金属材料及热处理 11 钢的热处理篇(5)

1、六、六、碳钢及钢的热处理碳钢及钢的热处理1、Fe-C相图与碳钢2、钢的加热转变（奥氏体化）3、 奥氏体的冷却转变（奥氏体分解， C曲线）4、 珠光体转变与钢的退火、正火5、 马氏体转变与钢的淬火6、 淬火钢的加热转变与钢的回火7、 贝氏体转变与钢的等温淬火8、 表面淬火9、 化学热处理10、热处理的工艺基础（略）agingaging低碳钢、合金钢（奥氏体、铁素体）的时效过程；钢铁淬火后（马氏体+残余奥氏体）的回火过程1）概念）概念将淬火钢加热至Ac1以下的温度，保温，然后冷却的一种热处理形式。适应于钢制机械零件及工具、模具、量具 。目的在于(1)消除或减少淬火钢件的内应力；(2)调整性能；(3

2、)稳定组织和尺寸 6、淬火钢的加热转变与钢的回火2）回火时的组织转变过程）回火时的组织转变过程马氏体分解及碳化物的析出和长大 板条马氏体中, 碳原子与位错结合或碳原子沿100M面富集.片状马氏体中， 碳原子偏聚于孪晶面112M。C%0.2%, M-Fe2.4C 碳化物（100250 ），-Fe23C, 密排六方高C钢,MHagg，-Fe2.5C碳化物 (200300)， -Fe2.5C， 单斜 （250350），-Fe3C， 由马氏体中析出过渡碳化物转化而成。 400600 细板条状的渗碳体聚集成球状 600700，球状渗碳体粗化残余奥氏体的分解温度： 200300产物：轻度过饱和的 -Fe固

3、溶体和碳化物 （回火马氏体），有时也可能是下贝氏体。 -Fe基体的回复、再结晶和晶粒长大温度： 400700板条马 多边化亚结构亚晶粒， -Fe固溶体等轴新晶粒片状马 孪晶亚结构消失，并出现位错胞和位错线， -Fe相等轴新晶粒回火转变过程概览组织：回火马氏体和残余奥氏体的混合组织 过共析钢，二次渗碳体； 中碳钢，板条或片状马； 低碳钢，碳偏聚 性能：钢的强度、硬度很低，耐磨性高，塑性差。3）碳钢回火组织的描述（略）碳钢回火组织的描述（略） 组织：细片(细板条)状或细粒状渗碳体及接近平衡(或已达平衡)的固溶体(铁素体)组成 ，固溶体仍保持或大致保持原马氏体形态(板条状或片状)。 性能：钢的强度、

4、硬度高，尤其是弹性极限高。 组织：粗大球粒状的渗碳体和固溶体(铁素体) 性能：钢的强度、硬度、塑性适中，综合性能好。组织：粗大的粒状渗碳体和铁素体基体组成 性能：钢的强度、硬度很低 ，塑性高、热稳定性好4）碳钢回火后的力学性能）碳钢回火后的力学性能 的影响因素的影响因素1、强度与塑性变化的一般规律、强度与塑性变化的一般规律回火温度，合金成分（碳含量与合金成分），原始组织回火温度与碳含量回火温度与碳含量热处理后组织（粒状热处理后组织（粒状P组织与片状组织与片状P组织）组织）合金元素对回火的影响合金元素对回火的影响 影响：提高钢的回火抗力，引起二次硬化，引起或抑制高温回火脆性。原因；不改变回火的基

5、本过程，延缓回火时的各种转变，并将这些转变推至较高的温度，即合金元素可提高钢的回火抗力。二次硬化 。（调质的回火温度范围）5）回火脆性）回火脆性概念：在许多钢(主要是结构钢)中发现，回火温度升高时，钢的韧性并非连续提高，而是在某些温度范围回火后，韧性反而下降的现象。回火温度的选择应避开回火脆性温度：1. 低温回火低温回火(250400 )2. 高温回火高温回火(450650 )1）第一类回火脆性(低温回火脆性，不可逆回火脆性)在250400回火就会产生，与冷速无关，快冷慢冷都会出现，除非进行高于400回火 。2)第二类回火脆性(高温回火脆性，可逆性回火脆性)在450600足够时间的回火，或在6

6、00650的温度慢冷，会产生，若在随后的600450 范围 快冷，则基本上不产生脆性 ，即，第二类回火脆性与回火时的冷却速度有关)通常回火过程中， ，如图随着温度上升， ，HB， Kic。但是有的钢则不同，塑性不是随着温度上升而连续上升，即存在某个范围， Kic反而下降，即回火脆性。有两类回火脆性：有两类回火脆性：第一类回火脆性第一类回火脆性(低温回火脆性，不可逆回火脆性低温回火脆性，不可逆回火脆性)出现的钢种：出现的钢种：几乎所有的钢淬火成马氏体的钢均有此类回火，出现温度200-400特点：特点：与冷速无关，快冷慢冷都会出现。不可逆的，一般出现了就难以消除(除非进行高于400回火)消除后就如

7、再在200-400 回火也不会产生。产生的原因：产生的原因：新生碳化物在板与板条(束)之边界或片马孪晶界或晶界析出，引起界面脆化。高温析出相聚积长大，球化，改善界面脆性，因而可消之。消除的方法：消除的方法：一般讲是无有效的方法完全消除。但细晶或等温淬火，可部分消之。另外，加Si，Cu，Al提高回火脆化温度(可防低回脆)一般不进行一般不进行250-350 回火处理。回火处理。第二类回火脆性第二类回火脆性(高温回火脆性，可逆性回火脆性高温回火脆性，可逆性回火脆性)出现的钢种：出现的钢种：主要出现在Cr，Ni，Mn等合金元素的钢中，出现温度450-650，与冷速有关-快冷可消之(缓冷出现)。特点：特

8、点：可逆的，快冷消之，但再次高回，缓冷时又会产生。产生后高回快冷又消之。产生产生的原因：产生的原因：微量元素锑Sb，砷As，磷P，锡Sn等(与Cr，Ni，Mn相互作用，促使杂质元素偏聚)，并向原奥氏体晶界偏聚，引起碳偏聚，则脆性严重防止的办法：防止的办法：凡能减少有害杂质或延缓有害杂质偏聚，改善杂质分布或细晶的方法，均可防止。通常包括，1、减少或消除杂质，2、加0.5%Mo或1.0%W，另外加同V，Ti一样均可延缓偏聚，3、细晶本身可增塑，同时分散杂质，4、回火后快冷，不易使杂质偏聚。5、另外，亚温淬火(M+F软，使有害杂质多集中于F中，提高韧性，防回脆)，高温形变热处理(细晶)，回火时快速加

9、热短时保温等方法，对减轻回火脆性有利。 5）回火工艺）回火工艺 制度与应用制度与应用 1低温回火(150250 )回火马氏体（5864HRC ）目的：降低钢中残余应力和脆性，同时仍保持高的硬度和耐磨性。适应：各种高碳钢工具、滚动轴承和渗碳零件等 。2中温回火(350500)回火屈氏体（3545HRC）目的：提高韧性、弹性极限和屈服强度。适应：各种弹簧、锻模、刀杆和轴套。 3高温回火(500650)调质（淬火+高温回火）处理回火索氏体组织(200-350HB) 目的：使钢获得强度、硬度和塑性、韧性良好配合的综合力学性能。适应：结构零件，交变负荷下工作的零件，如汽车和拖拉机发动机连杆、连仟螺栓、齿

10、轮及轴类等。也有软化处理（大于650 ）的，得到球化组织，也有低温长时（100-15010-50h ）的尺寸稳定化处理（或时效处理）钢的时效硬化（马氏体分解和二次硬化）与钢的时效硬化（马氏体分解和二次硬化）与析出强化钢析出强化钢 1.马氏体时效钢微碳FeNi合金（Ni、Co、Mo、Ti、A1、或Ti、A1、Nb）。加入合金元素形成金属间化合物(Ni3M)，达到强化的目的。2. 沉淀硬化超强不锈钢188不锈钢(A1、Ti、Mo), Cr13型马氏体不锈钢(Mo、W、Ti、Nb和Co) 加入合金元素形成金属间化合物，起强化作用。3. 微合金钢低碳钢(A1、Nb、V、Ti )合金元素与钢中的C和N形

11、成细小弥散的合金碳化物、氮化物或碳-氮化物。减缓奥氏体晶粒或再结晶晶粒的长大，微合金C化物、N化物为相间沉淀。可达到细化钢的显微组织，提高钢的力学性能。注意：注意： 与有色合金固溶时效处理的区别在于基体有多型性转变。与有色合金固溶时效处理的区别在于基体有多型性转变。（1）过饱和因溶体的析出(即过饱和固溶体分解并形成和析出偏聚区、过渡相或平衡相)，从而引起合金强化的过程。 （2）钢的时效硬化则主要马氏体分解和二次硬化，也是过饱和固溶体的析出过程，但另外还包括基体正方度下降、残余奥氏体的分解等过程。（3）合金化合物从过饱和奥氏体中析出或从过饱和铁素体析出则与有色合金固溶时效处理的相似。（举例）马氏体时效钢的淬火时效（举例）马氏体时效钢的淬火时效马氏体时效钢的优点马氏体时效钢的优点:超高强下有良好的塑性和韧性。原因：原因：淬火强化（形成板条状马氏体）、时效强化成分：成分：C003，Ni1825，含能产生时效强化的合金元素。 分类：分类：18Ni型、20Ni型和25Ni型 18Ni型的用途：型的用途：空间飞行器的部件、大负荷扭转或弯曲的结构件、高压容器和部分工模具组织：组织：淬火得析条状马氏体 时效使合金元素在位错处形成偏聚区 时效析出高硬度的过渡相(Ni3MoNi3Ti), 过渡相与马氏体基体半共格。淬火淬火时效后组织时效后组织“时