【正文】 級為粗晶粒 ,5~8 級為細(xì)晶粒。一般來說，在珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變剛完成時，所獲得的奧氏體晶粒是比較細(xì)小的，此瞬間的奧氏體晶粒大小，稱奧氏體起始晶粒度。奧氏體均勻化過程，除了碳的均勻化外，還包括合金元素的均勻化過程 .由于合金元素在鋼中的擴(kuò)散速度大大落后于碳的擴(kuò)散速度，所以合金鋼奧氏體均勻化所需的時間比碳鋼長得多 . ? ? 新相奧氏體晶核大多在鐵素體與滲碳體相界面上形成。如果碳化物聚集成大塊狀，或形成特殊碳化物，則即使延長加熱時向也不能使其充分溶解，將造成奧氏體中含碳量及合金化程度的降低。高溫快速加熱時，由于奧氏體形成時間極短，又加之隨著溫度的升高形核率的增加遠(yuǎn)大于其長大線速度的增加，所以只要正確地控制加熱時間，盡管加熱溫度很高依然可以得到細(xì)晶粒的組織 . 2 .碳和合金元素的影響 鋼中的含碳量越高，滲碳體的數(shù)量越多，鐵素體與滲碳體的相界面也越多，使奧氏體生核的基地增多，從而使奧氏體形成的速度加快。所以，亞共析和過共析鋼加熱時，在珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體后，還有鐵素體或二次滲碳體向奧氏體轉(zhuǎn)變或溶解的過程。 ? 在剛形成的奧氏體晶粒中，由于原來是滲碳體片層的地方比原來是鐵素體片層地方的碳濃度要高些，碳原子的擴(kuò)散就需要一定的時間，最后才能得到均勻的奧氏體晶粒。而新相奧氏體的相界面的推移是通過鐵原子和碳原子的擴(kuò)散來進(jìn)行的。因?yàn)?，相界面處約原子是按鐵素體與滲碳沐兩種晶格的過渡結(jié)構(gòu)排列著，很不規(guī)則，原子偏離平衡位置處于畸變而具有較高能量狀態(tài)。 一、鋼在加熱時奧氏體的形成 以共析鋼為例 ,當(dāng)加熱溫度在 A c1以上 ,珠光體轉(zhuǎn)為奧氏體 .由于鐵素體、滲碳體與奧氏體不僅晶格類型不同 ,而且含碳量也相差較大。而在實(shí)際生產(chǎn)中，其組織轉(zhuǎn)變溫度隨加熱或冷卻速度的變化而變化的。第七章 鋼的熱處理原理 鋼的熱處理是通過鋼在固態(tài)下的加熱、保溫和冷卻改變鋼的內(nèi)部組織，從而改變性能的一種工藝方法 . 鋼經(jīng)熱處理后，內(nèi)部組織的轉(zhuǎn)變 相變，是熱處理的基礎(chǔ)。加熱速度愈大，其臨界溫度升高愈多，反之，冷卻速度愈大，則臨界溫度也降低愈多。因此， 這一轉(zhuǎn)變過程必然伴隨著晶格改變和碳原子的重新分布，而這兩者之間又是依靠鐵原子和碳原子的擴(kuò)散過程來完成的。這就有利于鐵原子的擴(kuò)散和碳原子的擴(kuò)散和聚集，為新相奧氏體形核提供了良好的條件，奧氏體晶核形成后，其長大在兩個方向上進(jìn)行。 由于滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)和含量碳都與奧氏體差別很大，故滲碳體溶解入奧氏休，必然落后于鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。因此，鋼在加熱時需要一定的保溫時間。 二、影晌珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變速度的因素 、加熱速度的影響 加熱溫度越高，奧氏體形成越迅速，珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變所需的時間越短 . 這是因?yàn)榧訜釡囟雀撸訑U(kuò)散速度增大。 ? 鋼中的合金元素除鈷外，大多數(shù)合金元素都會減慢碳在奧氏休中的擴(kuò)散速度，大大延緩了奧氏體的形成速度。 ? 由于不同的合金元素和鐵、碳的親和力不同，因而它們在鐵素體和碳化物中的分布也不同。對同一成分的鋼，原始組織越細(xì)，相界面越多，形成奧氏體晶核的基地越多，轉(zhuǎn)變速度就越快。 ? 如果加熱溫度較高或保溫時間較長，奧氏體晶粒就易長大，這是因?yàn)樵谳^高溫度下，原子擴(kuò)散速度快，相鄰的晶粒相互并吞的結(jié)果。 ? 2 .影響奧氏體晶粒長大的因素 ? 奧氏體晶粒長大是個自發(fā)過程 ,不同的外界因素可以在不同程度上促進(jìn)或抑制其長大過程的進(jìn)行。在一定加熱溫度下，奧氏體晶粒一開始隨保溫時間的延長長大較快，然后逐漸減慢，到一定時間后，即使再延長保溫時間，其晶粒變化不大。因?yàn)殡S著含碳量增加，碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度增加。 ? 第二節(jié) 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 ? 鋼在室溫時的組織與機(jī)械性能不僅與加熱時獲得的奧奧氏體狀態(tài)有關(guān)，而且與奧氏體在冷卻時的轉(zhuǎn)變有關(guān)。 ? 2 ．奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能 ? 將奧氏體過冷至（ A 1~MS ）溫度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行等溫轉(zhuǎn) 變。等溫溫度越低，所得珠光體越細(xì) .在 700 ℃ 等溫，由于過冷度較小，所得的是片距為 ~，其硬度約為 HB190；在 650 ℃ 等溫，得到片距為 ，又稱索氏體，其硬度為 HRC30。 ? (2)奧氏體等溫轉(zhuǎn)變過程，必須經(jīng)過一段時間才能完成。一般來說，非碳化物形成元素 Ni 、 M n 、Si、 Cu 、 Al 等及少量碳化物形成元素 ,對珠光體和貝氏體的轉(zhuǎn)變的影響不大 ,但他們的使曲線右移 ,加入量越大 ,右移越甚 .強(qiáng)碳化物形成元素如 Ti 、 V 、 Mo 、 Cr等含量較多時 ,將強(qiáng)烈延緩珠光體轉(zhuǎn)變但不同樣強(qiáng)烈延緩貝氏體轉(zhuǎn)變 ,以致使珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變彼此分離 ,形成兩個鼻子 .而且當(dāng)這些元素達(dá)到一定量后 ,甚至可以在高溫和低 溫兩個區(qū)域之間出現(xiàn)一個過冷奧氏體不易轉(zhuǎn)變的亞穩(wěn)定區(qū) . ? (3)加熱溫度和保溫時間的影響 ? 加熱溫度越高，保溫時間越長，過冷奧氏體越穩(wěn)定， C 曲線越向右移．這是因?yàn)榧訜釡囟仍礁撸貢r間越長，奧氏體成分越均勻，晶粒越粗大未溶質(zhì)點(diǎn)減少，而使新相形核困難，使過冷奧氏體不易分解。盡管連續(xù)冷卻時，過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律并無根本的改變，而且也可以利用等溫轉(zhuǎn)變曲線粗略地估計連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變，但畢竟與等溫過程不同。往往只是在連續(xù)冷卻過程中，經(jīng)過中溫區(qū)域時附帶生成少量或根本不生成貝氏休。 F e F e??? ? ? 馬氏體中的含碳量就是原奧氏體中的含碳量。 馬氏體轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)（ Ms 一 Mz)進(jìn)行的。其性能特點(diǎn)是硬度高，脆性大 . 含碳量較低（ ％ )的低碳馬氏體，其空間形態(tài)為一束束相互平行的細(xì)條狀，又稱條狀馬氏體。 ? ，即可以近似地計算出臨界冷卻速度 (V0).為保證工件淬火時，能全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體 ,可根據(jù)臨界冷卻速度的大小選擇冷卻介質(zhì)及評定鋼的淬透性 ? 第三節(jié) 鋼的退火與正火 ? 一、退火與正火的自的 ? 1 、制造各種機(jī)械零件需要經(jīng)過各種不同的冷、熱加工工序。 ? ,降低硬度 ,便于切削加工 。 ? 含碳量為 ％的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)楹咸剂考熬Ц耦愋徒厝徊煌臐B碳依和鐵素體。 ? 奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，和其它相變一樣也是一個形核和核長大的過程。如此連續(xù)地交替進(jìn)行，結(jié)果形成了相互交替，位向基本相同的片層狀珠光體組織。 ? 2 .影響珠光體形成的因素 ? 珠光體轉(zhuǎn)變是擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，其轉(zhuǎn)變過程是通過形核和長大完成的，故一切影響原子擴(kuò)散和形核、長大的因素都將影響珠光體的形成。當(dāng)幾種合金元索綜合作用時，對珠光體轉(zhuǎn)變的抑制作用更甚 .所以合金鋼完成珠光體轉(zhuǎn)變要比碳鋼所需的時間長。 ? ? 共析鋼在 A1以下高溫轉(zhuǎn)變區(qū)域中，奧氏體將全轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 ? 含碳量較低的亞共析鋼，在 M 范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變時，先共析鐵素體將沿晶界長大并變厚，聚集成塊狀。 ? 珠光體并非全是片狀的。 ? 在相同的含碳量情況下，顆粒狀珠光體，由于碳化物呈顆粒狀，而且相界而較片狀珠光體少，故其強(qiáng)度和硬度低寸片狀珠光體，但塑性較好 .顆粒狀珠光體，隨碳化物顆粒度的減小，強(qiáng)度和硬度增高。高溫長時間加熱是為了使合金元素得到充分的擴(kuò)散，從而消除枝晶偏析。 ? 完全退火的工藝是將鋼件加熱至 Ac3以上 30~50 ℃ ，保溫一定時間后，隨爐級慢冷卻（或埋在沙中冷卻）至 500 ℃ 以下，然后空冷。 ? 由于過共析鋼經(jīng)軋制、鍛造空冷后，組織中會出現(xiàn)層片狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體。 ? 一般球化退火工藝是將鋼件加熱至 AC1以上 2030 ℃ （或在 Ar1以下 2 0 ℃ 左右 ) ，保溫一定時間后 (等溫 4~6小時）隨爐進(jìn)行冷卻。 ? ? 完全退火的生產(chǎn)周期長，特別對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，其退火工藝往在需要幾十小時，如果在珠光體形成溫度進(jìn)行奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變處理，這樣做可在等溫 ? 處理的前后稍快地進(jìn)行冷卻，以便縮短整個退火周期，而且所獲得的組織也比較均勻。一般碳鋼為 1~2 小時，合金鋼為 3~4 小時。 ? 去應(yīng)力退火的工藝是將鋼件加熱至 A1以下，一般為 5 00~650℃ ，經(jīng)一段時間 (24)小時的保溫，然后緩慢冷卻至 300 ℃ 以下出爐。由于正火的冷卻速度比退火冷卻速度稍快所得組織較退火細(xì)，強(qiáng)度和硬度有所提高。 ? ％的鍛件的退火處理 ? 六、退火與正火的選擇 ? 由于退火與正火的目的大致相同，多數(shù)都是作為預(yù)備熱處理，在生產(chǎn)上有時可以相互代替 .在實(shí)際生產(chǎn)中如何進(jìn)行選擇，可以從以下幾方面進(jìn)行考慮 : 1 .從改善切削加工性能方面考慮 ? 鋼的硬度在 HB160~230 范圍內(nèi) ,組織中沒有大塊柔韌的鐵素體時，切削加工比較方便。 :從減少最后熱處理淬火時的變形開裂傾向方面看，正火不如退火 .對于準(zhǔn)備進(jìn)行快速加熱的工件，正火組織比退火組織更有助于加快奧氏體化過程。 .淬火后，一般獲得最高的硬度，如配以不同的溫度回火，可以大幅度地提高鋼的強(qiáng)度、韌性及疲勞強(qiáng)度，并可獲得這些性能之間的各種配合，以滿足不同的使用要求。 2.馬氏體的晶體結(jié)構(gòu) ? 淬火鋼的組織主要是馬氏體。同一奧氏體晶粒內(nèi)，可以形成位向不同的多個馬氏體束，束與束之間的位向差別較大。在電子顯微鏡下觀察針狀馬氏休，針內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要為孿晶，針(片 )狀馬氏體又稱孿晶馬氏體 . ? 鋼淬火后的組織形態(tài)，一般認(rèn)為主要取決于奧氏體的化學(xué)成分和馬氏體的形成溫度。馬氏體形成溫度低，則易于形成針狀馬氏體。其所以具有較高的硬度主要是馬氏體中過飽和的碳原子引起固溶強(qiáng)化的結(jié)果，而且其強(qiáng)化效果隨含碳量的增加而增強(qiáng)。此外，原始奧氏體的晶粒愈細(xì)，得到的細(xì)小馬氏體強(qiáng)度愈高。低碳板條狀馬氏體兼有很高的強(qiáng)度和良好的韌性。 ? (4)馬氏體的比容 ? 在鋼的組織中，馬氏體具有最大的比容，且含碳量愈高，兩者相差愈大，因此淬火前后工件體積變化也愈大。 ? 2 ．馬氏體的變溫形成 ? 馬氏體轉(zhuǎn)變必須在連續(xù)冷卻過程中才能基本完成。淬火組織中的殘留奧氏體對工件淬火時的變形、開裂及其機(jī)械性能有相當(dāng)?shù)挠绊憽? 恒溫停留時間越長，冷卻速度越小，巳轉(zhuǎn)變