第三章 鋼的熱處理 課件

第三章鋼的熱處理§3-1概述隨著科學(xué)和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼鐵材料的性能要求越來(lái)越高。一、提高鋼鐵材料性能的主要途徑1、合金化提高鋼材的性能（在鋼中特意加入一些合金元素）（下一章）2、對(duì)鋼進(jìn)行熱處理。二、鋼的熱處理及熱處理的作用、特點(diǎn)1、鋼的熱處理：指采用適當(dāng)?shù)姆绞綄?duì)工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而獲得預(yù)期的性能的一種工藝方法。2、作用（1）充分發(fā)揮鋼材的潛力，提高工件的使用性能，延長(zhǎng)工件的使用壽命；（2）改善零件切削加工性能，減輕工件的重量，節(jié)約材料，降低成本。在現(xiàn)代機(jī)床工業(yè)中要經(jīng)過(guò)熱處理的工件占60%～70%，在汽車(chē)拖拉機(jī)工業(yè)中占70%～80%，而在滾動(dòng)軸承和各種工具、模具與量具中則幾乎100%?？梢?jiàn)，鋼的熱處理在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)中有非同小可的作用。3、熱處理最大的特點(diǎn)：在處理前后不改變工件的形狀、尺寸和表面質(zhì)量，只改變其內(nèi)部組織和性能。三、熱處理的分類(lèi)1、根據(jù)熱處理的目的和工序位置不同（1）預(yù)先熱處理

工序位置一般安排在毛坯生產(chǎn)之后，切削加工之前，（或粗加工之后，半精加工之前）主要作用

消除毛坯生產(chǎn)中的缺陷與內(nèi)應(yīng)力，調(diào)整硬度改善切削加工性能，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理作好組織上的準(zhǔn)備。（2）最終熱處理工序位置常比較靠后，一般均安排在半精加工之后，精加工之前。最終熱處理常依據(jù)零件對(duì)性能要求的不同而具體實(shí)施，因而其作用也各不相同，旨在滿(mǎn)足工件的組織和使用性能要求。2、根據(jù)加熱和冷卻方法的不同§3-2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

熱處理方法較多，用熱處理工藝曲線表示，但都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成，如圖

1所示。因此，要了解各種熱處理方法對(duì)鋼的組織與性能的改變情況，必須首先研究鋼在加熱（包括保溫）和冷卻過(guò)程中的相變規(guī)律。圖

2實(shí)際加熱和冷卻時(shí)Fe-Fe3C相圖上各相變溫度的位置Al、A3、Acm：為平衡條件下的相變臨界點(diǎn)AC1、AC3、Accm：加熱的相變點(diǎn)Arl、Ar3、Arcm：冷卻時(shí)的相變點(diǎn)AC1點(diǎn)：組織由珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變點(diǎn)奧氏體化：加熱時(shí)獲得奧氏體組織的轉(zhuǎn)變稱(chēng)為“奧氏體化”。一、奧氏體的形成過(guò)程二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施下一節(jié)一、奧氏體的形成過(guò)程（一）共析碳鋼奧氏體的形成過(guò)程共析碳鋼在室溫下的組織為珠光體，珠光體由具有體心立方晶格、且在A1溫度時(shí)由ωc=0.0218%的鐵素體和具有復(fù)雜晶格、ωc=6.69%的滲碳體組成。加熱轉(zhuǎn)變后的奧氏體具有面心立方晶格，在A1溫度時(shí)ωc=0.77%。因此，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中，必須進(jìn)行晶格改組和鐵、碳原子的擴(kuò)散，并遵循形核和核長(zhǎng)大的基本規(guī)律。奧氏體形成過(guò)程分為四個(gè)階段如下：（a）A晶核形成（b）A晶核長(zhǎng)大（c）殘留Fe3C溶解（d）A均勻化圖

3共析鋼奧氏體形成過(guò)程示意圖1.奧氏體晶核的形成(圖

3a)奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。這是由于相界面上原子排列比較紊亂，位錯(cuò)密度較高，空位較多，成分不均勻，而且?jiàn)W氏體含碳量處于鐵素體和滲碳體之間，于是在濃度和結(jié)構(gòu)兩方面為奧氏體晶核形成提供了有利條件。2.奧氏體晶核的長(zhǎng)大(圖

3b)奧氏體晶核形成后，通過(guò)鐵、碳原子的擴(kuò)散，使相鄰的鐵素體體心立方晶格不斷轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц竦膴W氏體，與其相鄰的滲碳體則不斷溶入奧氏體中，使奧氏體晶核逐漸向鐵素體和滲碳體兩個(gè)方向長(zhǎng)大，直至鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體為止。3.殘留滲碳體溶解(圖

3c)

由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和含碳量都與奧氏體有很大差別，因此，當(dāng)鐵素體全部消失后，仍有部分滲碳體尚未溶解，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，殘留滲碳體不斷溶入奧氏體，直至全部消失為止。4.奧氏體均勻化(圖

3d)

殘留滲碳體完全溶解后，奧氏體中碳的濃度不均勻，原先滲碳體處碳濃度高于原先鐵素體處，只有延長(zhǎng)保溫時(shí)間，通過(guò)碳原子的擴(kuò)散，才能使奧氏體成分逐漸趨于均勻小結(jié)：奧氏體晶粒的長(zhǎng)大是朝向兩側(cè)母相內(nèi)發(fā)展，但向鐵素體一側(cè)發(fā)展較快。當(dāng)鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體之后，尚有部分滲碳體要在繼續(xù)保溫過(guò)程中逐步溶于奧氏體。此時(shí)，奧氏體相的成分尚未均勻，原滲碳體處碳濃度較高，原鐵素體處碳濃度較低。進(jìn)一步延長(zhǎng)保溫時(shí)間才能使奧氏體成分均勻化。因此，熱處理加熱后進(jìn)行的保溫，除了熱透工件和使相變完全外，還能獲得成分均勻的奧氏體，以便在冷卻后得到良好的組織和性能。（二）亞共析碳鋼奧氏體的形成過(guò)程亞共析鋼加熱到AC1點(diǎn)以上時(shí)，原始組織中珠光體已奧氏體化，隨后在AC1～AC3點(diǎn)的升溫過(guò)程中，先共析鐵素體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，直至加熱溫度超過(guò)AC3點(diǎn)時(shí)，亞共析鋼的奧氏體化全部完成。此時(shí)，獲得細(xì)小的單相奧氏體晶粒，繼續(xù)提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，奧氏體晶粒逐漸長(zhǎng)大。（三）過(guò)共析碳鋼奧氏體的形成過(guò)程過(guò)共析鋼在室溫下平衡組織為珠光體和二次滲碳體，當(dāng)加熱至AC1～Accm溫度范圍內(nèi)，珠光體已先轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，先共析二次滲碳體才逐步溶入奧氏體中，當(dāng)溫度超過(guò)Accm點(diǎn)時(shí)，先共析二次滲碳體完全溶解于奧氏體中，過(guò)共析鋼的奧氏體化結(jié)束，全部組織為奧氏體，但此時(shí)的奧氏體組織已經(jīng)粗化?！魜喒参鲣摵瓦^(guò)共析鋼的加熱溫度處于上、下臨界點(diǎn)之間，其組織由奧氏體與一部分尚未轉(zhuǎn)變的先共析相所組成，這種加熱方法稱(chēng)為“不完全奧氏體化”。（四）奧氏體形成速度的影響因素：鋼的成分、原始組織、溫度和加熱速度等因素的影響。（1）鋼中含碳量增加，鐵素體和滲碳體相界面總量增多，有利于奧氏體的形成；（2）在鋼中加入合金元素雖不改變奧氏體形成的基本過(guò)程，但卻顯著影響奧氏體的形成速度；（3）若鋼的成分相同，組織中珠光體越細(xì)小，奧氏體形成速度越快，層片狀比粒狀珠光體相界面大，加熱時(shí)奧氏體形核容易；（4）在連續(xù)加熱時(shí)，隨加熱速度增快，奧氏體形成溫度升高，形成奧氏體的溫度范圍擴(kuò)大，所需時(shí)間縮短。返回二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制措施

鋼中奧氏體晶粒的大小直接影響到冷卻后的組織和性能，奧氏體晶粒越細(xì)小，則其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒也越細(xì)小，其力學(xué)性能也就越好；反之，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的晶粒粗大，其力學(xué)性能也就越差。因而，細(xì)化奧氏體晶粒對(duì)提高鋼的力學(xué)性能有著重要的意義。起始晶粒度：將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上時(shí)，由珠光體剛剛轉(zhuǎn)變成的奧氏體晶粒是細(xì)小的，此時(shí)稱(chēng)為起始晶粒度。實(shí)際晶粒度：鋼在某一具體加熱條件下實(shí)際獲得的奧氏體晶粒大小，稱(chēng)為奧氏體的實(shí)際晶粒度。本質(zhì)晶粒度：某種鋼在規(guī)定的加熱條件下，奧氏體晶粒大小的傾向，不是晶粒大小的實(shí)際度量。

實(shí)際晶粒一般總比起始晶粒大，因?yàn)闊崽幚砩a(chǎn)中都要加熱和保溫，結(jié)果使奧氏體晶粒有不同程度的長(zhǎng)大。1、奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響因素

（1）加熱溫度↑或保溫時(shí)間↑――奧氏體晶粒長(zhǎng)大↑通常加熱溫度對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響比保溫時(shí)間更顯著。（2）當(dāng)加熱溫度確定后，加熱速度越快――奧氏體晶粒越細(xì)小。因此，快速高溫加熱和短時(shí)間保溫是生產(chǎn)中常用的一種細(xì)化晶粒方法。另外，在鋼中加入一定量的合金元素也能不同程度地阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。鋼的原始組織越細(xì)，奧氏體晶粒越細(xì)小。2、控制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大的措施（1）合理選擇加熱溫度和保溫時(shí)間（2）選用合金元素含量多的鋼種；（3）采用快速加熱方式或循環(huán)加熱方式的熱處理工藝。返回§3-3

鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

奧氏體化不是鋼熱處理的最終目的，它的作用在于為隨后的冷卻轉(zhuǎn)變作組織準(zhǔn)備。鋼的性能最終取決于奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變后的組織，可見(jiàn)，冷卻過(guò)程是鋼的熱處理的關(guān)鍵，它對(duì)控制鋼在冷卻后的組織與性能具有決定性的意義。表

1為45鋼在同樣奧氏體化條件下，不同方式冷卻后的力學(xué)性能。可見(jiàn)，成分相同的鋼奧氏體化后，采用不同方式冷卻，獲得的組織和性能明顯不相同，這是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)生的變化不同。過(guò)冷奧氏體：奧氏體在臨界點(diǎn)A1以下就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，必然要發(fā)生相變。但過(guò)冷到A1點(diǎn)以下的奧氏體并不是立即發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是要經(jīng)過(guò)一個(gè)孕育期后才開(kāi)始轉(zhuǎn)變，這種在孕育期內(nèi)暫時(shí)存在的、處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體稱(chēng)為“過(guò)冷奧氏體”。一、過(guò)冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變方式在熱處理生產(chǎn)中，常見(jiàn)的過(guò)冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變方式有兩種：1、等溫轉(zhuǎn)變:工件奧氏體化后，快速冷卻到相變點(diǎn)Ar1以下某一溫度，并等溫停留一段時(shí)間，使過(guò)冷奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫；2、連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變即工件奧氏體化后，以不同冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫，在冷卻的過(guò)程中過(guò)冷奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。熱處理生產(chǎn)中冷卻速度一般較快，而Fe-Fe3C相圖是在極其緩慢加熱或冷卻條件下建立的，它沒(méi)有考慮到冷卻條件對(duì)相變的影響，實(shí)際熱處理中奧氏體的組織轉(zhuǎn)變不符合Fe-Fe3C相圖所示的規(guī)律。為了更好地了解和掌握鋼熱處理后的組織與性能的變化規(guī)律，必須研究奧氏體在冷卻過(guò)程中的變化規(guī)律。在熱處理中，通常都是根據(jù)上述兩種冷卻方式分別測(cè)繪出過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，這兩種曲線能正確說(shuō)明奧氏體在冷卻時(shí)的冷卻條件與相變間的關(guān)系，是熱處理的重要基礎(chǔ)。二、過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（一）共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的建立

將共析鋼制成若干小圓形薄片試樣，加熱至AC1以上使其奧氏體化后，分別迅速放入到A1以下不同溫度(如710℃、650℃、600℃、550℃……)的恒溫鹽浴槽中，進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變。分別測(cè)出在各溫度下，過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始時(shí)間、終止時(shí)間及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量，將這些時(shí)間畫(huà)在溫度-時(shí)間坐標(biāo)圖上，并把各轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)分別用光滑曲線連起來(lái)，便得到共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖，如圖

5a。由于曲線形狀與字母“C”相似，故又稱(chēng)C曲線。因過(guò)冷奧氏體在不同過(guò)冷度下，轉(zhuǎn)變所需時(shí)間相差很大，因而圖中采用對(duì)數(shù)坐標(biāo)表示時(shí)間。（二）共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的分析圖5b中左邊一條曲線為過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開(kāi)始線，右邊一條曲線為過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變終止線。1、A1線以上是奧氏體穩(wěn)定區(qū)；2、A1線以下，轉(zhuǎn)變開(kāi)始線以左是過(guò)冷奧氏體存在區(qū)；3、A1線以下，轉(zhuǎn)變終止線以右是轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)；4、轉(zhuǎn)變開(kāi)始線和轉(zhuǎn)變終止線之間是過(guò)冷奧氏體和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)。孕育期：工件的不平衡組織在給定溫度恒溫保持時(shí)，從到達(dá)該溫度至開(kāi)始發(fā)生組織轉(zhuǎn)變所經(jīng)歷的時(shí)間為孕育期，也就是轉(zhuǎn)變開(kāi)始線與縱坐標(biāo)軸之間的時(shí)間。5、孕育期越長(zhǎng)，過(guò)冷奧氏體越穩(wěn)定，反之越不穩(wěn)定。共析鋼等溫轉(zhuǎn)變曲線拐彎處(或稱(chēng)鼻尖)約為550℃左右，孕育期最短，過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變速度最快。6、Ms稱(chēng)為上馬氏體點(diǎn)(或Ms點(diǎn))，是指工件經(jīng)奧氏體化后以大于或等于馬氏體臨界冷卻速度淬火冷卻時(shí)，過(guò)冷奧氏體開(kāi)始向馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度；7、Mf稱(chēng)為下馬氏體點(diǎn)(或Mf點(diǎn))，是指工件淬火冷卻到Ms點(diǎn)后，繼續(xù)冷卻時(shí)，馬氏體量不斷增多，一直到奧氏體停止向馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度。8、符號(hào)A＇表示殘留奧氏體(殘存奧氏體)，它是指工件淬火冷卻至室溫后殘存的奧氏體。（三）共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的

組織和性能共析鋼按轉(zhuǎn)變溫度和轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織不同，可分為三種不同類(lèi)型的轉(zhuǎn)變：A1點(diǎn)至C曲線鼻尖區(qū)間的高溫轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體，故又稱(chēng)為珠光體型轉(zhuǎn)變；C曲線鼻尖至Ms點(diǎn)區(qū)間的中溫轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是貝氏體，故又稱(chēng)為貝氏體型轉(zhuǎn)變；在Ms點(diǎn)以下的低溫轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體，故又稱(chēng)為馬氏體型轉(zhuǎn)變。

1.珠光體型轉(zhuǎn)變（A1～550℃）在高溫區(qū)間的過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型相變，要進(jìn)行鐵、碳原子的擴(kuò)散和晶格改組。其轉(zhuǎn)變過(guò)程也是通過(guò)形核和核長(zhǎng)大來(lái)完成的（1）在A1～650℃范圍內(nèi)，因轉(zhuǎn)變溫度較高，過(guò)冷度較小，故得到鐵素體與滲碳體相間的、片層間距較大(<0.4μm)的珠光體(P)，在低倍(<500倍)顯微鏡下就能分辨出片層形態(tài)，硬度<25HRC；（2）在650～600℃范圍內(nèi)，因過(guò)冷度增大，轉(zhuǎn)變速度加快，得到片層間距較小(0.2～0.4μm)的細(xì)珠光體，稱(chēng)為索氏體，用符號(hào)“S”表示，只有在600倍以上的光學(xué)顯微鏡下，才能分辨出片層的形態(tài)，如圖6，硬度為25～35HRC；（3）在600～550℃范圍內(nèi)，因過(guò)冷度更大，轉(zhuǎn)變速度更快，得到片層間距更小(<0.2μm)的極細(xì)珠光體，稱(chēng)為托氏體，用符號(hào)“T”表示，只有在電子顯微鏡下，才能分辨出片層的形態(tài)，如圖7，硬度為35～40HRC?！瑺钪楣怏w的性能主要取決于片層間距離，片層間距越小，相界面就越多，變形抗力也越大，強(qiáng)度和硬度越高。另外因滲碳體片變薄，容易隨鐵素體一同變形而不脆斷，同時(shí)塑性與韌性也有所改善。2.貝氏體型轉(zhuǎn)變（550℃～Ms）中溫區(qū)間的過(guò)冷奧氏體在此溫度范圍內(nèi)等溫轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，用符號(hào)“B”表示，貝氏體是由過(guò)飽和α固溶體和碳化物組成的兩相組織。由于轉(zhuǎn)變溫度較低，只有碳原子的擴(kuò)散，鐵原子基本不擴(kuò)散，故貝氏體轉(zhuǎn)變是半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。按轉(zhuǎn)變溫度和貝氏體組織形態(tài)不同，貝氏體分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)兩種。（1）溫度范圍為550～350℃，形成上貝氏體，它是由大致平行、碳輕微過(guò)飽和的鐵素體板條為主體，板條間分布著短棒狀或短片狀碳化物所組成的兩相組織，在顯微鏡下觀察呈羽毛狀，如圖8。其硬度(40～45HRC)、強(qiáng)度比珠光體類(lèi)型高，但塑性較低，脆性較大，很少使用。（2）下貝氏體形成溫度范圍為350℃～Ms，它是由雙凸透鏡片狀、碳過(guò)飽和的鐵素體為主體，片中分布著與片的縱向軸呈55°～65°角平行排列的碳化物所組成的兩相組織，在光學(xué)顯微鏡下觀察呈黑色針(片)狀，如圖9。下貝氏體硬度(45～55HRC)、強(qiáng)度較高，塑性、韌性良好。生產(chǎn)中常采用等溫淬火獲得下貝氏體，以提高零件的強(qiáng)韌性。3．馬氏體型轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過(guò)冷到MS以下，即發(fā)生馬氏體型轉(zhuǎn)變。其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體，用符號(hào)“M”表示。因?yàn)轳R氏體轉(zhuǎn)變是在連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行的，故馬氏體轉(zhuǎn)變?cè)敿?xì)內(nèi)容將在后面的過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變中討論。

亞共析鋼和過(guò)共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線與共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線相比，分別多出一條先析出鐵素體和先析出二次滲碳體的析出線。先共析相的量隨著過(guò)冷度的增加而逐漸減少，隨著轉(zhuǎn)變溫度越低時(shí)，先共析相的量就越少，珠光體的量相應(yīng)地就越多，因而鋼的性能也就不同。三、過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

在生產(chǎn)實(shí)際中，大多熱處理工藝都是在連續(xù)冷卻過(guò)程中進(jìn)行的，如一般淬火、正火、退火等。因此，為了研究過(guò)冷奧氏體在連續(xù)冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變規(guī)律，必須要先測(cè)出過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線。圖10是用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得的共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線圖。

Ps線為過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線

Pf線為過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變終了線

K線為過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變中止線即當(dāng)冷卻速度與K線相交時(shí)，過(guò)冷奧氏體不再向珠光體轉(zhuǎn)變，而一直保留到Ms點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。vk

稱(chēng)為上臨界冷卻速度(或稱(chēng)馬氏體臨界冷卻速度)，它是獲得全部馬氏體的最小冷卻速度。vk′稱(chēng)為下臨界冷卻速度，它是獲得全部珠光體的最大冷卻速度。1、共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線較等溫轉(zhuǎn)變曲線向右下方移一些，且只有C曲線上半部分，沒(méi)有下半部分，即不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變。2、在連續(xù)冷卻過(guò)程中，由于過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，因而，在同一冷卻速度下，先后轉(zhuǎn)變獲得的組織粗細(xì)不均勻。有時(shí)在某種冷卻速度下還可獲得幾種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的混合組織。1、馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)冷卻速度大于臨界冷卻速度vk時(shí)，奧氏體被過(guò)冷到MS點(diǎn)以下，就開(kāi)始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（1）由于這時(shí)轉(zhuǎn)變溫度低，過(guò)冷度很大，鐵、碳原子均不能擴(kuò)散，只有依靠鐵原子作短距離移動(dòng)來(lái)完成γ—Fe向α—Fe

晶格改組；（2）馬氏體形成速度極快，使原來(lái)固溶于奧氏體中的碳來(lái)不及析出，被全部保留在α—Fe晶格中，即過(guò)冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變?yōu)樘荚讦痢狥e中的過(guò)飽和固溶體，這就是馬氏體，用符號(hào)“M”表示。（3）馬氏體中的含碳量與原來(lái)奧氏體中的含碳量是相同的。2、馬氏體的組織形態(tài)

馬氏體組織形態(tài)主要有針片狀和板條狀兩種，其組織形態(tài)主要取決于奧氏體的含碳量（1）若ωc>1.0%時(shí)，形成針片狀高碳馬氏體，其立體形態(tài)呈雙凸透鏡狀，在顯微鏡下看到的是截面形態(tài)，故呈片狀或針狀，如圖11。（2）若ωc<0.20%時(shí)，形成板條狀低碳馬氏體，其立體形態(tài)呈橢圓形截面的細(xì)長(zhǎng)條狀，成群相互平行地定向排列，故在顯微鏡下看為一束束細(xì)長(zhǎng)板條狀組織，如圖12。若ωc

在0.20%～1.0%之間，形成針片狀和板條狀的混合組織。

圖11針片狀馬氏體顯微組織（T12A鋼）圖12板條狀馬氏體顯微組織（15鋼）3.馬氏體的性能（1）馬氏體的強(qiáng)度、硬度主要取決于馬氏體含碳量，如圖13。馬氏體強(qiáng)度、硬度隨馬氏體含碳量的增加而升高，尤其是含碳量較低時(shí)增高比較明顯，當(dāng)馬氏體的含碳量超過(guò)0.6%以后圖13馬氏體強(qiáng)度、硬度與含碳量關(guān)系就趨于平緩。（2）馬氏體的塑性和韌性也與馬氏體含碳量有關(guān)。針片狀高碳馬氏體的塑性和韌性很差，而板條狀低碳馬氏體有良好的塑性和韌性，強(qiáng)韌性高，韌脆轉(zhuǎn)變溫度低。可見(jiàn)，針片狀馬氏體的性能特點(diǎn)是硬度高而脆性大；而板條狀馬氏體不僅具有較高的強(qiáng)度和硬度，還具有良好的塑性和韌性。此外，鋼的組織不同，其比體積(即單位質(zhì)量物質(zhì)的體積，俗稱(chēng)比容)也不同，馬氏體比體積最大，奧氏體比體積最小，珠光體比體積介于二者之間。（3）鋼淬火得到馬氏體時(shí)體積要膨脹，產(chǎn)生應(yīng)力，易導(dǎo)致鋼件變形和開(kāi)裂。

4.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)（1）過(guò)冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散型相變，即只有晶格的改組，沒(méi)有鐵、碳原子的擴(kuò)散。馬氏體轉(zhuǎn)變的速度極快。（2）馬氏體轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)形成的，若在MS與Mf間的某一溫度等溫，則馬氏體量不會(huì)顯著增加，即馬氏體形核數(shù)取決于溫度，與時(shí)間無(wú)關(guān)；（3）MS與Mf的位置與冷卻速度無(wú)關(guān)，主要取決于奧氏體的含碳量，含碳量越高，MS與Mf溫度越低。（4）馬氏體轉(zhuǎn)變的不完全性，當(dāng)奧氏體的含碳量超過(guò)0.50%時(shí)，Mf降至室溫以下，因此淬火至室溫時(shí)，馬氏體轉(zhuǎn)變并未百分之百的完成，而是保留了一定數(shù)量的殘留奧氏體。殘留奧氏體量隨奧氏體含碳量的增加而增多。

殘留奧氏體的存在不僅降低了淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在零件長(zhǎng)期使用中，殘留奧氏體將繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使零件尺寸發(fā)生變化，尺寸精度降低。因此，對(duì)某些高精度零件(如精密量具、精密絲杠等)，淬火冷卻至室溫后，繼續(xù)在一般制冷設(shè)備或低溫介質(zhì)中冷卻(如干冰+酒精可冷卻到-78℃，液態(tài)氧可冷卻到-183℃)，以盡量減少殘留奧氏體量，這種處理稱(chēng)為“冷處理”。（三）過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用由于過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測(cè)定比較困難，而且有些使用較廣泛的鋼種的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線至今尚未被測(cè)出，所以，目前生產(chǎn)技術(shù)中常應(yīng)用過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線定性地、近似地來(lái)分析奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變。下面以共析鋼為例，將連續(xù)冷卻速度曲線畫(huà)在等溫轉(zhuǎn)變圖上，根據(jù)與C曲線相交的位置，可估計(jì)出連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，如圖14。圖中v1相當(dāng)于隨爐冷卻(退火)，根據(jù)它與C曲線相交的位置，可估計(jì)出連續(xù)冷卻后轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體，硬度為170～220HBS；v2相當(dāng)于空冷(正火)，可估計(jì)出轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為索氏體，硬度為25～35HRC；v3相當(dāng)于油冷(油淬)，它只與C曲線轉(zhuǎn)變開(kāi)始線相交于550℃左右處，未與轉(zhuǎn)變終了線相交，這表明只有一部分過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橥惺象w，其余的被過(guò)冷到MS點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最后得到托氏體與馬氏體兩相的混合組織，硬度為45～55HRC；v4相當(dāng)于水或鹽水冷(淬火)，冷卻曲線不與C曲線相交，一直被過(guò)冷到與MS點(diǎn)相交，過(guò)冷奧氏體開(kāi)始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，最后得到馬氏體和殘留奧氏體組織，硬度為55～65HRC。§3-4鋼的退火與正火

在機(jī)械零件及工模具等加工中，往往要經(jīng)過(guò)各種冷、熱加工，而且在加工工序中還要穿插熱處理工序。退火與正火主要是用于消除鑄造、鍛造、焊接等熱加工過(guò)程中產(chǎn)生的某些缺陷，為隨后的切削加工或最終熱處理作組織上的準(zhǔn)備。所以退火與正火屬于預(yù)先熱處理；對(duì)于某些性能要求不高的零件，經(jīng)退火與正火后可直接使用，此時(shí)退火與正火也就成為最終熱處理。退火或正火的主要目的：1．降低或調(diào)整鋼件硬度，提高塑性，以利于隨后的切削加工或塑性變形加工，如沖壓、拉拔等。2．消除殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件尺寸并防止其變形和開(kāi)裂。3．細(xì)化晶粒，均勻成分，改善組織，提高鋼的力學(xué)性能。4．為最終熱處理（淬火、回火等）作組織上的準(zhǔn)備。一、鋼的退火將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得穩(wěn)定的組織的一種熱處理工藝方法。根據(jù)鋼的成分與退火工藝目的的不同，常用的幾種退火方法及應(yīng)用如下：1、完全退火將亞共析鋼工件加熱到AC3以上20～50℃，保溫一定時(shí)間，隨爐緩慢冷卻到600℃左右時(shí)，再出爐在空氣中冷卻的工藝方法。用途：完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、焊件等。不宜用于過(guò)共析鋼，因?yàn)榧訜岬紸ccm溫度以上緩慢冷卻時(shí)會(huì)沿奧氏體晶界析出網(wǎng)狀二次滲碳體，使鋼的脆性明顯增大。但完全退火所需時(shí)間比較長(zhǎng)，是一種較費(fèi)時(shí)的工藝。為縮短完全退火時(shí)間，生產(chǎn)中常采用等溫退火方法等溫退火:即將工件加熱到高于Ac3(或Ac1)的溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間的適當(dāng)溫度并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類(lèi)型組織后，出爐在空氣中冷卻的退火工藝。等溫退火與完全退火目的相同，但所用時(shí)間比完全退火縮短約1／3，并能獲得均勻的組織。等溫退火主要用于過(guò)冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼。2．球化退火將過(guò)共析鋼加熱到Acl以上20～30℃，充分保溫后隨爐緩冷到600℃以下再出爐空冷的工藝方法。適用范圍：主要適用于共析鋼、過(guò)共析鋼和合金鋼。目的：使鋼中的片狀滲碳體和網(wǎng)狀二次滲碳體變?yōu)榱睿越档弯摰挠捕?，改善切削加工性，并為后續(xù)熱處理做好組織準(zhǔn)備。碳化物呈顆粒狀彌散分布于鐵素體基體中的珠光體稱(chēng)為粒狀珠光體，如圖15。若鋼中存在有嚴(yán)重的網(wǎng)狀二次滲碳體，應(yīng)在球化退火前進(jìn)行一次正火。圖15粒狀珠光體顯微組織3．均勻化退火均勻化退火是將工件加熱到AC3以上150～250℃（通常為1000～1200℃），并長(zhǎng)時(shí)間保溫（約10～15h），然后再隨爐緩慢冷卻，以使工件化學(xué)成分和組織達(dá)到均勻化的工藝方法。也有的稱(chēng)為擴(kuò)散退火適用范圍：主要用于合金鋼鑄錠或鑄件，目的是為了消除鑄造結(jié)晶過(guò)程中產(chǎn)生的枝晶偏析，使成分均勻化。。均勻化退火后，鋼的晶粒過(guò)分粗大，因此，隨后還應(yīng)進(jìn)行一次完全退火或正火來(lái)消除過(guò)熱缺陷。均勻化退火耗費(fèi)能量很大，時(shí)間長(zhǎng)，成本高。主要用于質(zhì)量要求高的優(yōu)質(zhì)合金鋼的鑄錠或鑄件。4．去應(yīng)力退火通常將工件加熱到500～600℃，保溫后隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷。由于加熱溫度低于Acl，故鋼在去應(yīng)力退火過(guò)程中不發(fā)生相變目的：為了去除工件由塑性變形加工、切削加工或焊接造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火。適用范圍：去應(yīng)力退火主要用于消除鑄件、鍛壓件、焊件、切削加工件的殘留應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減小變形，對(duì)于形狀復(fù)雜和壁厚不均勻的零件尤為重要。二、鋼的正火指將工件加熱到完全奧氏體化，經(jīng)保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝1、正火的加熱溫度與鋼的化學(xué)成分有關(guān)。一般低碳鋼的加熱溫度為AC3以上100～150℃；中碳鋼的加熱溫度為AC3以上50～100℃；過(guò)共析鋼的加熱溫度為Accm以上30～50℃。保溫后一般在空氣中冷卻，但一些大型工件或在氣溫較高的夏天，有時(shí)也采用吹風(fēng)或噴霧冷卻。2、正火的特點(diǎn)（與退火相比）（1）奧氏體化溫度高；（2）冷卻速度稍快，過(guò)冷度較大，因此正火后所得到的組織比較細(xì)小，強(qiáng)度和硬度比退火高一些，對(duì)含碳為0.6～1.4%的鋼經(jīng)正火后，組織中一般不出現(xiàn)先共析相，只形成偽共析的珠光體或索氏體，所以使強(qiáng)度和硬度得到提高；（3）具有操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、成本低等特點(diǎn)。生產(chǎn)中一般優(yōu)先采用正火工藝。3、生產(chǎn)中正火主要作用（1）改善低碳鋼和低碳合金鋼切削加工性能，一般認(rèn)為鋼的硬度在160～230HBS范圍內(nèi)為最佳。低碳鋼和低碳合金鋼退火后鐵素體所占比例較大，硬度偏低，切削加工時(shí)都有“粘刀”現(xiàn)象，而且表面粗糙度參數(shù)值都較大。通過(guò)正火能適當(dāng)提高硬度，改善切削加工性。因此，低碳鋼、低碳合金鋼都選擇正火作為預(yù)備熱處理；而ωc>0.5%的中高碳鋼、合金鋼都選擇退火作為預(yù)備熱處理。（2）消除過(guò)共析鋼中的網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。對(duì)于過(guò)共析鋼，正火加熱到Accm以上可使網(wǎng)狀滲碳體充分溶解到奧氏體中，空氣冷卻時(shí)滲碳體來(lái)不及析出，因而消除了網(wǎng)狀滲碳體組織，同時(shí)細(xì)化了珠光體組織，有利于以后的球化處理。（3）作為使用性能要求不高的普通結(jié)構(gòu)零件的最終熱處理；對(duì)一些大型的或形狀較復(fù)雜的零件，淬火可能有開(kāi)裂危險(xiǎn)時(shí)，用正火代替調(diào)質(zhì)處理，而作為這類(lèi)零件的最終熱處理，如鐵道車(chē)輛的車(chē)軸。（4）用于淬火返修件，消除應(yīng)力，細(xì)化組織，防止重新淬火時(shí)產(chǎn)生變形與開(kāi)裂。退火與正火的加熱溫度范圍及熱處理工藝曲線，示意于圖16中§3-5鋼的淬火淬火：將工件加熱奧氏體化后以適當(dāng)方式冷卻，獲得馬氏體或(和)貝氏體組織的熱處理工藝。淬火目的：為了得到馬氏體或(和)貝氏體組織。淬火是強(qiáng)化鋼最重要的熱處理方法。適用范圍：重要的結(jié)構(gòu)件，特別是承受動(dòng)載荷和劇烈摩擦作用的零件，以及各種類(lèi)型的工具必須指出，馬氏體不是熱處理所要求的最終組織。在淬火之后必須配以適當(dāng)?shù)幕鼗鸸に?；淬火馬氏體在不同回火溫度下可獲得不同組織，從而使鋼具有不同的力學(xué)性能，以滿(mǎn)足各類(lèi)工具或零件的使用要求。淬火作用：是為回火時(shí)調(diào)整和改善鋼的性能作好組織準(zhǔn)備，而回火才能最后決定工件的使用性能和壽命，所以一般淬火后必須進(jìn)行回火。一、淬火工藝（一）淬火加熱溫度（二）淬火加熱時(shí)間（三）淬火冷卻介質(zhì)二、常用淬火方法（一）單介質(zhì)淬火(水淬或油淬)（二）雙介質(zhì)淬火(雙液淬火)（三）馬氏體分級(jí)淬火(分級(jí)淬火)（四）貝氏體等溫淬火三、鋼的淬透性（一）淬透性與淬硬性概念

（二）淬透性的應(yīng)用四、淬火缺陷

過(guò)熱與過(guò)燒；氧化與脫碳；硬度不足和軟點(diǎn)；變形和開(kāi)裂。

§3-6淬火鋼的回火一、淬火工藝（一）淬火加熱溫度鋼的化學(xué)成分是決定其淬火加熱溫度的最主要因素，碳鋼的淬火加熱溫度一般可利用Fe-Fe3C相圖來(lái)選擇，如圖17所示。其原則為：1、亞共析鋼淬火加熱溫度一般為AC3+(30～50℃)，以得到全部細(xì)小的奧氏體晶粒，淬火后為均勻細(xì)小的馬氏體組織。原因：（1）若加熱溫度在AC1～AC3之間，淬火后組織中將有一部分先共析鐵素體存在，使鋼的淬火硬度降低；（2）若加熱溫度超過(guò)AC3過(guò)高時(shí)，奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大的馬氏體組織，鋼的性能變差，淬火應(yīng)力增大，導(dǎo)致變形和開(kāi)裂。2、共析鋼和過(guò)共析鋼淬火加熱溫度為AC1+(20～30℃)，淬火后共析鋼得到細(xì)小馬氏體，過(guò)共析鋼為馬氏體和少量滲碳體組織，滲碳體的存在不降低硬度還可提高鋼的硬度和耐磨性。原因：（1）若加熱溫度在Accm以上，由于滲碳體全部溶入奧氏體中，提高了奧氏體含碳量，淬火后殘留奧氏體量增多，鋼的硬度和耐磨性將會(huì)降低；另外，因奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗大馬氏體，使鋼的脆性增大。（2）若加熱溫度低于ACl，工件沒(méi)有發(fā)生相變，達(dá)不到淬火目的。3、合金鋼的淬火加熱溫度的選擇原則：（1）根據(jù)其臨界點(diǎn)來(lái)確定。但大多數(shù)合金元素有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，所以合金鋼的淬火溫度一般可以高出臨界點(diǎn)多一點(diǎn)，這有利于合金元素在奧氏體中的溶解，獲得更好的淬火效果。（2）工件的形狀與尺寸、淬火冷卻介質(zhì)或淬火方法等不同，其淬火加熱溫度也有所不同。故在實(shí)際生產(chǎn)中必須全面考慮各種因素的影響，結(jié)合具體情況來(lái)確定合適的淬火加熱溫度。返回（二）淬火加熱時(shí)間：升溫時(shí)間(工件加熱到預(yù)定處理溫度的時(shí)間)和保溫時(shí)間。加熱時(shí)間的影響因素：加熱介質(zhì)、加熱速度、鋼的種類(lèi)、工件形狀和尺寸、裝爐方式、裝爐量等。生產(chǎn)中常根據(jù)實(shí)際情況,綜合考慮上述各個(gè)影響因素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)才能合理地選定。也可依據(jù)有關(guān)資料中的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算確定。返回（三）淬火冷卻介質(zhì)（冷卻速度）：淬火冷卻介質(zhì)是指工件進(jìn)行淬火時(shí)所用的介質(zhì)1、依據(jù)：在淬火冷卻時(shí)，既要快速冷卻(淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk)以保證淬火工件得到馬氏體組織，但又要減小變形和防止開(kāi)裂(快冷不可避免地會(huì)帶來(lái)較大的內(nèi)應(yīng)力)。因此，冷卻是關(guān)系到淬火質(zhì)量高低的關(guān)鍵操作。圖18理想的淬火冷卻曲線（1）A1點(diǎn)處過(guò)冷奧氏體較穩(wěn)定，冷卻速度可慢些（2）曲線鼻尖處過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定，必須進(jìn)行快速冷卻，且冷卻速度應(yīng)大于馬氏體臨界冷卻速度，以保證過(guò)冷奧氏體能避開(kāi)非馬氏體型的組織轉(zhuǎn)變；（3）在Ms點(diǎn)及以下的冷卻速度要更緩慢一些，以減小產(chǎn)生的淬火應(yīng)力，避免由此而產(chǎn)生的變形和開(kāi)裂。

找到具有理想淬火冷卻曲線的介質(zhì)是困難的?，F(xiàn)生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)都不能完全滿(mǎn)足理想冷卻速度的要求，在淬火時(shí)應(yīng)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際情況合理地選用。2、冷卻介質(zhì)水：是經(jīng)濟(jì)的且冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)，主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面尺寸較大的碳鋼工件。淬火油：（礦物油或植物油）是另一種使用較廣的淬火介質(zhì)，其主要用于形狀復(fù)雜的中、小合金鋼工件。熔融狀態(tài)的鹽或堿：只用于形狀復(fù)雜和變形要求嚴(yán)格的小件的分級(jí)淬火或等溫淬火此外，還有在水中加入鹽、堿、聚醚、聚乙烯醇、水玻璃等所形成的各種水溶液，乳化液，肥皂液等也都是生產(chǎn)中常用的淬火冷卻介質(zhì)。返回二、常用淬火方法

根據(jù)鋼材成分及對(duì)組織、性能和鋼件尺寸精度的要求，在保證技術(shù)要求規(guī)定的前提下，應(yīng)選擇簡(jiǎn)便而經(jīng)濟(jì)的淬火方法。（一）單介質(zhì)淬火(水淬或油淬)單介質(zhì)淬火是將工件加熱奧氏體化后浸入某一種冷卻介質(zhì)中冷卻的淬火工藝，如圖19中①所示。特點(diǎn)：此法操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，但易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂適用范圍：一般形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件在水中淬火，合金鋼件和尺寸較小的碳鋼件在油中淬火。（二）雙介質(zhì)淬火(雙液淬火)

例如先水淬后油冷、先水淬后空冷等。雙介質(zhì)淬火是將工件加熱奧氏體化后先浸入冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)立即轉(zhuǎn)入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻的淬火工藝，如圖5-19中②所示。特點(diǎn)：此種方法操作時(shí)的困難在于水中停留時(shí)間不易控制，過(guò)早淬不硬，過(guò)遲仍有變形淬裂可能。如能控制好工件在水中停留的時(shí)間，就能有效的防止淬火變形和開(kāi)裂，因此要求有較高的操作技術(shù)。適用范圍：主要用于形狀復(fù)雜的高碳鋼件和尺寸較大合金鋼件的淬火（三）馬氏體分級(jí)淬火(分級(jí)淬火)馬氏體分級(jí)淬火是將工件加熱奧氏體化后浸入溫度稍高或稍低于Ms點(diǎn)的堿浴或鹽浴中保持適當(dāng)時(shí)間，在工件整體達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體的淬火工藝，如19中③所示。特點(diǎn)：馬氏體分級(jí)淬火比雙介質(zhì)淬火易于操作，能夠減小工件中的熱應(yīng)力，并緩和相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力，可有效地防止工件的變形和開(kāi)裂。適用范圍：主要用于尺寸較小、形狀較復(fù)雜工件的淬火。（四）貝氏體等溫淬火(等溫淬火)貝氏體等溫淬火是將工件加熱奧氏體化后快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝，如圖19中④所示。特點(diǎn)：貝氏體等溫淬火后的工件淬火應(yīng)力很小，不易變形和開(kāi)裂，具有較高的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，但生產(chǎn)周期長(zhǎng)，效率低。適用范圍：主要用于處理形狀復(fù)雜和尺寸要求精確，強(qiáng)韌性要求較高的各種中、高碳鋼和合金鋼制造的小型復(fù)雜工件，如某些工模具和彈簧等。應(yīng)當(dāng)指出，由于馬氏體具有轉(zhuǎn)變不完全的特點(diǎn)，而對(duì)于量具、精密軸承、精密絲杠、精密刀具等這類(lèi)工件，殘余奧氏體的存在會(huì)影響其在使用中的尺寸穩(wěn)定，甚至造成報(bào)廢。故對(duì)于這類(lèi)工件均應(yīng)在淬火之后進(jìn)行一次冷處理，這樣可以消除殘余奧氏體，穩(wěn)定工件尺寸，獲得更多的馬氏體，還提高了硬度。大多數(shù)鋼種的Mf點(diǎn)在-60℃左右，所以生產(chǎn)實(shí)際中的冷處理大多選用-70～-80℃。選高了起不到冷處理的效果，選低了又不經(jīng)濟(jì)。返回三、鋼的淬透性（一）淬透性與淬硬性概念鋼的淬透性是評(píng)定鋼淬火質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，它對(duì)于鋼材選擇，編制熱處理工藝都具有重要意義。（1）淬透性：指在規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。換句話說(shuō)，淬透性是鋼材的一種屬性，是指鋼淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。可用在規(guī)定條件下的有效淬硬層深度來(lái)表示。有效淬硬層深度：指從淬硬的工件表面量至規(guī)定硬度值處(一般為550HV)的垂直距離；也可用臨界直徑d0來(lái)表示(鋼制圓柱試樣在某種介質(zhì)中淬冷后，中心得到全部或50%馬氏體組織的最大直徑)。淬透性主要影響因素：鋼中合金元素的種類(lèi)和含量，除鈷外，大多數(shù)合金元素都能顯著提高鋼的淬透性。此外，奧氏體化條件對(duì)淬透性也有較大影響。鋼淬火后可以獲得較高硬度，不同化學(xué)成分的鋼淬火后所得馬氏體組織的硬度值是不相同的。（2）淬硬性：以鋼在理想條件下淬火所能達(dá)到的最高硬度來(lái)表征的材料特性，稱(chēng)為淬硬性。淬硬性主要影響因素：主要與鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)，更確切地說(shuō)，它取決于淬火加熱時(shí)間。

溶于奧氏體中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的多少。奧氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，鋼的淬硬性越高，淬火后硬度值也越高。（3）淬硬性與淬透性的區(qū)別①淬硬性：是指鋼在淬火時(shí)的硬化能力，用淬火后馬氏體所能達(dá)到的最高硬度表示，它主要取決于馬氏體中的含碳量，合金元素對(duì)它沒(méi)有顯著影響。②淬透性：是鋼的一種工藝性能，對(duì)于一種鋼它是完全確定的，它的大小用規(guī)定條件的淬硬層深度表示，其主要取決于鋼被加熱奧氏體化后的成分。③淬火后硬度高的鋼，不一定淬透性就高；淬火后硬度低的鋼，不一定淬透性就低。如低碳合金鋼的淬透性相當(dāng)好，但它的淬硬性卻不高；再如高碳工具鋼的淬透性較差，但它的淬硬性很高。（4）零件的淬硬層深度與淬透性的區(qū)別淬硬層深度：是指在具體條件下淬火得到的馬氏體到半馬氏體層的厚度，是不確定的，除取決于鋼的淬透性外，還與零件形狀、尺寸、采用的冷卻介質(zhì)及其它外界因素有關(guān)。如同一鋼種在相同的奧氏體化條件下，水淬要比油淬的淬硬層深；小件要比大件的淬硬層深。這決不能因此就說(shuō)成是，同一種鋼水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。返回（二）淬透性的應(yīng)用鋼的淬透性是選用材料和制訂熱處理工藝規(guī)程時(shí)的主要依據(jù)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中也有重要的指導(dǎo)作用。（1）若工件整個(gè)截面都被淬透，回火后工件表面和心部組織和性能均勻一致。（2）若工件整個(gè)截面未被淬透，回火后整個(gè)截面硬度雖近似一致，但未淬透部分的屈服點(diǎn)和韌性卻明顯降低。（3）機(jī)械中許多大截面和形狀復(fù)雜的重要零件，以及軸向承受拉應(yīng)力或壓應(yīng)力或交變應(yīng)力、沖擊載荷的連桿、螺柱、鍛模、錘桿等，應(yīng)選用淬透性高的鋼；（4）對(duì)承受交變彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力、沖擊載荷和局部磨損的軸類(lèi)零件，其表面受力很大，心部受力較小，不要求全部淬透，可選用淬透性較低的鋼；（5）焊接件一般選用淬透性低的鋼，否則易在焊縫和熱影響區(qū)出現(xiàn)淬火組織，導(dǎo)致變形和開(kāi)裂；（6）承受交變應(yīng)力和振動(dòng)的彈簧，為防止心部淬不透，導(dǎo)致工作時(shí)產(chǎn)生塑性變形，應(yīng)選用淬透性高的鋼。返回四、淬火缺陷工件在淬火加熱和冷卻過(guò)程中，由于加熱溫度高，冷卻速度快，很容易產(chǎn)生某些缺陷。在熱處理過(guò)程中設(shè)法減輕各種缺陷的影響，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要的實(shí)際意義。1、過(guò)熱與過(guò)燒（1）過(guò)熱：工件在熱處理加熱時(shí)，由于加熱溫度偏高而使晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，導(dǎo)致力學(xué)性能顯著降低的現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)熱。危害：工件過(guò)熱后，形成粗大的奧氏體晶粒，可以通過(guò)正火和退火來(lái)消除。（2）過(guò)燒：工件加熱溫度過(guò)高，致使晶界氧化和部分熔化的現(xiàn)象稱(chēng)為過(guò)燒。危害：過(guò)燒工件淬火后強(qiáng)度低，脆性大，且無(wú)法補(bǔ)救，只能報(bào)廢防止措施：過(guò)熱和過(guò)燒主要都是由于加熱溫度過(guò)高引起的，因此，合理確定加熱規(guī)范，嚴(yán)格控制加熱溫度和時(shí)間可以防止過(guò)熱和過(guò)燒。返回2、氧化與脫碳氧化：工件在加熱時(shí)，介質(zhì)中的O2、CO2、H2O等與之反應(yīng)生成氧化物的過(guò)程稱(chēng)為氧化。

危害：氧化使工件表面燒損，增大表面粗糙度參數(shù)值，減小工件尺寸，甚至使工件報(bào)廢。脫碳：工件在加熱時(shí)介質(zhì)與其表層的碳發(fā)生反應(yīng)，使表層碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象稱(chēng)為脫碳。危害：脫碳使工件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低，使力學(xué)性能下降，引起工件早期失效。防止措施：（1）控制加熱介質(zhì)的化學(xué)成分和性質(zhì)，使之對(duì)工件不發(fā)生氧化與脫碳反應(yīng)，如采用可控氣氛、氮基氣氛等；（2）工件表面進(jìn)行涂層保護(hù)和真空加熱。返回3、硬度不足和軟點(diǎn)硬度不足：鋼件淬火后硬度達(dá)不到技術(shù)要求，稱(chēng)為硬度不足。加熱溫度過(guò)低或保溫時(shí)間過(guò)短；淬火介質(zhì)冷卻能力不夠；工件表面氧化脫碳等，均容易使工件淬火后達(dá)不到要求的硬度值。軟點(diǎn)：鋼件淬火硬化后，其表面存在硬度偏低的局部小區(qū)域，該小區(qū)域稱(chēng)為軟點(diǎn)。防止措施：工件產(chǎn)生硬度不足和大量的軟點(diǎn)時(shí)，可在退火或正火后，重新進(jìn)行正確的淬火即可消除硬度不足和大量的軟點(diǎn)。返回4．變形和開(kāi)裂變形：淬火時(shí)工件產(chǎn)生形狀或尺寸偏差的現(xiàn)象。開(kāi)裂：淬火時(shí)工件產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。工件產(chǎn)生變形與開(kāi)裂的主要原因：由于熱處理過(guò)程中工件內(nèi)部存在著較大的內(nèi)應(yīng)力造成的。熱應(yīng)力：指工件加熱和(或)冷卻時(shí)，由于不同部位出現(xiàn)溫差而導(dǎo)致熱脹和(或)

冷縮不均所產(chǎn)生的應(yīng)力。相變應(yīng)力：熱處理過(guò)程中，因工件不同部位組織轉(zhuǎn)變不同步而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力淬火應(yīng)力：工件在淬火時(shí)，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力同時(shí)存在，這兩種應(yīng)力總稱(chēng)為淬火應(yīng)力。當(dāng)淬火應(yīng)力大于鋼的屈服點(diǎn)時(shí)，工件就會(huì)發(fā)生變形；當(dāng)淬火應(yīng)力大于鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂。防止措施：為減少工件淬火時(shí)產(chǎn)生變形和開(kāi)裂現(xiàn)象，要從工件的整個(gè)工藝過(guò)程考慮（1）正確選擇材料、編制熱冷加工搭配合理的工序和合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)外，還必須在熱處理工藝方面采取措施，采用合理的熱處理工藝；（2）正確編制淬火時(shí)的加熱溫度、保溫時(shí)間和冷卻方式，淬火后及時(shí)進(jìn)行回火處理，采用正確的操作方法可以有效地減少工件變形和開(kāi)裂現(xiàn)象。返回§3-6淬火鋼的回火淬火的缺點(diǎn)：淬火鋼的組織主要由馬氏體和少量殘余奧氏體組成(有時(shí)還有未溶碳化物)，其內(nèi)部存在很大的內(nèi)應(yīng)力，脆性大，韌性低，一般都不能直接使用，如不及時(shí)消除，將會(huì)引起工件的變形，甚至開(kāi)裂?；鼗穑簩⒐ぜ慊鸷?，重新加熱到AC1以下某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。目的：1、減少和消除淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火應(yīng)力，降低脆性，減小工件變形，防止開(kāi)裂；

2、穩(wěn)定組織與尺寸，保證工件在使用中不發(fā)生變形，獲得強(qiáng)度和韌性之間較好的配合，達(dá)到工件所要求的使用性能。一、淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變與性能變化（一）淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變

馬氏體分解，殘余奧氏體分解，碳化物轉(zhuǎn)變，碳化物的聚集長(zhǎng)大與鐵素體的再結(jié)晶（二）淬火鋼回火時(shí)的性能變化二、回火種類(lèi)及應(yīng)用

1、低溫回火(<250℃)2、中溫回火(250～500℃)3、高溫回火(>500℃)三、回火脆性

1、低溫回火脆性

；2、高溫回火脆性§3-7鋼的表面熱處理

1．回火第一階段(≤200℃)——馬氏體分解（1）在80℃以下溫度回火時(shí)，淬火鋼沒(méi)有明顯的組織轉(zhuǎn)變，此時(shí)只發(fā)生馬氏體中碳的偏聚，沒(méi)有開(kāi)始分解。（2）100℃以上回火時(shí)，馬氏體開(kāi)始分解，碳以ε碳化物(Fe2.4C的過(guò)渡型碳化物)形式析出，使馬氏體碳的過(guò)飽和度逐漸降低，在這一階段中，由于回火溫度較低，馬氏體中僅析出了一部分過(guò)飽和的碳原子，但此時(shí)α相仍保持針狀特征，它仍是碳在α-Fe中的過(guò)飽和固溶體。這種由過(guò)飽和度較低的α相與極細(xì)的ε碳化物所組成的混合組織，稱(chēng)為回火馬氏體，如21所示。特點(diǎn)：硬度降低不明顯，但由于碳化物的析出，晶格畸變降低，使淬火應(yīng)力有所減小。返回2．回火第二階段(200～300℃)——?dú)堄鄪W氏體分解淬火鋼中殘留奧氏體從200℃開(kāi)始分解，到300℃左右基本結(jié)束，殘余奧氏體分解是通過(guò)碳原子的擴(kuò)散先形成偏聚區(qū)，進(jìn)而分解為α相和碳化物的混合組織，即轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w。由于在回火的第一階段馬氏體分解尚未結(jié)束，在此階段中馬氏體分解繼續(xù)進(jìn)行，到350℃左右馬氏體含碳量降至接近平衡成分，馬氏體分解才基本結(jié)束。特點(diǎn)：馬氏體的繼續(xù)分解雖然會(huì)使鋼的硬度降低，但同時(shí)由于較軟的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)檩^硬的下貝氏體，故此階段內(nèi)鋼的硬度沒(méi)有明顯降低，淬火應(yīng)力且進(jìn)一步減小。返回3．回火第三階段(250～400℃)——碳化物轉(zhuǎn)變?cè)?50℃以上回火時(shí)，隨著溫度的升高，碳原子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，鐵原子也恢復(fù)了擴(kuò)散能力，馬氏體分解和殘余奧氏體分解析出的過(guò)渡ε碳化物逐漸向穩(wěn)定的滲碳體轉(zhuǎn)變，到400℃時(shí)全部轉(zhuǎn)變?yōu)闃O其細(xì)小球狀顆粒滲碳體。隨著碳化物的析出和轉(zhuǎn)變，馬氏體中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不斷降低,馬氏體的晶格畸變消失，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，但仍保持針狀，于是得到由針狀鐵素體和極其細(xì)小的球狀顆粒滲碳體組成的兩相組織，稱(chēng)為回火托氏體。特點(diǎn)：淬火應(yīng)力基本消除，硬度有所下降，塑性、韌性得到提高。返回4．回火第四階段(>400℃)——碳化物的聚集長(zhǎng)大與

鐵素體的再結(jié)晶在400℃以上回火時(shí)，由于回火溫度已經(jīng)很高，碳原子和鐵原子均具有較強(qiáng)的擴(kuò)散能力，高度彌散分布的滲碳體逐漸聚集長(zhǎng)大，在500～600℃以上時(shí)，α相逐漸發(fā)生再結(jié)晶，使鐵素體形態(tài)失去原來(lái)的板條狀或片狀，轉(zhuǎn)變成為多邊形晶粒。這種在多邊形鐵素體基體上分布著球粒狀滲碳體的兩相組織，稱(chēng)為回火索氏體，回火索氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。特點(diǎn)：應(yīng)力和晶格畸變完全消除，硬度明顯下降。綜上所述，淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變是在不同溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生的，但多半又是交叉重疊進(jìn)行的，即在同一回火溫度，可能進(jìn)行幾種不同的變化。返回（二）淬火鋼回火時(shí)的性能變化淬火鋼回火后的性能取決于組織變化，隨著回火溫度升高，強(qiáng)度、硬度降低，塑性、韌性提高。溫度越高，其變化越明顯。1、在較低溫度（200～300℃）回火時(shí)，因內(nèi)應(yīng)力消除，鋼的強(qiáng)度得到提高，隨著回火溫度的進(jìn)一步提高，鋼的強(qiáng)度迅速下降。而鋼的塑性和韌性隨回火溫度的提高穩(wěn)步增長(zhǎng)，在600℃左右回火時(shí)，塑性和韌性達(dá)到較高的數(shù)值，并保持相當(dāng)高的強(qiáng)度。圖

2340鋼回火后的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系在硬度相同時(shí)，回火托氏體和回火索氏體比由過(guò)冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變的一般托氏體和索氏體的性能高，它們具有較高的強(qiáng)度、塑性和韌性。這主要是由于回火組織中滲碳體呈粒狀形態(tài)存在的緣故。2、回火溫度是決定工件回火后硬度的主要因素，回火時(shí)間增長(zhǎng)，工件的硬度也下降，但增長(zhǎng)到一定程度后硬度下降就趨向平緩。3、冷卻方式對(duì)回火后的性能影響不大。為防止回火后重新產(chǎn)生應(yīng)力，回火后一般采用在空氣中緩慢冷卻。返回1．低溫回火(<250℃)特點(diǎn)：經(jīng)低溫回火后組織為回火馬氏體，保持了淬火組織的高硬度和耐磨性，降低了淬火應(yīng)力，減小了鋼的脆性，低溫回火后硬度一般為58～64HRC。適用范圍：低溫回火主要用于高碳鋼、合金工具鋼制造的刃具、量具、冷作模具、滾動(dòng)軸承及滲碳件、表面淬火件等。2．中溫回火(250～500℃（卓越)特點(diǎn)：淬火鋼經(jīng)中溫回火后組織為回火托氏體，大大降低了淬火應(yīng)力，使工件獲得高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，并具有一定的韌性。中溫回火后硬度為35～50HRC。適用范圍：主要用于處理彈性元件，如各種卷簧、板簧、彈簧鋼絲；以及熱作模具，如熱鍛模、壓鑄模等。有些受小能量多次沖擊載荷的結(jié)構(gòu)件，為了提高強(qiáng)度，增加小能量多沖抗力，也采用中溫回火。返回3．高溫回火(>500℃)特點(diǎn)：組織為回火索氏體，淬火應(yīng)力可完全消除，強(qiáng)度較高，有良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能，高溫回火后硬度一般為200～350HBS。適用范圍：主要用于各種重要結(jié)構(gòu)件，如軸、連桿、螺栓、齒輪等工件?！{(diào)質(zhì)處理：工件經(jīng)淬火后再進(jìn)行高溫回火的復(fù)合熱處理工藝又稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理。（1）在抗拉強(qiáng)度大致相同的情況下，調(diào)質(zhì)后的塑性和韌性均顯著高于正火，見(jiàn)表

2。（2）調(diào)質(zhì)處理可作為最終熱處理，但由于調(diào)質(zhì)處理后鋼的硬度不高，便于切削加工，并能得到較好的表面質(zhì)量，因此也可作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)備熱處理。返回三、回火脆性：隨回火溫度提高而韌性下降的現(xiàn)象稱(chēng)為鋼的

回火脆性1．低溫回火脆性發(fā)生在250～400℃的脆性為低溫回火脆性，也稱(chēng)為第一類(lèi)回火脆性。原因：由于碳化物以斷續(xù)的薄片沿馬氏體晶界析出造成的不可逆回火脆性：若使已產(chǎn)生低溫回火脆性的鋼在較高溫度下進(jìn)行回火，這種脆性將消除并不會(huì)重新產(chǎn)生，即使再一次在低溫回火脆性溫度范圍內(nèi)回火，也不會(huì)出現(xiàn)脆性。為了防止低溫回火脆性，一般是不在該溫度范圍內(nèi)回火。幾乎所有的鋼在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，都會(huì)不同程度地產(chǎn)生這種脆性。返回2．高溫回火脆性發(fā)生在500～600℃的脆性為高溫回火脆性，也稱(chēng)為第二類(lèi)回火脆性。原因：當(dāng)淬火鋼在上述溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間保溫，或以緩慢的冷卻速度通過(guò)時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的脆化現(xiàn)象；但快速冷卻時(shí)，脆化現(xiàn)象消失或受到抑制。（與雜質(zhì)及某些合金元素向晶界偏聚有關(guān)；組織粗大）材質(zhì)：這類(lèi)回火脆性主要發(fā)生在含有鉻、鎳、硅、錳等合金元素的合金鋼中?？赡婊鼗鸫嘈裕喝魧⒁旬a(chǎn)生脆性的鋼件重新加熱，并快速通過(guò)脆化溫區(qū)時(shí)，可消除脆性；相反，如將已消除脆性的鋼件重新加熱，然后慢冷，則脆性將會(huì)再次出現(xiàn)。所以，高溫回火脆性又稱(chēng)為可逆回火脆性。防止措施：（1）快冷（2）在鋼中加入鉬、鎢等合金元素，也可有效地抑制這類(lèi)回火脆性。返回§3-7鋼的表面熱處理

表面淬火：不改變表層化學(xué)成分，只改變工件表面的組織和性能的熱處理工藝化學(xué)熱處理：是通過(guò)改變其表層化學(xué)成分，同時(shí)改變工件表面的組織和性能的熱處理工藝。一、表面淬火

(一)感應(yīng)加熱表面淬火

1．感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理

2．感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)

3、感應(yīng)加熱表面淬火的種類(lèi)

4．感應(yīng)加熱表面淬火的介質(zhì)及應(yīng)用

5、注意事項(xiàng)

(二)火焰加熱表面淬火二、化學(xué)熱處理

(一)鋼的滲碳

1．氣體滲碳2．固體滲碳3．滲碳后的組織及熱處理

(二)鋼的滲氮

1．氣體滲氮

2．離子氮化

(三)鋼的碳氮共滲§3-8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性一、表面淬火

通過(guò)快速加熱，使表面奧氏體化并立即快冷獲得馬氏體，以使鋼的表面強(qiáng)化的一種特殊淬火工藝。目的：使工件表面獲得高硬度和耐磨性，而心部保持較好的塑性和韌性，以提高其在扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變循環(huán)載荷或在摩擦、沖擊、接觸應(yīng)力大等工作條件下的使用壽命。適用范圍：表面淬火主要用于要求表面有高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，而心部應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，如齒輪、曲軸、凸輪軸等。種類(lèi)：感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火、激光加熱表面淬火及電解液加熱表面淬火等。返回(一)感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火是指利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱量，使工件表層、局部或整體加熱并快速冷卻的淬火工藝。1．感應(yīng)加熱表面淬火的基本原理將工件放入銅管制成的感應(yīng)器(線圈）

中，感應(yīng)器通入一定頻率的交流電，以產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，于是在工件中產(chǎn)生同頻率的感應(yīng)電流，此電流在工件內(nèi)自成回路，故稱(chēng)為“渦流”?！皽u流”在工件截面上分布是不均勻的，表面密度大，心部密度小，電流頻率越高，“渦流”集中的表面層越薄，稱(chēng)此現(xiàn)象為“集膚效應(yīng)”?！凹w效應(yīng)”可使工件表面層迅速被加熱到淬火溫度，而心部溫度仍接近于室溫，在隨即噴水快冷后，工件表面層被淬硬。返回2．感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn)（1）感應(yīng)加熱表面淬火的加熱速度極快(一般僅需幾秒～幾十秒)，加熱溫度高(高頻感應(yīng)淬火為AC3以上100～200℃)。奧氏體晶粒均勻細(xì)小，且不易長(zhǎng)大，淬火后表面層得到細(xì)小馬氏體，硬度比普通淬火高2～3HRC，且脆性較低，而心部仍保持原來(lái)的退火、正火或調(diào)質(zhì)組織，塑性、韌性較好；（2）因馬氏體體積膨脹，工件表面層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，疲勞強(qiáng)度可提高20%～30%；（3）工件表面層不易氧化和脫碳，變形小，淬硬層深度易控制，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。（4）感應(yīng)加熱設(shè)備昂貴，維修、調(diào)整比較困難，形狀復(fù)雜的工件不易制造感應(yīng)器，且不適于單件生產(chǎn)。返回3、種類(lèi)所用電流頻率不同，感應(yīng)加熱表面淬火分為以下三種：(1)高頻感應(yīng)加熱表面淬火

常用頻率為200～300kHz，淬硬層深度為0.5～2mm。適用于淬硬層較薄的中、小模數(shù)齒輪和中、小尺寸的軸類(lèi)零件等。(2)中頻感應(yīng)加熱表面淬火

常用頻率為2500～8000Hz，淬硬層深度為2～10mm。適用于大、中模數(shù)齒輪和較大直徑軸類(lèi)零件等。(3)工頻感應(yīng)加熱表面淬火

電流頻率50Hz，淬硬層深度為10～20mm。適用于大直徑軋輥、火車(chē)車(chē)輪等零件的表面淬火和穿透加熱。返回4．感應(yīng)加熱表面淬火的介質(zhì)及應(yīng)用淬火的介質(zhì)：（1）中碳鋼淬火劑用水；（2）合金鋼可用聚乙烯醇水溶性淬火劑，如用油淬火，以埋入油中淬火較為安全，噴油很易著火應(yīng)用：（1）用于中碳鋼(如45鋼)和中碳合金鋼(如40Cr、40MnB等)

制造的中小型工件的成批生產(chǎn)。（2）可用于高碳工具鋼、低合金工具鋼和鑄鐵等工件。返回5、注意事項(xiàng)（1）淬火時(shí)工件表面加熱深度主要取決于電流頻率，頻率愈高，電流透入深度愈淺，工件表層淬硬層愈薄。生產(chǎn)上可通過(guò)選擇不同的電流頻率來(lái)達(dá)到不同要求的淬硬層深度。（2）為保證零件心部有良好的強(qiáng)韌性，并使淬火表面獲得均勻的高硬度和耐磨性，通常表面淬火前進(jìn)行正火或調(diào)質(zhì)。（3）為降低淬火應(yīng)力和脆性，感應(yīng)加熱表面淬火后需要進(jìn)行低溫回火，但回火溫度比普通低溫回火溫度稍低。生產(chǎn)中有時(shí)采用自回火法，即當(dāng)工件淬火冷至200℃左右時(shí)，停止噴水，利用工件中的余熱達(dá)到回火的目的。（4）感應(yīng)器一般用方形或圓形紫銅管制成，感應(yīng)器與工件表面間隙一般為1.5～3.0mm。為避免感應(yīng)器與工件不同心造成加熱不均勻，工件在加熱時(shí)以能旋轉(zhuǎn)為宜。（5）在加熱過(guò)程中，應(yīng)注意工件不能與感應(yīng)器接觸，否則有產(chǎn)生局部燒毀的危險(xiǎn)。（6）感應(yīng)器內(nèi)部應(yīng)通冷卻水，感應(yīng)器下面常帶有一個(gè)噴水套，其表面開(kāi)有小孔以噴水冷卻實(shí)現(xiàn)淬火。返回(二)火焰加熱表面淬火1、原理利用氧—乙炔火焰(最高溫度達(dá)3000℃)或其它可燃?xì)饣鹧媸构ぜ韺涌焖偌訜幔㈦S后噴水冷卻的表面淬火方法。加熱層的溫度和深度通過(guò)調(diào)節(jié)火焰噴嘴移動(dòng)速度、噴嘴與工件距離、噴嘴與冷卻水的距離來(lái)控制?；鹧婕訜岜砻娲慊鸬拇阌矊由疃纫话銥?～6mm，若淬硬層過(guò)深，往往使工件表面嚴(yán)重過(guò)熱，產(chǎn)生變形與裂紋。2、特點(diǎn)：火焰加熱表面淬火操作簡(jiǎn)便，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，靈活性大。但加熱溫度不易控制，工件表面易過(guò)熱，質(zhì)量不穩(wěn)定。3、適用范圍：?jiǎn)渭∨a(chǎn)，以及大型工件(如大模數(shù)齒輪、大軸軸頸等)的表面淬火。返回二、化學(xué)熱處理原理：化學(xué)熱處理是將工件置于適當(dāng)?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱、保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝方法。種類(lèi)及應(yīng)用：通常以滲入元素來(lái)命名，如滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲硅、滲金屬及多元共滲等。由于滲入元素的不同，工件表面處理后獲得的性能也不同。滲碳、滲氮、碳氮共滲是以提高工件表面硬度和耐磨性為主；滲金屬的主要目的是提高耐腐蝕性和抗氧化性等。化學(xué)熱處理的三個(gè)基本過(guò)程：分解：即滲入活性介質(zhì)在一定溫度下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分解，形成滲入元素的活性原子；吸收：滲入元素的活性原子被工件表面吸收，吸收的方式有兩種，即活性原子溶入鋼的固溶體中，或與鋼中某種元素形成化合物；擴(kuò)散：被吸收的活性原子由工件表面逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定深度的滲層。返回(一)鋼的滲碳：滲碳是將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入工件表層，以提高表層的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度的化學(xué)熱處理工藝。滲碳的目的：提高工件表層硬度和耐磨性，并保持心部良好的韌性。為此，滲碳后應(yīng)進(jìn)行淬火和低溫回火。適用范圍：用于承受較大沖擊載荷和在嚴(yán)重磨損條件下工作的零件，如汽車(chē)齒輪、套筒等。滲碳用鋼：低碳鋼和低碳合金鋼。主要牌號(hào)有15、20、20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。滲碳種類(lèi)：按滲碳時(shí)介質(zhì)的物理狀態(tài)不同，滲碳工藝可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳，常用的是前兩種，尤其是氣體滲碳應(yīng)用最廣泛。(電梯)返回1．氣體滲碳原理：氣體滲碳是指工件在含碳?xì)怏w中進(jìn)行的滲碳，如圖。氣體滲碳時(shí)將工件置于密封的井式滲碳爐中加熱至900～950℃（常用930℃），并向爐內(nèi)通入滲碳劑，目前使用的氣體滲碳劑有兩類(lèi)，一類(lèi)為氣體，如煤氣、液化石油氣等；另一類(lèi)為易分解的有機(jī)液體，如煤油、苯、甲醇、丙酮等。這些物質(zhì)在高溫下發(fā)生分解反應(yīng)，產(chǎn)生活性碳原子[C]，即2CO→CO2+[C]CH4→2H2+[C]CO+H2→H2O+[C]活性碳原子[C]被工件表面吸收而溶于高溫奧氏體中，并向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定深度的滲碳層。氣體滲碳速度平均為0.2～0.5mm／h。特點(diǎn)及適用范圍：氣體滲碳生產(chǎn)率高，滲碳過(guò)程容易控制，滲碳層質(zhì)量好，勞動(dòng)條件較好，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。但設(shè)備成本高，不適宜單件、小批生產(chǎn)，在大批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。返回2．固體滲碳原理：固體滲碳是將工件放在填充粒狀滲碳劑的密封箱中進(jìn)行滲碳的工藝。滲碳劑由木炭和碳酸鹽(BaCO3或Na2CO3)組成，木炭提供活性碳原子，碳酸鹽可加速滲碳速度。在滲碳溫度下，產(chǎn)生活性碳原子[C]，活性碳原子被工件表面吸收溶入高溫奧氏體中，并逐漸向內(nèi)部擴(kuò)散，形成滲碳層。固體滲碳平均速度為0.1mm／h。特點(diǎn)及適用范圍：固體滲碳法生產(chǎn)率低，勞動(dòng)條件差，質(zhì)量不易控制。但因設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，目前在一些中、小型工廠仍有使用，此法主要用于單件小批生產(chǎn)。返回3．滲碳后的組織及熱處理（1）滲碳后的組織：低碳鋼滲碳后，表面含碳量可達(dá)過(guò)共析成分，往里碳濃度逐漸降低，直至鋼的原始含碳量，滲碳緩冷后的組織如圖5-28，表層為過(guò)共析鋼組織(珠光體+網(wǎng)狀二次滲碳體)，與其相鄰內(nèi)層為共析鋼組織(珠光體)，再往里為亞共析鋼組織的過(guò)渡層(珠光體+鐵素體)，心部為原低碳鋼組織(鐵素體+少量珠光體)。滲碳層表面的含碳量：ωc=0.85%～1.05%為最佳。含碳量過(guò)低時(shí)，耐磨性差，疲勞抗力小。含碳量過(guò)高時(shí)，則組織中易出現(xiàn)網(wǎng)狀或塊狀滲碳體，滲層變脆，易剝落，同時(shí)殘余奧氏體量過(guò)大，對(duì)耐磨性和疲勞強(qiáng)度也不利。滲碳層厚度：應(yīng)根據(jù)零件工作條件和具體尺寸來(lái)確定，一般為0.5～2.5mm。滲碳層太薄時(shí)，易產(chǎn)生表面疲勞剝落；太厚時(shí)承受沖擊載荷的能力降低。工作中磨損輕、接觸應(yīng)力小時(shí)，滲碳層可以薄些。滲碳鋼含碳量較低時(shí)，滲碳層可厚些。合金鋼的滲碳層可以比碳鋼的薄些。（2）滲碳后的熱處理：工件經(jīng)滲碳后必須進(jìn)行淬火和低溫回火。淬火、低溫回火后表層組織是回火馬氏體、少量細(xì)粒狀滲碳體和殘留奧氏體，硬度58～64HRC，耐磨性好。心部組織取決于淬透性和工件截面尺寸，一般低碳鋼心部組織為鐵素體和珠光體，硬度110～160HBS；低碳合金鋼(如20CrMnTi鋼)通常心部組織為回火低碳馬氏體和鐵素體，硬度35～45HRC，有較高的強(qiáng)韌性和一定的塑性。注意：對(duì)工件不需要滲碳的部位應(yīng)事先進(jìn)行防滲保護(hù)，如鍍銅、刷防滲涂料等；也可以留出加工余量，待滲碳后淬火前再切削去除掉該部位的滲碳層。返回(二)鋼的滲氮（也稱(chēng)為氮化

）在一定溫度下于一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。目的：提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐蝕性和耐熱性等。1．氣體滲氮：在可提供活性氮原子的氣體中進(jìn)行的滲氮。（1）方法：是將工件放入通有氨氣(NH3)的井式滲氮爐中，加熱到500～570℃，使氨氣分解出活性氮原子[N]，反應(yīng)式為2NH3→3H2+2[N]活性氮原子被工件表面吸收，并向內(nèi)部逐漸擴(kuò)散形成滲氮層。滲氮鋼：

38CrMoAl，鋼中鉻、鉬、鋁等合金元素，在氮化過(guò)程中形成高度彌散、硬度很高的穩(wěn)定氮化物。（2）特點(diǎn)：※使?jié)B氮后的工件表面有高的硬度(約為1100～1200HV)和高的耐磨性，不需進(jìn)行淬火，而且硬度在600℃左右時(shí)無(wú)明顯下降，熱硬性高。

※氮原子滲入使?jié)B氮層內(nèi)形成殘余壓應(yīng)力，可提高疲勞強(qiáng)度25%～35%；

※滲氮層是一層致密連續(xù)的氮化物，使鋼具有很高的耐蝕性；

※滲氮溫度低，心部不發(fā)生相變，滲氮后變形小，比滲碳和表面淬火件小很多

※滲氮層很薄(<0.60～0.70mm)，滲氮層精度高，滲氮后只需精磨或研磨或拋光缺點(diǎn)：※滲氮層較脆，不能承受沖擊；

※生產(chǎn)周期長(zhǎng)(0.3～0.5mm的滲