《金属材料热处理》PPT课件.ppt

第一节第一节 热处理的理论基础热处理的理论基础第二节第二节 钢的热处理钢的热处理第三节第三节 固溶与时效处理固溶与时效处理（二）（二）金属材料热处理金属材料热处理 在在铸铸造造、压压力力加加工工和和焊焊接接成成形形过过程程中中，不不可可避避免免地地存存在在组组织织缺缺陷陷。对对金金属属材材料料进进行行热热处处理理主主要要源源于于提提高高其其综综合合机机械械性性能能，符符合合材材料料在在设设计计和和制制备备过过程程中中所所遵遵循循的的“成分组织性能成分组织性能”的原则的原则。第一节第一节 热处理的理论基础热处理的理论基础 热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度热处理是将金属材料以一定的速度加热到预定温度并保持预定的时间，再以预定的冷却速度进行冷却的综并保持预定的时间，再以预定的冷却速度进行冷却的综合工艺方法。合工艺方法。q 金属材料的强化机制金属材料的强化机制导致材料失效导致材料失效导致材料失效导致材料失效的最大应力的最大应力的最大应力的最大应力结构材料结构材料结构材料结构材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料高分子材料高分子材料金属材料金属材料金属材料金属材料 强强强强 度度度度 疲劳强度疲劳强度疲劳强度疲劳强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度抗拉强度断裂强度断裂强度断裂强度断裂强度屈服强度屈服强度屈服强度屈服强度材料强度的唯一性判据材料强度的唯一性判据材料强度的唯一性判据材料强度的唯一性判据 固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化：当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增当合金由单相固溶体构成时，随溶质原子含量的增加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度和硬度上升，加，其塑性变形抗力大大提高，表现为强度和硬度上升，塑性和韧性值下降。塑性和韧性值下降。CuCuNiNi固溶体的机械固溶体的机械 性能与成分的关系性能与成分的关系AlAlMgMg固溶体的应力应变曲线固溶体的应力应变曲线b 细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化：合金的晶粒越细小，内部的晶粒和晶界的数目就越合金的晶粒越细小，内部的晶粒和晶界的数目就越多。细晶强化利用晶界上原子排列的不规则性，原子能多。细晶强化利用晶界上原子排列的不规则性，原子能量高这一特点，对材料进行强化。量高这一特点，对材料进行强化。双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。双晶粒的拉伸试验说明：晶界对形变有阻碍作用。双晶粒拉伸示意图双晶粒拉伸示意图低碳钢的低碳钢的 s s 与晶粒大小的关系与晶粒大小的关系 加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化：加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，强加工硬化是指金属材料随着塑性变形程度的增加，强度、硬度升高；塑性、韧性下降的现象。加工硬化（冷变度、硬度升高；塑性、韧性下降的现象。加工硬化（冷变形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。形）是热处理不能强化的金属材料的主要强化方法。曲线分为三阶段曲线分为三阶段1）易滑移阶段（位错少干扰）易滑移阶段（位错少干扰）2）线性硬化阶段（位错塞积）线性硬化阶段（位错塞积）3）抛物线硬化阶段（螺旋位错）抛物线硬化阶段（螺旋位错 启动，位错密度下降）启动，位错密度下降）加工硬化曲线：加工硬化曲线：加工硬化曲线：加工硬化曲线：时效强化时效强化时效强化时效强化：时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下时效强化是指获得过饱和固溶体后，在一定温度下保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。保温析出过渡相、第二相等而实现对材料强化的方法。第二相强化第二相强化第二相强化第二相强化（弥散强化弥散强化弥散强化弥散强化）：通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布，可以阻通过各种工艺手段使第二相质点弥散分布，可以阻碍合金内部的位错运动，从而提高合金强度的方法。碍合金内部的位错运动，从而提高合金强度的方法。第二相一般指各种化合物质点。第二相一般指各种化合物质点。1 1 1 1）生产中可通过对马氏体进行回火的方法获得弥散分布生产中可通过对马氏体进行回火的方法获得弥散分布 的第二相；的第二相；2 2 2 2）也可通过共晶化合物进行热压力加工获得；也可通过共晶化合物进行热压力加工获得；3 3 3 3）还可通过共析反应获得；还可通过共析反应获得；4 4 4 4）另外还可通过粉末冶金方法获得。另外还可通过粉末冶金方法获得。获得第二相的途径：获得第二相的途径：获得第二相的途径：获得第二相的途径：复合强化复合强化复合强化复合强化：利用两种或两种以上的强化方法，来达到塑性金属利用两种或两种以上的强化方法，来达到塑性金属材料强化的目的。材料强化的目的。钢的形变热处理钢的形变热处理钢的形变热处理钢的形变热处理固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化加工硬化加工硬化加工硬化加工硬化 回火索氏体回火索氏体回火索氏体回火索氏体 第二相强化第二相强化第二相强化第二相强化细晶强化细晶强化细晶强化细晶强化固溶强化固溶强化固溶强化固溶强化q 固态相变固态相变 塑性金属材料的强化机制表明塑性金属材料的强化机制表明塑性金属材料的强化机制表明塑性金属材料的强化机制表明：通过热处理中的加通过热处理中的加热和冷却过程使合金产生固态相变，从而合金组织发生热和冷却过程使合金产生固态相变，从而合金组织发生变化，最终导致材料性能产生变化。变化，最终导致材料性能产生变化。固态相变固态相变固态相变固态相变是指固态物质在温度、压力、电场、磁场是指固态物质在温度、压力、电场、磁场改变时，从一种组织结构会转变成另一种组织结构。改变时，从一种组织结构会转变成另一种组织结构。材料科学研究中的固态相变主要是指温度改变而产材料科学研究中的固态相变主要是指温度改变而产生的相变。生的相变。固态相变主要包括三种基本变化固态相变主要包括三种基本变化固态相变主要包括三种基本变化固态相变主要包括三种基本变化：1 1）晶体结）晶体结构的变化；构的变化；2 2）化学成分的变化；）化学成分的变化；3 3）有序程度的变化。）有序程度的变化。一种相变可同时包括一种、两种或三种变化。一种相变可同时包括一种、两种或三种变化。钢钢铁铁材材料料热热处处理理是是通通过过加加热热、保保温温和和冷冷却却方方式式借借以以改改变变合合金金的的组组织织与与性性能能的的一一种种工工艺艺方方法法，其其基基本本内内容容包包括热处理原理及热处理工艺两大方面。括热处理原理及热处理工艺两大方面。第二节第二节 钢的热处理钢的热处理 钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。q 钢的热处理原理钢的热处理原理钢的热处理相变温度钢的热处理相变温度钢的热处理相变温度钢的热处理相变温度 钢钢在在加加热热时时，实实际际转转变变温温度度往往往往要要偏偏离离平平衡衡的的临临界界温温度度，冷冷却却时时也也是是如如此此。随随着着加加热热和和冷却速度的增加，滞后冷却速度的增加，滞后现现象象将将越越加加严严重重。通通常常把把加加热热时时的的临临界界温温度度标标以以字字母母“C”“C”，如如A AC1C1、A AC3C3、A ACmCm等等；把把冷冷却却时时的的临临界界温温度度标标以以字字母母“r”“r”，如，如A Ar1r1、A Ar3r3、A Armrm等等。加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变加热时钢的组织转变奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 钢钢在在加加热热时时奥奥氏氏体体的的形形成成过过程程又又称称为为奥奥奥奥氏氏氏氏体体体体化化化化。以以共析钢的奥氏体形成过程为例。共析钢的奥氏体形成过程为例。3 3 3 3）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：）残留渗碳体的溶解：铁素体全部消失以后，仍有部铁素体全部消失以后，仍有部分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳分剩余渗碳体未溶解，随着时间的延长，这些剩余渗碳体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。体不断地溶入到奥氏体中去，直至全部消失。1 1 1 1）奥氏体形核：）奥氏体形核：）奥氏体形核：）奥氏体形核：奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的界面上形成。的界面上形成。2 2 2 2）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：）奥氏体晶核长大：奥氏体晶核形成以后，依靠铁、奥氏体晶核形成以后，依靠铁、碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不碳原子的扩散，使铁素体不断向奥氏体转变和渗碳体不断溶入到奥氏体中去而进行的。断溶入到奥氏体中去而进行的。4 4 4 4）奥氏体均匀化：）奥氏体均匀化：）奥氏体均匀化：）奥氏体均匀化：渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的渗碳体全部溶解完毕时，奥氏体的成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩成分是不均匀的，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散才能获得均匀化的奥氏体。散才能获得均匀化的奥氏体。亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：亚共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：过共析钢的加热过程：冷却时钢的组织转变冷却时钢的组织转变冷却时钢的组织转变冷却时钢的组织转变1 1 1 1、钢的冷却方式、钢的冷却方式、钢的冷却方式、钢的冷却方式 热处理时常用的冷却方热处理时常用的冷却方式有两种：一是等温冷却式有两种：一是等温冷却（常用于理论研究）；二是（常用于理论研究）；二是连续冷却（常用于生产）。连续冷却（常用于生产）。A A1 12 2 2 2、过冷奥氏体等温冷却曲线的绘制、过冷奥氏体等温冷却曲线的绘制、过冷奥氏体等温冷却曲线的绘制、过冷奥氏体等温冷却曲线的绘制 通常将处于通常将处于A1A1以下温度尚未发生转变的奥氏体称为以下温度尚未发生转变的奥氏体称为过冷过冷过冷过冷奥氏体奥氏体奥氏体奥氏体。钢在冷却时的组织转变实质上是过冷奥氏体的组织。钢在冷却时的组织转变实质上是过冷奥氏体的组织转变。转变。1 1 1 1）等温冷却试验：）等温冷却试验：）等温冷却试验：）等温冷却试验：（a a a a）首先将若干薄圆片状试样放入锡熔炉中，在高于共首先将若干薄圆片状试样放入锡熔炉中，在高于共析温度的条件下进行奥氏体化；析温度的条件下进行奥氏体化；（b b）将上述奥氏体化后将上述奥氏体化后的试样迅速放入另一锡熔炉保温，炉温低于共析温度；的试样迅速放入另一锡熔炉保温，炉温低于共析温度；（c c）依据试样保温时间的差异，分别从炉中取出试样，依据试样保温时间的差异，分别从炉中取出试样，置于水中快冷；置于水中快冷；（d d）磨制金相试磨制金相试样，并观察显微样，并观察显微组织。组织。在不同温度重复上述等温转变试验，可根据试验结在不同温度重复上述等温转变试验，可根据试验结果绘制出果绘制出奥氏体钢的等温冷却曲线奥氏体钢的等温冷却曲线。曲曲线线的的左左边边一一条条线线为为过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变开开始始线线；右右边边一一条条线线为为过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变终终了了线线。该该曲曲线线下下部部还还有有两两条条水水平平线线，分分别别表表示示奥奥氏氏体体向向马马氏氏体体转转变变的的开开始始温温度度MsMs线线和和转变结束温度转变结束温度M Mf f线线。2 2 2 2）过冷奥氏体等温冷却曲线曲线分析）过冷奥氏体等温冷却曲线曲线分析）过冷奥氏体等温冷却曲线曲线分析）过冷奥氏体等温冷却曲线曲线分析 在在C C曲曲线线中中，在在不不同同过过冷冷奥奥氏氏体体开开始始出出现现组组织织转转变变的的时时间间不不同同，这这段段时时间间称称为为“孕孕育育期期”。其其中中，以以C C曲曲线最突出处（凸点）所对应的温度孕育期最短。线最突出处（凸点）所对应的温度孕育期最短。过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温冷冷却却曲曲线线形形似似“C”“C”字字，故故俗俗称称C C曲曲线线，反反应应了了“温温度度时时间间转转变变量量”的的关关系系，所所以以C C曲曲线线又又 称称 为为 TTTTTT图图（Temperature-TimeTemperature-Time Transformation Transformation DiagramDiagram）。）。板状马板状马板状马板状马氏体氏体氏体氏体马氏体变温形成，与马氏体变温形成，与马氏体变温形成，与马氏体变温形成，与t t保保保保无关；无关；无关；无关；马氏体转变不完全性，钢马氏体转变不完全性，钢马氏体转变不完全性，钢马氏体转变不完全性，钢中常存在残余中常存在残余中常存在残余中常存在残余A A（性能下降）（性能下降）（性能下降）（性能下降）,常要求淬火常要求淬火常要求淬火常要求淬火T T接近接近接近接近MMf f“冷处理冷处理冷处理冷处理”.”.马氏体性能与含碳量有关马氏体性能与含碳量有关马氏体性能与含碳量有关马氏体性能与含碳量有关 非扩散型非扩散型非扩散型非扩散型（FeFe和和和和C C均不扩散）均不扩散）均不扩散）均不扩散）C C在在在在-FeFe中的中的中的中的过饱和过饱和过饱和过饱和固溶体固溶体固溶体固溶体（bccbcc）240240-50-50MM片（针）片（针）片（针）片（针）状马氏状马氏状马氏状马氏体体体体马马马马氏氏氏氏体体体体板状：低碳钢中，板状：低碳钢中，板状：低碳钢中，板状：低碳钢中，F F和和和和 Fe Fe2.42.4C C的复相组织。的复相组织。的复相组织。的复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。片状：高碳钢中，复相组织。F F饱和饱和饱和饱和+FeFe2.42.4C C350350240240B B下下下下下贝氏下贝氏下贝氏下贝氏体体体体羽毛状：在平行密排的过饱和羽毛状：在平行密排的过饱和羽毛状：在平行密排的过饱和羽毛状：在平行密排的过饱和F F板条间，不均匀分布短杆（片状）板条间，不均匀分布短杆（片状）板条间，不均匀分布短杆（片状）板条间，不均匀分布短杆（片状）FeFe3 3C,C,脆性大，工业上不应用脆性大，工业上不应用脆性大，工业上不应用脆性大，工业上不应用半扩散型半扩散型半扩散型半扩散型（只有（只有（只有（只有C C扩散）扩散）扩散）扩散）F F饱和饱和饱和饱和+FeFe3 3C C550550350350B B上上上上上贝氏上贝氏上贝氏上贝氏体体体体贝贝贝贝氏氏氏氏体体体体间距：间距：间距：间距：0.030.030.08m0.08m，2000 2000 600600550550T T屈氏体屈氏体屈氏体屈氏体间距：间距：间距：间距：0.250.08m0.250.08m，1000 1000 650650600600S S索氏体索氏体索氏体索氏体片层间距：片层间距：片层间距：片层间距：0.250.251.9m1.9m，500500扩散型扩散型扩散型扩散型（FeFe和和和和C C均扩散）均扩散）均扩散）均扩散）F+FeF+Fe3 3C CA1A1650650P P珠光体珠光体珠光体珠光体珠珠珠珠光光光光体体体体 特特特特 征征征征转变类型转变类型转变类型转变类型相组成相组成相组成相组成转变温转变温转变温转变温度度度度/符符符符号号号号组织名称组织名称组织名称组织名称注：注：w w（c c）1.01.0时形成片状马氏体，时形成片状马氏体，HRCHRC：64646666；w w（c c）0.20.2时时形成板状马氏体，形成板状马氏体，HRC HRC：303050 50。3 3 3 3、非共析成分碳钢的等温转变、非共析成分碳钢的等温转变、非共析成分碳钢的等温转变、非共析成分碳钢的等温转变 非共析钢的非共析钢的C C曲线与共析钢的曲线与共析钢的C C曲线不同。区别在于：曲线不同。区别在于：亚共析钢亚共析钢曲线曲线左移左移，在其上方多了一条过冷奥氏体转变，在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变为铁素体的转变开始线；开始线；过共析钢过共析钢曲曲线线右移右移，在其上，在其上方多了一条过冷方多了一条过冷奥氏体析出二次奥氏体析出二次渗碳体的开始线。渗碳体的开始线。亚共析钢的等温转变图亚共析钢的等温转变图亚共析钢的等温转变图亚共析钢的等温转变图4 4 4 4、共析钢的连续冷却转变、共析钢的连续冷却转变、共析钢的连续冷却转变、共析钢的连续冷却转变 C C曲线（曲线（TTTTTT图）图）反应了过冷奥氏体等反应了过冷奥氏体等温转变的全貌，但在温转变的全貌，但在实际生产中，钢的热实际生产中，钢的热处理大多是采用连续处理大多是采用连续冷却，因此，测出奥冷却，因此，测出奥氏体的连续冷却曲线，氏体的连续冷却曲线，即即CCTCCT图图（右图阴影右图阴影部分部分），有很大的现），有很大的现实意义。实意义。Continuous Cooling Transformation DiagramContinuous Cooling Transformation DiagramContinuous Cooling Transformation DiagramContinuous Cooling Transformation DiagramVcVc临界冷却速度：临界冷却速度：临界冷却速度：临界冷却速度：是指使奥氏体在冷却过程中直接转变成是指使奥氏体在冷却过程中直接转变成马氏体而不发生其它转变的最小冷却速度，即临界淬火马氏体而不发生其它转变的最小冷却速度，即临界淬火速度。速度。q 钢的普通热处理钢的普通热处理 退火退火退火退火 将钢加热到一将钢加热到一定温度进行保温，定温度进行保温，缓冷至缓冷至600600以下，以下，再空冷至室温的热再空冷至室温的热处理工艺。处理工艺。各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围各种退火和正火的一般加热范围名称名称名称名称目的目的目的目的工艺制度工艺制度工艺制度工艺制度组织组织组织组织应用应用应用应用完全完全完全完全退火退火退火退火细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸细化晶粒，消除铸造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性提高塑性提高塑性加热到加热到加热到加热到A AC3C320205050，炉冷至，炉冷至，炉冷至，炉冷至550 550 左右空冷左右空冷左右空冷左右空冷 F FP P亚共析钢的亚共析钢的亚共析钢的亚共析钢的铸、锻、轧铸、锻、轧铸、锻、轧铸、锻、轧件，焊接件件，焊接件件，焊接件件，焊接件球化球化球化球化退火退火退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性削性能，提高塑性削性能，提高塑性韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组韧性，为淬火作组织准备织准备织准备织准备加热到加热到加热到加热到A AC1C120204040，然后缓，然后缓，然后缓，然后缓冷冷冷冷片状珠光体和片状珠光体和片状珠光体和片状珠光体和网状渗碳体组网状渗碳体组网状渗碳体组网状渗碳体组织转变为球状织转变为球状织转变为球状织转变为球状共析、过共共析、过共共析、过共共析、过共析钢及合金析钢及合金析钢及合金析钢及合金钢的锻件、钢的锻件、钢的锻件、钢的锻件、轧件等轧件等轧件等轧件等扩散扩散扩散扩散退火退火退火退火改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏析，使成分均匀化析，使成分均匀化析，使成分均匀化析，使成分均匀化加热到加热到加热到加热到A AC3C3 AcAcmm+100+100200 200，先缓冷，后，先缓冷，后，先缓冷，后，先缓冷，后空冷空冷空冷空冷粗大组织（组粗大组织（组粗大组织（组粗大组织（组织严重过烧）织严重过烧）织严重过烧）织严重过烧）合金钢铸锭合金钢铸锭合金钢铸锭合金钢铸锭及大型铸钢及大型铸钢及大型铸钢及大型铸钢件或铸件件或铸件件或铸件件或铸件再结晶再结晶再结晶再结晶退火退火退火退火消除加工硬化，提消除加工硬化，提消除加工硬化，提消除加工硬化，提高塑性高塑性高塑性高塑性加热到再结晶加热到再结晶加热到再结晶加热到再结晶温度，再空冷温度，再空冷温度，再空冷温度，再空冷变形晶粒变成变形晶粒变成变形晶粒变成变形晶粒变成细小的等轴晶细小的等轴晶细小的等轴晶细小的等轴晶冷变形加工冷变形加工冷变形加工冷变形加工的制品的制品的制品的制品去应力去应力去应力去应力退火退火退火退火消除残余应力，提消除残余应力，提消除残余应力，提消除残余应力，提高尺寸稳定性高尺寸稳定性高尺寸稳定性高尺寸稳定性加热到加热到加热到加热到500500650 650 缓冷至缓冷至缓冷至缓冷至200 200 空冷空冷空冷空冷 无变化无变化无变化无变化铸、锻、焊、铸、锻、焊、铸、锻、焊、铸、锻、焊、冷压件及机冷压件及机冷压件及机冷压件及机加工件加工件加工件加工件常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结常用退火工艺制度小结 正正正正 火（俗称常化）火（俗称常化）火（俗称常化）火（俗称常化）正火将钢加热到正火将钢加热到A AC3 C3 或或ACmCm以上温度以上温度30-5030-50并保温，出并保温，出炉空冷至室温的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，炉空冷至室温的热处理工艺。由于正火比退火加热温度略高，冷却速度大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，冷却速度大，故珠光体的分散度大，先共析铁素体的数量少，因而正火后强度、硬度较高。因而正火后强度、硬度较高。正火的应用：正火的应用：正火的应用：正火的应用：用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。过共析钢的正火可消除网状碳化物。过共析钢的正火可消除网状碳化物。淬淬淬淬 火火火火1 1 1 1、定义：、定义：、定义：、定义：淬火是将钢加热到淬火是将钢加热到A AC1C1或或 A AC3C3以上温度并保温，出以上温度并保温，出炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。炉快速冷却，使奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。2 2 2 2、淬火的必要性、淬火的必要性、淬火的必要性、淬火的必要性 经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，经过退火或正火的工件只能获得一般的强度和硬度，对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须对于许多需要高强度、高耐磨条件下工作的零件则必须淬火与回火处理。淬火与回火处理。3 3 3 3、钢在淬火时的组织和性能变化、钢在淬火时的组织和性能变化、钢在淬火时的组织和性能变化、钢在淬火时的组织和性能变化1 1 1 1）获得马氏体的条件）获得马氏体的条件）获得马氏体的条件）获得马氏体的条件（a a a a）通过加热使钢具有奥氏体组织；通过加热使钢具有奥氏体组织；（b b b b）冷却速度超过临界冷却速度；冷却速度超过临界冷却速度；（c c c c）在在M Ms sM Mf f温度范围使过冷奥氏体发生马氏体转变。温度范围使过冷奥氏体发生马氏体转变。2 2 2 2）马氏体的形成过程）马氏体的形成过程）马氏体的形成过程）马氏体的形成过程（a a a a）当当奥奥氏氏体体过过冷冷到到M MS S点点时时，首首先先在在晶晶粒粒内内的的某某些些晶晶面上生成马氏体晶核，并迅速长大；面上生成马氏体晶核，并迅速长大；（b b b b）马马氏氏体体转转变变不不依依靠靠已已形形成成马马氏氏体体晶晶体体的的长长大大，而而且依靠出现新的马氏体晶核，即马氏体形成与且依靠出现新的马氏体晶核，即马氏体形成与t保保无关。无关。（c c c c）奥奥氏氏体体常常常常不不能能完完全全转转变变成成马马氏氏体体主主要要源源于于生生产产上冷却温度没有真正达到上冷却温度没有真正达到Mf点。点。马氏体形成过程示意图马氏体形成过程示意图马氏体形成过程示意图马氏体形成过程示意图3 3 3 3）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态）马氏体的组织形态 马氏体有两种基本形态：板条马氏体和片状马氏体。马氏体有两种基本形态：板条马氏体和片状马氏体。W W W W（C C C C）0.20%0.20%0.20%0.20%时：时：时：时：基本上形成板条状马氏体（也称低碳基本上形成板条状马氏体（也称低碳马氏体），板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚结构，马氏体），板条马氏体内有高密度的位错缠结的亚结构，又称为位错马氏体。又称为位错马氏体。板条马氏体板条马氏体板条马氏体板条马氏体 片状马氏体片状马氏体片状马氏体片状马氏体W W W W（C C C C）0.60%0.60%0.60%0.60%时：时：时：时：形成片状马氏体（针状马氏体），片状形成片状马氏体（针状马氏体），片状马氏体内部的亚结构主要是孪晶。因此，片状马氏体又称马氏体内部的亚结构主要是孪晶。因此，片状马氏体又称为孪晶马氏体。为孪晶马氏体。0.20%W0.20%W0.20%W0.20%W（C C C C）0.60%0.60%0.60%0.60%时：时：时：时：形成上述两种马氏体的混合组形成上述两种马氏体的混合组织，含碳量越高，条状马氏体量越少而片状马氏体量越多。织，含碳量越高，条状马氏体量越少而片状马氏体量越多。4 4 4 4）马氏体的力学性能）马氏体的力学性能）马氏体的力学性能）马氏体的力学性能 马马氏氏体体的的塑塑性性和和韧韧性性主主要要取取决决于于它它的的亚亚结结构构。在在相相同同屈屈服服强强度度条条件件下下，板板条条（位位错错）型型马马氏氏体体比比片片状状（孪孪晶）型马氏体的韧性好得多。晶）型马氏体的韧性好得多。马马氏氏体体的的硬硬度度主主要要取取决决于于马马氏氏体体的的含含碳碳量量，通通常常情情况是随含碳量的增加而升高。况是随含碳量的增加而升高。5 5 5 5）小结）小结）小结）小结 马马氏氏体体转转变变是是典典型型的的无无扩扩散散性性相相变变。马马氏氏体体是是碳碳在在FeFe中中的的过过饱饱和和固固溶溶体体，具具有有非非常常高高的的强强度度和和硬硬度度所以，马氏体转变是强化金属的重要途径之一。所以，马氏体转变是强化金属的重要途径之一。将钢加热到将钢加热到AcAc1 1或或AcAc3 3以上，保温一定时间，然后快速以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火淬火。1 1 1 1）淬火加热温度）淬火加热温度）淬火加热温度）淬火加热温度 淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶粒为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。亚共析粒为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。亚共析钢的淬火加热温度通常为钢的淬火加热温度通常为AcAc3 3以上以上30305050；过共析钢的；过共析钢的淬火加热温度通常为淬火加热温度通常为AcAc1 1以上以上30305050。4 4 4 4、钢的淬火工艺、钢的淬火工艺、钢的淬火工艺、钢的淬火工艺2 2 2 2）淬火保温时间）淬火保温时间）淬火保温时间）淬火保温时间 淬火保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和淬火保温时间主要根据钢的成分特点、加热介质和零件尺寸来确定。零件尺寸来确定。（a a a a）含含碳碳量量越越高高，含含合合金金元元素素越越多多，导导热热性性越越差差，则则保温时间就越长；保温时间就越长；（b b b b）零件尺寸越大，保温时间越长；零件尺寸越大，保温时间越长；（c c c c）生产中常根据经验确定保温时间；生产中常根据经验确定保温时间；3 3 3 3）淬火冷却速度）淬火冷却速度）淬火冷却速度）淬火冷却速度淬火冷却介质选择的原则淬火冷却介质选择的原则淬火冷却介质选择的原则淬火冷却介质选择的原则：（a a a a）为保证获得马氏体组织，要求为保证获得马氏体组织，要求V V冷却冷却VV临界临界；（b b）为保证零件不因淬火应力而开裂，要求为保证零件不因淬火应力而开裂，要求V V冷却冷却不应太不应太 大，应该选择合适的冷却介质。大，应该选择合适的冷却介质。水水水水：主主要要用用于于形形状状简简单单、截截面面较较大大的的碳碳钢钢零零件件的的淬淬火火。油油油油：一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。盐浴盐浴盐浴盐浴：为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火 介质，主要用于分级淬火和等温淬火。介质，主要用于分级淬火和等温淬火。采采用用有有机机物物和和无无机机物物等等配配制制而而成成的的水水溶溶性性聚聚合合物物淬淬火火介介质质，和和淬淬火火油油改改性性添添加加剂剂，由由于于冷冷却却能能力力可可调调整整，使使用用中中介介质质浓浓度度可可简简便便测测定定，有有减减少少变变形形、防防止止淬淬裂裂，不不锈锈蚀蚀、免免清清洗洗、无无味味、无无烟烟雾雾、不不着着火火，使使用用温温度度高高，环环保保、少少无无污污染染，正正常常消消耗耗是是传传统统油油淬淬火火的的40%等等特特点点，因而在国外已普及推广应用。因而在国外已普及推广应用。但但我我国国仍仍普普遍遍采采用用通通用用的的矿矿物物油油，一一定定比比例例的的氯氯化化钠钠水水溶溶液液、碱碱溶溶液液及及硝硝盐盐溶溶液液为为冷冷却却介介质质。因因而而造造成成严严重的污染。重的污染。5 5 5 5、常用淬火冷却方法、常用淬火冷却方法、常用淬火冷却方法、常用淬火冷却方法 为为了了保保证证获获得得所所需需淬淬火火组组织织，又又要要防防止止变变形形和和开开裂裂，必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。通常的通常的淬火方法淬火方法包括单液淬火、包括单液淬火、双液淬火、分级双液淬火、分级淬火和等温淬火淬火和等温淬火等，如图所示。等，如图所示。6 6 6 6、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬硬性、钢的淬透性和淬硬性 钢钢的的淬淬透透性性是是指指钢钢在在淬淬火火时时获获得得马马氏氏体体的的能能力力。其其大大小小通通常常用用规规定定条条件件下下淬淬火火获获得得淬淬透透层层的的深深度度（又又称称有有效淬硬深度）的距离作为效淬硬深度）的距离作为淬透层深度淬透层深度。生生产产中中也也常常用用临临界界淬淬火火直直径径表表示示钢钢的的淬淬透透性性。所所谓谓临临界界淬淬火火直直径径，是是指指圆圆棒棒试试样样在在某某介介质质中中淬淬火火时时所所能能得得到到的的最最大大淬淬透透直直径径（即即心心部部被被淬淬成成半半马马氏氏体体的的最最大大直直径径），用用D Do o表表示示。在在相相同同冷冷却却条条件件下下，D Do o越越大大，钢钢的的淬淬透透性性越越好。好。淬透性的应用：淬透性的应用：（1 1）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致；）淬透性大的工件易淬透，组织和性能均匀一致；（2 2）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的）淬火性大的工件在淬火时，可选用冷却能力较小的 淬火介质以减小淬火应力。淬火介质以减小淬火应力。（3 3）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，）对受力大而复杂的工件，为确保组织性能均匀一致，可选用淬透性大的钢。可选用淬透性大的钢。（4 4）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用）当要求工件表面硬度高，而心部韧性好时，可选用 低淬透性钢。低淬透性钢。钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性钢的淬硬性是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬是指淬火后马氏体所能达到的最高硬度，淬硬性主要决定于马氏体的碳含量。性主要决定于马氏体的碳含量。回回回回 火火火火1 1 1 1、定义：、定义：、定义：、定义：回火是把淬火后的钢件，重新加热到回火是把淬火后的钢件，重新加热到A A1 1以下某一以下某一温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。温度，经保温后空冷至室温的热处理工艺。2 2 2 2、目的：、目的：、目的：、目的：淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的性能要求。3 3 3 3、回火过程的组织变化：、回火过程的组织变化：、回火过程的组织变化：、回火过程的组织变化：第一阶段（室温第一阶段（室温第一阶段（室温第一阶段（室温250250250250）：马氏体中的过饱和碳原子析出，马氏体中的过饱和碳原子析出，形成碳化物形成碳化物FeFex xC C，得到回火马氏体组织。，得到回火马氏体组织。第二阶段（第二阶段（第二阶段（第二阶段（230230230230280280280280）：马氏体继续分解，同时残余奥马氏体继续分解，同时残余奥氏体转变为过饱和固溶体与碳化物，得到回火马氏体组织。氏体转变为过饱和固溶体与碳化物，得到回火马氏体组织。第三阶段（第三阶段（第三阶段（第三阶段（260260260260360360360360）：马氏体继续分解，碳原子继续马氏体继续分解，碳原子继续析出使过饱和析出使过饱和固溶体转变为铁素体；回火马氏体中的固溶体转变为铁素体；回火马氏体中的FeFex xC C 转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素体和极细渗碳体转变为稳定的粒状渗碳体，得到铁素体和极细渗碳体的机械混合物，即回火屈氏体。的机械混合物，即回火屈氏体。第四阶段（第四阶段（第四阶段（第四阶段（400400400400以上）以上）以上）以上）：碳化物聚集长大，温度越高碳化碳化物聚集长大，温度越高碳化物越大，得到粒状碳化物与铁素体的机械混合物，即回火物越大，得到粒状碳化物与铁素体的机械混合物，即回火索氏体。索氏体。回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，回火的目的是降低应力和脆性，获得回火马氏体组织，使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处使钢具有高的硬度、强度和耐磨性。低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴理要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。（承和渗碳件等。（HRC60HRC60）4 4 4 4、回火的种类：、回火的种类：、回火的种类：、回火的种类：1 1）低温回火）低温回火（150150250250）2 2）中温回火）中温回火（350350500500）回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和回火的目的是获得回火屈氏体，具备高的弹性极限和韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压韧性，并保持一定的硬度，主要用于各种弹簧，锻模、压铸模等模具。（铸模等模具。（35HRC4535HRC45）3 3）高温回火）高温回火（500500650650）回回火火的的目目的的是是具具备备良良好好的的综综合合机机械械性性能能（较较高高的的强强度度、塑塑性性、韧韧性性），得得到到回回火火索索氏氏体体组组织织。一一般般把把淬淬火火加加高高温温回回火火的的热热处处理理称称为为“调调质质处处理理”。适适用用于于中中碳碳结结构构钢钢制制作作的的曲曲轴轴、连连杆杆、连连杆杆螺螺栓栓、汽汽车车拖拖拉拉机机半半轴轴、机床主轴及齿轮等重要机器零件。（机床主轴及齿轮等重要机器零件。（28HRC3328HRC33）需要指出，有些钢在需要指出，有些钢在250250400400和和450450650650的范围内回火的范围内回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时，其冲击韧性比在较低温度回火时还显著下降，这种脆化现象称为时还显著下降，这种脆化现象称为回火脆性回火脆性。在。在250250400400回火时出回火时出现的脆性称为现的脆性称为低温回火脆性低温回火脆性，又叫，又叫第一类回火脆性第一类回火脆性；而在；而在450450650650温度范围内回火时出现温度范围内回火时出现的脆性称为的脆性称为高温回火脆性高温回火脆性，也叫，也叫第二类回火脆性第二类回火脆性。为防止低温回火脆性，通常的办法是为防止低温回火脆性，通常的办法是避免在脆化温度避免在脆化温度范围内回火范围内回火。防止高温回火脆性的方法是。防止高温回火脆性的方法是加热后