機(jī)械工程材料第五章

1、第五章 鋼的熱處理 改善鋼的性能，主要有兩條途徑： 合金化； 熱處理。 熱處理：是指將鋼在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝. 為簡(jiǎn)明表示熱處理的基本工藝過(guò)程，通常用溫度時(shí)間坐標(biāo)繪出熱處理工藝曲線。 實(shí)質(zhì)：在加熱、保溫和冷卻過(guò)程中，鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而改變了其性能； 目的：改善鋼（工件）的力學(xué)性能或工藝性能； 作用：充分發(fā)揮材料的性能潛力，提高零件質(zhì)量，延長(zhǎng)零件壽命；l在機(jī)床制造中約60-70%的零件要經(jīng)過(guò)熱處理。l在汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中需熱處理的零件達(dá)70-80%。l熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業(yè)被廣泛應(yīng)用. l模具、滾動(dòng)軸承100%需經(jīng)過(guò)熱處

2、理。l總之，重要零件都需適當(dāng)熱處理后才能使用。 熱處理特點(diǎn): 熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。 鑄造鑄造軋制軋制l熱處理適用范圍：只適用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。 根據(jù)加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點(diǎn)不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理其他熱處理普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處理熱處理熱處理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空熱處理、真空熱處理、形變熱處理激形變熱處理激光熱處理光熱處理控制氣氛熱處理控制氣氛熱處理表面淬火表面淬火感應(yīng)加熱、火焰加熱、感應(yīng)加熱、火焰加熱、電接觸加熱等電接

3、觸加熱等化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理滲碳、氮化、碳氮滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等共滲、滲其他元素等 l鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示。l加熱時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度用Ac1、Ac3、Accm表示l冷卻時(shí)的實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。l由于加熱冷卻速度直接影響轉(zhuǎn)變溫度，因此一般手冊(cè)中的數(shù)據(jù)是以3050/h 的速度加熱或冷卻時(shí)測(cè)得的。第二節(jié) 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、鋼的奧氏體化 加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發(fā)生相變；另一種是在臨界點(diǎn)以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。 奧氏體化也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程，分為四步。鋼坯加熱

4、鋼坯加熱 第一步 奧氏體晶核形成：首先在與Fe3C相界形核。 第二步 奧氏體晶核長(zhǎng)大： 晶核通過(guò)碳原子的擴(kuò)散向 和Fe3C方向長(zhǎng)大。 第三步 殘余Fe3C溶解: 鐵素體的成分、結(jié)構(gòu)更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時(shí)間延長(zhǎng)繼續(xù)溶解直至消失。 第四步 奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫使奧氏體成分趨于均勻。共析鋼奧氏體化過(guò)程共析鋼奧氏體化過(guò)程 亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化過(guò)程與共析鋼基本相同。但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應(yīng)加熱到Ac3或Accm以上.(完全奧氏體化與不完全奧氏體化)二、奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其控制

5、隨加熱溫度升高或保溫時(shí)間延長(zhǎng)，奧氏體晶粒將進(jìn)一步長(zhǎng)大，這是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程。奧氏體晶粒長(zhǎng)大過(guò)程與再結(jié)晶晶粒長(zhǎng)大過(guò)程相同。（一）奧氏體的晶粒度 晶粒度 晶粒度的重要性：奧氏體晶粒粗大，冷卻后的組織也粗大，降低鋼的常溫力學(xué)性能，尤其是塑性。因此加熱得到細(xì)而均勻的奧氏體晶粒是熱處理的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 晶粒大小的兩種表達(dá)方法： 晶粒尺寸 晶粒號(hào)N：將放大100倍的金相組織與標(biāo)準(zhǔn)晶粒號(hào)圖片進(jìn)行比較。大小分為8級(jí)，1級(jí)最粗，8級(jí)最細(xì)。通常14級(jí)為粗晶粒度，58級(jí)為細(xì)晶粒度。 （二）奧氏體晶的長(zhǎng)大傾向 奧氏體長(zhǎng)大傾向。起始晶粒度：奧氏體化剛結(jié)束時(shí)的晶粒度稱起始晶粒度,此時(shí)晶粒細(xì)小均勻。實(shí)際晶粒度：某一具體熱處理

6、或熱加工條件下的奧氏體的晶粒度叫實(shí)際晶粒度，它決定鋼的性能本質(zhì)晶粒度：鋼加熱到93010、保溫8小時(shí)、冷卻后測(cè)得的晶粒度叫本質(zhì)晶粒度。如果測(cè)得的晶粒細(xì)小，則該鋼稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼，反之叫本質(zhì)粗晶粒鋼。 （三）奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響因素及控制l加熱溫度和保溫時(shí)間：加熱溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng), 晶粒粗大。但隨時(shí)間延長(zhǎng)，晶粒的長(zhǎng)大速度越來(lái)越慢。l加熱速度：加熱速度越快,過(guò)熱度越大, 形核率越高, 晶粒越細(xì)，生產(chǎn)中?？焖偌訜?，短時(shí)保溫。l合金元素：促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素：Mn、P、C、N。 阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素: Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。只有溫度超過(guò)一定

7、值時(shí)，奧氏體才突然長(zhǎng)大。 由于常用的奧氏體加熱溫度在800930，該類鋼均可以得到細(xì)小的晶粒。第二節(jié) 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變 冷卻是熱處理的最后一個(gè)工序，也是最關(guān)鍵的工序，它決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時(shí)間相同，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同。這是因?yàn)檫^(guò)冷奧氏體在冷卻過(guò)程中轉(zhuǎn)變成了不同的產(chǎn)物。冷卻的方式 連續(xù)冷卻：使加熱到奧氏體化的鋼連續(xù)降溫進(jìn)行組織轉(zhuǎn)變 等溫冷卻：使加熱到奧氏體化的鋼以較快的冷卻速度冷到Ar1以下某溫度保溫，在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。一、過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變 過(guò)冷奧氏體：處于臨界點(diǎn)A1以下的奧氏體稱過(guò)冷奧氏體。過(guò)冷奧氏體是非穩(wěn)定組織，遲早要發(fā)生轉(zhuǎn)變。隨過(guò)

8、冷度不同，過(guò)冷奧氏體將發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變?nèi)N類型轉(zhuǎn)變。 過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖，又稱C 曲線、S 曲線或TTT曲線。(Time-Temperature-(Time-Temperature-Transformation diagram)Transformation diagram)1、C曲線的建立 以共析鋼為例： 取一批小試樣并進(jìn)行奧氏體化。 將試樣分組淬入低于A1 點(diǎn)的不同溫度的鹽浴中,隔一定時(shí)間取一試樣淬入水中。 測(cè)定每個(gè)試樣的轉(zhuǎn)變量，確定各溫度下轉(zhuǎn)變量與轉(zhuǎn)變時(shí)間的關(guān)系。 將各溫度下轉(zhuǎn)變開(kāi)始時(shí)間及終了時(shí)間標(biāo)在溫度時(shí)間坐標(biāo)中，并分別連線。轉(zhuǎn)變開(kāi)始點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變開(kāi)始線。轉(zhuǎn)變終

9、了點(diǎn)的連線稱轉(zhuǎn)變終了線。冷卻到230以下將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。2、C 曲線的分析轉(zhuǎn)變區(qū)域A1-Ms 間及轉(zhuǎn)變開(kāi)始線以左的區(qū)域?yàn)檫^(guò)冷奧氏體區(qū)。轉(zhuǎn)變終了線以右及Mf以下為轉(zhuǎn)變產(chǎn)物區(qū)。 兩線之間及Ms與Mf之間為轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A A1 1MMS SMMf fA A過(guò)冷過(guò)冷P PB BMMAMAMABABAAP P轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了線線奧氏體奧氏體轉(zhuǎn)變開(kāi)始線與縱坐標(biāo)之間的距離為孕育期。孕育期越小，過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性越小.孕育期最小處稱C 曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A A1 1MMS SMMf fA A過(guò)冷過(guò)冷P PB BMMAMAMABABAPAP

10、轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了線線奧氏體奧氏體在鼻尖以上, 溫度較高，相變驅(qū)動(dòng)力小。在鼻尖以下，溫度較低，擴(kuò)散困難。從而使奧氏體穩(wěn)定性增加。 三個(gè)溫度區(qū)間：C曲線明確表示了過(guò)冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A A1 1MMS SMMf fA A過(guò)冷過(guò)冷P PB BMMAMAMABABAPAP轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了線線奧氏體奧氏體（二）過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織和性能1.高溫轉(zhuǎn)變（珠光體型轉(zhuǎn)變） 在A1550 之間, 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為珠光體型組織, 此溫區(qū)稱珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A A1 1MMS SMMf fA A過(guò)冷過(guò)冷P PB BMMAMAMAB

11、ABAPAP轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了線線奧氏體奧氏體 珠光體型組織是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物, 滲碳體呈層片狀分布在鐵素體基體上，轉(zhuǎn)變溫度越低，層間距越小，可將珠光體型組織按層間距大小分為珠光體(P)、索氏體(S)和托氏體(T)。奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散型的形核、長(zhǎng)大過(guò)程, 是通過(guò)碳、鐵的擴(kuò)散和晶體結(jié)構(gòu)的重構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 珠光體轉(zhuǎn)變過(guò)程 珠光體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。滲碳體晶核首先在奧氏體晶界上形成，在長(zhǎng)大過(guò)程中，其兩側(cè)奧氏體的含碳量下降，促進(jìn)了鐵素體形核，兩者相間形核并長(zhǎng)大，形成一個(gè)珠光體團(tuán)。（又稱珠光體領(lǐng)域） 珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。珠光體轉(zhuǎn)變珠光體轉(zhuǎn)變 珠光體的性能 珠光

12、體、索氏體、托氏體三種組織無(wú)本質(zhì)區(qū)別，只是形態(tài)上的粗細(xì)之分，因此其界限也是相對(duì)的。 A1680 珠光體（0.4m,HB170230） 680600 索氏體（0.40.2m,HRC2535） 600550 托氏體（ 0.2m,HRC3540） ） 片間距越小，鋼的強(qiáng)度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。 2.中溫轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變 轉(zhuǎn)變溫度550- 230 (Ms)貝氏體用符號(hào)B表示。 根據(jù)其組織形態(tài)不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下)。 貝氏體是滲碳體分布在碳過(guò)飽和的鐵素體基體上的兩相混合物。奧氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變屬于半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變。時(shí)間時(shí)間溫度溫度A A1 1MMS SMMf fA A

13、過(guò)冷過(guò)冷P PB BMMAMAMABABAPAP轉(zhuǎn)變開(kāi)始轉(zhuǎn)變開(kāi)始線線轉(zhuǎn)變終了轉(zhuǎn)變終了線線奧氏體奧氏體 上貝氏體 形成溫度為550-350。 在光鏡下呈羽毛狀。 在電鏡下為不連續(xù)棒狀的滲碳體分布于自?shī)W氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)的鐵素體條之間。 下貝氏體 形成溫度為350-Ms。 在光鏡下呈竹葉狀。光鏡下光鏡下電鏡下電鏡下 在電鏡下為細(xì)片狀碳化物分布于鐵素體針內(nèi)，并與鐵素體針長(zhǎng)軸方向呈55-60角。 貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程 貝氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。 發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變時(shí),首先在奧氏體中的貧碳區(qū)形成鐵素體晶核，其含碳量介于奧氏體與平衡鐵素體之間，為過(guò)飽和鐵素體。 當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較高（550-350) 時(shí)，條片狀

14、鐵素體從奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長(zhǎng)，隨鐵素體條伸長(zhǎng)和變寬，其碳原子向條間奧氏體富集，最后在鐵素體條間析出Fe3C短棒，奧氏體消失，形成B上 。上貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程上貝氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程 貝氏體轉(zhuǎn)變屬半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，即只有碳原子擴(kuò)散而鐵原子不擴(kuò)散，晶格類型改變是通過(guò)切變實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng)轉(zhuǎn)變溫度較低（350-230) 時(shí)，鐵素體在晶界或晶內(nèi)某些晶面上長(zhǎng)成針狀，由于碳原子擴(kuò)散能力低,其遷移不能逾越鐵素體片的范圍，碳在鐵素體的一定晶面上以斷續(xù)碳化物小片的形式析出。 下貝氏體轉(zhuǎn)變下貝氏體轉(zhuǎn)變 貝氏體的性能 上貝氏體強(qiáng)度與塑性都較低，無(wú)實(shí)用價(jià)值。 下貝氏體除了強(qiáng)度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學(xué)性能，是

15、生產(chǎn)上常用的強(qiáng)化組織之一。 上貝氏體上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體下貝氏體（三）亞共析碳鋼與過(guò)共析碳鋼過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變1.C曲線的形狀與位置 相同點(diǎn)：都具有轉(zhuǎn)變開(kāi)始與終了線。 不同點(diǎn)：先析出線 隨含碳量變化2.先共析相的量與形態(tài)l隨著過(guò)冷度的增加，先析出相減少，達(dá)到一定程度時(shí)，形成偽共析體（極細(xì)的托氏體）l形態(tài)與含碳量有關(guān)，先析出的鐵素體可以呈塊狀和網(wǎng)狀，而滲碳體多成網(wǎng)狀。l魏氏組織的形成和消除（降低力學(xué)性能，尤其是韌性，退火與正火來(lái)消除）l在碳1.2時(shí)，如果奧氏體晶粒特別粗大，先析出相將以針狀或片狀在晶內(nèi)析出，稱為魏氏組織。l魏氏組織常使力學(xué)性能降低，尤

16、其是塑性，生產(chǎn)中用正火或退火來(lái)消除。二、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖（一）共析鋼的CCT曲線的建立 過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖又稱CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲線，是通過(guò)高速膨脹儀測(cè)定不同冷速下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變量獲得的。（二）共析鋼的CCT曲線分析 （1）共析鋼的CCT曲線沒(méi)有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，在珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)之下多了一條轉(zhuǎn)變中止線。 （2）當(dāng)連續(xù)冷卻曲線碰到轉(zhuǎn)變中止線時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變中止，余下的奧氏體一直保持到Ms以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。V Vk kV Vk k共析鋼的共析鋼的CCTCCT曲線曲線 （3）圖中的VC 為CCT曲線的臨界冷卻速度，即獲

17、得全部馬氏體組織時(shí)的最小冷卻速度。 （4）轉(zhuǎn)變?cè)谝粶囟葏^(qū)間進(jìn)行并隨冷卻速度變化 （5）轉(zhuǎn)變不均勻，可獲得混合組織。（三）等溫TTT在連續(xù)轉(zhuǎn)變中的應(yīng)用 CCT曲線位于TTT曲線右下方。CCT曲線獲得困難，TTT曲線容易測(cè)得。 可用TTT曲線定性說(shuō)明連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變情況。方法是將連續(xù)冷卻曲線繪在C 曲線上，依其與C 曲線交點(diǎn)的位置來(lái)說(shuō)明最終轉(zhuǎn)變產(chǎn)物物. . 用用TTTTTT曲線定性說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)曲線定性說(shuō)明共析鋼連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變的組織轉(zhuǎn)變爐冷爐冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷P PS ST+M+AT+M+AM+AM+AP均勻均勻A細(xì)細(xì)AP退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(

18、油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時(shí)間時(shí)間650600550P均勻均勻A細(xì)細(xì)A退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)淬火淬火(油冷油冷)淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時(shí)間時(shí)間65060055045鋼鋼850油冷組織油冷組織M+T 過(guò)共析鋼CCT曲線也無(wú)貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū), 但比共析鋼CCT曲線多一條AFe3C轉(zhuǎn)變開(kāi)始線。由于Fe3C的析出, 奧氏體中含碳量下降, 因而Ms 線右端升高。 亞共析鋼CCT 曲線有貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，還多AF開(kāi)始線, F析出使A含碳量升高, 因而Ms 線右端下降。過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼CCTCCT曲線曲線亞共析鋼亞共析鋼CCTCCT曲線曲線三、馬氏體轉(zhuǎn)變

19、當(dāng)奧氏體冷卻速度大于臨界冷卻速度，并過(guò)冷到到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織。 轉(zhuǎn)變無(wú)擴(kuò)散。 單相亞穩(wěn)組織。（一）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) 碳在-Fe中的過(guò)飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。 馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。 馬氏體具有體心正方晶格（a=bc） 軸比c/a 稱馬氏體的正方度，C% 越高，正方度越大，正方畸變?cè)絿?yán)重。當(dāng)0.25%C時(shí)，c/a=1，此時(shí)馬氏體為體心立方晶格。（二）馬氏體的形態(tài) 馬氏體的形態(tài)分板條和片狀兩類。 板條馬氏體（低碳M） 立體形態(tài)為細(xì)長(zhǎng)的扁棒狀 在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織。 每束內(nèi)條與條之間尺寸大致相同并呈平行排列，一個(gè)奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個(gè)取向不

20、同的馬氏體束。 在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯(cuò)，=1012/cm2,又稱位錯(cuò)馬氏體。SEMSEMTEMTEM 片狀（針狀）馬氏體（高碳M） 立體形態(tài)為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。 在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下電鏡下電鏡下光鏡下光鏡下 先形成的馬氏體片橫貫整個(gè)奧氏體晶粒，但不能穿過(guò)晶界和孿晶界。后形成的馬氏體片不能穿過(guò)先形成的馬氏體片，所以越是后形成的馬氏體片越細(xì)小。 原始奧氏體晶粒細(xì)，轉(zhuǎn)變后的馬氏體片也細(xì)。 當(dāng)最大馬氏體片細(xì)到光鏡下無(wú)法分辨時(shí)，該馬氏體稱隱晶馬氏體。 馬氏體的形態(tài)主要取決于其含碳量 C%小于0.2%時(shí)，組織幾乎全部是板條馬氏體。 C

21、%大于1.0%C時(shí)幾乎全部是；片狀馬氏體. C%在0.21.0%之間為板條與片狀的混合組織。馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.45%C0.2%C0.2%C1.2%C1.2%C（三）馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點(diǎn)。 馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。 含碳量增加，其硬度增加。 當(dāng)含碳量大于0.6%時(shí)，其硬度趨于平緩。 合金元素對(duì)馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%C%馬氏體強(qiáng)化的主要原因是過(guò)飽和碳引起的固溶強(qiáng)化。此外，馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的組織細(xì)化也有強(qiáng)化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結(jié)構(gòu)的形式。針狀馬氏體

22、脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性。馬氏體的比容比奧氏體大。當(dāng)奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體時(shí)，體積會(huì)膨脹。故內(nèi)應(yīng)力也大。馬氏體是鐵磁相，而奧氏體為順磁相。馬氏體晶格畸變嚴(yán)重，因此電阻率高。（四）馬氏體轉(zhuǎn)變的特點(diǎn) 馬氏體轉(zhuǎn)變也是形核和長(zhǎng)大的過(guò)程。其主要特點(diǎn)是：無(wú)擴(kuò)散性l鐵和碳原子都不擴(kuò)散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。 共格切變性 由于無(wú)擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的。使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰?qiáng)W氏體隨之變形，在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。 馬氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸高速長(zhǎng)大 馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長(zhǎng)

23、大。 當(dāng)一片馬氏體形成時(shí)，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。轉(zhuǎn)變不完全：即使冷卻到Mf 點(diǎn)，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來(lái)，稱殘余奧氏體，用A 或 表示。 l 馬氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生在一定溫度范圍l只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。l在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。lMs、Mf 與冷速無(wú)關(guān)，主要取決于奧氏體中的合金元素含量（包括碳含量）。MMf fMsMsM(50%)M(50%)M(90%)M(90%) 馬氏體轉(zhuǎn)變后，A 量隨含碳量的增加而增加，當(dāng)含碳量達(dá)0.5%后，A 量才顯著。含含 碳碳 量量 對(duì)對(duì) 馬馬 氏體氏體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 變變 溫溫

24、度度 的的 影響影響含碳含碳 量對(duì)殘余奧量對(duì)殘余奧氏體氏體 量的影響量的影響 殘留奧氏體不僅降低了淬火鋼的硬度和耐磨性，由于殘留奧氏體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，使工件的尺寸發(fā)生變化，降低工件的尺寸精度。為了最大限度的消除奧氏體，達(dá)到增加硬度、耐磨性與穩(wěn)定尺寸的目的，可以采用冷處理的方法。過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼） 第三節(jié) 鋼的退火和正火 機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）預(yù)備熱處理機(jī)加工最終熱處理。 退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。 推桿式電阻爐推桿式電阻爐l預(yù)備熱處理的作用是消除鑄造、鍛造的缺陷，如晶粒粗大、內(nèi)應(yīng)力、缺陷組織等；同時(shí)調(diào)整硬度，為后續(xù)的切削做準(zhǔn)

25、備；均勻成分、細(xì)化晶粒；為最終熱處理做組織準(zhǔn)備。l最終熱處理的作用是使材料具有使用狀態(tài)下的性能，如強(qiáng)度、硬度等。一、退火一、退火 工藝：將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻 (爐冷) 的熱處理工藝叫做退火。 退火目的 調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為160-230HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。l退火種類：常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。 （一）完全退火 工藝：將工件加熱到Ac3+3050保溫后隨爐緩冷到600 以下，再出爐空冷的退火工藝。 應(yīng)用：亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件及熱軋型材，有時(shí)也用于

26、焊接結(jié)構(gòu)。 目的：主要在于細(xì)化鑄態(tài)下或鍛造后的粗大晶粒；降低硬度，便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力。完全退火一般常作為一些不重要工件的最終熱處理，或作為某些重要工件的預(yù)先熱處理。 特點(diǎn)：退火工藝時(shí)間很長(zhǎng)，尤其是對(duì)于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要數(shù)十小時(shí)，甚至數(shù)天的時(shí)間。 (注意事項(xiàng)：加熱速度與工藝制定)（二） 等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3+3050, 共析、過(guò)共析鋼加熱到Ac1+3050，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下（珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)）停留，待相變完成后出爐空冷。 目的和應(yīng)用：與完全退火相同，等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間，此外，工件內(nèi)外都處于同一溫度，易獲得均勻的組織，更適合于孕育期長(zhǎng)的合

27、金鋼。 高速鋼等溫退火與普通退火的比較高速鋼等溫退火與普通退火的比較（三）球化退火 工藝：球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。它是將工件加熱到Ac1+1020 保溫后緩冷至600一下再出爐空冷，主要用于共析、過(guò)共析鋼。 球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體, 用P球表示。 目的：獲取球狀珠光體，降低這些高碳鋼的硬度，以利于切削。所有的高碳鋼在切削之前一般都要進(jìn)行球化退火；為淬火做準(zhǔn)備。 對(duì)于有嚴(yán)重網(wǎng)狀二次滲碳體的過(guò)共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀。球狀珠光體球狀珠光體（四）擴(kuò)散退火 工藝：將工件加熱到略低于固相線溫度，保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為擴(kuò)

28、散退火。合金元素多，加熱溫度也高，時(shí)間也長(zhǎng)，組織嚴(yán)重過(guò)熱，需要一次完全退火或正火來(lái)消除過(guò)熱組織。用于質(zhì)量要求高的優(yōu)質(zhì)鑄件。 目的：消除成份偏析。（五）去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 工藝：將工件加熱到 Ac1以下某一溫度，保溫后隨爐冷卻的 熱處理工藝稱為去應(yīng)力退火。 目的：消除鑄、鍛、焊、機(jī)械加工的內(nèi)應(yīng)力。二、正火（一）工藝：正火是將鋼加熱到Ac3+3080，保溫后空冷的工藝。正火溫度正火溫度（二）正火后的組織與性能：l冷卻速度比退火稍快，組織較細(xì)，強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性稍有提高。 wc0.6%C時(shí)，組織為F+S； wc0.6%C時(shí)，組織為S 或p(偽共析體) 。（三）正火的應(yīng)用 (1)普通件最終熱處理

29、。 (3)要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火。 (3)中碳結(jié)構(gòu)鋼重要件的預(yù)備熱處理l(4)對(duì)于過(guò)共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。 (5)特定情況下，代替淬火加回火。主要是對(duì)大型的或形狀復(fù)雜的零件熱處理與硬度關(guān)系熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度合適切削加工硬度第五節(jié) 鋼的淬火 淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vc速 度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝.l淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。l淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。l淬火必須進(jìn)行回火。真空淬火爐真空淬火爐一、淬火工藝參數(shù)加熱溫度加熱時(shí)間冷卻介質(zhì)（一）淬火加熱溫度 亞

30、共析鋼 淬火溫度為Ac3+30-70以進(jìn)行完全奧氏體化。 共析鋼 淬火溫度為Ac1+30-70；淬火組織為M+A。 過(guò)共析鋼（預(yù)先進(jìn)行球化退火） 淬火溫度: Ac1+3070. 溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開(kāi)裂傾向增加。 淬火組織: M+Fe3C顆粒+A。(預(yù)備組織為P球)T12T12鋼（含鋼（含1.2%C1.2%C）正常淬火組織）正常淬火組織 合金鋼 由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。 亞共析鋼淬火加熱溫度為Ac3+ 50100。 共析鋼、過(guò)共析鋼淬火加熱溫

31、度為Ac1+50100。 鋼坯加熱鋼坯加熱（二）加熱時(shí)間l一般將升溫時(shí)間和保溫時(shí)間加在一起，稱為加熱時(shí)間。l加熱時(shí)間的確定應(yīng)考慮二個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是材料的均溫，一個(gè)是組織轉(zhuǎn)變的時(shí)間。l淬火加熱時(shí)間與零件的尺寸和加熱設(shè)備有關(guān)，可按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定； =D； 是系數(shù)，與成分、尺寸、介質(zhì)有關(guān)。一般取11.5； D是零件的有效厚度（見(jiàn)表）。（三）淬火介質(zhì) 對(duì)冷卻能力的要求 淬火冷卻速度應(yīng)大于Vc， 在保證大于Vc的前提下應(yīng)盡量緩慢，避免出現(xiàn)大的應(yīng)力，引起變形或開(kāi)裂。 理想的冷卻曲線，應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。理想淬火曲線示意圖理想淬火曲線示意

32、圖MsMsMMf f 常用淬火介質(zhì)是水、油及鹽和堿的水溶液 水： 在650 500 時(shí)冷卻能力很小，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單截面較大的碳鋼件。 鹽水溶液：高溫工件浸入該冷卻介質(zhì)后，在蒸汽膜階段析出鹽和堿的晶體并立即爆裂，將蒸汽膜破壞，工件表面的氧化皮也被炸碎，這樣可以提高介質(zhì)在650 500 的冷卻能力，獲得高而均勻的硬度。但在300200 時(shí)冷卻能力過(guò)大，增大工件的相變應(yīng)力。 苛性鈉水溶液：在650 500 的冷卻能力比鹽水溶液大，獲得高而均勻的硬度。而在300200 時(shí)冷卻能力卻稍低，其缺點(diǎn)是介質(zhì)的腐蝕性大。一般情況下，鹽水的濃度為10，苛性鈉水溶液的濃度為1015?？捎米魈间摷?/p>

33、低合金結(jié)構(gòu)鋼工件的淬火介質(zhì)，使用溫度不應(yīng)超過(guò)60，淬火后應(yīng)及時(shí)清洗并進(jìn)行防銹處理。 油：低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。 熔鹽：作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，高溫區(qū)冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。 聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì)。三、淬火方法 采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。（一）單液淬火法 加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。 操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。（二）預(yù)冷淬火 將奧氏體化的工件在空氣中預(yù)冷后放入淬火液。 減小淬火變形和裂紋。 單液淬火和預(yù)冷淬火工藝（三）雙液淬火法 工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，

34、躲過(guò)鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如碳鋼的水淬油冷，合金鋼的油淬空冷. 優(yōu)缺點(diǎn)：冷卻理想，不易掌握。 應(yīng)用：復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。（四）分級(jí)淬火法 工藝：在Ms附近的鹽浴或堿浴中停留適當(dāng)時(shí)間，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷獲得馬氏體。 優(yōu)點(diǎn)：可減少內(nèi)應(yīng)力， 應(yīng)用：用于小尺寸工件。（五）等溫淬火法 工藝：將工件在稍高于 Ms 的鹽浴或堿浴中保溫足夠長(zhǎng)時(shí)間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。 優(yōu)缺點(diǎn)：經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小，但鹽浴冷卻能力較小。 適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。（六）局部淬火法l有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好，因此可進(jìn)行

35、局部淬火，以避免其它部位產(chǎn)生變形或開(kāi)裂。l局部淬火法包括：局部加熱淬火法 局部冷卻淬火法第五節(jié) 鋼的回火 問(wèn)題的提出： 鋼件在淬火之后，硬度高、脆性大；馬氏體和殘余奧氏體都不穩(wěn)定，他們的分解和轉(zhuǎn)變會(huì)影響性能和尺寸的穩(wěn)定性，此外還存在較大的內(nèi)應(yīng)力，會(huì)引起變形和開(kāi)裂。l回火：將淬火后的鋼重新加熱到A1點(diǎn)以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。l目的： 通過(guò)回火，使馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，并控制轉(zhuǎn)變程度獲得不同的回火組織，使鋼具有所需要的性能； 使淬火組織穩(wěn)定化，避免工件在使用過(guò)程中發(fā)生尺寸和形狀的變化。 降低或消除淬火應(yīng)力，減小變形，防止開(kāi)裂二、鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變 淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主

36、要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。 網(wǎng)帶式回火電爐網(wǎng)帶式回火電爐（一）馬氏體的分解（200 C) 回火M(低過(guò)飽和-Fe2C) 共格與彌散分布 （二）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200300 C ） B下（三）碳化物的轉(zhuǎn)變（250450 C ） -Fe2C轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C（四）滲碳體的球化、長(zhǎng)大（450700 C ）成為粒狀Fe3C。 此時(shí)，鐵素體仍保留著馬氏體的形態(tài)，只有當(dāng)溫度超過(guò)600后，鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，才有原來(lái)的板條狀或片狀稱為多邊形晶粒。三、回火的種類及應(yīng)用（一）低溫回火（150200） 組織為M回，（過(guò)飽和的鐵素體和與其共格的-Fe2C 組成）具有高硬度和高耐磨性

37、，內(nèi)應(yīng)力和脆性低。 主要用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的工模具和滾動(dòng)軸承，以及經(jīng)滲碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般為5864HRC。（二）中溫回火（350500 ） 組織為T回，尚未發(fā)生再結(jié)晶的鐵素體和彌散分布的極細(xì)小的片狀或粒狀滲碳體組成。 應(yīng)用：主要用于含碳量在0.50.7%的碳鋼和合金鋼制造的各類彈簧。其硬度為3545HRC，具有一定的韌性和高的彈性極限和屈服強(qiáng)度。（三）高溫回火（500650 ） 組織為S回（已經(jīng)再結(jié)晶的鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀滲碳體組成） 應(yīng)用：含碳量在0.30.5%的碳鋼和合金鋼制造的各類連接和傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)零件，如軸、齒輪、連桿以及螺栓等等。其硬度為2535HRC，具

38、有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度與足夠的塑性和韌性，即良好的綜合力學(xué)性能。淬火后高溫回火也稱為調(diào)質(zhì)處理。 比較S回和S正( (a)w wC0.82的鋼的鋼 (b) w wC0.2的鋼的鋼 四、其它回火： 某些高合金鋼在640680進(jìn)行回火軟化。 某些精密零件（如量具），為了保持淬火后的高硬度，又要保持尺寸穩(wěn)定性，僅在100150進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間回火（10-50h），稱為“尺寸穩(wěn)定處理”或 “時(shí)效處理”。五、回火脆性 淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。 在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。 第一類回火脆性 又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250350回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，

39、只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會(huì)出現(xiàn)脆性，目前尚無(wú)有效消除辦法。回火時(shí)應(yīng)避開(kāi)這一溫度范圍。一般認(rèn)為，由于沿著馬氏體界面析出硬脆的薄片碳化物所致。 第二類回火脆性（某些合金鋼） 又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在450650范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(xiàn)，是可逆的。 防止辦法： 回火后快冷。 加入合金元素W (約1%)、 Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件。第六節(jié) 鋼的淬透性網(wǎng)帶式淬火爐網(wǎng)帶式淬火爐 淬透性是鋼的主要熱處理性能。 是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。 問(wèn)題的提出 鋼在淬火過(guò)程中，沿工件截面各處的實(shí)際冷卻速度是不同的，表層的實(shí)際冷卻速度總大于內(nèi)部，而中心部的冷卻

40、速度最低。如果表層的冷卻速度大于臨界冷卻速度Vc，而心部的冷卻速度低于臨界冷卻速度，則表層獲得馬氏體表層與心部之間依次為馬氏體、托氏體、索氏體、珠光體，也即鋼僅被淬火到一定深度。 如果心部的冷卻速度也大于臨界冷卻速度Vc，則沿工件截面均獲得馬氏體組織，即鋼被淬透。M量和硬度隨量和硬度隨深度的變化深度的變化一、淬透性的概念淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬硬層深度的能力。它是鋼材本身固有的性質(zhì)。在相同的淬火條件下，淬透性好的鋼材其淬硬深度大，反之則小。淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力。主要取決于含碳量。而淬透性好的材料

41、其淬硬性不一定高，如低碳鋼。二、淬透性對(duì)鋼熱處理后力學(xué)性能的影響 淬透性高的鋼，其力學(xué)性能沿截面均勻分布 淬透性低的鋼，其截面心部的力學(xué)性能低 關(guān)于選材：根據(jù)工件的具體工作條件。三、影響淬透性及淬硬深度的因素（一）影響淬透性的因素 鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vc， Vc越小，淬透性越高。 Vc取決于C曲線的位置，C 曲線越靠右，Vc越小。因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素。 奧氏體化學(xué)成分1、含碳量的影響亞共析鋼，C%C曲線右移Vc淬透性過(guò)共析鋼，C%C曲線左移Vc 淬透性碳鋼中以共析鋼的淬透性最好。2、合金元素的影響除Co以外，其它合金元素都使C曲線右移，Vc，淬透性提高，故合金

42、鋼的淬透性大大高于碳鋼。3、奧氏體化條件 提高溫度或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可使 C曲線右移，淬透性提高，但作用有限，因?yàn)閵W氏體晶粒會(huì)長(zhǎng)大。（二）淬透性與淬硬層深度的關(guān)系 淬透性與淬硬層深度有著密切的關(guān)系，但兩者并不完全相同 在相同的奧氏體化條件下，鋼的淬透性是相同的，但淬硬深度卻與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。四、淬透性的測(cè)定及其表示方法（一）末端淬火法 將25100mm 的標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱后對(duì)末端進(jìn)行噴水冷卻（水壓恒定），試樣末端相當(dāng)于淬火零件的表面，距末端的距離越遠(yuǎn)，冷卻速度越低，相當(dāng)于淬火零件的內(nèi)部。J 表示末端淬透性，d 表示半馬氏體區(qū)到水冷端的距離，HRC 為半馬氏體區(qū)的硬度。 淬透性的表示方法 用淬

43、透性值表示dJHRCJHRC-dJ35-15（二）臨界淬透直徑 臨界淬透直徑是指圓形鋼棒在介質(zhì)中冷卻，中心被淬成半馬氏體的最大直徑，用DC表示。DC與介質(zhì)有關(guān)，如45鋼DC水=16mm，DC油=8mm。 只有冷卻條件相同時(shí)，才能進(jìn)行不同材料淬透性比較，如45鋼DC油=8mm， 40Cr DC油=20mm。馬氏體馬氏體索氏體五、機(jī)械零件設(shè)計(jì)中對(duì)鋼淬透性的考慮（選材） 重要零件，要求表面與心部機(jī)械性能一致，應(yīng)選用淬透性好的鋼材。 對(duì)心部機(jī)械性能要求不高的零件，可選用淬透性低的鋼材（便宜）。 焊接件，不能采用淬透性高的鋼材。防止焊縫出現(xiàn)淬火組織脆、裂紋。 小尺寸試樣的性能數(shù)據(jù)，不能用于大尺寸工件的強(qiáng)

44、度計(jì)算。 淬透性低的大尺寸零件，淬火應(yīng)安排在切削加工之后進(jìn)行。 碳鋼的淬透性很低，設(shè)計(jì)大尺寸零件時(shí)，應(yīng)采用正火工藝代替調(diào)質(zhì)處理，以防止淬不透。二者的性能相差不大，但成本相差很大 不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火等溫退火P退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等溫淬火等溫淬火B(yǎng)下下M+A分級(jí)淬火分級(jí)淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時(shí)間時(shí)間溫度溫度淬火淬火PP均勻均勻A細(xì)細(xì)A？第七節(jié) 鋼的表面淬火 問(wèn)題的提出 在生產(chǎn)中，有很多零件要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強(qiáng)度；而心部要求有較好的塑性和韌性。表面：硬度高，耐磨心部：硬度低

45、，韌性高 問(wèn)題的解決： 低碳鋼 ：可滿足心部要求，表面要求不能滿 高碳鋼： 可滿足表面要求，心部要求不能滿足 表面熱處理和化學(xué)熱處理 表面淬火工藝：是指在不改變鋼的化學(xué)成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進(jìn)行淬火以強(qiáng)化零件表面的熱處理方法。感應(yīng)加熱感應(yīng)加熱 表面淬火目的： 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限; 心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。 適用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件（齒輪、曲軸、凸輪、活塞銷等）。一、感應(yīng)加熱的基本原理 感應(yīng)線圈中通以交流電時(shí)，即在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生一與電流相同頻率的交變磁場(chǎng)。若把工件置于磁場(chǎng)中，則在工件內(nèi)部產(chǎn)

46、生感應(yīng)電流，并由于電阻的作用而被加熱。由于交流電的集膚效應(yīng)，靠近工件表面的電流密度大，而中心幾乎為零。工件表面溫度快速升高到相變點(diǎn)以上，而心部溫度仍在相變點(diǎn)以下。二、感應(yīng)加熱表面淬火用鋼及其應(yīng)用（一）感應(yīng)加熱表面淬火用鋼（1）0.40.5%C的中碳鋼和中碳低合金鋼。 含碳量過(guò)低，則表面硬度、耐磨性下降。 含碳量過(guò)高，心部韌性下降；（2）鑄鐵 提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪表面淬火齒輪（3）預(yù)備熱處理對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火。 前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。對(duì)于鑄鐵件應(yīng)該是珠光體基體加上細(xì)小的石墨。 目的: 為表面淬火作組織準(zhǔn)備(以細(xì)小的組織為好)； 獲

47、得最終心部組織。 回火索氏體回火索氏體索氏體索氏體（4）表面淬火后的回火 采用低溫回火，溫度不高于200。 回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。 表面淬火+低溫回火后的組織 表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火（二）感應(yīng)加熱表淬的應(yīng)用 高頻感應(yīng)加熱 頻率為250300KHz，淬硬層深度0.52mm 適用于中、小型零件，如小模數(shù)齒輪、軸類等。 傳動(dòng)軸連續(xù)傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖圖 中頻感應(yīng)加熱 頻率為25008000Hz，淬硬層深度210mm。 適用于直徑較大的軸類和大、中模

48、數(shù)齒輪以及鋼軌、機(jī)床導(dǎo)軌等。 各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸輪軸 工頻感應(yīng)加熱 頻率為50Hz,淬硬層深度1015 mm 適用于淬硬層深度為（1020）mm以上的大型工件或用于穿透加熱。如火車車輪等的表面淬火。 各種感應(yīng)器各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱感應(yīng)穿透加熱三、感應(yīng)加熱表面淬火的特點(diǎn) 加熱速度極大，使珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的轉(zhuǎn)變溫度升高，轉(zhuǎn)變時(shí)間極短（不需保溫），轉(zhuǎn)變速度極快。 淬火后，可使零件表層獲得極細(xì)的“隱晶馬氏體”組織，零件表層具有比普通淬火稍高的硬度（高2-3HRC），較低的脆性。 較高的疲勞強(qiáng)度。 零件不易氧化、脫碳，且變形小。 零件淬硬

49、層深度易于控制，操作易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)率高。 缺點(diǎn)：設(shè)備貴、維修難、復(fù)雜件感應(yīng)器不易制造。第八節(jié) 鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理是將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學(xué)成分和組織,進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。 與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分。 化學(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。 根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。 可控氣氛滲碳爐可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐滲碳回火爐（一）化學(xué)熱處理的作用 提高工件表層的某些力學(xué)性能，如表層硬度、耐磨性、疲勞極限等。 保護(hù)工件表面 ，提高工件表層的物理、

50、化學(xué)性能，如耐高溫、耐腐蝕等。（二）種類 擴(kuò)散元素是非金屬 擴(kuò)散元素是金屬二、鋼的滲碳l鋼件在滲碳介質(zhì)中加熱到奧氏體區(qū)保溫一段時(shí)間，使碳原子滲入到鋼表層的化學(xué)熱處理工藝叫滲碳。是向鋼的表面滲入碳原子的過(guò)程。（一）滲碳目的及用鋼 目的：提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。 滲碳用鋼：為含0.10.25%C的低碳鋼，如：如：1515、2020、2020CrCr、20CrMnTi20CrMnTi 。碳高則心部韌性降低。（二）滲碳方法l滲碳方法有滲碳方法有氣體滲碳、固體滲氣體滲碳、固體滲碳、液體滲碳碳、液體滲碳。目前廣泛應(yīng)用。目前廣泛應(yīng)用的是氣體滲碳法。的是氣體滲碳法。（1）氣

51、體滲碳法 將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳。 滲劑為氣體 (煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。 滴注式原理2COCO2+ClCH42H2+CCO+H2H2O+C 活性C溶入高溫奧氏體（面心立方），然后向內(nèi)部擴(kuò)散。 優(yōu)點(diǎn)： 質(zhì)量好, 效率高； 缺點(diǎn)： 滲層成分與深度不易控制。（2）固體滲碳法 將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。 滲劑為木炭。 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單； 缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。（3）真空滲碳法 將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳。 優(yōu)點(diǎn): 表面質(zhì)量好, 滲碳速度快。真空滲碳真空滲碳爐爐（三）滲碳的技術(shù)要求 滲碳層表面含碳量：以0.851.0

52、5為最好。 滲碳溫度：900950。 保溫時(shí)間：保溫時(shí)間主要取決于所需要的滲碳層厚度，不過(guò)時(shí)間愈長(zhǎng)，厚度增加速度會(huì)逐漸減慢 滲碳層厚度（由表面到過(guò)度層一半處的厚度）：一般為0.52mm。應(yīng)該根據(jù)零件的具體尺寸和工作條件確定。 若滲碳工件上有不允許高硬度的部位，應(yīng)在設(shè)計(jì)圖樣中注明，以便采取相應(yīng)措施。（四）滲碳后的組織和熱處理 滲碳緩冷后組織：表層為P+網(wǎng)狀Fe3C；心部為F+P；中間為過(guò)渡區(qū)且?jiàn)W氏體晶粒有得粗大。 滲碳后的熱處理 淬火+低溫回火, 回火溫度為160180。淬火方法有： 預(yù)冷（直接）淬火法：滲碳后預(yù)冷到略高于Ar3溫度直接淬火。（目的：減小變形與開(kāi)裂，減小奧氏體殘留量，提高表層硬度

53、）必須保證不過(guò)熱一次淬火法：即滲碳出爐空冷后重新加熱淬火，其淬火溫度應(yīng)兼顧心部和表層的性能要求。一般應(yīng)選取略高于心部的Ac3。對(duì)心部要求不高、表面性能要求較高時(shí)，淬火溫度應(yīng)在Ac3和Ac1之間。二次淬火法：即滲碳緩冷后第一次加熱為細(xì)化心部（淬火或正火），加熱溫度在850900，第二次加熱為細(xì)化表層，760800。 滲碳并淬火后的組織和性能： 表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量) 心部：M回+F（淬透時(shí)） 表面硬度高：5864HRC以上, 耐磨性較好；心部韌性較好, 硬度較低，可達(dá)3045HRC。此外表層中造成壓應(yīng)力，使零件的疲勞強(qiáng)度提高。滲碳淬火后的表層組滲碳淬火后的表層組織織M+FM+F 但

54、二次滲碳工件嚴(yán)重變形，滲碳層易脫落和氧化，生產(chǎn)周期長(zhǎng)，成本高故較少使用。 滲碳零件的加工工藝路線 坯料鍛造正火機(jī)械加工滲碳淬火低溫回火精加工成品。三、鋼的氮化l工藝：滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面，在鋼件表面獲得一定深度的富氮硬化層的熱處理工藝。l目的：是提高零件表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、熱硬性和耐蝕性等。 方法：氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲（軟氮化）等。生產(chǎn)中應(yīng)用較多的是氣體滲氮。（一）氣體滲氮（1）滲氮原理及用鋼 原理：在專門的滲氮爐中進(jìn)行，利用氨在500500600600的溫度下分解，產(chǎn)生活性氮原子，分解反應(yīng)如下： 分解出的活性氮原子被工件表面吸收并向內(nèi)層擴(kuò)散，

55、形成一定深度的滲氮層。當(dāng)達(dá)到要求的滲氮層深度后，工件隨爐降溫到200停止供氮，即可出爐空冷。2NH33H2+2Nl氮化用鋼 為含Cr、Mo、Al、Ti、V的中碳鋼；最典型的：38CrMoAl，35CrMo，18CrNiW。 氮化組織：鋼件表面形成一層陶瓷層 AlN、 MoN 、VN、 TiN。 為保證工件心部的力學(xué)性能，滲氮前工件應(yīng)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。（2）滲氮的特點(diǎn)及應(yīng)用 特點(diǎn)： 零件氮化后，無(wú)需進(jìn)行淬火，表層便具有很高的硬度和耐磨性。因?yàn)楸韺有纬梢粚訄?jiān)硬的氮化物（氮化物顆粒很細(xì)、均勻分布）。 氮化層產(chǎn)生了較大的殘余壓應(yīng)力，可顯著降低疲勞載荷下產(chǎn)生的拉應(yīng)力水平。 氮化處理溫度低，零件變形小。 氮化

56、后零件具有良好的耐腐蝕性，因?yàn)楸韺有纬闪艘粚又旅艿牡铮ㄌ沾桑?應(yīng)用 表面高硬度，耐磨、耐蝕、耐高溫的精密零件，如精密機(jī)床主軸、絲桿、鏜桿、閥門等。（二）離子氮化（1）原理 在真空容器中，抽真空到13.331.33Pa），慢慢通入氨或氮、氫混合氣體，以容器的殼壁為陽(yáng)極，以被處理工件為陰極，通入幾百伏上千伏的可控直流電，產(chǎn)生等離子體；電子移向陽(yáng)極，正離子移向陰極；N+以極高的速度轟擊零件，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能加熱工件，部分N+被工件表面吸收，并向內(nèi)層擴(kuò)散。leNHeNH4 4= =NN+ +2H+2H2 2+2e+2e（2）離子滲氮的特點(diǎn) 速度快 質(zhì)量高 變形小 對(duì)材料適用性強(qiáng)（三）氮化零件的加工工

57、藝路線 坯料鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)精加除 應(yīng)力退火粗磨氮化精磨或研磨成品四、鋼的碳氮共滲 碳氮共滲是同時(shí)向鋼件表面滲入碳和氮原子的化學(xué)熱處理工藝，也俗稱為氰化。碳氮共滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。 原理：NH3+COHCN+H2ONH3+CH4HCN+3H22HCNH2+C+N （一）低溫氣體氮碳共滲（1）工藝 低溫氣體碳氮共滲通常稱為軟氮化，是以滲氮為主的碳氮共滲工藝。它常用的共滲介質(zhì)是尿素。處理溫度一般不超過(guò)570，處理時(shí)間很短，僅13小時(shí)，與一般氣體氮化相比，處理時(shí)間大大縮短。由于共滲溫度較低，共滲l3小時(shí)，滲層可達(dá)0.010.02mm。 （2）工藝特點(diǎn) 處理溫度低，時(shí)間短，工件變形小

58、 ； 能顯著提高疲勞極限； 共滲層不易剝落。（3）應(yīng)用 不受鋼種限制，它適用于碳素鋼、合金鋼、鑄鐵以及粉末冶金材料等。 模具、量具以及耐磨零件進(jìn)行處理，效果良好。例如3Cr2W8V壓鑄模經(jīng)軟氮化處理后，可提高使用壽命35倍。 氮化表層中鐵的氮化合物層厚度比較薄，不適合在重負(fù)荷條件下工作的零件。（二）中溫氣體碳氮共滲中溫氣體碳氮共滲（1）工藝：l中溫氣體碳氮共滲的工藝，一般是將滲碳?xì)怏w和氨氣同時(shí)通入爐內(nèi)，共滲溫度為860，保溫45小時(shí)，預(yù)冷到820840淬油。 材料：NH3+COHCN+H2ONH3+CH4HCN+3H22HCNH2+C+N（2）共滲后的熱處理及組織 兼有滲碳和滲氮的優(yōu)點(diǎn)； 降低

59、奧氏體相變溫度，保證心部、減少變形； 提高共滲層奧氏體的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)油淬； 速度大于滲氮和滲碳。（3）應(yīng)用l主要用于低碳和中碳合金鋼以及碳素鋼l汽車、機(jī)床齒輪、渦輪、蝸桿和軸類件。第十節(jié) 影響熱處理件質(zhì)量的因素一、熱處理工藝因素（一）氧化與脫碳（二）變形與開(kāi)裂注意一下其防止措施二、工件的結(jié)構(gòu)因素一、熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注 內(nèi)容 熱處理的方法及熱處理后應(yīng)達(dá)到的力學(xué)性能。 對(duì)于一般零件只標(biāo)出硬度值，對(duì)重要零件應(yīng)標(biāo)出強(qiáng)度、塑性、韌性指標(biāo)或金相組織要求， 標(biāo)定的硬度值允許有一個(gè)波動(dòng)范圍，一般布氏硬度波動(dòng)范圍在3040個(gè)單位，洛氏硬度波動(dòng)范圍在5個(gè)單位左右。例如，調(diào)質(zhì)220250HBS，淬火回火4045

60、HRC。 對(duì)于化學(xué)熱處理零件還應(yīng)標(biāo)注滲透層部位和滲層的深度。第十一節(jié) 熱處理技術(shù)條件的標(biāo)注及工序位置的安排 標(biāo)注方法 熱處理工藝代號(hào)由基礎(chǔ)分類工藝代號(hào)及附加分類工藝代號(hào)組成。在基礎(chǔ)分類中按照工藝類型、工藝名稱和實(shí)現(xiàn)工藝的加熱方法三個(gè)層次進(jìn)行分類，均有相應(yīng)代號(hào)對(duì)應(yīng)，見(jiàn)下表。 其中工藝類型分為整體熱處理、表面熱處理及化學(xué)熱處理三種。工藝名稱是按獲得組織狀態(tài)或滲入元素進(jìn)行分類；加熱方法分為加熱爐加熱、感應(yīng)加熱、電阻加熱等類型。 案例 頭部5151表示應(yīng)對(duì)該螺釘進(jìn)行整體調(diào)質(zhì)處理，使其硬度達(dá)到230250HBS； 尾部5213表示對(duì)其尾部要進(jìn)行火焰加熱表面淬火和回火，尾部硬度要求為4248HBS二、熱處