第五章 钢的热处理.

1、 热处理是将钢在固态热处理是将钢在固态下加热，保温和冷却，以下加热，保温和冷却，以改变钢的组织结构，从而改变钢的组织结构，从而获得所需性能的一种工艺获得所需性能的一种工艺过程。过程。1 1 热处理的分类热处理的分类 退火退火 淬火淬火 回火回火 正火正火普通热处理普通热处理其他热处理其他热处理n真空真空n形变形变n激光激光n表面表面n渗碳渗碳n渗氮渗氮n碳氮共渗碳氮共渗化学热处理化学热处理2 2 钢的临界温度钢的临界温度 钢在固态加热、保温、冷钢在固态加热、保温、冷却过程中，会发生一系列组却过程中，会发生一系列组织结构转变，这种组织结构织结构转变，这种组织结构转变的温度即相变温度称为转变的温度

2、即相变温度称为临界点临界点，它是制定热处理工，它是制定热处理工艺时选择加热和冷却温度的艺时选择加热和冷却温度的依据。依据。 66070074078082086090094000.20.40.60.81.01.21.4G GE ES SP PK K+ + +Fe3C+ +Fe3CA A3 3AcAc3 3ArAr3 3AcmAcmArcmArcmAccmAccmw(C)%制定热处理工艺的依据制定热处理工艺的依据3 3 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 3.1 A3.1 A的形成的形成A A形核形核A A长大长大残留渗碳体的溶解残留渗碳体的溶解 A A成分均匀化成分均匀化 A优先在F和Fe

3、3C界面上形成，此处原子排列不规则，处于能量较高状态，易于实现晶格的重构。 A长大是由碳原子扩散控制的。铁素体不断向A转变和渗碳体不断溶入到A中。a、渗碳体溶解提供的碳原子远多于同体积铁素体转变为A的需要；b、Fe3C晶体结构复杂，晶格重构需要更长时间。 Fe3C完全溶解后，A中碳浓度的分布并不均匀，原先渗碳体占据的地方碳浓度较高，占据的地方碳浓度较低，必须继续保温，通过碳的扩散，使A成分均匀化。 共析钢的奥氏体化过程亚、过共析钢完全A化不完全A化3.2 A3.2 A晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制 A A晶粒长大在热力学上是一种自发趋势。因此晶粒长大在热力学上是一种自发趋势。因此A A形成以

4、后继续加热形成以后继续加热或保温，晶粒就会长大。所以要对转变后的或保温，晶粒就会长大。所以要对转变后的A A晶粒大小进行控制。晶粒大小进行控制。 3.2.1 3.2.1 奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度n 标准金相图片相比较标准金相图片相比较通常将晶粒大小分为通常将晶粒大小分为8 8级，级，1 1级最粗。通级最粗。通常常1 14 4级为粗晶粒，级为粗晶粒，5 58 8级是细晶粒。级是细晶粒。 3.2.2 A3.2.2 A大小的控制（影响大小的控制（影响A A长大的因素）长大的因素） 原始组织越细，相界面越多，越有利于原始组织越细，相界面越多，越有利于A A形核。形核。加热温度和保温时间加热温度和保

5、温时间 1加热速度加热速度 2钢的化学成分钢的化学成分 3原始组织的影响原始组织的影响 4相比之下，加热温度所起的作用更大。相比之下，加热温度所起的作用更大。过热度大，促进过热度大，促进A A形核，快速加热可以细化形核，快速加热可以细化A A。CrCr、MoMo、V V、WW、Ti Ti等强烈阻碍等强烈阻碍A A长大，长大，MnMn、P P、加速铁原子扩散，利于加速铁原子扩散，利于A A长大。长大。4 4 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 由于冷却过程大多不是极其缓慢的，得到的组织是不平衡组织，因由于冷却过程大多不是极其缓慢的，得到的组织是不平衡组织，因此，此，FeFeFeFe3 3C

6、 C平衡相图的转变规律已不适用。人们利用通过实验测得平衡相图的转变规律已不适用。人们利用通过实验测得的过冷的过冷A A等温转变曲线和连续冷却转变曲线来分析等温转变曲线和连续冷却转变曲线来分析A A在不同冷却条件下在不同冷却条件下的组织转变规律，并用以指导实践。的组织转变规律，并用以指导实践。 热处理时常用的冷却方式热处理时常用的冷却方式连续冷却转变连续冷却转变等温转变等温转变4.1 4.1 共析钢过冷共析钢过冷A A等温转变曲线（等温转变曲线（C C曲线）曲线） -10001002003004005006000110102103104105时间/s700800温度/A临界点临界点A A1 1A

7、PMsMf55504340383221HRC奥氏体奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体AB孕育期孕育期Nose temperature-10001002003004005006000110102103104105时间/s700800温度/kccAA A1 1APMsMf55504340383221HRCABA A3 3AF亚亚共析钢过冷共析钢过冷A A等温转变曲线等温转变曲线-10001002003004005006000110102103104105时间/s700800温度/AA A1 1APMsMf55504340383221HRCABAcmAcmAF3C过过共析钢过冷共析钢过冷A A等温转变曲线等

8、温转变曲线 影响影响C C曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响：共析钢的含碳量的影响：共析钢的C曲线最靠右，其余向左移动。曲线最靠右，其余向左移动。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。合金元素的影响合金元素的影响除除Co 外外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移。曲线右移。除除Co和和Al 外外,所有合金元素都使所有合金元素都使Ms 与与Mf 点下降。点下降。 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响 奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减

9、少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。 使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.4.2 4.2 过冷过冷A A连续冷却转变曲线（连续冷却转变曲线（CTCT图或图或CCTCCT图）图） 共析碳钢连续冷却时共析碳钢连续冷却时没有贝氏体形成（无贝没有贝氏体形成（无贝氏体转变区）氏体转变区） 。注意：注意：Vk Vk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线2、过共析钢、过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区, 但比共析钢但比共析钢CCT曲线曲线多一条多一条AFe3C转变开始线

10、。由于转变开始线。由于Fe3C的析出的析出, 奥氏体中含碳奥氏体中含碳量下降量下降, 因而因而Ms 线右端升高线右端升高.3、亚共析钢、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多AF开始线开始线, F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高, 因而因而Ms 线右端下降线右端下降. 过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线P P 的组织形态的组织形态 P P是是F F和渗碳体的机械混合物，渗碳体呈片状分布在铁素体基体上，和渗碳体的机械混合物，渗碳体呈片状分布在铁素体基体上，转变温度越低，片层间距越小。可分为：转变温度越低，片层间距越小。可分为：珠光体珠光体P

11、P 12索氏体索氏体S S 650650A A1 1之间形成的片层较粗（之间形成的片层较粗（150150450nm450nm）的珠光体；）的珠光体；600600650650之间形成的片层较细（之间形成的片层较细（8080150nm150nm）的珠光体；）的珠光体；550550600600之间形成的片层极细（之间形成的片层极细（303080nm80nm）的珠光体。）的珠光体。3托氏体托氏体T T (a)珠光体 3800 (b) 索氏体 8000(c)屈氏体 8000珠光体转变珠光体转变 扩散型转变扩散型转变 P P、S S、T T三者同属于（铁素体渗碳体）的层片状组织，其区别仅在于片层三者同属于

12、（铁素体渗碳体）的层片状组织，其区别仅在于片层粗细不同。片状粗细不同。片状P P的性能主要取决于的性能主要取决于P P的层片间距。间距越小，强度和硬度越高，塑的层片间距。间距越小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。性和韧性也越好。 P P 的力学性能的力学性能贝氏体的组织形态贝氏体的组织形态 共析钢上贝氏体大约在共析钢上贝氏体大约在鼻子鼻子温度至温度至350350之间形成。典型上贝氏体组织形态呈羽毛状，之间形成。典型上贝氏体组织形态呈羽毛状，是由许多平行排列的铁素体条，以及条之间不连续的短杆状渗碳体所组成。是由许多平行排列的铁素体条，以及条之间不连续的短杆状渗碳体所组成。 共析钢下贝氏体大约在

13、共析钢下贝氏体大约在350350至至MsMs之间形成。下贝氏体呈竹叶状。在针片状铁素体内成行地分之间形成。下贝氏体呈竹叶状。在针片状铁素体内成行地分布着微细的碳化物。下贝氏体中的针状铁素体是含碳过饱和的固溶体。布着微细的碳化物。下贝氏体中的针状铁素体是含碳过饱和的固溶体。 贝氏体转变贝氏体转变 半扩散半扩散 发生贝氏体转变时碳原子扩散而铁原子不扩散，因此发生贝氏体转变时碳原子扩散而铁原子不扩散，因此贝贝氏体转变属于半扩散型转变。氏体转变属于半扩散型转变。 贝氏体是碳化物（渗碳体）分布在碳过饱和的贝氏体是碳化物（渗碳体）分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。铁素体基体上的两相混合物。上贝氏体

14、转变过程上贝氏体转变过程下贝氏体的特征：空间形态呈双凸透镜状；光学显微镜下，黑色针状或竹叶状，针与针之间呈一定角度电子显微镜下，针片状铁素体内成行分布细小的碳化物贝氏体的力学性能贝氏体的力学性能 204060801000250350450250350450贝氏体形成温度（）冲击韧性（J/cm2)等温30min等温60min% C% si%Mn%Cr10.271.021.000.9820.401.101.211.6230.421.141.040.96 贝氏体的力学性能主要取决于其组织形态。贝氏体的力学性能主要取决于其组织形态。上贝氏体的形成温度较高，其铁上贝氏体的形成温度较高，其铁素体条粗大，塑

15、性变形抗力较低；同时渗碳体分布在铁素体条之间，易于引起脆素体条粗大，塑性变形抗力较低；同时渗碳体分布在铁素体条之间，易于引起脆断，因此上贝氏体的强度和韧性均差。下贝氏体形成温度较低，铁素体细小、分断，因此上贝氏体的强度和韧性均差。下贝氏体形成温度较低，铁素体细小、分布均匀，布均匀，F F内碳的过饱和度大，位错密度高，碳化物细小弥散，所以，下贝氏体内碳的过饱和度大，位错密度高，碳化物细小弥散，所以，下贝氏体不仅强度高，而且韧性好，表现为具有较好的综合力学性能，是一种很有应用价不仅强度高，而且韧性好，表现为具有较好的综合力学性能，是一种很有应用价值的组织。值的组织。 京广线上的贝氏体钢铁轨MM的组

16、织形态的组织形态 MM的基本形态的基本形态板条状板条状片状片状n C% C%在在0.20.2以下时，基本形成板条状以下时，基本形成板条状M M，在高倍透射电镜下可以看，在高倍透射电镜下可以看到 板 条到 板 条 M M 内 有 高 密 度 的 位 错 缠 结 的 亚 结 构 ， 密 度 高 达内 有 高 密 度 的 位 错 缠 结 的 亚 结 构 ， 密 度 高 达(0.3(0.3 0.9)0.9) 10101212/cm/cm2 2，故板条，故板条M M又称为位错又称为位错M M。n当当C C大于大于1.01.0时，时，A A几乎只形成针片状几乎只形成针片状M M。亚结构是孪晶，又称。亚结构

17、是孪晶，又称为孪晶为孪晶M M。 低碳板条马氏体高碳片状马氏体马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%CM的的形形态态 MM的力学性能的力学性能( (高硬度高硬度) ) 马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%MM高强度、高硬度的原因高强度、高硬度的原因 n固溶强化固溶强化间隙原子碳固溶在间隙原子碳固溶在FeFe点阵的扁八面体间隙中，不仅点阵的扁八面体间隙中，不仅使点阵膨胀，还使点阵发生不对称畸变，形成强烈的应力场。该应力场与使点阵膨胀，还使点阵发生不对称畸变，形成强烈的应力场。该应力场与位错发生强烈的交互作用，从而提高位错发生强烈

18、的交互作用，从而提高M M的强度；的强度；n相变强化相变强化M M转变时在晶体内造成大量的亚结构，板条转变时在晶体内造成大量的亚结构，板条M M的高密度的高密度位错网，片状位错网，片状M M的微细孪晶都会阻碍位错运动，从而使的微细孪晶都会阻碍位错运动，从而使M M强化；强化；n时效强化时效强化M M形成后，碳及合金元素的原子向位错或其它晶体缺陷形成后，碳及合金元素的原子向位错或其它晶体缺陷处扩散偏析或析出，钉扎位错，使其难以运动。处扩散偏析或析出，钉扎位错，使其难以运动。 M M转变的特点转变的特点 无扩散型转变无扩散型转变 1转变在一个温度范围内进行转变在一个温度范围内进行 2转变不完全转变

19、不完全 3瞬间形核，高速长大瞬间形核，高速长大 4M M转变是在转变是在MsMsMfMf温度范围内进行，与停留时间无关。温度范围内进行，与停留时间无关。 多数钢的多数钢的MfMf点在室温以下，因此冷却到室温时点在室温以下，因此冷却到室温时仍会有仍会有A A存在，称为残余存在，称为残余A A，用，用ArAr表示。表示。A A的含碳的含碳量越高，量越高，MsMs、MfMf就越低，所以就越低，所以ArAr就越多。就越多。M转变量与温度的关系T3T2T1M转变量与等温时间的关系T1T2T3等温时间t转变量（）20406080100MsMf20温度（）5 5 钢的普通热处理钢的普通热处理 5.1 5.1

20、 退火与正火退火与正火退火与正火是将钢加热到一定温度并保温一定时间后，以缓慢的退火与正火是将钢加热到一定温度并保温一定时间后，以缓慢的速度冷却下来，从而获得达到或接近平衡状态组织的热处理工艺。速度冷却下来，从而获得达到或接近平衡状态组织的热处理工艺。 定义定义退火一般是随炉冷却，获得接近平衡状态的组织；正火一般在空退火一般是随炉冷却，获得接近平衡状态的组织；正火一般在空气中冷却，获得较细的珠光体型组织。气中冷却，获得较细的珠光体型组织。 区别区别目的目的 消除工件的内应力、改善组织、提高加工性能、为下道工序做好组消除工件的内应力、改善组织、提高加工性能、为下道工序做好组织与性能的准备等。故退火

21、和正火是一种先行工艺，具有承上启下的作用，又被称织与性能的准备等。故退火和正火是一种先行工艺，具有承上启下的作用，又被称为预备热处理。对于一些受力不大、性能要求不高的零件及一些普通铸件、焊件，为预备热处理。对于一些受力不大、性能要求不高的零件及一些普通铸件、焊件，退火或正火也可作为最终热处理。退火或正火也可作为最终热处理。 5.1.1 5.1.1 完全退火（使材料完全完全退火（使材料完全A A化）化） 将亚共析钢加热到将亚共析钢加热到A Ac3c3以上以上30305050，保温一定时间，然后随炉缓冷到保温一定时间，然后随炉缓冷到600600出出炉空冷。炉空冷。 7008009001000110

22、000.20.40.60.81.01.21.4A A3 3AcmAcmw(C)%600500A A1 1完全退火完全退火 因为加热保温时组织完全奥氏体化，因为加热保温时组织完全奥氏体化，使得使得晶粒细化晶粒细化。温度较高，原子充分扩。温度较高，原子充分扩散，利于消除前一道工序产生的组织散，利于消除前一道工序产生的组织缺缺陷陷。随炉缓冷，还可。随炉缓冷，还可去除应力去除应力，降低硬，降低硬度。度。 工艺工艺目的目的缺点缺点组织组织生产周期长，设备利用率低。生产周期长，设备利用率低。 亚共析钢的退火组织是亚共析钢的退火组织是+P+P。过共析钢不能采用完全退火，是因为加。过共析钢不能采用完全退火，是

23、因为加热到热到AccmAccm以上而后缓冷时会出现网状渗碳体，使钢的韧性大大降低。以上而后缓冷时会出现网状渗碳体，使钢的韧性大大降低。 5.1.2 5.1.2 球化退火球化退火 降低硬度、均匀组织、改善切降低硬度、均匀组织、改善切削性能，为淬火组织准备。削性能，为淬火组织准备。“球化球化”的意思是：经过这种处理以后使钢中的意思是：经过这种处理以后使钢中的碳化物呈球状（粒状），得到球状的碳化物呈球状（粒状），得到球状碳化物均匀分布在铁素体基体上的碳化物均匀分布在铁素体基体上的粒粒状珠光体状珠光体。球化退火的温度一般为。球化退火的温度一般为AcAc1 1以上以上30305050。 主要用于共析钢和

24、过共析钢主要用于共析钢和过共析钢1.47008009001000110000.20.40.60.81.01.2A A3 3AcmAcmw(C)%600500A A1 1球化退火球化退火目的目的5.1.35.1.3不完全退火（不完全不完全退火（不完全A A化）化） 工艺工艺 将亚共析钢或过共析钢加热到将亚共析钢或过共析钢加热到A Ac1c1以上以上30305050，保温一定时间，然后随炉缓，保温一定时间，然后随炉缓冷。冷。 目的目的 亚共析钢：消除应力，降低硬度，改亚共析钢：消除应力，降低硬度，改善组织。善组织。 过共析钢：降低硬度，提高塑性，增过共析钢：降低硬度，提高塑性，增加组织的均匀性，改

25、善切削加工性能，加组织的均匀性，改善切削加工性能，为后续的淬火作组织准备为后续的淬火作组织准备优点优点由于加热温度低，节省能源，缩短生产周期，提高设备利用率。由于加热温度低，节省能源，缩短生产周期，提高设备利用率。 7008009001000110000.20.40.60.81.01.21.4A A3 3AcmAcmw(C)%600500A A1 1完全退火完全退火亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内

26、停留时间，变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适更适合于孕育期长的合金钢合于孕育期长的合金钢. 高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较5.1.4 5.1.4 等温退火等温退火5.1.5 5.1.5 其他退火其他退火工艺工艺 将合金钢铸件加热到将合金钢铸件加热到A Ac3 c3 以上以上150150300300或或Accm以上以上150150300300 ，长时间保温，然后随炉缓冷。后续还要进行完全，长时间保温，然后随炉缓冷。后续还要进行完全退火或正火细化晶粒退火或正火细化晶粒 。目的目的 消除铸造过程中的枝晶偏析，使成份均匀化消除铸造过程中的枝晶偏析，使

27、成份均匀化 。5.1.5.1 5.1.5.1 均匀化退火均匀化退火5.1.5.2 5.1.5.2 去应力退火去应力退火工艺工艺 将工件缓慢加热到将工件缓慢加热到Ac1Ac1 以下以下100200 100200 ，保温后随炉缓慢，保温后随炉缓慢冷却到冷却到300200 300200 以下空冷以下空冷目的目的 消除上一道工序中引入的应力，稳定尺寸，防止开列变形消除上一道工序中引入的应力，稳定尺寸，防止开列变形 。5.1.5.3 5.1.5.3 再结晶退火再结晶退火工艺工艺目的目的 将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上100150 100150 ，保，保温，使变形

28、晶粒等轴化。温，使变形晶粒等轴化。 消除加工硬化，提高塑性，改善切削加工及成型性能。消除加工硬化，提高塑性，改善切削加工及成型性能。正火正火将钢加热到将钢加热到A Ac3c3或或A Ac3c3或或A Accmccm以上以上30305050，保温足够时间，在空气中冷，保温足够时间，在空气中冷却。却。工艺工艺作用作用正火可细化晶粒，消除不正常组织，改善加工性能。正火可细化晶粒，消除不正常组织，改善加工性能。特点特点正火冷速大，可得到较细的正火冷速大，可得到较细的索氏体组织索氏体组织，同时具有比退火高的强度和硬度。，同时具有比退火高的强度和硬度。正火温度正火温度2、正火的目的、正火的目的 对于低、中

29、碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。细化晶，目的与退火的相同。细化晶粒，调整硬度，消除残余力。粒，调整硬度，消除残余力。 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。作组织准备。 普通件最终热处理。普通件最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火正火，中碳钢用退火或正火,高高碳钢用球化退火。碳钢用球化退火。热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度定义定义5.2 5.2 淬火淬火钢最重要的强化方法钢最重要的强化方法 将钢加热到将钢加热到A Ac1c1

30、或或A Ac3c3以上（没有以上（没有A Accmccm），保温一定时间，然后），保温一定时间，然后快速冷却以获得快速冷却以获得M M组织的热处理工艺称为淬火。组织的热处理工艺称为淬火。 n 加热温度的选择应以得到细小而均匀的加热温度的选择应以得到细小而均匀的A A晶粒为原则，以便冷却后获得细小的晶粒为原则，以便冷却后获得细小的M M。n 亚共析钢为亚共析钢为Ac3Ac3以上以上30305050，目的是使原始组织全部，目的是使原始组织全部A A，防止淬火时有铁素体存，防止淬火时有铁素体存在，降低钢的淬火硬度和强度；在，降低钢的淬火硬度和强度；n 过共析钢在过共析钢在Ac1Ac1以上以上3030

31、5050，使碳化物不要全部溶入，使碳化物不要全部溶入A A，在淬火时会保留部分未，在淬火时会保留部分未溶碳化物，既有利于提高钢的强度和耐磨性，又有利于溶碳化物，既有利于提高钢的强度和耐磨性，又有利于A A晶粒细化，改善韧性。晶粒细化，改善韧性。n 淬火保温的目的是使零件内外温度达到一致，并使室温组织转变为成分均匀的淬火保温的目的是使零件内外温度达到一致，并使室温组织转变为成分均匀的A A。保温时间以炉温回升到淬火温度时算起，直到出炉为止所需的时间。保温时间以炉温回升到淬火温度时算起，直到出炉为止所需的时间。5.2.15.2.1淬火加热温度和保温时间淬火加热温度和保温时间 T12 T12碳钢在正

32、常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的碳钢在正常温度淬火后将得到细小针状马氏体加部分未溶人奥氏体中的球形渗碳体和少量残余奥氏体。但是当把此钢加热到球形渗碳体和少量残余奥氏体。但是当把此钢加热到10001000度淬火时，显微镜组织中度淬火时，显微镜组织中出现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体。出现粗大针状马氏体，并在马氏体针之间看到亮白色的残余奥氏体。 淬火温度对组织的影响淬火温度对组织的影响 钢淬火时一般都需采取快冷，使其钢淬火时一般都需采取快冷，使其冷速大于临界冷却速度冷速大于临界冷却速度VcVc，以避免过冷，以避免过冷A A发生分解发生分解, ,常用的是

33、油、水、盐水。水常用的是油、水、盐水。水在在550550650650区间冷却能力较大，但在区间冷却能力较大，但在200200300300区间冷却能力仍较大，对减区间冷却能力仍较大，对减少变形开裂不利，主要用于形状简单、少变形开裂不利，主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。油在低温截面较大的碳钢零件的淬火。油在低温区冷却能力合适，但在高温区冷却能力区冷却能力合适，但在高温区冷却能力很低，一般用作合金钢的淬火。很低，一般用作合金钢的淬火。 A AC3C3A AC1C1时间（对数）时间（对数）温度温度MsMs水油 理 想 的 淬 火 介 质 应 具 有 在 中 温理 想 的 淬 火 介 质 应

34、 具 有 在 中 温（500600）时冷却快，低温时冷）时冷却快，低温时冷却慢的特性。却慢的特性。5.2.2 5.2.2 淬火介质淬火介质5.2.3 5.2.3 淬火方法淬火方法n 单液淬火单液淬火工件表面与中心温差较大，会造工件表面与中心温差较大，会造成较大应力，从而引起开裂。但是它简便、经济、易于成较大应力，从而引起开裂。但是它简便、经济、易于掌握，生产上常用。掌握，生产上常用。n 双液淬火法双液淬火法先于水或盐水中冷却到先于水或盐水中冷却到400400，迅速转入油中。先快冷可避免过冷迅速转入油中。先快冷可避免过冷A A的分解，后慢冷可的分解，后慢冷可有效地减小内应力、变形和开裂倾向。常用

35、于形状复杂有效地减小内应力、变形和开裂倾向。常用于形状复杂的碳钢件，如高碳工具钢，其缺点是操作复杂，技术要的碳钢件，如高碳工具钢，其缺点是操作复杂，技术要求高，难于掌握。求高，难于掌握。n 分级淬火分级淬火将将A化的工件置于化的工件置于Ms点温度的热点温度的热态淬火介质中，待工件各部分温度基本一致时，取出空态淬火介质中，待工件各部分温度基本一致时，取出空冷或油冷。减小工件冷却过程中的应力和开裂倾向。适冷或油冷。减小工件冷却过程中的应力和开裂倾向。适用于尺寸较小而形状复杂的高碳工具钢件。用于尺寸较小而形状复杂的高碳工具钢件。A AC1C1时间时间温度温度MsMs1 12 23 34 4n等温淬火

36、等温淬火A化的工件置于高于化的工件置于高于Ms点的淬火介质中，保持一定时间，使其转变为贝氏点的淬火介质中，保持一定时间，使其转变为贝氏体，然后取出空冷，其特点是被处理的零件在保证较高强度的同时还有较高的韧性，内应力小，体，然后取出空冷，其特点是被处理的零件在保证较高强度的同时还有较高的韧性，内应力小，淬火变形小。淬火变形小。5.2.4 5.2.4 钢的淬透性钢的淬透性 钢的淬透性是指钢在淬火时获得钢的淬透性是指钢在淬火时获得M M的能力。的能力。大小用规定条件下淬火获得大小用规定条件下淬火获得的淬透层深度来表示，淬透层越深，其淬透性越好。在钢件未淬透的情况下，的淬透层深度来表示，淬透层越深，其

37、淬透性越好。在钢件未淬透的情况下，从工件表面到半从工件表面到半M M区的距离作为淬透层深度。用区的距离作为淬透层深度。用“末端淬火法末端淬火法”或或“临界淬临界淬火直径火直径” Dc临界淬火直径法测定钢的淬透性50M 钢的钢的淬硬性淬硬性是指淬火后是指淬火后M M所能达到的最高硬度，淬硬性主要取决所能达到的最高硬度，淬硬性主要取决于于M M的碳含量，与淬透性含义不同，不能混淆。的碳含量，与淬透性含义不同，不能混淆。 注意注意： 在同样在同样A A化条件下，同一种钢的淬透性是相同的。化条件下，同一种钢的淬透性是相同的。但是，水淬比但是，水淬比油淬的淬透层深；小件比大件的淬透层深。但决不能说同一种

38、钢水淬油淬的淬透层深；小件比大件的淬透层深。但决不能说同一种钢水淬比油淬的淬透性大，也不能说小件比大件的淬透性大。谈淬透性，必比油淬的淬透性大，也不能说小件比大件的淬透性大。谈淬透性，必须排除工件的形状尺寸和淬火介质的冷却能力等条件的影响。须排除工件的形状尺寸和淬火介质的冷却能力等条件的影响。 将淬火后的钢件加热到将淬火后的钢件加热到A Ac1c1以下某一温度，保温一定时间后冷却至室以下某一温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫温的热处理工艺叫回火回火。 5.3 5.3 回回 火火 提高钢的塑性和韧性，降低其脆性；提高钢的塑性和韧性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的残余内应力，防止变形

39、和开裂；降低或消除淬火引起的残余内应力，防止变形和开裂； 调整钢制零件的性能以满足使用要求。调整钢制零件的性能以满足使用要求。 目的：淬火钢一般不能直接使用，必须进行回火。目的：淬火钢一般不能直接使用，必须进行回火。5.3.1 5.3.1 回火过程中的组织转变回火过程中的组织转变 a. Ma. M中碳原子的偏聚中碳原子的偏聚b. Mb. M分解分解 c. Arc. Ar的转变的转变 d. d. 碳化物类型转化碳化物类型转化 e. e. 碳化物的聚集长大与碳化物的聚集长大与相再结晶相再结晶 温度上升温度上升马氏体残余奥氏体马氏体残余奥氏体加热加热a. Ma. M中碳原子的偏聚（中碳原子的偏聚（1

40、00100） M M是碳在是碳在FeFe中的过饱和固溶中的过饱和固溶体，体，过饱和过饱和C C原子造成晶格畸变，产生原子造成晶格畸变，产生很高畸变能，因此在热力学上是不稳很高畸变能，因此在热力学上是不稳定的，有向稳定相定的，有向稳定相FeFe转变的趋势，转变的趋势，在在100100以下，以下，FeFe与合金原子难以产生与合金原子难以产生扩散运动，只有扩散运动，只有C C在过饱和的在过饱和的固溶体固溶体内能产生迁移，并向位错周围聚集，内能产生迁移，并向位错周围聚集，以降低位错的应变能，减小晶格畸变以降低位错的应变能，减小晶格畸变能，结果使固溶体内形成许多碳原子能，结果使固溶体内形成许多碳原子偏聚

41、区。偏聚区。 b. Mb. M分解（分解（100100200200） 100 100以上回火，以上回火，M M开始分解，从过开始分解，从过饱和饱和固溶体中析出弥散的固溶体中析出弥散的（FeFe2.42.4C C）碳化物，这种碳化物的成分和结构不同碳化物，这种碳化物的成分和结构不同于渗碳体，是亚稳相。随回火温度升高，于渗碳体，是亚稳相。随回火温度升高，M M中的含碳过饱和度不断下降。中的含碳过饱和度不断下降。 高碳钢淬火在高碳钢淬火在200以以下回火得到的下回火得到的具有一定过具有一定过饱和度的饱和度的固溶体和弥散分固溶体和弥散分布的布的碳化物组成的组织，碳化物组成的组织，称为回火称为回火M。

42、c. Ar c. Ar 的转变（的转变（200200300300） 在在200200300300之间回火时，钢中的残余奥氏体将会发生分解，首之间回火时，钢中的残余奥氏体将会发生分解，首先析出碳化物后转变为先析出碳化物后转变为M M，相当于淬火，相当于淬火M M在该温度下的回火产物，为在该温度下的回火产物，为回火回火M M或下贝氏体。或下贝氏体。 T8钢回火马氏体下贝氏体d. d.碳化物类型转化（碳化物类型转化（250250400400） 将自发地向稳定相渗碳体转变。至将自发地向稳定相渗碳体转变。至400400左右，左右，固溶体也已完成分解，处于固溶体也已完成分解，处于饱和状态，但仍保持针状外形

43、。淬火产生饱和状态，但仍保持针状外形。淬火产生的内应力也基本消失。的内应力也基本消失。 由饱和针状的由饱和针状的固溶体和细小颗粒状固溶体和细小颗粒状的渗碳体组成的组织称为回火托氏体。的渗碳体组成的组织称为回火托氏体。 e. e.碳化物的聚集长大与碳化物的聚集长大与相再结晶（相再结晶（400400以上）以上） 渗碳体明显长大并球化，由片状变为粒状，由小颗渗碳体明显长大并球化，由片状变为粒状，由小颗粒变为大颗粒。碳化物聚集长大是通过粒变为大颗粒。碳化物聚集长大是通过固溶体中碳的扩固溶体中碳的扩散实现的，小颗粒碳化物不断溶解并在大颗粒碳化物上析散实现的，小颗粒碳化物不断溶解并在大颗粒碳化物上析出而长大。同时出而长大。同时相发生再结晶过程，从而失去针状形态，相发生再结晶过程，从而失去针状形态，形成等轴状的铁素体。最终得到形成等轴状的铁素体。最终得到等轴铁素体基体中分布的等轴铁