Fe-C 相組織及相關(guān)熱處理介紹

1、Fe-C 相組織及相關(guān)熱處理介紹項(xiàng)目項(xiàng)目鏈接鏈接1Fe的同素異構(gòu)2鐵碳相圖3鐵碳相&組織與溫度對(duì)應(yīng)表4各相&組織轉(zhuǎn)變溫度5Fe-C合金按照含碳量分類(lèi)6Fe-C合金平衡結(jié)晶過(guò)程分析7含C量對(duì)平衡組織和性能的影響8平衡結(jié)晶9奧氏體10馬氏體11馬氏體與奧氏體有什么不同12滲碳體目錄項(xiàng)目項(xiàng)目鏈接鏈接13珠光體14貝氏體15萊氏體16不銹鋼17鐵素體/奧氏體/馬氏體的區(qū)別18正火19退火20回火2145鋼正火和調(diào)質(zhì)后性能比較22淬火23金屬熱處理加熱方式鐵碳相&組織Fe的同素異構(gòu)說(shuō)明說(shuō)明備注備注-Fe溫度在912以下的純鐵，晶格類(lèi)型是體心立方。純鐵在室溫下是體心立方晶格。-Fe

2、將純鐵加熱，當(dāng)溫度到達(dá)912時(shí)，由-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe，-Fe是面心立方結(jié)構(gòu)。-Fe是面心立方晶格,而-Fe是體心立方晶格,由于面心比體心排列緊密,所以由前者轉(zhuǎn)化為后者時(shí),體積要膨脹。-Fe繼續(xù)升高溫度，到達(dá)1390時(shí)，-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?-Fe。它的結(jié)構(gòu)與-Fe一樣，是體心立方晶格。-Fe ，-Fe，-Fe都是純鐵，只是晶格類(lèi)型不同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)。純鐵隨著溫度增加，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。不存在-Fe ：自從Osmond 在1885 年首次提出-Fe 以來(lái),直到1922 年Westgren 和Phragmn 用高溫X射線(xiàn)衍射證明-Fe 與-Fe 有相同的體心立方

3、結(jié)構(gòu)為止,在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),冶金學(xué)家一直為鋼為什么在淬火后變硬而爭(zhēng)論不休。同素異構(gòu)派(Allotropist) 認(rèn)為是-Fe -Fe 相變的結(jié)果,而碳派(Carbonist) 認(rèn)為是C 的作用,各執(zhí)一詞。盡管-Fe 的存在被否定了,同素異構(gòu)相變(-Fe -Fe) 還是存在的,它與四方畸變的-Fe 中固溶C 都是鋼在淬火后變硬的必要條件。純鐵隨著溫度增加，由一種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N結(jié)構(gòu)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為相變。鐵碳相圖序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目項(xiàng)目符號(hào)符號(hào)說(shuō)明說(shuō)明相1鐵素體 或 F（相）晶體結(jié)構(gòu)：體心立方碳溶解于-Fe中形成的固溶體：從912攝氏度（A3點(diǎn)）開(kāi)始發(fā)生結(jié)晶，-Fe轉(zhuǎn)變成-Fe，碳在相中最大溶解度為0.0218

4、%，在600攝氏度是碳的最大溶解度為0.0057%，中間有個(gè)居里點(diǎn)770攝氏度，由高溫的順磁性變?yōu)榈蜏氐蔫F磁性狀態(tài)，這種磁性轉(zhuǎn)變稱(chēng)為A2轉(zhuǎn)變。2奧氏體g 或A（相）晶體結(jié)構(gòu)：面心立方碳溶解于gFe中形成的固溶體：從1394攝氏度（A4點(diǎn)）開(kāi)始結(jié)晶；-Fe轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe，C在-Fe中最大溶解度為2.11%。3高溫鐵素體 （相）晶體結(jié)構(gòu)：體心立方由于-Fe是高溫相，因此碳溶解于-Fe中形成的固溶體也稱(chēng)為高溫鐵素體。固溶鐵，由液態(tài)鐵冷卻到1538攝氏度發(fā)生結(jié)晶，液態(tài)鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe，C在-Fe中的最大溶解度為0.17%。4滲碳體Fe3C或Cm鐵和碳形成的化合物，含碳量為6.69% 相/相/相，都是鐵的三

5、種同素異晶狀態(tài)。碳溶解在鐵的晶格中形成固溶體，碳溶解到鐵中的固溶體叫鐵素體，溶解到鐵中的固溶體叫奧氏體。鐵素體與奧氏體都具有良好的塑性。當(dāng)鐵碳合金中的碳不能全部溶入鐵素體或奧氏體中時(shí)，剩余出來(lái)的碳將與鐵形成化合物碳化鐵(Fe3C)這種化合物的晶體組織叫滲碳體，它的硬度極高，塑性幾乎為零。序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目項(xiàng)目符號(hào)符號(hào)說(shuō)明說(shuō)明組織1珠光體P共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是a 與Fe3C的機(jī)械混合物. 溫度降至727時(shí)，共晶奧氏體的含碳量降至0. 77%，在恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。最后得到的組織由珠光體分布在共晶滲碳體上所組成。2萊氏體Ld共晶轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物是奧氏體與滲碳體的機(jī)械混合物。 萊氏體位于鐵碳平衡相圖的鑄鐵部分的4

6、. 3%C處，是雙相共晶結(jié)構(gòu)的組織。在727以上是奧氏體和滲碳體兩相共晶的機(jī)械混合物。 合金熔液冷卻到C點(diǎn)1148時(shí)，在恒溫下發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變L4.302.11+Fe3c，此共晶體通常稱(chēng)為萊氏體(Ld)（即高溫萊氏體）。 冷到C點(diǎn)1148以下，共晶奧氏體中不斷析出二次滲碳體，它通常依附在共晶滲碳體上而不能分辨。 在鑄鐵部分都含有萊氏體組織，萊氏體的性質(zhì)硬而脆，其硬度在700HB以上，在一些高合金鋼中也可看到萊氏體，這種鋼稱(chēng)為萊氏體鋼。3低溫萊氏體Le由P與Fe3C組成的共晶體.在室溫下是滲碳體和珠光體的機(jī)械混合物Fe3C+-Fe(C)+Fe3C。室溫下萊氏體保留了高溫下共晶轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形態(tài)特征，稱(chēng)為

7、低溫萊氏體(Ld)，但組成相奧氏體已經(jīng)發(fā)生了改變。4其他Fe3C、Fe3C 、Fe3C以及Fe3C（共析滲碳體）鐵碳相圖鐵碳相圖A3912A2770居里點(diǎn)A413941538-Fe600-FeC 0.0057% C Max 2.11%C Max 0.17%相中含-Fe鐵素體-Fe 固溶體含C 600 0.008%；727 0.0218%奧氏體A固溶體含C 727 0.77%；1148 2.11%高溫鐵素體液態(tài)鐵固態(tài)鐵鐵素體-Fe +滲碳體 Fe3C 機(jī)械混合物含C0.77% 珠光體P：+機(jī)械混合物萊氏體：奧氏體(A)滲碳體(Fe3C)A1共晶共晶奧氏奧氏體中含體中含C Max 0.77%室溫下

8、：室溫下：滲碳體(Fe3C)+珠光體(-Fe(C)+Fe3C)機(jī)械混合物低溫萊氏體C1148高溫的順磁性低溫的鐵磁性A2轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變C Max 0.0218%（727 ） 相中含C Max 2.11%相中含727恒溫下轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏wA4Fe的熔點(diǎn)共晶奧氏體中不斷析出二次滲碳體680600350230550珠光體索氏體托氏體上貝氏體下貝氏體馬氏體333353鐵碳 相&組織 與溫度對(duì)應(yīng)表1495各相&組織轉(zhuǎn)變溫度鐵-碳相圖上的A1、As、Acm,是鋼在及其緩慢加熱或冷卻條件下的臨界溫度.實(shí)際生產(chǎn)中,加熱和冷卻的速度并非如此緩慢,因此實(shí)際組織轉(zhuǎn)變的溫度和相圖所示的臨界點(diǎn)A1、As、Acm之

9、間有一定的差距,偏離的溫度一般隨著加熱和冷卻的速度的增大而增大.這樣鋼的加熱的臨界點(diǎn)寫(xiě)成Ac1、Ac3、Accm；冷卻時(shí)的臨界點(diǎn)寫(xiě)成Ar1、Ar3、Arcm.它們的含義如下：Ac1 加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度. Ar1 冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始溫度.Ac3 加熱時(shí)鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度.Ar3 冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出自由鐵素體的溫度.Accm 加熱時(shí)二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度.Arcm 冷卻時(shí)奧氏體開(kāi)始析出滲碳體的溫度.AC1：是共析鋼的奧氏體化的臨界溫度，只有超過(guò)該溫度才能夠完全形成奧氏體 。這個(gè)溫度是727度，對(duì)于不同的鋼具有不同的數(shù)值，也就是鐵碳相圖中的PS

10、K線(xiàn)。AC3：是亞共析鋼的奧氏體化的臨界溫度，只有超過(guò)該溫度才能夠完全形成奧氏體。這個(gè)溫度對(duì)于不同成分的鋼具有不同的數(shù)值，也就是鐵碳相圖中的GS線(xiàn)。ACCm：是過(guò)共析鋼的奧氏體化的臨界溫度，只有超過(guò)該溫度才能夠完全形成奧氏體。這個(gè)溫度對(duì)于不同成分的鋼具有不同的數(shù)值，也就是鐵碳相圖中的ES線(xiàn)。Ms:為馬氏體轉(zhuǎn)變的起始溫度,是奧氏體和馬氏體兩相自由能之差達(dá)到相變所需的最小驅(qū)動(dòng)力(臨界驅(qū)動(dòng)力)時(shí)的溫度.Mf :為馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度。馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度(Ms)和終了溫度(Mf)分別為353和333K 。1.珠光體A1到680攝氏度形成的珠光體,因?yàn)檫^(guò)冷度小,片間距較大, 稱(chēng)為粗珠光體,習(xí)慣上稱(chēng)為珠光體

11、用P表示 2.680到600攝氏度形成片間距較小的珠光體,這種奧氏體于連續(xù)冷卻或者等溫冷卻轉(zhuǎn)變時(shí),過(guò)冷到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的中部形成的,在光學(xué)顯微鏡下放大500到600倍才能分辨出其為鐵素體薄層和碳化物薄層交替重疊的復(fù)相組織,稱(chēng)為細(xì)珠光體或索氏體,用S表示 3.在600到550攝氏度形成片間距極小的珠光體,總體上是一團(tuán)黑而實(shí)際上卻是很薄的鐵素體和碳化物層交替重疊的復(fù)相組織,稱(chēng)細(xì)珠光體或托氏體,用T表示 4.貝氏體組織隨著奧氏體成分和轉(zhuǎn)變溫度的不同有很多形態(tài),對(duì)亞共析鋼來(lái)說(shuō)550到350攝氏度形成上貝氏體,在350到230攝氏度形成下貝氏體合金元素的影響影響分類(lèi)影響分類(lèi)具體說(shuō)明具體說(shuō)明1對(duì)加熱時(shí)

12、相轉(zhuǎn)變的影響合金元素影響加熱時(shí)奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。 A.對(duì)奧氏體形成速度的影響： Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴(kuò)散速度, 使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對(duì)奧氏體形成速度影響不大。B.對(duì)奧氏體晶粒大小的影響：大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用, 但影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長(zhǎng)大的元素有：W、Mn、Cr等；對(duì)晶粒長(zhǎng)大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、

13、P等。 2對(duì)過(guò)冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響除Co外, 幾乎所有合金元素都增大過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性, 推遲珠光體類(lèi)型組織的轉(zhuǎn)變, 使C曲線(xiàn)右移, 即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奧氏體時(shí), 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物會(huì)成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩種或多種合金元素的同時(shí)加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個(gè)元素對(duì)淬透性的影響要強(qiáng)得多。 除Co、Al外, 多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點(diǎn)下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強(qiáng), Si實(shí)際上無(wú)影響。

14、Ms和Mf點(diǎn)的下降, 使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過(guò)多時(shí),可進(jìn)行冷處理(冷至Mf點(diǎn)以下), 以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體; 或進(jìn)行多次回火, 這時(shí)殘余奧氏體因析出合金碳化物會(huì)使Ms、Mf點(diǎn)上升, 并在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(即發(fā)生所謂二次淬火)。3對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響提高回火穩(wěn)定性 合金元素在回火過(guò)程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開(kāi)始分解和轉(zhuǎn)變)， 提高鐵素體的再結(jié)晶溫度, 使碳化物難以聚集長(zhǎng)大，因此提高了鋼對(duì)回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等。Fe-C合金按照含碳量分類(lèi)分類(lèi)分類(lèi)含碳量含碳

15、量備註備註鋼0.0218%2.11%亞共析鋼0.0218%0.77%共析鋼0.77%過(guò)共析鋼0.77%2.11%鑄鐵2.11%6.69%亞共晶鑄鐵2.11%4.3%共晶鑄鐵4.3%過(guò)共晶鑄鐵4.3%6.69%鋼分類(lèi)分類(lèi)內(nèi)容說(shuō)明內(nèi)容說(shuō)明1共析鋼從反映鋼的組織結(jié)構(gòu)與鋼的含碳量和鋼的溫度之間關(guān)系的鐵碳平衡狀態(tài)圖上可見(jiàn)，當(dāng)碳的含量正好等于0.77%時(shí)，即相當(dāng)于合金中滲碳體(碳化鐵)約占12%，鐵素體約占88%時(shí)，該合金的相變是在恒溫下實(shí)現(xiàn)的。即在這種特定比例下的滲碳體和鐵素體，在發(fā)生相變時(shí)，如果消失兩者同時(shí)消失(加熱時(shí))，如果出現(xiàn)則兩者又同時(shí)出現(xiàn)，在這一點(diǎn)上這種組織與純金屬的相變類(lèi)似。基于這個(gè)原因，人

16、們就把這種由特定比例構(gòu)成的兩相組織當(dāng)作一種組織來(lái)看待，并且命名為珠光體，這種鋼就叫做共析鋼。即含碳量正好是0.77%的鋼就叫做共析鋼，它的組織是珠光體。2亞共析鋼常用的結(jié)構(gòu)鋼含碳量大都在0.5%以下，由于含碳量低于0.77%，所以組織中的滲碳體量也少于12%，于是鐵素體除去一部分要與滲碳體形成珠光體外，還會(huì)有多余的出現(xiàn)，所以這種鋼的組織是鐵素體+珠光體。碳含量越少，鋼組織中珠光體比例也越小，鋼的強(qiáng)度也越低，但塑性越好，這類(lèi)鋼統(tǒng)稱(chēng)為亞共析鋼。3過(guò)共析鋼工具用鋼的含碳量往往超過(guò)0.77%，這種鋼組織中滲碳體的比例超過(guò)12%，所以除與鐵素體形成珠光體外，還有多余的滲碳體，于是這類(lèi)鋼的組織是珠光體+滲

17、碳體。這類(lèi)鋼統(tǒng)稱(chēng)為過(guò)共析鋼。片狀珠光體球狀珠光體0.4%亞共析鋼組織鋼的分類(lèi)分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明1冶煉方法根據(jù)冶煉方法和設(shè)備的不同，鋼可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼和電爐鋼三大類(lèi)，按所用爐襯材料的不同，每一大類(lèi)又可分為堿性和酸性?xún)深?lèi)。但是目前大量生產(chǎn)的主要是堿性爐鋼。2工藝方法(脫氧程度)A.脫氧鋼：加入脫氧劑，如Mn鐵、Si鐵、 Al等，把鋼水中多作的氧去掉。B.沸騰鋼：只用Mn鐵（價(jià)格低、脫氧效果差）脫氧，所以鋼中含氧較多，澆注時(shí)，鋼中氧與碳發(fā)生作用析出大量Co。因此鋼水在鋼模內(nèi)呈沸騰現(xiàn)象，稱(chēng)沸騰鋼。沸騰鋼成材率高，成本低。但化學(xué)成份不均勻、偏析、雜質(zhì)多。鋼號(hào)最后用“F”表示。C.鎮(zhèn)靜鋼：除用Mn鐵，還

18、用Si鐵（有時(shí)用Al)脫氧，鋼中氧已很少，澆注時(shí)沒(méi)有沸騰現(xiàn)象。鎮(zhèn)靜鋼化學(xué)成分均勻，機(jī)械性能較好，但有縮孔，成本高。鋼號(hào)后加“Z”。D.半鎮(zhèn)靜鋼：脫氧程度在鎮(zhèn)靜鋼與沸騰之間，性能也介于之間，鋼號(hào)后加“b”。應(yīng)用較少。3化學(xué)成分分為非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。（1）當(dāng)Cr、Cu、Mo、Ni 四種元素，有其中兩種、三種或四種無(wú)素同時(shí)規(guī)定在鋼中時(shí)，對(duì)于低合金鋼，應(yīng)同時(shí)考慮，這些元素中每種元素的規(guī)定含量，所有這些元素的規(guī)定含量總和，應(yīng)不大于規(guī)定的兩種、三種或四種元素中每種元素最高界限值總和的70%。如果這些元素的規(guī)定含量總和大于規(guī)定的元素中每種元素最高界限值總和的70%，即使每種元素的規(guī)定含量低于規(guī)定的

19、最高界限值，也應(yīng)劃入合金鋼。（2）本標(biāo)準(zhǔn)（1）條的原則也適用于Nb、Ti、V、Zr四種元素。4質(zhì)量主要指鋼中含雜質(zhì)（主要指P、S等）和機(jī)械性能最低要求進(jìn)行分類(lèi)。分為普通碳素鋼（含磷、硫較高）、優(yōu)質(zhì)碳素鋼（含磷、硫較低）和高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（含磷、硫更低）和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。5含C量把碳鋼分為低碳鋼（WC 0.25%）,中碳鋼（WC0.25%0.6%）和高碳鋼（WC0.6%）6用途按鋼使用用途把鋼分成結(jié)構(gòu)鋼(又分為工程構(gòu)建鋼和機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼兩種)、工具鋼和特殊用途鋼。A.結(jié)構(gòu)鋼又分為工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼。工程結(jié)構(gòu)鋼主要是指用作建筑、鐵路、橋梁、容器等工程構(gòu)件用鋼，這種鋼制成構(gòu)料大多不再進(jìn)行熱處理。機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼

20、指機(jī)床、武器等另構(gòu)件，構(gòu)件大多要進(jìn)行熱處理。B.工具鋼主要用來(lái)制造各種工具，如量具、刃具、模具，對(duì)工具鋼制成的工具都要進(jìn)行熱處理。C.特殊用途鋼是指制成的另構(gòu)件在特殊條件下工作，對(duì)鋼有特殊要求，如物理、化學(xué)、機(jī)械等性能。鋼的綜合分類(lèi)由于鋼的分類(lèi)方法較多，在實(shí)際中按其化學(xué)成分、質(zhì)量、用途進(jìn)行綜合分類(lèi)。有關(guān)鋼材機(jī)械性能的名詞 名詞名詞說(shuō)明說(shuō)明1屈服點(diǎn)（s） 鋼材或試樣在拉伸時(shí)，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)彈性極限，即使應(yīng)力不再增加，而鋼材或試樣仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形，稱(chēng)此現(xiàn)象為屈服，而產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的最小應(yīng)力值即為屈服點(diǎn)。 設(shè)Ps為屈服點(diǎn)s處的外力，F(xiàn)o為試樣斷面積，則屈服點(diǎn)s =Ps/Fo(MPa)，MPa稱(chēng)為

21、兆帕等于N（牛頓）/mm2，（MPa=106Pa，Pa：帕斯卡=N/m2）2屈服強(qiáng)度（0.2）有的金屬材料的屈服點(diǎn)極不明顯，在測(cè)量上有困難，因此為了衡量材料的屈服特性，規(guī)定產(chǎn)生永久殘余塑性變形等于一定值（一般為原長(zhǎng)度的0.2%）時(shí)的應(yīng)力，稱(chēng)為條件屈服強(qiáng)度或簡(jiǎn)稱(chēng)屈服強(qiáng)度0.2 。3抗拉強(qiáng)度（b） 材料在拉伸過(guò)程中，從開(kāi)始到發(fā)生斷裂時(shí)所達(dá)到的最大應(yīng)力值。它表示鋼材抵抗斷裂的能力大小。與抗拉強(qiáng)度相應(yīng)的還有抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度等。設(shè)Pb為材料被拉斷前達(dá)到的最大拉力，F(xiàn)o為試樣截面面積，則抗拉強(qiáng)度b= Pb/Fo （MPa）。 4伸長(zhǎng)率（s）材料在拉斷后，其塑性伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度與原試樣長(zhǎng)度的百分比叫伸長(zhǎng)率或延伸

22、率。5屈強(qiáng)比（s/b）鋼材的屈服點(diǎn)（屈服強(qiáng)度）與抗拉強(qiáng)度的比值，稱(chēng)為屈強(qiáng)比。屈強(qiáng)比越大，結(jié)構(gòu)零件的可靠性越高，一般碳素鋼屈強(qiáng)比為0.6-0.65，低合金結(jié)構(gòu)鋼為0.65-0.75合金結(jié)構(gòu)鋼為0.84-0.86。 6硬度 硬度表示材料抵抗硬物體壓入其表面的能力。它是金屬材料的重要性能指標(biāo)之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度。硬度分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明1布氏硬度（HB）以一定的載荷（一般3000kg）把一定大?。ㄖ睆揭话銥?0mm）的淬硬鋼球壓入材料表面，保持一段時(shí)間，去載后，負(fù)荷與其壓痕面積之比值，即為布氏硬度值（HB），單位為公斤力/mm2 (N/mm2)。2

23、洛氏硬度（HR）當(dāng)HB450或者試樣過(guò)小時(shí)，不能采用布氏硬度試驗(yàn)而改用洛氏硬度計(jì)量。它是用一個(gè)頂角120的金剛石圓錐體或直徑為1.59、3.18mm的鋼球，在一定載荷下壓入被測(cè)材料表面，由壓痕的深度求出材料的硬度。根據(jù)試驗(yàn)材料硬度的不同，分三種不同的標(biāo)度來(lái)表示： A.HRA：是采用60kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度極高的材料（如硬質(zhì)合金等）。 B.HRB：是采用100kg載荷和直徑1.58mm淬硬的鋼球，求得的硬度，用于硬度較低的材料（如退火鋼、鑄鐵等）。 C.HRC：是采用150kg載荷和鉆石錐壓入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火鋼等）。 3維氏硬度（HV）以120kg以

24、內(nèi)的載荷和頂角為136的金剛石方形錐壓入器壓入材料表面，用材料壓痕凹坑的表面積除以載荷值，即為維氏硬度值（HV）有關(guān)鋼的熱處理的名詞分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明1鋼的退火將鋼加熱到一定溫度并保溫一段時(shí)間，然后使它慢慢冷卻，稱(chēng)為退火。鋼的退火是將鋼加熱到發(fā)生相變或部分相變的溫度，經(jīng)過(guò)保溫后緩慢冷卻的熱處理方法。退火的目的，是為了消除組織缺陷，改善組織使成分均勻化以及細(xì)化晶粒，提高鋼的力學(xué)性能，減少殘余應(yīng)力；同時(shí)可降低硬度，提高塑性和韌性，改善切削加工性能。所以退火既為了消除和改善前道工序遺留的組織缺陷和內(nèi)應(yīng)力，又為后續(xù)工序作好準(zhǔn)備，故退火是屬于半成品熱處理，又稱(chēng)預(yù)先熱處理。2鋼的正火正火是將鋼加熱到臨界溫度

25、以上，使鋼全部轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，然后在空氣中自然冷卻的熱處理方法。它能消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，對(duì)于亞共析鋼正火可細(xì)化晶格，提高綜合力學(xué)性能，對(duì)要求不高的零件用正火代替退火工藝是比較經(jīng)濟(jì)的。3鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時(shí)間，然后很快放入淬火劑中，使其溫度驟然降低，以大于臨界冷卻速度的速度急速冷卻，而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的熱處理方法。淬火能增加鋼的強(qiáng)度和硬度，但要減少其塑性。淬火中常用的淬火劑有：水、油、堿水和鹽類(lèi)溶液等。 4鋼的回火將已經(jīng)淬火的鋼重新加熱到一定溫度，再用一定方法冷卻稱(chēng)為回火。其目的是消除淬火產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度和脆性，以取得預(yù)期的力學(xué)性能。回火分

26、高溫回火、中溫回火和低溫回火三類(lèi)。回火多與淬火、正火配合使用。A.調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理方法稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。高溫回火是指在500-650之間進(jìn)行回火。調(diào)質(zhì)可以使鋼的性能，材質(zhì)得到很大程度的調(diào)整，其強(qiáng)度、塑性和韌性都較好，具有良好的綜合機(jī)械性能。B.時(shí)效處理：為了消除精密量具或模具、零件在長(zhǎng)期使用中尺寸、形狀發(fā)生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150-250）精加工前，把工件重新加熱到100-150，保持5-20小時(shí)，這種為穩(wěn)定精密制件質(zhì)量的處理，稱(chēng)為時(shí)效。對(duì)在低溫或動(dòng)載荷條件下的鋼材構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效處理，以消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼材組織和尺寸，尤為重要。 有關(guān)鋼的熱處理的名詞分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明

27、1表面淬火將鋼件的表面通過(guò)快速加熱到臨界溫度以上，但熱量還未來(lái)得及傳到心部之前迅速冷卻，這樣就可以把表面層被淬在馬氏體組織，而心部沒(méi)有發(fā)生相變，這就實(shí)現(xiàn)了表面淬硬而心部不變的目的。適用于中碳鋼。 分為：感應(yīng)加熱表面淬火，火焰加熱表面淬火，激光加熱表面淬火等。2化學(xué)熱處理指將化學(xué)元素的原子，借助高溫時(shí)原子擴(kuò)散的能力，把它滲入到工件的表面層去，來(lái)改變工件表面層的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到使鋼的表面層具有特定要求的組織和性能的一種熱處理工藝。按照滲入元素的種類(lèi)不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、氰化和滲金屬法等四種。 A.滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過(guò)程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，

28、再經(jīng)過(guò)淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。 B.滲氮：又稱(chēng)氮化，是指向鋼的表面層滲入氮原子的過(guò)程。其目的是提高表面層的硬度與耐磨性以及提高疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性等。目前生產(chǎn)中多采用氣體滲氮法。 C.氰化：又稱(chēng)碳氮共滲，是指在鋼中同時(shí)滲入碳原子與氮原子的過(guò)程。它使鋼表面具有滲碳與滲氮的特性。 D.滲金屬：是指以金屬原子滲入鋼的表面層的過(guò)程。它是使鋼的表面層合金化，以使工件表面具有某些合金鋼、特殊鋼的特性，如耐熱、耐磨、抗氧化、耐腐蝕等。生產(chǎn)中常用的有滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硅等。 5.鋼的表面熱處理u 鐵素體（鐵素體（F或或）定義：碳溶于-Fe

29、中所形成的間隙固溶體 最大溶解度：0.0218%（727） 性能： b=180230MPa 0.2=100170MPa HBS=5080 =30%50% =70%80% ak=160200J/cm 2u奧氏體（奧氏體（A或或）定義：碳溶于-Fe中所形成的間隙固溶體（高溫組織）最大溶解度：2.11%（1148） 性能： b400MPa HBS=170220 =40%50% 高塑性、無(wú)磁 奧氏體說(shuō)明說(shuō)明釋義鋼鐵的一種層片狀的顯微組織， 通常是-Fe中固溶少量碳的無(wú)磁性固溶體，也稱(chēng)為沃斯田鐵或-Fe。常用符號(hào)A表示。名稱(chēng)來(lái)自英國(guó)冶金學(xué)家羅伯茨奧斯?。╓illiam Chandler Roberts-

30、Austen）特點(diǎn)奧氏體是在大于727高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。奧氏體是沒(méi)有磁性的。強(qiáng)度較低。組成成分奧氏體一般由等軸狀的多邊形晶粒組成，晶粒內(nèi)有孿晶。在加熱轉(zhuǎn)變剛剛結(jié)束時(shí)的奧氏體晶粒比較細(xì)小，晶粒邊界呈不規(guī)則的弧形。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加熱或保溫，晶粒將長(zhǎng)大，晶粒邊界可趨向平直化。鐵碳相圖中奧氏體是高溫相，存在于臨界點(diǎn)A1溫度以上，是珠光體逆共析轉(zhuǎn)變而成。當(dāng)鋼中加入足夠多的擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的化學(xué)元素時(shí)，Ni、Mn等，則可使奧氏體穩(wěn)定在室溫，如奧氏體鋼。晶體結(jié)構(gòu)奧氏體為保持Fe的面心立方晶格，八面體間隙較大，其溶碳能力較大在727時(shí)溶碳為c

31、0.77,1148時(shí)可溶碳2.11。碳氮等間隙原子均位于奧氏體晶胞八面體間隙中心，及面心立方晶胞的中心和棱邊的中點(diǎn)。主要性能 奧氏體是最密排的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，致密度高，故奧氏體的體積質(zhì)量比鋼中鐵素體、馬氏體等相的體積質(zhì)量小。因此，鋼被加熱到奧氏體相區(qū)時(shí)，體積收縮，冷卻時(shí)，奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體珠光體等組織時(shí)，體積膨脹，容易引起內(nèi)應(yīng)力和變形。 奧氏體的點(diǎn)陣滑移系多，故奧氏體的塑性好，屈服強(qiáng)度低，易于加工塑性成形。因此，鋼錠，鋼坯，鋼材一般被加熱到1100C以上奧氏體化，然后進(jìn)行鍛軋，塑性加工成材或加工成零部件。 一般鋼中的奧氏體具有順磁性，因此奧氏體鋼可以作為無(wú)磁性鋼。然而特殊成分的FeNi軟磁合金，也具

32、有奧氏體組織，卻具有鐵磁性。 奧氏體導(dǎo)熱性差，線(xiàn)膨脹系數(shù)大，比鐵素體和滲碳體的平均線(xiàn)性膨脹系數(shù)高約一倍。故奧氏體鋼可以用來(lái)制造熱膨脹靈敏的儀表元件。在碳素鋼中，鐵素體，珠光體，馬氏體，奧氏體和滲碳體的導(dǎo)熱系數(shù)分別為77.1,51.9,29.3,14.6和4.2?？梢?jiàn)，除滲碳體外，奧氏體的導(dǎo)熱性最差，尤其是合金度較高的奧氏體鋼更差，所以，厚鋼件在熱處理過(guò)程中應(yīng)當(dāng)緩慢冷卻和加熱，以減少溫差熱應(yīng)力，避免開(kāi)裂。奧氏體說(shuō)明說(shuō)明形成機(jī)理 共析鋼奧氏體冷卻到臨界點(diǎn)A1以下溫度時(shí)，存在共析反應(yīng)：A-F+Fe3C。加熱時(shí)發(fā)生逆共析反應(yīng)：F+Fe3C-A。逆共析轉(zhuǎn)變是高溫下進(jìn)行的擴(kuò)散性相變，轉(zhuǎn)變的全過(guò)程可以分為四

33、個(gè)階段，即：奧氏體形核，奧氏體晶核長(zhǎng)大，剩余滲碳體溶解，奧氏體成分相對(duì)均勻化。各種鋼的奧氏體形核形成過(guò)程有一些區(qū)別，亞共析鋼，過(guò)共析鋼，合金鋼的奧氏體化過(guò)程中除了奧氏體形成的基本過(guò)程外，還有先共析相的溶解，合金碳化物的溶解等過(guò)程。 奧氏體形成的熱力學(xué)條件：必須存在過(guò)冷度或過(guò)熱度T。1.奧氏體形核：奧氏體的形核位置通常在鐵素體和滲碳體兩相界面上，此外，珠光體領(lǐng)域的邊界，鐵素體嵌鑲塊邊界都可以成為奧氏體的形核地點(diǎn)。奧氏體的形成是不均勻形核，復(fù)合固態(tài)相變的一般規(guī)律。 奧氏體的形核是擴(kuò)散型相變，可在鐵素體與滲碳體上形核，也可在珠光體領(lǐng)域的交界面上形核，還可以在原奧氏體晶核上形核。這些界面易于滿(mǎn)足形核的

34、能量，結(jié)構(gòu)和濃度3個(gè)漲落條件。2.奧氏體晶核的長(zhǎng)大：加熱到奧氏體相區(qū)，在高溫下，碳原子擴(kuò)散速度很快，鐵原子和替換原子均能夠充分?jǐn)U散，既能夠進(jìn)行界面擴(kuò)散，也能夠進(jìn)行體擴(kuò)散，因此奧氏體的形成是擴(kuò)散型相變。3.剩余碳化物溶解：鐵素體消失后，在t1溫度下繼續(xù)保持或繼續(xù)加熱時(shí)，隨著碳在奧氏體中繼續(xù)擴(kuò)散，剩余滲碳體不斷向奧氏體中溶解。4.奧氏體成分均勻化：當(dāng)滲碳體剛剛?cè)咳谌電W氏體后，奧氏體內(nèi)碳濃度仍是不均勻的，只有經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的保溫或繼續(xù)加熱，讓碳原子急性充分的擴(kuò)散才能獲得成分均勻的奧氏體。影響因素影響奧氏體形成速度的因素1. 加熱溫度加熱溫度：隨加熱溫度的提高，原子擴(kuò)散速率急劇加快，使得奧氏體化速度大大

35、增加，形成所需時(shí)間縮短。2.加熱速度加熱速度：加熱速度越快，孕育期縮短，奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變終了溫度越高，轉(zhuǎn)變終了所需時(shí)間越短。3.合金元素合金元素：鈷、鎳等加快過(guò)程；鉻、鉬、釩等減慢過(guò)程；硅、鋁、錳等不影響奧氏體化過(guò)程。由于合金元素的擴(kuò)散速度比碳慢得多，所以合金鋼的熱處理加熱溫度一般較高，保溫時(shí)間更長(zhǎng)。4.原始組織原始組織：原始組織中滲碳體為片狀時(shí)奧氏體形成速度快，且滲碳體間距越小，轉(zhuǎn)變速度越快，同時(shí)奧氏體晶粒中碳濃度梯度也大，所以長(zhǎng)大速度更快。球化退火態(tài)的粒狀珠光體，其相界面較少，因此奧氏體化最慢。奧氏體說(shuō)明說(shuō)明影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素1.加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度和保溫時(shí)間：由于奧

36、氏體晶粒長(zhǎng)大與原子擴(kuò)散有密切關(guān)系，所以隨著溫度愈高，或在一定溫度下，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒也越粗大。2.加熱速度：加熱速度：加熱溫度相同時(shí)，加熱速度越快，過(guò)熱度越大，奧氏體的實(shí)際形成溫度越高，形核率的增加大于長(zhǎng)大速度，使奧氏體晶粒越細(xì)小。生產(chǎn)上常采用快速加熱短時(shí)保溫工藝來(lái)獲得超細(xì)化晶粒。3.鋼的化學(xué)成分：鋼的化學(xué)成分：在一定的含碳量范圍內(nèi)，奧氏體中碳含量增高，晶粒長(zhǎng)大傾向增大。C%高，C在奧氏體中的擴(kuò)散速度以及Fe的自擴(kuò)散速度均增加，奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向增加，但C%超過(guò)一定量時(shí)，由于形成Fe3C，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。鋼中加入鈦、釩、鈮、鋯、鋁等元素，有利于得到本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，因?yàn)樘蓟?、氧化物?/p>

37、氮化物彌散分布在晶界上，能阻礙晶粒長(zhǎng)大。錳和磷促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大。強(qiáng)碳化物形成元素Ti、Zr、V、W、Nb等熔點(diǎn)較高，它們彌散分布在奧氏體中阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大；非碳化物形成元素Si、Ni等對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響很小。4.原始組織：原始組織：鋼的原始組織越細(xì)，碳化物彌散度越大，則奧氏體晶粒越細(xì)小。應(yīng)用領(lǐng)域奧氏體不銹鋼是不銹鋼類(lèi)中鋼種最多、使用量最大的一種（約占整個(gè)不銹鋼產(chǎn)量的 6570%）。最常用的奧氏體不銹鋼是 Fe-Cr-Ni 系合金（即美國(guó)的 AISI300 系）；Fe-Cr-Ni-Mn 系（即美國(guó) AISI200 系）；特殊奧氏體不銹鋼等三種其他過(guò)冷奧氏體：共析鋼過(guò)冷到A1溫度（727）以下 ，

38、奧氏體在熱力學(xué)上處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在一定條件下會(huì)發(fā)生分解轉(zhuǎn)變，這種在A1以下存在的且不穩(wěn)定的、將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體就是過(guò)冷奧氏體。殘余奧氏：在Ms線(xiàn)（230度）以下還沒(méi)有轉(zhuǎn)變的過(guò)冷奧氏體【注：Ms線(xiàn)（230）以下的是托氏體、馬氏體和殘余奧氏體的混合組織】奧氏體形成的四個(gè)階段A形核形核 A晶核晶核長(zhǎng)大長(zhǎng)大 剩余剩余Fe3C溶解溶解 A均勻化均勻化未溶未溶Fe3C未溶未溶Fe3C奧氏體行成動(dòng)力學(xué)分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明等溫形成動(dòng)力學(xué)等溫形成動(dòng)力學(xué)即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變量和轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系（即在一定溫度下的轉(zhuǎn)變速度）A.奧氏體等溫形成動(dòng)力學(xué)的分析（1）奧氏體的形核率（2）奧氏體晶體的長(zhǎng)大速度GB.影響奧氏體形成速

39、度的因素（1）溫度（2）碳含量（3）原始組織的影響（4）合金元素的影響連續(xù)加熱形成動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明連續(xù)加熱時(shí)奧氏體形成的基本過(guò)程和等溫轉(zhuǎn)變相似，也是由奧氏體的形核、長(zhǎng)大、殘留碳化物溶解和奧氏體成分均勻化四個(gè)階段組成。奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度概念晶粒度是表示晶粒大小的一種尺度。分為起始晶粒度、實(shí)際晶粒度、本質(zhì)晶粒度。影響因素1.加熱溫度和保溫時(shí)間2.加熱速度3.鋼的含碳量的影響4.脫氧劑及合金元素過(guò)冷奧氏體行成動(dòng)力學(xué)分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明冷卻條件1.平衡冷卻2.非平衡冷卻 A.等溫冷卻等溫冷卻 B.恒速冷卻恒速冷卻 C.變速冷卻變速冷卻過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過(guò)冷奧氏體區(qū)過(guò)冷

40、奧氏體區(qū)A向產(chǎn)向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)物轉(zhuǎn)變開(kāi)始線(xiàn)A向產(chǎn)物向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線(xiàn)轉(zhuǎn)變終止線(xiàn) A +產(chǎn)產(chǎn) 物物 區(qū)區(qū)產(chǎn)物區(qū)產(chǎn)物區(qū)A1550;高溫轉(zhuǎn)變區(qū)高溫轉(zhuǎn)變區(qū);擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; P 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。550230;中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變區(qū)區(qū); 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變; 貝氏體貝氏體( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū);230 - 50; 低溫轉(zhuǎn)低溫轉(zhuǎn)變區(qū)變區(qū); 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變;馬氏體馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)可綜合反映過(guò)冷奧氏體在不同過(guò)冷度下的等溫轉(zhuǎn)變過(guò)程：轉(zhuǎn)變開(kāi)始和轉(zhuǎn)變終了

41、時(shí)間、轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的類(lèi)型以及轉(zhuǎn)變量與時(shí)間、溫度之間的關(guān)系等。因其形狀通常像英文字母“C”，故俗稱(chēng)其為C曲線(xiàn)，亦稱(chēng)為T(mén)TT 圖。過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線(xiàn)說(shuō)明說(shuō)明奧氏體等溫轉(zhuǎn)變奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的特點(diǎn)圖的特點(diǎn)1、過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個(gè)孕育期。、過(guò)冷奧氏體在不同溫度等溫分解都有一個(gè)孕育期。2、在不同溫度下等溫具有不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。、在不同溫度下等溫具有不同的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。影響奧氏體等溫影響奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的因素轉(zhuǎn)變圖的因素 1、化學(xué)成分、化學(xué)成分 （1）碳含量的影響）碳含量的影響 （2）合金元素的影響）合金元素的影響2、奧氏體晶粒尺寸的影響、奧氏體晶粒尺寸的影響3、原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間的影

42、響、原始組織、加熱溫度和保溫時(shí)間的影響4、塑性變形的影響、塑性變形的影響共析碳鋼的等溫和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較共析碳鋼的等溫和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的比較馬氏體說(shuō)明說(shuō)明釋義馬氏體(martensite)是黑色金屬材料的一種組織名稱(chēng)，是碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體。最先由德國(guó)冶金學(xué)家 Adolf Martens(1850-1914)于19世紀(jì)90年代在一種硬礦物中發(fā)現(xiàn)。中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。高的強(qiáng)度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。發(fā)展歷史19世紀(jì)90年代最先由德國(guó)冶金學(xué)家阿道夫馬滕斯（Adolf Martens，1850-1914）于在一種硬礦物中發(fā)現(xiàn)。馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼）中發(fā)

43、現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織。1895年法國(guó)人奧斯蒙（F.Osmond）為紀(jì)念德國(guó)冶金學(xué)家馬滕斯（A.Martens），把這種組織命名為馬氏體(Martensite)。人們最早只把鋼中由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的相變稱(chēng)為馬氏體相變。20世紀(jì)以來(lái)，對(duì)鋼中馬氏體相變的特征累積了較多的知識(shí)，又相繼發(fā)現(xiàn)在某些純金屬和合金中也具有馬氏體相變，如：Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前廣泛地把基本特征屬馬氏體相變型的

44、相變產(chǎn)物統(tǒng)稱(chēng)為馬氏體（見(jiàn)固態(tài)相變）。特點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變同樣是在一定溫度范圍內(nèi)（Ms-Mz）連續(xù)進(jìn)行的，當(dāng)溫度達(dá)到Ms點(diǎn)以下，立即有部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。板條狀馬氏體有很高的強(qiáng)度和硬度，較好的韌性，能承受一定程度的冷加工；針狀馬氏體又硬又脆，無(wú)塑性變形能力。馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時(shí)體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時(shí)回火，防止應(yīng)力開(kāi)裂。高的強(qiáng)度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一，同時(shí)馬氏體的脆性也比較高。組成成分馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，片狀馬氏體在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀（needle-shaped），這也是為什么在

45、一些地方通常描述為針狀、竹葉狀的原因，板條狀馬氏體在金相觀察中為細(xì)長(zhǎng)的條狀或板狀。中低碳鋼（奧氏體中含碳量0.2%）淬火獲得板條狀馬氏體，板條狀馬氏體是由許多束尺寸大致相同，近似平行排列的細(xì)板條組成的組織，各束板條之間角度比較大；高碳鋼（含碳量1%）淬火獲得針狀馬氏體，針狀馬氏體呈竹葉或凸透鏡狀，針葉一般限制在原奧氏體晶粒之內(nèi)，針葉之間互成60或120角。晶體結(jié)構(gòu)馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，但是在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀（needle-shaped），這也是為什么在一些地方通常描述為針狀的原因。馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)為體心四方結(jié)構(gòu)（BCT），中高碳鋼中

46、加速冷卻通常能夠獲得這種組織。馬氏體說(shuō)明說(shuō)明主要性能馬氏體是強(qiáng)化鋼件的重要手段，而且一般認(rèn)為，馬氏體是一種硬而脆的組織，尤其是高碳片狀馬氏體。要想提高淬火鋼的塑性和韌性，必須用提高回火溫度的方法，犧牲部分強(qiáng)度而換取韌性，就是說(shuō)強(qiáng)度和塑性很難兼得。但是近年來(lái)的研究工作表明，這種觀點(diǎn)只是適用于片狀馬氏體，而板條狀馬氏體不是這樣，板條狀馬氏體不但具有很高的強(qiáng)度而且具有良好的塑性和韌性，同時(shí)還具有低的脆性轉(zhuǎn)變溫度，其缺口敏感性和過(guò)載敏感性都較低。形成機(jī)理1.馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒(méi)有時(shí)間擴(kuò)散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始產(chǎn)生，母

47、相奧氏體組織開(kāi)始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時(shí)，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會(huì)繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進(jìn)一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達(dá)馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強(qiáng)度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過(guò)熱量和壓力兩種方法進(jìn)行。2.馬氏體和奧氏體的不同在于，馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)，奧氏體是面心立方結(jié)構(gòu)。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變僅需很少的能量，因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散位移型的，僅僅是迅速和微小的原子重排。馬氏體的密度低于奧氏體，所以轉(zhuǎn)變后體積會(huì)膨脹。相對(duì)于轉(zhuǎn)變帶來(lái)的體積改變，這種變

48、化引起的切應(yīng)力、拉應(yīng)力更需要重視。3.馬氏體在Fe-C相圖中沒(méi)有出現(xiàn)，因?yàn)樗皇且环N平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時(shí)間的擴(kuò)散，而馬氏體是在非?？斓睦鋮s速度下形成的。由于化學(xué)反應(yīng)（向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變）溫度高時(shí)會(huì)加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個(gè)過(guò)程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素會(huì)減少這種馬氏體分解。比如，加入合金元素鎢，形成碳化物強(qiáng)化機(jī)體。由于淬火過(guò)程難以控制，很多淬火工藝通過(guò)淬火后獲得過(guò)量的馬氏體，然后通過(guò)回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達(dá)到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會(huì)使鋼變軟。硬度和強(qiáng)度鋼中馬氏體機(jī)械性能的顯著特點(diǎn)是具有高硬度和高強(qiáng)度。馬

49、氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體的硬度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高，當(dāng)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.6%時(shí)，淬火鋼硬度接近最大值，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)一步增加，雖然馬氏體的硬度會(huì)有所提高，但由于殘余奧氏體數(shù)量增加，反而使鋼的硬度有所下降。合金元素對(duì)鋼的硬度關(guān)系不大，但可以提高其強(qiáng)度。馬氏體說(shuō)明說(shuō)明硬度和強(qiáng)度馬氏體具有高硬度和高強(qiáng)度的原因是多方面的，其中主要包括固溶強(qiáng)化、相變強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化以及晶界強(qiáng)化等。1.固溶強(qiáng)化。首先是碳對(duì)馬氏體的固溶強(qiáng)化。過(guò)飽的間隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸變，形成一個(gè)強(qiáng)烈的應(yīng)力場(chǎng)。該應(yīng)力場(chǎng)與位錯(cuò)發(fā)生強(qiáng)烈的交換作用，阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)從而提高馬氏體的硬度和強(qiáng)度。2.相變強(qiáng)化

50、。其次是相變強(qiáng)化。馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，在晶格內(nèi)造成晶格缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu)，如板條馬氏體中高密度的位錯(cuò)、片狀馬氏體中的孿晶等，這些缺陷都阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，使得馬氏體強(qiáng)化。這就是所謂的相變強(qiáng)化。實(shí)驗(yàn)證明，無(wú)碳馬氏體的屈服強(qiáng)度約為284Mpa,此值與形變強(qiáng)化鐵素體的屈服強(qiáng)度很接近，而退火狀態(tài)鐵素體的屈服強(qiáng)度僅為98137Mpa，這就說(shuō)明相變強(qiáng)化使屈服強(qiáng)度提高了147186MPa3.時(shí)效強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化也是一個(gè)重要的強(qiáng)化因素。馬氏體形成以后，由于一般鋼的點(diǎn)Ms大都處在室溫以上，因此在淬火過(guò)程中及在室溫停留時(shí)，或在外力作用下，都會(huì)發(fā)生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位錯(cuò)及其它晶體缺陷處擴(kuò)散偏聚或碳化物的彌散析

51、出，釘軋位錯(cuò)，使位錯(cuò)難以運(yùn)動(dòng)，從而造成馬氏體的時(shí)效強(qiáng)化。4.原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束大小對(duì)馬氏體強(qiáng)度的影響。原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束的尺寸對(duì)馬氏體強(qiáng)度也有一定影響。原始奧氏體晶粒越細(xì)小、馬氏體板條束越小，則馬氏體強(qiáng)度越高。這是由于相界面阻礙位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)造成的馬氏體強(qiáng)化。塑性和韌性 馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。片狀馬氏體具有高強(qiáng)度高硬度，但韌性很差，其特點(diǎn)是硬而脆。在具有相同屈服強(qiáng)度的條件下，板條馬氏體比片狀馬氏體的韌性好很多，即在具有較高強(qiáng)度、硬度的同時(shí)，還具有相當(dāng)高的韌性和塑性。 其原因是由于在片狀馬氏體中孿晶亞結(jié)構(gòu)的存在大大減少了有效滑移系；同時(shí)在回火時(shí)，碳化

52、物沿孿晶不均勻析出使脆性增大；此外，片狀馬氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，晶格畸變大，淬火應(yīng)力大，以及存在大量的顯微裂紋也是其韌性差的原因。而板條馬氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，可以發(fā)生“自回火”，且碳化物分布均勻；其次在胞狀位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)中位錯(cuò)分布不均勻，存在低密度位錯(cuò)區(qū)，為位錯(cuò)提供了活動(dòng)余地，由于位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)能緩和局部應(yīng)力集中。馬氏體說(shuō)明說(shuō)明應(yīng)用領(lǐng)域馬氏體不銹鋼 馬氏體不銹鋼能在退火、和硬化與回火的狀態(tài)下焊接，無(wú)論鋼材的原先狀態(tài)如何，經(jīng)過(guò)焊接后都會(huì)在鄰近焊道處產(chǎn)生一硬化的馬氏體區(qū)，熱影響區(qū)的硬度主要是取決于母材金屬的碳含量，當(dāng)硬度增加時(shí)，則韌性減少，且此區(qū)域變成較易產(chǎn)生龜裂、預(yù)熱和控制層間溫度，是避免龜裂的最有效方

53、法，為得最佳的性質(zhì)，需焊后熱處理。馬氏體不銹鋼是一類(lèi)可以通過(guò)熱處理（淬火、回火）對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)整的不銹鋼，通俗地講，是一類(lèi)可硬化的不銹鋼。這種特性決定了這類(lèi)鋼必須具備兩個(gè)基本條件：一是在平衡相圖中必須有奧氏體相區(qū)存在，在該區(qū)域溫度范圍內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加熱，使碳化物固溶到鋼中之后，進(jìn)行淬火形成馬氏體，也就是化學(xué)成分必須控制在或+相區(qū)，二是要使合金形成耐腐蝕和氧化的鈍化膜，鉻含量必須在10.5%以上。按合金元素的差別，可分為馬氏體鉻不銹鋼和馬氏體鉻鎳不銹鋼。 馬氏體鉻不銹鋼的主要合金元素是鐵、鉻和碳。圖1-4是Fe-Cr系相圖富鐵部分，如Cr大于13%時(shí)，不存在相，此類(lèi)合金為單相鐵素體合金，在任何熱處

54、理制度下也不能產(chǎn)生馬氏體，為此必須在內(nèi)Fe-Cr二元合金中加入奧氏體形成元素，以擴(kuò)大來(lái)說(shuō)，C、N是有效元素，C、N元素添加使得合金允許更高的鉻含量。在馬氏體鉻不銹鋼中，除鉻外，C是另一個(gè)最重要的必備元素，事實(shí)上，馬氏體鉻不銹耐熱鋼是一類(lèi)鐵、鉻、碳三元合金。當(dāng)然，還有其他元素，利用這些元素，可根據(jù)Schaeffler圖確定大致的組織。馬氏體分級(jí)淬火將奧氏體化工件先浸入溫度稍高或稍低于鋼的馬氏體點(diǎn)的液態(tài)介質(zhì)（鹽浴或堿?。┲?，保持適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，待鋼件的內(nèi)、外層都達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，以獲得馬氏體組織的淬火工藝，也稱(chēng)分級(jí)淬火。分級(jí)淬火由于在分級(jí)溫度停留到工件內(nèi)外溫度一致后空冷，所以能有效地減少相變應(yīng)力

55、和熱應(yīng)力，減少淬火變形和開(kāi)裂傾向。分級(jí)淬火適用于對(duì)于變形要求高的合金鋼和高合金鋼工件，也可用于截面尺寸不大、形狀復(fù)雜地碳素鋼工件。 馬氏體與奧氏體有什么不同？馬氏體和奧氏體都是鋼在熱處理過(guò)程中的一種組織形態(tài)。奧氏體的代號(hào)： ，面心立方結(jié)構(gòu)，碳在-Fe中的間隙固溶體，最大溶碳量2.11%（1148C）。共析成分的奧氏體快速（冷速大于淬火臨界冷速）過(guò)冷到馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)內(nèi)，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，在馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，只發(fā)生鐵的晶格重構(gòu)，鐵和碳原子不發(fā)生擴(kuò)散，不產(chǎn)生濃度變化，僅由面心立方晶格變成體心立方晶格，故馬氏體與奧氏體具有同樣的化學(xué)成分。但是，由于馬氏體是碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體，故強(qiáng)度和硬度很高。馬氏

56、體可以是鋼在正常室溫下的一種組織形態(tài)，但奧氏體只是加熱過(guò)程中的一種組織形態(tài)，以不同的速度降溫，可得到不同的組織形態(tài)，并不是只有馬氏體一種。馬氏體有硬度，而奧氏體因?yàn)槭菬釕B(tài)下的形態(tài)，所以?shī)W氏體沒(méi)有硬度。奧氏體是在大于727高溫下才能穩(wěn)定存在的組織。奧氏體塑性好，是絕大多數(shù)鋼種在高溫下進(jìn)行壓力加工時(shí)所要求的組織。奧氏體是沒(méi)有磁性的。 u 滲碳體（滲碳體（FeFe3 3C C）定義：Fe 與 C 所形成的金屬化合物性能：b30MPa HBS=800 0 0 硬而脆（耐磨性好） Fe3C 3Fe+C（石墨）晶格結(jié)構(gòu)：簡(jiǎn)單六方為單相組織，復(fù)雜晶格，含碳為單相組織，復(fù)雜晶格，含碳6.69%高溫 滲碳體（滲

57、碳體（FeFe3 3C C）分類(lèi)分類(lèi)說(shuō)明說(shuō)明1一次滲碳體是從液態(tài)結(jié)晶時(shí)產(chǎn)生的，一般是較大的條塊狀，其大小和多少隨合金的成份和冷卻速度而定，在過(guò)共晶鐵碳合金中常見(jiàn)到。這是一種金屬間化合物，非金屬的性質(zhì)很明顯，性能是硬而脆的，也就是常講的Fe3C。生產(chǎn)中可通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的高溫?cái)U(kuò)散退火來(lái)進(jìn)行消除。2二次滲碳體在降溫時(shí)因含碳量變化從奧氏體中而沿晶界析出的，多在過(guò)共析鋼中出現(xiàn)，一般都是呈網(wǎng)狀，由于對(duì)性能的影響不利，?？赏ㄟ^(guò)正火來(lái)打斷二次滲碳體網(wǎng)，以改善性能。3三次滲碳體是在降溫時(shí)因含碳量變化從鐵素體中而沿晶界析出的，在各種鋼中都可能出現(xiàn)，只是因?yàn)殍F素體的碳溶解度變化不大，不易被發(fā)現(xiàn)，一般也是呈網(wǎng)狀或斷續(xù)網(wǎng)狀

58、。在多數(shù)鋼中對(duì)性能的影響不大，但在低碳鋼中有時(shí)會(huì)因三次滲碳體的出現(xiàn)使塑性下降很多，影響沖壓、冷鐓等到加工，這時(shí)可在加熱到AC1以上然后的快速冷卻來(lái)消除，也可用等溫球化退火來(lái)處理使之球化。u 珠光體（珠光體（P）定義：F與 Fe3C 所形成的機(jī)械混合物（平均含碳量：0.77%）性能：b750MPa HBS=180 20%25% ak=3040J/cm 2。性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度較高，硬度適中，有一定的塑性。珠光體說(shuō)明說(shuō)明釋義珠光體是由奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變同時(shí)析出的，鐵素體與滲碳體片層相間的組織，是鐵碳合金中最基本的五種組織之一。代號(hào)為P。是由發(fā)現(xiàn)者名字命名。特點(diǎn)強(qiáng)度較高，硬度適中，塑性和

59、韌性較好組成成分經(jīng)2-4%硝酸酒精溶液浸蝕后，當(dāng)放大倍數(shù)較高時(shí)可以清晰地看到珠光體中平行排列分布的寬條鐵素體和窄條滲碳體;當(dāng)放大倍數(shù)較低時(shí),珠光體中的滲碳體只能看到一條黑線(xiàn);而當(dāng)放大倍數(shù)繼續(xù)降低或珠光體變細(xì)時(shí),珠光體的層片狀結(jié)構(gòu)就不能分辨了,此時(shí)珠光體呈黑色的一團(tuán)。晶體結(jié)構(gòu)其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替疊壓的層狀復(fù)相物，也稱(chēng)片狀珠光體。含碳量c=0.77%。在珠光體中鐵素體占88%,滲碳體占12%,由于鐵素體的數(shù)量大大多于滲碳體,所以鐵素體層片要比滲碳體厚得多.在球化退火條件下,珠光體中的滲碳體也可呈粒狀,這樣的珠光體稱(chēng)為粒狀珠光體。分類(lèi) 奧氏體化溫度、轉(zhuǎn)變前奧氏體晶粒大小，只影響珠光體團(tuán)

60、的大小，對(duì)片層間距無(wú)影響。片狀珠光體根據(jù)片間距的大小不同，可以分成珠光體、索氏體、托氏體三類(lèi)。 在A1650溫度范圍內(nèi)形成一般所謂的片狀珠光體P，在光學(xué)顯微鏡下能明顯分辨出鐵素體和滲碳體層片狀組織形態(tài)的珠光體，其片間距大約為150450nm。在光學(xué)顯微鏡下能夠明顯分辨出片層的珠光體，其片間距約為150450nm。在650600溫度范圍內(nèi)形成的珠光體，其片間距較小，約為80150n m，只有在高倍的光學(xué)顯微鏡下(放大8001500倍時(shí))才能分辨出鐵素體和滲碳體的片層形態(tài)，這種片狀珠光體稱(chēng)為索氏體S。片間距為80150nm時(shí)，稱(chēng)為索氏體，其片層在光學(xué)顯微鏡下難以分辨。在600550溫度范圍內(nèi)形成的珠光體，其片間距極細(xì)，約為3080n