第3章 鋼的熱處理-2-1-

第三章

鋼的熱處理-22.貝氏體型轉變貝氏體：F和Fe3C的機械混合物，在F基體上分布著Fe3C

“鼻尖”（560℃）~Ms點溫度范圍內的過冷A轉變產(chǎn)物仍然為F與Fe3C的混合物。但其形態(tài)不同于P，稱Bainite，B，貝氏體。

B轉變也是B形核與長大的過程。首先沿A晶界形成C過飽和的F晶核并長大，隨后在這種F中析出細小的滲碳體。不同溫度下產(chǎn)生的B的形態(tài)不同。

560~350℃形成的B稱為B上；

350~Ms形成的B稱為B下。上貝氏體B上呈羽毛狀，由互相平行的過飽和F和分布在片間的斷續(xù)細小的滲碳體組成。硬度高，可達40~45HRC，但因F片粗且平行分布，同時晶間有脆性的滲碳體，故塑、韌性差。B上×10000羽毛狀F（深色），大體平行分布Fe3C（白色），細條或短桿狀斷續(xù)分布下貝氏體B下呈針葉狀，由針葉狀過飽和F和彌散分布在其中的極細小的滲碳體組成。硬度高50~60HRC，強度高，耐磨性好，塑性、韌性高，具有良好的綜合力學性能。AFFe3C生產(chǎn)中“等溫淬火”的目的就是為了得到B下組織B下×500B下×10000針葉狀Fe3C（白色）彌散分布于F晶內3、M型轉變轉變溫度：Ms~Mf,溫度低，F(xiàn)e、C不能擴散。A→F，C完全保留在

-Fe中，引起過飽和。M又稱碳過飽和鐵素體。晶格歪扭成體心正方，隨wC↑，正方度↑。A→M伴隨有體積膨脹淬火應力殘余AM轉變結束時，總有少量的A被保留下來，稱為殘余A。片狀馬氏體：呈雙凸透鏡狀，顯微鏡下呈針片狀，高碳、孿晶M

強度高，塑韌性低板條馬氏體：呈細長板條狀，低碳強度高，塑韌性好。M形態(tài)片狀M長大速度非?？欤刃纬傻腗片較大，后形成的M片不能穿越已形成的M，故較小。顯微鏡下為長短不一，互成一定角度的M片。片狀M

×500片狀Ｍ的孿晶亞結構×20000板條M截面呈橢圓形的細長條狀，許多尺寸大致相同的Ｍ定向相互平行排列，構成一個Ｍ群（束），顯微組織為一束束細長板條狀組織。板條Ｍ×500wC

>1.0%的鋼淬火后,幾乎全部為片M；wC<0.2%的鋼淬火后,基本上全部為板條M；0.2%<wC<1.0%的鋼淬火后，為兩種M的混合物。45鋼淬火M形態(tài)×500×500×80000×500×500板條M片狀M混合M（四）影響TTT曲線的主要因素含Ｃ量合金元素含Ｃ量的影響亞共析鋼及過共析鋼的過冷A的等溫轉變與共析鋼一樣，亦可分為高溫P型轉變、中溫B型轉變和低溫M型轉變。但在P型轉變之前，亞共析鋼有F的析出，過共析鋼有Fe3C析出。時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→B時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→BA→FA→Fe3C亞共析鋼過共析鋼亞、過共析鋼的TTT曲線時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→BA→F時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→BA→Fe3C時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→B共析鋼過冷A最穩(wěn)定（C曲線最靠右）wC＜0.77%:wC↑，C曲線右移wC＞0.77%:wC↑，C曲線左移2.合金元素的影響合金元素對C曲線的影響是復雜的，幾乎除Co外，所有溶入A中的合金元素均使曲線右移。除Co、Al外，溶入A的合金元素都使C曲線上的Ms、Mf點降低。殘余奧氏體A’在M相變時，由于體積膨脹，使尚未發(fā)生相變的過冷A受壓，而停止相變，這部分A稱為殘余奧氏體A’，只有當溫度進一步下降時，A’才會發(fā)生分解。當溫度達到Mf點以下時，A’才會全部分解完畢。共析鋼Mf＝-50℃，淬火至室溫下仍有3～6%的A’；過共析鋼Mf=-100℃時，淬火至室溫下仍有8～15%A’。A’會降低鋼的硬度，并帶來鋼件尺寸的不穩(wěn)定，“冷處理”二、過冷A的連續(xù)冷卻轉變過冷A的連續(xù)冷卻轉變曲線

簡稱CCT圖ContinuousCoolingTransformationDiagram轉變是一個連續(xù)過程，符合生產(chǎn)實際，所以CCT圖比C曲線更切合實際，應用范圍更大。但CCT圖的測試比C曲線困難，所以經(jīng)常需要利用C曲線來分析過冷A的連續(xù)冷卻轉變過程.CCTDiagramofEutectoidSteelCCTDiagramofEutectoidSteelCCT曲線與C曲線的比較CCT曲線位于C曲線右下方，P轉變溫度更低，時間更長；共析鋼及過共析鋼的CCT曲線中無B型轉變，而多了一條P轉變終止線；亞共析鋼在連續(xù)冷卻時在一定溫度范圍內過冷A會部分轉變?yōu)锽。由于CCT曲線測定比較困難，許多鋼至今仍無，實際熱處理中常參照C曲線來定性估計連續(xù)冷卻轉變過程。時間溫度TAA１MsMfA→MA→PA→Bv1v2v3v臨

/vC/vKv４粗P退火S（細P）正火T+M油淬M＋A’水淬3.3鋼的普通熱處理退火

Annealing正火

Normalizing淬火

Quenching回火

Tempering普通熱處理是零件制造過程中非常重要的不可缺少的工序。一般零部件制造工藝中路線鑄造鍛造退火正火切削加工成品預先熱處理重要零部件制造工藝中路線鑄造鍛造退火正火粗加工淬火回火精加工成品最終熱處理一、鋼的退火將鋼件加熱到臨界溫度（A1、A3、Acm）以上（有時以下）保溫一定時間，然后緩冷（爐冷、坑冷、灰冷）以得到平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱退火。退火工藝時間溫度保溫緩冷加熱分類完全退火等溫退火球化退火擴散退火去應力退火√√√ABEGHJNPSQ

+

+

+Fe3C

+Fe3CL+LL+低溫擴散退

火

溫

度球化完全1、完全退火主要用于亞共析鋼和合金鋼的鑄、鍛、及熱軋型材。也可以用于焊件。細化晶粒，消除應力和組織缺陷，↓硬度，↑塑性。

加熱保溫

Ac3+20℃～30℃冷卻緩慢冷卻（隨爐或者埋在砂中或石灰中冷卻）到500℃以下，在空氣中冷卻。目的細化晶粒，消除應力和組織缺陷，降低硬度，提高塑性，為機加工及后續(xù)熱處理（淬火）作組織準備。完全退火工藝時間溫度保溫Ac3+20～30℃爐冷空冷＜500℃完全退火的局限性需要時間很長，特別對于某些A比較穩(wěn)定的合金鋼，需要十幾個小時甚至幾天，為了↑生產(chǎn)效率，產(chǎn)生了等溫退火。2、等溫退火

與完全退火工藝相同，所不同的是鋼件經(jīng)過A化后，以較快的速度冷卻到某一T，保溫一定時間A→P，然后以較快的速度冷卻到室溫。等溫退火工藝時間溫度保溫Ac3+20～30℃快冷空冷TpA→P3、球化退火

T=Ac1+20～40℃，進行較長時間的保溫，使鋼的Fe3C（碳化物）趨于球化，然后緩慢冷卻到600～550℃再出爐冷卻。使Fe3C網(wǎng)變成球，以降低硬度，改善切削加工性能，并為淬火作組織準備。球化退火工藝時間溫度保溫Ac1+20～40℃緩冷空冷600℃～550℃4、擴散退火把鋼加熱到固相線以下100～200℃，并保溫緩冷。目的是消除鋼中的枝晶偏析。所以也叫均勻化退火。擴散退火工藝時間溫度Ts-100～200℃保溫10～15h緩冷5、去應力退火去應力退火又稱低溫退火或高溫回火；把鋼件加熱到Ac1以下，一般500～600℃隨爐冷卻至300～200℃出爐；目的：消除殘余應力，防止零件變形或開裂，保證精度。去應力退火工藝時間溫度保溫500～600℃爐冷空冷300～200℃二、鋼的正火NormalizingAc3、Accm+30～80℃，保溫后空冷。ABEGHJNPSQ

+

+

+Fe3C

+Fe3CL+LL+正火工藝時間溫度Ac3(Accm)+30～80℃空冷應用范圍對普通結構件為最終熱處理，以細化組織，提高其強度和韌性；使中、低碳結構鋼組織正?；?，改善切削加工性能；為淬火作組織準備；抑制或消除過共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體，為球化退火作組織準備。退火與正火的選擇改善切削加工性能低碳鋼：硬度低，粘刀，正火；高碳鋼：硬度高，難切削，退火；中碳鋼：退火、正火。經(jīng)濟性正火周期短，耗能少，操作簡便，盡量以正火代替退火。使用性能普通結構件，以正火作為最終熱處理，以細化晶粒，提高力學性能；形狀復雜的結構件，采用退火作為最終熱處理，以削除應力防止裂紋。三、鋼的淬火Quenching將鋼加熱到臨界溫度以上，保溫后快速冷卻獲得M的熱處理工藝。淬火是鋼強化的最重要手段之一。淬火溫度亞共析鋼Ac3+30～

50℃

過共析鋼Ac1+30～

50℃ABEGHJNPSQ

+

+

+Fe3C

+Fe3CL+LL+冷卻速度(1)理想冷卻速度高溫T＞650℃,慢冷,可以減少熱應力。中溫650℃～400℃,快冷,避開C曲線的鼻尖,保證全部獲得M。低溫400℃以下，特別是300～200℃發(fā)生M轉變時要求慢冷，↓M轉變時的組織應力(2)理想冷卻速度示意圖時間溫度淬火介質到目前為止，在實際生產(chǎn)中還沒有找到符合這一理想曲線的冷卻介質?，F(xiàn)有淬火介質有：水、含鹽水溶液、油、鹽浴、堿浴、淬火液等等。①水是最普通的淬火介質。在650～500℃冷速大，但在320～200℃冷速也大。②含鹽水溶液是水的改進，和水性能類似。但淬火后表面硬度高、性能均勻、表面光滑。③油是另一種特別通用的淬火介質。在650～500℃冷速小，但在320～200℃冷速也小。淬火方法單液淬火Single-stageQuenching雙液淬火DoubleQuenching分級淬火B(yǎng)rokenHardening等溫淬火IsothermalHardening淬火方法比較abcd單液淬火雙液淬火分級淬火等溫淬火溫度時間PBMsAA1Mf鋼件淬火時，表層直接與淬火介質接觸，冷卻速度快；而心部則要通過表層來散熱，冷卻速度慢。溫度時間PBMsAA1Mf鋼的淬透性v表v心v心鋼件表層得到M；而心部只能獲得部分M，甚至完全得不到M。（1）淬透性定義淬透性是表征鋼件淬火時形成Ｍ的能力，或者說表征鋼件淬火時所能得到的淬硬層的深度。(與鋼中過冷A穩(wěn)定性有關)(2)工程定義由鋼件表面向里到半Ｍ組織（50%M）的區(qū)域稱為淬硬層，其深度稱淬硬層深度。(3)淬硬性在正常淬火情況下，以超過臨界冷卻速度的冷速冷卻，得到的Ｍ組織所能達到的最高硬度值（與Ｍ中含Ｃ量有關）。(4)淬透性的測試方法臨界直徑法頂端