鋼板基礎(chǔ)知識(shí)大全

鋼板基礎(chǔ)知識(shí)大全現(xiàn)在汽車車身主要的原材料是鋼板，無(wú)論是承載式車身，非承載式車身。依據(jù)鋼板的生產(chǎn)工藝分主要可分為熱軋鋼板和冷軋鋼板兩大類。一,鋼板的種類冷軋鋼板生產(chǎn)工藝（寶鋼）：礦石－高爐煉鐵－轉(zhuǎn)爐煉鋼－連鑄（板坯）－熱連軋－酸洗－冷連軋－連續(xù)退火（－熱鍍鋅）－卷取/其他（電鍍鋅/縱剪成帶/橫剪成板/）熱軋鋼板生產(chǎn)工藝（寶鋼）：礦石－高爐煉鐵－轉(zhuǎn)爐煉鋼－連鑄（板坯）－除鱗－精軋－冷卻－卷?。瓱彳埦恚ǎ滠垼C直/縱剪/橫剪二,表征鋼板的主要力學(xué)性能指標(biāo)強(qiáng)度:金屬材料在外力作用下反抗變形和斷裂的實(shí)力。屈服強(qiáng)度,抗拉強(qiáng)度是極為重要的強(qiáng)度指標(biāo)，是金屬材料選用的重要依據(jù)。強(qiáng)度的大小用應(yīng)力來表示，即用單位面積所能承受的載荷(外力)來表示，常用單位為MPa。屈服強(qiáng)度：金屬試樣在拉力試驗(yàn)過程中，載荷不再增加，而試樣仍接著發(fā)生變形的現(xiàn)象，稱為“屈服”。產(chǎn)生屈服現(xiàn)象時(shí)的應(yīng)力，即開始產(chǎn)生塑性變形時(shí)的應(yīng)力，稱為屈服點(diǎn)，用符號(hào)σs表示，單位為MPa。一般的，材料達(dá)到屈服強(qiáng)度，就開始伴隨著永久的塑性變形，因此其是特別重要的指標(biāo)。抗拉強(qiáng)度：金屬試樣在拉力試驗(yàn)時(shí)，拉斷前所能承受的最大應(yīng)力，用符號(hào)σb表示，單位為MPa。伸長(zhǎng)率：金屬在拉力試驗(yàn)時(shí)，試樣拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長(zhǎng)度及原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比，稱為伸長(zhǎng)率。用符號(hào)δ表示。伸長(zhǎng)率反映了材料塑性的大小，伸長(zhǎng)率越大，材料的塑性越大。應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)n：鋼材在拉伸中實(shí)際應(yīng)力－應(yīng)變曲線的斜率。其物理意義是，n值高，表示材料在成形加工過程中變形簡(jiǎn)單傳播到低變形區(qū)，而使應(yīng)變分布較為勻稱，削減局部變形集中現(xiàn)象，因此n值對(duì)拉延脹形特別重要。塑性應(yīng)變比r值：r值表示鋼板拉伸時(shí)，寬度方向及厚度方向應(yīng)變比之比值。r值越大，表示鋼板越不易在厚度方向變形（越不簡(jiǎn)單開裂），深沖性越好。表一典型的冷軋鋼板性能表EL1.0-1.6牌號(hào)σSσbELrnC%P%Mn％DC01(ST12)130-260≥27032－－≤0.10≤0.035≤0.50DC03(ST13)120-240≥27035－－≤0.08≤0.030≤0.45DC04(ST14)120-210≥270391.50.18≤0.08≤0.025≤0.40DC05(BSC2)110-190≥260401.80.20≤0.008≤0.020≤0.30DC06(ST16)130-260≥270412.00.22≤0.006≤0.020≤0.30BLC140-270≥27040--≤0.10≤0.035≤0.50BLD120-240≥270421.40.18≤0.08≤0.030≤0.45BUSD120-210≥260441.60.20≤0.01≤0.025≤0.40BUFD120-190≥250461.80.21≤0.008≤0.020≤0.30BSUSD110-180≥250482.00.22≤0.006≤0.020≤0.30三,鋼板表面質(zhì)量級(jí)別代號(hào)特征較高級(jí)的精整表面FB（O3）表面允許有少量不影響成型性及涂,鍍附著力的缺陷，如劃傷,壓痕,麻點(diǎn),輥印及氧化色高級(jí)的精整表面FC（O4）產(chǎn)品二面種較好的一面無(wú)肉眼可見的明顯欠缺，另一面必需至少達(dá)到FB的要求超高級(jí)別的精整表面FD(O5)產(chǎn)品二面中較好的一面不得有任何缺陷，即不能影響涂漆后的外觀質(zhì)量貨電鍍后的外觀質(zhì)量，另一面至少達(dá)到FB級(jí)四,強(qiáng)化因素一般的，材料的性能由組織（結(jié)構(gòu)）確定，組織由成分（工藝）確定，他們之間構(gòu)成一個(gè)四面體。鋼板也是這樣，鋼板的強(qiáng)化主要是靠成分和組織，下面拿加磷鋼和烘烤硬化鋼舉例說明。加磷鋼：一般的，強(qiáng)化鋼板的元素主要有C,Mn,Ti,Nb,Al等，有害的元素主要是P和S。事實(shí)上P的強(qiáng)化作用特別明顯，僅次于C，但是數(shù)量要達(dá)到0.04％以上才能使強(qiáng)化作用超過有害的部分，體現(xiàn)出強(qiáng)化作用。加磷鋼正是基于這種原理制造的。主要有B170P1,B210P1,B250P1,B180P2(BP340),B220P2(BP380)。牌號(hào)屈服強(qiáng)度Mpa抗拉強(qiáng)度MpaC%P％Mn%B170P1170-260≥340≤0.006≤0.08≤1.00B210P1210-310≥390≤0.008≤0.10≤1.20B250P1250-360≥440≤0.008≤0.12≤1.20B180P2（BP340)180-280≥340≤0.08≤0.12≤0.80B220P2(BP380)220-320≥380≤0.10≤0.12≤1.00烘烤硬化鋼：烘烤硬化鋼是指在低碳或者超低碳鋼中保留一定量的固溶碳原子，必要時(shí)加入磷等固溶強(qiáng)化元素來提高強(qiáng)度，鋼板成形后經(jīng)過涂漆烘烤處理后強(qiáng)度進(jìn)一步提高，同時(shí)這種鋼板具有很好的成形性能。主要有：牌號(hào)屈服強(qiáng)度Mpa抗拉強(qiáng)Mpa延長(zhǎng)率烘烤硬化值C%P％Mn%B140H1140-230≥27041≥30≤0.006≤0.04≤0.4B180H1180-280≥34035≥30≤0.008≤0.08≤1.00B180H2180-280≥340-≥30≤0.02≤0.12≤0.40DIN標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)3中所規(guī)定的DIN及SEW中鋼牌號(hào)的組成及其主要符號(hào)(完)序號(hào)特定命名方法1低碳鋼鋼板：St+0～30的數(shù)字＋表示表面狀況或處理類別的字母和數(shù)字。例：St4LG,LG－輕平整；St01Z200,Z－熱鍍鋅，鋅層量200g/m2；對(duì)直接用于進(jìn)一步加工(變形)的熱軋板牌號(hào)，在St后加上字母W表示。2非合金鋼的壓力容器(鍋爐)用鋼板：H＋表示強(qiáng)度等級(jí)的羅馬數(shù)字Ⅰ～Ⅳ3變壓器用板：表示質(zhì)量等級(jí)的字母A～F＋連續(xù)的數(shù)字，例：A3；4極簿板及鍍錫板：T(Tempergrade)＋硬度平均值，并以下列字母對(duì)鍍錫層的種類及厚度進(jìn)行補(bǔ)充描述：H－熱鍍錫；E－等厚鍍錫；D－差厚鍍錫鍍錫層重量采納以g/m2為單位的數(shù)值表示，例H15/15為了進(jìn)一步地標(biāo)記出鋼的特性和制造方法,熱處理狀態(tài)及用途等特性，運(yùn)用附加字母進(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)涉及熔煉和脫氧方式時(shí)一般將字母置于原牌號(hào)前；當(dāng)涉及處理狀態(tài)時(shí)一般將字母置于原牌號(hào)之后。字母含義例字母含義例A耐時(shí)效鋼Ast35N正火處理C45NP適合于鍛壓加工的鋼P(yáng)St37-3B熱處理以改善加工性能42CrMo4Bq,Q具有良好冷變形性能的鋼QSt37-3Cq45BF熱處理以得到一定抗位強(qiáng)度16MnCr5BFR冷靜鋼或半冷靜鋼RSt37-2BG熱處理得到鐵素體-珠光體組織20MoCr5BGRo適用于制造焊管用RoSt37-3C進(jìn)行處理以得到可剪切性100Cr6CRR特殊冷靜鋼RRSt13E要求具有-50C沖擊功最小值的細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)鋼EStETM限制軋制鋼StE360.7TMT.TT低溫韌性鋼TstE460f火焰淬火和感應(yīng)淬火Cf54U沸騰鋼(非冷靜鋼)Ust37-2G軟化退火Ck45GU非處理鋼St37-2Uk低含S和P的非合金優(yōu)質(zhì)鋼Ck35V經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的鋼StE460VW工具鋼C45WK適用于軋制成型的鋼KSt37-2W耐熱鋼WstE355K冷拉拔鋼St37KWT耐大氣腐蝕鋼WTSt37-3Z有特殊冷變形性能的冷軋板ZSt37-3L對(duì)應(yīng)力裂紋腐蝕不敏感鋼LstE36Z按SEL096規(guī)定對(duì)厚度方向性能(斷面收縮率)有一定要求的鋼St52-3Z15m含硫量帶上下限(約0.20～0.40)的非合金優(yōu)質(zhì)鋼Cm45Z熱鍍鋅St10Z金屬熱處理簡(jiǎn)述金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到相宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，及其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形態(tài)和整體的化學(xué)成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賜予或改善工件的運(yùn)用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。為使金屬工件具有所須要的力學(xué)性能,物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織困難，可以通過熱處理予以限制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁,銅,鎂,鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學(xué),物理和化學(xué)性能，以獲得不同的運(yùn)用性能。金屬熱處理的工藝:熱處理工藝一般包括加熱,保溫,冷卻三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程相互連接，不可間斷。加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采納木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于限制，且無(wú)環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，經(jīng)常發(fā)生氧化,脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或愛護(hù)氣氛中,熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行愛護(hù)加熱。加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和限制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變須要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一樣，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采納高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是限制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理,表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。依據(jù)加熱介質(zhì),加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采納不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為困難，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。整體熱處理是對(duì)工件整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火,正火,淬火和回火四種基本工藝。退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，依據(jù)材料和工件尺寸采納不同的保溫時(shí)間，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)，獲得良好的工藝性能和運(yùn)用性能，或者為進(jìn)一步淬火作組織打算。正火是將工件加熱到相宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相像，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。淬火是將工件加熱保溫后，在水,油或其他無(wú)機(jī)鹽,有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬，但同時(shí)變脆。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻，這種工藝稱為回火。退火,正火,淬火,回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火及回火關(guān)系親密，經(jīng)常協(xié)作運(yùn)用，缺一不可。“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同，又演化出不同的熱處理工藝。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來的工藝，稱為調(diào)質(zhì)。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度,強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理。把壓力加工形變及熱處理有效而緊密地結(jié)合起來進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度,韌性協(xié)作的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光滑，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，運(yùn)用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上賜予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰,感應(yīng)電流,激光和電子束等?；瘜W(xué)熱處理是通過改變工件表層化學(xué)成分,組織和性能的金屬熱處理工藝。化學(xué)熱處理及表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分。化學(xué)熱處理是將工件放在含碳,氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體,液體,固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使工件表層滲入碳,氮,硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其他熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳,滲氮,滲金屬。熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以保證和提高工件的各種性能，如耐磨,耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)，以利于進(jìn)行各種冷,熱加工。例如白口鑄鐵經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提高塑性；齒輪采納正確的熱處理工藝，運(yùn)用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高；另外，價(jià)廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能，可以代替某些耐熱鋼,不銹鋼；工模具則幾乎全部須要經(jīng)過熱處理方可運(yùn)用。概述隨著社會(huì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)鋼材的作用性能要求越來越嚴(yán)格，目前提高鋼材性能的方法主要有以下兩點(diǎn)：1），在鋼中特意加入一些合金元素，也就是用合金化的手段提高鋼材的性能（下一章探討）；2）對(duì)鋼進(jìn)行熱處理（這一章的內(nèi)容）。鋼的熱處理有以下途徑（三步驟）：固態(tài)下進(jìn)行不同的加熱，保溫，冷卻。熱處理在生產(chǎn)中越來越廣泛，據(jù)調(diào)查，80-90%工件須要進(jìn)行熱處理，象各種工，模具幾乎百分之百要求熱處理。依據(jù)加熱及冷卻的不同，熱處理可按下面分類：雖然熱處理有很多方法，但它都可歸納為加熱，保溫，冷卻三個(gè)步驟，對(duì)不同的材料進(jìn)行不同的熱處理，以上三步各部相同，整個(gè)這一章我們就探討的正是這里面的不同及實(shí)質(zhì)。鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變從FE-FE3C的分析中我們知道，碳鋼在緩慢加熱或冷卻過程中,經(jīng)PSK,GS,E線時(shí)都會(huì)發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，例如S點(diǎn),

冷卻到S點(diǎn)溫度時(shí)A轉(zhuǎn)化>P,加熱到S點(diǎn)時(shí)P轉(zhuǎn)化>S,由于在加熱過程中，PSK,GS,ES三條線很重要。以后我們把它們分別簡(jiǎn)稱為PSK—A1線，GS—A3線，ES—Acm線,

則在熱處理過程中無(wú)論是加熱還是冷卻到這三條線時(shí)，溫度及這三條上的交點(diǎn)就為平衡臨界點(diǎn)。

有一點(diǎn)大家必需明確，以上我們所探討的FE-FE3C相。圖的制定是在冷卻速度特別緩慢的狀況下制定的，而實(shí)際生產(chǎn)中，我們則選用較大的過冷度和加熱度，因此碳鋼不可能恰好在平衡臨界點(diǎn)上發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是冷卻時(shí)在三條線以下的地方，加熱時(shí)在三條線以上的地方，并且加熱和冷卻速度越大，組織轉(zhuǎn)變點(diǎn)偏離平衡臨界點(diǎn)也越大，這個(gè)概念必需有，為了能夠區(qū)分以上臨界點(diǎn)（A1，A3，Acm），我們則將實(shí)際加熱時(shí)的各臨界點(diǎn)用Ac1，Ac3，Accm表示，冷卻時(shí)的各臨界點(diǎn)我們則選用Ar1,Ar3，Arcm表示。一.共析鋼的奧氏體化過程

“奧氏體”概念：任何成分的鋼在熱處理時(shí)都要首先加熱，加熱到A1以上溫時(shí)，開始了P轉(zhuǎn)化>S，象這種由加熱獲得的A組織我們就稱為“奧氏體”，下面我們以共析鋼為例，來分析奧氏化過程。

A1點(diǎn)以下的共析鋼全為珠光體組織，珠光體是由層片狀的鐵素體及滲碳體組成的機(jī)械混合物，鐵素體含碳量很底，在A1點(diǎn)僅為0.0218%,而滲碳體晶格困難，含碳量高達(dá)6.69%。當(dāng)加熱到A1點(diǎn)以上時(shí)，P轉(zhuǎn)變成具有面心立方晶格的奧氏體，A含碳量.77%，因此我們可以得出奧氏體化過程必需進(jìn)行晶格的改組和鐵，碳原子擴(kuò)散。奧氏化過程我們簡(jiǎn)單分成以下三個(gè)方面：（一）奧氏體晶核的形成和長(zhǎng)大

A(奧氏體)晶核是在F(鐵素體)及Fe3C(滲碳體)的界面形成的。為什么在這里形成，緣由很多，但最主要的緣由，是含奧氏體的碳量界于鐵素體及滲碳體兩者之間，而這里為形核供應(yīng)了最良好的條件。（二）殘余滲碳體的溶解

A及F的進(jìn)晶格相比較，F(xiàn)的晶格較接近A晶格，但含碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿意A的須要,因此A一方面不斷吞吃F轉(zhuǎn)變?yōu)锳晶格結(jié)構(gòu)，另一方面又不斷溶解Fe3C補(bǔ)充自身含碳量的不足，但是Fe3C的溶解速度遠(yuǎn)比F轉(zhuǎn)變A晶格速度滿得多。（三）奧氏體的勻稱化

殘余滲碳體全部溶解后，A中的碳濃度在一段時(shí)間內(nèi)用仍不勻稱，在原來滲碳體處含碳量較高，在原來鐵素體處含碳量較低，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫,原子不斷的擴(kuò)散，這是A中的含碳量才變的勻稱。二.影響奧氏體化的因素（一）加熱溫度的影響P轉(zhuǎn)化>A,還在A1點(diǎn)以上溫度進(jìn)行，也就是說剛才我們探討的共析碳鋼加熱到A1點(diǎn)溫度時(shí)，并不是馬上向A轉(zhuǎn)變，而是經(jīng)過一段時(shí)間才開始轉(zhuǎn)變，這段時(shí)間我們稱為“孕育期”，孕育期以后才開始“奧氏體化”過程。并且在全過程中，加熱溫度越高↑（℃），孕育期越短↓（t）,轉(zhuǎn)變時(shí)間↓，奧氏體化速度↑(A化)。以上關(guān)系是因?yàn)?，加熱溫度↑，原子擴(kuò)散實(shí)力↑，“A化”的晶格改組及鐵，碳原子擴(kuò)散也越快。（二）加熱速度的影響加熱速度越快↑，轉(zhuǎn)變的開始溫度，終了溫度↑，轉(zhuǎn)變的孕育期和轉(zhuǎn)變所需時(shí)間越短↑，奧氏體化的速度越快↑。（三）原始組織的影響剛才我們講了，A的晶格是在鐵素體及滲碳體的相界面的地方形成的，因此成分相同的鋼，P組織的層片狀越細(xì)，則相界面的面積也就越大，形成奧氏體的機(jī)會(huì)也就越大，形成奧氏體晶核的機(jī)會(huì)也愈高，A化的速度也愈快。三.A晶粒的長(zhǎng)大（一）A的晶粒度晶粒度：是表示晶粒大小的尺度。起始晶粒度：鋼在進(jìn)行加熱時(shí),P剛轉(zhuǎn)變?yōu)锳，由于A晶粒此時(shí)細(xì)小勻稱，我們稱這時(shí)的晶粒為A的起始晶粒度。A晶粒形成后，假如接著升溫或保溫，A晶粒會(huì)自動(dòng)長(zhǎng)大，加熱溫度越高保溫時(shí)間越長(zhǎng)，A晶粒也就長(zhǎng)的越大，緣由是高溫條件下，原子擴(kuò)散簡(jiǎn)單，另外大晶粒吞并小晶粒，減小了邊界，也削減了表面能，能量總是趨于最地狀態(tài)，因此A晶粒越大也就越穩(wěn)定。實(shí)際晶粒度：鋼在某一詳細(xì)加熱條件下（只臨界點(diǎn)以上）實(shí)際獲得奧氏體晶粒大小，它的大小對(duì)鋼熱處理性能影響很大，實(shí)際晶粒度總比起始晶粒度要大，它是鋼加熱臨界點(diǎn)以上的溫度且保溫一定時(shí)間，因此A晶粒不同程度的長(zhǎng)大。本質(zhì)晶粒度：有些鋼加熱到臨界點(diǎn)以后，溫度↑，A晶粒快速長(zhǎng)大粗化↑，我們稱它為本質(zhì)粗晶粒鋼，還有一些鋼在930℃以下加熱，A晶粒生長(zhǎng)很慢，因此晶粒細(xì)小，當(dāng)加熱到高溫時(shí)，A晶粒急劇長(zhǎng)大，我們稱這種鋼為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。二）奧氏體大小對(duì)鋼機(jī)械性能的影響A晶粒越細(xì)小，熱處理后鋼的機(jī)械性能越高，特殊是沖擊韌性高，因此處理時(shí)，盼望能夠獲得細(xì)小而勻稱的奧氏體晶粒。

過熱的概念：這是金屬工藝學(xué)的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，鋼在加熱時(shí)，假如溫度過高A晶粒會(huì)長(zhǎng)大（粗化），粗化的晶粒降低材料的機(jī)械性能我們稱這種缺陷為“過熱”，須要限制溫度在950℃以下，這樣一來，本質(zhì)晶粒鋼不易長(zhǎng)大，本質(zhì)粗晶鋼不易過熱。四.亞共析碳鋼及過共析碳鋼加熱是的轉(zhuǎn)變（一）奧氏體化的過程前面我們?cè)诜治鯢e-Fe3C相圖時(shí)，知道亞過共析鋼及共析鋼組織的不同點(diǎn)在于，除了室溫組織中有P外，亞共析碳鋼還有先共析鐵素體，過共析鋼還有先共析二次滲碳體，因此，亞,過共析鋼的奧氏體化過程,除了有P

轉(zhuǎn)化>A外，還有Fe,Fe3C向A轉(zhuǎn)化及溶解的過程。1.亞共析鋼加熱到AC1線以上后P轉(zhuǎn)化>A，在Ac1-Ac3點(diǎn)升溫過程中，共析鐵素體F轉(zhuǎn)化>A，溫度到達(dá)Ac3點(diǎn)時(shí)，亞共析鋼A化過程會(huì)結(jié)束，獲得單一的奧氏體組織。2.過共析鋼加熱到AC1線以上后P轉(zhuǎn)化>A，在Ac1-Acm升溫過程中，先共析Fe3CⅡ轉(zhuǎn)化>A,溫度超過Acm點(diǎn)后，過共析碳鋼的奧氏體化全部結(jié)束，獲得單一的奧氏體組織。（二）奧氏體的晶粒度從圖中可以看出，在相同的溫度下，隨鋼中含碳量增大，A晶粒只寸也在增大，這是因?yàn)樗麄兿嗷ヅ鲎驳臋C(jī)會(huì)增多，加快了晶粒的長(zhǎng)大，但含碳量超過一定限度，A晶粒長(zhǎng)大傾向反而減小，這是由于未溶的滲碳體質(zhì)點(diǎn)阻礙了晶粒長(zhǎng)大，因此鋼中含碳量超過某個(gè)限度愈多，則未溶滲碳體也越多，阻礙晶粒長(zhǎng)大的作用也愈大，奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向也就愈小，我們可以獲得較細(xì)小的奧氏體實(shí)際晶粒度上一節(jié)我們探討了鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變，而這一節(jié)的內(nèi)容是鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變，冷卻的方式有兩種：1）.連續(xù)冷卻；2）.等溫冷卻。等溫冷卻是把加熱到A狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于Ar1某一溫度，等溫一段時(shí)間，使A發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻把加熱到A狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度（空冷，隨爐冷，油冷，水冷）連續(xù)冷卻到室溫。表5-145鋼經(jīng)8400C加熱后，不同條件冷卻后的機(jī)械性能冷卻方法σb,MN/m2σs,MN/m2δ，%ψ，%HRC隨爐冷卻53028032.549.315～18空氣冷卻670～72034015～1845～5018～24油中冷卻90062018～204845～60水中冷卻11007207～812～1452～6從這個(gè)表中，我們可以發(fā)覺，同是一種鋼，加熱條件相同，但由于采納不同的冷卻條件，鋼所表出的機(jī)械性能明顯不同。為什么會(huì)出現(xiàn)性能上明顯的差別？一句話是由于鋼的內(nèi)部組織隨冷卻速度的不同而發(fā)生不同的變化，導(dǎo)致性能上的的差別。由于Fe-Fe3C相圖是在極其緩慢加熱或冷卻條件下建立的，沒有考慮冷卻條件對(duì)相變的影響，而熱處理過程中的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線和過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線是對(duì)這個(gè)問題的補(bǔ)充，下面分別探討。一.過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變曲線過冷奧氏體（A）的概念：加熱到A狀態(tài)的鋼快速冷卻到A1線以下后，A處于不穩(wěn)定狀態(tài)，但過冷到A1點(diǎn)以下的A并不是馬上發(fā)生轉(zhuǎn)變，而是經(jīng)過一個(gè)孕育期后才開始轉(zhuǎn)變象這個(gè)短暫處在孕育期，處于不穩(wěn)定狀態(tài)的A，我們就稱作“過冷A”。（一）.共析碳鋼過冷A等溫曲線的建立1).首先將共析碳鋼制成很多薄片試樣（?10*1.5mm）并把它們分成若干組；2).先取一組放到爐子內(nèi)加熱到AC1以上某一溫度保溫，使它轉(zhuǎn)變成為勻稱細(xì)小的奧氏體晶粒；3).將該試樣全部取出快速放入AC1以下溫度（選650oC）鹽爐中，使過冷A進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變；4).每隔一定時(shí)間取一試樣投入水中，使在鹽爐等溫轉(zhuǎn)變過程中的A在水冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)镸；5).視察各試樣的顯微組織這些圖是共析鋼由A冷卻到750oC，并經(jīng)不同等溫時(shí)間再水冷到的顯微組織，圖中亮白色是M（過冷A轉(zhuǎn)變所生成），黑色是A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（A冷>P）。6).找出A轉(zhuǎn)變的開始時(shí)間和終了時(shí)間隨時(shí)間的增多，在水冷后試樣中A等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（A轉(zhuǎn)

>P）的量也增多。（a）圖是剛開始轉(zhuǎn)變，黑色是P，白色是M；（e）圖是轉(zhuǎn)變結(jié)束，產(chǎn)物是P。7).相同的方法，將個(gè)組加熱到A，然后快速投入不同的溫度（600oC，550oC，500oC等）；分別找出各溫度下A的轉(zhuǎn)變開始和終了時(shí)間。8).將全部的各溫度下找出A開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)及轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)畫在溫度—時(shí)間坐標(biāo)圖上，并將全部的轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)連一條線，全部的轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)連一條線，所繪出的雙C曲線即是過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線。假如將加熱奧氏體化了的共析碳鋼，快速冷卻到230oC時(shí)，即Ms線，過冷奧氏體會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，因此230oC是馬氏體的轉(zhuǎn)變溫度，M表示馬氏體，Ms是M轉(zhuǎn)變開始溫度，Mf是M轉(zhuǎn)變終了溫度，我們將加熱，保溫，冷卻工藝曲線都舍去，這樣我們就得到5-12完善的C曲線圖。（二）.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線的分析轉(zhuǎn)變開始線：由過冷奧氏體（A）開始轉(zhuǎn)變點(diǎn)連接起來的線；轉(zhuǎn)變終了線：由轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)連接起來的線；A穩(wěn)定區(qū)域：A1以上是奧氏體穩(wěn)定區(qū)域；過冷A區(qū)域：A1以下是轉(zhuǎn)變開始以左的區(qū)域；轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)：A1以下是轉(zhuǎn)變終了線以右和Ms點(diǎn)以上的區(qū)域；

過冷A及轉(zhuǎn)變產(chǎn)物共存區(qū)：轉(zhuǎn)變開始線和轉(zhuǎn)變中了線之間。過冷到A1線以下的A進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變時(shí)，都經(jīng)過一段孕育期，轉(zhuǎn)變開始線及縱坐標(biāo)之間的距離即表示孕育期。舉例：轉(zhuǎn)變開始線上的某點(diǎn)到縱坐標(biāo)之間的距離即表示在該溫度下等溫轉(zhuǎn)變的孕育期。孕育期長(zhǎng)，過冷轉(zhuǎn)變穩(wěn)定，反之穩(wěn)定性差Ms視察C曲線我們可以發(fā)覺，在各溫度下過冷奧氏體的穩(wěn)定性不相同，在C曲線的鼻尖處，約550oC地方，它的孕育期最短，表示過冷A最不穩(wěn)定，由于它的轉(zhuǎn)變速度最快，所以距離縱坐標(biāo)最近，稱“鼻尖”，而在靠近A1點(diǎn)和Ms點(diǎn)處的孕育期較長(zhǎng)，過冷A較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)變速度也較慢。共析碳鋼的過冷A在三個(gè)不同溫度區(qū)間，發(fā)生三種不同的轉(zhuǎn)變珠光體——A1點(diǎn)到C曲線鼻尖區(qū)間（高溫轉(zhuǎn)變），轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是珠光體，又稱珠光體型轉(zhuǎn)變；貝氏體——C曲線鼻尖到Ms點(diǎn)區(qū)間中溫轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是貝氏體，又稱貝氏體型轉(zhuǎn)變；馬氏體——Ms點(diǎn)以下是低轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是馬氏體，又稱馬氏體型轉(zhuǎn)變。（三）.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及性能1.珠光體型轉(zhuǎn)變（又稱高溫轉(zhuǎn)變）奧氏體過冷到A1線以下后，向珠光體轉(zhuǎn)變，首先在A晶界處形成滲碳體晶核，然后滲碳體片不斷分枝，并且向奧氏體晶粒內(nèi)部平行長(zhǎng)大，我們知道滲碳體的含碳量較高6.69%C，而A僅0.77%C，因此Fe3C片長(zhǎng)大的同時(shí)，必定使及它相臨的奧氏體的含碳量不斷降低，而后又促使這部分低碳A轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，這樣也就形成了由層片狀滲碳體及鐵素體組成的珠光體。冷卻速度對(duì)珠光體型的轉(zhuǎn)變影響很大，隨過冷度的增加，珠光體中鐵素體和滲碳體的片間距離越來越小。辨別儀器：光顯----→①過冷度較小時(shí)，獲得片層間距離較大的珠光體組織，“P”；高光顯----→②過冷度梢大時(shí)，獲得片層間距離較小的珠光體組織，又稱索氏體，“S”；電顯----→③過冷度更大時(shí)，獲得片層間距離更小的珠光體組織，又稱屈氏體，“T”；珠光體的性能：P的性能取決于片層間的距離，片層間距離越小↓，塑性變形，抗力實(shí)力↑，強(qiáng)度，硬度越高↑。2．貝氏體型轉(zhuǎn)變用（符號(hào)“B”表示）上貝氏體：大約在C曲線鼻尖至350℃范圍內(nèi)貝氏體：大約在C曲線350℃至MS點(diǎn)溫度范圍內(nèi)貝氏體組織是由含碳過飽和的鐵素體及滲碳體組成的兩相混合物，因此A轉(zhuǎn)變成貝氏體也包含了晶格的改組和碳原子的擴(kuò)散，它的轉(zhuǎn)變過程同樣也是經(jīng)過了固態(tài)下形核的長(zhǎng)大來完成的，貝氏體的轉(zhuǎn)變溫度比珠光體還低，因此在低溫下鐵原子只能做很小的位移。而不發(fā)生擴(kuò)散，下面我們介紹一下B上和B下：上貝氏體組織形成過程：上貝氏體大約是在C曲線鼻尖到350℃溫度范圍內(nèi)形成的，首先是在A的低碳區(qū)或晶界上形鐵素體晶粒，然后向A晶粒內(nèi)長(zhǎng)大，形成圖中密集而又相互平行排列的鐵素體，由于溫度低碳原子的擴(kuò)散實(shí)力弱，鐵素體形成時(shí)只有部分碳原子遷移到相鄰的A體中,來不及遷出的碳原子固溶于鐵素體內(nèi)，而成為含碳過飽和的鐵素體，隨著鐵素體片的增長(zhǎng)和加寬，排列在它們之間的奧氏體含碳量快速增加，含碳量足夠高，便在鐵素體片間析出滲碳體，形成上貝氏體，上貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈羽毛狀。下貝氏體組織形成過程：B下大約是在350℃至MS點(diǎn)溫度范圍內(nèi)形成，首先在A的貧碳區(qū)形成針狀鐵素體，然后想四周長(zhǎng)大，由于轉(zhuǎn)變溫度更低，碳原子的擴(kuò)散實(shí)力更弱，它只能在鐵素體內(nèi)作短距離移動(dòng)，因

此在含碳過飽和的針形鐵素體內(nèi)析出及長(zhǎng)軸成55～60o的碳化物小片，這

種組織稱下貝氏體，下貝氏體在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針片狀形態(tài)。B組織的性能：B上和B下性能相比較，B下不僅具有較高的硬度和耐磨性，而且B下的硬度，韌性和塑性均高于B上。這個(gè)圖是共析碳鋼的機(jī)械性能及等溫轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系，從這個(gè)圖上可以看出，在350℃上貝氏體溫度轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)B上的強(qiáng)度，硬度越低，韌性也越低而B下相反（350℃至MS）它的強(qiáng)度，硬度，塑性和韌性的綜合機(jī)械性能較高，因此生產(chǎn)中常采納等溫淬火獲得B下組織。

奧氏體過冷到MS線以下，發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變“M”，由于馬氏體轉(zhuǎn)變是在極快的連續(xù)冷卻過程中進(jìn)行的，因此馬氏體的轉(zhuǎn)變我們放在過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變一節(jié)中探討。（四）.亞共析碳鋼及過共析碳鋼的過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1．C曲線的形態(tài)及位置p5-22是亞共析，共析，過共析碳鋼的C曲線，比較三圖，不難看出，三者都具有A轉(zhuǎn)變開始線及轉(zhuǎn)變終了線，不過亞共析碳鋼的C曲線上多出一條先共析鐵素體曲線，過共析碳鋼曲線上多出一條先共析滲碳體曲線。通常在熱處理加熱條件下，亞共析碳鋼的C曲線隨含碳量的增加向右移，過共析碳鋼的C曲線隨含碳量的增加向左移，，因此碳鋼中共析C曲線的鼻尖離縱坐標(biāo)最遠(yuǎn)，過冷A也最穩(wěn)定。2.先共析相的量及形態(tài)隨過冷度的增加，亞共析碳鋼和過共析碳鋼的先共析鐵素體或先共析滲碳體的量在漸漸減小，當(dāng)過冷度達(dá)到一定程度后，這種先共析相就不在析出，而由過冷奧氏體直接轉(zhuǎn)變成極細(xì)珠光體（屈氏體），這種P的含碳量已不是共析成分（C=0.77%），這種非共析成分獲得的共析組織稱偽共析體。轉(zhuǎn)變溫度越低↓，先共析相的量越少↓，珠光體量↑，因此鋼的性能也就不同。舉例：同一成分的亞共析鋼，正火比退火后珠光體量多，且片層間距離小，因此鋼的強(qiáng)度和硬度提高，韌性也有所改善。魏氏組織：當(dāng)奧氏體晶粒特殊粗大（過熱的鋼或鑄件中），并且在一定的冷卻條件下，先共析相（F，F(xiàn)e3C）以一定位向呈片狀或針狀形態(tài)在A晶粒內(nèi)部析出，我們稱這種組織為魏氏組織。魏氏組織使鋼的塑性，特殊是韌性大為降低，因此生產(chǎn)中常用退火或正火來消退鋼中的魏氏組織。二.過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變上一個(gè)大問題我們探討的是過冷A的等溫冷卻轉(zhuǎn)變，現(xiàn)在我們探討的是過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變。（一）.共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的建立首先將一組試件經(jīng)加熱到奧氏體化后，它們以不同冷卻速度連續(xù)冷卻，也就是圖中所示的V1～V6速度，在冷卻過程中我們測(cè)各試樣比容變化，由奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同，我們即可測(cè)出各種冷卻速度下奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的時(shí)間及溫度，用這些測(cè)出的數(shù)據(jù)我們繪出溫度——時(shí)間坐標(biāo)圖，然后全部轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)和轉(zhuǎn)變終了點(diǎn)分別連接起來，這樣便可獲得過冷奧氏體的連續(xù)冷卻曲線，留意：V5

，V6冷卻速度的轉(zhuǎn)變開始點(diǎn)連成一水平線，這就是M開始轉(zhuǎn)變線——MS線。（二）.共析碳鋼過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線分析比較P5-25及P5-10兩曲線，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變有以下主要特點(diǎn)：1．Ps線是P體型轉(zhuǎn)變開始線；

Pf線是P體型轉(zhuǎn)變終了線；AB線是P體型轉(zhuǎn)變中途停止線，冷卻曲線遇AB線后，過冷A不再發(fā)生P體型轉(zhuǎn)變，而始終保留到MS線以下，A直接轉(zhuǎn)變?yōu)镸。2．連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線上只有C曲線上半部分，而沒有下半部分，這說明共析碳鋼連續(xù)冷卻時(shí)，只有珠光體型轉(zhuǎn)變，而沒有貝氏體轉(zhuǎn)變。3．P5-25圖中的VK及過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線鼻尖相切，是保證A在連續(xù)冷卻過程中不發(fā)生分解而全部冷卻到M區(qū)的最小冷卻速度，又稱臨界冷卻速度。4．在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變，是在一個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行的，隨冷卻速度的增加，轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間漸漸移向低溫并隨之加寬，而轉(zhuǎn)變時(shí)間則縮短。5．P5-25冷卻速度V，它及轉(zhuǎn)變開始線相交后又及AB線相交，因此珠光體型的轉(zhuǎn)變沒有結(jié)束，剩余的過冷A在隨后冷卻時(shí)及MS線相交而開始轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，因此最終所得到的產(chǎn)物主要是屈氏體和馬氏體的混合組織。（三）.過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線在連續(xù)冷卻中的應(yīng)用過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線的測(cè)定比較困難，因此有些運(yùn)用廣泛的金屬材料的連續(xù)冷卻曲線至今還沒測(cè)出，目前生產(chǎn)技術(shù)方面多是應(yīng)用過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線近似地來分析奧氏體連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變。三.馬氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)冷卻速度大于臨界冷卻速度VK，且過冷到MS線以下，則過冷奧氏體發(fā)生M轉(zhuǎn)變，獲得馬氏體組織。由于馬氏體冷卻速度快，轉(zhuǎn)變溫度低，因此A向M轉(zhuǎn)變時(shí)γ—Fe—α—Fe的晶格改變速度極快，過飽和的碳來不及以滲碳體形式自α—Fe中析出，而很快由A直接轉(zhuǎn)變成碳在α—Fe中過飽和固溶體，這就稱為馬氏體（M）。由于冷卻速度快，轉(zhuǎn)變溫度降低的關(guān)系（C原子來不及移動(dòng)），因此有A轉(zhuǎn)變?yōu)镸，M中含碳量及原A含碳量是相同的。（一）.馬氏體的晶格結(jié)構(gòu)

C軸的晶格常數(shù)大于a軸的晶格常數(shù)

C/a稱作M的正方度正方度的產(chǎn)生完全是由于M中過飽和碳原子強(qiáng)制分布在晶胞的某一晶軸的空隙處，結(jié)果使α—Fe的體心立方晶格被歪曲，M含碳量越高↑，正方度越大↑，M比容越大↑，由A→M體積變化越大↑，這就是造成高碳鋼淬火時(shí)簡(jiǎn)單變形和開裂的緣由之一。（二）.馬氏體的組織形態(tài)M的形態(tài)主要有兩種：一種是片狀M（含C多）；另一種是板條狀M（含C少），鋼中含碳量越高，淬火組織中片狀M就越多，板條狀M就越少。

圖5-30

電顯微鏡下M組織

①在顯微鏡下我們可以看到在同一視場(chǎng)中，很多長(zhǎng)短不一及互成一定角度分布的M，由于片狀M形成時(shí)一般不能穿過A晶界，而后形成的M又不能穿過先形成的馬氏體，所以越是后形成的馬氏體片尺寸越少，片狀M的立體形態(tài)是雙凸透鏡狀，而顯微鏡下所看到的則是金相試面上的M截面形態(tài)，因而呈針狀。②板條狀M它的立體形態(tài)呈橢圓形截面的瘦長(zhǎng)條狀而它的顯微組織在金相試面上是板條狀M截面形態(tài)。（三）.M的性能試驗(yàn)表明：當(dāng)奧氏體的含碳量大于1%的鋼淬火后，馬氏體形態(tài)為片狀M，片狀M又稱高碳M，當(dāng)奧氏體的含碳量小于0.2%的鋼淬火后，M形態(tài)基本為板條狀M，因此又稱低碳M，當(dāng)A的含碳量在1%及0.2%之間，則為兩種馬氏體的混合組織。M的含碳量增高，強(qiáng)度及硬度也增高，從圖中明顯看出，含碳量較底時(shí)，強(qiáng)度，硬度增高超顯。造成硬度，強(qiáng)度提高的主要緣由是過飽和的碳原子使晶格正方畸變，產(chǎn)生固溶炭化，同時(shí)在M中存在大量的彎晶及位錯(cuò)，它們都會(huì)阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高塑性變形抗力，從而產(chǎn)生相變強(qiáng)化。另外M的塑性和韌性及含碳量有關(guān)，高碳片狀M的塑性，韌性很差，而低碳M則不然，它具有較高的塑性及韌性。表5-2板條狀馬氏體及片狀馬氏體的性能比較淬火鋼中含碳量，%馬氏體形態(tài)σb,MN/m2σs,MN/m2HRCδ，%ψ，%σb,J/cm20.25～0.25板條狀1020～1530820～133030～509～1740～6560～1800.77片狀2350204066≈13010P5-22表為含碳量不同的板條狀及片狀M的性能比較，從表中比較可見，片狀M性能特點(diǎn)是硬度高而脆性大，板條狀M不僅強(qiáng)度，硬度較高，而且還有良好的塑性和韌性。以前人們對(duì)M的概念是“硬而脆”，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)板條狀M（低碳M）相識(shí)不斷加深，從而使得低碳M在各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有良好的機(jī)械性能的低碳M，對(duì)節(jié)約鋼材，減輕設(shè)備重量，延長(zhǎng)運(yùn)用壽命，都有重要意義。鋼的組織不同，比容也不同，M比容最大，A比容最小，P居中，且M的比容隨含碳量增高而增高，鋼在淬火后由A—>M，鋼件體積必定增大，因而導(dǎo)致淬火件常有變形及開裂事故發(fā)生。（四）.馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)M轉(zhuǎn)變及我們前面所介紹的相變一樣，它也具有形核及長(zhǎng)大兩個(gè)過程，但它及其它相變相比，又有以下特點(diǎn)：1．馬氏體轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變P，B體型轉(zhuǎn)變都屬于擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，A—>M由于過冷度極大，依次A中的鐵，碳原子不能進(jìn)行擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變是只發(fā)生γ—Fe—α—Fe轉(zhuǎn)變，過飽和的碳未析出而形成碳在α—Fe中的過飽和固溶體，因此說M轉(zhuǎn)變是無(wú)擴(kuò)散變。2．M轉(zhuǎn)變速度快

M形成不須要孕育期，形成僅需10-7秒（0.1微秒）。3．M轉(zhuǎn)變是在某一溫度范圍內(nèi)形成的。過冷奧氏體一大于V1c的速度冷卻到Ms點(diǎn)時(shí)，就轉(zhuǎn)變?yōu)镸，冷卻到Mf線時(shí)，M轉(zhuǎn)變結(jié)束。試驗(yàn)表明：Ms及Mf點(diǎn)的位置及冷卻速度無(wú)關(guān)，而及A的含碳量有關(guān)，含碳量越高，Ms及Mf點(diǎn)的溫度越低。4．M轉(zhuǎn)變的不完全性含碳量超過0.5%后，Mf溫度將到室溫，因此淬火時(shí)，在室溫下必定有一部分A被留下來，這部分A稱殘余A，含碳量高，Ms溫度高，淬火后殘余A增多。我們不盼望殘余A出現(xiàn)，但是在保證M轉(zhuǎn)變的條件下，A過冷到Mf點(diǎn)以下，仍有少量的參及奧氏體被留下來，這就是我們所說的“馬氏體轉(zhuǎn)變不完全性”。追究M轉(zhuǎn)變?yōu)槭裁磿?huì)保留殘余A？緣由是M轉(zhuǎn)變時(shí)，體積要膨脹，體積的膨脹使還沒轉(zhuǎn)變的A產(chǎn)生多向應(yīng)力，因此阻擋了A—>M，而保留下來A。冷處理殘余A不僅降低淬火鋼的硬度和耐磨性，而且在工件運(yùn)用過程中，殘余A會(huì)接著轉(zhuǎn)變成M，使這就要求高精度的工件，如，精密絲杠，精密量具，精密軸承等。為了保證使工件形態(tài)，尺寸發(fā)生變化，影響工件的尺寸精度，用期間的精度，淬火工件冷卻到室溫后，在冷卻到-78oC或-183oC，來最大限度消退殘余A，達(dá)到增加硬度，耐磨性及尺寸穩(wěn)定性的目的，這種處理成“冷處理”。鋼的退火及正火一個(gè)零件的生產(chǎn)過程，是由很多道工序所組成，在生產(chǎn)工序中為了某一目的，還會(huì)穿插多次熱處理，熱處理可以分為兩類：預(yù)先熱處理：消退前道工序造成的缺陷，為隨后切削加工。最終熱處理作打算；最終熱處理：使工件滿意運(yùn)用條件下的性能要求。一.退火完全退火，等溫退火，擴(kuò)散退火，球化退火，去應(yīng)力退火，再結(jié)晶退火退火的目的1．降低鋼件硬度，利于切削加工，HB=160~230，最適于切削加工，退火后HB恰在此中；2．消退殘余應(yīng)力，穩(wěn)定鋼件尺寸并防止變形和開裂；3．細(xì)化晶粒，改善組織，提高鋼的機(jī)械性能；4．為最終熱處理（淬火，回火）做組織上的打算。（一）.完全退火是將亞共析碳鋼加熱到Ac3線以上約20~60oC，保溫一定時(shí)間，隨爐緩慢冷卻到600oC以下，然后出爐在空氣中冷卻。這種退火主要用于亞共析成分的碳鋼和和金鋼的鑄件，鍛件及熱扎型材，目的是細(xì)化晶粒，消退內(nèi)應(yīng)力及組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為隨后的切削加工和淬火做好打算，上圖是30鋼的鑄件完全退火前后性能比較F的晶粒尺寸越小，強(qiáng)度越高，塑性越高完全退火經(jīng)加熱，保溫后，獲得晶粒細(xì)小的單相A組織，必需以緩慢的冷卻速度進(jìn)行冷卻，以保證奧氏體在珠光體的上部發(fā)生轉(zhuǎn)變（二）.等溫退火等溫退火是為了保證A在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)上部發(fā)生轉(zhuǎn)變，因此冷卻速度很緩慢，所需時(shí)間少則十幾小時(shí)，多則數(shù)天，因此生產(chǎn)中常用等溫退火來代替完全退火。等溫退火加熱及完全退火相同，但鋼經(jīng)A化后，等溫退火以較快速度冷卻到A1以下，等溫應(yīng)定時(shí)間，使奧氏體在等溫中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，然后再以較快速度冷至室溫，等溫退火時(shí)間短，效率高。（三）.擴(kuò)散退火（勻稱化退火）好用范圍：合金鋼鑄錠和鑄件。目的：消退和金結(jié)晶是產(chǎn)生的枝晶偏析，使成分勻稱，故而又稱勻稱化退火。工藝：把鑄錠或鑄件加熱到Ac1以上，大約1000~2000oC，保溫10~15小時(shí)，再隨爐冷卻。特點(diǎn)：高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱。鋼中合金元素含量越高，加熱溫度也越高，高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱又是造成組織過熱又一緣由，因此擴(kuò)散退火后須要進(jìn)行一次完全退火或正火來消退過熱。（四）.球化退火運(yùn)用范圍：多用于共析或過共析成分的碳鋼和合金鋼。目的：球化滲碳體，硬度下降，改善切削加工性能，為淬火做好打算。工藝：將過共析鋼加熱到AC1以上約20~40°C保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻到600°C以下出爐空冷。工藝特點(diǎn)：低溫段時(shí)加熱和緩慢冷卻。當(dāng)加熱溫度超過AC1線后，滲碳體開始溶解，但又未完全溶解，此時(shí)片狀滲碳體漸漸斷開為很多細(xì)小的鏈狀或點(diǎn)狀滲碳體，彌散發(fā)布在奧氏體基體上，同時(shí)由于低溫短時(shí)加熱，奧氏體成分也極不勻稱，因此在以后緩冷或等溫冷卻的過程中，以原有的確細(xì)小深碳體質(zhì)點(diǎn)為核心，在奧氏體富集的地方產(chǎn)生新核心，勻稱形成顆粒狀滲碳體。（五）.去應(yīng)力退火（低溫退火）目的：用于消退鑄件，鍛件，焊接件，冷沖壓件以及機(jī)加工件中的殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力在以后機(jī)加工或運(yùn)用中潛在地會(huì)產(chǎn)生變形或開裂。工藝：將工件緩慢加熱到600~650°C，保溫一定的時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻到200°C再出爐空冷。二．正火將鋼件加熱到臨界點(diǎn)（Ac3，Acm）以上，進(jìn)行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，這種熱處理稱正火，正火的目的及退火相同，只是溫度高于退火，且在空氣中冷卻。（一）.正火工藝：正火的加熱溫度及鋼的化學(xué)成分關(guān)系很大低碳鋼加熱溫度為Ac3以上100~150°C中碳鋼加熱溫度為Ac3以上50~100°C高碳鋼加熱溫度為Ac3以上30~50°C保溫時(shí)間及工件厚度和加熱爐的形式有關(guān)，冷卻既可采納空冷也可采納吹風(fēng)冷卻，但留意工件冷卻時(shí)不能堆放在一起，應(yīng)散開放置。（二）.正火后的組織及性能正火事實(shí)上是退火的一種特殊狀況，兩者不同之處主要在于正火的冷卻速度較退火快，因此有偽共析組織。45鋼的退火，正火狀態(tài)的機(jī)械性能狀

態(tài)σb,MN/m2δ5,%σb,MN/m2HB退火650～70015～2040～60～150正火700～80015～2050～80～200通過這個(gè)表我們可以看到正火后的強(qiáng)度，硬度，韌性都比退火后的高,塑性并不降低。（三）.正火的應(yīng)用正火及退火相像，有以下特點(diǎn)：正火鋼的機(jī)械性能高，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)周期短能量耗費(fèi)少，因此盡可能選用正火。正火有以下幾方面的應(yīng)用1.一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理；正火可以消退鑄造或鍛造生產(chǎn)中的過熱缺陷，細(xì)化組織，提高機(jī)械性能。2.改善低碳鋼和低碳合金鋼的切削加工性；硬度在160~230HB的金屬，易切削加工，金屬硬度高，不但難以加工，而且刀具易磨損，能量耗費(fèi)也大，硬度過低，加工又易粘刀，使刀具發(fā)熱和磨損，且加工零件表面光滑度也很差。陰影表示切削加工性能較好和低碳合金鋼退火硬度一般都在160HB以下，且切削加工性不良，但選用正火（1點(diǎn)劃線），由于珠光體量增加，片層間距變細(xì)，從而改善了切削加工性能。3.作為中碳結(jié)構(gòu)鋼制作的較主要零件的預(yù)先熱處理；正火常用來為較重要零件進(jìn)行預(yù)先熱處理。例如，對(duì)中碳結(jié)構(gòu)鋼正火，可使一些不正常的組織變?yōu)檎＝M織，消退熱加工所造成的組織缺陷，并且它對(duì)減小工件淬火變形及開裂提高淬火質(zhì)量有主動(dòng)作用。4.消退過共析鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織打算，這是因?yàn)檎鹄鋮s速度比較快，二次滲碳體來不及沿A晶界呈網(wǎng)狀析出。5.對(duì)一些大型或形困難的零件，淬火可能有開裂的危險(xiǎn)，正火也往往代替淬火，回火處理，作為這些零件的最終熱處理。鋼的淬火什么是鋼的淬火？首先將鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ａc3,Ac1）以上，經(jīng)過一段時(shí)間的保溫使鋼奧氏體化，然后再以大于臨界冷卻速度Ｖk進(jìn)行快速冷卻，從而發(fā)生Ｍ轉(zhuǎn)變的熱處理工藝，稱淬火。淬火的目的？為了獲得Ｍ組織，它是強(qiáng)化鋼材最主要的熱處理方法。提示：Ｍ不是熱處理所要求的最終組織，淬火后，鋼材還要依據(jù)不同的須要，進(jìn)行不同溫度的回火，這樣可使淬火Ｍ獲得不同的組織，從而使淬火鋼零件具有不同的機(jī)械性能，充分滿意各種工具及零件的運(yùn)用要求。一．淬火工藝（一）.淬火加熱溫度的選擇淬火溫度的凹凸及鋼的化學(xué)成分有關(guān)亞共析鋼t＝Ac3+(30～70)°C共析鋼，過共析鋼t＝Ac1+(30～70)°C亞共析碳鋼為什么要加熱到Ac3以上完全Ａ化后淬火呢？若加熱溫度選在Ac1～Ac3之間，組織中有一部分鐵素體存在，在隨后的淬火冷卻中，由于鐵素體不發(fā)生變化而保留下來，它的存在是鋼的淬火組織中存在軟點(diǎn)，降低了淬火鋼的硬度，同時(shí)它的存在還會(huì)影響鋼的勻稱性，影響機(jī)械性能，加熱Ac3以上太高也不行，鋼的氧化脫碳嚴(yán)峻，另一方面Ａ精粒粗大，淬火后Ｍ粗大，鋼的性能變壞。過共析鋼的淬火加熱溫度為什么選擇在Ac1～Ac3之間？首先過共析鋼在淬火加熱以前，都要經(jīng)過球化處理，加熱到Ac1～Acm之間時(shí)組織為Ａ和一部分未溶化的Ｆe3C,，淬火后，Ａ—>M，Ｆe3C被保留下來，Ｆe3C硬度很高，它的存在，可以提高鋼的硬度和耐磨性，假如將過共析鋼加熱到Ａcm以上淬火，有以下幾點(diǎn)不利因素：1.由于Ｆe3C完全溶入Ａ，鋼中含碳量增加，Ｍs點(diǎn)下降，淬火后殘余Ａ量增加，反降低了鋼的硬度及耐磨性。2.A精粒粗化，淬火后的M粗大，晶微裂紋增多，鋼的脆性大為增加。上圖為T12鋼加熱Acm以上淬火后所獲得的帶有顯微裂紋的粗化M組織。3.鋼的氧化脫碳嚴(yán)峻，降低鋼的表面質(zhì)量。4.增大淬火應(yīng)力，增加了工件變形和開裂的傾向。除了上述鋼的淬火加熱溫度選擇原則之外，對(duì)同一化學(xué)成分的鋼，由于工件的形態(tài)和尺寸，淬火冷卻介質(zhì)或淬火方法不同，因此淬火加熱溫度要考慮各種因素的影響，結(jié)合詳細(xì)狀況制定。（二）.加熱時(shí)間的選擇加熱時(shí)間指的是升溫及保溫所需時(shí)間，加熱時(shí)間的長(zhǎng)短及很多因素有關(guān)，象鋼的成分，原始組織，工件形態(tài)和尺寸，加熱介質(zhì)，裝爐方式，爐溫等很多因素有關(guān)，準(zhǔn)確計(jì)算加熱時(shí)間很困難，課本中只是給出一個(gè)閱歷公式：t=a*Dt加熱時(shí)間；a加熱系數(shù)；D工件有效厚度表5-5常用鋼的加熱系數(shù)鋼的種類工件直徑mm〈600℃箱式爐中預(yù)熱750～850℃鹽浴爐中加熱或預(yù)熱800～900℃箱式爐或井式爐中加熱1100～1300℃高溫鹽爐中加熱碳鋼《50〈500.3～0.40.4～0.51.0～1.21.2～1.5合金鋼《50〉500.45～0.50.5～0.551.2～1.51.5～1.8高合金鋼0.35～0.400.3～0.35（三）.淬火冷卻介質(zhì)1．志向淬火冷卻速度前面我們介紹過，加熱到A狀態(tài)的鋼，冷卻速度必需大于臨界冷卻速度是才能獲得要求的M組織。但是從今圖我們可以看出，要獲得M組織，不須要在整過冷卻過程中都快速冷卻，關(guān)鍵在C曲線鼻尖處，這里奧氏體最不穩(wěn)定，因此650最不穩(wěn)定，因此650～550°C溫度范圍內(nèi)要快速冷卻,而在稍低于A1點(diǎn)和稍高于Ms點(diǎn)處過奧氏體較穩(wěn)定,為了削減淬火冷卻中因工件截面內(nèi)外溫度差引起的熱應(yīng)力,冷卻速度應(yīng)緩慢些,特殊是Ms點(diǎn)處,冷卻速度太大,工件體積漲大,組織應(yīng)力也愈大,易引起變形和開裂。2．常用淬火冷卻介質(zhì)表5-7常用淬火冷卻介質(zhì)及其冷卻特性淬火冷卻介質(zhì)最大冷卻速度時(shí)平均冷卻速度，①℃所在溫度，℃冷卻速度，℃/s650～500℃300～200℃靜止自來水，20℃340775135450靜止自來水，60℃2202758018510%NaCL水溶液，20℃58020001900100015%NaOH水溶液，20℃5602830275077510號(hào)機(jī)油，20℃433230606510號(hào)機(jī)油，80℃4302307055各冷卻速度值均系依據(jù)有關(guān)冷卻速度特性曲線估算。冷卻速度特性曲線通常是用導(dǎo)熱率高的銀制球形試樣（Φ20mm），加熱后淬入冷卻介質(zhì)中，利用熱電偶測(cè)出試樣心部溫度隨冷卻時(shí)間的變化，并經(jīng)示波器顯示出來。二．淬火方法(一).單液淬火法把加熱工件投入一種淬火冷卻介質(zhì)中，始終冷卻至室溫的淬火方法。曲線a所示這是一種常用的方法，特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化及自動(dòng)化，缺點(diǎn)是在650～550°C和300～200°C都不志向（二）.預(yù)冷淬火法將加熱的工件從加熱爐中取出后，先在空氣中預(yù)冷一定的溫度，然后再投入淬火冷卻介質(zhì)中冷卻。曲線b所示這種方法即可不降低淬火工件的硬度及淬硬層深度的條件下，使熱應(yīng)力大大減小，因此，它對(duì)防止變形和開裂有主動(dòng)措施。（三）.雙液淬火法把加熱的工件先投入冷卻實(shí)力較強(qiáng)的介質(zhì)到稍高于Ms點(diǎn)溫度，然后馬上轉(zhuǎn)入另一冷卻實(shí)力較弱的介質(zhì)中，進(jìn)行發(fā)生M轉(zhuǎn)變的淬火。如圖所示，即為雙液淬火法，雙液淬火的關(guān)鍵是要限制好從第一冷卻介質(zhì)進(jìn)行到第二冷卻介質(zhì)的溫度，溫度太高（C點(diǎn)以上）取出緩冷回發(fā)生珠光體型轉(zhuǎn)變，太低又發(fā)生M轉(zhuǎn)變，失去了雙液的意義，又達(dá)不到雙液淬火的目的。（四）.分級(jí)淬火法（a）曲線將加熱的工件先投入溫度在Ms點(diǎn)旁邊的鹽溶或堿溶槽中，停留2～３分鐘，然后取出空冷，以獲得Ｍ組織的淬火，稱分級(jí)淬火。分級(jí)淬火是通過在Ms點(diǎn)旁邊的保溫，消退了工件內(nèi)外溫差，使淬火熱應(yīng)力減到最小，而且在隨后空冷時(shí)，可在工件截面上幾乎同時(shí)形成Ｍ組織，所以可削減組織應(yīng)力的產(chǎn)生，也削減了變形及開裂的傾向。鹽溶或堿溶的冷卻實(shí)力較小，簡(jiǎn)單使Ａ穩(wěn)定性較小的鋼在分級(jí)過程中形成珠光體，故上法只運(yùn)用于截面尺寸不大，形態(tài)較困難的碳鋼及合金鋼件，一般直徑小于10～15mm的碳鋼工件以及直徑小于20～30mm的低碳合金鋼工具，以及直徑小于20～30mm的低碳合金鋼工具。過去分級(jí)淬火一般都高于Ms點(diǎn)，而現(xiàn)在較多的該在略低于Ms點(diǎn)溫度，這是因?yàn)檫x在Ms點(diǎn)以下，能增加工件在鹽溶中的冷卻速度，可以獲得更深的淬硬性，留意分級(jí)淬火不能在Ms點(diǎn)以下太多，否則就成了單液淬火法了。（五）.等溫淬火法把加熱的工件投入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽溶或堿溶槽中，保溫足夠的時(shí)間（一般為半小時(shí)以上）發(fā)生下貝氏體轉(zhuǎn)變后取出空冷，鋼等溫淬火后組織是貝氏體，故又稱為貝氏體淬火。特點(diǎn)：淬火內(nèi)應(yīng)力很小，工件不易變形和開裂，而且所獲得的下貝氏體組織具有良好的綜合機(jī)械性能，強(qiáng)度，硬度，韌性也都較高，多用來處理形態(tài)困難，尺寸精度較高，且硬度，韌性也都很高的工件，象各種冷，熱沖模，成型工具和彈簧等。另外低碳貝氏體性能不如低碳Ｍ好，因此低碳鋼不進(jìn)行等溫淬火，等溫淬火好用于中碳以上的鋼。（六）.局部淬火三．淬火缺陷的防止方法熱處理生產(chǎn)中，由于熱處理工藝處理不當(dāng)，常會(huì)給工件帶來缺陷，如氧化，脫碳，過熱，過燒，硬度不足，變形及開裂等。（一）.氧化及脫碳1.氧化是因?yàn)殇撛谟醒趸詺怏w中加熱時(shí)，會(huì)發(fā)生氧化而在表面形成一層氧化皮，在高溫下，甚至晶界也回會(huì)發(fā)生氧化。2.鋼在某些介質(zhì)中加熱時(shí)，這些介質(zhì)會(huì)使鋼表面的含碳量下降，我們稱這現(xiàn)象為“脫碳”。削減或防止鋼在淬火中氧化及脫碳的方法有：1）.采納脫氧良好的鹽溶爐加熱；2）.在可控愛護(hù)氣氛爐中加熱；3）.在真空爐中加熱；4）.預(yù)留足夠的加工余量。（二）.變形和開裂淬火中變形及開裂只要是淬火時(shí)形成內(nèi)應(yīng)力所引起的由內(nèi)應(yīng)力形成的緣由不同，它可分熱應(yīng)力及組織應(yīng)力兩種熱應(yīng)力引起工件變形特點(diǎn)時(shí)：使平面邊為凸面，直角邊鈍角，長(zhǎng)的方向變短，短的方向增長(zhǎng)，一句話，使工件趨于球形。組織應(yīng)力引起工件變形的特點(diǎn)卻及此相反：使平面變?yōu)榘济?，直角變?yōu)殁g角，長(zhǎng)的方向變長(zhǎng)；短的方向縮短，一句話，使尖角趨向于突出。工件的變形及開裂是熱應(yīng)力及組織應(yīng)力綜合的結(jié)果，但熱應(yīng)力及組織應(yīng)力方向恰好相反，假如熱處理適當(dāng)，它們可部分相互抵消，可使殘余應(yīng)力減小，但是當(dāng)殘余應(yīng)力超過鋼的屈服強(qiáng)度是，工件就發(fā)生變形，殘余應(yīng)力超過鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就產(chǎn)生開裂。為減小變形或開裂，出了正確選擇鋼材和合理設(shè)計(jì)工件的結(jié)構(gòu)外，在工藝上可實(shí)行下列措施：1.采納合理的鍛造及預(yù)先熱處理；2.采納合理的熱處理工藝；3.采納正確的操作方法；4.對(duì)于淬火易開裂的部分，如鍵槽，孔眼等用石棉堵塞。鋼的回火將淬火鋼重新加熱到A1點(diǎn)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，稱回火?；鼗鹗蔷o接淬火之后的一道熱處理工序。一．回火的目的

1．獲得工件所需的組織，以改善性能在通常狀況下，鋼淬火組織為淬火M和少量殘余A，整個(gè)組織的性能是強(qiáng)度，硬度很高，但塑性及韌性明顯下降，為了調(diào)整和改善鋼的性能，滿意各種工件不同性能的要求，因此需配制適當(dāng)回火來改變淬火組織。

2．穩(wěn)定尺寸，淬火后的M和參及A都是不穩(wěn)定的組織，它們具有自發(fā)向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，這將會(huì)引起尺寸的改善，我們可以采納回火使淬火組織轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定組織，從而保證工件在運(yùn)用過程中不再發(fā)生形態(tài)和尺寸的改變。

3．消退淬火內(nèi)應(yīng)力，工件在淬火后存在很大內(nèi)應(yīng)力，如不及時(shí)通過回火消退，會(huì)引起工件進(jìn)一步變形甚至開裂。由以上三點(diǎn)分析我們可以了解到，鋼淬火后一般都必須要進(jìn)行回火處理，回火確定了鋼在運(yùn)用狀態(tài)的組織和壽命，因此是很主要的熱處理工序。二．淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變（一）.回火第一階段（≤200°C）馬氏體分解當(dāng)回火溫度達(dá)100°C以上時(shí)，馬氏體便開始分解，M中過飽和的碳原子以ε碳化物形式析出，碳的析出降低了M中碳的過飽和度，它的正方度c/a也隨之減小，在這一階段溫度較低，馬氏體中僅析出一部分過飽和的碳原子，它仍是碳在α—Fe中的過飽和固溶體，在回火的第一階段中鋼的硬度并不降低，但由于ε碳化物的析出，晶格畸變降低，淬火內(nèi)應(yīng)力有所減小。（二）.回火第二階段（200～300°C）殘余A的轉(zhuǎn)變殘余A于200°C分解，至300°C基本結(jié)束，殘余A分解成下貝氏體，在回火第二階段中，殘余A轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的同時(shí)，M還在接著分解，M的接著分解會(huì)使鋼的硬度降低，但由于較弱的殘余A轉(zhuǎn)變成較應(yīng)的下貝氏體，因此鋼的硬度并沒有明顯降低，但淬火內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步減小。（三）.回火第三階段（300～400°C）碳化物的轉(zhuǎn)變?cè)诨鼗鸬谌A段，碳原子從過飽和α固溶體中接著析出，同時(shí)ε碳化物也漸漸變?yōu)榧唉凉倘荏w不再有晶格聯(lián)系的滲碳體（Fe3C），α固溶體中含碳量幾乎已將到平衡含碳量，正方度c/a接近于1，經(jīng)過第三階段以后，鋼的組織是由鐵素體和顆粒狀滲碳體所組成，鋼的硬度降低，淬火應(yīng)力到此基本消退。（四）.回火第四階段（>400°C）滲碳體聚集長(zhǎng)大及α相的再結(jié)晶經(jīng)過回火第三階段后，鋼的組織雖然已是鐵素體和顆粒狀滲碳體所組成，但α相（鐵素體）仍保留原來M的板條狀或片狀，而成為多邊形晶粒。表示淬火鋼在回火是的變形隨溫度的上升，滲碳體尺寸增大↑，內(nèi)應(yīng)力減小↓，殘余A量↑，M含碳量↓。三．回火轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織及性能（一）.回火后的組織回火產(chǎn)物可分為以下四種組織1．回火馬氏體（<250°C回火產(chǎn)物）上圖為45鋼的淬火馬氏體和回火馬氏體顯微組織，它是有過飽和的α固溶體（鐵素體）和及起晶格相聯(lián)系的ε碳化物所組成，回火M仍保留原來M的片狀或板條狀的形態(tài)。2．回火屈氏體（350～500°C回火產(chǎn)物）上圖為45鋼的回火屈氏體的顯微組織，它是有尚未發(fā)生再結(jié)晶的鐵素體和細(xì)小勻稱滲碳體顆粒所組成的，由于這時(shí)鐵素體尚未再結(jié)晶，因此仍保留著原來M的形態(tài)。3．回火索氏體（500～650°C回火產(chǎn)物）上圖為45鋼的回火索氏體顯微組織，它是有在結(jié)晶的鐵素體和勻稱分布的細(xì)條狀滲碳體組成，這時(shí)鐵素體已發(fā)生再結(jié)晶，因此它失去了原有M的片狀或板條狀的形態(tài)。4．回火珠光體（650°C～A1點(diǎn)回火產(chǎn)物）它是有多邊行的鐵素體和顆粒狀的滲碳體組成的鏡相顯微組織及球化退火后顯微組織相像。（二）.回火時(shí)機(jī)械性能的變化是兩種不同成分的鋼的機(jī)械性能及回火溫度的關(guān)系四．回火的種類及應(yīng)用（一）.低溫回火（150～250°C）組織：低問回火的組織為回火M；目的：是在于保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火內(nèi)應(yīng)力和脆性，以免運(yùn)用是崩裂刀具或過早損壞，它主要用于高碳的切削刀具，量具，冷沖模具，滾動(dòng)軸承。滲碳體回火后硬度一般為HRC58-64。（二）.中溫回火（350～500°C）組織：中溫回火所得組織為回火屈氏體；目的：是為了獲得較高的屈服強(qiáng)度，彈性極限，較高的韌性，主要用于處理各種彈簧和模具的熱處理，回火后的硬度HRC35～50。（三）.高溫回火（500～650°C）組織：高溫回火所得組織為回火索氏體；目的：是為了獲得強(qiáng)度，硬度和塑性，韌性較好的綜合機(jī)械性能；調(diào)質(zhì)處理：淬火后高溫回火的熱處理稱調(diào)質(zhì)處理；調(diào)質(zhì)處理多用于重要的結(jié)構(gòu)零件，連桿，螺栓，齒輪及軸類，回火后的硬度一般為HB200～330。表5-945鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和正火后的性能比較熱處理狀態(tài)σb,MN/m2δ，%ak，J/cm2HB組織正火700～80015～2050～80163～220細(xì)珠光體+鐵素體調(diào)質(zhì)750～85020～2580～120210～250回火索氏體5-9表鋼經(jīng)正火后和調(diào)質(zhì)處理后的硬度值接近，但為什么主要的零件一般都選用調(diào)質(zhì)處理而不采納正火？這是由于調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體，其中滲碳體為顆粒狀，而正火所得到的索氏體中滲碳體呈片狀，調(diào)質(zhì)鋼不僅硬度高，且塑性及韌性也高于正火狀態(tài)。調(diào)質(zhì)處理一般作為最終熱處理，但也可以作為表面淬火和化學(xué)熱處理的預(yù)先熱處理。為了保持淬火后的高硬度及尺寸穩(wěn)定性，淬火后又可進(jìn)行時(shí)效處理（溫度低于低溫回火）。五．回火脆性發(fā)生在250～350°C，隨溫度上升，韌性不僅沒提高，反而降低。鋼的淬透性一．淬透性的意義淬透性表示的是鋼在淬火時(shí)所能得到的淬硬層深度。留意：鋼的淬透性和鋼的淬硬性是兩個(gè)完全不同的概念，淬硬性指的是鋼在淬火能達(dá)到的最高硬度。用不同的鋼制成相同形態(tài)和尺寸的工件，在同樣條件下淬火，淬透性好的鋼淬硬層較深，淬透性差的鋼淬硬層較淺。這個(gè)圖反映了淬火時(shí)工件截面上各處冷卻速度不同，以圓棒為例，淬火時(shí)表面部分冷卻速度最大，愈到中心冷卻速度愈小，表面部分冷卻速度大于該鋼的臨界冷卻速度，淬火后獲得Ｍ組織，而心部則獲得珠光體。二．影響淬透性的因素凡是能夠增加過冷奧氏體穩(wěn)定性的因素，或者說凡是使Ｃ曲線位置右移，減小臨界冷卻速度的因素，都能提高鋼的淬透性。（一）.鋼的化學(xué)成分在亞共析成份范圍內(nèi)，隨含碳量增加，Ｃ曲線右移，因此使鋼的臨界冷卻速度減小，使鋼的淬透性提高，過共析鋼隨含碳量增加，Ｃ曲線左移，鋼的臨界冷卻速度增大，淬透性降低。（二）.合金元素的影響除鈷和鋁（>2.5%）以外的合金元素能使Ｃ曲線右移，也就是說能降低臨界冷卻速度，使鋼的淬透性提高。（三）.奧氏體化條件奧氏體化溫度越高，成分越勻稱。奧氏體越穩(wěn)定，因此臨界冷卻速度越小，淬透性越高。三．淬透性的測(cè)定及表示方法（一）.圖５－６４（a）將試樣加熱至規(guī)定淬火溫度后，置于支架上，然后從試樣末端噴水冷卻，由于試樣末端冷卻速度最快，越往上冷卻的越慢，然后我們沿試樣長(zhǎng)度方向便能測(cè)出各種冷卻速度下的不同組織及硬度。圖５－６４（b)這個(gè)圖就是從噴水冷卻的末端每隔一定距離測(cè)一硬度點(diǎn)，最終繪成此圖“淬透性曲線”，由此可見，４５鋼比４０Cr鋼硬度下降的快，因此４０Ｃr比４５鋼淬透性好。（二）.臨界淬透直徑四．淬透性及機(jī)械性能的關(guān)系淬透性對(duì)鋼的機(jī)械性能的影響很大這是用淬透性不同的兩種鋼材制成的直徑相同的軸，已經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，比較后可見淬透性好的鋼材，軸的整個(gè)截面都能淬透，淬透性差的軸（b）未淬透，機(jī)械性能比較好，二者硬度相同，淬透性差的軸，機(jī)械性能越接近心部機(jī)械性能越低，韌性表現(xiàn)最明顯。鋼的表面淬火表面淬火是一種不改變鋼的化學(xué)成分，但改變表層組織的一種局部熱處理方法。例如：生產(chǎn)中，有很多零件是在彎曲，扭曲等受力困難的條件下工作的。這時(shí)候零件表層受到比心部高的多的應(yīng)力作用，而且表面還要不斷地被磨損，因此必需使工件表層得到強(qiáng)化，使它具有較高的強(qiáng)度，硬度，耐磨性及疲憊極限，而心部為了能承受沖擊載荷的作用，仍應(yīng)保持足夠的塑性及韌性，在這種狀況下，以往所介紹的熱處理已失效應(yīng)，至此我們提出鋼的表面淬火和化學(xué)熱處理。方法：快速加熱使鋼的表面奧氏體化，不等熱量傳至中心，馬上淬火冷卻，這樣我們就可獲得表層硬而耐磨的M組織，心部仍保持原來塑性，韌性較好的退火，正火，或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。表面淬火方法較多，常用的有以下兩種：1.感應(yīng)加熱表面淬火；2.火焰加熱表面淬火。一．感應(yīng)加熱表面淬火（一）.感應(yīng)加熱的基本原理這是一個(gè)感應(yīng)加熱表面淬火的示意圖，把工件放入有空心銅管繞成的感應(yīng)器（線圈）內(nèi)，當(dāng)線圈通入交變電流后，馬上產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，則在工件中就會(huì)產(chǎn)生頻率相同，方向相反的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流在工件內(nèi)形成回路，稱“渦流”，且電流密度在工件表面分布不勻稱，表面密度大，中心密度小，在工件基本電阻的作用下，表層快速被加熱到淬火溫度時(shí)而心部仍接近室溫，在馬上噴水冷卻后，就達(dá)到表面淬火的目的。（二）.感應(yīng)加熱頻率的選用1.高頻感應(yīng)加熱頻率為200~300KHZ，淬硬層深度為0.5～2mm，主要用于淬硬層較薄的中，小型零件。如：小模數(shù)齒輪，中，小型軸的表面淬火。2.中頻感應(yīng)加熱頻率為500～10000HZ，淬硬層深度2～8mm，主要用于處理淬硬層要求較深的零件。如：直徑較大的軸類和模數(shù)較大的齒輪等。3.工頻感應(yīng)加熱頻率50HZ,淬硬層深度可達(dá)10～15mm，要求淬硬層較深的大直徑零件，如軋輥，火車車輪。4.超頻感應(yīng)加熱頻率20～40HZ,如：中，小模數(shù)的齒輪，花鍵軸，鏈輪。二．火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火是以高溫火焰為熱源的一種表面淬火法?；鹧鏋橐胰病趸鹧?，最高溫度3200°C，另外還有煤氣—氧火焰，最高溫度2000°C,它是將工件快速加熱到淬火溫度，在隨后噴水冷卻后，獲得所需的表層硬度和淬硬層硬度。鋼的化學(xué)熱處理一．概述化學(xué)熱處理是把鋼制工件放置于某種介質(zhì)中，通過加熱和保溫，使化學(xué)介質(zhì)中某些元素滲入到工件表層，從而改變表層的化學(xué)成分，使心部及表層具有不同的組織及機(jī)械性能。特點(diǎn)：及其他熱處理相比較，不僅它的組織發(fā)生了變化，而且化學(xué)成分也發(fā)生了變化。（一）.化學(xué)熱處理的作用1.強(qiáng)化表面：提高工件某些機(jī)械性能，如：硬度，耐磨性，疲憊極限。2.愛護(hù)工作表面：提高工件的物理，化學(xué)性能，如：耐高溫，耐腐蝕性。（二）.化學(xué)熱處理的種類1.擴(kuò)散元素使非金屬元素能及鐵形成間隙固溶體，如滲碳，氮化幾滲硼，它們一般都會(huì)明顯增加鋼的表面硬度及耐磨性。2.擴(kuò)散元素使金屬元素能及鐵形成置換固溶體，如滲鉻，滲鉛，滲硅。滲鉻可提高耐磨性和耐腐蝕性；滲鉛可增加高溫抗氧化性；滲硅可提高耐酸實(shí)力?？傊歉纳票砻娴奈锢恚瘜W(xué)性能。（三）.化學(xué)熱處理的過程1.分解：化學(xué)介質(zhì)要首先分解出具有活性的原子；2.汲?。汗ぜ砻婕橙』钚栽佣纬晒倘荏w或化合物；3.擴(kuò)散：被工件汲取的活性原子，從表面想內(nèi)擴(kuò)散形成一定厚度的擴(kuò)散層。二．鋼的滲碳滲碳是把鋼放在滲碳介質(zhì)中，加熱到單相奧氏體區(qū)，保溫一定時(shí)間，使碳原子滲入鋼表層的過程。（一）.滲碳的目的及用途有很多的零件，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)，受力困難，如汽車，拖拉機(jī)的變速齒輪，活塞銷，摩擦片及軸類，對(duì)這些零件德望要求是表面硬而耐磨，心部強(qiáng)度，韌性要好，且疲憊強(qiáng)度要高，這些性能，僅是選材和加熱是很難滿意的，高碳鋼淬火，低碳鋼淬火，感應(yīng)加熱表面淬火都不志向。因此提出滲碳。（二）.滲碳方法1．固體滲碳法零件放在滲碳箱中，四周填滿固體滲碳劑，用蓋和耐火泥將箱密封，然后放入加熱爐，加熱到900～950°C，保溫一定時(shí)間后出爐，就可以獲得表層滲碳工件。2．氣體滲碳法把工件置于密封的加熱爐中，通入滲碳劑，加熱到滲碳溫度900～950°C。（三）.滲碳體的技術(shù)要求1．滲碳層最佳含碳量0.85～1.05%。（1）.表面層含碳量過低，淬火+低溫回火所得到的是含碳量較低的回火M，這些M硬度低，耐磨性差，疲憊極限也低。（2）.表面含碳量過高，滲碳層會(huì)出現(xiàn)大量塊狀或網(wǎng)狀滲碳體，滲碳層變脆，易脫露，殘A的增加。也會(huì)使表面硬度，耐磨性下降。2．合理的滲碳深度下列屬閱歷公式軸類：￡=（0.1～0.2）R

R—半徑（mm）齒數(shù)：￡=（0.2～0.3）m

m—模數(shù)（mm）薄片工件：￡=（0.2～0.3）t

t—厚度（mm）這是滲碳齒輪，要求滲碳件按零件論廓?jiǎng)蚍Q分布，勻稱的滲碳層有利于提高滲碳齒輪的性能，延長(zhǎng)它的壽命。（四）.滲碳后的組織及熱處理1．滲碳后的組織滲碳后，工件表層含碳量為0.85~1.05%，從表層到心部含碳量漸漸削減，心部為原來低碳鋼的含碳量。這是一個(gè)低碳鋼滲碳緩冷后的組織，最外層是過共析鋼，往里是共析鋼，再往里是亞共析鋼的過度層，最里邊的心部是原始組織。2．滲碳后的熱處理工件滲碳后必需進(jìn)行熱處理，只有這樣才能發(fā)揮出滲碳層的作用，滲碳后常見的有以下三種熱處理方法：（1）.直接淬火法工件的滲碳溫度為900~950°C,滲碳后+先預(yù)冷+淬火+低回預(yù)冷的目的是為了削減淬火變形及開裂，并使表層析出一些碳化物，降低殘A，提高表層硬度，預(yù)冷溫度略高于Ar3,目的是為避開析出鐵素體。（2）.一次淬火法滲碳后出爐緩冷+再加熱到淬火溫度進(jìn)行淬火+低回（3）.二次淬火法滲碳+緩冷+第一次淬火（或正火）（細(xì)化心部組織，消退表層網(wǎng)狀滲碳體，加熱到（850～900°C）；滲碳+緩冷+第二次淬火（或正火）（改善碳化層組織及性能750～800°C）；滲碳+緩冷+低回。汽車平安新屏障—新型車身材料轎車車身材料主要是金屬薄鋼板，一般厚度在0.6毫米～2.0毫米。隨著現(xiàn)代轎車技術(shù)發(fā)展，轎車材料要求既有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度也要求重量要輕。采納鋁合金的車身材料是一條出路，因?yàn)殇X材比鋼材輕。但是，鋁材的加工成本高，而且沖壓及焊接技術(shù)要求比較特殊，以目前的技術(shù)尚不是一般廠家可以做得到的。因此除了個(gè)別轎車車身全部用鋁合金材外，大部分轎車還是局部零部件是用鋁合金，例如車圈,發(fā)動(dòng)機(jī)上蓋等。

為了使鋼材能盡量削減重量又能保持一定的強(qiáng)度，冶金工程師經(jīng)過多方試驗(yàn)發(fā)覺在低碳鋼內(nèi)加微量元素如鈮（Nb）或者鈦（Ti），生成這些微量元素的碳化物，經(jīng)外理可使軋制鋼板的拉拉強(qiáng)度達(dá)420牛頓/毫米平方，能夠深拉延，變形性好，可制成很薄的鋼板，鋼板厚度可小到0.5毫米以下。

在這些薄鋼板上通過電鍍等工藝，涂復(fù)鋅合金后再涂復(fù)一層塑料，既有鋼的高強(qiáng)度又有鋅,塑料等材料的耐腐蝕性，總質(zhì)量（重量）又等同于鋁合金，特別相宜汽車運(yùn)用。目前這種具有耐腐蝕鍍層的高強(qiáng)度鋼板已應(yīng)用在現(xiàn)代轎車上。

除了高強(qiáng)度薄鋼板外，現(xiàn)在還出現(xiàn)一種新型材料“泡沫金屬”?！芭菽饘佟笔?0世紀(jì)90代末才出現(xiàn)的新型材料，但應(yīng)用速度很快，有些新車型已經(jīng)采納了這種材料。“泡沫金屬”主要指泡沫鋁合金，它由粉末合金制成。通常的粉末合金是用粉末壓制成形，或用金屬粉未及塑料的混合物注射模制成形。

在除掉分型劑及增塑劑之后，將壓制的坯件燒結(jié)（一種溫度在1000℃左右的熱處理方式），使它們具有一定的特性。燒結(jié)的性質(zhì)及應(yīng)用范圍在很大程度上取決于孔隙率的大小。泡沫鋁合金密度很小，當(dāng)承受很大的外力而變形壓縮后，當(dāng)外力撤去，靠著它自身的彈性可復(fù)原到原來的形態(tài)，有點(diǎn)象橡膠。

專家認(rèn)為，若外來總能量假定為100%，泡沫鋁合金變形量為它的60%時(shí)，可承受外來總能量的60%。由于它本身具有一定的強(qiáng)度，可以經(jīng)過多次這樣的變形循環(huán)而不會(huì)損壞?！芭菽饘佟钡闹亓亢茌p，密度只是鋁合金材的1/4以下，熱膨脹系數(shù)及鋁合金材料一樣，熱導(dǎo)率又相當(dāng)?shù)?，加上它的變形?fù)原性能極佳，又有一定的強(qiáng)度，因此受到汽車業(yè)的重視，可以在輕量化及平安性方面顯示優(yōu)勢(shì)。

目前用泡沫鋁合金做成的汽車零部件有發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋,行李廂蓋,翼子板等。在平安性設(shè)計(jì)中，將泡沫金屬用作汲取碰撞能量的主要材料是特別相宜的。因?yàn)槟壳捌嚨钠桨苍O(shè)計(jì)不但要考慮乘用人的平安，還要考慮到其外車輛及行人的平安，即當(dāng)一旦發(fā)生碰撞時(shí)既可最大程度地愛護(hù)自己又要最大程度地愛護(hù)他人，因此在車身易發(fā)碰撞區(qū)域采納泡沫金屬是一種很好的選擇。

現(xiàn)在已有一種“