金属热处理工程材料及其热处理.pptx

工程材料及其热处理-31教学基本要求教学基本要求：1.1.了解强化金属基本途径。了解强化金属基本途径。2.2.具具有有分分析析和和应应用用C C曲曲线线的的初初步步能能力力，熟熟悉悉金金属属热处理基本概念。热处理基本概念。3.3.熟熟练练掌掌握握热热处处理理工工艺艺知知识识,熟熟知知整整体体热热处处理理方方法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。4.4.掌掌握握热热处处理理在在零零件件加加工工工工艺艺流流程程中中的的位位置置和和作作用等基本知识。用等基本知识。5.5.了了解解热热处处理理工工件件的的结结构构工工艺艺性性及及热热处处理理新新工工艺艺知识。知识。第1页/共89页工程材料及其热处理-321 1 概概 述述 金金属属热热处处理理是是将将固固态态金金属属或或合合金金采采用用适适当当的的方方法法进进行行加加热热、保保温温和和冷冷却却，获获得得所所需需要的组织结构与性能的要的组织结构与性能的工艺工艺。热热处处理理用用于于消消除除上上一一工工艺艺过过程程所所产产生生的的金金属属材材料料内内部部组组织织结结构构上上的的某某些些缺缺陷陷，改改善善切切削削性性能能，还还可可进进一一步步提提高高金金属属材材料料的的性性能能，充充分分发发挥挥材材料料性性能能的的潜潜力力。因因此此，大大部部分分机机器零件都要进行热处理。器零件都要进行热处理。第2页/共89页工程材料及其热处理-33 金属热处理可分为金属热处理可分为金属热处理可分为金属热处理可分为:整体处理、表面热处理和化学热处理整体处理、表面热处理和化学热处理。整体处理包括：整体处理包括：退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火等；等；本表要本表要熟记熟记！第3页/共89页工程材料及其热处理-34 一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变 由由Fe-FeFe-Fe3 3C C相相图图知知,A,A1 1、A A3 3和和A Acmcm是是碳碳钢钢在在极极缓缓慢慢地地加加热热或或冷冷却却时时的的转转变变温温度度,因因此此,A,A1 1、A A3 3和和A Acmcm点都是平衡临界点。点都是平衡临界点。在实际中在实际中,加热和冷却并不是极缓慢的加热和冷却并不是极缓慢的,钢不可能在平衡点进行组织转变。钢不可能在平衡点进行组织转变。实实际际加加热热时时各各临临界界点点的的位位置置分分别别为为图图中中的的AcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcm线线,实实际际冷冷却却时时各各临临界界点点的的位位置分别为置分别为ArArl l、ArAr3 3、ArArcmcm。第4页/共89页工程材料及其热处理-35 钢钢热热处处理理时时先先要要加加热热,任任何何成成分分的的碳碳钢钢加加热热到到A A1 1(PSKPSK线线)点点以以上上时时,其其组组织织都都要要发发生生P P向向A A的转变的转变,这种转变称为这种转变称为奥氏体化奥氏体化A A化化。转变过程是通过铁原子和碳原子的扩散进行的转变过程是通过铁原子和碳原子的扩散进行的,因此因此P P向向A A的转变是一种的转变是一种扩散型相变扩散型相变。加热是热处理的重要阶段加热是热处理的重要阶段,下面以下面以共析钢共析钢为例为例,研究钢在加热时的组织转变规律。研究钢在加热时的组织转变规律。第5页/共89页工程材料及其热处理-36 1.奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 将共析钢加热至将共析钢加热至AcAc1 1时时,会发生会发生P P向向A A的转变的转变,过程也是过程也是形核和和长大形核和和长大的过程的过程,分四个阶段分四个阶段 A A晶核形成晶核形成 A A晶晶核核优优先先在在F F和和FeFe3 3C C的的两两相相界界面面上上形形成成,因因为为相相界界面面处处成成分分不不均均匀匀,原原子子排排列列不不规规则则,晶晶格格畸变大畸变大,能为产生能为产生A A晶核提供成分和结构两方面的有利条件。晶核提供成分和结构两方面的有利条件。A A晶核的长大晶核的长大 第6页/共89页工程材料及其热处理-37 A A晶核形成后晶核形成后,依靠依靠F F的晶格改组和的晶格改组和FeFe3 3C C的不断溶解的不断溶解,A A晶核不断向晶核不断向F F和和FeFe3 3C C二个方向长大二个方向长大。与此同时与此同时,新的新的A A晶核也不断形成并随之长大晶核也不断形成并随之长大,直至直至F F全部转变为全部转变为A A为止。为止。残余残余FeFe3 3C C的溶解的溶解 在在A A的的形形成成过过程程中中，当当F F全全部部转转变变为为A A后后,仍仍有有部部分分FeFe3 3C C尚尚未未溶溶解解（称称为为FeFe3 3C C残残）,随随着着保保温时间的延长温时间的延长,Fe,Fe3 3C C残残将不断溶入将不断溶入A A中，直至完全消失。中，直至完全消失。第7页/共89页工程材料及其热处理-38 A A均匀化均匀化 当当FeFe3 3C C残残溶溶解解后后,A,A中中的的C C成成分分是是不不均均匀匀的的,在在原原FeFe3 3C C处处的的碳碳浓浓度度比比原原F F处处的的要要高高。只只有有经经过过一定时间的保温一定时间的保温,碳原子的不断扩散碳原子的不断扩散,才能使才能使A A中的中的C C均匀一致。均匀一致。亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的A A形形成成过过程程与与共共析析钢钢基基本本相相同同,不不同同的的是是亚亚共共析析钢钢的的平平衡衡组组织织中中除除了了P P外还有先析出的外还有先析出的F F。过共析钢中除了过共析钢中除了P P外还有先析出的外还有先析出的FeFe3 3C C。第8页/共89页工程材料及其热处理-39 若加热至若加热至AcAc1 1温度温度,只能使只能使P P转变为转变为A A，得到，得到A+FA+F或或A+A+二次二次FeFe3 3C C残残组织组织,称为不完全称为不完全A A化。化。只有继续加热至只有继续加热至AcAc3 3或或AcAccmcm温度以上温度以上,才能得到单相才能得到单相A A组织组织,即完全即完全A A化。化。2.2.影响奥氏体转变的因素影响奥氏体转变的因素 1)1)加热温度加热温度 加热温度高加热温度高,C,C原子扩散快原子扩散快,A,A化加快化加快 。2)2)加热速度加热速度 加热快加热快,过热度大过热度大,发生转变的快发生转变的快!第9页/共89页工程材料及其热处理-310 3)3)化学成分化学成分 C C浓度大浓度大,则则FeFe3 3C C数量多数量多,F,F与与FeFe3 3C C的相界面增大的相界面增大,使使A A的核心增多的核心增多,促进促进A A化化.常见合元能明显影响常见合元能明显影响A A化的速度化的速度,以以钴钴和和镍镍等有加快转变过程的效果；等有加快转变过程的效果；铬、钼、钒等有降低铬、钼、钒等有降低转变速度的作用；转变速度的作用；硅、锰、铝等对转变过程基本没有影响硅、锰、铝等对转变过程基本没有影响。4)4)原始组织原始组织 在成分相同的钢材中在成分相同的钢材中,P,P越细越细,相界面越大相界面越大,形核机会越多形核机会越多,使得使得A A形成速度变快；形成速度变快；第10页/共89页工程材料及其热处理-311 A A晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。3.3.奥氏体晶粒长大及其控制措施奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢加热时钢加热时P P向向A A转变刚结束时转变刚结束时,A,A晶粒是细小的。如继续加热或保温晶粒是细小的。如继续加热或保温,A,A晶粒会变粗大。晶粒会变粗大。加热加热温度越高温度越高,保温时间越长保温时间越长,A,A晶粒越粗大晶粒越粗大。粗大粗大A A晶粒冷却后仍是粗大晶粒产物晶粒冷却后仍是粗大晶粒产物,使钢的强度、塑性、韧性显著下降。使钢的强度、塑性、韧性显著下降。要要控控制制A A晶晶粒粒长长大大,制制定定合合理理的的热热处处理理工工艺艺,即即合合理理选选择择加加热热温温度度、保保温温时时间间和和加加热热速速度度等。等。第11页/共89页工程材料及其热处理-312 一一般般将将钢钢加加热热到到临临界界点点以以上上某某一一适适当当温温度度,保保温温时时间间的的确确定定除除考考虑虑相相变变需需要要外外,还还考考虑虑工工件内外温度一致件内外温度一致。当当加加热热温温度度相相同同时时,加加热热速速度度越越快快,保保温温时时间间越越短短,晶晶粒粒越越细细,所所以以生生产产中中常常采采用用快快速速加加热热、短时保温的方法短时保温的方法来细化晶粒。来细化晶粒。此此外外,加加入入一一定定量量的的合合金金元元素素（除除MnMn、P P外外），都都会会阻阻碍碍A A晶晶粒粒长长大大,而而达达到到细细化化晶晶粒粒的的目的。目的。第12页/共89页工程材料及其热处理-313 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 钢钢A A化后化后,采用不同方式冷却采用不同方式冷却,获得所需要的组织和性能。获得所需要的组织和性能。冷冷却却是是钢钢热热处处理理的的关关键键工工序序,实实际际生生产产中中,不不同同加加热热速速度度、冷冷却却方方式式、冷冷却却速速度度会会得得不不同产物同产物,对钢的组织和性能有很大影响。对钢的组织和性能有很大影响。在热处理工艺中在热处理工艺中,A,A化后的冷却方式通常有化后的冷却方式通常有等温冷却等温冷却和和连续冷却连续冷却两种。两种。第13页/共89页工程材料及其热处理-314 等等温温冷冷却却是是将将已已A A化化的的钢钢迅迅速速冷冷却却到到临临界界点点以以下下的的给给定定温温度度进进行行保保温温,使使其其在在该该等等温温温度下温度下发生组织转变；发生组织转变；连连续续冷冷却却是是将将已已A A化化的的钢钢以以某某种种冷冷却却速速度度连连续续冷冷却却,使使其其在在临临界界点点以以下下的的不不同同温温度度进进行组织转变。行组织转变。1.1.过冷奥氏体的转变产物的组织与性能过冷奥氏体的转变产物的组织与性能 A A在相变点在相变点A A1 1以上是稳定相，冷却至以上是稳定相，冷却至A A1 1以下就成了不稳定相，必然要发生转变。以下就成了不稳定相，必然要发生转变。第14页/共89页工程材料及其热处理-315 不是冷却至不是冷却至A A1 1以下就立即转变以下就立即转变,而是在转变前需要停留一段时间而是在转变前需要停留一段时间,此称为此称为孕育期孕育期。在在A A1 1温温度度以以下下暂暂时时存存在在的的不不稳稳定定的的A A称称为为过过冷冷A A。在在不不同同的的过过冷冷度度下下，过过冷冷A A将将发发生生P P型型转变、转变、B B型转变型转变、M M型转变型转变等三种组织转变。等三种组织转变。珠光体型转变珠光体型转变 过过冷冷A A在在A A1 1550550温温度度范范围围等等温温时时,发发生生P P型型转转变变。因因转转变变温温度度高高,原原子子扩扩散散能能力力强强,转转变产物为变产物为F F薄层和薄层和FeFe3 3C C薄层交替重叠的层状组织薄层交替重叠的层状组织,即即P P型型组织。组织。第15页/共89页工程材料及其热处理-316 等温等温温度越低温度越低,F,F层和层和FeFe3 3C C层越薄层越薄,层间距越小层间距越小,硬度越高硬度越高。为为区区别别,对对层层间间距距不不同同的的P P型型组组织织分分别别称称为为珠珠光光体体(P)(P)、索索氏氏体体(S)(S)和和托托氏氏体体(T)(T),它它们们并并无本质区别无本质区别,也无严格界限也无严格界限,只是形态上只是形态上不同不同。贝氏体型转变贝氏体型转变 过冷过冷A A在在550550M Ms s温度范围等温时，将发生温度范围等温时，将发生贝氏体型贝氏体型(B)(B)转变。转变。第16页/共89页工程材料及其热处理-317 因因转转变变温温度度较较低低,原原子子扩扩散散差差,FeFe3 3C C已已经经很很难难聚聚集集长长大大呈呈层层状状。此此时时,转转变变产产物物为为F F及及其其内内分分布布着着弥弥散散的的碳碳化化物物所所形形成成的的亚亚稳稳组组织织,称称为为贝贝氏氏体体,用用美美国国冶冶金金学学家家名名字字命命名名,符符号号B B来来表示。表示。等温温度不同等温温度不同,贝氏体的形态也不同贝氏体的形态也不同,分为上分为上贝氏体贝氏体(B(B上上)和下贝氏体和下贝氏体(B(B下下)。(B(B上上)组织形态呈羽毛状组织形态呈羽毛状,强度较低强度较低,塑性和韧性塑性和韧性较差较差；第17页/共89页工程材料及其热处理-318 (B (B下下)组织形态呈黑色针状组织形态呈黑色针状,强度较高强度较高,塑性和韧性也较好塑性和韧性也较好,综合力学性能好。综合力学性能好。马氏体型转变马氏体型转变 1)1)马氏体马氏体(M)(M)型转变的特点型转变的特点 过冷过冷A A转变为转变为M M是非扩散型转变是非扩散型转变,因转变温度很低因转变温度很低,铁和碳原子都不能进行扩散。铁和碳原子都不能进行扩散。铁铁原原子子沿沿A A一一定定晶晶面面,集集中中的的(不不改改变变相相互互位位置置关关系系)作作一一定定距距离离的的移移动动(不不超超过过一一个个原原子间距子间距),),第18页/共89页工程材料及其热处理-319 使使面面心心立立方方晶晶格格转转变变为为体体心心正正方方晶晶格格,碳碳原原子子原原地地不不动动,过过饱饱和和地地留留在在新新组组成成的的晶晶胞胞中中；增增大了其大了其正方度正方度c/a c/a。M M就是碳在就是碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体。过饱和碳使过饱和碳使-Fe-Fe的晶格发生很大畸变的晶格发生很大畸变,形成很强的固溶强化。形成很强的固溶强化。M M高速长大高速长大,连续转变过程连续转变过程 A A冷冷却却到到M Ms s点点以以下下后后,无无孕孕育育期期,瞬瞬时时转转变变为为M M。随随着着温温度度下下降降,过过冷冷A A是是不不断断连连续续转转变变为为M M。第19页/共89页工程材料及其热处理-320 MM转变留有转变留有A A M M转转变变有有不不完完全全性性,即即使使冷冷至至M Mf f也也要要残残留留少少量量奥奥氏氏体体(A(A)。A A的的含含量量与与M Ms s(M(M转转变开始线变开始线)、M Mf f (M(M转变终了线转变终了线)的位置有关。的位置有关。奥氏体奥氏体A A中的碳含量越高中的碳含量越高,M,Ms s,M,Mf f就越低就越低,A,A含量就含量就越高越高。通常在碳含量高于通常在碳含量高于0.6%0.6%时，在转变产物中应标上时，在转变产物中应标上A A,碳含量少于碳含量少于0.6%0.6%时时,A,A可忽略可忽略.第20页/共89页工程材料及其热处理-321 MM形成时体积要膨胀形成时体积要膨胀 膨膨胀胀要要产产生生内内应应力力,淬淬火火冷冷却却又又快快,使使工工件件表表面面和和心心部部产产生生温温差差而而引引起起热热应应力力。两两者者“一起叫劲一起叫劲”是造成工件淬火是造成工件淬火变形和开裂变形和开裂的主因。的主因。3)3)马氏体的形态与特点马氏体的形态与特点 过冷过冷A A在在M Ms s温度以下将产生温度以下将产生M M型转变型转变。M M是碳和合金元素在是碳和合金元素在-Fe-Fe中溶解而形成的过饱和固溶体中溶解而形成的过饱和固溶体,用符号用符号M M表示。表示。第21页/共89页工程材料及其热处理-322 M M是单相的亚稳组织是单相的亚稳组织,是以是以德国冶金学家德国冶金学家A.MartensA.Martens的名字命名的的名字命名的。M M具具有有体体心心正正方方晶晶格格,当当发发生生M M型型转转变变时时,过过冷冷A A中中的的碳碳全全部部保保留留在在M M中中,形形成成过过饱饱和和的的固固溶体溶体,产生严重的晶格畸变。产生严重的晶格畸变。M M的组织形态因其成分和形成条件而异，通常分为的组织形态因其成分和形成条件而异，通常分为板条板条M M和片状和片状M M两种基本类型。两种基本类型。板条板条M M在光学显微镜下所看到的只是边缘不规则的块状在光学显微镜下所看到的只是边缘不规则的块状,故亦称为故亦称为块状块状M M。第22页/共89页工程材料及其热处理-323 板板条条M M主主要要产产生生于于低低碳碳钢钢的的淬淬火火组组织织中中,在在高高倍倍透透射射电电镜镜下下可可看看到到板板条条M M内内有有大大量量位位错错缠结的亚结构缠结的亚结构,所以所以低碳低碳M M也称也称位错位错M M。片片状状M M其其单单个个晶晶体体的的立立体体形形态态呈呈双双凸凸透透镜镜状状，因因每每个个M M的的厚厚度度与与径径向向尺尺寸寸相相比比很很小小,所所以粗略地说是片状以粗略地说是片状,故我国通常称为故我国通常称为片状片状M M。因在金相磨面上观察到的通常都是与因在金相磨面上观察到的通常都是与M M片成一定角度的截面片成一定角度的截面,呈针状呈针状,故亦称为故亦称为针状针状M M。第23页/共89页工程材料及其热处理-324 针针状状M M主主要要产产生生于于高高碳碳钢钢的的淬淬火火组组织织中中,高高倍倍透透射射电电镜镜分分析析表表明明,针针状状M M内内有有大大量量孪孪晶晶,因此因此针状针状M M又称孪晶又称孪晶M M 。M M具有高的硬度和强度具有高的硬度和强度,是是M M主要特点。主要特点。M M硬度硬度取决于含碳量取决于含碳量,塑性和韧性取决于组织塑性和韧性取决于组织。板条板条M M具有较高硬度、较高强度与较好塑性和韧性相配合的良好的综合力学性能。具有较高硬度、较高强度与较好塑性和韧性相配合的良好的综合力学性能。针片状针片状M M具有比具有比板条板条M M更硬更硬,脆性大脆性大,塑性和韧性较差。塑性和韧性较差。第24页/共89页工程材料及其热处理-325 2.2.过冷奥氏体的转变曲线过冷奥氏体的转变曲线 过冷过冷A A的转变产物决定于过冷的转变产物决定于过冷A A的转变温度的转变温度,而转变温度又与冷却方式和冷却速度有关。而转变温度又与冷却方式和冷却速度有关。要要了了解解过过冷冷A A的的转转变变量量与与转转变变时时间间的的关关系系,必必须须了了解解过过冷冷A A的的等等温温转转变变曲曲线线和和连连续续冷冷却却曲曲线线。奥氏体的等温转变奥氏体的等温转变 1)1)奥氏体的等温转变曲线奥氏体的等温转变曲线 过过冷冷A A等等温温转转变变曲曲线线是是表表示示过过冷冷A A在在不不同同过过冷冷度度下下的的等等温温过过程程中中,转转变变温温度度、转转变变时时间间与转变与转变第25页/共89页工程材料及其热处理-326 产物量之间的关系曲线。产物量之间的关系曲线。因其形状与字母因其形状与字母“C C”的形状相似的形状相似,所以又称为所以又称为“C C曲线曲线”,也称为也称为“TTTTTT”曲线曲线。图中图中,A,A1 1为为A A向向P P转变的相变点转变的相变点,A,A1 1以上区域为以上区域为稳定稳定A A区区。两条两条C C形曲线中形曲线中,左边的曲线为转变开始线左边的曲线为转变开始线，该线以左区域为过冷，该线以左区域为过冷A A区；区；右边的曲线为转变终了线右边的曲线为转变终了线,该线以右区域为转变产物区；该线以右区域为转变产物区；第26页/共89页工程材料及其热处理-327 两条两条C C形曲线之间的区域为过冷形曲线之间的区域为过冷A A与转变产物共存区。与转变产物共存区。水平线水平线M Ms s和和M Mf f为为M M转变开始线和终了线。转变开始线和终了线。影响等温转变曲线的因素影响等温转变曲线的因素 共析钢过冷共析钢过冷A A的等温转变曲线的等温转变曲线 加加热热温温度度高高,保保温温时时间间长长,A,A成成分分越越均均匀匀,晶晶粒粒大大,晶晶界界减减少少,使使过过冷冷A A的的形形核核率率降降低低,增增大大了了其稳定性其稳定性,使使C C曲线右移曲线右移,反之左移反之左移。过冷过冷A A转变所需孕育期的长短不同转变所需孕育期的长短不同,即过冷即过冷A A的稳定性不同。的稳定性不同。第27页/共89页工程材料及其热处理-328 在约在约550550处的孕育期最短处的孕育期最短,表明在此温度下的过冷表明在此温度下的过冷A A最不稳定最不稳定,转变速度也最快。转变速度也最快。含碳量的影响含碳量的影响 亚共析钢和过共析钢的过冷亚共析钢和过共析钢的过冷A A在转变为在转变为P P之前之前,分别有先析出分别有先析出F F和先析出和先析出FeFe3 3C C的结晶过程。的结晶过程。与共析钢相比与共析钢相比,亚共析钢和过共析钢的过冷亚共析钢和过共析钢的过冷A A等温转变曲线图多了一条先析相的析出线。等温转变曲线图多了一条先析相的析出线。同时同时C C曲线的位置也曲线的位置也相对左移相对左移,说明说明亚共析钢和过共析钢过冷亚共析钢和过共析钢过冷A A的稳定性比共析钢的稳定性比共析钢要差要差。第28页/共89页工程材料及其热处理-329 正正常常加加热热条条件件下下,亚亚共共析析钢钢的的C C曲曲线线随随含含碳碳量量的的增增加加而而右右移移,过过共共析析钢钢的的C C曲曲线线随随含含碳碳量量的增加而左移的增加而左移,因此因此,共析钢的共析钢的A A最为稳定。最为稳定。由由于于过过冷冷A A的的转转变变是是一一个个形形核核与与长长大大的的过过程程,形形核核的的作作用用更更关关键键,亚亚共共析析钢钢与与过过共共析析钢钢先先共析相的析出促进了向共析相的析出促进了向P P转变的形核转变的形核,而且由于亚共析钢含碳量越高而且由于亚共析钢含碳量越高,先共析先共析F F析出变慢；析出变慢；过共析钢含碳量越高过共析钢含碳量越高,先共析渗碳体越容易析出先共析渗碳体越容易析出,使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。第29页/共89页工程材料及其热处理-330 合金元素的影响合金元素的影响 除除CoCo、AlAl以外以外,其余所有合金元素溶入其余所有合金元素溶入A A后后,都使过冷都使过冷A A稳定稳定,即都使即都使C C曲线右移。曲线右移。当过冷当过冷A A中溶有较多的中溶有较多的CrCr、MoMo、WW、V V、TiTi等碳化物形成元素时等碳化物形成元素时,还会改变还会改变C C曲线的曲线的形形状状 。要指出的是要指出的是,如果碳化物形成元素含量较多如果碳化物形成元素含量较多,形成了较为稳定的碳化物形成了较为稳定的碳化物,且在且在A A化时未能化时未能全部溶解全部溶解,则则会降低过冷会降低过冷A A的稳定性的稳定性,使使C C曲线左移曲线左移。第30页/共89页工程材料及其热处理-331 C C曲线在生产上有重要用途曲线在生产上有重要用途:制定等温转变工艺及分析等温转变过程；制定等温转变工艺及分析等温转变过程；分析连续冷却转变过程及其热处理工艺的制定；分析连续冷却转变过程及其热处理工艺的制定；利用利用C C曲线判定钢的淬透性曲线判定钢的淬透性,以方便选材以方便选材,等等。等等。各钢种的各钢种的C C曲线都已测出曲线都已测出,需要时可查阅有关手册。需要时可查阅有关手册。2)2)过冷过冷A A的连续转变曲线的连续转变曲线第31页/共89页工程材料及其热处理-332 过过冷冷A A的的连连续续转转变变曲曲线线表表示示钢钢经经A A化化后后,在在不不同同冷冷却却速速度度的的连连续续冷冷却却条条件件下下,过过冷冷A A的的转转变变开始及转变终了时间与转变温度之间关系的曲线。开始及转变终了时间与转变温度之间关系的曲线。共析钢的过冷共析钢的过冷A A连续转变曲线图中连续转变曲线图中P Ps s、P Pf f线为线为P P转变开始和转变终了线转变开始和转变终了线,P Pk k为为P P转变中止转变中止线线。当冷却曲线碰到当冷却曲线碰到P Pk k线时线时,A,A向向P P的转变将被中止的转变将被中止,剩余剩余A A将一直过冷至将一直过冷至M Ms s以下转变为以下转变为M M组织。组织。第32页/共89页工程材料及其热处理-333 与等温转变图相比与等温转变图相比,共析钢的连续转变曲线图中共析钢的连续转变曲线图中P P转变转变开始线开始线,共析钢过冷奥氏体的连共析钢过冷奥氏体的连续转变曲线和转变终了线的位置均相对右下移，而且只有续转变曲线和转变终了线的位置均相对右下移，而且只有C C形曲线的上半部分，没有中温形曲线的上半部分，没有中温的贝氏体型转变区。的贝氏体型转变区。第33页/共89页工程材料及其热处理-33422金属的整体热处理金属的整体热处理 一、退火一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度保温一定时间退火是将金属和合金加热到适当温度保温一定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺然后缓慢冷却的热处理工艺 按金属成分和性能要求的不同按金属成分和性能要求的不同,退火可分为退火可分为:1.1.完全退火完全退火 将铁碳合金完全将铁碳合金完全A A化化,随之缓慢冷却随之缓慢冷却,获得接近平衡状态组织的退火工艺。获得接近平衡状态组织的退火工艺。第34页/共89页工程材料及其热处理-335 其目的是通过完全重结晶细化晶粒其目的是通过完全重结晶细化晶粒,降低硬度降低硬度,改善切削性能。改善切削性能。多用于亚共析钢的铸、锻件。多用于亚共析钢的铸、锻件。过过共共析析钢钢不不适适用用完完全全退退火火,因因为为过过共共析析钢钢加加热热到到AcAccmcm线线以以上上缓缓慢慢冷冷却却时时,溶溶解解在在A A内内的的FeFe3 3C C又重新沿又重新沿A A晶界析出晶界析出,形成沿晶界分布的网状形成沿晶界分布的网状FeFe3 3C C组织组织,降低钢材的力学性能。降低钢材的力学性能。2.2.等温退火等温退火 等温退火是指钢件或毛坯加热到高于等温退火是指钢件或毛坯加热到高于A Ac3c3(或或 第35页/共89页工程材料及其热处理-336 A Ac1c1)温温度度,适适当当保保温温后后,较较快快冷冷却却到到P P转转变变温温度度区区间间的的某某一一温温度度并并等等温温保保持持使使A A转转变变为为P P型型组组织织,然后在空气中冷却的退火工艺。然后在空气中冷却的退火工艺。等等温温退退火火用用时时短短,效效率率高高,工工件件内内外外处处于于同同一一温温度度下下发发生生组组织织转转变变,可可得得均均匀匀的的组组织织与与性性能。能。3.3.球化退火球化退火 使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。用用于于过过共共析析钢钢,目目的的使使网网状状FeFe3 3C C球球化化,降降低低硬硬度度、提提高高韧韧性性,改改善善切切削削性性能能,为为淬淬火火作作组组织准备。织准备。第36页/共89页工程材料及其热处理-337 4.4.去应力退火去应力退火 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。火。主要用于消除主要用于消除用于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力用于消除铸件、锻件、焊接件和切削件的残余应力。对对体体积积庞庞大大的的焊焊接接结结构构件件,无无法法装装炉炉退退火火时时,用用火火焰焰加加热热或或感感应应加加热热等等局局部部加加热热方方法法,对对焊缝及热影响区焊缝及热影响区局部去应力退火局部去应力退火。5.5.均匀化退火均匀化退火第37页/共89页工程材料及其热处理-338 均均匀匀化化退退火火是是将将钢钢加加热热到到AcAc3 3以以上上150150200(200(常常为为100010001200),1200),保保温温10101515小小时时,然后再随炉缓冷到然后再随炉缓冷到350,350,再出炉冷却。又再出炉冷却。又:扩散退火扩散退火。均均匀匀化化退退火火时时间间长长,工工件件烧烧损损严严重重,耗耗能能大大,是是高高成成本本工工艺艺,多多用用于于优优质质高高合合金金钢钢铸铸锭锭和和铸件。铸件。目的为减少铸锭、铸件、锻坯成分偏析和组织的不均匀而采用的退火工艺。目的为减少铸锭、铸件、锻坯成分偏析和组织的不均匀而采用的退火工艺。6.6.再结晶退火再结晶退火 经冷变形后的金属加热到再结晶再结晶温度经冷变形后的金属加热到再结晶再结晶温度第38页/共89页工程材料及其热处理-339 以以上上,保保持持适适当当时时间间,使使形形变变晶晶粒粒重重新新结结晶晶为为均均匀匀的的等等轴轴晶晶粒粒,以以消消除除形形变变强强化化和和残残余余应应力力的的退火工艺。退火工艺。二、正火二、正火二、正火二、正火 正正火火是是将将钢钢材材或或钢钢件件加加热热到到或或AcAccmcm以以上上30305050，保保温温适适当当的的时时间间后后，在在静静止止空空气气中冷却中冷却的热处理工艺。的热处理工艺。与退火类似与退火类似,冷却速度比退火快冷却速度比退火快。钢钢件件正正火火后后的的强强度度和和硬硬度度比比退退火火稍稍高高,但但消消除除残残余余应应力力不不彻彻底底。又又操操作作简简便便、生生产产率率高高,所以所以,正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。第39页/共89页工程材料及其热处理-340 三、三、三、三、淬火淬火淬火淬火 淬火是将钢件加热到淬火是将钢件加热到AcAc3 3 或或AcAc1 1以上某一温度以上某一温度,保持一定时间保持一定时间,然后以适当的速度冷却然后以适当的速度冷却获得获得马氏体马氏体(M)(M)和和(或或)贝氏体贝氏体(B)(B)组织的热处理工艺组织的热处理工艺。目的目的:提高钢件的硬度和耐磨性提高钢件的硬度和耐磨性,淬火不同回火淬火不同回火,获得各种需要的性能获得各种需要的性能,是强化钢的主是强化钢的主要方法。要方法。1.1.淬火加热温度淬火加热温度 加热温度是淬火主要参数。加热温度是淬火主要参数。选择原则以得到均匀细小的选择原则以得到均匀细小的A A晶粒晶粒,使淬火后获得细小的使淬火后获得细小的M M组织。组织。第40页/共89页工程材料及其热处理-341 为防止为防止A A晶粒粗化晶粒粗化,加热温度一般限制在临界点以上加热温度一般限制在临界点以上30305050范围。碳钢淬火加热温度范围。碳钢淬火加热温度范范围围 .亚共析钢加热温度为亚共析钢加热温度为A A c c3 3(30(3050)50)。可得均匀细小的。可得均匀细小的M M组织。组织。若若温温度度过过高高,易易出出现现粗粗大大M M组组织织,还还导导致致淬淬火火钢钢严严重重变变形形。加加热热温温度度过过低低,淬淬火火组组织织会会中出现中出现F,F,造成淬火钢硬度不足造成淬火钢硬度不足,甚至出现甚至出现“软点软点”现象。现象。共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的淬淬火火加加热热温温度度为为AcAc1 1(30(3050)50).淬淬火火后后,共共析析钢钢组组织织为为均均匀匀细细小小的的M M和和第41页/共89页工程材料及其热处理-342 少量残余少量残余A A；过共析钢则可获得；过共析钢则可获得均匀细小的均匀细小的M M加粒状加粒状FeFe3 3C C和少量残余和少量残余A A的混合组织的混合组织。这种淬火组织对过共析钢是正常的这种淬火组织对过共析钢是正常的,使其有使其有最佳硬度和耐磨性最佳硬度和耐磨性。过过共共析析钢钢的的加加热热温温度度过过高高,可可得得较较粗粗大大的的M M和和较较多多的的残残余余A A。不不仅仅降降低低淬淬火火钢钢硬硬度度和和耐耐磨度性磨度性,还增大淬火变形和开裂倾向。还增大淬火变形和开裂倾向。2.2.淬火加热时间淬火加热时间 指达到加热温度和获得指达到加热温度和获得A A均匀化的时间均匀化的时间。第42页/共89页工程材料及其热处理-343 淬火加热时间包括淬火加热时间包括升温和保温时间升温和保温时间。加热时间不能过长加热时间不能过长,也不能过短。也不能过短。在在热热处处理理生生产产中中具具体体要要考考虑虑钢钢种种、加加热热介介质质、加加热热速速度度、装装炉炉方方式式、装装炉炉量量以以及及工工件件的的形状、尺寸形状、尺寸等诸多因素。等诸多因素。3.3.淬火介质淬火介质 淬火冷却时所用的介质。淬火冷却时所用的介质。钢的种类不同钢的种类不同,淬火介质不同淬火介质不同,常用介质：水、盐水和油。常用介质：水、盐水和油。第43页/共89页工程材料及其热处理-344 水便宜水便宜,冷却能力较强冷却能力较强。其不足之处是在其不足之处是在650650550550范围内冷却能力差范围内冷却能力差,而而在在300300200200范围内冷却能力又偏范围内冷却能力又偏强强,性能不理想性能不理想,理想理想方式方式：快快-慢慢-快快。盐水冷却能力比清水更强盐水冷却能力比清水更强,尤其尤其在在650650550550内有很强的冷却能力内有很强的冷却能力,这对这对尺寸较大的非尺寸较大的非合金钢件的淬火是非常有利的合金钢件的淬火是非常有利的。盐水在盐水在300300200200以下温度时以下温度时,冷却能力仍像清水那样相当强冷却能力仍像清水那样相当强,能使工件变形重能使工件变形重,甚至发甚至发生开裂。生开裂。第44页/共89页工程材料及其热处理-345 盐水对工件有锈蚀作用盐水对工件有锈蚀作用,淬火后工件必须清洗淬火后工件必须清洗 盐水和水差不多盐水和水差不多,适用形状简单、硬度要求高适用形状简单、硬度要求高,而均匀、变形要求不严格的非合金钢零而均匀、变形要求不严格的非合金钢零件的淬火件的淬火。油是冷却能力较弱的淬火冷却介质油是冷却能力较弱的淬火冷却介质。淬火用油主要为各种矿物油淬火用油主要为各种矿物油,如锭子油、机油、柴油、变压器油等。如锭子油、机油、柴油、变压器油等。油在高温区冷却速度不够油在高温区冷却速度不够,不利于非合金钢的淬硬不利于非合金钢的淬硬,但有利于减少工件的变形。但有利于减少工件的变形。第45页/共89页工程材料及其热处理-346 因此因此,在生产中在生产中,油主要用作过冷油主要用作过冷A A稳定性好的合金钢和尺寸小的非合金钢零件冷却介质。稳定性好的合金钢和尺寸小的非合金钢零件冷却介质。油冷却能力较水低、成本高油冷却能力较水低、成本高,对防止工件产生裂纹等缺陷效果好对防止工件产生裂纹等缺陷效果好,多用于合金钢淬火的多用于合金钢淬火的场合场合。冷却介质还有熔融状态的冷却介质还有熔融状态的碱浴和硝盐浴碱浴和硝盐浴。碱浴在高温区的冷却能力比油强而比水弱碱浴在高温区的冷却能力比油强而比水弱,而而硝盐在高温区的冷却能力比油略弱硝盐在高温区的冷却能力比油略弱。在低温区域在低温区域,碱和硝盐的冷却能力都比油弱碱和硝盐的冷却能力都比油弱。第46页/共89页工程材料及其热处理-347 碱浴和硝盐浴适宜截面不大、形状复杂、限制变形的工具钢碱浴和硝盐浴适宜截面不大、形状复杂、限制变形的工具钢分级淬火分级淬火或或等温淬等温淬火火的冷却介质。的冷却介质。4.4.淬火冷却方法淬火冷却方法 淬淬火火介介质质不不能能完完全全满满足足淬淬火火质质量量的的要要求求,要要以以适适当当的的淬淬火火方方法法配配合合,以以求求所所需需要要淬淬火火组组织和性能织和性能,还要尽量减小淬火缺陷。还要尽量减小淬火缺陷。单液淬火单液淬火 单液淬火单液淬火是是将将A A化后的钢件淬入一种介质中连续冷却化后的钢件淬入一种介质中连续冷却获得获得M M组织的一种淬火组织的一种淬火方法方法 。第47页/共89页工程材料及其热处理-348 单单液液淬淬火火操操作作简简单单,易易控控制制热热处处理理;仅仅适适用用于于形形状状简简单单的的非非合合金金钢钢和和合合金金钢零件的淬火。钢零件的淬火。双液淬火双液淬火 双双液液淬淬火火是是将将钢钢件件A A化化后后先先浸浸入入冷冷却却能能力力较较强强的的介介质质,在在钢钢件件还还未未到到达达该该淬淬火火介介质质温温度度之前即取出之前即取出,马上浸入另一种冷却能力较弱的介质中冷却马上浸入另一种冷却能力较弱的介质中冷却,如如先水后油先水后油、先水后空气先水后空气 。双双液液淬火利用了两种介质的优点淬火利用了两种介质的优点,获得了较为理想的冷却条件获得了较为理想的冷却条件;在保证工件获得在保证工件获得M M组织组织的同时