1、鋼在加熱時的組織轉變鋼在加熱時的組織轉變鋼在冷卻時的組織轉變鋼在冷卻時的組織轉變鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝退火、正退火、正 火火、淬火、回火淬火、回火鋼鋼的表面熱處理及化學熱處理的表面熱處理及化學熱處理一、一、什么叫熱處理什么叫熱處理 將固態金屬或合金通過將固態金屬或合金通過加熱加熱、保溫保溫和和冷卻冷卻的方式來改變其的方式來改變其組織結構以獲得預期的性能的加工工藝。組織結構以獲得預期的性能的加工工藝。普通熱處理：普通熱處理： 退火、正火、淬火、回火；退火、正火、淬火、回火；表面熱處理：表面熱處理：表面淬火、化學熱處理；表面淬火、化學熱處理； 特殊熱處理：特殊熱處理：真空熱處理、可控氣氛真空

2、熱處理、可控氣氛 熱處理熱處理熱處理目的熱處理目的：改善性能：改善性能 。（工業上熱處理（工業上熱處理應用率達到應用率達到60100）熱處理特點熱處理特點：固態固態相變相變一、轉變溫度一、轉變溫度 固態相變同樣需要固態相變同樣需要一定的過冷一定的過冷度度（降溫）（降溫）或過熱或過熱度（升溫）度（升溫），因此，因此，加加熱轉變實際發生溫度在平衡臨界點之上，熱轉變實際發生溫度在平衡臨界點之上，而冷卻轉變的實際發生溫度在平衡臨界而冷卻轉變的實際發生溫度在平衡臨界點之下點之下。 Ac Ac1 1、AcAc3 3、AcAccmcm為為升溫升溫引起的奧氏引起的奧氏體化溫度上移線體化溫度上移線 ArAr1

3、1、ArAr3 3和和ArArcmcm則為則為降溫降溫時奧氏體分時奧氏體分解溫度的下移線解溫度的下移線 A1、A3、Acm、為平衡條件下合金獲、為平衡條件下合金獲得奧氏體的溫度線。得奧氏體的溫度線。為了對鋼進行熱處理，必須首先將鋼加熱到單相為了對鋼進行熱處理，必須首先將鋼加熱到單相A A區，然后進行適當的冷區，然后進行適當的冷卻以獲得特定的結構和性能。卻以獲得特定的結構和性能。A根據根據 Fe - Fe3C 相圖，鋼在加熱時發生向奧相圖，鋼在加熱時發生向奧氏體的轉變，此轉變過程稱氏體的轉變，此轉變過程稱奧氏體化。奧氏體化。 共析鋼：共析鋼： P A 亞共析鋼：亞共析鋼：P + F A + F

4、A 過共析鋼：過共析鋼：P + Fe3C A+ Fe3C A 熱處理時應進行適當時間的保溫。保溫的目熱處理時應進行適當時間的保溫。保溫的目的是使工件各部分溫度一致，組織轉變充分的是使工件各部分溫度一致，組織轉變充分均勻。均勻。 LFe3C930 C 以共析鋼以共析鋼(Wc(Wc0.77%)0.77%)為例，共析鋼在室溫下的組織為層片珠光體，在加熱為例，共析鋼在室溫下的組織為層片珠光體，在加熱到到Ac1Ac1以上，其將轉變為以上，其將轉變為A，這一過程稱為，這一過程稱為奧氏體化奧氏體化，這一過程是，這一過程是形核形核與與長大長大過程過程 。1.1. 在鐵素體和滲碳體的在鐵素體和滲碳體的交界處交界

5、處形成奧氏體的核心形成奧氏體的核心；2.2. 奧氏體同時消耗奧氏體同時消耗兩相來長大兩相來長大；F F晶格轉變（晶格轉變（BCCBCCFCCFCC），滲，滲C C體溶解；體溶解；3.3. 隨后隨后殘余滲碳體的溶解殘余滲碳體的溶解；4.4. 奧氏體的均勻化奧氏體的均勻化，各處的碳濃度都達到平均成分各處的碳濃度都達到平均成分。兩個過程：晶格變化；兩個過程：晶格變化；C的擴散的擴散1.1.奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度1)1) 實際晶粒度實際晶粒度 指在指在某一具體熱處理條件下某一具體熱處理條件下（如加熱溫度、保溫時間）（如加熱溫度、保溫時間）所得到的晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過程。所得到

6、的晶粒大小。它決定于鋼的成分和奧氏體化的工藝過程。2)2) 本質晶粒度本質晶粒度 不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長大傾向性不不同的鋼在同樣的加熱條件下，奧氏體的長大傾向性不一樣，為比較不同鋼的晶粒長大傾向，將不同的鋼加熱到一樣，為比較不同鋼的晶粒長大傾向，將不同的鋼加熱到9309301010，保溫保溫8 8小時小時得到的實際晶粒度作為該鋼的本質晶粒度。得到的實際晶粒度作為該鋼的本質晶粒度。本質晶粒度是一本質晶粒度是一材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時奧氏體晶粒的長大傾向材料特性，表示的是鋼在奧氏體化時奧氏體晶粒的長大傾向。 晶粒易長大的稱本質粗晶粒鋼，晶粒易長大的稱本質粗晶粒鋼， 晶粒不易

7、長大的稱本質細晶粒鋼。晶粒不易長大的稱本質細晶粒鋼。奧氏體的晶粒大小對熱處奧氏體的晶粒大小對熱處理后的性能影響巨大理后的性能影響巨大2. 2. 奧氏體實際晶粒度的影響因素奧氏體實際晶粒度的影響因素1)1) 加熱速度加熱速度 加熱加熱速度速度愈愈快快，完成奧氏體轉變，完成奧氏體轉變用時間用時間就愈短，就愈短，形核率形核率就愈就愈高高，最終晶粒尺寸較細小。，最終晶粒尺寸較細小。 2)2) 保溫保溫溫度溫度、保溫時間保溫時間 溫度溫度愈高，時間愈長，愈高，時間愈長，奧氏體晶粒奧氏體晶粒就愈就愈粗粗大。大。3)3) 原始組織原始組織 固相轉變固相轉變具有具有組織的組織的遺傳性遺傳性。珠光體片珠光體片層

8、愈層愈細細小，奧氏體的晶粒小，奧氏體的晶粒就愈就愈細小。細小。 4)4) 合金元素合金元素( (成分成分) ) 碳含量：碳含量：C C增加，增加，A A轉變加快，晶粒的長大傾向增加；轉變加快，晶粒的長大傾向增加； 合金元素合金元素：碳化物形成元素：碳化物形成元素(Ti(Ti、V V、TaTa、NbNb、ZrZr、W W、MoMo、Cr)Cr)和碳結合力強，阻礙碳的擴散和碳結合力強，阻礙碳的擴散和和奧氏體晶粒生長；奧氏體晶粒生長；等溫冷卻：等溫冷卻：將鋼將鋼迅速迅速過冷到臨界點過冷到臨界點(A(Ar1r1) )以下某一溫度，使以下某一溫度，使奧氏體保持在該溫度下進行等溫轉變奧氏體保持在該溫度下進

9、行等溫轉變 TTTTTT曲線曲線（TemperatureTemperatureTimeTimeTransformationTransformation）：）：在某一溫度下在某一溫度下A A轉變量與時間的關系的曲線。轉變量與時間的關系的曲線。連續冷卻連續冷卻：將鋼以某一固定速度不停頓地冷卻將鋼以某一固定速度不停頓地冷卻( (到室溫到室溫) )，使奧氏體在連續降溫的過程中轉變。使奧氏體在連續降溫的過程中轉變。 CCT CCT 曲線曲線（Continuous Cooling TransformationContinuous Cooling Transformation）：）：在連續冷卻過程中，在連續

10、冷卻過程中，A A轉變量與時間的關系曲線。轉變量與時間的關系曲線。一、冷卻方式（兩種方式）一、冷卻方式（兩種方式）：將鋼加熱到將鋼加熱到A區后，要通過冷卻獲得不同的組織結構區后，要通過冷卻獲得不同的組織結構不同性不同性能能不同用途不同用途 TTT曲線曲線CCT曲線曲線 過冷奧氏體過冷奧氏體等溫等溫轉變圖轉變圖，也稱，也稱 TTTTTT曲線，或曲線，或C C曲線。曲線。它綜合反映了過冷奧氏它綜合反映了過冷奧氏體在不同溫度下等溫轉變的體在不同溫度下等溫轉變的開始開始和和終了終了時時間及轉變產物之間的關系。間及轉變產物之間的關系。 鋼在奧氏體化后，當溫度降低鋼在奧氏體化后，當溫度降低到到ArAr1

11、1以下，此時奧氏體并不立即以下，此時奧氏體并不立即轉變，要經歷一段時間后，才開始轉變，要經歷一段時間后，才開始轉變。轉變。把這種存在于把這種存在于ArAr1 1溫度以下溫度以下暫未發生轉變的不穩定奧氏體稱為暫未發生轉變的不穩定奧氏體稱為過冷奧氏體過冷奧氏體。A1、過冷奧氏體：、過冷奧氏體：TTT TTT 曲線（曲線（C C曲線）曲線）的建立的建立1 1）將共析鋼加熱奧氏體化（）將共析鋼加熱奧氏體化（A A），在），在Ar1Ar1溫度以下選擇一系列等溫時間；溫度以下選擇一系列等溫時間；2 2）將）將A A化的共析鋼快冷到不同溫度下保化的共析鋼快冷到不同溫度下保溫，記錄在各溫度下的轉變量與保溫時溫

12、，記錄在各溫度下的轉變量與保溫時間的關系間的關系轉變動力學曲線轉變動力學曲線，3 3）確定在不同溫度下轉變開始的時間）確定在不同溫度下轉變開始的時間 a a1 1， a a2 2, a, a3 3, , 和轉變終了的時間和轉變終了的時間b b1 1 b b2 2, , b b3 3，( (時間時間 a a1, 1, a a2 2, , 稱為轉變的稱為轉變的孕育孕育期期, ,在不同的溫度下具有不同的孕育期）在不同的溫度下具有不同的孕育期）4 4）將轉變）將轉變開始點開始點和轉變和轉變終了點終了點分別連分別連接起來接起來，即得到，即得到 TTT TTT 曲線，如右圖所曲線，如右圖所示。應形狀示。應

13、形狀“C”C”， 所以，也稱為所以，也稱為 C C曲曲線。線。 AP時間時間C C曲線曲線的特征的特征 （右下圖為共析鋼的（右下圖為共析鋼的C C曲線）曲線）（1） 在在Ar1Ar1線溫度以上，線溫度以上，奧氏體奧氏體穩定，不穩定，不會發生轉變。會發生轉變。（2 2）在）在Ar1Ar1線以下，線以下，C C曲線以左區域為過冷曲線以左區域為過冷A區，轉變終了線以右的區域為轉變產物區，轉變終了線以右的區域為轉變產物區，兩條線之間為轉變過渡區。區，兩條線之間為轉變過渡區。（3）不同溫度等溫對應的孕育期不同，在）不同溫度等溫對應的孕育期不同，在C C曲線曲線“鼻尖鼻尖”處的孕育期最短處的孕育期最短，鼻

14、尖以上，鼻尖以上（Ar1Ar1以下），隨溫度以下），隨溫度孕育期孕育期，因為，因為形核驅動力大，但在鼻尖以下，隨溫度形核驅動力大，但在鼻尖以下，隨溫度孕育期孕育期這是因為盡管驅動力大，但這是因為盡管驅動力大，但原子擴原子擴散緩慢散緩慢（受溫度影響受溫度影響）。）。A+MAr1 A轉變同時受轉變同時受原子擴散原子擴散（正比于（正比于溫度）和轉變驅動力（正比于過溫度）和轉變驅動力（正比于過冷度）的共同影響。冷度）的共同影響。A+MAr1（4）當冷速很快，繞過）當冷速很快，繞過C曲線的鼻尖，奧氏體快速曲線的鼻尖，奧氏體快速冷卻到冷卻到 Ms以下，則發生馬以下，則發生馬氏體轉變，氏體轉變，Ms為馬氏體

15、轉為馬氏體轉變開始線，變開始線，Mf為馬氏體轉為馬氏體轉變終了線，兩線之間為變終了線，兩線之間為奧奧氏體馬氏體氏體馬氏體兩相混合區。兩相混合區。1 1. .珠光體型轉變區珠光體型轉變區溫度：溫度：Ar1550 產物（相）產物（相）：FFe3C 機械混合物機械混合物形貌形貌：片層結構，：片層結構，Fe3C片層分布在片層分布在 鉄素體鉄素體基體上，類似于共析基體上，類似于共析 鋼的組織鋼的組織。隨著隨著轉變溫度的轉變溫度的 降低，片間距愈細降低，片間距愈細。依據依據F/Fe3C的片層大小，分為的片層大小，分為： 珠光體（粗）珠光體（粗） 索氏體（細）索氏體（細） 屈屈氏體（托氏體）（很細）氏體（托

16、氏體）（很細） 三類組織轉變區三類組織轉變區 珠光體型轉變區珠光體型轉變區 貝氏體型轉變區貝氏體型轉變區 馬氏體型轉變區馬氏體型轉變區. .共析鋼共析鋼珠光體型轉變區珠光體型轉變區 性能性能：不同類型的珠光體由于層片間距不同，力學性能在一個較不同類型的珠光體由于層片間距不同，力學性能在一個較大范圍內變化，大范圍內變化，總體趨勢是隨著片間距的減小，材料的強度和硬總體趨勢是隨著片間距的減小，材料的強度和硬度度增高。增高。轉變特點：轉變特點：AP轉變過程是經過轉變過程是經過Fe、C充分擴散形成充分擴散形成F和和Fe3C1 1、轉變特點轉變特點 當轉變溫度在當轉變溫度在C C曲線的曲線的“鼻尖鼻尖”以

17、下（以下（500500以下），相變的驅動力以下），相變的驅動力較大較大（熱力學）（熱力學），但溫度較低，原子，但溫度較低，原子擴散減慢擴散減慢（動力學）（動力學）。這時，相變僅。這時，相變僅依靠小原子碳的擴散進行（依靠小原子碳的擴散進行（FeFe不擴不擴散），擴散發生在小范圍內，所以將散），擴散發生在小范圍內，所以將發生混合型相變發生混合型相變（半擴散）（半擴散），即，即貝氏貝氏體體(Bainite)(Bainite)轉變。轉變。 根據轉變溫度的高低，貝氏體轉變又分為：根據轉變溫度的高低，貝氏體轉變又分為： 上貝氏體轉變上貝氏體轉變 （ “鼻尖鼻尖”到到350350） 下貝氏體轉變下貝氏體轉變

18、 （350350到到 M MS S 點點) )上貝氏體轉變上貝氏體轉變下貝氏體轉變下貝氏體轉變 過冷過冷A轉變為轉變為Fe3C與含過飽和與含過飽和C的的 鐵素體的機械混合物鐵素體的機械混合物貝氏體貝氏體B上上：在在A晶界上首先析出晶界上首先析出F，周圍富，周圍富 C區形成區形成 Fe3C， 呈呈羽毛狀羽毛狀B下下：首先在首先在A晶界上形成晶界上形成F，沿一定，沿一定 晶面呈竹葉狀生長，碳化物在晶面呈竹葉狀生長，碳化物在F晶內晶內析出，呈（或析出，呈（或凸鏡狀凸鏡狀）。 名名 稱稱 符符 號號 形形 成成 溫溫 度度 形形 貌貌 性性 能能 上貝氏體上貝氏體 B上上 550 350 羽毛狀羽毛狀

19、 HRC4050, 韌性差韌性差 下貝氏體下貝氏體 B下下 350 Ms 竹葉狀竹葉狀 HRC5055, 韌性好韌性好 B下下具有優良的綜合力學性能，生產實踐中應用于要求高具有優良的綜合力學性能，生產實踐中應用于要求高 強韌性的工件（如模具等）。強韌性的工件（如模具等）。A晶界晶界350 C以上以上350 C以下以下B下下生長生長上貝氏體上貝氏體顯微組織實例顯微組織實例性能特點：性能特點：通常通常上貝氏體中的上貝氏體中的Fe3CFe3C粗大，粗大，較脆，且較脆，且韌性低，工業韌性低，工業生產中生產中的的機械零件機械零件應避免獲得應避免獲得這種組織。這種組織。 下下貝氏體貝氏體顯微組織實例顯微組

20、織實例性能特點：性能特點：下貝氏體有較高的強度和硬度，還有較好的韌性，即下貝氏體有較高的強度和硬度，還有較好的韌性，即有有較好較好的的綜合力學性能綜合力學性能。在生產實際中這是一。在生產實際中這是一種種常用的狀態。常用的狀態。 1 1形成形成奧氏體急冷至奧氏體急冷至Ms（約（約230）線）線以下，過冷度極大，相變驅動力以下，過冷度極大，相變驅動力極大，奧氏體極快地由極大，奧氏體極快地由 fcc 變成變成 bcc（），碳原子來不及擴碳原子來不及擴散，形成散，形成碳在碳在 Fe中的過飽和中的過飽和間隙固溶體，即馬氏體。間隙固溶體，即馬氏體。馬氏體轉變是非擴散型轉變馬氏體轉變是非擴散型轉變馬氏體轉變

21、的臨界冷卻速度馬氏體轉變的臨界冷卻速度2 2轉變轉變特點特點1)1) 速度非常快速度非常快 形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大 ，一般認為是以聲，一般認為是以聲速發展。速發展。（驅動力很大）（驅動力很大）2)無擴散型轉變無擴散型轉變 FeFe、C C均不擴散，馬氏體和奧氏體成分相同均不擴散，馬氏體和奧氏體成分相同。3)體積膨脹體積膨脹 馬氏體轉變會引起體積急劇膨脹馬氏體轉變會引起體積急劇膨脹 （C的過飽和固溶體的過飽和固溶體）4） 需連續冷卻需連續冷卻：若在：若在MsMf之間等溫，之間等溫，M轉變停止，不同于轉變停止，不同于AP、B的轉的轉變變4)轉變不完全轉變不

22、完全 存在殘余奧氏體（簡記為存在殘余奧氏體（簡記為A殘殘），），C含量越高，過冷奧氏體含量越高，過冷奧氏體越穩定，其越穩定，其Ms、Mf 點亦越低，殘余奧氏體量也愈多。點亦越低，殘余奧氏體量也愈多。3 3馬氏體的形態馬氏體的形態 決定于奧氏體的含碳量：決定于奧氏體的含碳量： C 1.0 wt%： 形成針狀馬氏體形成針狀馬氏體 M針針； C 0.2 wt%: 形成板條狀馬氏體形成板條狀馬氏體 M板條板條； 0.2wt%C1.0wt%: 形成混合馬氏體形成混合馬氏體。板條板條馬氏體的馬氏體的形態（低形態（低C C馬氏體）馬氏體）馬氏體內有大量位錯，馬氏體內有大量位錯， 也稱為也稱為“位錯馬氏體位錯

23、馬氏體”性能：性能：具有具有較高的強度和韌性較高的強度和韌性，即良好的綜合力學性能。如，即良好的綜合力學性能。如0.2%C0.2%C鋼淬火后，鋼淬火后，HRC50HRC50、 b b1500MPa1500MPa、 a ak k150150180J/cm180J/cm2 2。一個一個A晶粒內可形成幾晶粒內可形成幾個不同位向的個不同位向的M群群片狀片狀馬氏體的馬氏體的形態（高形態（高C C馬氏體）馬氏體）不管是板條馬氏體還是片狀馬氏體，都具有相當高的硬度不管是板條馬氏體還是片狀馬氏體，都具有相當高的硬度 （HRC50），其），其原因是：原因是：C在在F中的過飽和固溶中的過飽和固溶晶格畸變晶格畸變固

24、溶強化固溶強化高硬度。高硬度。馬氏體高硬度的原因：馬氏體高硬度的原因：在一個原奧氏體晶粒中，在一個原奧氏體晶粒中，首先形成一個貫穿整個首先形成一個貫穿整個晶粒的馬氏體片，以后晶粒的馬氏體片，以后形成的馬氏體片存在于形成的馬氏體片存在于馬氏體和奧氏體之間或馬氏體和奧氏體之間或馬氏體片之間。最后的馬氏體片之間。最后的三角區為殘余奧氏體。三角區為殘余奧氏體。馬氏體中有大量攣晶，馬氏體中有大量攣晶，也稱也稱“攣晶馬氏體攣晶馬氏體”性能：性能：片狀馬氏體具有高的硬度和強度片狀馬氏體具有高的硬度和強度 （ HRC 60HRC 60），）， 但塑性和韌性很低（但塑性和韌性很低（ a ak k 1J/cm1J

25、/cm2 2）M生長生長1 1C C含量的影響含量的影響 亞共析鋼亞共析鋼： 隨著隨著含碳量的增加含碳量的增加，C C曲線曲線右移右移，即轉變的孕育期和轉變時間，即轉變的孕育期和轉變時間都加長都加長。原因原因： C C使奧氏體更穩定。使奧氏體更穩定。過共析鋼過共析鋼： 隨著含碳量的增加，隨著含碳量的增加，C C曲線左移，即轉變的孕育期和轉變時間曲線左移，即轉變的孕育期和轉變時間 都減少都減少。原因原因： 過共析鋼過共析鋼先析出的碳化物先析出的碳化物會促使奧氏體的分解會促使奧氏體的分解。C曲線是指導鋼的熱處理工藝的依據，因此了解影響曲線是指導鋼的熱處理工藝的依據，因此了解影響C曲線的因素至關重要

26、曲線的因素至關重要 2 2加熱溫度和保溫時間加熱溫度和保溫時間 TT，t Fet Fe3 3C C溶解充分，晶粒粗大（溶解充分，晶粒粗大（晶界減小晶界減小）AA穩定穩定 C C曲線右移。曲線右移。 3 3合金元素的影響合金元素的影響 除除CoCo以外，幾乎所有元素都會使以外，幾乎所有元素都會使C C曲線右移曲線右移。原因：原因： 因為大部分因為大部分合金元素能合金元素能提高奧氏體的穩定性提高奧氏體的穩定性, ,其中弱碳化物形成元其中弱碳化物形成元素比強碳化物形成元素更能穩定奧氏體素比強碳化物形成元素更能穩定奧氏體。此外，大量合金元素的加入，還。此外，大量合金元素的加入，還會改變會改變C C曲線

27、的形狀（如出現雙曲線的形狀（如出現雙C C曲線曲線對應多個相變對應多個相變）。）。 1. CCT(Continuous Cooling Transformation)1. CCT(Continuous Cooling Transformation)曲線曲線2.2.曲線的建立曲線的建立方法：方法：一般用一般用膨脹法膨脹法或或熱分析法熱分析法 將鋼奧氏體化后，以不同的冷卻速度將鋼奧氏體化后，以不同的冷卻速度冷卻到室溫，測量出奧氏體的開始轉冷卻到室溫，測量出奧氏體的開始轉變和轉變結束的時間，標注變和轉變結束的時間，標注在在溫度溫度時間坐標圖中，時間坐標圖中，分別用線連結開始點分別用線連結開始點和終了

28、點，和終了點，所得到的曲線就所得到的曲線就得到得到CCTCCT曲曲線。線。 右圖為一碳鋼對應的右圖為一碳鋼對應的CCTCCT曲線。曲線。PsPs線為開始轉變線，線為開始轉變線，P Pf f線為終止轉變線為終止轉變線線。3.3. 碳鋼的碳鋼的CCTCCT曲線曲線特點特點（1 1）CCTCCT曲線的相區和關鍵線、點曲線的相區和關鍵線、點 在在A1A1線以下，線以下，PsPs以左以左：為過冷奧氏體。：為過冷奧氏體。 P Pf f以右以右：為轉變產物區（：為轉變產物區（P型）型）； P Ps sP Pf f之間：之間：P 型型奧氏體奧氏體區區 kkkk為過冷為過冷奧氏體奧氏體向向珠光體（型）珠光體（型

29、）轉變的終止線，轉變的終止線， 在在KK以下區域，以下區域，A將終止向將終止向P轉變，部分轉變，部分 過冷過冷A將保持到將保持到Ms點，發生馬氏體轉變點，發生馬氏體轉變。 MsMs馬氏體轉變開始線，馬氏體轉變開始線，MfMf馬氏體馬氏體 轉變終了線轉變終了線 V Vk k：連續冷卻條件下獲得：連續冷卻條件下獲得“完全完全”馬氏體的馬氏體的 臨界冷去速率（臨界冷去速率（還有部分還有部分A殘余殘余）。）。 V Vk1k1：當冷速小于：當冷速小于V Vk1k1將獲得全部將獲得全部珠光體（型）。珠光體（型）。 V Vk k V Vk1k1之間之間：得到：得到 P P M M A殘余殘余混合物。混合物。

30、 TTTTTT圖位于圖位于CCTCCT圖左上方，表明圖左上方，表明連續冷卻的孕育期大于等溫轉變的連續冷卻的孕育期大于等溫轉變的孕育期孕育期。 由由TTTTTT圖確定的馬氏體轉變的臨圖確定的馬氏體轉變的臨界冷卻速率大于由界冷卻速率大于由CCTCCT圖確定的速圖確定的速率，率，即以即以TTTTTT臨界冷速連續冷卻時，臨界冷速連續冷卻時，可保證獲得最多的馬氏體。可保證獲得最多的馬氏體。 CCTCCT圖只有類似于圖只有類似于TTTTTT圖的上半圖的上半部分（沒有下部分）。因此，連續部分（沒有下部分）。因此，連續冷卻時冷卻時不可能得到貝氏體組織不可能得到貝氏體組織。一、一、退火退火定義：定義：將鋼（材料

31、）將鋼（材料）加熱加熱到適當的溫度，到適當的溫度，保保溫溫一定時間，然后一定時間，然后緩慢冷卻緩慢冷卻( (例如：例如：隨爐冷隨爐冷卻卻) )，以獲得，以獲得接近平衡狀態組織接近平衡狀態組織的熱處理工的熱處理工藝叫做藝叫做“退火退火”。作用：作用：消除殘余內應力、改變組織的形態。消除殘余內應力、改變組織的形態。 鋼在加熱到奧氏體區后，在鋼在加熱到奧氏體區后，在不同的溫度等溫不同的溫度等溫或以或以不同冷卻速率連續冷卻不同冷卻速率連續冷卻可以獲得不同的組織，使產品具有不同的性能。實際工作中就是依據材可以獲得不同的組織，使產品具有不同的性能。實際工作中就是依據材料使用時所需要的性能對材料進行不同工藝

32、的熱處理，主要熱處理工藝料使用時所需要的性能對材料進行不同工藝的熱處理，主要熱處理工藝有：有：退火、正火、淬火、回火。退火、正火、淬火、回火。退火類別：退火類別：完全退火完全退火 球化退火球化退火 去應力退火去應力退火 不同類型的退火選用不同的溫度。不同類型的退火選用不同的溫度。1 1完全退火（用于亞共析鋼）完全退火（用于亞共析鋼）方法方法：將亞共析鋼將亞共析鋼加熱到加熱到Ac3Ac3以上以上30503050，保溫一定時間，緩，保溫一定時間，緩慢冷卻。慢冷卻。目的：目的：通過重新結晶通過重新結晶細化晶粒細化晶粒，改善改善鋼錠鋼錠或坯料粗大，不均勻的原始組織，充或坯料粗大，不均勻的原始組織，充分

33、（分（1 1）消除內應力消除內應力，（，（2 2）降低硬度，降低硬度，（3 3）防止開裂。）防止開裂。組織組織：F + P（接近平衡組織）（接近平衡組織）用途：用途：用于亞共析鋼在鑄造、鍛造和焊接用于亞共析鋼在鑄造、鍛造和焊接后的后的預備熱處理預備熱處理 。 2 2球化退火球化退火 （適用于共析鋼和過共析鋼）（適用于共析鋼和過共析鋼）定義：定義：使某些高使某些高C C鋼中的片狀碳化物變成鋼中的片狀碳化物變成粒狀（球化）的熱處理工藝。粒狀（球化）的熱處理工藝。 方法：方法：將共析鋼或過共析鋼加熱在將共析鋼或過共析鋼加熱在A1A1以上以上30305050長時間長時間保溫，使保溫，使FeFe3 3C

34、 C球化。球化。然后極緩慢冷卻，使然后極緩慢冷卻，使A A發生珠光體轉變。發生珠光體轉變。組織：組織：鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的鐵素體的基體上均勻分布顆粒狀的滲碳體，稱為滲碳體，稱為球狀珠光體球狀珠光體。用途：用途：1 1）降低過共析鋼材料的硬度）降低過共析鋼材料的硬度， 保證足夠的韌性，便于保證足夠的韌性，便于進行進行 機械加工。機械加工。 2 2）均勻組織均勻組織，為以后淬火作好組，為以后淬火作好組 織準備。織準備。 3 3去應力退火去應力退火方法方法：將鋼緩慢加熱到：將鋼緩慢加熱到A1A1以下某一溫度以下某一溫度（如：（如：200200400 C)400 C)，保溫后慢冷。，保溫后慢

35、冷。 目的目的：完全消除殘余內應力。：完全消除殘余內應力。組織：組織：無相變發生，無組織明顯變化。無相變發生，無組織明顯變化。用途：用途：用于鑄、鍛、焊及冷變形件去用于鑄、鍛、焊及冷變形件去除應力。除應力。定義定義：將鋼加熱到：將鋼加熱到AC3（亞共析鋼亞共析鋼）或）或ACcm(過共析鋼過共析鋼)以上以上3050保溫一段時間后，再保溫一段時間后，再空冷空冷得到得到珠光體型珠光體型組織的工藝。組織的工藝。 注：注：合金鋼合金鋼在空氣中連續冷卻可能發生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型在空氣中連續冷卻可能發生珠光體型、貝氏體型甚至馬氏體型相變，但正火一般是指空冷時發生珠光體型轉變的熱處理工藝。相變，但

36、正火一般是指空冷時發生珠光體型轉變的熱處理工藝。用途：用途：亞共析鋼：在低、中碳鋼中代替完全退亞共析鋼：在低、中碳鋼中代替完全退 火。（火。（消除缺陷和內應力消除缺陷和內應力 ，降低硬度，降低硬度， 均勻組織）。均勻組織）。 過共析鋼：因空氣冷卻速度較快，先過共析鋼：因空氣冷卻速度較快，先 析出相析出相 Fe3C 的量較少，不能連成網的量較少，不能連成網 狀，故起到狀，故起到消除網狀組織的作用。消除網狀組織的作用。組織：組織：亞共析鋼亞共析鋼 ：F(少量少量) + S(或或T) 共析鋼：共析鋼： S(或或T) 過共析鋼：過共析鋼：Fe3C (少量少量) + S(或或T)定義：定義：將鋼加熱到將

37、鋼加熱到A A后，以大于后，以大于V Vk k的速度快速冷至的速度快速冷至MsMs點以下以獲得點以下以獲得馬氏體組馬氏體組 織織的熱處理工藝，叫作的熱處理工藝，叫作“淬火淬火”。目的：目的：提高鋼的提高鋼的硬度和耐磨性硬度和耐磨性。 注注：馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織馬氏體不是熱處理所要得到的最終組織，馬氏體再經過適當的，馬氏體再經過適當的 回火回火，可以得到需要的組織和使用性能。，可以得到需要的組織和使用性能。 淬火后獲得的馬氏體淬火后獲得的馬氏體淬火馬氏體淬火馬氏體 回火后獲得的馬氏體回火后獲得的馬氏體回火馬氏體回火馬氏體 加熱溫度和淬火組織加熱溫度和淬火組織亞共析鋼：亞共析鋼： A

38、c3 + 3050 保溫時組織：保溫時組織：A 淬火組織：淬火組織： M + A（少量）（少量）共析、過共析鋼：共析、過共析鋼： Ac1 + 3050 保溫時組織：保溫時組織：A + Fe3C（粒）（粒） 淬火組織：淬火組織： M +A （少量）（少量）+ Fe3C（粒）（粒） 粒狀的粒狀的Fe3C可以提高淬火組織的耐磨性。可以提高淬火組織的耐磨性。淬火溫度淬火溫度淬火介質淬火介質決定了決定了冷卻速度冷卻速度淬火后的組織淬火后的組織。理想的淬火介質應達到的兩個要求：理想的淬火介質應達到的兩個要求：（1 1）足夠高的冷卻速度；）足夠高的冷卻速度；得到盡可能多的馬得到盡可能多的馬氏體。氏體。（2

39、2）防止零件變形、開裂防止零件變形、開裂，在繞過，在繞過“鼻尖鼻尖”部后，應減緩冷卻速度部后，應減緩冷卻速度 所以理想的冷卻速度如圖所示，所以理想的冷卻速度如圖所示，開始冷卻緩慢開始冷卻緩慢，在在快要發生組織轉變時快冷快要發生組織轉變時快冷，隨后，隨后再慢冷再慢冷讓馬讓馬氏體轉變慢慢的進行氏體轉變慢慢的進行。 常用介質常用介質鹽水、堿水鹽水、堿水 10101515的的NaClNaCl水溶液，這是最強的冷卻介質。水溶液，這是最強的冷卻介質。清水清水 直接冷卻，冷卻能力也很強。直接冷卻，冷卻能力也很強。 堿浴、硝鹽浴堿浴、硝鹽浴 在在120120180180以上的溫度下有好的冷卻能力以上的溫度下有

40、好的冷卻能力（適用于（適用于分級淬火）分級淬火）。 礦物油礦物油 冷卻能力約為水的冷卻能力約為水的1/41/41/81/8，適用于大多數，適用于大多數合金鋼合金鋼，可以有，可以有效防止零件的變形開裂。效防止零件的變形開裂。 原則：原則：淬火時既要快冷獲得淬火時既要快冷獲得M，又要盡可能減少，又要盡可能減少變形和開裂。變形和開裂。 單液淬火：單液淬火：碳鋼碳鋼 水水 合金鋼合金鋼 油。油。雙液淬火：雙液淬火：水淬油冷。先在水或鹽水中快速水淬油冷。先在水或鹽水中快速冷卻，冷卻，繞過繞過“鼻尖鼻尖”然后裝入油中，放慢然后裝入油中，放慢冷速，繼續冷卻至室溫，（適用于較復雜冷速，繼續冷卻至室溫，（適用于

41、較復雜的零件）。的零件）。 分級淬火分級淬火：首先淬入稍高于：首先淬入稍高于Ms點的鹽浴中，點的鹽浴中，保溫待表面與心部溫度相接近保溫待表面與心部溫度相接近后，再快淬。后，再快淬。（適合于大工件）。（適合于大工件）。等溫淬火：等溫淬火：先快冷到某一溫度，保溫，使先快冷到某一溫度，保溫，使AB下下氏體轉變，再空冷至室溫獲得下貝氏體轉變，再空冷至室溫獲得下貝氏體。氏體。(5)深冷處理：深冷處理：將冷卻至室溫的零件繼續冷卻到將冷卻至室溫的零件繼續冷卻到室溫以下溫度，入液氮溫度（室溫以下溫度，入液氮溫度（179）作）作用：降低鋼中殘余奧氏體量）用：降低鋼中殘余奧氏體量） 。 將淬火后的鋼件加熱到將淬火

42、后的鋼件加熱到ACAC1 1以下以下某一溫度，等溫一段時間后，再冷卻至室溫某一溫度，等溫一段時間后，再冷卻至室溫而獲得不同組織的熱處理工藝而獲得不同組織的熱處理工藝叫叫“回火回火”1.1. 消除內應力消除內應力 鋼在淬火后，存在較大的內應力鋼在淬火后，存在較大的內應力（熱應力熱應力和和相變應力相變應力），容易出現開裂容易出現開裂。利用回火可以消除或減小內應力，達到防止變形開裂。利用回火可以消除或減小內應力，達到防止變形開裂。2.2. 穩定組織和尺寸穩定組織和尺寸 淬火后的組織為淬火后的組織為馬氏體馬氏體 殘余奧氏體殘余奧氏體，它們都不，它們都不是穩定組織，使用過程中會發生轉變，是穩定組織，使用

43、過程中會發生轉變，從而從而帶來零件的尺寸和性能的帶來零件的尺寸和性能的變化。利用回火讓可能變化的變化。利用回火讓可能變化的組織組織發生發生轉變轉變，達到穩定零件的組織性，達到穩定零件的組織性能和尺寸。能和尺寸。3.3. 調整性能調整性能 淬火后得到的馬氏體的碳含量較高，材料的硬度高，脆性淬火后得到的馬氏體的碳含量較高，材料的硬度高，脆性大，通過回火處理，達到所需要的強度、塑性和韌性的組合。大，通過回火處理，達到所需要的強度、塑性和韌性的組合。4.4. 便于加工便于加工 降低硬度，便于機械加工。降低硬度，便于機械加工。2 2、目的、目的：1 1、定義、定義1 1）馬氏體的分解（）馬氏體的分解（2

44、00200以下）以下）回火馬氏體回火馬氏體回火時馬氏體回火時馬氏體中中過飽和的碳發生過飽和的碳發生短距離短距離的遷移，形成極細的碳化物的遷移，形成極細的碳化物(Fe(Fe2.42.4C)C)（稱為（稱為碳化物）碳化物），以以薄片形式薄片形式存在存在M M中中，該組織該組織稱為稱為回火馬氏體回火馬氏體。 2 2殘余奧氏體的分解（殘余奧氏體的分解（200200300300）馬氏體向回火馬氏體轉變馬氏體向回火馬氏體轉變時時，由于應力的減小，殘余奧氏體發生分解產生，由于應力的減小，殘余奧氏體發生分解產生下貝氏體（貝氏體溫區）下貝氏體（貝氏體溫區）。最終組織：最終組織：回火馬氏體回火馬氏體下貝氏體下貝氏

45、體 3 3回火屈氏體的形成（回火屈氏體的形成（300300500500）由于回火溫度的升高，由于回火溫度的升高，碳的擴散運動能力加強，碳的擴散運動能力加強，過渡過渡碳化物轉變成碳化物轉變成穩定滲碳體穩定滲碳體，馬氏體轉變為鉄素體馬氏體轉變為鉄素體，組織為：組織為： F F 上均勻分布極細的滲碳體，上均勻分布極細的滲碳體，稱為稱為“回火屈氏體回火屈氏體”。 F FFeFe3 3C C（彌散分布）（彌散分布）回火屈氏體回火屈氏體 4 4回火索氏體的形成（回火索氏體的形成（500500650650） 鉄素體發生鉄素體發生再結晶再結晶形成形成等軸晶鐵素體等軸晶鐵素體，同時細小的，同時細小的FeFe3

46、3C C顆粒不斷長顆粒不斷長大大，得到平衡狀鐵素體中分布著顆粒狀的碳化物混合組織，稱為得到平衡狀鐵素體中分布著顆粒狀的碳化物混合組織，稱為“回火索氏回火索氏體體”。最終組織：等軸晶。最終組織：等軸晶 F F顆粒狀顆粒狀FeFe3 3CC回火索氏體回火索氏體 硬度和強度：硬度和強度： 硬度在硬度在200200以下變化不明顯，以后隨溫度的上升而下降以下變化不明顯，以后隨溫度的上升而下降， 強度也如此強度也如此；塑性：塑性： 塑性隨回火溫度提高而提高；塑性隨回火溫度提高而提高；韌性：韌性： 韌性變化的趨勢隨回火溫度的提高而提高。韌性變化的趨勢隨回火溫度的提高而提高。回火脆性：回火脆性：在回火過程中出

47、現韌性下降的現象稱為回火脆性在回火過程中出現韌性下降的現象稱為回火脆性,主要是由于主要是由于碳碳 化物析出和長大化物析出和長大所致。所致。1 1）低溫回火低溫回火 回火溫度為回火溫度為150150200200， 組織組織： 回火馬氏體回火馬氏體， 性能：性能： 高硬度，高硬度， 硬度可達到硬度可達到585864HRC64HRC，好的，好的耐磨性耐磨性 應用：應用： 常用于軸承、冷作模具的熱處理常用于軸承、冷作模具的熱處理。 2 2）中溫回火中溫回火 回火溫度為回火溫度為350350500500 組織組織： 回火屈氏體回火屈氏體 性能：性能： 具有一定韌性具有一定韌性，同時，同時有高的有高的彈性

48、極限彈性極限 應用：應用： 彈簧彈簧鋼（如：鋼（如： 65, 70)65, 70)和要求較高強度和要求較高強度和和一定韌性的工件，一定韌性的工件， 如刀桿、軸套等。如刀桿、軸套等。 3 3）高溫回火高溫回火 回火溫度為回火溫度為500500650650（淬火后進行高溫回火的工藝淬火后進行高溫回火的工藝也也稱為稱為“調質調質”處理處理） 組織組織： 回火索氏體，回火索氏體， 性能性能： 具具有良好的有良好的綜合力學性能綜合力學性能，尤其是沖擊韌性高，尤其是沖擊韌性高。 應用：應用： 可以直接進行機械加工。主要用于承受較大應力，特別是有沖可以直接進行機械加工。主要用于承受較大應力，特別是有沖 擊應

49、力場合下的結構零件，如各種擊應力場合下的結構零件，如各種軸、連桿、齒輪軸、連桿、齒輪等等。 1.1.淬透性：淬透性：是指鋼件在淬火時能獲得淬硬層（是指鋼件在淬火時能獲得淬硬層（馬氏體馬氏體）的深度。）的深度。由于表面冷卻速度高于心部，所以從由于表面冷卻速度高于心部，所以從表面至心部的馬氏體的表面至心部的馬氏體的量存在一個分布量存在一個分布，通常將馬氏體含量達到，通常將馬氏體含量達到5050的深度作為淬的深度作為淬硬層深度，用硬層深度，用淬硬層深度淬硬層深度來表征不同材料的淬透性。來表征不同材料的淬透性。2. 2. 淬硬性淬硬性：淬硬性指正常淬火情況下獲得馬氏體組織所能達到：淬硬性指正常淬火情況

50、下獲得馬氏體組織所能達到 的的最高硬度最高硬度。主要取決于馬氏體中的。主要取決于馬氏體中的C含量含量（與合金元素的（與合金元素的 關系不大），也與淬火工藝有關。關系不大），也與淬火工藝有關。 注意：注意：淬透性和淬硬性是兩個不同概念，淬透性和淬硬性是兩個不同概念，淬透性是一種材料淬透性是一種材料 特性，特性，與工藝無關。而與工藝無關。而淬硬性淬硬性是材料經熱處理后表現是材料經熱處理后表現 出的性質，與工藝有關。出的性質，與工藝有關。 影響淬透性的因素影響淬透性的因素鋼的淬透性好壞取決于鋼的鋼的淬透性好壞取決于鋼的過冷奧氏體的穩定性過冷奧氏體的穩定性，即，即C C曲線上曲線上的臨界冷卻速度。因此

51、，影響臨界冷卻速度的因素的臨界冷卻速度。因此，影響臨界冷卻速度的因素（即：（即：C C曲曲線是左移還是右移）線是左移還是右移）均對淬透性有影響。均對淬透性有影響。1)1) 化學成分化學成分 亞共析鋼：亞共析鋼： C C 淬透性淬透性 過共析鋼過共析鋼 C C 淬透性淬透性 合金元素中除合金元素中除CoCo外，絕大部分都使外，絕大部分都使C C曲線右移，提高淬透性曲線右移，提高淬透性2 2）淬火溫度和保溫時間淬火溫度和保溫時間 加熱溫度的升高和保溫時間延長加熱溫度的升高和保溫時間延長（FeFe3 3C C溶解充分），穩定溶解充分），穩定奧氏體奧氏體，均可適當的提高鋼的淬透性。，均可適當的提高鋼的

52、淬透性。 一、為什么要進行表面熱處理一、為什么要進行表面熱處理 許多零件（齒輪，軸承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好許多零件（齒輪，軸承等）需要表面具有高硬度，高耐磨性，而心部具有好的塑韌性，表面淬火即可達到這一要求。的塑韌性，表面淬火即可達到這一要求。1 1、淬火工藝：、淬火工藝： 將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心將鋼件表面迅速加熱到奧氏體化后，急冷使表面層形成馬氏體。而心部組織不發生變化，這樣部組織不發生變化，這樣表面具有強硬表面具有強硬特征而特征而心部保持好的心部保持好的韌性韌性。 用于表面淬火用鋼大多為用于表面淬火用鋼大多為低低C C或中或中C

53、 C鋼鋼 （即為亞共析鋼）（即為亞共析鋼）。 2、淬火組織、淬火組織：由于由于從表面到心部的溫度不同，淬火后在組織也不同從表面到心部的溫度不同，淬火后在組織也不同表面表面：溫度：溫度 AC3 ，表面奧氏體化，表面奧氏體化， 淬火后得到細小的馬氏體（淬火后得到細小的馬氏體（M）中間中間：溫度在：溫度在 AC1AC3之間，加熱組織為之間，加熱組織為AF， 淬火后得到淬火后得到 MF心部：心部：溫度溫度 在在AC1以下，以下， 加熱組織主要為加熱組織主要為 F， 淬火后仍為淬火后仍為F3.3.淬火方法淬火方法1 1）感應加熱感應加熱淬火淬火： 將工件置于中頻或高頻將工件置于中頻或高頻(500(500

54、500KHz)500KHz)的交變磁場中，在工件上有感的交變磁場中，在工件上有感應電流，由于電流的應電流，由于電流的集膚效應集膚效應，電流，電流集中于表層，大的電流產生的熱量集中于表層，大的電流產生的熱量使使溫度迅速升高至溫度迅速升高至ACAC1 1（共析共析）或）或ACAC3 3（亞亞共析共析）或）或AcmAcm（過共析過共析）以上）以上 ，發生發生奧氏體化，奧氏體化，然后迅速置于水中或噴水然后迅速置于水中或噴水冷卻，達到表層淬硬的結果。由于加冷卻，達到表層淬硬的結果。由于加熱速度快，溫度高，熱速度快，溫度高，奧氏體晶粒細奧氏體晶粒細，硬度高于普通淬火硬度硬度高于普通淬火硬度。感應功率越大，頻率越高，淬感應功率越大，頻率越高，淬硬層越淺。如硬層越淺。如2020500KHz500KHz獲得的淬硬獲得的淬硬層層2mm2m