教学课件：第五章钢的热处理.ppt

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1、第五章第五章 钢的热处理钢的热处理l改善钢的性能，主要有两条途径：改善钢的性能，主要有两条途径：l一是合金化一是合金化，这是下几章研究的内容；，这是下几章研究的内容；l二是热处理二是热处理，这是本章要研究的内容。，这是本章要研究的内容。l第一节第一节 概述概述l第二节第二节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变l第三节第三节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变l第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 l第五节第五节 钢的淬火钢的淬火l第六节第六节 钢的淬透性钢的淬透性l第七节第七节 钢的回火钢的回火l第八节第八节 钢的表面淬火钢的表面淬火l第九节第九节 钢的化学热处理钢的化学热处理5.1 5.1

2、 概述概述l1、热处理热处理:是指将钢在固态下加热、保温和冷却是指将钢在固态下加热、保温和冷却,以改变钢的组织结构以改变钢的组织结构,获得所需要性能的一种工艺获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出坐标绘出热处理工热处理工艺曲线艺曲线。l热处理是一种重要的加工工艺，热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛在制造业被广泛应用。应用。l在机床制造中在机床制造中约约6070%的零件要经过热处理。的零件要经过热处理。l在汽车、拖拉机制造业中在汽车、拖拉机制造业中需需热处理的零件达热处理的零件达7080%。l模具、

3、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经需经过热处理。过热处理。l总之，重要零件总之，重要零件都需适当热都需适当热处理后才能使用。处理后才能使用。滚滚动动轴轴承承2、热处理特点、热处理特点:热处理热处理区别区别于其他加工工艺如铸造于其他加工工艺如铸造、压压力加工等的特点是力加工等的特点是只通过只通过改变工件的组织来改变性改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。能，而不改变其形状。铸造铸造轧制轧制l3、热处理适用范围、热处理适用范围:只适用于固态下发生只适用于固态下发生相变的材料相变的材料，不发生，不发生固态相变的材料不能固态相变的材料不能用热处理强化。用热处理强化。4、热处理分类、热处理分类 l热

4、处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律描述热处理时钢中组织转变的规律称称热处理原理热处理原理。l热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称介质等参数称热处理工艺热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织u依加热、冷却方式等不同，将依加热、冷却方式等不

5、同，将热处理工艺分类如下：热处理工艺分类如下：表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等5、预备热处理与最终热处理、预备热处理与最终热处理l预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理

6、。l最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线时间时间温度温度/冷却时的实际转冷却时的实际转变温度分别用变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示表示.6、临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线分别用线分别用A1、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将钢加热时的实际转变温度分别用钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、Ac3、Accm表示表示;5.2

7、钢在加热时的转变钢在加热时的转变u加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是是在在A1以下加热，不发生相变；以下加热，不发生相变；u另一种是另一种是在临界点以上加热，以获得均匀的奥氏体在临界点以上加热，以获得均匀的奥氏体组织，称组织，称奥氏体化奥氏体化。u奥氏体化也是形核和长大奥氏体化也是形核和长大 的过程，分为四步。的过程，分为四步。钢坯加热钢坯加热l第一步第一步 奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成:首先在首先在 与与Fe3C相界形核相界形核.l第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散晶核通过碳原子的扩散向向 和和Fe3C方向长

8、大。方向长大。l第三步第三步 残余残余Fe3C 溶解：溶解：铁素体的成分铁素体的成分、结构更接近结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的于奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延随保温时间延长继续溶解直至消失。长继续溶解直至消失。l第四步第四步 奥氏体成分均匀化奥氏体成分均匀化:Fe3C溶解后，溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保其所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。温使奥氏体成分趋于均匀。共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程l亚共析钢和过共析钢的奥氏体亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同化过程与共析钢基本相同。但。但由于先共析由于先共析 或二次或

9、二次Fe3C的存的存在在,要获得全部奥氏体组织要获得全部奥氏体组织,必必须相应加热到须相应加热到Ac3或或 Accm以上以上.5.2.2 奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度l奥氏体化刚结束时的晶粒度称奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度，起始晶粒度，此此时晶粒细小均匀。时晶粒细小均匀。l随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。温来判断。温来判断。晶

10、粒度为晶粒度为1-4 级的是级的是本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢,5-8 级的是级的是本质细晶粒钢本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。晶粒长大倾向小。|在给定温度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的晶粒度称晶粒度称实际晶粒度实际晶粒度。|加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长大倾向称大倾向称本质晶粒度本质晶粒度。|通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素加加热热温温度度和和保保温温时时间间:加加热热温温度度高高、保温时间长保温时间长,晶

11、粒粗大晶粒粗大.加加热热速速度度:速速度度越越快快,过过热热度度越越大大,形核率越高形核率越高,晶粒越细晶粒越细.合金元素：合金元素：阻碍奥氏体晶粒阻碍奥氏体晶粒长大的元素：长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等等碳化物和氮化物形成元素。碳化物和氮化物形成元素。析出颗粒析出颗粒对黄铜晶对黄铜晶界的钉扎界的钉扎Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响l促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。原始组织原始组织:平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。l 奥氏体晶粒粗大，冷却后

12、的组织也粗大，降低钢的奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。箱式可控气氛多用炉箱式可控气氛多用炉真空热处理炉真空热处理炉5.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变l冷却是热处理更重要的工序冷却是热处理更重要的工序。一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程l处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称以下的奥氏体称过冷奥氏体过冷奥氏体。过冷过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。奥氏体是非稳定组织，迟早要发生

13、转变。随过冷随过冷度不同，过冷奥氏体将发生度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变珠光体转变、贝氏体贝氏体转变转变和和马氏体转变马氏体转变三种类型转变。三种类型转变。l现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：珠光体转变珠光体转变 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能l过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将转间将转变为珠光体类型组织变为珠光体类型组织，它是，它是铁素铁素体与渗碳体片层相间的机械混合体与渗碳体片层相间的机械混合珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体物物，根据片，根据片层厚薄不同层厚薄不同,又细分为又细分为珠珠光体光体、索氏索氏体体和和托氏体托氏体.珠光体：珠光体：l形

14、成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号P表示表示.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜 索氏体索氏体l形成温度为形成温度为650 600，片层较薄，片层较薄.800-1000倍光镜倍光镜下可辨，用符号下可辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌 托氏体托氏体l形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，片层极薄，电镜下可辨，用符号用符号T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌u珠光体、索氏体、屈氏体珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本

15、质区别，三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的.片间距片间距 bHRC u片间距越小，钢的强度、片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性硬度越高，而塑性和韧性略有改善。略有改善。2、珠光体转变过程珠光体转变过程珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥 长大，形成一个珠光体团。长大，形成一个珠光体团。珠光体转变珠光体转变是扩散型转变。是扩散型转变。氏体的含碳氏体的含碳量下降，促量下降，促进了铁

16、素体进了铁素体形核，两者形核，两者相间形核并相间形核并珠光体转变过程珠光体转变过程 贝氏体转变贝氏体转变1、贝氏体的组织形态及性贝氏体的组织形态及性能能l过冷奥氏体在过冷奥氏体在550-230(Ms)间将转变为间将转变为贝氏体类型组织，贝氏贝氏体类型组织，贝氏体用符号体用符号B表示。表示。l根据其组织形态不同，根据其组织形态不同，贝氏体贝氏体又分为又分为上贝氏体上贝氏体(B上上)和和下贝氏体下贝氏体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体 上贝氏体上贝氏体l形成温度为形成温度为550-350。l在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状.l在电镜下为在电镜下为不连续不连续棒状的渗碳体分布棒状的渗碳体

17、分布于自奥氏体晶界向于自奥氏体晶界向晶内平行生长的铁晶内平行生长的铁素体条之间。素体条之间。光镜下光镜下电镜下电镜下下贝氏体下贝氏体l形成温度为形成温度为350-230(Ms)l在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为在电镜下为细片状碳细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。l上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。l下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的好，即

18、具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。强化组织之一。上贝氏体上贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体2、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程l贝氏体转变也是形贝氏体转变也是形核和长大的过程。核和长大的过程。l发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时,首先在奥氏体中的首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体贫碳区形成铁素体晶核，其含碳量介晶核，其含碳量介于奥氏体与平衡铁于奥氏体与平衡铁素体之间，为素体之间，为过饱过饱和铁素体。和铁素体。l当转变温度较高当转变温度较高（550-350)时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界

19、向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，短棒，奥氏体消失，形成形成B上上。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程l贝氏体转变属半扩散型转变贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。晶格类型改变是通过切变实现的。l当转变温度较低（当转变温度较低（350-230)时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体

20、片的范围，碳在铁素体的一其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。下贝氏体转变下贝氏体转变 马氏体转变马氏体转变l当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到 230(Ms)以下将转变为马氏以下将转变为马氏体类型组织。体类型组织。l马氏体转变是强化钢的马氏体转变是强化钢的重要途径之一。重要途径之一。1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构l碳在碳在 -Fe 中的过饱和固中的过饱和固溶体称溶体称马氏体马氏体,用用M表示表示.马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.l马氏

21、体具有体心正方晶格马氏体具有体心正方晶格（a=bc）l轴比轴比c/a 称称马氏体的正方度马氏体的正方度。lC%越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。l当当0.25%C时时,c/a=1,此时马氏体为体心立方晶格此时马氏体为体心立方晶格.2、马氏体的形态、马氏体的形态l马氏体的形态分马氏体的形态分板板条条和和针状针状两类。两类。板条马氏体板条马氏体l立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒状扁棒状l在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。光镜下光镜下电镜下电镜下l每束内条与条之间尺每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行寸大致相同并呈平行排

22、列，一个奥氏体晶排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个取向粒内可形成几个取向不同的马氏体束。不同的马氏体束。l在电镜下，板条内的在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度亚结构主要是高密度的位错，的位错，=1012/cm2,又称又称位错马氏体位错马氏体。SEMTEM 针状马氏体针状马氏体l立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的片状片状。显微组织为针状。显微组织为针状。l在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶孪晶，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下 马氏体的形态主要马氏体的形态主要取决于其含碳量取决于其含碳量lC%小于小于0.2%时，时，组组织几乎全部是织几

23、乎全部是板条马板条马氏体氏体。lC%大于大于1.0%C时时几几乎全部是乎全部是针状马氏体针状马氏体.lC%在在0.21.0%之间之间为为板条与针状的混合板条与针状的混合组织组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C45钢正常淬火组织钢正常淬火组织l先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.l原始奥氏体晶粒原始奥氏体晶粒细，转变后的

24、马细，转变后的马氏体片也细。氏体片也细。l当最大马氏体片当最大马氏体片细到光镜下无法细到光镜下无法分辨时，该马氏分辨时，该马氏体称隐晶马氏体体称隐晶马氏体.3、马氏体的性能、马氏体的性能l高硬度高硬度是马氏体性是马氏体性能的主要特点。能的主要特点。l马氏体的硬度主要马氏体的硬度主要取决于其含碳量。取决于其含碳量。l含碳量增加，其硬含碳量增加，其硬度增加。度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平缓。l合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%l马氏体强化的主要原因是过饱和碳

25、引起的固溶强化马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化.此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。l马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构形式。针针状马氏体脆性大，状马氏体脆性大，板条马氏体的塑性和韧性较好。板条马氏体的塑性和韧性较好。针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点l马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大过程。其主要特点是：无扩散性无扩散性l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散都不扩散，因而马氏体

26、因而马氏体的含碳量与的含碳量与奥氏体的含奥氏体的含碳量相同。碳量相同。共格切变性共格切变性l由于无扩散，晶格转变是以切由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的。变机制进行的。使切变部分的使切变部分的形状和体积发生变化，形状和体积发生变化，引起相引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象光的表面上产生浮凸现象.马氏体转变马氏体转变切变示意图切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸 降温形成降温形成l马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用上马氏体点，用Ms 表示表示.l马氏体转变终了温度称下马氏体转变终了温度称下马氏体点，用

27、马氏体点，用Mf 表示表示.l只要温度达到只要温度达到Ms以下即发以下即发生马氏体转变。生马氏体转变。l在在Ms以下，随温度下降以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断转变量增加，冷却中断,转转变停止。变停止。MfMsM(50%)M(90%)高速长大高速长大l马氏体形成速度极快，马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大瞬间形核，瞬间长大。l当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。马氏体产生裂纹。转变不完全转变不完全 l即使冷却到即使冷却到Mf 点，点，也不可能获得也不可能获得100%的马氏体，总有部的马氏体，总有部分奥氏体未能转变分奥

28、氏体未能转变而残留下来，称而残留下来，称残余奥氏体残余奥氏体，用，用A 或或 表示。表示。lMs、Mf 与冷速无关，与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）金元素含量（包括碳含量）。l马氏体转变后，马氏体转变后，A 量随含碳量的增加而增加量随含碳量的增加而增加,当当含碳量达含碳量达0.5%后，后，A量才显著。量才显著。含碳量对马氏体含碳量对马氏体转变温度的影响转变温度的影响含碳含碳 量对残余奥量对残余奥氏体氏体 量的影响量的影响过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变类型类型转变转变产物产物形成温形成温度，度，转变转变机制机制显微

29、组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散

30、型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火二、二、二、二、过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图l过冷奥氏体的转变方式有过冷奥氏体的转变方式有等温转变等温转变和和连续冷却转连续冷却转变变两种。两种。两种冷却方式示两种冷却方式示意图意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却A1l过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图变图是是表示奥氏体急表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以以下在各不同温度下的下在各不同温度下的保温过程中转变量与保温过程中转变量与转变时间的关系曲线转变时间的关系曲线.又称又称C 曲线、曲线、S 曲线曲线或或TTT曲

31、线。曲线。过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图(Time-Temperature-Transformation diagram)A11、C曲线的建立曲线的建立以共析钢为例：以共析钢为例：取一批小试样并取一批小试样并进行奥氏体化进行奥氏体化.将试样分组淬入将试样分组淬入低于低于A1 点的不同点的不同温度的盐浴中温度的盐浴中,隔隔一定时间取一试一定时间取一试样淬入水中。样淬入水中。测定每个试样的转变量，测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与确定各温度下转变量与转变时间的关系。转变时间的关系。将各温度下转变开始时将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度间及终了时间标在温度时间坐标中，并分

32、别时间坐标中，并分别连线。连线。l转变开始点的连线称转变开始点的连线称转转变开始线变开始线。转变终了点。转变终了点的连线称的连线称转变终了线转变终了线。lA1-Ms 间及转间及转变开始线以左变开始线以左的区域为的区域为过冷过冷奥氏体区。奥氏体区。l转变终了线以转变终了线以右及右及Mf以下为以下为转变产物区。转变产物区。l两线之间及两线之间及Ms与与Mf之间为之间为转转变区变区。时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体5506502s10s5s2s5s10s30s40s2、C 曲线的分析曲线的分析 转变开始线与纵坐转变开始线与纵

33、坐标之间的距离为标之间的距离为孕孕育期育期。l孕育期越小，过冷孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小奥氏体稳定性越小.l孕育期最小处称孕育期最小处称C 曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度碳钢鼻尖处的温度为为550。l在鼻尖以上在鼻尖以上,温度较温度较高，相变驱动力小高，相变驱动力小.l在鼻尖以下，温度在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定从而使奥氏体稳定性增加。性增加。l C曲线明确表示曲线明确表示了过冷奥氏体在不了过冷奥氏体在不同温度下的等温转同温度下的等温转变产物。变产物。3、影响、影响C 曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响：含碳量的影响：

34、共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲曲线最靠右。线最靠右。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。l与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部曲线的上部各多一条先共析相的析出线。各多一条先共析相的析出线。CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响合金元素的影响合金元素的影响l除除 Co 外，凡溶入外，凡溶入奥氏体的合金元素奥氏体的合金元素都使都使C 曲线右移。曲线右移。l除除 Co 和和 Al 外，所有合外，所有合金元素都使金元素都使Ms 与与Mf 点点下降。下降。推杆式电阻炉推杆式电阻炉 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影

35、响l奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。l使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图l过冷奥氏体连续冷却转变图又称过冷奥氏体连续冷却转变图又称CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲线曲线，是通过测，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。定不同冷

36、速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线1、共析钢的共析钢的CCT曲线曲线l共析钢的共析钢的CCT曲线没曲线没有贝氏体转变区有贝氏体转变区，在，在珠光体转变区之下多珠光体转变区之下多了一条转变中止线。了一条转变中止线。l当连续冷却曲线碰到当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光转变中止线时，珠光体转变中止，余下的体转变中止，余下的奥氏体一直保持到奥氏体一直保持到Ms以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线l图中的图中的 Vk 为为CCT曲线的曲线的临临界冷却速度界冷却速度

37、，即获得全部马即获得全部马氏体组织时的氏体组织时的最小冷却速度最小冷却速度.lVk 为为TTT曲线曲线的临界冷却速的临界冷却速度度。Vk 1.5Vk.VkVk时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100lCCT曲线位于曲线位于TTT曲线曲线右下方。右下方。CCT曲线获得曲线获得困难困难,TTT曲线容易测得曲线容易测得.l可用可用TTT曲线定性说明曲线定性说明连续冷却时的组织转变连续冷却时的组织转变情况。情况。方法是将连续冷方法是将连续冷却曲线绘在却

38、曲线绘在C 曲线上，曲线上，依其与依其与C 曲线交点的位曲线交点的位置来说明最终转变产物置来说明最终转变产物.用用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+AP均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A(水冷水冷)淬火淬火A1MSMf时间时间65060055045钢钢850油冷组织油冷组织M+Tl2、过共析钢过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区,但比共析但比共析钢钢CCT曲线多一条曲线多一条AFe3C转变开始线。由于转变开始线。由于F

39、e3C的析出的析出,奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降,因而因而Ms 线右端升高线右端升高.l3、亚共析钢、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，还多曲线有贝氏体转变区，还多AF开始线开始线,F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高,因而因而Ms 线右端下降线右端下降.过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 l机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯毛坯(铸、锻铸、锻)预预 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理预备热处理，只有当，只有当工件性能要求不高时工

40、件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。一、退火一、退火一、退火一、退火l将钢加热至适当温将钢加热至适当温度保温，然后缓慢度保温，然后缓慢冷却冷却(炉冷炉冷)的热处的热处理工艺叫做理工艺叫做退火退火。1、退火目的、退火目的调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度度为为170-250HB。消除内应力，消除内应力，防止加工中变形。防止加工中变形。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。真空退火炉真空退火炉2、退火工艺、退火工艺l退火的种类很多，常用的有退火的种类很多，常用的有完全退火完全退火、等温退火等温退火、球化退火球化退火、

41、扩散退火扩散退火、去应力退火去应力退火、再结晶退火再结晶退火。完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050 保保温后缓冷的退温后缓冷的退火工艺，火工艺，主要主要用于亚共析钢用于亚共析钢.等温退火等温退火l亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050,共析共析、过共析钢加热过共析钢加热到到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢.高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退

42、火与普通退火的比较 球化退火球化退火l球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+3050 保温后缓冷，或保温后缓冷，或 者加热后冷却到略者加热后冷却到略低于低于 Ar1 的温度下的温度下保温，使珠光体中保温，使珠光体中的渗碳体球化后出的渗碳体球化后出炉空冷。炉空冷。主要用于主要用于共析、过共析钢。共析、过共析钢。l球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体，体上分布着颗粒状渗碳体，称称球状珠光体球状珠光体，用，用P球球表示。表示。l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，过

43、共析钢，球化退火前应球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状.FFe3C球状珠光体球状珠光体二、正火二、正火l正火是将正火是将亚共析钢亚共析钢加热到加热到Ac3+30 50，共析钢共析钢加加热到热到Ac1+3050，过共析过共析 钢钢加热到加热到 Accm+30 50保保 温后温后空冷空冷的工艺。的工艺。l正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。l1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C时，组织为时，组织为F+S;0.6%C时，组织为时，组织为S。正火温度正火温度2、正火的目的、正火的目的 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同，目的与退火的相同.

44、对于过共析钢，用对于过共析钢，用l于消除网状二次渗碳于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组体，为球化退火作组织准备。织准备。普通件最终热处理普通件最终热处理.l要改善切削性能要改善切削性能,低碳低碳热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度钢用正火钢用正火,中碳钢用退火或正火中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火高碳钢用球化退火.第五节第五节 钢的淬火钢的淬火l淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺为马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处淬火是应用最广的热处理工

45、艺之一。理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能体组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉一、一、一、一、淬火温度淬火温度淬火温度淬火温度1、碳钢、碳钢 亚共析钢亚共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac3+3050。l预备热处理组织为预备热处理组织为退火或正火组织退火或正火组织。l亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：l 0.5%C时为时为Ml 0.5%C时为时为M+A。45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织65钢钢(0.60%C)淬火组织淬火组织l在在Ac1 Ac3之间的加热淬之间的加热淬火称火称亚温淬火亚温淬火。l亚温淬火组织为亚温淬火组织为F+M，

46、强度、硬强度、硬度低度低,但塑韧性好但塑韧性好.35钢钢(含含0.35%C)亚温淬火组织亚温淬火组织 共析钢共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac1+3050；淬火组织为淬火组织为M+A。过共析钢过共析钢l淬火温度淬火温度:Ac1+3050.l温度高于温度高于Accm，则奥氏，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。形开裂倾向增加。l淬火组织淬火组织:M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织）正常淬火

47、组织2、合金钢、合金钢l由由于于多多数数合合金金元元素素(Mn、P除除外外)对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大有阻碍作用，因而大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高合金钢淬火温度比碳钢高。亚共析钢亚共析钢淬火温度为淬火温度为Ac3+50100。共析钢、过共析钢共析钢、过共析钢淬火温度为淬火温度为Ac1+50100。钢坯加热钢坯加热二、淬火介质二、淬火介质二、淬火介质二、淬火介质l理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf

48、内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火介质。介质。l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。l油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。l熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。l聚乙烯醇、硝盐水溶

49、液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.三、淬火方法三、淬火方法三、淬火方法三、淬火方法l采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。1、单液淬火法、单液淬火法l加热工件在一种介质加热工件在一种介质中连续冷却到室温的中连续冷却到室温的淬火方法。淬火方法。l操作简单，易实现自操作简单，易实现自动化。动化。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法2、双液淬火法、双液淬火法l工件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过强的介质中冷，却躲过鼻尖

50、后，再在另一种冷鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷如水淬油冷，油淬空冷.l优点是冷却理想，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。3、分级淬火法、分级淬火法l在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于小尺寸工件。寸工件。盐浴炉盐浴炉4、等温淬火法、等温淬火法l将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐的盐浴或碱浴中保温足够