷a a在在550550m ms s溫度范圍等溫時(shí)，將發(fā)生溫度范圍等溫時(shí)，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(kuò)散差原子擴(kuò)散差, , fefe3 3c c已經(jīng)很難聚已經(jīng)很難聚集長(zhǎng)大呈層狀。此時(shí)集長(zhǎng)大呈層狀。此時(shí), ,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(chēng)

18、為稱(chēng)為貝氏體貝氏體, ,用用美國(guó)冶金學(xué)家名字命名美國(guó)冶金學(xué)家名字命名, ,符號(hào)符號(hào)b b來(lái)表示。來(lái)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(qiáng)度較低強(qiáng)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(qiáng)度較高強(qiáng)度較高, ,塑性和韌塑性和韌性也較好性也較好, ,綜合力學(xué)性能好綜合力學(xué)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(diǎn)型轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 過(guò)冷過(guò)冷a a轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)閙 m是非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變是非擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)散。鐵和碳原子都不能進(jìn)行擴(kuò)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(dòng)作一定距離的移動(dòng)( (不超過(guò)一個(gè)原子間距不超過(guò)一個(gè)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(dòng)不動(dòng), ,過(guò)飽和地留在新組成的晶胞中；增大了其過(guò)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(guò)飽和固溶體中的過(guò)飽和固溶體。 過(guò)飽和碳使過(guò)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(qiáng)的固溶強(qiáng)化。很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化。 m m高速長(zhǎng)大高速長(zhǎng)大, ,連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程 a a冷卻到冷卻到m ms s點(diǎn)以下后點(diǎn)以下后, ,無(wú)孕育期無(wú)孕育期, ,瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樗矔r(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閙 m。隨著溫度下降隨著溫度下降, ,過(guò)冷過(guò)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?dú)埩羯倭恳?/p>

21、要?dú)埩羯倭繆W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(kāi)始線(xiàn)轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)) )、m mf f (m(m轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)) )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(shí)，在轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應(yīng)標(biāo)時(shí)，在轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中應(yīng)標(biāo)上上a,a,碳含量少于碳含量少于0.6%0.6%時(shí)時(shí),a,a可忽略可忽略. .工程材料及其熱處理-322 m m形成時(shí)體積要膨脹形成時(shí)體積要膨脹 膨脹要產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力膨脹要產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)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(yīng)力。兩者面和心部產(chǎn)生溫差而引起熱應(yīng)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(kāi)裂變形和開(kāi)裂的主因。的主因。 3)3)馬氏體的形態(tài)與特點(diǎn)馬氏體的形態(tài)與特點(diǎn) 過(guò)冷過(guò)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(guò)中溶解而形成的過(guò)飽和固溶體飽和固溶體, ,用符號(hào)用符號(hào)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(guó)冶金學(xué)家德國(guó)冶金學(xué)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(dāng)發(fā)生當(dāng)發(fā)生m m型轉(zhuǎn)變時(shí)型轉(zhuǎn)變時(shí), ,過(guò)冷過(guò)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(guò)飽和的固溶體形成過(guò)飽和的固溶體, ,產(chǎn)產(chǎn)生嚴(yán)重的晶格畸變。生嚴(yán)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(lèi)型。兩種基本類(lèi)型。 板條板條m m在光學(xué)顯微鏡下所看到的只是邊緣不規(guī)在光學(xué)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(chēng)為故亦稱(chēng)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(cuò)纏結(jié)的內(nèi)有大量位錯(cuò)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(chēng)也稱(chēng)位錯(cuò)位錯(cuò)m m。 片狀片狀m m其單個(gè)晶體的立體形態(tài)其單個(gè)晶體的立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀呈雙凸透鏡狀，因每個(gè)因每個(gè)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(shuō)是片狀說(shuō)是片狀, ,故我國(guó)通常稱(chēng)為故我國(guó)通常稱(chēng)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(chēng)為故亦稱(chēng)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(chēng)孿晶又稱(chēng)孿晶m m 。 m m具有高的硬度和強(qiáng)度具有高的硬度和強(qiáng)度, ,是是m m主要特點(diǎn)。主要特點(diǎn)。 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(qiáng)度與較好塑性具有較高硬度、較高強(qiáng)度與較好塑性和韌性相配合的良好的綜合力學(xué)性能。和韌性相配合的良好的綜合力學(xué)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(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線(xiàn) 過(guò)冷過(guò)冷a a的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物決定于過(guò)冷的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物決定于過(guò)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(guò)冷要了解過(guò)冷a a的轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系的轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系, ,必須必須了解過(guò)冷了解過(guò)冷a a的的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)和和連續(xù)冷卻曲線(xiàn)連續(xù)冷卻曲線(xiàn)。 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(xiàn)奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn) 過(guò)冷過(guò)冷a a等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)是表

27、示過(guò)冷等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)是表示過(guò)冷a a在不同過(guò)冷在不同過(guò)冷度下的等溫過(guò)程中度下的等溫過(guò)程中, ,轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間與轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)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(xiàn)。產(chǎn)物量之間的關(guān)系曲線(xiàn)。 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(chēng)所以又稱(chēng)為為“c c曲線(xiàn)曲線(xiàn)”, ,也稱(chēng)為也稱(chēng)為“ttt”ttt”曲線(xiàn)曲線(xiàn)。 圖中圖中, ,a a1 1為為a a向向p p轉(zhuǎn)變的相變點(diǎn)轉(zhuǎn)變的相變點(diǎn), ,a a1 1以上區(qū)域?yàn)橐陨蠀^(qū)域?yàn)榉€(wěn)穩(wěn)定定a a區(qū)區(qū)。 兩條兩條c c形曲線(xiàn)中形曲線(xiàn)中, ,左邊的曲線(xiàn)為轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)左邊的曲線(xiàn)為轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)，該線(xiàn)該線(xiàn)以左區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷以

28、左區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷a a區(qū)；區(qū)； 右邊的曲線(xiàn)為轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)右邊的曲線(xiàn)為轉(zhuǎn)變終了線(xiàn), ,該線(xiàn)以右區(qū)域?yàn)檗D(zhuǎn)該線(xiàn)以右區(qū)域?yàn)檗D(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(xiàn)之間的區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷形曲線(xiàn)之間的區(qū)域?yàn)檫^(guò)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(xiàn)水平線(xiàn)m ms s和和m mf f為為m m轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)和終了線(xiàn)。轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)和終了線(xiàn)。 影響影響等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的因素等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的因素 共析鋼過(guò)冷共析鋼過(guò)冷a a的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn) 加熱溫度高加熱溫度高, ,保溫時(shí)間長(zhǎng)保溫時(shí)間長(zhǎng),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(guò)冷使過(guò)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(xiàn)右移曲線(xiàn)右移, ,反之左移反之左移。 過(guò)冷過(guò)冷a a轉(zhuǎn)變所需孕育期的長(zhǎng)短不同轉(zhuǎn)變所需孕育期的長(zhǎng)短不同, ,即過(guò)冷即過(guò)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(guò)冷過(guò)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(guò)共析鋼的亞共析鋼和過(guò)共析鋼的過(guò)冷過(guò)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(guò)

30、程。的結(jié)晶過(guò)程。 與共析鋼相比與共析鋼相比, ,亞共析鋼和過(guò)共析鋼的過(guò)冷亞共析鋼和過(guò)共析鋼的過(guò)冷a a等等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖多了一條先析相的析出線(xiàn)。溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖多了一條先析相的析出線(xiàn)。 同時(shí)同時(shí)c c曲線(xiàn)的位置也曲線(xiàn)的位置也相對(duì)左移相對(duì)左移, ,說(shuō)明說(shuō)明亞共析鋼和亞共析鋼和過(guò)共析鋼過(guò)冷過(guò)共析鋼過(guò)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(xiàn)隨含碳量的曲線(xiàn)隨含碳量的增加而右移增加而右移, ,過(guò)共析鋼的過(guò)共析鋼的c c曲線(xiàn)隨含碳量的增加而曲線(xiàn)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(guò)冷由于過(guò)冷a a的轉(zhuǎn)變是一個(gè)形核與長(zhǎng)大的過(guò)程的轉(zhuǎn)變是一個(gè)形核與長(zhǎng)大的過(guò)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(guò)共析鋼先共析亞共析鋼與過(guò)共析鋼先共析相的析出促進(jìn)了向相的析出促進(jìn)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(guò)共析鋼含碳量越高過(guò)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(guò)冷奧氏體最為穩(wěn)定。使得共析鋼的過(guò)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(guò)冷使過(guò)冷a a穩(wěn)定穩(wěn)定, ,即都使即都使c c曲線(xiàn)右移。曲線(xiàn)右移。 當(dāng)過(guò)冷當(dāng)過(guò)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(shí)碳化物形成元素時(shí), ,還會(huì)改變還會(huì)改變c c曲線(xiàn)的曲線(xiàn)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(shí)未能全部溶化時(shí)未能全部溶解解, ,則則會(huì)降低過(guò)冷會(huì)降低過(guò)冷a a的穩(wěn)定性的穩(wěn)定性, ,使使c c曲線(xiàn)左移曲線(xiàn)左移。工程材料及其熱處理-

33、332 c c曲線(xiàn)在生產(chǎn)上有重要用途曲線(xiàn)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(guò)程；制定等溫轉(zhuǎn)變工藝及分析等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程； 分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程及其熱處理工藝的分析連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)程及其熱處理工藝的制定；制定； 利用利用c c曲線(xiàn)判定鋼的淬透性曲線(xiàn)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(xiàn)都已測(cè)出曲線(xiàn)都已測(cè)出, ,需要時(shí)可查閱有關(guān)需要時(shí)可查閱有關(guān)手冊(cè)。手冊(cè)。 2)2)過(guò)冷過(guò)冷a a的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)工程材料及其熱處理-333 過(guò)冷過(guò)冷a a的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)表示鋼經(jīng)的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)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(guò)冷過(guò)冷a a的轉(zhuǎn)變開(kāi)始及的轉(zhuǎn)變開(kāi)始及轉(zhuǎn)變終了時(shí)間與轉(zhuǎn)變溫度之間關(guān)系的曲線(xiàn)。轉(zhuǎn)變終了時(shí)間與轉(zhuǎn)變溫度之間關(guān)系的曲線(xiàn)。 共析鋼的過(guò)共析鋼的過(guò)冷冷a a連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖中連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖中p ps s、p pf f線(xiàn)為線(xiàn)為p p轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了線(xiàn), ,p pk k為為p p轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)轉(zhuǎn)變中止線(xiàn)。 當(dāng)冷卻曲線(xiàn)碰到當(dāng)冷卻曲線(xiàn)碰到p pk k線(xiàn)時(shí)線(xiàn)時(shí),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(guò)冷至將一直過(guò)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(xiàn)圖共析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)圖中中p p轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)開(kāi)始線(xiàn), , 共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲共析鋼過(guò)冷奧氏體的連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)和轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)的位置均相對(duì)右下移，而且只有線(xiàn)和轉(zhuǎn)變終了線(xiàn)的位置均相對(duì)右下移，而且只有c c形曲線(xiàn)的上半形曲線(xiàn)的上半部分，沒(méi)有中溫的貝氏體型轉(zhuǎn)變部分，沒(méi)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(dāng)溫度保溫一退火是將金屬和合金加熱到適當(dāng)溫度保溫一定時(shí)間定時(shí)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(guò)完全重結(jié)晶細(xì)化晶粒其目的是通過(guò)完全重結(jié)晶細(xì)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(guò)共析鋼過(guò)共析鋼不適用完全退火不適用完全退火, ,因?yàn)檫^(guò)共析鋼加熱因?yàn)檫^(guò)共析鋼加熱到到acaccmcm線(xiàn)以上緩慢冷卻時(shí)線(xiàn)以上緩慢冷卻時(shí), ,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(xué)性能。降低鋼材的力學(xué)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(dāng)保溫后適當(dāng)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(shí)短等溫退火用時(shí)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(jìn)行的退火工藝。使鋼件中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝。 用于過(guò)共析鋼用于過(guò)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(zhǔn)備。為淬火作組織準(zhǔn)備。工程材料及其熱處理-338 4. 4.去應(yīng)力退火去應(yīng)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(yīng)力而進(jìn)行的退火。以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)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(yīng)力和切削件的殘余應(yīng)力。 對(duì)體積龐大的焊接結(jié)構(gòu)件對(duì)體積龐大的焊接結(jié)構(gòu)件, ,無(wú)法裝爐退火時(shí)無(wú)法裝爐退火時(shí), ,用火焰加熱或感應(yīng)加熱等局部加熱方法用火焰加熱或感應(yīng)加熱等局部加熱方法, ,對(duì)焊縫對(duì)焊縫及熱影響區(qū)及熱影響區(qū)局部去應(yīng)力退火局部去應(yīng)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(shí)小時(shí), ,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(kuò)散退火擴(kuò)散退火。 均勻化退火時(shí)間長(zhǎng)均勻化退火時(shí)間長(zhǎng), ,工件燒損嚴(yán)重工件燒損嚴(yán)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。織的不均勻而采用的退火工藝。 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(dāng)時(shí)間保持適當(dāng)時(shí)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(qiáng)化和殘余應(yīng)力的退火以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)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(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在靜止空氣中冷卻，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)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(lèi)似與退火類(lèi)似,冷卻速度比退火快冷卻速度比退火快。 鋼件正火后的強(qiáng)度和硬度比退火稍高鋼件正火后的強(qiáng)度和硬度比退火稍高,但消但消除殘余應(yīng)力不徹底。又操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)率高除殘余應(yīng)力不徹底。又操作簡(jiǎn)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(shí)間保持一定時(shí)間, ,然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s獲得然后以適當(dāng)?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(qiáng)化鋼的主要方法。是強(qiáng)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(xì)小的均勻細(xì)小的a a晶粒晶粒, ,使淬火后獲得細(xì)小的使淬火后獲得細(xì)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(diǎn)以加熱溫度一般限制在臨界點(diǎn)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?xì)小的得均勻細(xì)小的m m組織。組織。 若溫度過(guò)高若溫度過(guò)高, ,易出現(xiàn)粗大易出現(xiàn)粗大m m組織組織, ,還導(dǎo)致淬火還導(dǎo)致淬火鋼嚴(yán)重變形鋼嚴(yán)重變形。加熱溫度過(guò)低加熱溫度過(guò)低, , 淬火組織會(huì)中出現(xiàn)淬火組織

44、會(huì)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(diǎn)軟點(diǎn)”現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 共析鋼和過(guò)共析鋼共析鋼和過(guò)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(xì)小的共析鋼組織為均勻細(xì)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(guò)共析鋼則可獲得；過(guò)共析鋼則可獲得均勻細(xì)小的均勻細(xì)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(duì)過(guò)共析鋼是正常的這種淬火組織對(duì)過(guò)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(guò)共析鋼的

45、加熱溫度過(guò)高過(guò)共析鋼的加熱溫度過(guò)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(kāi)裂傾向。還增大淬火變形和開(kāi)裂傾向。 2. 2.淬火加熱時(shí)間淬火加熱時(shí)間 指達(dá)到加熱溫度和獲得指達(dá)到加熱溫度和獲得a a均勻化的時(shí)間均勻化的時(shí)間。工程材料及其熱處理-344 淬火加熱時(shí)間包括淬火加熱時(shí)間包括升溫和保溫時(shí)間升溫和保溫時(shí)間。 加熱時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng)加熱時(shí)間不能過(guò)長(zhǎng), ,也不能過(guò)短。也不能過(guò)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(shí)所用的介質(zhì)。淬火冷卻時(shí)所用的介質(zhì)。 鋼的種類(lèi)不同鋼的種類(lèi)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(qiáng)冷卻能力較強(qiáng)。 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(qiáng)范圍內(nèi)冷卻能力又偏強(qiáng), ,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(qiáng)鹽水冷

47、卻能力比清水更強(qiáng), ,尤其尤其在在650650550550內(nèi)有很強(qiáng)的冷卻能力內(nèi)有很強(qiáng)的冷卻能力, ,這對(duì)這對(duì)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(shí)以下溫度時(shí), ,冷卻能力仍像冷卻能力仍像清水那樣相當(dāng)強(qiáng)清水那樣相當(dāng)強(qiáng), ,能使工件變形重能使工件變形重, ,甚至發(fā)生開(kāi)裂。甚至發(fā)生開(kāi)裂。 工程材料及其熱處理-346 鹽水對(duì)工件有銹蝕作用鹽水對(duì)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(jiǎn)單、硬度要求高適用形狀簡(jiǎn)單、硬度要求高, ,而均勻、變形要求不嚴(yán)格的非合

48、金鋼零件的淬火而均勻、變形要求不嚴(yán)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(jī)油、如錠子油、機(jī)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(guò)冷油主要用作過(guò)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(duì)防止工件產(chǎn)對(duì)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(chǎng)合多用于合金鋼淬火的場(chǎng)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(qiáng)而比水弱堿浴在高溫區(qū)的冷卻能力比油強(qiáng)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(fù)雜、限堿浴和硝鹽浴適宜截面不大、形狀復(fù)雜、限制變形的工具鋼制變形的工具鋼分級(jí)淬火分

50、級(jí)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(mǎn)足淬火質(zhì)量的要求淬火介質(zhì)不能完全滿(mǎn)足淬火質(zhì)量的要求, ,要以要以適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒ㄅ浜线m當(dāng)?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(jiǎn)單操作簡(jiǎn)單, ,易控制熱處理易控制熱處理; ;僅適用于僅適用于形狀簡(jiǎn)

51、單的非合金鋼和合金鋼零件的淬火。形狀簡(jiǎn)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(qiáng)化后先浸入冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)的介質(zhì), ,在鋼件還未到達(dá)該淬火介質(zhì)溫度之前即在鋼件還未到達(dá)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(diǎn)淬火利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn), ,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(shí)組織的同時(shí)工程材料及其熱處理-350,

52、 ,減小了淬火應(yīng)力減小了淬火應(yīng)力, ,能有效防止工件的變形或開(kāi)裂。能有效防止工件的變形或開(kāi)裂。 分級(jí)淬火分級(jí)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(diǎn)液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲悬c(diǎn)液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲? ,適當(dāng)保持時(shí)間適當(dāng)保持時(shí)間, ,待待鋼件內(nèi)外都達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷鋼件內(nèi)外都達(dá)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(yīng)力此法顯著降低了淬火應(yīng)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(kāi)裂。了淬火工件的變形和開(kāi)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(qiáng)度高、韌性好；這種淬火方法處理的工件強(qiáng)度高、韌性好；同時(shí)因淬火應(yīng)力很小同時(shí)因淬火應(yīng)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(fù)雜、尺寸較小的零件。多用于處理形狀復(fù)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(guò)冷合金鋼。使過(guò)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(shí)質(zhì)是淬火鋼在零度以下的淬火冷處理的實(shí)質(zhì)是淬火鋼在零度以下的淬火。 冷處理后必須進(jìn)行低溫回火冷處理后必須進(jìn)行低溫回火, ,以消除所形成的以消除所形成的應(yīng)力及穩(wěn)定新生成的應(yīng)力及穩(wěn)定新生成的m m組織。組織。

55、精密量具、滾動(dòng)軸承等都應(yīng)進(jìn)行冷處理。精密量具、滾動(dòng)軸承等都應(yīng)進(jìn)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(jī)冷卻混合劑或冷凍機(jī)冷卻。工程材料及其熱處理-353回火時(shí)組織和性能的變化回火時(shí)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(shí)間保溫一定時(shí)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(yīng)力屬存在很大內(nèi)應(yīng)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(guò)一定的時(shí)間和條件經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間和條件, ,會(huì)向平衡組織轉(zhuǎn)變會(huì)向平衡組織轉(zhuǎn)變, ,導(dǎo)致工件的尺寸形狀改變導(dǎo)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(diǎn)而采取回火處理淬火組織的這些弱點(diǎn)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(yīng)力減少內(nèi)應(yīng)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(dòng)能力增大原子活動(dòng)能力增大, ,組織相應(yīng)發(fā)生組織相應(yīng)發(fā)生四個(gè)階段性四個(gè)階段性的轉(zhuǎn)變：的轉(zhuǎn)變： 階段階段(

57、 (8080200200)：m m開(kāi)始分解開(kāi)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(zhǎng)大。的聚集長(zhǎng)大。 工程材料及其熱處理-355回火方法 加熱溫度 （） 力學(xué)性能 特點(diǎn)應(yīng) 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(xué)性能力學(xué)性能連桿、齒輪連桿、齒輪及軸類(lèi)及軸類(lèi)20302. 2.回火種類(lèi)及應(yīng)用回火種類(lèi)及應(yīng)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(guò)該溫度區(qū)間脆化慢冷卻通過(guò)該溫度區(qū)間脆化現(xiàn)象現(xiàn)象稱(chēng)為稱(chēng)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(shí)所產(chǎn)生的回火左右回火時(shí)所產(chǎn)生的回火脆性稱(chēng)為脆性稱(chēng)為第一類(lèi)回火脆性第一類(lèi)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(shí)幾乎所有的淬火鋼在該溫度范圍內(nèi)回火時(shí), ,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(lèi)回火脆性一旦產(chǎn)生就無(wú)法消除第一類(lèi)回火脆性一旦產(chǎn)生就無(wú)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(guò)脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的回火脆性火后緩慢冷卻通過(guò)脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的回火脆性稱(chēng)為稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性第二類(lèi)

60、回火脆性。 又稱(chēng)為又稱(chēng)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(shí)但回火后采取快冷時(shí), ,這種回火脆性的發(fā)生就這種回火脆性的發(fā)生就會(huì)受到抑制或消失。會(huì)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(shí)淬火時(shí), ,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(shí)淬火冷卻時(shí), ,其表面冷卻速其表面冷卻速度最大度最大,