【正文】 《 工程材料及成型技術(shù) 》機(jī)械學(xué)院第 3章 鋼的熱處理及表面處理材料成型系第三章 鋼的熱處理及表面處理改性 處理熱處理表面處理普通熱處理 退火、正火、回火、淬火滲碳、滲氮碳氮共滲滲金屬特殊熱處理表面淬火 感應(yīng)淬火 高、中、工頻淬火火焰淬火激光淬火 氧乙炔、氧煤氣焰化學(xué)熱處理表面熱處理形變熱處理真空熱處理可控氣氛熱處理表面強(qiáng)化表面防護(hù)熱 噴涂氣相沉積高能束強(qiáng)化發(fā)藍(lán)（高溫堿性和酸性、常溫發(fā)藍(lán)）磷化（高溫、中溫低溫和常溫磷化）電鍍（鍍鋅、鍍鉻等）化學(xué)鍍著色裝飾第一節(jié) 鋼的熱處理 原理普通熱處理（ 退火、正火、淬火和回火 ）表面熱處理（ 表面淬火 和 化學(xué)熱處理 ）。加熱、 保溫 和冷卻改變 組織 (材料整體或表面 ) 獲得 性能 的一種熱加工工藝。固態(tài)金屬或合金 在一定介質(zhì)中 熱處理一、鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變加熱時(shí) ，實(shí)際轉(zhuǎn)變溫度往往要 偏離平衡的臨界溫度 ， AC AC ACm等冷卻時(shí) ,如 Ar Ar Arm等 （一）奧氏體的形成過程 鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成過程又稱為 奧氏體化 。 有形核、長大和均勻化等過程以共析鋼的奧氏體形成過程為例 奧氏體的形核 奧氏體晶核的 長大 殘留滲碳體的溶解 奧氏體成分 均勻化奧氏體的形成F Fe3C 未溶 Fe3CA殘留 Fe3C AAAA 形核 A 長大殘留 Fe3C溶解 A 均勻化奧氏體長大示意 圖過共析鋼的加熱過程： 亞共析鋼的加熱過程： （二）奧氏體晶粒大小及其控制 標(biāo)準(zhǔn)金相圖片（標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖）評(píng)定晶粒大小的級(jí)別 . 分為 8級(jí)， 1級(jí)最粗， 8級(jí)最細(xì)。1～ 4級(jí)為粗晶粒度， 5～ 8級(jí)為細(xì)晶粒度。 實(shí)際晶粒度 :實(shí)際條件得到的晶粒大小本質(zhì)晶粒度 :用以表明奧氏體晶粒長大傾向的晶粒度稱為。標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 :加熱 到 930177。10℃ ， 保溫 3～ 8h后測(cè)定奧氏體晶粒大小，在 1～ 4級(jí)， 本質(zhì)粗晶粒鋼 ；在 5～ 8級(jí)， 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。 1).奧氏體晶粒均勻細(xì)小 ,熱處理后鋼的力 學(xué)性能提高。2).粗大的奧氏體晶粒在淬火時(shí)容易引起 工件產(chǎn)生較大的變形甚至開裂。 ⑵ 加熱速度 越快 d細(xì)小 過熱度越大⑶ 鋼的化學(xué)成分 無殘 Cm奧氏體中含碳量的增加 晶粒長大傾向增大Ti、 Zr、 V、 Nb、 Al等 碳化物和氮化物 阻礙晶界的遷移 本質(zhì)細(xì)晶粒鋼Mn和 P 促進(jìn)奧氏體晶粒長大⑴ 加熱溫度與保溫時(shí)間 T越高 ， t越長 ， d粗大 ， 原子擴(kuò)散(一 )鋼在熱處理時(shí)的冷卻方式 熱加保溫時(shí)間溫度臨界溫度連續(xù)冷卻 等溫冷卻 二、鋼在冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體的高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）Fe、 C原子擴(kuò)散 擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變A1～ 550℃等溫冷卻加熱保溫時(shí)間溫度A1550℃AP 1）珠光體的組織形態(tài)(二 )鋼在連續(xù)冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變按片間距的大小可將其分為三類：600～ 550℃ 片層極細(xì)的， 托氏體（屈氏體）， “ T” 。650～ 600℃ 片層較細(xì)的，索氏體， “ S” ；珠光體 索氏體 托氏體（屈氏體）A1～ 650℃ 片層較粗 珠光體， “P” 2)珠光體的力學(xué)性能片層間距越小，則強(qiáng)度和硬度越高，塑性和韌性也越好。組織 名稱 表示符號(hào) 形成溫度范 圍 ℃ 層 片 間 距 μ m 硬度 HBS珠光體 P A1650 170230索氏體 S 650600 230320托氏體 T 600550 330400珠光體形成示意圖 過冷奧氏體的低溫轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）無擴(kuò)散性相變（ Fe、 C原子失去擴(kuò)散能力）馬氏體（ M） 是碳在 α—Fe 中的 過飽和固溶體加熱保溫時(shí)間溫度A1550℃AP230℃ Ms馬氏體晶體結(jié) 構(gòu)1）馬氏體的組織形態(tài)板條馬氏 體 Wc:%以下 低碳馬氏體板條馬氏體內(nèi)有高密度的位錯(cuò)纏結(jié)的亞結(jié)構(gòu)位錯(cuò)馬氏體兩種基本形態(tài)：針狀馬氏體 wc在 %～ %之間兩種馬氏體的混合組織含碳量越高，板條狀馬氏體量越少 當(dāng) wc %時(shí)亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶 孿晶馬氏體 2）馬氏體的力學(xué)性能W C/%含碳量，含碳量的增加而升高。塑性和韌性 板條（位錯(cuò)）型 比片狀（孿晶）型馬氏體好得多片狀馬氏體的韌性低，脆性大，斷面收縮率和斷后伸長率都很低。亞結(jié)構(gòu)硬度 3）馬氏體轉(zhuǎn)變的主要特點(diǎn)⑴ 無擴(kuò)散性、速度極快 107s⑵ 轉(zhuǎn)變是在一個(gè)溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的 在 Ms～ Mf⑶ 轉(zhuǎn)變不完全多數(shù)鋼的 Mf點(diǎn)在室溫以下殘余（留）奧氏體，常用 Ar表示。加熱保溫時(shí)間溫度A1550℃AP230℃ MsMf奧氏體含碳量對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響6007005003004002001000100200 溫度 ℃Wc ? 100MsMf9080507040602030100 Wc ? 100殘余奧氏體量 ( % )奧氏體含碳量對(duì)殘余奧氏體數(shù)量的影響 過冷奧氏體的中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）Ms點(diǎn) (230550 ℃)C原子擴(kuò)散 — 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變貝氏體 （ B） 是 碳化物（滲碳體） 分布在 碳過飽和的鐵素體 基體上的 兩相混合物。 加熱保溫時(shí)間溫度A1550℃AP230℃ MsMfB上貝氏體 （ B上 ）550℃ 至 350℃組織形態(tài)呈羽毛狀B上 =過飽和碳 αFe條狀 + Fe3C細(xì)條狀過飽和碳 αFe條狀 Fe3C細(xì)條狀羽毛狀 ⑵ 下貝氏體（ B下 ）350℃ 至 Ms(230 ℃)呈黑色針狀或竹葉狀。B下 =過飽和碳 αFe針葉狀 + Fe3C細(xì)片狀過飽和碳 αFe針狀 Fe3C細(xì)片狀針葉狀貝氏體的力學(xué)性能 :上貝氏體 :強(qiáng)度和韌性均 差 。下貝氏體 :強(qiáng)度高 ，韌性也好， 較好的綜合力學(xué)性能(三 ) 過冷奧氏體的等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線1. 建立共析鋼過冷奧氏體等溫冷卻轉(zhuǎn) 變曲線 TTT曲線 ( C 曲線 )T timeT temperatureT transformation 共析碳鋼 TTT 曲線建立過程示意圖時(shí)間 (s)300102 103 1041010800100100200500600700溫度(℃ )0400A1孕育期過冷度原子擴(kuò)散的溫度二 ) 共析碳鋼 TTT 曲線的分析穩(wěn)定的奧氏體區(qū)過冷奧氏體區(qū)A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變開始線A向產(chǎn)物轉(zhuǎn)變終止線 A +產(chǎn) 物 區(qū)產(chǎn)物區(qū) A1～ 550℃ 。高溫轉(zhuǎn)變區(qū) 。擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 。 P 轉(zhuǎn)變區(qū)。550～ 230℃ 。中溫轉(zhuǎn)變區(qū) 。 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 。 貝氏體 ( B ) 轉(zhuǎn)變區(qū) 。230～ 50℃ 。 低溫轉(zhuǎn)變區(qū) 。 非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變 。馬氏體 ( M ) 轉(zhuǎn)變區(qū)。時(shí)間 (s)300102 103 1041010800100100200500600700溫度(℃ )0400A1MsMf TTT曲線 FA P + FS + FTBM + A殘A3時(shí)間 (s)300102 103 1041010800100100200