补充热处理的知识

1、1 热处理是将固态金属或合金在一定介热处理是将固态金属或合金在一定介质中质中加热、保温和冷却加热、保温和冷却，以改变材料整体，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺或表面组织，从而获得所需性能的工艺热处理可大幅度地改善金属材料的工热处理可大幅度地改善金属材料的工性能和使用性能，绝大多数机械零件必性能和使用性能，绝大多数机械零件必须经过热处理。须经过热处理。 2热处理工艺中，钢在奥氏体化后，冷却的方热处理工艺中，钢在奥氏体化后，冷却的方式通常有两种式通常有两种（1 1）等温处理）等温处理 即将钢迅速冷却到临界点即将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进行保温，使其在该温度以下的给定温度，

2、进行保温，使其在该温度下恒温转变。下恒温转变。 (2) (2) 连续冷却连续冷却 即钢以某种速度从高温到即钢以某种速度从高温到低温度连续冷却，在临界点以下变温连续转低温度连续冷却，在临界点以下变温连续转变。变。决定物理性能的本质决定物理性能的本质34主要讲授内容：主要讲授内容：1)钢在加热时的转变钢在加热时的转变2)钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变51、钢在加热时的转变钢在加热时的转变6共析钢加热到共析钢加热到Ac1Ac1以上时，珠光体将转变为以上时，珠光体将转变为奥氏体。这包括奥氏体晶核的形成、奥氏体奥氏体。这包括奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解及奥氏体成晶核的长大、剩余

3、渗碳体的溶解及奥氏体成分的均匀化四个基本过程。亚共析钢和过共分的均匀化四个基本过程。亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同, , 但必须加热到但必须加热到Ac3 Ac3 （亚共析钢）或（亚共析钢）或AccmAccm（过（过共析钢）以上时才获得单一的奥氏体组织。共析钢）以上时才获得单一的奥氏体组织。7一、一、过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变 当温度在当温度在A A1 1以上时以上时, , 奥氏体是稳定的。当温度降到奥氏体是稳定的。当温度降到A A1 1以下后，以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷奥氏体即处于过冷状态，

4、这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷A A是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷上是过冷A A的转变。的转变。2、钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变8 (1) (1)、共析钢过冷奥氏体的等温转变共析钢过冷奥氏体的等温转变9共析钢过冷奥氏体等温转变包括二个转变区。共析钢过冷奥氏体等温转变包括二个转变区。（1）高温转变）高温转变在在A1550之间之间,过冷奥氏体的过冷奥氏体的转变产物为珠光体型组织转变产物为珠光体型组织,此温区称珠光体转变区。此温区称珠光体转变区。珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物珠光体型组织是铁素体和渗碳

5、体的机械混合物,渗碳渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，体呈层片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分为珠光体珠光体(P)、索氏体、索氏体(S)和屈氏体和屈氏体(T)。奥氏体向珠光。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长大过程体的转变为扩散型的生核、长大过程,是通过碳、铁是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。的扩散和晶体结构的重构来实现的。1011(2)中温转变中温转变在在550Ms之间之间,过冷奥氏体的转变产物为贝氏体过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织型组织,此温区称贝氏体转变区。此温区称贝

6、氏体转变区。贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。过冷奥氏体在过冷奥氏体在550350之间转变形成的产物称之间转变形成的产物称上贝氏体（上上贝氏体（上B)。上。上B呈羽毛状呈羽毛状,小片状的渗碳体分布小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。在成排的铁素体片之间。1213过冷奥氏体在过冷奥氏体在350Ms之间的转变产物称之间的转变产物称下贝氏体下贝氏体(下下B)。下。下B在光学

7、显微镜下为黑色针状在光学显微镜下为黑色针状,在电子显微在电子显微镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细小的碳镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细小的碳化物化物(Fe2.4C)颗粒。颗粒。上贝氏体中铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；同上贝氏体中铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；同时渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此时渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。下贝氏体中铁素体针细小，无方强度和韧性都较差。下贝氏体中铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布均匀、弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好

8、的均匀、弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合机械性能。综合机械性能。1415亚共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共析钢亚共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线与共析钢C曲曲线不同的是线不同的是,在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减少，体的转变开始线。亚共析钢随着含碳量的减少，C曲曲线位置往左移，同时线位置往左移，同时Ms、Mf线住上移。线住上移。亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共析钢类似。亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共析钢类似。只是在高温转变区过冷奥氏体将先有一部分转变为铁只是在高温转变区过冷奥氏体将先有一部分转变

9、为铁素体，剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。素体，剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。(2)、亚共析钢过冷奥氏体的等温转变、亚共析钢过冷奥氏体的等温转变1617（3）、）、过共析钢过冷奥氏体的等温转变过共析钢过冷奥氏体的等温转变过共析钢过冷过共析钢过冷A的的C曲线的上部为过冷曲线的上部为过冷A中析出中析出二次渗碳体二次渗碳体(Fe3CII)开始线。当加热温度为开始线。当加热温度为Ac1以以上上3050时，过共析钢随着含碳量的增加时，过共析钢随着含碳量的增加,C曲线位置向左移曲线位置向左移,同时同时Ms、Mf线往下移。线往下移。过共析钢的过冷过共析钢的过冷A在高温转变区在高温转变区,将先析

10、出将先析出Fe3CII,其余的过冷其余的过冷A再转变为珠光体型组织。再转变为珠光体型组织。1819二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变1）.共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变(1)转变产物转变产物20在共析钢过冷在共析钢过冷A的连续冷却转变曲线（的连续冷却转变曲线（CCT曲线曲线)中，中，共析钢以大于共析钢以大于Vk（上临界冷却速度）的速度冷却时（上临界冷却速度）的速度冷却时,得到的组织为马氏体。冷却速度小于得到的组织为马氏体。冷却速度小于Vk（下临界冷（下临界冷却速度）时却速度）时,钢将全部转变为珠光体型组织。共析钢钢将全部转变为珠光体型组织。共

11、析钢过冷过冷A在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。与共析钢的与共析钢的TTT曲线相比曲线相比,共析钢的共析钢的CCT曲线稍靠曲线稍靠右靠下一点，表明连续冷却时右靠下一点，表明连续冷却时,奥氏体完成珠光体转奥氏体完成珠光体转变的温度较低变的温度较低,时间更长。时间更长。2122(2)马氏体转变特点马氏体转变特点过冷过冷A转变为马氏体是低温转变过程转变为马氏体是低温转变过程,转变转变温度在温度在MsMf之间之间,该温区称马氏体转变区该温区称马氏体转变区23过冷过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变转变为马氏体是一种非扩散型转变铁和碳铁和碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥

12、氏体一定晶面原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面,集体集体地地(不改变相互位置关系不改变相互位置关系)作一定距离的移动作一定距离的移动(不超过一不超过一个原子间距个原子间距),使面心立方晶格改组为体心正方晶格，使面心立方晶格改组为体心正方晶格，碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了其正方度大了其正方度c/a。马氏体晶胞与母相奥氏体的关系马氏体晶胞与母相奥氏体的关系马氏体就是碳在马氏体就是碳在-Fe中的过饱和固溶体。过饱和碳中的过饱和固溶体。过饱和碳使使-Fe的晶格发生很大畸变的晶格发生很大畸变,产生很强的固溶强化。产生很强的固溶强

13、化。24马氏体的形成速度很快马氏体的形成速度很快奥氏体冷却到奥氏体冷却到Ms点以下点以下后后,无孕育期无孕育期,瞬时转变为马氏体。随着温度下瞬时转变为马氏体。随着温度下降，过冷降，过冷A不断转变为马氏体不断转变为马氏体,是一个连续冷却是一个连续冷却的转变过程。的转变过程。马氏体转变是不彻底的马氏体转变是不彻底的总要残留少量奥氏体。总要残留少量奥氏体。残余奥氏体的含量与残余奥氏体的含量与MS、Mf的位置有关。奥氏的位置有关。奥氏体中的碳含量越高，则体中的碳含量越高，则MS、Mf越低，残余越低，残余A含含量越高。只在碳质量分数少于量越高。只在碳质量分数少于0.6%时时,残余残余A可可忽略。忽略。奥

14、氏体碳质量分数对残余奥氏体含量的影响奥氏体碳质量分数对残余奥氏体含量的影响马氏体形成时体积膨胀马氏体形成时体积膨胀体积膨胀在钢中造体积膨胀在钢中造成很大的内应力成很大的内应力,严重时导致开裂。严重时导致开裂。252）亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变）亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变亚共析钢过冷亚共析钢过冷A在高温时有一部分将转变在高温时有一部分将转变为为F，在中温转变区会有少量贝氏体（上，在中温转变区会有少量贝氏体（上B）产生。如油冷的产物为产生。如油冷的产物为F+T+上上B+M，但，但F和和上上B量很少，有时可忽略。量很少，有时可忽略。26273）过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变过共析钢过冷

15、奥氏体的连续冷却转变过共析钢过冷过共析钢过冷A在高温区，将首先析出二在高温区，将首先析出二次渗碳体次渗碳体,而后转变为其它组织。由于奥氏而后转变为其它组织。由于奥氏体中碳含量高，所以油冷、水冷后的组织中体中碳含量高，所以油冷、水冷后的组织中应包括残余奥氏体。与共析钢一样，其冷却应包括残余奥氏体。与共析钢一样，其冷却过程中无贝氏体转变。过程中无贝氏体转变。2829淬火淬火1.淬火工艺淬火工艺将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为将钢加热到相变温度以上（亚共析钢为Ac3以上以上3050；共析钢和过共析钢为；共析钢和过共析钢为Ac1以上以上3050），保温一定），保温一定时间后快速冷却以获得马氏体组织的

16、热处理工艺称为时间后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火淬火。钢件淬火后钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到将其加热到Ac1以下某一温度以下某一温度,保温一定时间保温一定时间,然后冷却到室然后冷却到室温的热处理工艺叫做温的热处理工艺叫做回火回火。3031淬火后得到的是亚稳组织马氏体与残余奥氏体。将淬火零淬火后得到的是亚稳组织马氏体与残余奥氏体。将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度保温，亚稳组织将发件重新加热到低于临界点某一温度保温，亚稳组织将发生转变，这一处理称为回火。回火可使组织转变，性能生转变，这一处理称为回火。回火可使组织转变，性能改变，内应力消除。回火时的转变称为回火转变，可分改变，内应力消除。回火时的转变称为回火