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1、9.5 9.5 钢的退火与正火钢的退火与正火9.6 9.6 钢的淬火钢的淬火9.7 9.7 钢的回火钢的回火9.8 9.8 表面热处理表面热处理9.1 9.1 固态相变特点固态相变特点9.2 9.2 过饱和固溶体分解过饱和固溶体分解9.3 9.3 钢的加热转变钢的加热转变9.4 9.4 钢的冷却转变钢的冷却转变第九章第九章 固态相变和热处理固态相变和热处理19.1 9.1 固态相变特点固态相变特点固态物质内部发生的组织结构变化固态物质内部发生的组织结构变化在加热冷却过程中发生在加热冷却过程中发生性能随相变而改变性能随相变而改变新相和母相之间的自由能差是相变驱动力新相和母相之间的自由能差是相变驱
2、动力存在形核和长大过程存在形核和长大过程新相和母相均为固体，不同于凝固新相和母相均为固体，不同于凝固2相界面：包括共格、半共格、非共格界面相界面：包括共格、半共格、非共格界面决定了界面能、形核长大和相变后的组织形态决定了界面能、形核长大和相变后的组织形态应变能：新相和母相比体积不同，新相形核长大应变能：新相和母相比体积不同，新相形核长大过程受到母相限制而产生。与界面能一起成为相过程受到母相限制而产生。与界面能一起成为相变阻力变阻力位相：新相和母相以原子密度大而且匹配较好的位相：新相和母相以原子密度大而且匹配较好的低指数面互相平行，这种晶体学关系可减小二者低指数面互相平行，这种晶体学关系可减小二
3、者界面能界面能如：如：AF：111A/110F,A/F新相往往在母相的一定晶面上开始析出，母相晶新相往往在母相的一定晶面上开始析出，母相晶面称为惯析面面称为惯析面3缺陷：对相变有促进作用，优先形核处。缺陷：对相变有促进作用，优先形核处。原子扩散：新相和母相成分不同时，必须有原原子扩散：新相和母相成分不同时，必须有原子扩散，扩散速度控制性和长大子扩散，扩散速度控制性和长大相变阶段规则：先形成一系列能量较低的过渡相变阶段规则：先形成一系列能量较低的过渡相，最后形成稳定相相，最后形成稳定相相变分类：相变分类：一级和二级相变：是否有潜热释放和体积变化一级和二级相变：是否有潜热释放和体积变化扩散型和非扩
4、散型：是否有溶质原子运动和成扩散型和非扩散型：是否有溶质原子运动和成分变化分变化4相变热力学相变热力学:化学自由能降低和界面能、应变能增大化学自由能降低和界面能、应变能增大相变动力学：形核速度和长大速度共同控制相变动力学：形核速度和长大速度共同控制TN扩散因素扩散因素形核功形核功因子因子59.2 9.2 过饱和固溶体分解过饱和固溶体分解c0c1T1T2T3固溶处理：固溶体凝固时，平衡固溶处理：固溶体凝固时，平衡转变受到抑制，得到亚稳态的过转变受到抑制，得到亚稳态的过饱和固溶体单相组织。饱和固溶体单相组织。一般固溶得到的过饱和固溶体强一般固溶得到的过饱和固溶体强度低、塑性好，便于冷加工。度低、塑
5、性好，便于冷加工。脱溶分解（时效）：在室温或略高温度保温，固溶体分脱溶分解（时效）：在室温或略高温度保温，固溶体分解，有新相析出，成为饱和固溶体的过程。解，有新相析出，成为饱和固溶体的过程。6以以Al-4%CuAl-4%Cu合金时效为例合金时效为例时效时结构变化时效时结构变化GPGP区：溶质原子的富集（偏聚）区，区：溶质原子的富集（偏聚）区，AlAl中中CuCu原子偏聚原子偏聚（90%90%）与基体）与基体100100晶面上，成碟形薄片状晶面上，成碟形薄片状GPGP区结构与基体相同且共格，无明显界面，界面能很小。区结构与基体相同且共格，无明显界面，界面能很小。但存在少量共格应变，基体在垂直但存
6、在少量共格应变，基体在垂直GPGP区方向上产生晶格区方向上产生晶格畸变，有应变能畸变，有应变能AlCuAlCu：原子尺寸差别大，畸变大，原子尺寸差别大，畸变大，GPGP区区呈薄片状能呈薄片状能量最小量最小AlAgAlAg、Zn:Zn:原子尺寸差别小，畸变小，原子尺寸差别小，畸变小，GPGP区区呈球形能呈球形能量最小量最小7GPGP区尺寸很小，厚度区尺寸很小，厚度0.4nm0.4nm，仅一个原子间距，密度仅一个原子间距，密度大，大，10101818/cm/cm3 3,在基体上均匀分布在基体上均匀分布机制：形核长大机制机制：形核长大机制成分起伏使原子偏聚倾向增大成分起伏使原子偏聚倾向增大过饱和空位
7、高能量，易富集过饱和空位高能量，易富集空位分布均匀，因此空位分布均匀，因此GPGP区均匀区均匀8成份接近成份接近CuAlCuAl2 2，亚稳过渡相，正方结构，与基体存在亚稳过渡相，正方结构，与基体存在更大应变能更大应变能,薄片状。薄片状。长大与基体形成半共格。正方结构，层片状长大与基体形成半共格。正方结构，层片状CuAlCuAl2 2，平衡相，正方结构，与基体非共格平衡相，正方结构，与基体非共格,块状块状9时效晶粒粗化：脱溶相总量不变时，大质点长大，小织时效晶粒粗化：脱溶相总量不变时，大质点长大，小织点不断消失的现象。总面积减小，能量降低点不断消失的现象。总面积减小，能量降低时效温度升高、固溶
8、度降低，都使时效变化过程数减少时效温度升高、固溶度降低，都使时效变化过程数减少时效硬化：时效时硬度增大的现象时效硬化：时效时硬度增大的现象固溶度降低固溶度降低GPHV时效温度升高时效温度升高10回归回归：时效强化后，加热到稍高温度（低于平衡相时效强化后，加热到稍高温度（低于平衡相或过渡相固溶线），短时保温迅速冷却，时效强化、或过渡相固溶线），短时保温迅速冷却，时效强化、硬化效果消失，回到刚固溶处理时的状态硬化效果消失，回到刚固溶处理时的状态用于恢复塑性、便于冷加工和修复整形用于恢复塑性、便于冷加工和修复整形本质：时效强化相重新溶解本质：时效强化相重新溶解更高温度长时保温，则有相应温度过渡相和平
9、衡相更高温度长时保温，则有相应温度过渡相和平衡相析出，不发生回归析出，不发生回归119.3 9.3 钢的加热转变钢的加热转变钢的钢的过热度过热度钢加热形成钢加热形成A A，fccfcc结结构，构，c c原子间隙固溶原子间隙固溶屈服强度低、塑性好、屈服强度低、塑性好、易变形，适于锻造和易变形，适于锻造和轧制轧制12奥氏体晶核奥氏体晶核长大长大奥氏体形核奥氏体形核（F/FeF/Fe3 3C C相界）相界）残余渗碳体残余渗碳体溶解溶解奥氏体成分奥氏体成分均匀化均匀化FeFe3 3C C奥氏体奥氏体铁素体铁素体u奥氏体的形成过程：奥氏体的形成过程：F/FeF/Fe3 3C C相界面处首先形核，形成相界
10、面处首先形核，形成A/FA/F、A/FeA/Fe3 3C C多个界面，长多个界面，长大过程为界面扩散过程大过程为界面扩散过程F F首先消失（加热温度越高，消失越快）首先消失（加热温度越高，消失越快），此时，此时A A中含碳量中含碳量较低，较低，FeFe3 3C C逐渐溶解，有一均匀化过程逐渐溶解，有一均匀化过程13u影响奥氏体化的因素影响奥氏体化的因素l加热温度：加热温度：TATA化化，(D(D浓度梯度大）浓度梯度大）l加热速度加热速度：VV转变开始温度转变开始温度，转变时间，转变时间 l含碳量：含碳量：C%C%界面多界面多核心多核心多转变快转变快非共析钢：非共析钢：P P首先首先A A化，然
11、后先化，然后先共析相溶解扩散。分为完全共析相溶解扩散。分为完全A A化和不完全化和不完全A A化。化。14l合金元素合金元素CrCr、M M0 0、W W、V V、NbNb、TiTi强碳化物形成元素，强碳化物形成元素，奥氏体形奥氏体形成速度成速度C C0 0、NiNi非碳化物形成元素，非碳化物形成元素，奥氏形成速度奥氏形成速度AlAl、SiSi、MnMn对扩散影响不大，对对扩散影响不大，对A A化速度影响不大化速度影响不大l原始组织原始组织 片状，片间距小片状，片间距小相界面多相界面多碳弥散度大碳弥散度大碳原碳原子扩散距离短子扩散距离短奥氏体形核长大快奥氏体形核长大快 粒状粒状15u奥氏体晶粒
12、长大及影响因素奥氏体晶粒长大及影响因素奥氏体晶粒大小影响后续组织相的大小，从而影响钢的屈服强奥氏体晶粒大小影响后续组织相的大小，从而影响钢的屈服强度：度：ss=0 0+kd+kd-1/2-1/2机制：大晶粒吞并小晶粒并长大，晶界平直化。机制：大晶粒吞并小晶粒并长大，晶界平直化。奥氏体晶粒大小分级：奥氏体晶粒大小分级：放大放大100100倍，倍，2 2N-1N-1/1/1吋吋2 2。1 14 4级：粗晶粒；级：粗晶粒；5 58 8级：细晶粒。级：细晶粒。起始晶粒度：刚完成起始晶粒度：刚完成A A化化时的晶粒大小，细小均匀时的晶粒大小，细小均匀实际晶粒度：具体加热保实际晶粒度：具体加热保温条件下的
13、晶粒大小。温条件下的晶粒大小。16u奥氏体晶粒大小影响因素奥氏体晶粒大小影响因素：加热工艺：加热温度加热工艺：加热温度，保温时间，保温时间-奥氏体晶粒奥氏体晶粒大；加热速度增大，晶粒减小；大；加热速度增大，晶粒减小；钢的合金化成分：钢的合金化成分：碳化物形成元素，碳化物形成元素，MxCMxC%晶粒长大晶粒长大细化晶粒细化晶粒AlAl本质细晶钢本质细晶钢MnMn、P P、过量的过量的AlAl削弱削弱FeFe的结合力，加速扩散，促进长大的结合力，加速扩散，促进长大 本质粗晶粒本质粗晶粒钢：加热时，奥氏体晶粒钢：加热时，奥氏体晶粒易于长大，易于长大，Si、Mn脱氧的钢脱氧的钢本质细晶粒本质细晶粒钢：
14、加热时，钢：加热时，奥氏体晶粒奥氏体晶粒随温度升高到某一温度时，才迅速长大，随温度升高到某一温度时，才迅速长大，Al脱氧的脱氧的钢钢本质晶粒度：特定温度（本质晶粒度：特定温度（93010）特定保温时间（特定保温时间（38h）冷却得到的晶）冷却得到的晶粒度粒度17热处理冷却形式热处理冷却形式 ：连续冷却连续冷却等温冷却等温冷却温度温度时间时间加加热热保温保温9.4 9.4 钢的冷却转变钢的冷却转变18l过过冷冷奥奥氏氏体体：在在共共析析温温度度以以下下，处处于于热热力力学学不不 稳定状态的奥氏体稳定状态的奥氏体。l过过冷冷奥奥氏氏体体分分解解（转转变变）：过过冷冷奥奥氏氏体体通通过过原原子子扩扩
15、散散使使晶晶格格改改组组和和碳碳原原子子重重新新分分布布而而转转变变为为其其他类型组织的过程他类型组织的过程。l连连续续冷冷却却转转变变：转转变变发发生生在在一一个个温温度度区区间间（冷冷速速不不同同，原原子子扩扩散散程程度度不不同同，晶晶格格改改组组和和碳碳原原子子重新分布程度不同，转变产物不同）重新分布程度不同，转变产物不同）。l等等温温冷冷却却转转变变：转转变变发发生生在在确确定定温温度度下下（转转变变温温度度不不同同，原原子子扩扩散散能能力力不不同同，晶晶格格改改组组和和碳碳原原子重新分布程度不同，转变产物不同）子重新分布程度不同，转变产物不同）。19过冷奥氏体等温转变（过冷奥氏体等温
16、转变（TTTTTT、C C）曲线曲线 过冷奥氏体等温过冷奥氏体等温转变存在孕育期，转变存在孕育期，转变温度不同，转变温度不同，孕育期长短不同孕育期长短不同过冷过冷AAPABAPSTB上上B下下A1TMtMs先共析相先共析相F F或或FeFe3 3C C析出区析出区C曲线曲线TTT曲线曲线T_TemperatureT_TimeT_Transformation20转变产物按转变温度高低分三类：转变产物按转变温度高低分三类：l高温区：珠光体类组织。高温区：珠光体类组织。随转变温度降低，珠光随转变温度降低，珠光体片变细，依次为：体片变细，依次为：珠光体珠光体、索氏体索氏体、托氏体托氏体l中温区：贝氏体
17、类组织。中温区：贝氏体类组织。随转变温度降低，依次为随转变温度降低，依次为上贝氏体上贝氏体、下贝氏体下贝氏体l低温区（低温区（MsMs点以下）：点以下）：马氏体马氏体组织组织 21过冷奥氏体转变产物及性能过冷奥氏体转变产物及性能l珠光体类组织珠光体类组织转变特点转变特点：扩散型转变。转变温度越低，珠光体：扩散型转变。转变温度越低，珠光体 片越细，依次分为：片越细，依次分为：珠光体（珠光体（P P）、索氏体（）、索氏体（S S）、托氏体（）、托氏体（T T）性能性能：随组织细化，钢的强度增大，塑性略有升高：随组织细化，钢的强度增大，塑性略有升高珠光体珠光体 38003800倍倍 索氏体索氏体 8
18、0008000倍倍 托氏体托氏体 80008000倍倍22组织名称组织名称表示表示符号符号形成温度范围形成温度范围/硬度硬度片间距片间距/nm能分辨片层的能分辨片层的放大倍数放大倍数珠光体珠光体PA1650170200HB150450500索氏体索氏体S6506002535HRC801501000托氏体托氏体T6005503540HRC30802000过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能l珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高l同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体同一成分的钢，组织为片状
19、珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度退火得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度23l贝氏体类组织贝氏体类组织贝氏体贝氏体（B B）：）：含碳过饱和的铁素体与渗碳体的两相含碳过饱和的铁素体与渗碳体的两相 混合物。混合物。转变特点转变特点：半扩散型转变：半扩散型转变 C C原子扩散，原子扩散，FeFe原子不扩散原子不扩散上贝氏体上贝氏体600X下贝氏体下贝氏体600X24光学显微照片光学显微照片 13001300电子显微照片电子显微照片 500050004545钢，上
20、钢，上B+B+下下B B，400 400 上贝氏体（上贝氏体（B B上）：上）：过冷奥氏体在过冷奥氏体在550550350350之间转变形成的产物称上贝氏体（上之间转变形成的产物称上贝氏体（上B)B)组织：组织：呈呈羽毛状羽毛状,小片状的渗碳体分布在成小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间排的铁素体片之间性能：性能：强度、硬度较低，塑性、韧性较差强度、硬度较低，塑性、韧性较差HRC404525下下贝贝氏氏体体（B B下下）：在在350-Ms350-Ms之之间间等等温温时时，过过冷冷奥奥氏体转变成下贝氏体（氏体转变成下贝氏体（B B下）下）组组织织：呈呈黑黑色色针针状状或或竹竹叶叶状状，由由于于
21、其其形形成成温温度度较较低低，铁铁素素体体针针细细小小、无无方方向向性性，碳碳的的过过饱饱和和度度大大，位位错错密密度度高高，其其中中颗颗粒粒状状碳碳化化物物-Fe-Fe2.42.4C C沿沿一一定定方方向向均均匀匀分分布在布在F F片之上，弥散度大片之上，弥散度大性能：性能：强度较高，韧性好；强度较高，韧性好；HRC5055HRCF F 针内定向分布着细小针内定向分布着细小FeFe2.42.4C C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片 1200012000T8T8钢，下钢，下B B，黑色针状，黑色针状光学显微照片光学显微照片 400 400 26l马氏体类组织马氏体类组织马马氏氏体体：过过冷冷A
22、 A转转变变温温度度在在M Ms sM Mf f之之间间，形形成成碳碳过过饱饱和和固固溶溶于于-Fe-Fe中中形形成的固溶体成的固溶体组织形态组织形态：低碳马氏体（低碳马氏体（0.2%1.0%1.0%）：）：透镜状透镜状/挛晶亚结构挛晶亚结构性能性能：低碳马氏体低碳马氏体:强度高、一定的韧性强度高、一定的韧性高碳马氏体高碳马氏体:硬度高、脆性大硬度高、脆性大低碳马氏体低碳马氏体400X400X高碳马氏体高碳马氏体800X800X27马氏体转变特点马氏体转变特点 非扩散型转变非扩散型转变铁和碳原子都不能进行扩散铁和碳原子都不能进行扩散铁原子沿奥氏体一定晶面铁原子沿奥氏体一定晶面,集体集体地地(不
23、改变相互位置关系不改变相互位置关系)作一定作一定距离的移动距离的移动(不超过一个原子间距不超过一个原子间距)，使面心立方晶格改组为体心正，使面心立方晶格改组为体心正方晶格方晶格碳原子原地不动，过饱和地留在碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中；增大了其正方新组成的晶胞中；增大了其正方度度c c/a a 过饱和碳使过饱和碳使-Fe-Fe 的晶格发生很的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化大畸变，产生很强的固溶强化 28 转变不彻底转变不彻底 总要残留少量奥氏体总要残留少量奥氏体奥氏体中的碳含量越高，奥氏体中的碳含量越高，则则M MS S、M Mf f越低，残余越低，残余A A含量含量越高越高
24、只在碳质量分数少于只在碳质量分数少于0.6%0.6%时时,残余残余A A可忽略可忽略 形成速度很快形成速度很快 奥氏体冷却到奥氏体冷却到M Ms s点以下后，无孕育期，点以下后，无孕育期，瞬时转变瞬时转变随温度下降，过冷奥氏体不断转变为马氏体，是一个随温度下降，过冷奥氏体不断转变为马氏体，是一个连续冷却的转变过程连续冷却的转变过程 体积膨胀体积膨胀体积膨胀体积膨胀造成大的内应力造成大的内应力严重时导致开裂严重时导致开裂29板条板条/低碳马氏体低碳马氏体C 0.2%C 1.0%在显微镜下在显微镜下呈针状呈针状/竹竹叶状叶状/凸透镜状，在空凸透镜状，在空间形同铁饼间形同铁饼马氏体针之间形成一马氏体
25、针之间形成一定角度定角度(60)(60)在高倍透射电镜下可在高倍透射电镜下可见大量孪晶，亦称孪见大量孪晶，亦称孪晶马氏体晶马氏体31Fe-1.8C，冷至，冷至-100Fe-1.8C，冷至，冷至-6032碳质量分数碳质量分数在在0.250.251.0%1.0%之间时，为板条之间时，为板条马氏体和针状马氏体的混和组织。马氏体和针状马氏体的混和组织。如如4545钢淬火的组织就是混合马氏体。钢淬火的组织就是混合马氏体。含碳量与马氏体性能关系含碳量与马氏体性能关系33马氏体是钢中最硬的组织马氏体是钢中最硬的组织主要取决于其中的含碳量主要取决于其中的含碳量含碳量含碳量0.6%0.6%时时,达到最大值达到最
26、大值,约为约为HRC60-64HRC60-64固溶强化、位错和孪晶、组织细化固溶强化、位错和孪晶、组织细化马氏体的性能马氏体的性能高强度和高硬度高强度和高硬度34塑性和韧性塑性和韧性-与碳含量（或形态）密切相关与碳含量（或形态）密切相关高碳马氏体高碳马氏体：过饱和度大、内应力高和存在孪晶结：过饱和度大、内应力高和存在孪晶结构构-硬而脆硬而脆-塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的塑性、韧性极差，但晶粒细化得到的隐晶马氏体却有一定的韧性隐晶马氏体却有一定的韧性低碳马氏体低碳马氏体：由于过饱和度小，内应力低和存在位：由于过饱和度小，内应力低和存在位错亚结构，则不仅强度高，塑性、韧性也较好错亚结构，则不仅
27、强度高，塑性、韧性也较好马氏体的比容比奥氏体大马氏体的比容比奥氏体大当奥氏体转变为马氏体时，体积会膨胀当奥氏体转变为马氏体时，体积会膨胀马氏体是铁磁相，而奥氏体为顺磁相马氏体是铁磁相，而奥氏体为顺磁相马氏体晶格畸变严重，因此电阻率高马氏体晶格畸变严重，因此电阻率高35影响影响C C曲线位置和形状的因素曲线位置和形状的因素l奥氏体中含碳量奥氏体中含碳量对亚共析钢对亚共析钢，钢中，钢中C%C%，A A中中C%CC%C曲线右移曲线右移对过共析钢对过共析钢，一般在，一般在A AC1C1以上以上A A化，钢中化，钢中C%C%，未溶，未溶FeFe3 3CC有有利于形核利于形核C C曲线左移曲线左移共析钢共
28、析钢，C C曲线最靠右边，稳定性最高曲线最靠右边，稳定性最高 36T10T10钢钢4545钢钢37l奥氏体中合金元素奥氏体中合金元素 合金元素使合金元素使MsMs点降低。除钴、铝外，其他合点降低。除钴、铝外，其他合金元素使金元素使C C曲线位置右移。有时合金元素可改变曲线位置右移。有时合金元素可改变C C曲线形状。曲线形状。过冷过冷AA AP PA AB BA AA A1 1T T M Mt tMsMsCoCoA AA A1 1T T M Mt tMsMs其它合其它合金元素金元素其它合其它合金元素金元素CoCoAlAlA AP PA AB B3839l奥氏体化温度和保温时间奥氏体化温度和保温时
29、间奥氏体化温度高、保温时间长，使奥氏体化温度高、保温时间长，使C C曲线位置右移曲线位置右移过冷过冷AA AB BA AA A1 1T T M MA AP Pt tMsMsC C曲线右移曲线右移40过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变CCTCCT曲线曲线 ContinuousContinuous、CoolingCooling、TransformationTransformation只有只有P P、M M转变转变k k为临界冷却速度为临界冷却速度孕育期不同、过冷度不同孕育期不同、过冷度不同转变产物不同、实际生产中的应用转变产物不同、实际生产中的应用41共析钢连续冷却转变和组织共析钢连
30、续冷却转变和组织42不同冷却速度时的产物？不同冷却速度时的产物？A AA A1 1T T t tMsMs（1）（2）（3）(4)43金属材料热处理金属材料热处理热热处处理理定定义义：在在固固态态范范围围内内，采采用用加加热热、保保温温和和冷冷却却等等方方法法而而改改变变金金属属材材料料的的内内部部组组织织结结构构，从从而改善金属材料而改善金属材料力学性能力学性能的工艺方法的工艺方法.44n热处理在热处理在机械制造机械制造过程中的作用、地位过程中的作用、地位 热热处处理理是是机机器器零零件件和和工工具具制制造造过过程程中中的的重重要要工工序序，一一般般零零件件的的制制造造路路线线是是：坯坯料料铸
31、铸、锻锻、焊焊等等热热加加工工热热处处理理（粗粗加加工工）（热处理热处理）精加工精加工（热处理热处理）n热处理主要作用有：热处理主要作用有：（1 1）获得最终使用性能）获得最终使用性能（2 2）改善毛坯工艺性能，以利于冷、热加工。）改善毛坯工艺性能，以利于冷、热加工。45n热处理分类热处理分类按工序位置分：按工序位置分：预备热处理预备热处理：改善材料加工工艺性能，为后续工：改善材料加工工艺性能，为后续工序作组织和性能准备。序作组织和性能准备。最终热处理最终热处理：最后确定材料的使用性能。：最后确定材料的使用性能。按热处理要求和方法分：按热处理要求和方法分：退火退火、正火正火、淬火淬火、回火回火
32、、表面热处理表面热处理等等46退火退火：加热金属到一定温度，保温一定时间后：加热金属到一定温度，保温一定时间后缓慢缓慢 冷却冷却，获得接近于平衡组织的热处工艺。，获得接近于平衡组织的热处工艺。目的目的：（1 1）消除残余应力；）消除残余应力；（2 2）降低硬度以改善切削）降低硬度以改善切削加工性。加工性。（3 3）细化晶粒、调整组织。）细化晶粒、调整组织。T/C t/h缓冷9.5 9.5 钢的退火与正火钢的退火与正火47v钢的完全退火钢的完全退火工艺：加热温度工艺：加热温度A AC3C3+30+305050，保温保温奥氏体化奥氏体化后后缓冷缓冷.适用钢：亚共析钢适用钢：亚共析钢组织：接近平衡态
33、的珠光体组织：接近平衡态的珠光体 组织组织（F+P）。目的：目的：细化组织细化组织、提高塑性提高塑性,降低硬度降低硬度、改善加工性、改善加工性 消除内应力。消除内应力。v等温退火等温退火所用钢、组织、目的同完全退火，但提高生产率。所用钢、组织、目的同完全退火，但提高生产率。温温度度时间时间BA1PMAMs4835CrNi大锻件完全退火与等温退火的比较大锻件完全退火与等温退火的比较工艺周期缩短，性能上，等温退火工艺周期缩短，性能上，等温退火b、b、HB都都比完全退火高。比完全退火高。49球状珠光体球状珠光体v球化球化退火（不完全退火）退火（不完全退火）片状珠光体片状珠光体所用钢：共析钢和过共析钢
34、。所用钢：共析钢和过共析钢。组织：近于平衡态的珠光体组织。组织：近于平衡态的珠光体组织。目目的的：降降低低硬硬度度以以改改善善切切削削加加工工性性，为为最最终终热热处处理做组织准备。理做组织准备。50工工艺艺：加加热热温温度度 A AC1C1+10+102020，保保温温使使渗渗碳碳体体球化后缓冷。球化后缓冷。51应用：应用：球球化化退退火火主主要要适适用用于于含含C C0.6%0.6%的的各各种种高高C C工工具钢、模具钢、轴承钢具钢、模具钢、轴承钢的预备热处理。的预备热处理。有有时时也也用用于于中中C C及及中中C C合合金金钢钢。当当要要求求硬硬度度极极低低而而韧韧性性极极高高（如如用用
35、于于冷冷冲冲压压坯坯料料）时时，才才用球化。用球化。低低C C钢球化退火后，不适于切削前处理（太软，钢球化退火后，不适于切削前处理（太软，发粘），但可以改善冷变形的加工性能。发粘），但可以改善冷变形的加工性能。52一般长时间保温一般长时间保温1010小时以上小时以上n碳钢碳钢一般选一般选1100110012001200。n合合 金金 钢钢为为 使使 其其 晶晶 C C化化 物物 充充 分分 溶溶 解解，T T允允 许许 到到1200120013001300范围。范围。v扩散退火扩散退火所用钢：各种钢所用钢：各种钢目的：消除钢成分不均匀性目的：消除钢成分不均匀性53v去应力退火（低温退火）去应力
36、退火（低温退火）tTA1空气550-650适用于各种钢材，消除各种加工状态的内应力适用于各种钢材，消除各种加工状态的内应力54正正火火：加加热热到到A Ac3c3或或A Accmccm以以上上30305050，保保温温适适当当时时间间，在在静静止止的的空空气气中中冷冷却却，获获得含有得含有P P的均匀组织。的均匀组织。+FeFe3 3C C+FeFe3 3C C目的目的：正火所达到的效果与材料的成分及组织状态有关。：正火所达到的效果与材料的成分及组织状态有关。低低C C钢钢正正火火后后，可可得得到到较较细细的的片片状状P P，硬硬度度较较退退火火略略高高，利利于于切切削削加加工工，由由于于所所
37、得得F F晶晶粒粒较较细细，钢钢的的韧韧性性较较好好，板板、管管、带带及型材等大多采用正火处理，以保证良好的力学性能的配合。及型材等大多采用正火处理，以保证良好的力学性能的配合。55中中C C钢钢普普通通零零件件正正火火后后组组织织细细化化，得得到到一一定定的的力力学学性性能能，要要求求不不高高时时，可可代代替替调调质质处处理理作作为为最最后后热热处处理理或或为为感感应应加加热热表表淬淬前前的的预预备备处处理理，还还可可以以消消除除魏魏氏氏组组织织，低低合合金金结结构构钢钢（wtwt0.4%0.4%，如如40Cr40Cr）可可用用正正火火代代替替完完全全退退火火作作为为切切削削加工前的准备，可
38、缩短生产周期，降低费用。加工前的准备，可缩短生产周期，降低费用。过过共共析析钢钢（工工具具钢钢、轴轴承承钢钢）和和渗渗C C工工件件可可用用正正火火消消除除网网状状C C化化物物。以以便便在在球球化化退退火火中中获获得得均均匀匀的的球球状状C C化化物物。在在用用正火代替渗碳件的第一次淬火时，还能减少工件变形。正火代替渗碳件的第一次淬火时，还能减少工件变形。56大型锻件大型锻件常采用正火作为常采用正火作为最终热处理最终热处理，可，可避免淬火避免淬火时较大时较大的的开裂开裂倾向（但不能充分发挥材料潜力）。正火倾向（但不能充分发挥材料潜力）。正火后后需需高温高温回火回火（T=700T=700），）
39、，以消除应力，得到良好的力学性能。以消除应力，得到良好的力学性能。铸钢件铸钢件正火，正火，细化细化铸态组织铸态组织,即细化铸件中即细化铸件中粗大晶粒粗大晶粒消除消除由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的由于截面尺寸不同在结晶过程中产生的显微组织显微组织的不均匀性的不均匀性，如等轴晶，如等轴晶-柱状晶柱状晶-粗晶粗晶改善切削加工性能改善切削加工性能 由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较差。由于铸件一般形状较复杂，偏析严重，韧性较差。在正火中应采用较为在正火中应采用较为缓慢的加热缓慢的加热，以免热应力造成变形开，以免热应力造成变形开裂，加热裂，加热T T也较锻件高。也较锻件高。57退火和正火的加热
40、温度退火和正火的加热温度正火正火完全退火完全退火球化退火球化退火去去应力退火应力退火成分温度扩散退火扩散退火5859组组织织：正正火火冷冷速速快快，P P组组织织比比退退火火态态的的片片层层间间距距小小，领域也小领域也小性性能能：亚亚共共析析钢钢中中：P P越越多多，强强度度，硬硬度度越越高高，韧韧性性，塑转化，塑转化TT。WcWc0.2%0.2%时时，退退正正火火机机械械性性能能相相近近。C%C%，正正火火硬度、强度比退火高，塑性低硬度、强度比退火高，塑性低。退火、正火后的组织与性能退火、正火后的组织与性能6061钢钢的最重要的强化手段：淬火的最重要的强化手段：淬火将钢将钢加热到加热到Ac1
41、或或Ac3以以上上3050，保温一段，保温一段时间使钢奥氏体化后，时间使钢奥氏体化后，以大于临界冷速冷却获以大于临界冷速冷却获得得马氏体马氏体的热处理工艺的热处理工艺目目的的：主主要要目目的的是是：(工工具具钢钢)硬硬度度、强强度度、耐耐磨磨性性。（结结构构钢钢）与与不不同同T的的回回火火相相配配合合，获获得得不不同同的的强强韧韧、塑塑的的配配合合，满满足不同的性能要求。足不同的性能要求。临临界界冷冷速速9.6 9.6 钢的淬火钢的淬火62奥氏体奥氏体奥氏体晶界奥氏体晶界马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体转变：无扩散，切变型，与母相共格，降温，可逆马氏体转变：无扩散，切变型，与母相
42、共格，降温，可逆惯析面惯析面:1.4-(259)A位向关系：位向关系：1.4:K-S关系关系111A/110M;A/MFe-Ni合金：西山关系合金：西山关系111A/110M;A/M63板条板条M M：c0.2%,c1.0%c1.0%，高碳高碳M M针状针状M M，立体立体M M，透镜透镜M M贯穿晶粒的一个针，后续受限越来越贯穿晶粒的一个针，后续受限越来越小，互不平行。看不清时成为隐晶小，互不平行。看不清时成为隐晶M M高碳钢淬体积变化火，片间相互冲撞，高碳钢淬体积变化火，片间相互冲撞，显微裂纹显微裂纹64v力学性能：力学性能：强度、硬度取决于含碳量，强度、硬度取决于含碳量，0.6%时有最大
43、值时有最大值强化原因：强化原因：相变强化：相变过程形成大量位错，且相变强化：相变过程形成大量位错，且sMsM sFsF 固溶强化：固溶强化：C C溶于扁八面体间隙，强烈畸变并与位溶于扁八面体间隙，强烈畸变并与位错交互作用，产生强化。错交互作用，产生强化。细晶强化：形成的细晶强化：形成的M M晶粒细小。晶粒细小。韧性：与亚结构有关韧性：与亚结构有关板条内有大量位错，可运动板条内有大量位错，可运动板板条条M M强而韧强而韧片状内主要是孪晶，难变形片状内主要是孪晶，难变形片片状状M M硬而脆硬而脆65v淬火加热温度淬火加热温度l亚共析钢和共析钢亚共析钢和共析钢:A:AC3C3+30+305050？淬
44、火后组织淬火后组织:均匀细小均匀细小M Ml过共析钢过共析钢:A:AC1C1+30+305050？淬火后组织：均匀细小淬火后组织：均匀细小M M +粒状渗碳体粒状渗碳体合金钢温度再升高合金钢温度再升高2020左右左右66v淬火冷却介质淬火冷却介质保证保证工件冷速工件冷速V V临界淬火冷速临界淬火冷速V VC C。工件尺寸一定时，冷工件尺寸一定时，冷速越快：速越快：获得较大的淬硬深度。获得较大的淬硬深度。容易引起变形开裂。容易引起变形开裂。所以要求所以要求“又快又慢又快又慢”A AA A1 1T T t tMsMs67水作为淬火介质水作为淬火介质650650550:550:冷速冷速200/s20
45、0/s；M M转变区转变区(300(300200200），冷速：高达），冷速：高达770/s770/s优优点点：冷冷却却能能力力强强，清清洁洁、安安全全、价价格格低低，不不需需清洗。清洗。在可能情况下应广泛使用。在可能情况下应广泛使用。缺点：缺点：M M 转变区冷速大，易开裂转变区冷速大，易开裂适用：形状简单，尺寸不大的适用：形状简单，尺寸不大的碳钢件。碳钢件。68盐水、碱水溶液（水中添加盐水、碱水溶液（水中添加5 510%10%的盐、碱）的盐、碱）在在高温区高温区（650650550550）的冷却能力）的冷却能力约为水的约为水的1010倍倍缺点：缺点：低温冷速仍很大。低温冷速仍很大。对工件有
46、腐蚀作用，淬火后必须清洗。对工件有腐蚀作用，淬火后必须清洗。碱水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质碱水对皮肤有刺激作用，且易于老化变质 碱水使用受到一定的限制。碱水使用受到一定的限制。适用范围：用于适用范围：用于形状简单，尺寸较大形状简单，尺寸较大的的碳素结构钢碳素结构钢件件淬火，还可对淬火，还可对大截面大截面的的碳素工具钢碳素工具钢，低合金钢，低合金钢工件用盐工件用盐-油双介质淬火。油双介质淬火。69油油(主要用矿物油主要用矿物油)特点：特点：低温冷速低，。低温冷速低，。油高温冷却能力很小，只有水的油高温冷却能力很小，只有水的1/31/31/61/6 “C”“C”鼻尖处冷速较低，截面较大的鼻尖
47、处冷速较低，截面较大的C C钢及低合金钢钢及低合金钢不易淬硬。不易淬硬。主要用于形状复杂的中小型合金钢（主要用于形状复杂的中小型合金钢（A A稳定性大，稳定性大，“C”C”曲线靠右曲线靠右淬透性大）或尺寸小的碳钢。淬透性大）或尺寸小的碳钢。7065055030020020静水静水180/s770/s20循环水循环水360/s770/s10号机油号机油60/s27/s71v淬火冷却方法淬火冷却方法:（1 1）单介质淬火）单介质淬火（2 2）双介质淬火）双介质淬火 （为减小淬火应力）（为减小淬火应力）（3 3）M M分级淬火分级淬火 （为减小淬火应力）（为减小淬火应力）（4 4）B B等温淬火：为
48、获得下贝氏体组织。等温淬火：为获得下贝氏体组织。（5 5）冷处理：为获得最大量）冷处理：为获得最大量M M，减少减少A AB时间时间温温度度A1PMAMs室温72直接淬火直接淬火适适用用：无无尖尖锐锐棱棱角角，和和截截面面形形状状无无突突变变的的形形状状简简单单的的碳碳钢钢和和合合金金钢工件。钢工件。不适用：不适用：处理高碳钢件和形状复杂的工件。处理高碳钢件和形状复杂的工件。例：手用锯条例：手用锯条 T10 T12 T10 T12 油淬（油淬（14 1814 18）73双液淬火法双液淬火法 特特点点：既既保保证证了了较较高高淬淬透透层层深深，又又可可减减少少应应力力，防防止开裂止开裂。水水-油
49、油、盐盐水水-油油、油油-空气等空气等适适用用范范围围：淬淬透透性性较较差差的的大尺寸工件大尺寸工件缺点：不易操作缺点：不易操作多用多用碳素工具钢碳素工具钢和和大大截面合金工具钢截面合金工具钢，要求，要求淬透较深淬透较深的零件淬火。的零件淬火。74M M分级淬火分级淬火优点：优点：减少了淬火应力减少了淬火应力（组织应力）（组织应力）适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零适用范围：变形要求严格的工件。一般分级淬火时零件件 能淬透的零件直径要比油淬、水淬小能淬透的零件直径要比油淬、水淬小，对对大大截面碳钢、低合金零件截面碳钢、低合金零件不适宜不适宜采用分级淬火。采用分级淬火。75贝氏体等温
50、淬火贝氏体等温淬火 等等温温温温度度：依依C C曲曲线线及及性性能能要要求求（T T 低低，B B 下下多多且硬度高）且硬度高）适适 用用：合合 金金 钢钢，WcWc0.6%0.6%的碳钢。的碳钢。400-26076深冷处理（或冷处理）深冷处理（或冷处理）目的：目的：A A残残M M适用：适用：MsMs点低的钢点低的钢种（种（C C高高 0.60.6）要求要求尺寸稳定性很尺寸稳定性很高高的精密零件的精密零件室温77局部淬火方法局部淬火方法78v钢的淬透性钢的淬透性淬透性：淬透性：钢中奥氏体在冷却时钢中奥氏体在冷却时形成马氏体形成马氏体而不形而不形 成其他组织的成其他组织的能力能力,它主要与钢的