金属学与热处理10.1

连续冷却转变的可变因素是？临界冷却速度淬火钢存在的问题

回火

概念目的淬火钢在回火时组织和性能的变化

随回火温度升高，总的变化趋势是？二次硬化回火脆性前期回顾共析钢淬火形成M+A'后，在低温、中温、高温回火后的产物分别为()()()。几乎所有的合金元素[除（）、（）以外]，都使Ms和Mf点（）。因此，淬火后相同碳含量的合金钢比碳钢的（）增多，使钢的硬度（）。马氏体硬而脆。（）过冷奥氏体的冷却速度越快，冷却后钢的硬度越高。（）钢中合金元素的含量越高，淬火后的硬度也越高。（）当残余奥氏体比较稳定．在较高温度回火加热保温时未发生分解而在随后冷却时转变为马氏体。这种在回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象称为（）。(a)二次硬化(b)回火抗性(c)二次淬火(d)孪晶马氏体反稳定化练习题合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面二次硬化属于（）

（a）固溶强化

（b）细晶强化

（c）位错强化

（d）第二相强化对奥氏体本质晶粒度的描述中错误的是（）

A.晶粒度在5－8级者称为本质细晶粒钢；

B.本质细晶粒钢晶粒一定比本质粗晶粒钢的晶粒细；

C.本质晶粒度不是实际晶粒度；

D.本质粗晶粒钢加热时奥氏体晶粒长大倾向大；奥氏体晶粒度的影响因素很多，下列叙述中不正确的是（）

A.同一种钢加热温度越高奥氏体晶粒越粗大；

B.相同温度下晶粒随保温时间的延长而变得粗大；

C.其他条件相同的情况下，加热速度越快奥氏体晶粒越粗大；

D.其他条件相同的情况下，对亚共析钢而言，随碳含量的增加奥氏体晶粒有粗化倾向；珠光体是过冷奥氏体冷却过程中的转变产物，下列对珠光体转变的描述中最正确的是（）

A.A1以下温度进行的转变

B.A1～500℃温度范围内进行转变

C.A1～MS温度范围内进行的转变

D.A1以下比较高的温度范围进行的转变珠光体转变是个典型的扩散性转变，下列叙述是对其原因的说明，其中不正确的是（）

A.珠光体转变在较高温度下进行，Fe、C等元素都能进行扩散

B.珠光体转变时，单相奥氏体分解为铁素体和渗碳体两个新相

C.珠光体转变时铁素体和渗碳体转变为奥氏体

D.珠光体是平衡转变产物下列有关马氏体爆发式转变的描述中正确的是（）A.温度低于MS点，转变立即进行B.温度低于MS点的某一温度，转变才能进行C.温度低于Mf点，转变立即进行D.温度低于Mf点的某一温度，转变才能进行下列有关马氏体转变的非恒温性的描述中，不正确的是（）A.温度低于MS点，马氏体转变才能开始B.马氏体转变没有孕育期，且转变速度很大，但转变很快停止C.必须进一步降低温度转变才能继续进行D.冷却到室温时获得100％马氏体下列有关马氏体转变的无扩散性的描述中不正确的是（）A.马氏体转变时发生晶格点阵改组B.马氏体转变时没有成分变化C.马氏体转变时原子不发生移动D.马氏体转变时原子间保持着原有的近邻关系第10章钢的热处理工艺P均匀A细AP退火(炉冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’(水冷)淬火A1MSMf时间650℃600℃550℃VCV'CV''C机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）→预备热处理→机加工→最终热处理。退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。

10.1钢的退火和正火定义：钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平衡组织的工艺。基本特点：（1）慢冷；（2）得到珠光体类组织。

退火的定义1钢的退火（1）高温退火（相变重结晶退火）T加热>AC1（2）低温退火T加热<AC1完全退火不完全退火与球化退火等温退火扩散退火去应力退火再结晶退火

退火的分类总体：改善组织，提高性能①调整硬度，改善切削加工性能；适合机加工的硬度范围：150~250HB②细化晶粒、均匀组织；③消除内应力。注：当为目的②时，往往用正火代替退火

退火的目的工艺规范特点目的适用范围

①工艺：完全奥氏体化②组织：层片状珠光体①↓硬度，改善切削加工性能；②细化晶粒；消除内应力；减轻组织不均匀性(消除魏氏组织等)亚共析钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理(切削加工前或热处理前的预备热处理)

退火工艺及特点

AC3+20~30℃

AC3

AC1

tT(1)完全退火注：目的不同，组织控制(珠光体片间距)不同原因：粗片状P原因：重结晶45钢锻造后与完全退火后机械性能状态σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)ψ(%)αk

(kJ.m-2)HB锻造650~750300~4005~1520~40200~400230完全退火600~700300~35015~2040~50400~600200.完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高——主要目的：改善组织与加工性能晶粒细化的原因：完全退火→相变重结晶过程α→γ→ααγα40钢退火前后金相组织——晶粒细化工艺规范特点目的适用范围

①工艺：不完全奥氏体化②组织：球状(粒状)珠光体①降低(过)共析钢硬度,适合切削；②为最终热处理做组织准备含碳量较高的工、模具钢的预备热处理AC1+20~30℃ACm或AC3

AC1

tT(2)球化退火——不完全退火的一种工艺关键：①Fe3C形态控制②球的大小控制

←控制奥氏体化程度←控制过冷奥氏体冷却转变的温度9.5%37%57%80%例:盘形齿轮铣刀选材:高速钢W18Cr4V工艺路线:铸造→锻造→

球化退火→机加工→

淬火+多次回火→

喷丸→磨削

铸造：高速钢属于莱氏体钢，铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C，钢的韧性大幅下降。W18Cr4V铸造组织420锻造：鱼骨状碳化物不能用热处理来消除，只能依靠反复多次锻打来击碎。球化退火：消除应力，调整组织，便于机加工，为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:S+粒状Fe3CW18Cr4V钢的热处理过程示意图T10钢球化退火与完全退火的性能比较：

球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工状态σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040160T10钢完全退火与球化退火后组织与性能比较完全退火、球化退火工艺缺陷：周期长；且为变温转变——组织大小不均——是完全退火、球化退火工艺的改进——等温完全退火——等温球化退火AC3+20~30℃AC3

Ar1

tTAc1

AC1+20~30℃Ar1-20~30℃(3)等温退火高速钢等温退火与普通退火工艺曲线等温退火优势：(1)缩短工艺时间：高速钢40h→20h（2）组织均匀：碳化物球大小一致工艺规范特点目的适用范围

(1)高温、长时间；(2)需再经重结晶工艺(完全退火或正火)以细化晶粒消除或减轻偏析、带状组织等合金钢锭、大型铸钢件tTAC3或ACm+150~300℃AC3或ACm(4)扩散(均匀化)退火工艺名称工艺规范目的适用范围再结晶退火①

①消除加工硬化②完全消除残余应力冷塑性变形件去应力退火②消除内应力，防工件变形铸、锻、焊、冲压、机加工件AC1650~700℃300~650℃tT(5)再结晶退火与去应力退火①②亚共析钢很多时候采用不完全退火工艺，下列对不完全退火的描述中不正确的是：A.不完全退火温度选取在为Ac1和Ac3之间；B.基本上不改变先共析铁素体原来的形态及分布；C.珠光体的片间距有所减小；D.内应力有所降低下列球化退火的目的中不正确的是：A.降低硬度，改善切削性能；B.获得均匀组织，改善热处理工艺性能；C.经淬火，回火后获得良好综合力学性能；D.获得高的强度和硬度；练习题某钢的AC3为780℃，如在950℃保温并随炉冷却。此工艺最有可能属于（）A.完全退火B.不完全退火C.扩散退火D.球化退火某钢的AC3为780℃，如在820℃保温并随炉冷却。此工艺最有可能属于（）A.完全退火B.不完全退火C.扩散退火D.球化退火生产中对含碳0.3－0.6％的中碳钢采用完全退火工艺。下列对不完全退火的描述中不正确的是（）A.完全退后组织中珠光体的片间距减小；B.完全退火温度选取在为Ac3以上20－30℃之间；C.完全退火可降低材料的硬度；D.完全退火的主要目的是改善切削加工性能。练习题正火是将亚共析钢加热到Ac3+30-50℃，共析钢加热到Ac1+30-50℃，过共析钢加热到Accm+30-50℃保温后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。正火后的组织：

<0.6%C时，组织为F+S；0.6%C时，组织为S。正火温度2钢的正火⑴细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷.⑵对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。⑶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。⑷型材或大型复杂铸钢件的最终热处理。

要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。正火的目的与退火的区别：加热温度较高；冷却速度较快；获得组织较细(索氏体)

——强硬度与塑韧性较高；生产效率较高①②①正火②退火低碳钢正火的目的；提高切削性能。如正火后硬度仍低，可适当提高加热温度、增大过冷奥氏体的稳定性获得较细的珠光体与分散度较大的铁素体。中碳钢正火应根据钢的成分及工件尺寸来确定冷却方式。过共析钢正火：消除网状碳化物，加热时必须保证碳化物全部溶入奥氏体中，为抑制自由碳化物的析出使其获得伪共析组织，采用较大冷速，如鼓风，喷雾，甚至油冷，水冷至Ar1点以下，取出空冷。应注意的问题：双重正火有些锻件的过热组织或铸件粗大铸造组织，一次正火不能达到细化组织的目的，采用两次正火。第一次正火：AC3+150~200℃以扩散办法消除粗大组织，使成分均匀。第二次正火：AC3+30~50℃，目的是为了细化组织。56正火与退火态45钢机械性能状态σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180碳钢正火与退火后的硬度（HB）状态结构钢软的中等的硬的工具钢退火正火～125～140～160～190～185～230～220～270注：正火态强硬度与塑韧性均较高C%<0.25%的低碳钢——多用正火；提高硬度C%:0.25~0.5%——可正火、可完全退火；C%:0.5~0.75%——完全退火；C%>0.75%——球化退火C%>0.9%——有网状碳化物正火(消网)＋球化退火

1退火与正火—珠光体类型组织的应用2能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理

正火与退火的选用

退火正火的缺陷(1)过烧：加热温度过高，晶界氧化，甚至晶界局部熔化造成工件报废，无法修复。(2)黑脆：碳素工具钢或低合金工具钢在退火后，有时发现硬度虽然很低，但脆性却很大，一折即断，断口呈黑色，因此叫黑脆。金相组织特点：部分渗碳体转变成石墨。原因：A、退火温度过高，保温时间过长，冷却缓慢，珠光体转变按更稳定的铁石墨平衡相图进行。B、含碳量过高，含锰量过低，含有微量的促进石墨化的杂质（如铝等）发现黑脆的工件不能返修。退火正火的缺陷(3)粗大魏氏组织组织特点：亚共析钢中先共析铁素体晶界上有粗大渗碳体存在，珠光体片间距较大；过共析钢中先共析渗碳体周围有很宽铁素体条，而先共析渗碳体网也很宽。产生原因：当亚共析或过共析钢退火时，在Ar1点附近冷却过慢，特别是在略低于Ar1点的温度下长期停留。退火正火的缺陷(4)网状组织产生原因：温度过高，冷速过慢，出现网状铁素体或渗碳体，它们会降低钢的机械性能，特别是网状渗碳体在后续淬火加热时，很难消除，应严格控制。(5)球化不均匀：二次渗碳体呈粗大块状分布。形成原因：球化退火前没有消除网状渗碳体，在球化退火时集聚而成。消除办法：正火加一次球化退火。退火正火的缺陷(6)硬度过高中碳钢退火目的之一，降低硬度，有利加工，但如果退火加热温度过高，冷速过快，特别是Me较多时，过冷奥氏体稳定的钢，就会出现索氏体，屈氏体甚至贝氏体，马氏体组织，而硬度高于规定值。消除办法：重新退火。使珠光体中的片状渗碳体和网状二次渗碳体球化，以降低硬度、改善切削加工性能；获得均匀组织，改善热处理工艺性能，为以后的淬火作组织准备用于共析钢、过共析钢和合金工具钢铁素体基体上均匀分布的粒状渗碳体组织---球状珠光体将过共析碳钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳体球化退火与完全退火相同，但所需时间可缩短一半，且组织也较均匀用于奥氏体比较稳定的合金钢珠光体将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温等温退火细化晶粒，消除内应力，降低硬度以便于随后的切削加工用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件平衡组织铁素＋珠光体将亚共析碳钢加热到Ac3以上20～30℃，保温，随炉缓冷到600℃以下，出炉空冷完全退火目的应用场合组织热处理工艺名称对于低碳钢、低碳低合金钢，细化晶粒，提高硬度（140～190HBS），改善切削加工性能；对于过共析钢，消除二次网状渗碳体，有利于球化退火的进行适用于碳素钢及中、低合金钢，因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织亚共析F+S共析S过共析S将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30～50℃，保温，空气中冷却正火消除残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件组织不变将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷去应力退火高温长时间保温，使原子充分扩散，消除晶内偏析，使成分均匀化用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件粗大晶粒加热到1100℃左右，保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷均匀化退火目的应用场合组织热处理工艺名称思考题今有一批ZG45铸钢件，外形复杂，而机械性能要求高，铸后应采用何种种热处理?为什么?今有一批20CrMnTi钢拖拉机传动齿轮，锻后要进行车内孔、拉花键及滚齿等机械加工，然后进行渗碳淬火、回火。试问锻后及机械加工前是否需要进行热处理？若需要，则应进行何种热处理?主要工艺参数如何选择?今有一批45钢普通车床传动齿轮，其工艺路线为锻造－热处理－机械加工－高频淬火－回火。试问锻后应进行何种热处理，为什么?

将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30-50℃，经保温后，快速冷却获得马氏体的热处理操作称为淬火。

淬火的定义不同冷却速度所得到的组织 获得全部马氏体的必要条件冷却速度大于上临界冷速温度低于马氏体点加热温度超过临界点10.2钢的淬火提高钢的硬度及耐磨性（如工具、轴承等要求

高耐磨性的零件）获得良好的综合机械性能（中碳钢经淬火+高温

回火可获得强、韧兼备组织；各种弹簧都要求

强度高、弹性好，一般用高碳钢制作，经淬火+

中温回火后，弹性大大提高）获得特殊物理、化学性能（许多不锈钢、耐热

钢零件，淬火后可使耐腐蚀、耐热性能提高）。

淬火的目的

淬火缺陷及其防止热应力：工件在冷却时，由于不同部位的温度差异，导致冷却的不一致所引起的应力称为热应力。热应力所造成的残余应力分布特点：表层为压应力，心部为拉应力。（1）淬火时工件的内应力组织应力：由于工件不同部位组织转变不同时而引起的内应力。在心部完全淬透的情况下，组织应力导致工件最终的应力分布是，表层呈现拉应力，心部为压应力分布。（2）淬火引起的变形

淬火工艺参数的确定（1）淬火温度的确定

亚共析钢：AC3+30~50℃过共析钢：AC1+30~50℃亚共析钢合适的淬火温度为：Ac3+30~50℃淬火组织为：马氏体温度太低（低于Ac3）则淬火后组织中出现铁素体，导致硬度、耐磨性下降。温度太高，则获得粗大的马氏体组织，钢的性能恶化，同时引起钢件严重变形。

过共析钢合适的淬火温度为：Ac1+30~50℃淬火组织为：马氏体+粒状二次渗碳体由于渗碳体的硬度高与马氏体，所以当二次渗碳体以粒状弥散分布于马氏体基体之上时，可以提高组织的硬度和耐磨性——弥散强化。

淬火加热温度过高，不仅会得到粗大的马氏体组织，还会引起零件严重的变形甚至开裂，而且由于二次渗碳体随着加热温度的升高会大量溶入奥氏体中，使得Ms、Mf降低，从而增加了组织中残余奥氏体的含量，影响淬火硬度和耐磨性。

淬火温度过低，<Ac1则得不到马氏体组织。合金钢

由于奥氏体晶粒长大倾向受到合金碳化物等的抑制，故可适当提高淬火温度。（T↑→C曲线右移）

低合金钢：AC3

或AC1+50~100℃

高合金钢：AC3

或AC1+300~400℃原则：既要保证工件表面和心部都达到指定的加热温度，又要保证组织转变充分进行和化学成分扩散均匀，同时不能使A晶粒长大。适当的保温时间，对于保证钢的淬火质量，提高劳动生产率很重要。（2）加热、保温时间的确定

τ保温=τ升温+τ热透+τ转变600℃800℃1280℃W18Cr4VTt

淬火冷却介质淬火时，通过快速冷却，使奥氏体转变为马氏体，这一过程体积膨胀，内应力很大，所以要使零件在不淬裂、变形小的前提下淬成马氏体，并不是一件容易的事。

根据C曲线，淬火时，要求在650-400℃范围内快速冷却，以避过C曲线拐点部位，使奥氏体不发生高温、中温组织转变；而冷却到300℃以下、Ms附近时，则希望冷速慢一些，以免产生太大的内应力导致零件变形、开裂。钢的理想淬火冷却速度淬火介质的要求鼻点冷速大,MS附近冷速小；稳定，成本低；安全;无毒；不腐蚀工件。

冷却速度

高温T＞650℃,慢冷,可以减少热应力。中温650℃～400℃,快冷,避开C曲线的鼻尖,保证全部获得M。

低温400℃以下，特别是300～200℃发生M转变时要求慢冷，↓M转变时的组织应力最常用的淬火冷却介质是水、油、硝盐浴或碱浴。水：高温区冷却速度较大，但低温区冷却速度也大，能淬硬，但易淬裂。油：高温区冷速较低，低温区冷速较合适，淬不裂，但可能淬不硬且价格高、易燃。碱浴：高温区冷速比水弱，比油强，低温区比油弱。盐浴：高温区冷速比水弱，比油略弱，低温区比油弱。淬火介质水油盐水碱浴硝盐浴冷速650～550℃600℃/s快150℃/s太慢1000～1200℃/s比油快比油稍弱200～300℃270℃/s太快30℃/s慢300℃/s比油弱比油弱特点

高温冷速快，可保证工件淬硬

低温冷速快，工件易变形开裂

冷却能力对水温敏感

杂质使冷却能力下降

低温冷速慢，工件不易变形、开裂

高温冷速慢，工件易分解，淬不硬

易老化、易燃

油温增加，冷却能力增加20～80℃）

冷却能力强

工件表面质量好，硬度均匀

易变形开裂

易腐蚀

既能保证工件淬硬，又能使变形开列程度减少

流动性好

工作环境差用途碳钢合金钢小截面碳钢形状简单，截面尺寸大的碳钢小件、形状复杂、精度要求高的工件由于实际冷却介质不能满足淬火要求，所以必须从淬火方法上加以弥补。

常用淬火方法abcd双液淬火温度时间PBMsAA1Mf单液淬火法将加热后的钢件放入一种淬火冷却介质中冷却。优点：单液淬火法操作简单，易实现自动化操作，缺点：水淬易变形、开裂；油淬硬度不足，只适用于形状简单的工件。双液淬火法（水淬油冷法）

对于形状复杂的高碳钢零件，为了防止淬火后产生过大的变形或开裂，可在水中淬火至Ms附近，然后立即放入油中（或空气）继续冷却，故双液淬火法又称水淬油冷法。优点：用这种方法既能淬硬，又能防止淬裂。缺点：对操作技术要求较高。适用于高碳钢形状复杂的零件。分级淬火法

不管是单液淬火法，还是双液淬火法，都存在零件表面与心部温差较大，易产生较大的热应力导致零件变形、开裂的问题，分级淬火法能很好地解决这个问题。

所谓分级淬火法就是：先将加热好的零件淬入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保持一定时间，使零件表面与心部的温度均匀并与热浴一致，然后取出空冷，在热浴中停留的时间以不发生奥氏体中温转变为宜。

缺点：冷却能力较低，只适用于小尺寸零件。等温淬火法

将加热好的零件淬入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使奥氏体等温转变为下贝氏体组织，然后空冷至室温。优点：等温淬火法可获得强、韧兼备的组织，且零件的内应力可减低到最小程度，不易变形。缺点：生产周期长，仅适用于形状复杂的小零件。

局部淬火法

有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好，

因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生

变形或开裂。

局部淬火法包括：①局部加热淬火法

②局部冷却淬火法冷处理高碳钢、合金钢的Mf都在零下几十度，为了减少残余奥氏体的数量，可在淬火后进行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为马氏体。冷处理介质：干冰（-80℃）、液化乙烯（-107℃）、液氮（-192℃）冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。钢件淬火时，表层直接与淬火介质接触，冷却速度快；而心部则要通过表层来散热，冷却速度慢。温度时间PBMsAA1Mf

钢的淬透性v表v心v心钢件表层得到M；而心部只能获得部分M，甚至完全得不到M。（1）淬透性的概念如果表层的冷却速度大于临界冷却速度Vc，而心部的冷却速度低于临界冷却速度，则表层获得马氏体表层与心部之间依次为马氏体、托氏体、索氏体、珠光体，即钢仅被淬火到一定深度。

如果心部的冷却速度也大于临界冷却速度Vc，则沿工件截面均获得马氏体组织，即钢被淬透。屈氏体＋马氏体

淬透性淬透性是表征钢件淬火时形成Ｍ的能力，或者说表征钢件淬火时所能得到的淬硬层的深度。(与钢中过冷A稳定性有关)。淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度。淬硬性

在正常淬火情况下，以超过临界冷却速度的冷速冷却，得到的Ｍ组织所能达到的最高硬度值。

淬硬性在正常淬火情况下，以超过临界冷却速度的冷速冷却，得到的Ｍ组织所能达到的最高硬度值。钢的淬透性与淬硬性是两个不同的概念。淬硬性是指钢在淬火后所能获得的最大硬度值。它主要取决于含碳量，含碳量越高，淬硬性越大，但淬硬性的钢淬透性不一定好，钢的淬透性受很多因素的影响。

注意：淬透性好的钢其淬硬性不一定高。淬硬性与淬透性之间的关系淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T12A)大低低碳合金结构钢(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具钢(W18Cr4V)

影响钢淬透性的决定因素是临界冷却速度Vc，Vc越小，淬透性越大。临界冷却速度与C曲线的位置有关，C曲线越右→

Vc越小→淬透性越大（2）影响钢淬透性的因素含碳量的影响亚共析钢，含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，Ｃ曲线右移，淬透性提高。过共析钢，随着含碳量增加，奥氏体的稳定性降低，Ｃ曲线左移，淬透性降低(未溶渗碳体促进奥氏体分解)。合金元素的影响

除Co以外，其它合金元素都使C曲线右移，Vc↓，淬透性提高，故合金钢的淬透性大大高于碳钢。奥氏体化温度和保温时间的影响随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性。碳钢中以共析钢的淬透性最好。

临界直径法将同一种钢不同直径的圆棒试样加热至单相A区，然后在同一淬火介质中冷却，测出其能全部淬硬成M的最大直径D0即为临界直径。D0D0油淬水淬（3）淬透性的测定方法D0越大，表示钢的淬透性越好；临界直径法用不同钢在同一淬火介质中的临界直径来比较它们的淬透性大小。最常用的是顶端淬火法（端淬法）测定钢的淬透性。将Ф25×100mm的标准试样加热后对末端进行喷水冷却（水压恒定），试样末端相当于淬火零件的表面，距末端的距离越远，冷却速度越低，相当于淬火零件的内部。顶端淬火法

端淬试样冷却后，沿其长度方向磨出一狭条平面，每隔一定距离测量硬度值，可以绘出淬透性曲线，对应于半马氏体的硬度点至末端的距离d，就是淬透层深度，d越大，钢的淬透性越好。表示方法：J**/d

J——末端淬透性

d——至水冷端（末端）的距离，mm

**——此处的实测硬度值，HRC

J45/10-15：表示距末端10-15mm处，淬火硬度为45HRC。

J42-45/10：表示距末端10mm处，淬火硬度为42-45HRC。1.53.04.56.07.59.010.512.013.515.0010203040506070距端面距离/mmHRC40Cr45HRCσbσ0.2AkHRCσbσ0.2Ak淬透件未淬透件

对机械性能的影响

将淬透性不同的两种钢制成直径相同的轴，进行淬火+高温回火热处理（调质），其中一件完全淬透，另一件未淬透。（4）淬透性对钢机械性能的影响σs/σb(RM-RQ)，HRC淬火不完全程度与屈强比的关系（RM-RQ）表示淬火不完全程度。可见，(RM-RQ)越大，σs/σb越小，对材料强度的利用率越低（零件在工作中不允许出现塑性变形）。σ-1100%马氏体20%马氏体淬火后马氏体含量越高，回火后钢的疲劳极限越高。综上：零件截面尺寸越大，淬透性对机械性能的影响越大。重要零件，要求表面与心部机械性能一致，应选用淬透性好的钢材。对心部机械性能要求不高的零件，可选用淬透性低的钢材（便宜）。焊接件，不能采用淬透性高的钢材。防止焊缝出现淬火组织→脆、裂纹。（5）机械零件设计中对钢淬透性的考虑小尺寸试样的性能数据，不能用于大尺寸工件的强度计算。

淬透性低的大尺寸零件，淬火应安排在切削加工之后进行。

碳钢的淬透性很低，设计大尺寸零件时，应采用正火工艺代替调质处理，以防止淬不透。二者的性能相差不大，但成本相差很大。

目的（1）稳定工件组织、性能和尺寸。（2）减小或消除残余应力，防止工件的塑性变形和开裂。（3）调整工件的强度、硬度，提高韧性，以满足不同工件的性能要求。

概念：回火是指将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保温后冷却下来的一种热处理工艺。

回火的概念与回火目的10.3钢的回火

淬火钢在回火时的组织转变

淬火组织高度不稳定（1）M中的碳是高度过饱和的；（2）M有很高的应变能和界面能；（3）一定量的残余奥氏体与M共存。

淬火钢的组织：马氏体+残余奥氏体

回火过程时效阶段（100℃以下）

：碳原子的重新分布；回火第一阶段（100~200℃）：过渡碳化物的沉淀；回火第二阶段（200~300℃）：残余奥氏体的分解；回火第三阶段（200~350℃）：过渡碳化物转变为Fe3C；回火第四阶段（350℃以上）：

Fe3C的粗化和球化，以及等轴铁素体晶粒的形成。

时效阶段（100℃以下）

碳原子将首先向大量存在于马氏体中的位错及孪晶界面偏聚。回火第一阶段（100~200℃）回火马氏体这一阶段转变完成后,钢的组织由有一定过饱和程度的α固容体和与其有共格关系的ε碳化物所组成，这种组织称为回火马氏体（M回）。马氏体转变为回火马氏体，可用下式表示：M→M回（α相+ε-FeχC）↓↓～0.25%2～3

回火第二阶段（200~300℃）残余奥氏体与过冷奥氏体相比：①两者都是C在γ-Fe中的固溶体，转变的动力学曲线很相似；②物理状态不同，残余奥氏体在淬火过程中发生了高度塑性变形，存在很大的畸变；③发生了机械稳定化和热稳定化。

残余奥氏体转变产物是α相和ε-FexC的混合组织，称回火马氏体或下贝氏体。A残→M回或B下残余奥氏体转变为马氏体或下贝氏体称为二次淬火。

回火第三阶段（200~350℃）碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍具有一定的正方度。形成θ-Fe3C——正交晶系。具体形成过程：α′→α相+ε-FexC→α相+θ-Fe3Cθ-Fe3C的惯习面为{110}α′或{112}α′；位向关系为(001)θ//(112)α′，(010)θ//(111)α′，[100]θ//[110]α′。最终组织：回火屈氏体

回火第四阶段（350℃以上）主要发生α相回复再结晶，同时碳化物聚集长大。α相回复：α相回复包括内应力消除和缺陷的减少或逐渐消失。再结晶：形成等轴晶粒。碳化物长大：温度高于400℃，碳化物已与α相脱离共格关系而聚集球化。细粒状弥散的碳化物迅速聚集长大并粗化，并对α相的再结晶有阻碍作用。最终组织：回火索氏体组织。回火索氏体回火屈氏体回火马氏体

淬火钢在回火时的性能变化

硬度高碳钢(＞0.8%C)100℃左右回火时硬度稍有上升，是由于C原子偏聚和共格ε-FexC析出造成的。回火温度升高，硬度总的趋势是下降。200~300℃回火时出现硬度平台是由于残余奥氏体转变(使硬度上升)和马氏体大量分解(使硬度下降)两个因素综合作用的结果。合金元素能够不同程度上阻碍回火硬度的降低。同时，回火时(500~600℃)可以造成二次硬化。

强度和塑性回火温度升高，强度不断下降，塑性不断上升。低温回火时，高碳钢片状马氏体塑性几乎为零，低碳钢具有良好的综合性能。300~450℃回火时钢的弹性极限最高(回火屈氏体组织)。合金元素加入与相同含碳量的碳钢对比，强度高(回火高于300℃)。40钢的冲击韧度与回火温度的关系℃

韧性

回火脆性概念：淬火钢在某些温度范围内回火时脆性显著增大的现象。低温回火脆性：250～400℃

第一类，不可逆高温回火脆性：450～650℃

第二类，可逆（1）第一类回火脆性定义：250~400℃回火时出现的回火脆性。特点：(1)断裂方式为沿晶断裂或穿晶断裂。(2)与回火冷却速度无关。(3)产生第一类回火脆性的工件在更高的温度回火，脆性消失，重新在其脆性温度区回火，也不产生回火脆性，这种特性称回火脆性的不可逆。(4)不能用热处理或合金化方法消除第一类回火脆性。（1）第一类回火脆性产生机制：(1)残余奥氏体转变理论(2)杂质偏聚理论避免方法：(1)加入合金元素使回火脆性温度提高。(2)不在此温度区间回火。(3)降低杂质元素含量。（2）第二类回火脆性定义：450~600℃回火时出现的回火脆性。特点：(1)断裂方式为沿晶断裂。(2)与回火冷却速度有关(对冷却速度敏感)快冷时不产生第二类回火脆性，慢冷产生第二类回火脆性。(3)可逆性——已产生第二类回火脆性钢回火重新加热快冷，回火脆性消失，而不脆的钢回火慢冷时产生第二类回火脆性。(4)与原始组织有关，马氏体的第二类回火脆性＞贝氏体的第二类回火脆性＞珠光体的第二类回火脆性。(5)第二类回火脆性的等温冷却脆化动力学曲线呈“C”字型。产生机制：杂质偏聚理论避免方法：(1)降低杂质元素含量，减少Ni、Cr、Mn含量。(2)加入合金元素Mo、W等抑制杂质元素偏聚。(3)细化晶粒，奥氏体晶粒粗大，单位体积晶界数