金屬材料及熱處理 04 固態(tài)相變退火(碳鋼篇)

六、碳鋼及鋼的熱處理SQPNJHGECBAA+Fe3CA+FL+AA+L+ALL+Fe3CⅠF+Fe3CA+Fe3CⅡA+Fe3CⅡ+LdLdLd+Fe3CⅠLd’+Fe3CⅠLd’P+Fe3CⅡ+Ld’P+Fe3CⅡP+FPF+Fe3CⅢKFDFFeFe3CC%1、Fe-C相圖與碳鋼(1)Fe-Fe3C相圖與熱處理有關(guān)的部分在我們的研究和生產(chǎn)工作中，常涉及到的，與固態(tài)相變相關(guān)的反應(yīng)線：PSK（共析轉(zhuǎn)變線）

——γ→α

+Fe3CGS（A中析出F或F溶入A的溫度線）

——從γ脫溶出αES（A中析出Fe3C或Fe3C溶入A的溫度線）

——從γ脫溶出Fe3CPQ——從α脫溶出Fe3C鋼鐵熱處理加熱和保溫溫度的選擇主要基于Fe-Fe3C相圖共析反應(yīng)。A1（加熱，Ac1，=A1+ΔT過熱；冷卻，Ar1，=A1-ΔT

過冷）

——PSK,

γ→α

+Fe3CA3（加熱，Ac3；冷卻，Ar3

）

——GS,從γ脫溶出Fe3CAcm（加熱，Accm；冷卻，Arcm

）

——ES,從γ脫溶出α鋼鐵熱處理所涉及的相和組織。A1（加熱，Ac1，=A1+ΔT過熱；冷卻，Ar1，=A1-ΔT

過冷）

——PSK,

γ→α

+Fe3CA3（加熱，Ac3；冷卻，Ar3

）

——GS,從γ脫溶出Fe3CAcm（加熱，Accm；冷卻，Arcm

）

——ES,從γ脫溶出αAF+AA+Fe3C(2)鐵合金分類0-6.69%的范圍類以0.0218%C、

2.11%C（有時(shí)也定為2.14%C

）為界將鐵合金分為三大類

：純鐵（大約0-0.0218%C）碳鋼（大約0.0218%-2.11%C）碳鋼（大約0.0218%-0.77%C）以0.77%C為界分為三類：亞共析鋼（大約0.0218%-0.77%C）共析鋼（大約0.77%C）過共析鋼（大約0.77%-2.11%C

）鑄鐵（大于2.14%C，小于6.69%C）鑄鐵（大約0.0218%-0.77%C）以0.77%C為界分為三類：亞共晶鑄鐵（大約2.14%-4.02%C）共晶鑄鐵（大約4.02%C）過共晶鑄鐵（大約4.02%-6.69%C

）0.0008%0.0218%0.77%2.14%4.02%6.69%純鐵碳鋼鑄鐵亞共析鋼共析鋼過共析鋼亞共晶鑄鐵共晶鑄鐵過共晶鑄鐵(3)鋼中主要雜質(zhì)及其影響合金元素及其影響以后學(xué)合金鋼的時(shí)候再介紹。鋼（尤其是碳鋼）中主要的雜質(zhì)（也是影響較大的雜質(zhì)）有：Si——有益雜質(zhì)（煉鋼時(shí)以脫氧劑的形式引入）溶入F，強(qiáng)化F。提高鋼的強(qiáng)度，而且不下降塑性、韌性；Mn——有益雜質(zhì)（煉鋼時(shí)以脫氧劑的形式引入）溶入F，強(qiáng)化F，也可以與Fe3C結(jié)合形成合金滲碳體（或其它化合物）；S——有害雜質(zhì)（煉鋼時(shí)由礦物、礦石帶入）

形成Fe+FeS低熔點(diǎn)共晶組織，熔點(diǎn)（989℃）正好處于熱加工的溫度范圍，會(huì)造成熱脆現(xiàn)象。可以通過加Mn來消除S的有害影響（MnS的熔點(diǎn)高達(dá)1620

℃）；P——有害雜質(zhì)（煉鋼時(shí)由礦物、礦石帶入）

形成Fe3P脆性相。熔煉降P。易切削鋼則要加P。除此之外，還有O（有害）

、H（有害）、Al（有益）

、N（有Al時(shí)有益）等。(4)碳鋼的分類有多種分法：以碳含量（以0.25%和0.60%為界）來分

——低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼以質(zhì)量（S、P含量）來分

——普通碳素鋼（S%≤0.055%、P%≤0.045%

）

——優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S%≤0.040%、P%≤0.040%

）

——高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼（S%≤0.030%、P%≤0.035%

）以用途來分

——碳素結(jié)構(gòu)鋼（工程結(jié)構(gòu)、機(jī)械零件等

）

綜合性能好。以低、中碳鋼為主；

——碳素工具鋼（量、刃、模等工具

）硬度、耐磨性好。以高碳鋼為主。以組織來分

——亞共析鋼（F+P）

——共析鋼（P）

——過共析鋼（P+Fe3C）(5)碳鋼牌號(hào)（國標(biāo)）分三種情況：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

有三類

——甲（A）類鋼，保證性能，不保證成分，用時(shí)不需熱處理

甲（A）+序號(hào)（序號(hào)高，C%高，強(qiáng)度高）：A0（鋼筋）

——乙（B）類鋼，保證成分，不保證性能，用時(shí)需熱處理

乙（B）+序號(hào)（序號(hào)高，C%高，強(qiáng)度高）

——特（C）類鋼，既要保證成分，又要保證性能，很少供貨

特（C）+序號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

根據(jù)Mn的含量，分兩種情況

——Mn處于0.35-0.80%時(shí)，以0.01%C作單位表征（C含量×10000）

例如：45，意味著“含0.45%C的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.35-0.80%

Mn

）”

——Mn處于0.70-1.20%時(shí)，以0.01%C作單位表征（C含量×10000），再加Mn

例如：40Mn，意味著“含0.40%C的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（0.70-1.20%

Mn

）”碳素工具鋼（均為優(yōu)質(zhì)、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼）

——T+數(shù)字（以0.1%C作單位表征，C含量×1000），如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)，再加A，如Mn量處于0.35-0.60%時(shí)，再加Mn

例如：T10，意味著“含1.0%C的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼”

T10A，意味著“含1.0%C的高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼”

T8Mn，意味著“含0.8%C的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼（0.35-0.60%

Mn）”奧氏體奧氏體是碳和其他元素溶解在y-Fe中的固溶體。奧氏體具有面心立方晶體，強(qiáng)度和硬度較低，塑性好，一般在高溫下存在。鐵素體鐵素體是碳溶解于a-Fe中的間隙固溶體。鐵素體具有體心立方晶格，力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性良好。滲碳體是鐵和碳的化合物，具有復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)。其力學(xué)性能特點(diǎn)是硬而脆，塑性和韌性極低，伸長率和沖擊韌度幾乎為零。

滲碳體珠光體珠光體是鐵索體和滲碳體相間的機(jī)械混合物，片層狀組織，片間距大于0.25μm

，滲碳體起強(qiáng)化作用，因其顯微組織有指紋狀的珍珠光澤而得名。其性能介于鐵素體和滲碳體之間，強(qiáng)度、硬度低，塑性好，鑒別片間與片層可用普通光鏡。

索氏體也稱細(xì)珠光體，是奧氏體在低于珠光體形成溫度分解而成的鐵素體和滲碳體的混合物。其層片比珠光體細(xì)，片間距小于0.25μm而大于0.10μm

。

強(qiáng)度、硬度較高，塑性較好，鑒別片間與片層可用高倍（800-1000X）光鏡。

屈氏體也稱極細(xì)珠光體，由奧氏體在低于珠光體形成溫度分解而成的鐵素體和滲碳體的混合體。其層片比索氏體更細(xì)。片間距小于0.10μm

。強(qiáng)度、硬度高，其硬度和強(qiáng)度均高于索氏體，塑性低（尤其是伴生著貝氏體轉(zhuǎn)變，而混雜上貝氏體，韌性急劇下降）。鑒別片間與片層要用電鏡。上貝氏體上貝氏體為過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體間。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奧氏體晶界向晶內(nèi)平行生長的鐵素體條之間。強(qiáng)度、塑性和韌性差。上貝氏體（光鏡下）上貝氏體（電鏡下）下貝氏體下貝氏體為過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針內(nèi)。在光鏡下呈暗黑色竹葉狀，各片間有一定的夾角，立體形態(tài)為透鏡狀。在電鏡下為排列成行的細(xì)片狀或粒狀碳化物分布于針狀鐵素體內(nèi)。強(qiáng)度、塑性較好。下貝氏體（電鏡下）下貝氏體（光鏡下）下貝氏體為過飽和針狀鐵素體和滲碳體的混合物，滲碳體在鐵素體針內(nèi)。在光鏡下呈暗黑色竹葉狀，各片間有一定的夾角，立體形態(tài)為透鏡狀。在電鏡下為排列成行的細(xì)片狀或粒狀碳化物分布于針狀鐵素體內(nèi)。強(qiáng)度、塑性較好。馬氏體是指碳在a-Fe中的過飽和固溶體。鋼中馬氏體的硬度隨碳含量的增加而提高。高碳馬氏體硬度高而脆，低碳馬氏體則有較高的韌性。馬氏體在奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中硬度最高。馬氏體