【正文】 第五章 熱處理實(shí)驗(yàn)總結(jié) 熱處理實(shí)驗(yàn)總結(jié) 、鋼在淬火時的組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成大多數(shù)熱處理工藝的加熱溫度都高于鋼的臨界點(diǎn)（A1或A3），使鋼具有奧氏體組織，然后以一定的冷卻速度冷卻，以獲得所需的組織和性能。鐵碳合金緩慢加熱時奧氏體的形成可以從FeFe3C相圖中反映出來，珠光體向奧氏體的轉(zhuǎn)變屬于擴(kuò)散型相變。以共析鋼為例，珠光體組織在A1（727℃）以下，組織保持不變（α相中碳的溶解度及Fe3C的形狀稍有變化）；當(dāng)加熱到A1點(diǎn)以上時，珠光體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。奧氏體的形成過程可以分為四個步驟： ①奧氏體晶核的形成 ②奧氏體晶粒長大 ③殘余滲碳體溶解 ④奧氏體成分均勻化對于亞共析鋼（過共析鋼），當(dāng)緩慢加熱到A1以上時，除珠光體全部轉(zhuǎn)化為奧氏體外，還有少量先共析鐵素體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（過共析鋼二次滲碳體溶解）,隨著溫度升高，先共析鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)溫度高于A3時，組織為單相奧氏體。本實(shí)驗(yàn)材料得到的淬火組織就為單相奧氏體。二、影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素溫度的影響提高溫度，原子的擴(kuò)散能力增大。特別是碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散能力增大，奧氏體的形成速率加快。鋼中含炭量增加，鐵素體與滲碳體的相界面總量增多，有利于加速奧氏體形成。鋼中加入合金元素，可影響奧氏體的形成①強(qiáng)碳化合物②減緩C的擴(kuò)散，減緩A的形成③非碳化物形成元素加速A形成。鋼組織中珠光體越細(xì)，奧氏體形成速度越快（相界面積大）。加熱速度越快，奧氏體形成溫度升高，形成速度越快。、鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變通過加熱使鋼轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體組織后，僅完成了熱處理的加熱準(zhǔn)備工作，將高溫奧氏體以不同的冷卻速度冷卻，獲得所需的組織與性能，才是熱處理的最終目的。高溫奧氏體組織是穩(wěn)定的，如冷卻到A1以下，奧氏體就處于不穩(wěn)定狀態(tài)（過冷態(tài)），稱為過冷奧氏體。不同的過冷度，奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變的過程不同：①轉(zhuǎn)變開始與轉(zhuǎn)變終了的時間不同；②轉(zhuǎn)變后產(chǎn)物的組織與性能不同一、 珠光體型轉(zhuǎn)變——高溫轉(zhuǎn)變（A1—550℃） 轉(zhuǎn)變過程及特點(diǎn)過冷奧氏體在A1—550℃溫度范圍內(nèi)，將分解為珠光體類組織。當(dāng)奧氏體被過冷至A1以下溫度時，在奧氏體晶界處（含碳量高）優(yōu)先產(chǎn)生滲碳體的核心，然后依靠奧氏體不斷供應(yīng)碳原子（隨著冷卻，奧氏體溶解碳的能力下降，碳從奧氏體內(nèi)向晶界擴(kuò)散），滲碳體沿一定方向逐漸長大，而隨著滲碳體的長大，又使其周圍的奧氏體碳濃度下降，這就促使貧碳的奧氏體局部區(qū)域轉(zhuǎn)變成鐵素體（即滲碳體兩側(cè)出現(xiàn)鐵素體晶核），在滲碳體長大的同時，鐵素體也不斷長大，而隨著鐵素體的長大，必然將多余的碳排擠出去，這就有利于形成新的滲碳體晶核。最終形成了相互交替的層片狀滲碳體和鐵素體——珠光體。排列方向相同的鐵素體與滲碳體區(qū)域，稱為珠光體晶粒。珠光體一直長大到與相鄰的珠光體互相接觸，而奧氏體全部轉(zhuǎn)化為珠光體為止。轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w是擴(kuò)散型相變。 分類在高溫轉(zhuǎn)變區(qū)形成的珠光體類組織，雖然都是滲碳體與鐵素體的混合物，但由于過冷度大小不同，其片層距差別很大：A1—650℃, 形成的組織層間距較大，在400500倍的金相顯微鏡下即可分辨，稱為珠光體P。650℃—600℃，形成的組織分散度較大，層間距較小，在8001000倍的金相顯微鏡下才能分辨，稱為索氏體S。600℃—550℃，形成的組織，層間距很小，只有在電子顯微鏡下放大幾千倍才能分辨，稱為屈氏體或托氏體。珠光體、索氏體、屈氏體都是珠光體類組織，本質(zhì)上沒有任何區(qū)別，只是滲碳體、鐵素體片的厚度不同而已。從珠光體到索氏體、屈氏體，隨著層間距的減小，強(qiáng)度和硬度依次升高。二、 貝氏體型轉(zhuǎn)變——中溫轉(zhuǎn)變（550℃—Ms） 轉(zhuǎn)變過程及特點(diǎn)過冷奧氏體在550℃—Ms（共析鋼的Ms約230℃）溫度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w類組織。由于過冷度增大，鐵原子的擴(kuò)散很困難，碳原子的擴(kuò)散能力也顯著減弱，擴(kuò)散不充分，形成滲碳體所需的時間增長。過冷奧氏體在這一溫度范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物仍是鐵素體和滲碳體的混合物，但它與珠光體有本質(zhì)的區(qū)別：貝氏體轉(zhuǎn)變由于冷卻速度快，滲碳體已不能呈片狀析出。碳的擴(kuò)散速度受到很大限制，部分碳來不及析出，固溶在鐵素體中形成過飽和的鐵素體。因此，貝氏體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物是過飽和的鐵素體與滲碳體的混合物。轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：過冷奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變是一種半擴(kuò)散型相變。 分類貝氏體組織形態(tài)比較復(fù)雜，根據(jù)其中鐵素體與滲碳體的分布形態(tài)的不同，分為上貝氏體B上和下貝氏體B下。上貝氏體B上：是過冷奧氏體在550℃350℃范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，其中過飽和鐵素體形成密集而相互平行的羽毛狀扁片，一排一排地由晶界伸向晶內(nèi)，滲碳體呈短桿狀斷斷續(xù)續(xù)地分布在鐵素體扁片之間。（上貝氏體由于轉(zhuǎn)變溫度較高，滲碳體長得較大）上貝氏體的組織形態(tài)決定了其強(qiáng)度較低，塑性、韌性較差。下貝氏體B下：是過冷奧氏體在350℃Ms范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。其中過飽和的鐵素體呈針片狀，比較散亂地成角度分布，而極細(xì)小的滲碳體質(zhì)點(diǎn)呈彌散狀分布在過飽和鐵素體內(nèi)。在金相顯微鏡下下貝氏體呈竹葉狀特征。（下貝氏體由于轉(zhuǎn)變溫度較低，滲碳體來不及長大，而呈質(zhì)點(diǎn)狀）下貝氏體組織具有較高的強(qiáng)度、硬度，良好的塑性、韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能。生產(chǎn)上常用等溫淬火法來獲得下貝氏體組織。三、 馬氏體型轉(zhuǎn)變——低溫轉(zhuǎn)變（Ms—Mz） 轉(zhuǎn)變過程當(dāng)過冷度很大，奧氏體被快速冷卻至Ms時，由于碳原子已無法擴(kuò)散，上述珠光體或貝氏體等擴(kuò)散型相變已不可能進(jìn)行，奧氏體只能進(jìn)行非擴(kuò)散型的晶格轉(zhuǎn)變。碳原子來不及擴(kuò)散，被完全固溶于鐵素體內(nèi)，形成過飽和的鐵素體，這種過飽和的鐵素體就是馬氏體M。所以馬氏體的含碳量與相應(yīng)的奧氏體含碳量相同。%,而馬氏體的含碳量與奧氏體相同，故馬氏體的過飽和程度很大，此時過飽和的鐵素體的某些棱邊被撐長，形成了體心正方晶格。由于碳原子過飽和造成的晶格畸變嚴(yán)重，故馬氏體具有很高的硬度，而塑性、韌性較低。馬氏體的高硬度決定了它是鋼中的重要強(qiáng)化組織，也是淬火鋼的基本組織，凡是要求高硬度、高耐磨性的零件，都需要經(jīng)過淬火獲得馬氏體組織。馬氏體的硬度主要與含碳量有關(guān)，與其他合金元素關(guān)系不大。因?yàn)楹辖鹪卦隈R氏體晶格中，不是處于間隙位置，而是置換了某些鐵原子的位置，它對馬氏體晶格歪扭和畸變的作用遠(yuǎn)不及碳的作用大。、合金元素對鋼的影響分析、合金元素在鋼中的作用1． 溶解于鐵起固溶強(qiáng)化作用幾乎所有合金元素均能不同程度地溶于鐵素體、奧氏體中形成固溶體，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性韌性有所下降。使鋼具有強(qiáng)韌性的良好配合。2．形成碳化物，起第二相強(qiáng)化、硬化作用按照與碳之間的相互作用不同，常用的合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩大類。碳化物形成元素包括Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn等，它們在鋼中能與碳結(jié)合形成碳化物，如TiC、VC、WC等，這些碳化物一般都具有高的硬度、高的熔點(diǎn)和穩(wěn)定性，如果它們顆粒細(xì)小并在鋼中均勻分布時，則顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。合金元素對鐵碳合金狀態(tài)圖的作用合金元素的加入，使FeFe3C相圖中的共析點(diǎn)左移，因而，與相同含碳量的碳鋼相比，亞共析成分的結(jié)構(gòu)鋼（一般結(jié)構(gòu)鋼為亞共析鋼）含碳量更接近于共析成分，組織中珠光體的數(shù)量，使合金鋼的強(qiáng)度提高。 圖51合金元素對鐵素體力學(xué)性能的影響、合金元素對鋼熱處理組織轉(zhuǎn)變分析1. 合金元素對加熱時相轉(zhuǎn)變的影響 　　合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。　　(1)對奧氏體形成速度的影響： Cr、Mo、W、V等強(qiáng)碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴(kuò)散速度, 使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大?！　?2)對奧氏體晶粒大小的影響：大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強(qiáng)烈阻礙晶粒長大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進(jìn)晶粒長大的元素：Mn、P等。2. 合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響　　除Co外, 幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性, 推遲珠光體類型組織的轉(zhuǎn)變, 使C曲線右移, 即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出, 加入的合金元素, 只有完全溶于奧氏體時, 才能提高淬透性。如果未完全溶解, 則碳化物會成為珠光體的核心, 反而降低鋼的淬透性。另外, 兩種或多種合金元素的同時加入(如, 鉻錳鋼、鉻鎳鋼等), 比單個元素對淬透性的影響要強(qiáng)得多。 　　除Co、Al外, 多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點(diǎn)下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強(qiáng), Si實(shí)際上無影響。Ms和Mf點(diǎn)的下降, 使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,可進(jìn)行冷處理(冷至Mf點(diǎn)以下), 以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。 或進(jìn)行多次回火, 這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點(diǎn)上升, 并在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(即發(fā)生所謂二次淬火)。 3. 合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響　　(1)提高回火穩(wěn)定性 合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)， 提高鐵素體的再結(jié)晶溫度, 使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力, 即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。提高回火穩(wěn)定性作用較強(qiáng)的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等?！　?2)產(chǎn)生二次硬化 一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時, 硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低, 而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大, 并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達(dá)到峰值。這是回火過程的二次硬化現(xiàn)象, 它與回火析出物的性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)回火溫度低于450℃時, 鋼中析出滲碳體。 在450℃以上滲碳體溶解, 鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等, 使硬度重新升高, 稱為沉淀硬化。回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火所也可導(dǎo)致二次硬化。 謝 詞終于寫到了這一頁，這意味著畢業(yè)論文寫作結(jié)束的一頁，也意味著三年大學(xué)生活即將結(jié)束的一頁。此時此刻的心情是復(fù)雜的，有著論文寫作過程即將完成的欣慰，也有著面臨答辯的忐忑，有著走上工作崗位的憧憬，也有著即將離開校園的失落，然而最多的，還是心里滿滿滿滿的感激。 畢業(yè)論文寫作是本人大學(xué)三年學(xué)習(xí)的知識總結(jié)，在論文的寫作過程中，得到了指導(dǎo)教師張波老師的悉心指導(dǎo)，在此真誠感謝張波老師的無私幫助；感謝實(shí)驗(yàn)室金佳琳老師的意見指導(dǎo)和在做實(shí)驗(yàn)過程中的幫助。感謝模具技術(shù)系和材料成型與控制技術(shù)專業(yè)所有任課老師三年來對我的培養(yǎng)。感謝我的輔導(dǎo)員張曄老師，感謝常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，這個文化底蘊(yùn)深厚、安詳寧靜而又激情飛揚(yáng)的地方，塑造了我積極樂觀的人生態(tài)度，刻畫了我永遠(yuǎn)留戀的青春記憶，讓我在這個即將離別的時候，如此不舍。 謝謝我所有的朋友們，在我沮喪的時候鼓勵我，在我失落傷心的時候安慰和陪伴我，在我遇到困難的時候默默支持我，在我迷茫的時候幫助我分析狀況，在我開心的時候同我一樣開心，在我快樂幸福的時候覺得比我更快樂。還有那些曾經(jīng)和我共同努力，一起奮斗過的朋友，感謝你們。感謝我的同學(xué)朋友們，我將永遠(yuǎn)記得你們伴我走過的每一個有歡笑有淚水的日子，是你們的關(guān)心和幫助，讓我在舉目無親的成都感覺塌實(shí)溫馨。最后，我要感謝我的父母，我所邁出的每一步，都凝聚著你們的心血和汗水，你們始終如一的支持和關(guān)愛，是我一直勇敢向前的動力。 多少年的感激之情再多的言語也表達(dá)不了，只希望老師、家人、朋友都能體會到我感恩的心，我是如此平凡，卻又如此幸運(yùn)，謝謝你們?。?！參 考 文 獻(xiàn)[1] 李大鑫 .模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢綜述 .模具制造， 2005[2] 馮曉曾 .模具用鋼和熱處理 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984[3] 張魯陽 .模具失效與防護(hù) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008[4] 王毓敏 .工程材料成形與應(yīng)用 .重慶：重慶大學(xué)出版社，2005[5] 成虹 . 沖壓工藝與模具設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2001[6] 閆亞林 . 塑壓工藝與模具設(shè)計(jì). 成都：電子高專，[7] 李方進(jìn) . 金屬學(xué)及熱處理. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995[8] 程培源 . 模具壽命與材料. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999[9] 安繼儒 .熱處理工藝規(guī)范數(shù)據(jù)手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999[10] 趙昌盛 .模具材料及熱處理手冊. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2008[11] 許德珠 .機(jī)械工程材料. 北京：高等教育出版社，1992[12] 彭其鳳，：上海交大出版社，1994[13] 戴起勛，金屬材料學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2005[14] 史美堂，金屬材料及熱處理，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2001[15] 熱處理論壇網(wǎng)[16] 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