钢的热处理及工艺课件

1、第第9,10章：钢的热处理及工艺章：钢的热处理及工艺 序序 返回返回9.1 钢在加热时的转变钢在加热时的转变1、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程2、影响、影响A形成的因素形成的因素(T、v、成分、原始组织等、成分、原始组织等)3、A晶粒大小及其影响因素晶粒大小及其影响因素9.2 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变9.3 钢的退火和正火钢的退火和正火 9.4 钢的淬火钢的淬火1、淬火加热温度、淬火加热温度2、淬火冷却介质、淬火冷却介质3、淬火冷却方法、淬火冷却方法 9.5 钢的回火钢的回火1、淬火钢的回火转变与回火组织、淬火钢的回火转变与回火组织2、回火钢的性能、回火钢的性能3、回火种类、回火种

2、类4、回火脆性、回火脆性9.6 钢的淬透性钢的淬透性1、淬透性的概念、淬透性的概念2、淬透性的测定及表示方法、淬透性的测定及表示方法3、淬透性曲线的应用、淬透性曲线的应用4、淬透性与机械设计、淬透性与机械设计9.7 钢的表面淬火钢的表面淬火1、感应加热表面淬火、感应加热表面淬火2、火焰加热表面淬火、火焰加热表面淬火9.8 钢的化学热处理钢的化学热处理 钢的热处理钢的热处理 序序1/2 2/2一、钢的热处理一、钢的热处理：根据钢在固态下组织转变的规律，通过不同的加：根据钢在固态下组织转变的规律，通过不同的加热、保温和冷却，以改变其内部组织结构，达到改善钢材性能的热、保温和冷却，以改变其内部组织结

3、构，达到改善钢材性能的一种中工工艺。一种中工工艺。热处理一般由加热、保温、冷却三阶段组成。热处理一般由加热、保温、冷却三阶段组成。热处理的特点：热处理的特点：是只改变材料的内部组织，而工件外形及尺寸改变是只改变材料的内部组织，而工件外形及尺寸改变很小或不发生改变。其基本工艺可以用热处理工艺曲线来表示。很小或不发生改变。其基本工艺可以用热处理工艺曲线来表示。热处理是一种与铸、锻、焊等加工过程密切相关的工艺，为了能够热处理是一种与铸、锻、焊等加工过程密切相关的工艺，为了能够消除或改善上述过程中出现的某些组织结构缺陷需要进行一定的消除或改善上述过程中出现的某些组织结构缺陷需要进行一定的热处理。热处理

4、。热处理的目的热处理的目的：改善工件的使用性能及工艺性能，并能充分挖掘材：改善工件的使用性能及工艺性能，并能充分挖掘材料的潜力，从而提高工件的寿命和力学性能，为缩小工件尺寸、料的潜力，从而提高工件的寿命和力学性能，为缩小工件尺寸、减轻重量提供可能性。减轻重量提供可能性。热处理的工艺参数热处理的工艺参数：主要是加热速度、加热温度、保温时间和冷却主要是加热速度、加热温度、保温时间和冷却速度。速度。钢的热处理钢的热处理 序序2/2 返回返回二、热处理分类：二、热处理分类：1、通常的热处理工艺分为：退火、正火、淬火、回火；、通常的热处理工艺分为：退火、正火、淬火、回火；2、根据加热和冷却方法的不同分为

5、：常规热处理、化学热处理、根据加热和冷却方法的不同分为：常规热处理、化学热处理、表面热处理等多种热处理形式；表面热处理等多种热处理形式；3、根据热处理在工艺流程中的作用分为：、根据热处理在工艺流程中的作用分为： 预备热处理预备热处理：是为后序冷热加工和进一步热处理做准备，常为退：是为后序冷热加工和进一步热处理做准备，常为退火、正火或调质处理。火、正火或调质处理。 最终热处理最终热处理：使工件达到使用性能要求。常采用淬火回火、表：使工件达到使用性能要求。常采用淬火回火、表面热处理、化学热处理、形变热处理等。面热处理、化学热处理、形变热处理等。1、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程 返回返回FPF

6、CmAAC3A3Ar3PSA1AC1Ar1EFArcmAcmACcmA成分均匀化（成分均匀化（C原子在原子在A中扩散）中扩散）（点击看图（点击看图2）A形核（在形核（在F与与Cm的相界面上）的相界面上）A晶体长大（晶体长大（F向向A晶格重构、晶格重构、 Cm溶解、溶解、C原子原子向向A中扩散）中扩散）残余残余Cm溶解溶解（F晶格重构速度较快，先行消失晶格重构速度较快，先行消失一、钢的临界温度一、钢的临界温度在缓慢加热和冷却在缓慢加热和冷却时，其固态转变时，其固态转变的临界温度是由的临界温度是由相图决定。相图决定。二、加热时组织转二、加热时组织转变变是从室温组织转变是从室温组织转变为为A组织的过

7、程，组织的过程，故也称为奥氏体故也称为奥氏体化（化（A化）。化）。 （详述）（详述）A化一般包括四个连化一般包括四个连续转变过程：续转变过程：A化详述化详述 返回返回一、共析钢的一、共析钢的A化化： 据相图，将共析钢加热到据相图，将共析钢加热到A1以上温度后以上温度后,P处于不稳定状态。处于不稳定状态。1、在、在F与与Cm的交界处产生的交界处产生A晶核，这是由于晶核，这是由于FCm相界面上相界面上 原子排列不规则以及碳浓度不均匀，为优先形核提供了有原子排列不规则以及碳浓度不均匀，为优先形核提供了有 利条件，即既有利于利条件，即既有利于Fe的晶格由的晶格由BCC变为变为FCC，又有利于，又有利于

8、 Cm的溶解及碳向新生相的扩散；的溶解及碳向新生相的扩散；2、A晶核长大的过程：晶核长大的过程：FeFe的连续转变和的连续转变和Cm向向A的的 不断溶解。实验表明：在不断溶解。实验表明：在A长大的过程中，长大的过程中，F比比Cm先消失。先消失。3、残余、残余Cm的不断溶入的不断溶入A，直至，直至Cm全部消失；全部消失；4、A中含碳量逐渐均匀化。中含碳量逐渐均匀化。二、亚共析钢、过共析钢的二、亚共析钢、过共析钢的A化化： 以及先共析以及先共析F或二次或二次Cm继续向继续向A转变或溶解的过程，只有转变或溶解的过程，只有 加热温度超过加热温度超过A3或或Acm后，才能全部转变或溶入后，才能全部转变或

9、溶入A。3、A晶粒大小及其影响因素晶粒大小及其影响因素 返回返回一、奥氏体晶粒度（了解）一、奥氏体晶粒度（了解）A形成所需的时间较短，形成所需的时间较短，A成分均匀化所需的时间较长。成分均匀化所需的时间较长。A形成后，在继续加热过程中形成后，在继续加热过程中A晶粒大小要发生变化，晶粒大小要发生变化，需要区别三种有关需要区别三种有关A晶粒度的概念：晶粒度的概念：1、A起始晶粒度起始晶粒度：一般较小，难于测量，但通过快速：一般较小，难于测量，但通过快速短时加热可获得细晶粒，对热处理工艺有重要意义。短时加热可获得细晶粒，对热处理工艺有重要意义。2、A实际晶粒度实际晶粒度：是在具体条件下的晶粒大小，直

10、接：是在具体条件下的晶粒大小，直接影响钢的组织性能，具有重要的实际意义。影响钢的组织性能，具有重要的实际意义。3、A本质晶粒度：本质晶粒度：是在规定的加热条件下（是在规定的加热条件下（93010C，38h）所获得的）所获得的A晶粒大小，它表示了晶粒大小，它表示了A晶粒在高晶粒在高温时长大的倾向。温时长大的倾向。14级为本质粗晶粒钢；级为本质粗晶粒钢；58级为级为本质细晶粒钢。（见图本质细晶粒钢。（见图2-62所示）所示） 二、影响二、影响A晶粒长大的因素晶粒长大的因素 A晶粒的长大是一自发过程：晶粒的长大是一自发过程：曲折晶界变为平直晶界，大晶粒曲折晶界变为平直晶界，大晶粒吞并小晶粒。吞并小晶

11、粒。 凡是影响凡是影响A过程的因素均影响过程的因素均影响A晶粒的长大：晶粒的长大： 如加热温度如加热温度T； 加热速度加热速度v：越快，：越快，A的形成温度越高；的形成温度越高； 保温时间保温时间：长。短。：长。短。 未溶碳化物对晶界推移的阻碍作用：未溶碳化物对晶界推移的阻碍作用： 合金元素除合金元素除Mn、P外一般均有阻碍作用；外一般均有阻碍作用；钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变返回 钢经加热获得钢经加热获得A组织，其最终性能是由随后的冷却所得到的组织来决定，因此组织，其最终性能是由随后的冷却所得到的组织来决定，因此控制控制A在冷却时的转变过程是获得所需性能的关键。深入研究在冷却时的

12、转变过程是获得所需性能的关键。深入研究A在冷却时的转在冷却时的转变规律则需掌握变规律则需掌握A冷却方式、过冷冷却方式、过冷A等温转变曲线、过冷等温转变曲线、过冷A连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线等内容。等内容。(补充等温转变曲线的建立）补充等温转变曲线的建立）A冷却方式分为：等温冷却和连续冷却两种。冷却方式分为：等温冷却和连续冷却两种。过冷过冷A等温转变曲线：综合反映过冷等温转变曲线：综合反映过冷A在不同过冷度下等温转变的过程，转变开始和终了在不同过冷度下等温转变的过程，转变开始和终了 时间、转变产物和转变量与温度和时间的关系曲线，又称为时间、转变产物和转变量与温度和时间的关系曲线，又称为C曲

13、线。曲线。影响过冷影响过冷A等温转变（等温转变（C曲线或曲线或TTT曲线）的因素：曲线）的因素：1、A碳浓度：亚、过共析钢的先共析转变区；碳浓度：亚、过共析钢的先共析转变区； 2、合金元素：除、合金元素：除Co、Cu之外，大多数溶入之外，大多数溶入A的合金元素都增大过冷的合金元素都增大过冷A的稳定性，使的稳定性，使C曲曲 线右移，其中有些合金元素（线右移，其中有些合金元素（Cr、W、Mo、V)还使还使C曲线形状发生变化，曲线形状发生变化， 使使C曲线分为两个部分形成两个鼻尖。（若以未溶碳化物存在时，降低过曲线分为两个部分形成两个鼻尖。（若以未溶碳化物存在时，降低过 冷冷A的稳定性，使的稳定性，

14、使C曲线左移。）曲线左移。）3、A的原始组织、加热的原始组织、加热T、保温时间都会影响、保温时间都会影响A的晶粒度和均匀性，从而影响的晶粒度和均匀性，从而影响C曲线形状。曲线形状。C曲线与曲线与CCT曲线的区别：曲线的区别：1、CCT曲线的位置比曲线的位置比C曲线靠右下方，过冷曲线靠右下方，过冷A转变的孕育区长，转变温度也低；转变的孕育区长，转变温度也低；2、在高温转变区，连续冷却转变往往得到混合组织，组织晶粒外细内粗，而等温转变的、在高温转变区，连续冷却转变往往得到混合组织，组织晶粒外细内粗，而等温转变的 产物为单一组织且均匀一致。连续冷却较难得到产物为单一组织且均匀一致。连续冷却较难得到B

15、，M转变较完全。等温转变则相反。转变较完全。等温转变则相反。补充等温转变曲线的建立补充等温转变曲线的建立 返回返回等温冷却等温冷却 返回返回C曲线：反映了转变产物与转变温度、时间之间的关系。1、三种组织转变A1550C为P区550C Ms为B区；Ms Mf为M区。AR的含义：参见组织形态图：2、过冷A转变分为三个区域：转变曲线以左；转变曲线之间；转变终了曲线。过冷A P开始形成 P形成中间 P形成结束P HRC1020S HRC2530T HRC3040B上 HRC4045B下 HRC5060贝氏体型贝氏体型马氏体型马氏体型珠你体型珠你体型240CMS（M始）Mf（M终了线）温度温度C时间/s

16、三种组织转变三种组织转变 返回返回1 1、P P区区：A A分解为分解为F F和和CmCm相间的片层状组织，是靠相间的片层状组织，是靠FeFe与与C C原子长距离扩散迁移，原子长距离扩散迁移，F F 和和CmCm交替形核长大而形成的；随温度的降低，交替形核长大而形成的；随温度的降低，加大，过冷加大，过冷A A稳定性稳定性 变小，孕育期变短，变小，孕育期变短，P P的片间距变小，组织变细；的片间距变小，组织变细； A1A1 650C 650C 为珠光体为珠光体P P；d=0.6-1d=0.6-1微米微米 P P区产物：区产物：650650 600C600C为索氏体为索氏体S S；d=0.25-0

17、.3d=0.25-0.3 600 600 550C550C为屈氏体为屈氏体T;d=0.1-0.15T;d=0.1-0.152 2、B B区区：转变温度较低，：转变温度较低，FeFe与与C C原子的扩散，转变产物的形态、性能及转变过原子的扩散，转变产物的形态、性能及转变过程都与程都与P P不同，是含过饱和碳的不同，是含过饱和碳的F F和和CmCm的非片层状混合物。按组织形态分为：的非片层状混合物。按组织形态分为： 550550 350C350C为为B B上上：是自原：是自原A A晶界向晶内生长的晶界向晶内生长的F F板条，具有羽毛状板条，具有羽毛状 B B区产物：区产物： 的金相特征，条间有的金

18、相特征，条间有CmCm。 350350 240C240C为为B B下下：呈一定角度的片状：呈一定角度的片状F F与其内部沉淀的碳化物，显与其内部沉淀的碳化物，显 微镜下常呈色针状形态。微镜下常呈色针状形态。3 3、M M区区：原子已不能进行迁移，只能进行无扩散型相变，母相成分不变，得到：原子已不能进行迁移，只能进行无扩散型相变，母相成分不变，得到 M M组织，相变速度极快。组织，相变速度极快。M M其实是大量过饱和碳的其实是大量过饱和碳的 固溶体。固溶体。 即使冷却到即使冷却到M M转变终了温度，也不能使所有转变终了温度，也不能使所有A A都转变成都转变成MM成为成为A AR R。 M M区产

19、物：板条区产物：板条M M：含：含C C量量0.2%0.2%； 针状针状M M：含：含C C量量1.0%1.0%；介于；介于0.2 0.2 1.0% 1.0%为混合为混合M M。 组织形态图组织形态图 返回返回图5.20 上贝氏体与下贝氏体的电子显组织(a)上贝氏体（5000）；(b)下贝氏体(10000 )ab图5.19 上贝氏体与下贝氏体的光学金相组织(a)上贝氏体（1000）；(b)下贝氏体(500 )a b掌握掌握影响影响C曲线的因素曲线的因素 返回返回1 1、A A成分的影响成分的影响(1)(1)含碳量对含碳量对C C曲线的影响；曲线的影响； (2)(2)合金元素对合金元素对C C曲

20、线的影响：曲线的影响： 改变位置：大多数会延缓过冷改变位置：大多数会延缓过冷A A的分解，使的分解，使C C曲线右移；曲线右移； 改变形状：使改变形状：使P P区与区与B B区分开（区分开（b b及及d d）。甚至）。甚至P P区消失（如区消失（如c c）。）。2 2、A A状态的影响（状态的影响（A A晶粒度晶粒度细，则左移；组织不均匀细，则左移；组织不均匀左移；左移；T T等）等） 加热温度和保温时间：加热温度和保温时间： 提高提高T T或延长保温时间，或延长保温时间， 使使A A成分更为均匀，且成分更为均匀，且 由于由于A A晶粒的长大，晶晶粒的长大，晶 界面积减少，不利于界面积减少，不

21、利于A A 晶粒的形核与长大，因晶粒的形核与长大，因 此提高了此提高了A A的稳定性，的稳定性， 使使C C曲线右移。曲线右移。3 3、应力和塑性变形的影响、应力和塑性变形的影响 拉应力加速分解，等向拉应力加速分解，等向 压应力则阻碍；塑变加速。压应力则阻碍；塑变加速。含碳量及合金元素对含碳量及合金元素对C曲线的影响曲线的影响 返回返回 图5.22 含碳量对C曲线的影响亚共析钢 共析钢 过共析钢过冷过冷A连续冷却转变曲线连续冷却转变曲线 返回返回钢在连续冷却过程中，钢在连续冷却过程中，只要只要 T与等温转变与等温转变的相同，则组织与性的相同，则组织与性能相似。能相似。1P+M1P+M；2S2S

22、；3T3T；4T+M4T+M；5M+5M+少量少量A AR R；6M+6M+少量少量A AR R*对于碳钢而言，对于碳钢而言，条件条件3及及4也难以得也难以得到到B组织。组织。随炉冷却随炉冷却空气中冷却空气中冷却风冷风冷油冷油冷水冷水冷转变终了线转变终了线转变转变开始线开始线VkMs时间时间温度温度A1临界冷速VK 图图5.24 共析钢的连续冷却速度对其组织与性能的影响共析钢的连续冷却速度对其组织与性能的影响 P、B、M相变相变参见（参见（P244-264） 1 P相变相变高温相变高温相变要点：珠光体形核的本质、领先相、相间沉淀等的机理（解释）要点：珠光体形核的本质、领先相、相间沉淀等的机理（

23、解释）-普遍认可普遍认可在在A晶界上优先形核。晶界上优先形核。普遍被认可的相变机理：普遍被认可的相变机理： 1.1 渗碳体和铁素体均可成为相变的领先相；渗碳体和铁素体均可成为相变的领先相； 1.2 过共析钢以渗碳体为领先相，亚共析钢则为过共析钢以渗碳体为领先相，亚共析钢则为F，共析钢则两相均可；，共析钢则两相均可； 1.3 过冷度小时以渗碳体为领先相过冷度小时以渗碳体为领先相; 过冷度大时铁素体为领先相过冷度大时铁素体为领先相.因未能直接实验验证，尚无定论。因未能直接实验验证，尚无定论。也有人认为也有人认为P相变是两个共析共生，其出发点是相变是两个共析共生，其出发点是 两相以相界面有机结合、有

24、序配合；彼此间存在晶体学位向关系；相对量上具两相以相界面有机结合、有序配合；彼此间存在晶体学位向关系；相对量上具有一定的比例关系。认为有一定的比例关系。认为P是个整合体，是个整合体，P晶核是两相，否认领先相的存在。晶核是两相，否认领先相的存在。其其P的形成可描述：的形成可描述：A(贫碳区贫碳区+富碳区）富碳区）晶核晶核P（F+Fe3C)P团。团。P形成的分枝机制形成的分枝机制,见见P244图图9-15以渗碳体或以渗碳体或F为领先相机制为领先相机制(右图右图)(HullMehl mechanism for pearlite initiation)Formation of a binodule.

25、Note that the formation of a in 2 (b) can catalyze the formation of u in both 1 and 2 (c).Light micrograph of a series of uninodules (A) and binodules (B) in a partially transformed eutectoidsteel. Note that pearlite initiation is almost exclusively at the grain boundaries. In addition, complete cov

26、erage of the boundaries has led to site saturation. The approximate positions of the grain boundaries are delineated by the heavy lines. (Computer enhanced image, from an original in Mehl )以渗碳体或F为领先相(HullMehl mechanism for pearlite initiation)珠光体形成时珠光体形成时C的扩散示意图及形态的扩散示意图及形态Radial and Parallel Pearli

27、te Growth随着形成温度的降低，形态上趋于随着形成温度的降低，形态上趋于放射状，平行状减少放射状，平行状减少粒状粒状P的形成的形成 粒状粒状P： 颗粒状的颗粒状的Cm分布在连续的分布在连续的F基体中基体中（见（见P247中的图中的图9-22） 粒状粒状P的形成方式：的形成方式： （1）控制）控制A化条件，使化条件，使A晶粒内存在大量均匀弥散的晶粒内存在大量均匀弥散的Cm晶核时，晶核时，且且A成分不均匀时，在成分不均匀时，在A1线稍下的温度由过冷线稍下的温度由过冷A直接形成；直接形成；（2）片状）片状P通过球化退火工艺完成：将钢加热到略低于通过球化退火工艺完成：将钢加热到略低于A1的温度，

28、的温度，长时间保温。长时间保温。其球化驱动力其球化驱动力是是F与与Cm间相界面（或界面能）的减间相界面（或界面能）的减少；少；（3）对高碳钢，以淬火）对高碳钢，以淬火+高温回火工艺实现。高温回火工艺实现。片状片状P、粒状、粒状P等组织的性能对比：等组织的性能对比： 见见P246中的图中的图9-19、20、21、23伪共析伪共析P的概念的概念 实际冷却条件下先共析相（实际冷却条件下先共析相（F或或Cm）的析出数）的析出数量随着冷却速度的加快而减少。量随着冷却速度的加快而减少。 P248 图图24 偏离共析成分的偏离共析成分的A快速冷却到快速冷却到A1以下一定的温度以下一定的温度范围所发生的范围所

29、发生的P相变。因此相变。因此S和和T都属于伪共析都属于伪共析P。2 M相变相变低温相变低温相变（1）M的晶体结构的晶体结构 M的本质是碳在的本质是碳在-Fe中的过饱和间隙固溶体；中的过饱和间隙固溶体； M的晶体结构与成分有关：极低碳钢或无碳合钢的晶体结构与成分有关：极低碳钢或无碳合钢-体心立方；体心立方； 含碳较高的钢含碳较高的钢-体心正方，体心正方，参见参见P249图图9-25及及26。 （2）M的组织形态的组织形态（两种基本形态）（两种基本形态）P250 图图27-34 板条板条M低碳低碳M位错位错M 片状片状M高碳高碳M孪晶孪晶M（3）M的形态与含碳量、的形态与含碳量、Ms点的联系点的联

30、系 P252 图图35（4）M的高强度、高硬度的高强度、高硬度：碳原子的固溶强化、相变强化、时效：碳原子的固溶强化、相变强化、时效强化；强化；（5）M的韧性与其亚结构相关的韧性与其亚结构相关 P253（6）M相变特点相变特点：无扩散性、切变共格性、具有特定的惯习面和无扩散性、切变共格性、具有特定的惯习面和位向关系（主要有位向关系（主要有K-S和西山关系二种）、在一定温度范围进行、和西山关系二种）、在一定温度范围进行、相变具有不完全性、可逆性相变具有不完全性、可逆性（7）应用举例）应用举例 P2583 B相变相变中温相变中温相变 （P259- ）（1）B形态与形态与A中含碳量、合金元素、转变温度

31、有关：中含碳量、合金元素、转变温度有关：羽毛状上羽毛状上B： 0.4%C的中、高碳钢，形成温度范围是的中、高碳钢，形成温度范围是600-350 形貌特征是：形貌特征是：-过饱和的过饱和的F由由A晶界向晶内长成条状，晶界向晶内长成条状，F条与条间条与条间为断续的、短杆状为断续的、短杆状Cm（或（或Ar），），F中存在位错緾结；中存在位错緾结；针状的下针状的下B：过饱和的片状过饱和的片状F+于于F内部析出的微细内部析出的微细 ，具，具有六方结构，成分不固定；与有六方结构，成分不固定；与BF的长轴呈的长轴呈55-65；黑针状；黑针状F的的过饱和度高于上过饱和度高于上B中的中的F；亚结构也是高密度的位

32、错，无孪晶。；亚结构也是高密度的位错，无孪晶。粒状粒状B：为大块状或针状为大块状或针状F内分布着岛状颗粒，高温下是内分布着岛状颗粒，高温下是A，低温下，低温下可是可是Ar或或P或或M。常见于中碳成分以下的钢中，形成于上。常见于中碳成分以下的钢中，形成于上B形成形成温度的上部分区间。温度的上部分区间。（2）B的性能的性能 与与B的形态有关，上的形态有关，上B硬度低，因具方向性使韧性变差，应避免硬度低，因具方向性使韧性变差，应避免形成；下形成；下B具有良好的综合力学性能，等温淬火工艺可得下具有良好的综合力学性能，等温淬火工艺可得下B；粒粒B中的岛状物有第二相强化作用。中的岛状物有第二相强化作用。（

33、3）B相变的特点相变的特点CFex（3）B相变的特点相变的特点 I 是形核与长大的过程是形核与长大的过程（有孕育期）（有孕育期） II BF按按M相变机制进行相变机制进行 （共析钢：上（共析钢：上BF与与A符合符合K-S关系；下关系；下BF与与A符合西山关系）符合西山关系） III B中碳化物的分布与形成温度有关中碳化物的分布与形成温度有关，P263 图图9-51 IV W氏组织的形成：氏组织的形成：在较快的冷却速度下，在较快的冷却速度下，F沿沿A某一特定晶面某一特定晶面（惯习面（惯习面-111r）析出，并与母相存在晶体学位向关系（）析出，并与母相存在晶体学位向关系（K-S）。）。特征是近于平

34、行的一些针状特征是近于平行的一些针状F（或（或Cm）由）由A晶界向晶内生长。晶界向晶内生长。参参见见P263 图图52； W的影响因素：的影响因素：含碳量（含碳量（1.2%C）、）、A晶粒大小（过晶粒大小（过于粗大于粗大加热温度过高）加热温度过高）、冷却速度（较快）、冷却速度（较快） W是过热缺陷组织是过热缺陷组织：会降低力学性能（：会降低力学性能（esp.塑、韧性），提高脆塑、韧性），提高脆性转折温度，材料易脆断性转折温度，材料易脆断 措施：措施：避免避免A晶粒粗化，可采用控制轧制、降低终锻温度、控制晶粒粗化，可采用控制轧制、降低终锻温度、控制锻后冷却速度或其他热处理工艺锻后冷却速度或其他热

35、处理工艺9.3 预先热处理的目的与常用工艺预先热处理的目的与常用工艺(1/2) 2/2 返回返回目的：改善毛坯或半成品件的组织性能或为最终热处理及其它目的：改善毛坯或半成品件的组织性能或为最终热处理及其它 终加工处理作好组织准备。终加工处理作好组织准备。常用工艺：退火、正火、调质。常用工艺：退火、正火、调质。1、退火：、退火：工艺参见图。工艺参见图。亚共析钢亚共析钢：Ac3以上；过共析钢：稍高于以上；过共析钢：稍高于Ac1；球化退火球化退火：使二次使二次Cm及及P中的中的Cm球化球化，加热温度取稍高于，加热温度取稍高于Ac1，以保留较多未，以保留较多未溶碳化物粒子或较大的溶碳化物粒子或较大的A

36、中碳浓度分布的不均匀性，促进球状碳化物的形成。中碳浓度分布的不均匀性，促进球状碳化物的形成。而而Ac3或或Accm以上完全退火，组织完全以上完全退火，组织完全A化，冷却后得到的是片层状组织。化，冷却后得到的是片层状组织。重结晶退火重结晶退火低温退火低温退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火普通退火普通退火等温退火等温退火均匀化退火均匀化退火普通球化退火普通球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火退火退火等温球化退火等温球化退火均低于均低于Ac1各种退火工艺 返回退火 返回正火时间时间 扩散退火扩散退火完全退火完全退火球化退火球化退火去应力退火去应力退火正火正火 再结晶退火

37、再结晶退火Ac3Ac1温度温度/图：各种退火及正火的工艺曲线图：各种退火及正火的工艺曲线图图 球状（或粒状）珠光体组织球状（或粒状）珠光体组织 返回返回9.3 预先热处理的目的与常用工艺预先热处理的目的与常用工艺(2/2) 返回返回2、正火、正火 正火：正火：将钢加热到将钢加热到Ac3或或Accm以上以上30 50C（参见（参见P278图图10-1），）， 完全完全A化后从炉中取出空冷的热处理工艺。化后从炉中取出空冷的热处理工艺。正火与退火的区别正火与退火的区别： 在于冷速在于冷速组织和性能的差异组织和性能的差异 正火的主要应用：正火的主要应用：1）普通结构钢件的最终热处理；）普通结构钢件的最

38、终热处理；2）低、中碳结构钢的预先热处理，可获得适当的硬度，便于切）低、中碳结构钢的预先热处理，可获得适当的硬度，便于切削加工；削加工；3）消除过共析钢中产生的网状二次渗碳体，为球化退火作组织）消除过共析钢中产生的网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。准备。9.4 钢的淬火钢的淬火(T、冷却方法及介质）、冷却方法及介质）(P282) 返回返回1、淬火加热温度：、淬火加热温度：亚共析：亚共析：Ac3+3050完全淬火；完全淬火；过共析：过共析：Ac1+ 3050不完全淬火；不完全淬火； 因需保留预先热处理因需保留预先热处理 球化组织中的部球化组织中的部分碳化物，分碳化物， 得到细小得到细小M粒状

39、碳化物粒状碳化物 少量少量AR的组织。（备注）的组织。（备注） 2、淬火冷却方法：、淬火冷却方法：一般碳钢（淬透性低）：水淬；一般碳钢（淬透性低）：水淬；合金钢及尺寸合金钢及尺寸310mm的小碳钢件：油淬；的小碳钢件：油淬；较大的简单碳钢件或易产生淬火缺陷的复杂件：双液较大的简单碳钢件或易产生淬火缺陷的复杂件：双液淬；淬；尺寸不大的合金钢刀具：分级淬；（可有效减少淬火尺寸不大的合金钢刀具：分级淬；（可有效减少淬火应力）应力）形状复杂、要求变形小或韧性高的合金钢件：等温淬形状复杂、要求变形小或韧性高的合金钢件：等温淬火；火；精密量具、模具、偶件：深冷处理。（参见备注）精密量具、模具、偶件：深冷处

40、理。（参见备注）图图5.28 碳钢的淬火加热温度范围碳钢的淬火加热温度范围注：请分析加热温度的高低对组织及性能有何影响？理想的淬火冷却曲线如理想的淬火冷却曲线如P286图图10-4所示所示 Why?图图10-5 不同淬火冷却方法示意图不同淬火冷却方法示意图1单介质淬火单介质淬火 2双介质淬火双介质淬火3分级淬火分级淬火 4等温淬火等温淬火250400C盐浴中等温0.52h后空冷，得B下组织3、淬火冷却介质（也可参见书中、淬火冷却介质（也可参见书中P286的表的表10-2 ） 比较各种冷却介质的特点、适用范围及局限。比较各种冷却介质的特点、适用范围及局限。 9.5 钢的回火（转变、组织及种类）钢

41、的回火（转变、组织及种类）(1/3) 2/3 (P268、292) 返回返回回火转变的依据回火转变的依据：回火处理的目的回火处理的目的： 部分消除淬火组织中的不平衡性（如热应力等），以保持部分消除淬火组织中的不平衡性（如热应力等），以保持 相对硬化的结构与此性能状态。相对硬化的结构与此性能状态。随着温度的升高，回火过程中的组织变化：随着温度的升高，回火过程中的组织变化： 1、M的分解：的分解：C的逐渐析出与形成过渡型碳化物的逐渐析出与形成过渡型碳化物 等；等； 2 2、AR的分解：形成过渡型碳化物与过饱和的分解：形成过渡型碳化物与过饱和 相；相； 3、 碳化物转变为碳化物转变为Cm，以及，以及

42、Cm的聚集长大；的聚集长大； 4、 相的再结晶：由针片状转变为等轴状。相的再结晶：由针片状转变为等轴状。 最终得到无应力的最终得到无应力的F与与Cm的混合物。的混合物。回火产物回火产物： 250250 300300CC为回火为回火M M； 300300 500500CC为回火为回火T T； 500500 650650CC为回火为回火S S： 500500 600600CC为等轴为等轴F F粒状粒状CmCm； 600600，CmCm聚集长大，直至聚集长大，直至A1A1时严重粗化，成为时严重粗化，成为 淬火钢回火时组织变化表淬火钢回火时组织变化表 球状球状CmCm与与F F的平衡组织（球状的平衡组

43、织（球状P P组织）组织） 回火工艺分类回火工艺分类自发转变趋势Fe、C原子的扩散稳定组织（F+Cm）非平衡组织M及AR淬火钢回火时组织变化淬火钢回火时组织变化回火阶段回火阶段温度范围温度范围（C）回火组织结构回火组织结构性能变化特点性能变化特点第一阶段：第一阶段：M的分解的分解200M回回（过饱和固溶体和与过饱和固溶体和与其共格的细小弥散的其共格的细小弥散的相相Fe2.4C）晶格畸变降低，淬火内晶格畸变降低，淬火内应力减小，硬度基本不应力减小，硬度基本不变，但韧性提高。变，但韧性提高。第二阶段：第二阶段：AR的分解的分解350500M回回为主：残余奥氏体转变为主：残余奥氏体转变为为B下下，M

44、继续分解。继续分解。硬度降低不大，淬火应硬度降低不大，淬火应力进一步降低。力进一步降低。第三阶段：第三阶段： 碳化物转变碳化物转变为为Cm250400T回（回（ 相转变为相转变为Fe3C，组，组织由针状织由针状F和弥散分布的细和弥散分布的细粒状粒状Fe3C构成）。构成）。淬火应力大部分消除，淬火应力大部分消除，钢的强度和硬度下降，钢的强度和硬度下降，塑性升高，弹性最好。塑性升高，弹性最好。第四阶段：第四阶段： 相的再结晶相的再结晶400Fe3C聚集长大，聚集长大，F发生回复发生回复和再结晶。和再结晶。强度、硬度继续下降，强度、硬度继续下降，塑性继续升高。塑性继续升高。表表 回火分类回火分类类别

45、类别回火温度回火温度C组织与硬度组织与硬度HRC回火目的回火目的应用举例应用举例低温回火低温回火150250回回M，5864保持高硬度高耐磨性，消保持高硬度高耐磨性，消除应力，降低脆性除应力，降低脆性刀具、量具、渗碳刀具、量具、渗碳件、表面淬火件、件、表面淬火件、轴承轴承中温回火中温回火350500回回T，3550获得高的屈服强度和弹性获得高的屈服强度和弹性极限极限弹簧、弹簧夹头、弹簧、弹簧夹头、模锻锤杆模锻锤杆高温回火高温回火500650回回S，2535得到高的综合机械性能得到高的综合机械性能连杆、轴类连杆、轴类9.5 钢的回火钢的回火(2/3) 3/3 返回返回回火组织与连续冷却组织或等温

46、冷却组织的区别，尤其是中回火组织与连续冷却组织或等温冷却组织的区别，尤其是中高温回火之后：高温回火之后：连续冷却或等温冷却所得的连续冷却或等温冷却所得的T与与S：片层状结构；：片层状结构；回火回火T与回火与回火S：则是粒状：则是粒状Cm分布于分布于F基体上，组织微细，第基体上，组织微细，第 二相是均匀细小的弥散状态，强度和韧性配合二相是均匀细小的弥散状态，强度和韧性配合 良好。良好。 低碳钢的板条低碳钢的板条M本身就处于强韧组织状态，只需本身就处于强韧组织状态，只需200以下回以下回火，以保持其强韧性。火，以保持其强韧性。影响因素：影响因素：添加合金元素可使回火阶段移向更高的温度，即能添加合金

47、元素可使回火阶段移向更高的温度，即能 消除淬火内应力，又能保证回火消除淬火内应力，又能保证回火M的稳定性，使强的稳定性，使强 度和硬度不致降低。度和硬度不致降低。9.5 钢的回火后的性能及回火脆性钢的回火后的性能及回火脆性(3/3) 返回返回淬火钢不能直接使用的原因有三淬火钢不能直接使用的原因有三：1、高应力状态，易引起变形和开、高应力状态，易引起变形和开裂；裂；2、组织处于亚稳定状态，使用中、组织处于亚稳定状态，使用中会发生组织、性能和尺寸变化；会发生组织、性能和尺寸变化；3、淬火组织中的片、淬火组织中的片M硬而脆，达硬而脆，达不到零件的力学性能要求。不到零件的力学性能要求。回火性能主要取决

48、于回火温度。回火性能主要取决于回火温度。 回火时间大都为回火时间大都为13h，空冷，空冷低温回火脆性：低温回火脆性：250400C回火时，回火时，沿沿M片边界析出脆性薄壳状碳化物，片边界析出脆性薄壳状碳化物，引起韧性下降的现象。为不可逆回引起韧性下降的现象。为不可逆回火脆性。（火脆性。（请同学解释请同学解释）高温回火脆性：高温回火脆性：在在500650C回火后回火后 缓冷，韧性突然降低的现象。为可缓冷，韧性突然降低的现象。为可逆回火脆性（回火后快冷可避免）逆回火脆性（回火后快冷可避免） （请同学解释请同学解释） 图： 回火温度对50钢力学性能的影响点击此看点击此看“影响因素及解决措施影响因素及

49、解决措施”影响因素及措施：影响因素及措施：对低温回火脆性而言：温度范围。对低温回火脆性而言：温度范围。措施：措施：避免在脆化温度范围回火；提高回避免在脆化温度范围回火；提高回火温度使碳化物聚集球化，以减轻和消除火温度使碳化物聚集球化，以减轻和消除界面脆化；界面脆化；对高温回火脆性而言：温度范围、冷却速对高温回火脆性而言：温度范围、冷却速度及杂质元素。度及杂质元素。措施：措施：回火保温后快速冷却，以减轻杂质回火保温后快速冷却，以减轻杂质原子向晶界的偏聚。原子向晶界的偏聚。9.6 钢的淬透性钢的淬透性(P288) 返回返回9.6.1 淬透性的概念淬透性的概念 9.6.3 淬透性曲线的应用淬透性曲线

50、的应用9.6.2 淬透性的测定及表示方法淬透性的测定及表示方法 9.6.4 淬透性与机械设计淬透性与机械设计 淬火原则与淬透性淬火原则与淬透性 1、淬硬：尽量获得全、淬硬：尽量获得全M组织；组织；淬火原则：淬火原则： 2、淬透：避免非、淬透：避免非M组织；组织； 3、尽量使用缓和的冷却介质。、尽量使用缓和的冷却介质。淬透性：是材料的一种属性，指经淬透性：是材料的一种属性，指经A化的材料接受淬化的材料接受淬火的能力，即在相同条件下获得较大深度火的能力，即在相同条件下获得较大深度M的能的能力。力。临界淬透直径：在某介质中材料中心处获得临界淬透直径：在某介质中材料中心处获得50M的试样尺寸。用以衡量

51、材料的淬透性。的试样尺寸。用以衡量材料的淬透性。 不同材料、不同尺寸的零件，接受淬火的能力不同材料、不同尺寸的零件，接受淬火的能力不同；不同；同样材料制成的不同尺寸的零件，在同样介质同样材料制成的不同尺寸的零件，在同样介质中冷却接受淬火的能力不同（参见右图）。中冷却接受淬火的能力不同（参见右图）。9.6.1 淬透性的概念淬透性的概念(P289) 返回返回概念概念：奥氏体化后钢淬火后：奥氏体化后钢淬火后获得获得M的能力。的能力。衡量：衡量：用钢在一定条件下淬用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。火获得淬透层的深度表示。淬透层越深，钢的淬透性越淬透层越深，钢的淬透性越好。好。关键点关键点：钢在

52、某种介质中淬：钢在某种介质中淬火时，其淬透层深度与工件火时，其淬透层深度与工件从表面到心部各点的冷却速从表面到心部各点的冷却速度有关。度有关。若中心的冷速若中心的冷速临界冷却速临界冷却速度度Vk ，全，全M组织组织淬透；淬透；若中心的冷速若中心的冷速Vk，则心部，则心部出现非出现非M组织组织未淬透；未淬透； 淬透层深度：淬透层深度：淬火钢件表面至半马淬火钢件表面至半马氏体氏体M区的距离。区的距离。淬透性的本质：在于过冷奥氏体的淬透性的本质：在于过冷奥氏体的稳定性。过冷稳定性。过冷A越稳定，越稳定，C曲线右移，曲线右移， Vk越小。越小。影响因素：钢的化学成分及影响因素：钢的化学成分及A化温度化

53、温度图图10-79.6.2 淬透性的测定及表示方法淬透性的测定及表示方法(P290) 返回返回末端淬火法（端淬法）：末端淬火法（端淬法）：标样标样A化化于末端淬火装置上喷水冷却。于末端淬火装置上喷水冷却。结果：结果：沿轴线方向上冷却速度逐渐减小，以末端为最大。沿轴线方向上冷却速度逐渐减小，以末端为最大。检测：检测：测出沿轴线方向上的硬度分布曲线，可得钢的淬透性曲线。测出沿轴线方向上的硬度分布曲线，可得钢的淬透性曲线。比较：不同的钢种，淬透性不同，获得同一性能的冷却方法不同或比较：不同的钢种，淬透性不同，获得同一性能的冷却方法不同或同一冷却方法所得的性能不同。见上图。同一冷却方法所得的性能不同。

54、见上图。图图10-99.6.3 淬透性曲线的应用淬透性曲线的应用(P291) 返回返回1、根据淬透性曲线可以比、根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小较不同钢种的淬透性大小2、利用淬透性曲线可以确、利用淬透性曲线可以确定钢棒的临界淬火直径定钢棒的临界淬火直径3、利用淬透性曲线可推算、利用淬透性曲线可推算圆钢淬火后横截面上的硬圆钢淬火后横截面上的硬度分布度分布图图10-119.6.4 淬透性与机械设计淬透性与机械设计 返回返回9.7 钢的表面淬火钢的表面淬火 (P296) 返回返回表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。表面淬火：仅对工件表层进行淬火的热处理工艺。原理：快速加热表层至原理

55、：快速加热表层至A化，随即迅速冷却获得表面淬火组织；化，随即迅速冷却获得表面淬火组织； 在提高表面硬度与耐磨性的同时，保持内部原有组织与性能。在提高表面硬度与耐磨性的同时，保持内部原有组织与性能。常用工艺：常用工艺： 工件放在有足够功率输出的感应线圈之中，在高频交变磁工件放在有足够功率输出的感应线圈之中，在高频交变磁 感应加热表面淬火：场作用下，工件表面形成了强大的感应电流，使工件表面感应加热表面淬火：场作用下，工件表面形成了强大的感应电流，使工件表面 迅速升温继之表面淬火的工艺方法。迅速升温继之表面淬火的工艺方法。 火焰加热表面淬火：将高温火焰或燃烧后的炽热气体喷向工件表面，使其迅速火焰加热

56、表面淬火：将高温火焰或燃烧后的炽热气体喷向工件表面，使其迅速 加热到淬火温度，然后在一定的淬火介质中冷却的方法。加热到淬火温度，然后在一定的淬火介质中冷却的方法。 利滚轮或其它接触器和工件间的接触电阻，通以低电压利滚轮或其它接触器和工件间的接触电阻，通以低电压 电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火 的大电流，使工件表面迅速加热的大电流，使工件表面迅速加热A化，滚轮移去后靠自化，滚轮移去后靠自 身未加热部分的热传导达到激冷淬火，淬后无需回火。身未加热部分的热传导达到激冷淬火，淬后无需回火。 盐浴表面淬火；盐浴表面淬火； 利用高能量密度的利用高能量密度的CO2激光束或加速的电子束辐照、激光束或加速

57、的电子束辐照、 电火花表面硬化；电火花表面硬化； 轰击表面，使工件表面加热并自冷淬火。其加热速度轰击表面，使工件表面加热并自冷淬火。其加热速度 激光、电子束表面淬火激光、电子束表面淬火 高于感应加热与火焰加热，对工件的热影响极小，淬高于感应加热与火焰加热，对工件的热影响极小，淬 火后的表面硬度极高，或获得很薄又不宜剥落的硬化火后的表面硬度极高，或获得很薄又不宜剥落的硬化 层，且变形极小。层，且变形极小。感应加热表面淬火感应加热表面淬火(P297) 返回返回感应线圈感应线圈通交流电通交流电 交变磁场的产生交变磁场的产生 感应电流的产生感应电流的产生集肤效应使表面瞬集肤效应使表面瞬时达高温而心部几

58、乎不受影响时达高温而心部几乎不受影响立即喷立即喷淋冷却剂使表层淬硬。淋冷却剂使表层淬硬。淬硬层深度淬硬层深度h：感应电流透入工件表层的深度。：感应电流透入工件表层的深度。 电流频率越高，深度越小，加热层则越薄。电流频率越高，深度越小，加热层则越薄。按交变电流的频率分类：按交变电流的频率分类：1、高频：、高频：200300kHZ， h 为为0.52.0mm； 中小模数齿轮及中小尺寸轴类零件。中小模数齿轮及中小尺寸轴类零件。2、超音频：、超音频：3060kHZ， h 为为2.53.5mm； 齿轮、花键轴、凸轮轴、曲轴等。齿轮、花键轴、凸轮轴、曲轴等。3、中频：、中频： 28kHZ， h 为为310

59、mm； 较大尺寸轴和大中模数齿轮等。较大尺寸轴和大中模数齿轮等。4、工频：、工频：50kHZ， h 为达为达1015mm以上。以上。 较大直径零件的穿透加热以及大直径较大直径零件的穿透加热以及大直径 零件如轧辊、火车车轮等的表面淬火。零件如轧辊、火车车轮等的表面淬火。装置组成：装置组成： 电源；电源； 感应器；感应器； 喷水套等。喷水套等。 感应加热的特点：感应加热的特点： 加热速度快、时间短、热效率高；加热速度快、时间短、热效率高； 淬火组织细小、淬火硬度比普通淬火的要高淬火组织细小、淬火硬度比普通淬火的要高23HRC； 变形小、氧化脱碳少；变形小、氧化脱碳少； 具有良好的冲击韧性、疲劳强度

60、及耐磨性；具有良好的冲击韧性、疲劳强度及耐磨性； 表面存在有利的压应力；表面存在有利的压应力； 工艺过程易于控制及易实现机械化和自动化。工艺过程易于控制及易实现机械化和自动化。特点是：特点是：图图10-16 9.7.2 火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火 返回返回用高温火焰（用高温火焰（3000C以上，常以上，常用乙炔氧或煤气氧等混用乙炔氧或煤气氧等混合气体火焰）加热表面合气体火焰）加热表面喷喷水冷却水冷却及时回火及时回火 。操作：火焰烧嘴相对于工件移操作：火焰烧嘴相对于工件移动，调节烧嘴位置和移动速动，调节烧嘴位置和移动速度可以获得不同厚度的淬硬度可以获得不同厚度的淬硬层。深度一般为层。深度一