【正文】 0 等十二個(gè)等級(jí)，其中常用的 1~10 級(jí)， 4 級(jí)以下為粗晶粒， 58 級(jí)為細(xì)晶粒， 8 級(jí)以上為超細(xì)晶粒。（ 930～950℃以下加熱，晶粒長(zhǎng)大的傾向小，便于熱處理） A 中 C 含量上升則晶粒長(zhǎng)大的傾向大。 共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 1） 高溫珠光體型轉(zhuǎn)變： A 1 ~550℃ （ 1）珠光體（ P） A 1 ~650℃ 粗層狀 約 μ m 25HRC （ 2）索氏體（ S） 650~600℃ 細(xì)層狀 ~ μ m 25~35HRC （ 3）托氏體（ T） 600~550℃ 極細(xì)層狀 約 μ m 35~40HRC 2） 中溫貝氏體型轉(zhuǎn)變： 550~Ms （ 1）上貝氏體（ B 上 ） 550~350 ℃ 羽毛狀 40~45HRC 脆性大，無(wú)使用價(jià)值 （ 2）下貝氏體（ B 下 ） 350~M S 黑色針狀 45~55HRC 韌性好，綜合力學(xué)性能好 3） 低溫馬氏體型轉(zhuǎn)變： M s ~M f 當(dāng) A 被迅速過(guò)冷至 M S 以下時(shí)，則發(fā)生馬氏體（ M）轉(zhuǎn)變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。針片狀 M 比板條 M具有 更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。 一、鋼的退火 概念： 將鋼件加熱到適當(dāng)溫度 (Ac 1 以上或以下 )，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài) 組織的熱處理工藝稱為退火。 3） 工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過(guò)冷奧氏體在 Ar1 以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。 4） 適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄，焊，鍛，軋制件等。 （ 2） 球化退火 1） 概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。 過(guò)共析鋼中有網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)，不僅硬度高，難以進(jìn)行切削加工，而且增大鋼的脆性，容易產(chǎn)生淬火變形及開(kāi)裂。 （３） 均勻化退火（擴(kuò)散退火） 1） 工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 Ac 3 以上 150~00℃，保溫 10~15h后緩慢冷卻以消除化學(xué) 成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。 4） 注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、 脫碳嚴(yán)重，成本很高。（去應(yīng)力退火不發(fā)生扭變） 2) 工藝：將工件緩慢加熱到 Ac 1 以下 100~200℃（ 500~600℃）保溫一定時(shí)間（ 1~3h）后隨爐緩冷至 200℃，再出爐冷卻。 二、鋼的正火 概念： 將鋼件加熱 到 Ac 3 (或 Ac cm )以上３０～５０℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為鋼的正火。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過(guò)熱缺陷和帶狀組織。但當(dāng)過(guò)共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。 三、退火和正火的選擇 退火與正火的主要區(qū)別： 正火的冷卻速度比退火稍快，過(guò)冷度較大 正火后所得到的組織比較細(xì)，強(qiáng)度和硬度比退火高一些。 ３、 含碳量在 ～ ％之間的鋼，因含碳量較高，正火后的硬度顯著高于退火的情況，難以進(jìn)行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 退火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理，在工模具或機(jī)械零件等的制造過(guò)程中，經(jīng)常作為預(yù)備熱處理安排在鑄鍛焊之后，切削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所帶來(lái)的某些缺陷，并為隨后的工序做好準(zhǔn)備。 一、鋼的淬火的定義 定義：將鋼件加熱到 Ac 3 或 Ac 1 以上某一溫度， 保持一定時(shí)間。 ② 共析鋼與過(guò)共析鋼 Ac 1 +(30~50)℃，由于有高硬度的滲 碳體和馬氏體存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。 理想冷卻速度： 650℃以上應(yīng)當(dāng)慢冷，以盡量降低淬火熱應(yīng)力。 三、淬火介質(zhì) 淬火介質(zhì)：鋼從奧氏體狀態(tài)冷至 Ms 點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)。 水雖不是理想淬火介質(zhì)，但卻適用于尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的碳鋼工件淬火。 適用于對(duì)過(guò)冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼。由于水是價(jià)廉、容易獲得、性能穩(wěn)定的淬火介質(zhì)，因此目前世界各國(guó)都在發(fā)展有機(jī)水溶液作為淬火介質(zhì)。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級(jí)淬火，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形要求嚴(yán)格的工件。 雙介質(zhì)淬火 優(yōu)點(diǎn)：減少熱應(yīng)力與相變應(yīng)力，從而減少變形、防止開(kāi)裂。 馬氏分級(jí)淬火 優(yōu)點(diǎn)：使過(guò)冷奧氏體在緩冷條件下轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而頭減 少變形。 1. 影響淬透性有兩方面 （ 1） 鋼的化學(xué)成分。 2. 淬透性表示方法。在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的臨界直徑越大，其淬透性越好；但同 一鋼種在冷卻能力大的介質(zhì)中，比冷卻能力小的介質(zhì)中所得的臨界直徑要大些。如低合金鋼淬透性相當(dāng)好 ，但其淬硬性卻不高；高碳鋼的淬硬性高，但其淬透性卻很差。輕微的過(guò)熱可用延長(zhǎng)回火時(shí)間補(bǔ)救。過(guò)燒的原因主要是設(shè)備失靈或操作不當(dāng)造成的。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。 3. 淬火時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力 有兩種情況： ①工作在加熱或冷卻時(shí)，由于同部位存在著溫度差別而導(dǎo)致熱脹或冷縮不一致所引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。 但淬火不是最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。 鋼的回火 鋼件淬火后，再加熱到 A 1 以下某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。硬度為 35～ 50ＨＲＣ，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。 通常在工業(yè)上將鋼件經(jīng)淬火＋高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱為調(diào)質(zhì)。淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。硬度為58~64ＨＲＣ，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。如：軸承通過(guò)淬火加低溫回火可以提高硬度和耐磨性；彈簧鋼通過(guò)淬火加中溫回火可以顯著提高彈性極限。 當(dāng)兩力相復(fù)合超過(guò)鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件就變形；當(dāng)復(fù)合力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就開(kāi)裂。 在空氣介質(zhì)爐中加熱時(shí)，防止氧化和脫碳最簡(jiǎn)單 的方法是在爐子升溫加熱時(shí)向爐內(nèi)加入無(wú)水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧化和脫碳。 2. 淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳 淬火加熱時(shí)，鋼件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。 淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界出局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象稱為過(guò)燒。 由于過(guò)熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋。 值得注意的：鋼的淬透性與淬硬性是兩個(gè)不同的概念。臨界直徑是指鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或 50％馬氏體）組織的最大直徑。 （ 2） 奧氏體化條件。 馬 氏體等溫度淬火 優(yōu)點(diǎn)：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學(xué)性能 較好，應(yīng)用廣泛。 適用于中等形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。 四、淬火方法 單介質(zhì)淬火 優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、應(yīng)用廣泛。它們的共同特點(diǎn)是冷卻能力介于水、油之間，接近于理想淬火介質(zhì)。水的冷卻 能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。 與水相反，提高油溫可以降低粘度，增加流動(dòng)性，故可以提高高溫區(qū)的冷卻能力。 此外，水溫對(duì)水的冷卻特性影響很大，水溫升高，高溫區(qū)的冷卻速度顯著下降，而低溫區(qū)的冷卻速度仍然很高。 400 以下至 Ms 點(diǎn)附近應(yīng)當(dāng)緩以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn) 變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。 例如：原始組織為球狀珠光體的 T8 鋼，如淬火加熱溫度為 600℃（＜ Ac 3 ＝，則淬火后的硬度與淬火前的退火狀態(tài)基本相同；如淬火加熱溫度為 780℃（ Ac 3 ＋ 30～ 50℃），則淬火后的硬度能達(dá)到 63HRC；如淬火溫度提高至 1000℃（ 》Ac 3 ），雖然淬火后硬度能達(dá)到 63HRC，但是沖擊韌性卻顯著降低。 二、淬火溫度的選擇 主要學(xué)習(xí)碳鋼與合金鋼的淬火 Fe－ Fe 3 C 相圖來(lái)確定，其目的是為了 ①淬火后希望得到全部細(xì)小的馬氏體；②淬火后希望硬度高。 鋼 的 淬 火 鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序。 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。因?yàn)檩^快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒(méi)有其它熱處理工序時(shí)，用正火可以細(xì)化晶粒，提高低碳鋼強(qiáng)度。 4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。 3）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。碳的含量低于 ％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘 刀”，通過(guò)正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀珠光體，使硬度提高，可以改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。 組織：共析鋼 S 、亞共析鋼 F+S、過(guò)共析鋼 Fe 3 CⅡ＋ S ４、工藝：正火保溫時(shí)間和完 全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。 焊接件一般為 500～ 600℃。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來(lái)細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過(guò)熱缺陷。 冷卻速度和等溫溫度也會(huì)影響碳化物獲得球化的效果，冷卻速度快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物顆粒太細(xì)，聚集作用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。 3） 目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削 加工性能。低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。 ) （ 1） 完全退火： 1） 概念：將亞共析鋼（ Wc＝ ％ ~％）加熱到 AC 3 +（ 30~50） ℃， 完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、 埋入砂、石灰中），以獲得接近平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。 最終熱處理目的：使工件獲得所要求的性能。 2． 共析碳鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 （ 1） 隨爐冷 P 170~220HBS （ 700～ 650℃） （ 2） 空冷 S 25~35HRC （ 650～ 600℃） （ 3） 油冷 T＋ M 45~55HRC 550℃ （ 4） 水冷 M+A ′ 55~65HRC 3． 馬氏體轉(zhuǎn)變 當(dāng)冷速 V K 時(shí)，奧氏體發(fā)生 M轉(zhuǎn)變，即碳溶于 α — F e 中的過(guò)飽和固溶體，稱為 M（馬氏體） 。 奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖：表示奧氏體過(guò)冷在不同溫度下的等溫過(guò)程中，轉(zhuǎn)變溫度、轉(zhuǎn)變時(shí)間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物量的關(guān)系曲線圖。因此，合理選擇加熱和保溫時(shí)間。（ F 比 Fe 3 C 先消失） 奧氏體成分的均勻化 殘余 Fe 3 C 全溶后，經(jīng)一段時(shí)間保溫，通過(guò)碳原子的擴(kuò)散，使 A 成分逐步均勻化。在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。 第一節(jié) 鋼的熱處理原理 熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。 在熱處理生產(chǎn)上的應(yīng)用 從鐵碳相圖可知：鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過(guò)程中均有相的變化，所以鋼和鑄鐵可以進(jìn)行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。因此，可以根據(jù)零件的不同性能要求來(lái)合理地選擇材料。 Wc﹥ ％的鐵碳合金，基本上都已成了硬脆的滲碳體，強(qiáng)度很低，塑性和韌性隨滲碳體相對(duì)量的增加呈迅速下降趨勢(shì)。過(guò)共析鋼的組織是由珠光體和網(wǎng)狀二次滲碳體組成，隨著鋼中含碳量的增加，其組織中珠光體的數(shù)量不斷減少，而網(wǎng)狀二次滲碳體的數(shù)量相對(duì)增加，因因強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性值不斷下降。 第二節(jié) 鐵碳相圖的應(yīng)用 一、 含碳量對(duì)鐵碳合金平衡組織和性能的影響 隨著含碳量的增加，合金的室溫組織中不僅滲碳體的數(shù)量增加，其形態(tài)、分布也有變化，回此，合金的力學(xué)性能也相應(yīng)發(fā)生變化。此時(shí)的組織為一次滲碳體＋高溫萊氏體。合金在 1 點(diǎn)溫度以上為液體。最后室溫組織為珠光體、二次滲碳體和低溫萊氏體（ P+Fe 3 C Ⅱ +L 39。溫度緩冷 至 2點(diǎn)（ 1148℃）時(shí)，奧氏體的含碳量為 E 點(diǎn)的成分，液體的碳濃度為 C 點(diǎn)的濃度，于是這部分液體發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變。 五、 亞共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 圖 3－ 6 中合金Ⅴ表示亞共晶白口鐵。 1～ 2 點(diǎn)之間的組織為高溫萊氏體，是由奧氏體，二次滲碳體和共晶滲碳體組成（ A+Fe 3 C Ⅱ +Fe 3 C 共晶）。 四、 共晶白口鐵的結(jié)晶過(guò)程 圖 3－ 6 中合金Ⅳ表示共晶白口鐵（ Wc＝ ％）。降至4 點(diǎn)（ 727℃）時(shí)，奧氏體的成分達(dá)到了共析成分，于是這部分奧氏體發(fā)生共析反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。在 2～ 3 點(diǎn)之間是含碳時(shí)為合金Ⅲ奧氏組織。故亞共析鋼的室溫組織為鐵素體＋珠光體。沿著GS線變化。 二、 亞共析鋼的結(jié)晶過(guò)程 圖 3－ 6 中合金Ⅱ表示亞共析鋼。繼續(xù)緩冷至 S 點(diǎn)時(shí)，奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變成珠光體（ P）