钢加热和冷却时的转变热处理

1、钢加热和冷却时的转变热处理简化的简化的Fe-Fe3C相图相图(a) 0.01%C铁素体500(c).0.77%C珠光体500(b)0.45%C铁素体+珠光体500d).1.2%C铁素体+二次渗碳体500图4-11过共析钢组织金相图过共析钢组织金相图 三国时期，有人诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.150.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。 1863年，英国

2、金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时可转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。 通过加热加热、保温保温和冷却冷却来改变钢的组织，从而改变钢机械性能的工艺，称为热处理。热处理的这三个阶段，可以用工艺过程曲线来表示。热处理的第一道工序就是加热。铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。共析钢在共析钢在A A1 1临界温度下是珠光体组织，当加热温度超过临界点后珠光体就临界温度下是珠光体组织，当加热温度超过临界点后珠光体就转变为

3、奥氏体。转变为奥氏体。亚共析钢，当温度超过亚共析钢，当温度超过A A1 1后，珠光体转变为奥氏体；如果继续加热，当温度后，珠光体转变为奥氏体；如果继续加热，当温度A A3 3临界点铁素体也可转化为奥氏体。临界点铁素体也可转化为奥氏体。过共析钢在过共析钢在A A1 1临界点温度下是渗碳体和珠光体，当加热温度超过临界点温度下是渗碳体和珠光体，当加热温度超过A A1 1后，珠光后，珠光体转变；如果继续加热至体转变；如果继续加热至A Acmcm以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。以上，渗碳体将全部溶入奥氏体。钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组

4、织转变可以称为奥氏体化。化。（一）、加热温度的确定（一）、加热温度的确定注意：注意：加热时，钢的组织实际转变温度往往是高于相图中的理论相变温度；冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。 在热处理工艺中，不加热时的临界点分别用AC1、AC3、ACCm表示；而冷却是的临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。（二）、奥氏体化过程（二）、奥氏体化过程珠光体转变为奥氏体是一个从重结晶的过程。由于珠光体是珠光体转变为奥氏体是一个从重结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物，铁素体与渗碳体的碳量差别铁素体和渗碳体的机械混合物，铁素体与渗碳体的碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶格类型很大，转变为

5、奥氏体必须进行晶格类型 的改变和铁碳原子的改变和铁碳原子的扩散的扩散。奥氏体化大致可分为四个过程。奥氏体化大致可分为四个过程。 1、奥氏体形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） A 形形核核A 长长大大o 2、奥氏体晶核长大 （F A晶格重构，Fe3C 溶解，C A中扩散）A 成成分分均均匀匀化化p 4、奥氏体均匀化残残余余Fe3C溶溶解解p 3、残余Fe3C溶解 1奥氏体形核奥氏体形核 奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。2奥氏体长大奥氏体长大 奥氏体一旦形成，便通过原子扩散不断长大 。铁素体逐渐通过改组晶胞向奥氏提转化；渗碳体不断溶入奥氏体。3残余渗碳体溶解残余渗碳体溶

6、解 当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后，仍有少量的渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长，这部分渗碳体不断溶入奥氏体，直至完全消失。4奥氏体均匀化奥氏体均匀化 刚形成的奥氏体晶粒中，碳浓度是不均匀的。原先渗碳体的位置，碳浓度较高；原先属于铁素体的位置，碳浓度较低。因此，必须保温一段时间，通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体。这就是热处理应该有一个保温阶段的原因。 对于亚共析钢与过共析钢，若加热温度没有超过AC3或ACCm，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，而共析铁素体或二次渗碳体仍将保留。只有进一步加热至AC3或Accm以上并保温足够时间，才能得到单相的奥氏体。 如果加热温度过高，或者保温时

7、间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化。奥氏体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。 1. 1. 加热速度的影响加热速度的影响加热速度越快，相变驱动力也越大；同时由于奥氏体化温度高，原子扩散速度也加快，提高形核与长大的速度，从而加快奥氏体的形成。2. 2. 化学成分的影响化学成分的影响钢中含碳量增加，碳化物数量相应增多，F和Fe3C的相界面增多，奥氏体晶核数增多，其转变速度加快。合金元素影响奥氏体的形成速度。因为合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的奥氏体形成速度一般比碳钢慢，尤其高合金钢，奥氏体化温度比碳钢要高，保温时间也较长

8、。3. 3. 原始组织的影响原始组织的影响钢中原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致奥氏体形成速度加快。同样片状P比粒状P的奥氏体形成速度快。本质晶粒度本质晶粒度：不同的铜奥氏体晶粒加热时长大的倾向不同，评定奥氏体晶粒在加热时长大倾向的标准叫本质晶粒度。根据冶金部的标准规定，加热到93010保温8h冷却下来后钢的晶粒大小，称为本质晶粒度。冶金部将钢分为两大类，一类叫本质粗晶粒钢，另一类叫本质细晶粒钢。 钢的本质晶粒度是由钢的成分和冶炼条件决定的。含有钛、钒、钨等合金元素的钢，大多属于本质细晶粒钢。冶炼时采用铝脱氧的钢也为本

9、质细晶粒钢，而只用硅、锰脱氧的钢则为本质粗晶粒钢。 这是因为钛、钒、钨及铝等合金元素在钢中能形成金属化合物，这些化合物微粒分布在奥氏体晶界上能机械地阻止奥氏体晶粒的长大。冷却冷却是钢热处理的三个工序中影响性能的最重要环节，所以冷却转变是热处理的关键。热处理冷却方式通常有两种，即等温冷却等温冷却和连续冷却连续冷却。 1 1、奥氏体等温转变曲线、奥氏体等温转变曲线110102103104105106100200300400500600700800奥氏体A1MSMf时间（s）温度（）粗珠光体（HRC520）细珠光体（HRC3040）上贝氏体（HRC4045）下贝氏体（HRC5060）马氏体残余奥氏体

10、（HRC55）图3-6共析钢等温转变曲线（1）高温转变（珠光体转变）高温转变（珠光体转变）高温转变是奥氏体转变成珠光体的过程，通过碳原子和铁原子的扩散形成铁素体和渗碳体的层片状机械混合物，转变温度为A1-550，珠光体转变是一种扩散性相变。（a）光学显微组织，500）；（b）电子显微组织（3800）(a)珠光体 (b) 索氏体(c)屈氏体图5-11 珠光体组织(a)(a)珠光体珠光体 (b) (b) 索氏体索氏体(c)(c)屈氏体屈氏体（2）中温转变（贝氏体转变） 转变温度为550Ms线，由于转变温度较低，原子的扩散能力较弱。奥氏体在转变过程中，碳原子只能作短距离的扩散，而铁原子几乎不能扩散，

11、仅从面心立方晶格转变为体心立方晶格。转变时，先析出含碳过饱和的铁素体，随后在铁素体中陆续析出细的渗碳体。这种过饱和铁素体和细小颗粒状渗碳体的机械混合物，称为贝氏体，用符号B表示。 在中温转变区，550350范围内，等温转变成的组织称为上贝氏体上贝氏体；350Ms范围，等温转变成的组织称为下贝氏体下贝氏体。图3-9上贝氏体的显微组织图3-10下贝氏体的显微组织下贝氏体组织金相图下贝氏体组织金相图图5-17（3）低温转变（马氏体转变）低温转变（马氏体转变） 当奥氏体以较快的速度冷却到Ms以下时，由于温度较低，铁原子和碳原子都不能进行扩散，铁原子只是作微小位移，使-Fe晶格转变为-Fe的晶格，而碳原

12、子来不及扩散全部固溶在-Fe中，碳在-Fe中的过饱和固溶体组织称为马氏体马氏体，用符号M表示。 （1） 马氏体的形态马氏体的组织形态与含碳量有关，根据马氏体组织的不同，把马氏体分为低碳马氏体低碳马氏体、高碳马氏体高碳马氏体和混合型马氏体混合型马氏体。当含碳量0.25，形成低碳马氏体（条状马氏体），低碳马氏体组织中有许多尺寸大致相同的细长薄条单元，薄条平行排列组成一束，束和束之间位向不同。低碳马氏体过饱和程度低、内应力小，不仅强度高，而且塑性、韧性也较好，所以在生产中应用较广。图3-17低碳马氏体当含碳量大于1时，形成高碳马氏体（针状马氏体），图3-18为T10钢经1000加热，水冷淬火处理后得

13、到的高碳马氏体组织。针叶一般以60120相交。马氏体的针叶一般在奥氏体晶粒内形成，第一片马氏体粗大，往往横贯整个马氏体的晶粒，稍后形成的马氏体则较小，最后形成的马氏体就更小，如图3-19所示。针状马氏体可称为高碳马氏体，也称为孪晶马氏体，其组织结构如图3-20所示。图3-18高碳马氏体图5-18高碳针片状马氏体组织金相图高碳针片状马氏体组织金相图图5-19 含碳量在0.25%1%之间的碳快速冷却所得到的组织为低碳马氏体和高碳马氏体的混合结构。（2）马氏体的性能： 高碳度是马氏体的主要特征。马氏体的硬度与其含碳量有关，含碳量愈多，硬度愈高；当含碳量超过0.6%以后，马氏体的硬度就增加不多。 马氏

14、体具有高硬度的主要原因是由于过饱和的碳原子所起的固溶强化作用和形成马氏体时在马氏体内产生了大量的位错引起了加工强化的结果。 低碳马氏体具有较高的硬度和强度，而且韧性也比较好；这种强度和韧性的良好配合，使低碳马氏体得到了广泛应用。马氏体转变的特点马氏体转变的特点 由于转变温度很低，奥氏体中的铁、碳原子都不能进行由于转变温度很低，奥氏体中的铁、碳原子都不能进行扩散，因而只有铁元素的晶格改变，面心立方晶格扩散，因而只有铁元素的晶格改变，面心立方晶格-Fe转化为体心立方晶格转化为体心立方晶格-Fe。由于碳原子无扩散能力而过。由于碳原子无扩散能力而过饱和固溶在饱和固溶在-Fe中，当含碳量大于中，当含碳量

15、大于0.25%时，将使晶格时，将使晶格撑开。撑开。马氏体的形成速度极快。马氏体转变是在一定温度范围（MsMf）内进行的。 奥氏体中含碳量愈高，Ms和Mf温度愈低。 当含碳量大于0.6%后，Mf点已下降到0以下的温度；因此，高碳钢淬火后常常含有一定数量的残余奥氏体。亚共析钢和过共析钢从奥氏体转变才为珠光体之前，均有先亚共析钢和过共析钢从奥氏体转变才为珠光体之前，均有先共析相析出的过程；因此，它们的等温转变曲线与共析钢的等共析相析出的过程；因此，它们的等温转变曲线与共析钢的等温转变曲线有所不同。温转变曲线有所不同。（二）含碳量对温转变曲线（二）含碳量对温转变曲线 的影响的影响与共析钢等温转变曲线相

16、比，亚共析钢的等温转变曲线上半部多一条与共析钢等温转变曲线相比，亚共析钢的等温转变曲线上半部多一条铁素体共析转变线；过共析钢的等温转变曲线上半部多一条渗碳体共铁素体共析转变线；过共析钢的等温转变曲线上半部多一条渗碳体共析转变线。析转变线。在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样会转变成珠光体或贝在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样会转变成珠光体或贝氏体或马氏体，组织转变的温度区域与奥氏体的等温转变氏体或马氏体，组织转变的温度区域与奥氏体的等温转变时大致相同。时大致相同。连续冷却是指按照一定的速度从较高的温度冷却，奥氏体连续冷却是指按照一定的速度从较高的温度冷却，奥氏体的组织转变发生在各个不同的转变温度区域

17、；因此，就会的组织转变发生在各个不同的转变温度区域；因此，就会得到各个不同区域的产物。得到各个不同区域的产物。 奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，过冷奥氏体的转变均奥氏体的连续冷却转变在实际生产中，过冷奥氏体的转变均是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过是在连续冷却时转变的。所以，研究奥氏体在连续冷却过程中的转变具有十分重要的意义。程中的转变具有十分重要的意义。 奥氏体的连续冷却转变用连续冷却曲线来进行分析。连续冷却曲线也是用试验方法测定绘制的。奥氏体的连续冲却曲线较难测定。奥氏体的连续冲却曲线较难测定。 实际上常参照等温转变曲线来近似地、定实际上常参照等温转变曲线来近似地、定性地

18、分析连续冷却时奥氏体的转变过程。性地分析连续冷却时奥氏体的转变过程。为了预测某种钢在某一冷却速度下所得到的组织，可将此冷却速度线画在该钢为了预测某种钢在某一冷却速度下所得到的组织，可将此冷却速度线画在该钢种的等温转变曲线上，根据冷却速度线在等温转变曲线中的位置来估计所得到的种的等温转变曲线上，根据冷却速度线在等温转变曲线中的位置来估计所得到的组织。组织。将钢件加热，保温再缓慢冷却（通常是随炉冷却）至室温的热处理工艺，将钢件加热，保温再缓慢冷却（通常是随炉冷却）至室温的热处理工艺，称为退火。称为退火。退火后所得到的组织基本上就是铁碳相图中所标的碳钢组织。退火后所得到的组织基本上就是铁碳相图中所标

19、的碳钢组织。退火的主要目的是细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力提高塑性和韧退火的主要目的是细化晶粒、均匀组织、降低硬度、消除内应力提高塑性和韧性。性。根据钢的化学成分和对机械性能的要求不同，退火一般分为完全退火、球化退根据钢的化学成分和对机械性能的要求不同，退火一般分为完全退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等。火、扩散退火和去应力退火等。完全退火是把钢加热至Ac3以上3050保温，然后缓慢冷却下来的工艺过程。完全退火适用于处理亚共析钢和低、中合金钢，目的是细化晶粒、均匀组织、降低硬度和消除应力。是细化晶粒、均匀组织、降低硬度和消除应力。过共析钢不宜于进行完全退火，因为加热到Accm线以

20、上再缓慢冷却时，渗碳体将以网状形式存在于铁素体的晶界上，反而增加了钢的脆性。球化退火是将钢件加热至球化退火是将钢件加热至Ac1以上以上2030，保温一定时间，随炉冷却。球化退火主要用于共析钢或，保温一定时间，随炉冷却。球化退火主要用于共析钢或过共析钢。目的过共析钢。目的是细化晶粒、均匀组织、降低硬度和消除应力提高韧性，便于切削加工。是细化晶粒、均匀组织、降低硬度和消除应力提高韧性，便于切削加工。去应力退火是将钢件加热至去应力退火是将钢件加热至500600的范围内，适当保温，然后缓慢冷却到室温的工艺，又称低温退火。的范围内，适当保温，然后缓慢冷却到室温的工艺，又称低温退火。T10钢球化退火组织(

21、化染)500 图5-21过共析钢球化退火组织过共析钢球化退火组织 扩散退火工艺是把钢加热至10501150，保温十几小时后再缓慢冷却至室温的工艺。目的是消除合金钢铸件的偏析现象。（二）正火 加热到加热到Ac3或或Accm以上以上3050，保温一段时间，然后在空气中冷，保温一段时间，然后在空气中冷却到室温，这种热处理工艺称为正火却到室温，这种热处理工艺称为正火。正火与退火的主要区别是冷却速度较快，因此，奥氏体转变成的正火与退火的主要区别是冷却速度较快，因此，奥氏体转变成的珠光体层就较薄，晶体较细，强度与硬度较高。珠光体层就较薄，晶体较细，强度与硬度较高。正火的主要目的是细化晶体，清除锻、轧和焊接

22、件的组织缺陷，正火的主要目的是细化晶体，清除锻、轧和焊接件的组织缺陷，均匀组织改善钢的机械性能。均匀组织改善钢的机械性能。(1)(1)作为普通结构零件的最终热处理作为普通结构零件的最终热处理 (2)(2)用于改善低碳钢的切削加工性能用于改善低碳钢的切削加工性能 (3)(3)作为较为重要的零件预备性热处理。作为较为重要的零件预备性热处理。正火主要用于以下几个方面正火主要用于以下几个方面：淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到A Ac3c3或或A Ac1c1以上以上30305050，保温一定时间，然后快，保温一定时间，然后快速冷却从而得到马氏体组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织速冷却从而得到马氏体

23、组织的工艺。淬火的主要目的是把材料的组织转变成马氏体。转变成马氏体。1、加热温度的选择、加热温度的选择 淬火时的冷却速度必须大于临界冷却速度；但过快的冷却又会增淬火时的冷却速度必须大于临界冷却速度；但过快的冷却又会增加内应力，引起钢件的变形和开裂。因此，选择合理的冷却介质加内应力，引起钢件的变形和开裂。因此，选择合理的冷却介质是淬火工艺的关镀。是淬火工艺的关镀。钢的等温转变曲线是选择淬火时的冷却速度和介质的依据，理想的钢的等温转变曲线是选择淬火时的冷却速度和介质的依据，理想的冷却曲线如下图所示。冷却曲线如下图所示。生产中常用的淬火冷却介质是水和油生产中常用的淬火冷却介质是水和油时间时间温度Ms

24、A1单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火图5-24淬透性是指钢件接受淬火，获得马氏体深度的能力。通常用有效淬硬层深度有效淬硬层深度来评定淬透性淬透性大小。有效淬硬层深度有效淬硬层深度是由钢的表面到内部马氏体组织中占50的距离。钢件淬火冷却时，沿整个截面的冷却速度是不相同的，因而钢件的表层和中心的组织和机械性能就会有差异。 钢的淬透性主要取决于钢的化学成分，因为钢中的钢的淬透性主要取决于钢的化学成分，因为钢中的化学成分不同，奥氏体等温转变曲线的位置就不同，化学成分不同，奥氏体等温转变曲线的位置就不同，淬火的临界冷却速度也不同。只有当临界冷却速度小淬火的临界冷却速度也不

25、同。只有当临界冷却速度小于实际冷却速度，才能得到马氏体。在生产实践中，于实际冷却速度，才能得到马氏体。在生产实践中，选择适当的冷却介质，提高实际冷却速度，当然也增选择适当的冷却介质，提高实际冷却速度，当然也增加淬透性。加淬透性。 影响因素：过冷奥氏体的稳定性，即影响因素：过冷奥氏体的稳定性，即Vk。 淬硬性是指钢淬火后达到的最高硬度淬硬性是指钢淬火后达到的最高硬度 淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳淬硬性取决于马氏体的含碳量，含碳量越高，碳的过饱和度就越大，硬度越高的过饱和度就越大，硬度越高 5 表面淬火表面淬火将钢件的表面迅速地加热到淬火温度，并迅速以大于临界冷却速度的速度将钢件的表

26、面迅速地加热到淬火温度，并迅速以大于临界冷却速度的速度冷却，使表面的组织转变为马氏体，进行表面强化，这种方法称为表面淬冷却，使表面的组织转变为马氏体，进行表面强化，这种方法称为表面淬火。火。目的：表层有较高硬度、耐磨性，而心部保持着原来的塑性目的：表层有较高硬度、耐磨性，而心部保持着原来的塑性 韧性。韧性。(退火、退火、正火或调质正火或调质 状态的组织状态的组织)1 1、回火的概念：、回火的概念： 将淬火后钢件再加热到将淬火后钢件再加热到Ac1Ac1以下的某一温度，保以下的某一温度，保 温温一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺一定时间后，然后冷却到室温的热处理工艺 。2、回火的目的： 降低淬

27、火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。 将淬火后的钢件再加热到临界点将淬火后的钢件再加热到临界点A AC1C1以下的某一温度，经以下的某一温度，经过一定时间的保温，然后冷却到室温的热处理工艺称为回过一定时间的保温，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。火。 淬火后的钢件一般是硬而脆，其组织不稳定而且存着较大的内应淬火后的钢件一般是硬而脆，其组织不稳定而且存着较大的内应力，如不及时回火，将会影响钢的机械性能和尺寸的稳定性，其力，如不及时回火，将会影响钢的机械性能和尺寸

28、的稳定性，其至会导致变形和开裂。至会导致变形和开裂。 回火的目的回火的目的是为了是为了降降低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬低淬火钢的脆性，提高韧性，调整硬度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性度，消除内应力，稳定工件的尺寸，获得所需要的力学性能。能。 控制回火的加热温度，可得到所需要的组织和机械性能。控制回火的加热温度，可得到所需要的组织和机械性能。 回火过程中，随着加热温度的高低不同，回火过程中，随着加热温度的高低不同，淬火成马氏体组织的钢将发生组织的变化。淬火成马氏体组织的钢将发生组织的变化。1室温室温200，马氏体分解为回火马氏体，马氏体分解为回火马氏体 在这一温度回火时，马

29、氏体不断地析出极细的碳化物。马氏体的过饱和程度稍有降低。但由于温度较低，碳原子的扩散能力很弱，碳化物是弥散地分布在马氏体的基本上，这种组织称为回火马氏体。这种组织称为回火马氏体。图3-34 回火后的金相组织2200300，残余奥氏体分解为回火马氏体，残余奥氏体分解为回火马氏体含碳量大于含碳量大于0.6%0.6%的钢，淬火后往往有一部分残余奥氏体组织。的钢，淬火后往往有一部分残余奥氏体组织。当淬火马氏体转变为回火马氏体后使体积缩小，从而减小了对当淬火马氏体转变为回火马氏体后使体积缩小，从而减小了对残余奥氏体的压力，随即分解为回残余奥氏体的压力，随即分解为回火马氏体火马氏体。3300400碳化物随

30、着温度的升高，向渗碳体转化。在碳化物随着温度的升高，向渗碳体转化。在400400以下的温度，所形成以下的温度，所形成的渗碳体（的渗碳体（FeFe3 3C C），是细粒状的。这种细粒状的渗碳体和铁素体），是细粒状的。这种细粒状的渗碳体和铁素体的机械混合物称为回火托氏体（回火屈氏体的机械混合物称为回火托氏体（回火屈氏体）。4400以上，马氏体转变为回火索氏体以上，马氏体转变为回火索氏体当回火温度高于当回火温度高于400400时，由于原子的扩散能力增强，粒状的渗碳体聚时，由于原子的扩散能力增强，粒状的渗碳体聚集张大，铁素体中的过饱和度也减少和消失，由集张大，铁素体中的过饱和度也减少和消失，由 颗粒状

31、的渗碳体和多颗粒状的渗碳体和多边晶粒铁素体组成的机械混合物边晶粒铁素体组成的机械混合物称称回火索氏体。回火索氏体。综上：综上：回火加热的温度不同，马氏体的含碳量、残余奥氏体、回火加热的温度不同，马氏体的含碳量、残余奥氏体、内应力及碳化物的尺寸大小也不同。反映了钢件在不同的回火温内应力及碳化物的尺寸大小也不同。反映了钢件在不同的回火温度下回火内应力的变化情况。马氏体的含碳量、残余奥氏体和内度下回火内应力的变化情况。马氏体的含碳量、残余奥氏体和内应力均随回火温度的升高而降低；当超过应力均随回火温度的升高而降低；当超过100100以后开始形成碳化以后开始形成碳化物，其颗粒大小随回火温度的升高而逐渐增

32、大。这些组织上的变物，其颗粒大小随回火温度的升高而逐渐增大。这些组织上的变化将导致机械性能的改变。化将导致机械性能的改变。1 1低温回火（低温回火（150150250250） 低温回火后所得到的组织为回火马氏体。回火后内应力、脆性降低温回火后所得到的组织为回火马氏体。回火后内应力、脆性降低，保持高的硬度、耐磨性。主要用于工具、模具、滚动轴承的低，保持高的硬度、耐磨性。主要用于工具、模具、滚动轴承的处理。处理。2 2中温回火（中温回火（350350500500） 中温回火所得到的组织为回火托屈氏体。回火后钢的特点是有较高的弹性中温回火所得到的组织为回火托屈氏体。回火后钢的特点是有较高的弹性极限和

33、屈服极限，内应力基本消除，所以具有较好的韧性。用于处理各种极限和屈服极限，内应力基本消除，所以具有较好的韧性。用于处理各种弹簧钢弹簧钢。3 3高温回火（高温回火（500500650650） 高温回火所得到的组织为回火索氏体。回火后钢的机械性能既有高温回火所得到的组织为回火索氏体。回火后钢的机械性能既有交好的强度和硬度，又有交好的苏醒和韧性，具有交好的综合的交好的强度和硬度，又有交好的苏醒和韧性，具有交好的综合的机械性能。机械性能。 淬火加高温回火又常称为调质。调质主要用于各种重要的结构零件，如轴、淬火加高温回火又常称为调质。调质主要用于各种重要的结构零件，如轴、齿轮、叶轮、螺栓等。齿轮、叶轮、

34、螺栓等。将工件置于活性化学介质中，加热到一定的温度保温一定的时间，使将工件置于活性化学介质中，加热到一定的温度保温一定的时间，使活性原子渗入工件的表面层，以改变表层的化学成方和组织，获得特活性原子渗入工件的表面层，以改变表层的化学成方和组织，获得特殊的性能，这种工艺称为化学热处理。殊的性能，这种工艺称为化学热处理。化学热处理的种类很多，根据渗入的元素不同，可分为渗碳，化学热处理的种类很多，根据渗入的元素不同，可分为渗碳，渗氮，氰化，渗金属等。渗氮，氰化，渗金属等。化学热处理虽然很多，基本原理是一样的，都包括以下三个化学热处理虽然很多，基本原理是一样的，都包括以下三个处理过程：处理过程：（1 1

35、）化学介质的分解）化学介质的分解 化学元素分解出活性原子，如渗碳时由介质分解出化学元素分解出活性原子，如渗碳时由介质分解出活性碳原子活性碳原子cc。只有分解出了新生状态的活性原子才能被零件表面吸收。只有分解出了新生状态的活性原子才能被零件表面吸收并渗入到钢中。并渗入到钢中。（2 2）活性原子被金属表面吸收）活性原子被金属表面吸收 活性原子是向钢的固溶体中溶解，活性原子是向钢的固溶体中溶解，如渗碳时如渗碳时cc向奥氏体中溶解但在活性原子浓度很高的情况下，固向奥氏体中溶解但在活性原子浓度很高的情况下，固溶体达到饱和浓度以后，活性原子将与钢中某些元素形成化合物。溶体达到饱和浓度以后，活性原子将与钢中

36、某些元素形成化合物。（3 3）介质元素向内部扩散）介质元素向内部扩散 由于渗入元素在钢的最表层浓度很高，与内由于渗入元素在钢的最表层浓度很高，与内层形成了浓度差，从而使渗入介质的元素由表层向内部扩散。钢件在化学层形成了浓度差，从而使渗入介质的元素由表层向内部扩散。钢件在化学介质中经过一定时间的加热和保温后，就能得到一定深度的扩散层。介质中经过一定时间的加热和保温后，就能得到一定深度的扩散层。1 1、渗碳、渗碳 向低碳钢或低碳合金钢渗入碳原子的过程。向低碳钢或低碳合金钢渗入碳原子的过程。 加热到加热到900900950950，长期保温，长期保温-渗碳渗碳 渗碳后要淬火和低温回火渗碳后要淬火和低温

37、回火 主要用于承受较大冲击载荷和严重磨损的零件，硬度主要用于承受较大冲击载荷和严重磨损的零件，硬度HRC58HRC586464左右左右2 2、氮化（渗氮）、氮化（渗氮） 向钢表层渗氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲劳强度、耐向钢表层渗氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲劳强度、耐蚀性等。蚀性等。 氮化后不需淬火，氮化生产周期长，不能承受冲击。氮化后不需淬火，氮化生产周期长，不能承受冲击。化学热处理工件在密封的炉膛中被加热至工件在密封的炉膛中被加热至900900950950，向密封的炉膛内通入渗碳气体或，向密封的炉膛内通入渗碳气体或滴入易受热分解和气化的液体，以供给活性碳原子并渗透扩散至钢的表面层，滴入易

38、受热分解和气化的液体，以供给活性碳原子并渗透扩散至钢的表面层，完成气体形碳过程。完成气体形碳过程。通入的气体主要为甲烷、乙烷、丁烷等饱和碳氢化合物，也可直接通入城市通入的气体主要为甲烷、乙烷、丁烷等饱和碳氢化合物，也可直接通入城市煤气或石油液化气通入的液态介质主要为苯、醇、煤油等易受热分解的化合煤气或石油液化气通入的液态介质主要为苯、醇、煤油等易受热分解的化合物。渗碳完毕，一般都是待零件缓冷后，再重新加热淬火。物。渗碳完毕，一般都是待零件缓冷后，再重新加热淬火。气体渗碳时零件与热介质直接接触，并可调节介质的浓度，渗碳层的厚度也易于控气体渗碳时零件与热介质直接接触，并可调节介质的浓度，渗碳层的厚

39、度也易于控制制。渗碳过程如下：渗碳过程如下：将工件和固体渗碳剂装入由铸铁或耐热合金制成的渗碳箱中，保持工件之间及工件与箱壁间的一定距离。固体渗碳剂固体渗碳剂是木炭和l0一20碳酸盐温合物。碳酸盐的成分以碳酸钡为主，另加少量碳酸钠、碳酸钙。其中，木炭提供渗碳过程所需要的活性碳原子，碳酸盐则起着催化作用，促进产生更多的活性碳原于渗入工件表面。 渗碳后必须经过淬火和低温回火渗碳后必须经过淬火和低温回火。常用的有直接淬火法直接淬火法、一次淬一次淬火加回火、二次淬火加回火的火加回火、二次淬火加回火的热处理工艺。零件渗碳后，表面层的碳浓度最高，约为零件渗碳后，表面层的碳浓度最高，约为0.91%1.2%0.

40、91%1.2%的碳含量，的碳含量，由表面向中心，其含碳量逐渐降低，中心是原始碳浓度。因此，由表面向中心，其含碳量逐渐降低，中心是原始碳浓度。因此，碳零件界面的金相组织也是不同的，表面过共析的碳零件界面的金相组织也是不同的，表面过共析的Fe3 CFe3 C +P+P，过渡为共析的过渡为共析的P P，中心为亚共析的，中心为亚共析的F+PF+P，况且由于渗碳时，加热温度，况且由于渗碳时，加热温度高，保温时间又比较长，晶粒就比较粗大，过共析中的渗碳体成网高，保温时间又比较长，晶粒就比较粗大，过共析中的渗碳体成网状分布。状分布。 一次淬火法是将渗碳后的零件，在加热到一次淬火法是将渗碳后的零件，在加热到A1A3A1A3之间，进行之间，进行淬火，然后在淬火，然后在160180160180回火。回火。 二次淬火法二次淬火法 是将渗碳后的零件，先加热到是将渗碳后的零件，先加热到A3A3温度以上进温度以上进行淬火，以期消除表面层的网状渗碳体并细化晶粒。然行淬火，以期消除表面层的网状渗碳体并细化晶粒。然后再进行第二次淬火，淬火的加温视技术要求而定。后再进行第二次淬火，淬火的加温视技术要求而定。 零件经渗碳及随后的淬火处理后，表面层的组织为回零件经渗碳及随后的淬火处理后，表面层的组织为回火马氏体及二次渗碳体（包括少量的残余奥氏体），火马氏体及二次渗碳体（包括少量的残余奥氏体），硬度为