【正文】 如果加熱溫度太低，不能獲得足夠多的馬氏體．但如果加熱溫度太高，則會(huì)引起奧氏體晶粒粗大，淬火后得到粗大馬氏體，會(huì)引起鋼的韌性降低?？梢杂弥匦抡鹣?以上的常用退火方法的主要特點(diǎn)及應(yīng)用范圍見表23。 消除加工硬化 冷變形鋼材和鋼件去應(yīng)力退火 加熱至Ac1100~200℃，保溫后空冷或爐冷至200~300℃，再出爐空冷。表22為常用工具鋼的退火及正火工藝規(guī)范，如采用等溫退火還可以使片狀珠光體球化，為下道工序作組織準(zhǔn)備。 表21列出了常用結(jié)構(gòu)鋼退火和正火工藝規(guī)范。 鋼由高溫較快地冷卻下來往往容易出現(xiàn)魏氏組織，慢冷則不易出現(xiàn)。 圖211為粒狀貝氏體的顯微組織形態(tài)。 由于下貝氏體具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，故在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。（三）影響馬氏體轉(zhuǎn)變的因素奧氏體必須過冷到Ms點(diǎn)才能開始馬氏體轉(zhuǎn)變，到Mf點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)變結(jié)束，所以影響馬氏體轉(zhuǎn)變主要是影響Ms點(diǎn)。(2) 馬氏體的塑性和韌性 在電子顯微鏡下可以觀察到片狀馬氏體中存在大量的顯微裂紋，這些顯微裂紋是由于馬氏體高速形成時(shí)互相撞擊或與晶界撞擊所造成的。馬氏體片之間不平行，呈一定的交角，其組織形態(tài)如圖27所示。 （500） 鋼的馬氏體組織是碳在αFe中的過飽和固溶體。它是用來衡量珠光體組織粗細(xì)程度的一個(gè)重要指標(biāo)。 珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)由三條線構(gòu)成，圖中左邊一條線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始線，右 2. 合金元素的影響 圖中最上面的一根水平虛線為鋼的臨界點(diǎn)A1，下方的一根水平線Ms為馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度，另一根水平線Mf為馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度。Mn、P、S、N等元素溶入奧氏體后，削弱γFe原子間的結(jié)合力，加速鐵原子的自擴(kuò)散，所以，會(huì)促進(jìn)奧氏體晶粒長大。本質(zhì)晶粒度是表示鋼在一定的條件下奧氏體晶粒長大的傾向性。碳化物形成元素（如Cr、Mo、W、V、Ti等）會(huì)減慢奧氏體的形成速度，非碳化物形成元素（如Co、 Ni）會(huì)加速奧氏體的形成過程。一旦Fe3C全部溶解，這一過程便結(jié)束。 (d)奧氏體均勻化圖21 鋼的熱處理基礎(chǔ) 單相奧氏體冷卻到4時(shí)，在晶界上開始析出先共析鐵素體，隨著溫度下降，鐵素體量增加，奧氏體的含碳量沿GS線變化。因其數(shù)量很少，所以對(duì)珠光體的組織和性能沒有明顯影響。 鐵碳合金冷卻時(shí)的組織轉(zhuǎn)變過程（一）工業(yè)純鐵①，結(jié)晶過程如下：合金溶液在1~2溫度區(qū)內(nèi)按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出δ固溶體。根據(jù)組織特征，可將鐵碳合金按含碳量劃分為七種類型： 其反應(yīng)式為： FeFe3C相圖上有三條水平線，即HJB包晶轉(zhuǎn)變線，ECF共晶轉(zhuǎn)變線，PSK共析轉(zhuǎn)變線。 是指發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)晶粒范圍內(nèi)的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象。金屬收縮后，原來填滿鑄型的液態(tài)金屬，凝固后就不能再填滿了。 潛熱，也使模壁溫度升高。 當(dāng)亞共晶合金（如合金Ⅰ）冷卻到1時(shí)，液相便開始結(jié)晶出α固溶體。這時(shí)得到的組織為α和β兩個(gè)相的混合物，這種混合物稱共晶組織。 圖16 當(dāng)兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，固態(tài)時(shí)有限互溶，發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變．并形成共晶組織，這種二元系相圖叫二元共晶相圖。 這就是杠桿定律。 a和b兩點(diǎn)在成分坐標(biāo)上的投影C1和Cα分別表示液、固兩相的成分。晶體的面缺陷包括晶體的外表面（表面或自由界面）和內(nèi)界面兩類，其中內(nèi)界面包括晶界、亞晶界、孿晶界、堆垛層錯(cuò)和相界等。 實(shí)際金屬多是以非均勻形核方式進(jìn)行結(jié)晶的。結(jié)晶時(shí)首先在液體中形成具有某一尺寸（臨界尺寸）的晶核，然后這些晶核不斷凝聚液體中的原子而長大。液相向固相的轉(zhuǎn)變是一個(gè)十分復(fù)雜的相變過程。（二）金屬化合物合金中的另一類相是金屬化合物，它是合金組元間發(fā)生相互作用而形成的一種新相，又叫中間相。 二、合金的晶體結(jié)構(gòu)工業(yè)上使用的金屬材料大多數(shù)是合金。 1． 體心立方晶格 金屬與合金的晶體結(jié)構(gòu) 晶胞 體心立方晶胞(a)和面心立方晶胞(b)2． 面立方晶格 這一組元稱為溶劑，而其他組元稱為溶質(zhì)。 圖1 2 由同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變所得到的不同晶體結(jié)構(gòu)的晶體稱為同素異構(gòu)體。金屬結(jié)晶時(shí)從液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗍欠艧岱磻?yīng)過程，放出熱量。由于各個(gè)晶核是隨機(jī)形成的，其位向各不相同，所以晶粒的位向也不相同，這樣就形成一塊多晶體金屬。面缺陷：如晶界、亞晶界，此類缺陷的特點(diǎn)是在一個(gè)方向上的尺寸很小，另兩個(gè)方向上的尺寸相對(duì)很大。 2。（一）相圖相圖是表示合金系中的合金狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的一種圖解。 兩組元在液態(tài)時(shí)無限互溶，固態(tài)時(shí)也無限互溶的二元合金相圖叫勻晶相圖，Cu–Ni二元合金相圖就是勻晶相圖，如圖16所示。 平衡結(jié)晶過程相L、固溶體α相和β相，其中α相為Sn溶解于Pb中的固溶體，而β相是Pb溶解于Sn中的固溶體。 3． 包晶轉(zhuǎn)變 當(dāng)液態(tài)金屬倒人鑄錠模后，金屬首先從模壁處開始結(jié)晶，這是因?yàn)闇囟鹊偷哪１谟袕?qiáng)烈的吸熱和散熱作用，使靠近模壁的一層薄膜液體產(chǎn)生極大的過冷，加上模壁可作非均勻形核的基底，因此，在此一薄層液體中立即產(chǎn)生大量的晶核，并同時(shí)向各個(gè)方向生長。在柱狀晶的晶枝生長區(qū) 各晶粒取向不同，其性能無方向性。鑄錠中的偏析包括金屬組元的偏析和各種雜質(zhì)的偏析。對(duì)于高速鋼、Cr12型鋼等萊氏體鋼，鑄錠中含有大量的共晶碳化物。 第三節(jié) 3．共析轉(zhuǎn)變（水平線PSK）共析轉(zhuǎn)變發(fā)生在727℃恒溫下，％％的鐵素體和滲碳體所組成的混合物，稱為珠光體，用符號(hào)P表示。低于此溫度時(shí)，奧氏體中仍將析出Fe3C，把它稱為二次Fe3C，記作Fe3CⅡ，以區(qū)別從液體中經(jīng)CD線直接析出的一次滲碳體（Fe3C I）?，F(xiàn)選幾種典型的合金來分析其平衡結(jié)晶過程和組織。在1~2間，合金按勻晶轉(zhuǎn)變結(jié)晶出圖113 ωFe3C= ()/()100 a= 還可以近似地根據(jù)亞共析鋼的平衡組織來估計(jì)它的含碳量：含碳量≈P％，其中P為珠光體在顯微組織中所占面積的百分?jǐn)?shù)。 鋼之所以能進(jìn)行熱處理，是因?yàn)殇撛诠虘B(tài)下具有相變，根據(jù)FeFe3C相圖，共析鋼在加熱和冷卻過程中經(jīng)過A1(PSK)線時(shí)，發(fā)生珠光體與奧氏體之間的相互轉(zhuǎn)變。由FeFe3C相圖可知，溫度在A1以下鋼的平衡組織為鐵素體和滲碳體，當(dāng)溫度超過A1(共析鋼)、A3（亞共析鋼）或Acm（過共析鋼）以上，鋼的組織為單相奧氏體組織。 為了恢復(fù)平衡Fe3C就不斷地溶人奧氏體，以保持它們之間的相界面的碳濃度。（二）原始組織 奧氏體轉(zhuǎn)變剛剛完成，其晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的奧氏體晶粒大小稱為奧氏體的起始晶粒度。2. 加熱速度的影響 氫脆：高強(qiáng)度鋼在富氫氣氛中加熱時(shí)出現(xiàn)塑性和韌性降低的現(xiàn)象稱為氫脆。 冷卻速度介于νc與νc’之間時(shí)，則過冷奧氏體先開始珠光體轉(zhuǎn)變，但冷到轉(zhuǎn)變終了線時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變停止，繼續(xù)冷卻至Ms點(diǎn)以下，未轉(zhuǎn)變的過冷奧氏體開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，最后的組織為珠光體＋馬氏體。 圖25 實(shí)驗(yàn)證明，珠光體形成時(shí)，領(lǐng)先相（即首先形成的相）可能是滲碳體，也可能是鐵素體，大多在奧氏體晶界或相界面上形核。 （400）板條馬氏體的空間形態(tài)是扁條狀的，每個(gè)板條為一個(gè)單晶體，它們之間一般以小角度晶界相間。 合金元素對(duì)馬氏體的硬度影響不大，但可以提高它的強(qiáng)度。（2）切變性 4. 冷卻速度 圖210為下貝氏體的顯微組織形態(tài)。 鋼的退火與正火將鋼加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱退火。 由于加熱到兩相區(qū)溫度，組織沒有完全奧氏體化，僅使珠光體發(fā)生相變，重新結(jié)晶轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。 所以擴(kuò)散退火的溫度高、時(shí)間長。五、去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火的目的是為消除鑄、鍛、焊、冷沖件中的殘余應(yīng)力．以提高工件的尺寸穩(wěn)定，防止變形和開裂。 度(≧/HRC)35455020Cr﹡40Cr42CrMo40CrMnMo35CrMo3Cr2Mo3Cr2Ni1Mo50CrVA65Mn60Si2Mn20CrMnTi﹡20CrMnMo﹡18CrNiMoA﹡38CrMoAl2Cr133Cr134Cr139Cr18 870820~850820~840790~820850~870840~860850~870830~860850~880840~860850~870790~820840~870850~870840~860860~890930~950980~1050980~1050980~1050 水水水油、水油油、水油油油油油油油油油油油油油油油油 5052555550455245505052556055555555。表24列出了一些常用鋼的淬火工藝規(guī)范和淬火后的硬度。 正火后，鋼的強(qiáng)度、硬度也較退火的高。冷至350℃以下可以出爐。常用的球化退火工藝主要有三種：一次球化退火；等溫球化退火；往復(fù)球化退火。 火 正 退火、正火加熱溫度范圍Acm(過共析鋼）之間，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。 實(shí)際生產(chǎn)中遇到的魏氏組織大多是鐵素體魏氏組織，其形態(tài)如圖212所示。 另外，由于碳化物顆粒粗大，且呈斷續(xù)條狀分布，故其韌性也較低。典型的下貝氏體是由含碳過飽和的片狀鐵素體和其內(nèi)部沉淀的碳化物組成的機(jī)械混合物。 3. 奧氏體的強(qiáng)度 馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏剞D(zhuǎn)變，此時(shí)，鐵原子和碳原子都已失去擴(kuò)散能力。馬氏體的硬度主要取決于它的含碳量，隨碳含量的增加，馬氏體的硬度增大，, 淬火鋼的硬度接近最大值。隱晶馬氏體的顯微組織示意圖如圖27所示。圖27 (二) 珠光體的形成過程(b) 但冷卻速度增大到νc時(shí)，冷卻曲線不與珠光體轉(zhuǎn)變線相交，而與Ms線相交，此時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 因此，在發(fā) 過冷奧氏體轉(zhuǎn)變終了線與縱坐標(biāo)之間的水平距離則表示在不同溫度下轉(zhuǎn)變完成所需要的總時(shí)間。脫碳的鋼淬火后，表面硬度、疲勞強(qiáng)度、耐磨性降低，表面易形成網(wǎng)狀裂紋。加熱溫度升高，原子擴(kuò)散速度呈指數(shù)關(guān)系增大，奧氏體晶粒急劇長大。通常認(rèn)為晶粒度1~4級(jí)為粗晶粒，5~8級(jí)為細(xì)晶粒。加熱溫度越高，原子擴(kuò)散能力越強(qiáng)，轉(zhuǎn)變?cè)杏谠蕉蹋瑠W氏體形成就越快。與Fe3 C相鄰界面的碳濃度高于奧氏體與鐵素體相鄰界面的碳濃度。 鋼在加熱時(shí)的組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成過程 ~％；(7) 過共晶白口鐵 (2) ES線 Lc〈═〉γE +Fe3C在萊氏體中，滲碳體是連續(xù)分布的相，而奧氏體則呈顆粒狀分布在其上，由于滲碳體很脆，所以萊氏體的塑性是很差的，無實(shí)用價(jià)值。 3．偏析 當(dāng)它們長大到與柱狀晶相遇時(shí)，全部液體也凝固完畢，最后形成中心等軸晶區(qū)。4． 中心等軸晶區(qū) (3)過共晶合金的結(jié)晶 圖14 具有不同晶體結(jié)構(gòu)的兩相之間的分界面稱為相界。占據(jù)在基體原子平衡位置上的異類原子稱為置換原子。 間隙原子可能是同類原子，也可以是異類原子。但從微觀上看，則是依靠原子逐個(gè)由液相中擴(kuò)散到晶體表面上，并按晶體點(diǎn)陣規(guī)律的要求，逐個(gè)占據(jù)適當(dāng)?shù)奈恢枚c晶體穩(wěn)定、牢靠地結(jié)合起來的過程。液態(tài)金屬中不斷形核，不斷長大，液態(tài)金屬也就越來越少，直到各個(gè)晶體相互接觸，液態(tài)金屬消耗完畢，結(jié)晶過程也就結(jié)束。金屬在溫度、壓力等改變時(shí)，由一種晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N晶體結(jié)構(gòu)的過程，稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。一些原子半徑很小的溶質(zhì)原子 不同的相具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，合金按相的晶體特點(diǎn)可分為固溶體和金屬化合物兩大類。 把這種陣點(diǎn)有規(guī)則的周期性重復(fù)排列所構(gòu)成的幾何圖形即稱為空間點(diǎn)陣。晶體就是那種在三維空間中有規(guī)則作周期重復(fù)排列的物質(zhì)，就是說，在金屬和合金中，原子的排列都是有規(guī)則的，而不是雜亂無章的。ordm。 組成合金最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)稱為組元。 因?yàn)樵谶@些化合物具有一定的金屬性質(zhì)，所以稱為金屬化合物。 晶體熔化后的液態(tài)結(jié)構(gòu)是長程無序的，但在短程范圍內(nèi)卻存在著不穩(wěn)定的接近于有序的原子集團(tuán)，它們此消彼長，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)起伏或叫相起伏。 原子由于振動(dòng)脫離原來平衡位置而遷移到別處， 在原來位置上出現(xiàn)的空結(jié)點(diǎn)，叫空位。 晶體結(jié)構(gòu)相同但位向不同的晶粒之間的界面稱為晶粒界面，簡稱晶界。 圖中AE、EB為液 相圖中有三個(gè)單相區(qū)，即液 8226。當(dāng)溫度降至2時(shí)，α相的成分達(dá)到M點(diǎn)，而剩余液相的成分達(dá)到E點(diǎn)。 同時(shí)，由于垂直于模壁方向散熱最快，晶體便沿其反向擇優(yōu)生長成柱狀晶，便形成柱狀晶區(qū)。 3等軸晶區(qū)重熔而自動(dòng)脫落的現(xiàn)象?？s孔可分為集中縮孔和分散縮孔（疏松）兩類。 FeFe3C相圖為鐵素體的磁性轉(zhuǎn)變線，230℃虛線為滲碳體的磁性轉(zhuǎn)變線。 γs〈═〉αP+Fe3C 珠光體組織是片層狀的，其中的鐵素體體積大約是滲碳體的8倍，所以在金相顯微鏡下，較厚的片是鐵素體，較薄的片是滲碳體。％；(2) 共析鋼 一直到4結(jié)束，合金全部呈單相奧氏體。 在5以下，先共析鐵素體和珠光體中的鐵素體都將析出三次滲碳體，但其數(shù)量很少，可忽略不計(jì)。 所以奧氏體晶核優(yōu)先在相界面上形成。至此，奧氏體的形成過程全部結(jié)束。降低A1點(diǎn)的元素如Ni、Mn、Cu等，會(huì)增加奧氏體形成速度，而提高A1點(diǎn)的元素如Cr、Mo、 W、V、Si等，將減慢奧氏體形成速度。相反，隨著奧氏體化溫度升高，在930℃以下時(shí)，奧氏體晶粒長大速度緩慢的稱為本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時(shí)間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。A1線以上是奧氏體穩(wěn)定區(qū)，Ms線與Mf線之間的區(qū)域?yàn)轳R氏體轉(zhuǎn)變區(qū)，過冷奧氏體冷卻到Ms線以下時(shí)