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金属材料知识金属材料知识1 金属材料金属材料非金属材料非金属材料黑色金属黑色金属有色金属材料有色金属材料(用量占用量占80%)复合材料复合材料陶瓷材料陶瓷材料高分子材料高分子材料(用量占用量占20%)2材材料料的的性性能能材料使用性能材料使用性能材料工艺性能材料工艺性能力学性能力学性能（强强度、度、塑性塑性、韧性等）韧性等）物理性能物理性能（光光、热、电、磁等）热、电、磁等）化学性能化学性能（氧化、（氧化、腐蚀腐蚀等）等）加工性能加工性能（切削、锻造等）（切削、锻造等）铸造性能铸造性能（适合铸造与否）（适合铸造与否）焊接性能焊接性能（容易焊接与否）（容易焊接与否）热处理性能热处理性能（可热处理强化）（可热处理强化）3强度：指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，对于结构材料来说，它是最重强度：指材料抵抗塑性变形和断裂的能力，对于结构材料来说，它是最重 要的力学性能。要的力学性能。塑性：表示材料断裂前发生的永久变形（塑性变形）的能力。塑性：表示材料断裂前发生的永久变形（塑性变形）的能力。塑性指标：延伸率塑性指标：延伸率 和断面收缩率和断面收缩率韧性：反映材料抵抗裂纹扩展能力的大小，是单位体积材料在断裂前所吸韧性：反映材料抵抗裂纹扩展能力的大小，是单位体积材料在断裂前所吸 收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功。收的能量，也就是外力使材料断裂所做的功。硬度：指材料抵抗外物压入能力，硬度测量简单快速，不破坏零件。硬度硬度：指材料抵抗外物压入能力，硬度测量简单快速，不破坏零件。硬度 与强度之间有一定关系，可用硬度来估计强度。与强度之间有一定关系，可用硬度来估计强度。几种常见的力学性能4P载荷载荷(N)变形变形三阶段三阶段弹性变形弹性变形弹塑性变形弹塑性变形断裂断裂形变强化（加工硬化）：屈服后欲形变强化（加工硬化）：屈服后欲 变形必须不断增载，随变形必须不断增载，随 塑变增大，变形抗力增大。塑变增大，变形抗力增大。Pb：强度极限的载荷强度极限的载荷试样某一部位截面开始急降试样某一部位截面开始急降颈缩颈缩导致载荷下降。导致载荷下降。Pk：断裂载荷断裂载荷P Pp p ：保持直线关系的最大载荷：保持直线关系的最大载荷 过过P P点曲线开始偏离直线点曲线开始偏离直线Pe：变形开始阶段变形开始阶段卸载后立刻恢复原状（弹变）卸载后立刻恢复原状（弹变）超过，伸长只部分恢复（塑变）超过，伸长只部分恢复（塑变）Ps：屈服时的最小变形屈服时的最小变形屈服：载荷不增加或反而减少，试屈服：载荷不增加或反而减少，试样还继续伸长的现象。样还继续伸长的现象。屈服后，材料出现明显塑屈服后，材料出现明显塑变，表面滑移带。变，表面滑移带。l l伸长伸长(mm)（低碳钢的拉伸曲线）（低碳钢的拉伸曲线）eps0bPpPePskPbPk lb lu lk5(MPa)(%)0 p e s b k b u k（低碳钢的应力低碳钢的应力-应变曲线应变曲线）p：比例强度极限比例强度极限保持直线关系的最大应力值保持直线关系的最大应力值 e：弹性强度极限弹性强度极限p-e弹性变形阶段弹性变形阶段过过e，弹变弹变+微量塑变微量塑变 s：屈服强度极限屈服强度极限 达一定值时，不增或降低，达一定值时，不增或降低，l增增上屈服点：屈服阶段的最大应力。上屈服点：屈服阶段的最大应力。（对试样局部应力集中极为敏感）（对试样局部应力集中极为敏感）一般选一般选下屈服点下屈服点作为材料屈服强度作为材料屈服强度形变强化：形变强化：欲继续变形，必须不断增加应力，达欲继续变形，必须不断增加应力，达 b后，形变强化效应已不能后，形变强化效应已不能补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低。补偿横截面积的减小而引起的承载能力的降低。(b点后颈缩点后颈缩)k：断裂强度：断裂强度此时试样断裂。此时试样断裂。62.弹性极限弹性极限 e和屈服强度和屈服强度 s：弹性极限是表征开始塑性变形的抗力。弹性极限是表征开始塑性变形的抗力。严格说：是表征微量塑性变形的抗力。严格说：是表征微量塑性变形的抗力。测出的弹性极限受测量精度影响，为便测出的弹性极限受测量精度影响，为便于比较，规定残余伸长应力。于比较，规定残余伸长应力。规定以残余伸长为规定以残余伸长为0.01%的应力作为规的应力作为规定残余伸长应力，记作定残余伸长应力，记作 0.01除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数除退火或热轧的低碳钢和中碳钢等少数合金有屈服现象外，大多数金属合金都合金有屈服现象外，大多数金属合金都没有屈服点。没有屈服点。规定产生规定产生0.2%残余伸长的应力作为屈服残余伸长的应力作为屈服强度，以强度，以 0.2表示。表示。0.2的测量方法同上，采用图解法的测量方法同上，采用图解法。7固态相变是热处理的基础固态相变是热处理的基础相变相变：构成物质的原子（分子）的聚合状态（相状态）发：构成物质的原子（分子）的聚合状态（相状态）发生变化的过程。生变化的过程。固态相变固态相变：固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或：固态材料在温度和压力改变时，其内部组织或结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的结构会发生变化，即发生从一种相状态到另一种相状态的转变。转变。母相或旧相：母相或旧相：相变前的相状态相变前的相状态新相：新相：相变后的相状态相变后的相状态固态相变8Fe-C Phase DiagramA1A3ACM铁碳相图相图与相变910Fe-C相图、冷却过程中的组织变化及产物111.1固态相变的分类121.按平衡状态图分类平衡相变和非平衡相变平衡相变和非平衡相变平衡相变平衡相变 缓慢加热或冷却时发生的能获得符合平衡缓慢加热或冷却时发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变状态图的平衡组织的相变：非平衡相变非平衡相变 加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的组织反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的组织13平衡相变平衡相变同素异构转变同素异构转变/多形性转多形性转变变纯金属在温度和压力改变纯金属在温度和压力改变时，由一种晶体结构转变时，由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的过程为另一种晶体结构的过程称为称为同素异构转变同素异构转变。在固溶体中发生的同素异在固溶体中发生的同素异构转变称为构转变称为多形性转变多形性转变。钢中铁素体奥氏体的转变奥氏体铁素体的转变14平衡相变平衡相变平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀 在在缓缓慢慢冷冷却却条条件件下下，由由过过饱饱和和固固溶溶体体中中析析出出过过剩剩相相的过程称为的过程称为平衡脱溶沉淀平衡脱溶沉淀特特点点：母母相相 不不消消失失，随随着着新新相相 析析出出，母母相相的的成成分分和和体体积积分分数数不不断断变变化化（结结构构不不变变），新新相相的的结结构构和和成成分与旧相不同分与旧相不同15平衡相变平衡相变共析相变共析相变合金在冷却时由一个固合金在冷却时由一个固相分解为两个不同固相相分解为两个不同固相的转变称为共析相变的转变称为共析相变(或珠光体型转变或珠光体型转变)其两个生成相的结构和其两个生成相的结构和成分均与母相不同成分均与母相不同加热时也可发生加热时也可发生+转变，称为转变，称为逆共析相变逆共析相变16平衡相变平衡相变调幅分解调幅分解某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却某些合金在高温下具有均匀单相固溶体，但冷却到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相到某一温度范围时可分解成为与原固溶体结构相同但成分不同的两个微区，这种转变称为同但成分不同的两个微区，这种转变称为调幅分调幅分解解。有序化转变有序化转变固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相对位置固溶体中，各组元原子在晶体点阵中的相对位置由无序到有序由无序到有序(指长程有序指长程有序)的转变称为有序化转的转变称为有序化转变。变。如如Cu-Zn，Cu-Au，Mn-Ni，Ti-Ni等合金。等合金。17非平衡相变非平衡相变（2）非平衡相变非平衡相变非平衡相变：加热或冷却速度很快，非平衡相变：加热或冷却速度很快，上述平衡相将被抑制，固态材料可上述平衡相将被抑制，固态材料可能发生某些平衡状态图上不能反映能发生某些平衡状态图上不能反映的转变并获得被称为不平衡或亚稳的转变并获得被称为不平衡或亚稳的组织的组织伪共析相变伪共析相变：由成分偏离共析成分的过冷固溶由成分偏离共析成分的过冷固溶体形成的貌似共析体的组织转变体形成的貌似共析体的组织转变组成相的相对量由组成相的相对量由A的碳含量而的碳含量而变。变。18非平衡相变非平衡相变马氏体相变马氏体相变进一步提高冷却速度，使进一步提高冷却速度，使伪共析相变也来不及进行伪共析相变也来不及进行而将奥氏体过冷到更低温而将奥氏体过冷到更低温度，则由于在低温下铁原度，则由于在低温下铁原子和碳原子都己不能或不子和碳原子都己不能或不易扩散，故奥氏体只能以易扩散，故奥氏体只能以不发生原子扩散、不引起不发生原子扩散、不引起成分改变的方式，通过切成分改变的方式，通过切变由变由 点阵改组为点阵改组为点阵，点阵，这种转变称为马氏体相变这种转变称为马氏体相变Fe-C合金合金19非平衡相变非平衡相变贝氏体相变贝氏体相变当奥氏体被冷却至珠光体转变和马氏体相变之间的温度范围时，由于温度较低，铁原子已不能扩散，但碳原子尚具有一定的扩散能力，因此出现了一种独特的碳原子扩散而铁原子不扩散的非平衡相变，这种相变称为贝氏体相变(或称为中温转变)。其转变产物也是相相与碳化物碳化物的混合物，但相相的碳含量和形态的碳含量和形态以及碳化物的形态和分布碳化物的形态和分布均与珠光体不同，称其为贝氏体贝氏体。20非平衡相变非平衡相变非平衡脱溶沉淀非平衡脱溶沉淀若b成分的合金自T1温度快冷时，相在冷却过程中来不及析出，则冷到室温时便得到过饱和的固溶体。若在室温或低于固溶度曲线MN的某一温度下溶质原子尚具有一定的扩散能力，则在上述温度等温时，过饱和固溶体仍可能发生分解，逐渐析出新相。但在析出的初期阶段，新相的成分和结构均与平衡脱溶沉淀相有所不同，这一过程称为非平衡脱溶沉淀(或时效)。212.按原子迁移特征分类相变时原子迁移特征相变时原子迁移特征扩散型相变扩散型相变非扩散型相变非扩散型相变222 按原子迁移特征分类（1）扩散型相变）扩散型相变u相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变。相变时，相界面的移动是通过原子近程或远程扩散而进行的相变。如：脱溶型相变、共析型相变如：脱溶型相变、共析型相变(珠光体型转变）、调幅分解和有序珠光体型转变）、调幅分解和有序化转变等等。化转变等等。u特点：特点：（1 1）有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；）有原子扩散运动，相变速率受原子扩散速度所控制；（2 2）新相和母相的成分往往不同；）新相和母相的成分往往不同；（3 3）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状）只有因新相和母相比容不同而引起的体积变化，没有宏观形状改变改变。232.按原子迁移特征分类(2)(2)非扩散型相变非扩散型相变u相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致相变过程中原子不发生扩散，参与转变的所有原子的运动是协调一致的相变称为的相变称为非扩散型相变非扩散型相变，也称为，也称为“协同型协同型”转变转变。非扩散型相变时。非扩散型相变时原子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组。迁移时，相邻原子相对移原子仅作有规则的迁移以使点阵发生改组。迁移时，相邻原子相对移动距离不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。动距离不超过一个原子间距，相邻原子的相对位置保持不变。如：马氏体相变如：马氏体相变u特点：特点：（1 1）存在由于均匀切变引起的）存在由于均匀切变引起的宏观形状改变宏观形状改变，可在预先制备的抛光试样，可在预先制备的抛光试样表面上出现浮突现象。表面上出现浮突现象。（2 2）相变不需要通过扩散，）相变不需要通过扩散，新相和母相的化学成分相同新相和母相的化学成分相同。（3 3）新相和母相之间存在一定的）新相和母相之间存在一定的晶体学位向关系晶体学位向关系。（4 4）某些材料发生非扩散相变时，）某些材料发生非扩散相变时，相界面移动速度极快相界面移动速度极快，可接近声速。，可接近声速。24热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温热处理是将工件在介质中加热到一定温度并保温一定时间，然后以一定速率冷却，以改变金属的一定时间，然后以一定速率冷却，以改变金属的组织结构，从而改变其性能。例如增加或降低金组织结构，从而改变其性能。例如增加或降低金属材料的强度、硬度、韧性、塑性等。属材料的强度、硬度、韧性、塑性等。热处理基本知识251、热处理的定义、热处理的定义一、概述时间温度临界温度 热加保温冷 却262、热处理的主要目的：获得所需的使用性能、热处理的主要目的：获得所需的使用性能3、热处理的应用范围：整个制造业、热处理的应用范围：整个制造业4、热处理的分类：、热处理的分类：一、概述热处理普 通热处理化 学热处理表 面热处理退火、正火淬火、回火表面淬火感应加热淬火火焰加热淬火渗碳、渗氮碳氮共渗271、转变温度、转变温度二、钢在加热时的组织转变282、奥氏体的形成、奥氏体的形成二、钢在加热时的组织转变293、奥氏体晶粒度对力学性能的影响、奥氏体晶粒度对力学性能的影响(1)奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。(2)粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。二、钢在加热时的组织转变301、钢在热处理时的冷却方式、钢在热处理时的冷却方式三、钢在冷却时的组织转变时间温度临界温度 热加连续冷却等温冷却保温312、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(1)TTT曲线曲线(C曲线曲线)-Time,Temperature,Transformation三、钢在冷却时的组织转变32332、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(1)TTT曲线曲线(C曲线曲线)-共析碳钢共析碳钢三、钢在冷却时的组织转变34 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。育期。孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小.孕育期最小处称孕育期最小处称C C 曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。碳钢。碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550550。在鼻尖以上在鼻尖以上,温度较高，相变驱动力小。温度较高，相变驱动力小。在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。使奥氏体稳定性增加。C C曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。度下的等温转变产物。C 曲线的分析曲线的分析352、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能珠光体型(P)转变(A1550):A1650:P;525HRC;片间距为0.60.7m(500)。650600:细片状P-索氏体(S);片间距为0.20.4m(1000);2536HRC。600550:极细片状P-屈氏体(T);片间距为0.2m(电镜);3540HRC。三、钢在冷却时的组织转变362、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能珠光体形貌三、钢在冷却时的组织转变光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌372、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能索氏体形貌三、钢在冷却时的组织转变光镜形貌电镜形貌382、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能-屈氏体形貌三、钢在冷却时的组织转变电镜形貌光镜形貌392、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能贝氏体型(B)转变(550230):550350:B上;4045HRC;三、钢在冷却时的组织转变B上上=过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状+Fe3C细条状细条状 过饱和碳过饱和碳-Fe条状条状 Fe3C细条状细条状羽毛状羽毛状402、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能 上贝氏体组织金相图三、钢在冷却时的组织转变412、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能350230:B下;5060HRC;三、钢在冷却时的组织转变B下下=过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状+Fe3C细片状细片状过饱和碳过饱和碳-Fe针叶状针叶状Fe3C细片状细片状针叶状针叶状422、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能 下贝氏体组织金相图三、钢在冷却时的组织转变432、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变(2)转变产物的组织与性能马氏体型(M)转变(230-50):马氏体是一种碳在 Fe中的过饱和固溶体。转变特点:在一个温度范围内连续冷却完成;转变速度极快,即瞬间形核与长大;无扩散转变(Fe、C原子均不扩散),M与原A的成分相同,造成晶格畸变。转变不完全性,QM=f(T)三、钢在冷却时的组织转变442、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响452、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响462、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变马氏体的组织形态：板条状-低碳马氏体(0.2%C);3050HRC;=917%。三、钢在冷却时的组织转变472、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变低碳板条马氏体组织金相图482、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变马氏体的组织形态：针、片状-高碳马氏体(1%C);66HRC左右;1%。三、钢在冷却时的组织转变492、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变三、钢在冷却时的组织转变高碳针片状马氏体组织金相图502、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变马氏体的性能主要取决于马氏体中的碳浓度。三、钢在冷却时的组织转变高碳针片状马氏体组织金相图512、过冷奥氏体的等温冷却转变、过冷奥氏体的等温冷却转变影响TTT曲线的形状和位置的因素：奥氏体中含碳量的影响：含碳量越高，曲线右移。奥氏体中合金元素的影响：除Co和Al外，所有合金元素溶入奥氏体中会使曲线右移。加热温度和保温时间的影响：加热温度越高,保温时间越长,碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀,提高了过冷奥氏体的稳定性,从而使 TTT曲线向右移。三、钢在冷却时的组织转变523、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1)CCT曲线曲线三、钢在冷却时的组织转变533、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1)CCT曲线曲线-共析碳钢共析碳钢三、钢在冷却时的组织转变54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曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。氏体的转变量获得的。共共析析钢钢的的CCT曲曲线线没没有有贝贝氏氏体体转转变变区区，在在珠珠光光体体转转变变区区之之下下多多了了一一条条转转变变中中止线。止线。当当连连续续冷冷却却曲曲线线碰碰到到转转变变中中止止线线时时，珠珠光光体体转转变变中中止止，余余下下的的奥奥氏氏体体一一直直保持到保持到Ms以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。a）炉冷：珠光体转变）炉冷：珠光体转变b）空冷：索氏体转变）空冷：索氏体转变c）油冷（）油冷（Vk冷速冷速Vk）：马氏体转变。）：马氏体转变。3、过冷奥氏体的连续冷却转变、过冷奥氏体的连续冷却转变(1)CCT曲线曲线-共析碳钢共析碳钢55热热处处理理普通（整体）热处理普通（整体）热处理表面热处理表面热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面淬火表面淬火表面化学热处理表面化学热处理感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火等激光加热表面淬火等渗碳渗碳渗氮渗氮碳氮共渗碳氮共渗渗金属等渗金属等热处理56“四把火四把火”退火退火：把钢加热到一定温度并在此温度下保温，然后缓慢冷却到室温。目的：降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向 正火正火：将钢件加热到临界温度（Ac3或Acm）以上30-50，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的：晶粒细化和碳化物分布均匀化，去除材料的内应力，降低材料的硬度。57“四把火四把火”淬火淬火：将钢件加热到临界点以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当速度在水（油）中冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。目的：得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等 回火回火：钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称。目的：减少或消除淬火内应力，防止工件变形或开裂；获得工艺要求的力学性能；稳定工件尺寸。58时间时间温温度度保温保温冷却冷却加加热热为为简简明明表表示示热热处处理理的的基基本本工工艺艺过过程程，通通常常用用温温度度-时时间间坐坐标标绘绘出热处理工艺曲线。出热处理工艺曲线。热处理的工艺曲线表示方式热处理的工艺曲线表示方式59退火退火降降低低钢钢的的硬硬度度，提提高高塑塑性性，以以利利于于切切削削加加工工及及冷变形加工。冷变形加工。细细化化晶晶粒粒，消消除除因因铸铸、锻锻、焊焊引引起起的的组组织织缺缺陷陷，均均匀匀钢钢的的组组织织和和成成分分，改改善善钢钢的的性性能能或或为为以以后后的的热处理作组织准备。热处理作组织准备。消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。退火目的：退火目的：退火工艺种类：退火工艺种类：完全退火完全退火等温退火等温退火球化退火球化退火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60加加热热至至AC3以以上上20-30，充充分分保保温温后后随随炉炉冷冷却却或或炉炉冷冷至至500-600后后空空冷冷，退退火火组组织织为铁素体珠光体。为铁素体珠光体。目的：目的：1）通通过过完完全全重重结结晶晶，使使热热加加工工造造成成的的粗粗大大、不均匀的组织均匀化和细化，提高性能；不均匀的组织均匀化和细化，提高性能；2）中中碳碳以以上上的的碳碳钢钢得得到到接接近近平平衡衡状状态态的的组组织，以降低硬度，改善切削加工性能织，以降低硬度，改善切削加工性能;3）消除内应力。）消除内应力。只适用于亚共析钢，对过共析钢完全退火会造成只适用于亚共析钢，对过共析钢完全退火会造成Fe3C沿晶界析出并沿晶界析出并形成网状，使韧性下降。形成网状，使韧性下降。（1）完全退火）完全退火时间时间温温度度保温保温Ac3+2030炉冷炉冷空空冷冷50061奥奥氏氏体体化化后后快快速速冷冷至至某某一一温温度度，再再经经恒恒温温处处理理，使使其其发发生生珠珠光光体体转转变变，然然后后再再以以稍稍快快方方式式冷冷却却的的一一种种工工艺艺。等等温温退退火火组组织织与与硬硬度度比完全退火更为均匀。比完全退火更为均匀。目的：与完全退火相同目的：与完全退火相同,能获得均能获得均匀的预期组织。匀的预期组织。等等温温温温度度一一般般靠靠近近“TTT”曲曲线线鼻鼻子子温温度度，因因此此温温度度过过冷冷奥奥氏氏体体分分解解转转变变孕孕育育期期最最短短，转转变变所所需需时时间间最最短短。对对于于过过冷冷奥奥氏氏体体稳稳定定的的钢钢种种，等等温温退退火火可可显显著缩短退火周期。著缩短退火周期。（2）等温退火）等温退火时间时间温温度度保温保温Ac3+2030快快冷冷空冷空冷TpAP63使使钢钢中中渗渗碳碳体体球球化化的的一一种种热热处处理理工工艺艺，主主要要应应用用于于过过共共析析钢钢和和共共析析钢钢。加加热热温温度度略略高高于于Ac1，然然后后缓缓慢慢冷冷却却到到600550再再出出炉炉冷冷却却。组组织织为为铁铁素素体体基基体体上上分分布布着着细细小小均均匀匀的的球状渗碳体。球状渗碳体。目目的的：使使二二次次渗渗碳碳体体及及珠珠光光体体中中的的渗渗碳碳体体球球化化，以以降降低低硬硬度度，改改善善切切削削加加工工性性能能，并并为为淬淬火火作作组组织织准准备备。（退火前正火将网状渗碳体破碎）（退火前正火将网状渗碳体破碎）需需要要较较长长的的保保温温时时间间来来保保证证二二次次渗渗碳体的自发球化。碳体的自发球化。（3）球化退火）球化退火时间时间温温度度保温保温Ac1+2040缓冷缓冷空空冷冷60055064加热至加热至Ac3或或Accm以上以上150-300，保温保温10-15h，炉冷。常应用于铸锭、，炉冷。常应用于铸锭、铸钢件热处理。铸钢件热处理。目的：消除由于铸锭、铸件的枝晶目的：消除由于铸锭、铸件的枝晶偏析引起的化学成分不均匀、组织偏析引起的化学成分不均匀、组织不均匀。不均匀。加热温度高，时间长，奥氏体晶粒加热温度高，时间长，奥氏体晶粒非常粗大，还应再进行完全退火或非常粗大，还应再进行完全退火或正火以便细化晶粒。该工艺缺点耗正火以便细化晶粒。该工艺缺点耗能大，成本高。能大，成本高。（4）扩散退火）扩散退火时间时间温温度度Ac3(Accm)+150-300，保温保温1015h缓冷缓冷65（5）去应力退火）去应力退火将将工工件件随随炉炉缓缓慢慢加加热热至至500-600，经经保保温温后后，炉炉冷冷至至200-300后后空空冷冷的工艺。的工艺。目目的的：消消除除铸铸件件，焊焊件件及及冷冷变变形形件件加加工工中中产产生生的的内内应力，防止工件变形开裂。应力，防止工件变形开裂。时间时间保温保温500600炉冷炉冷空冷空冷300200温温度度66将将经经过过冷冷加加工工变变形形的的金金属属加加热热至至650-700（再再结结晶晶温温度度以以上上100150），保保温温后后空冷。空冷。目目的的：使使冷冷加加工工金金属属发发生生再再结结晶晶，形形成成新新的的等等轴轴晶晶粒粒，消除内应力。消除内应力。（6）再结晶退火）再结晶退火时间时间保温保温650700炉冷炉冷空冷空冷300200温温度度67ABEGHJNPSQ +Fe3C+Fe3CL+LL+低温（再结晶、去应力）低温（再结晶、去应力）扩散扩散球化球化完全完全相相图图中中各各种种退退火火工工艺艺的的加加热热温温区区示示意意图图68钢钢件件加加热热到到Ac3(对对于于亚亚共共析析钢钢)和和Accm(对对于于过过共共析析钢钢)以以上上3080,保保温温适当时间后适当时间后,空冷。空冷。正正火火后后的的组组织织：亚亚共共析析钢钢为为F+S,共共析析钢钢为为S,过过共共析析钢为钢为S+Fe3CII目目的的：组组织织正正常常化化，亦亦称称常化处理。常化处理。正火正火时间时间Ac3(Accm)+3080空冷空冷温温度度69一般应用：一般应用：1）最终热处理：）最终热处理：正火可以细正火可以细化晶粒，使组织均匀化，减少亚化晶粒，使组织均匀化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并细化，从而提高钢的含量增多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。强度、硬度和韧性。2）预先热处理：）预先热处理：截面较大的截面较大的合金结构钢件，在淬火或调质处合金结构钢件，在淬火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行理（淬火加高温回火）前常进行正火，正火，以消除魏氏组织和带状组以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织。织，并获得细小而均匀的组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其不形成连续网状，为量，并使其不形成连续网状，为球化退火作组织准备。球化退火作组织准备。3）改善切削加工性能改善切削加工性能ABEGHJNPSQ +Fe3C+Fe3CL+LL+70 加热温度为加热温度为Ac3以上以上3050；加热温度过高，奥氏体晶粒加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，淬火得到马氏体针片粗大，淬火得到马氏体针片尺寸大，应力大、脆性大；尺寸大，应力大、脆性大；加热温度偏低如在加热温度偏低如在Ac1Ac3之间，则淬火后有残余铁素之间，则淬火后有残余铁素体存在，钢的硬度不均匀，体存在，钢的硬度不均匀，强度及硬度偏低。强度及硬度偏低。（1）淬火加热温度）淬火加热温度亚共析钢淬火亚共析钢淬火淬火淬火ABEGHJNPSQ +Fe3C+Fe3CL+LL+71过共析钢淬火过共析钢淬火加热温度为加热温度为Ac1以上以上30-50;组组织织为为奥奥氏氏体体及及未未完完全全溶溶解解的的球球状状渗渗碳碳体体，淬淬火火后后为为马马氏氏体体加加球球状状渗渗碳碳体体，这这种种组组织织有有较较高的硬度。高的硬度。淬淬火火温温度度过过高高，高高于于Accm，则则先先共共析析渗渗碳碳体体全全部部溶溶入入奥奥氏氏体体中中，冷冷却却后后马马氏氏体体针针尺尺寸寸大大，由由于于含含碳碳量量高高，MS点点降降低低，淬淬火后残余奥氏体体积分数增多；火后残余奥氏体体积分数增多；淬淬火火加加热热温温度度偏偏低低，甚甚至至未未实实现现奥奥氏氏体体化化，淬淬火火后后不不能能转转变变成马氏体。成马氏体。ABEGHJNPSQ +Fe3C+Fe3CL+LL+72（2）淬火介质）淬火介质淬火时所用的冷却剂为淬火介质。淬火时所用的冷却剂为淬火介质。常用的淬火介质有水，机油及盐水、碱水等。常用的淬火介质有水，机油及盐水、碱水等。水和油都不是理想淬火剂。水和油都不是理想淬火剂。淬透性淬透性差的碳钢通常把水作为淬火介质差的碳钢通常把水作为淬火介质。水水650550（中温）：冷却能力较大（中温）：冷却能力较大300200（低温）：冷却能力很大（低温）：冷却能力很大易易变变形形与与开开裂裂油常做为淬透性较高的合金钢的淬火介质。油常做为淬透性较高的合金钢的淬火介质。低温：冷却能力低低温：冷却能力低利于减少变形开裂利于减少变形开裂中温：冷却能力低中温：冷却能力低马氏体淬火不完全马氏体淬火不完全各各种种机机油油73理想淬火剂：理想淬火剂：中温区冷却速度快：避免过冷奥氏体中温分解转变；中温区冷却速度快：避免过冷奥氏体中温分解转变；低温区冷却慢：减少淬火过程中的组织应力及热应力。低温区冷却慢：减少淬火过程中的组织应力及热应力。理想淬火剂举例：理想淬火剂举例：国内水玻璃碱水溶液等合成淬火剂，冷却能力介于水和油之国内水玻璃碱水溶液等合成淬火剂，冷却能力介于水和油之间，是一种接近理想的淬火介质。间，是一种接近理想的淬火介质。75回火回火马氏体马氏体+残余奥氏体，非稳定组织残余奥氏体，非稳定组织组织应力，变形开裂倾向大组织应力，变形开裂倾向大低低温温回回火火：工工件件在在150200进进行行回回火火。保保留留淬淬火火工工件件高高的的硬硬度和耐磨性，降低残余应力和脆性。回火后得到回火马氏体。度和耐磨性，降低残余应力和脆性。回火后得到回火马氏体。中中温温回回火火：在在350500进进行行回回火火。目目的的是是得得到到较较高高的的弹弹性性和和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火屈氏体。屈服点，适当的韧性。回火后得到回火屈氏体。高高温温回回火火：工工件件在在500 以以上上进进行行回回火火。得得到到强强度度、塑塑性性和和韧韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体。性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体。回回火火脆脆性性：低低温温回回火火脆脆性性不不可可逆逆，应应避避免免。高高温温回回火火脆脆性性可可以以通过加热来消除。通过加热来消除。76回火马氏体金相图77过冷奥氏体：过冷奥氏体：奥氏体在临界点以上为稳定相，不会发生转变，冷至临界点以下将处于不稳奥氏体在临界点以上为稳定相，不会发生转变，冷至临界点以下将处于不稳定状态，奥氏体将发生分解转变。处于临界点以下尚未发生分解转变的奥氏定状态，奥氏体将发生分解转变。处于临界点以下尚未发生分解转变的奥氏体称为过冷奥氏体。体称为过冷奥氏体。1过冷奥氏体高温转变过冷奥氏体高温转变过冷奥氏体在过冷奥氏体在A1至至550区间分解转变，转变产物为珠光体类型组织，区间分解转变，转变产物为珠光体类型组织，为扩散型转变。它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片为扩散型转变。它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层厚薄不同，又分为珠光体、索氏体和托氏体。层厚薄不同，又分为珠光体、索氏体和托氏体。珠光体：形成温度为珠光体：形成温度为A1-650，片层较厚；，片层较厚；0.6-1.0m索氏体：形成温度为索氏体：形成温度为650-600，片层较薄；，片层较薄；0.2-0.3m 托氏体：形成温度为托氏体：形成温度为600-550，片层极薄；，片层极薄；0.1-0.15m一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变片间距越小，钢的强度、硬度越高，片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性略有改善。而塑性和韧性略有改善。78转变温度转变温度550350区间的产物区间的产物称为上贝氏体，光镜下呈羽毛状。称为上贝氏体，光镜下呈羽毛状。2、过冷奥氏体中温转变、过冷奥氏体中温转变过冷奥氏体在过冷奥氏体在550-Ms点之间等温分解点之间等温分解转变，转变产物为贝氏体。转变，转变产物为贝氏体。性性能能特特点点：上上贝贝氏氏体体强强度度与与塑塑性性都都较较低低，无无实用价值。实用价值。79转变特点：转变特点：上贝氏体和下贝氏体均为铁素体和上贝氏体和下贝氏体均为铁素体和渗碳体的混合物。渗碳体的混合物。性性能能特特点点：下下贝贝氏氏体体除除了了强强度度、硬硬度度较较高高外外，塑塑性性、韧韧性性也也较较好好，即即具具有有良良好好的的综综合合力力学学性能，是生产上常用的强化组织之一。性能，是生产上常用的强化组织之一。转变温度转变温度350Ms区间的产物称区间的产物称为下贝氏体。为下贝氏体。80