金属热处理工程材料及其热处理10.pptx

工程材料及其热处理-31第第3 3章章金属金属的热的热处理处理工程材料及其热处理-32教学基本要求教学基本要求：1.1.了解强化金属基本途径。了解强化金属基本途径。2.2.具具有有分分析析和和应应用用C C曲曲线线的的初初步步能能力力，熟熟悉悉金金属属热处理基本概念。热处理基本概念。3.3.熟熟练练掌掌握握热热处处理理工工艺艺知知识识,熟熟知知整整体体热热处处理理方方法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。4.4.掌掌握握热热处处理理在在零零件件加加工工工工艺艺流流程程中中的的位位置置和和作作用等基本知识。用等基本知识。5.5.了了解解热热处处理理工工件件的的结结构构工工艺艺性性及及热热处处理理新新工工艺艺知识。知识。工程材料及其热处理-331 1 概概 述述 金金属属热热处处理理是是将将固固态态金金属属或或合合金金采采用用适适当当的的方方法法进进行行加加热热、保保温温和和冷冷却却，获获得得所所需需要要的的组组织织结构与性能的结构与性能的工艺工艺。热热处处理理用用于于消消除除上上一一工工艺艺过过程程所所产产生生的的金金属属材材料料内内部部组组织织结结构构上上的的某某些些缺缺陷陷，改改善善切切削削性性能能，还还可可进进一一步步提提高高金金属属材材料料的的性性能能，充充分分发发挥挥材材料料性性能能的的潜潜力力。因因此此，大大部部分分机机器器零零件件都都要要进进行行热热处理。处理。工程材料及其热处理-34 金属热处理可分为金属热处理可分为:整体处理、表面热处理和化学热处理整体处理、表面热处理和化学热处理。整体处理包括：整体处理包括：退火、正火、淬火和回火退火、正火、淬火和回火等；等；本表要本表要熟记熟记！工程材料及其热处理-35 一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变 由由Fe-FeFe-Fe3 3C C相相图图知知,A,A1 1、A A3 3和和A Acmcm是是碳碳钢钢在在极极缓缓慢慢地地加加热热或或冷冷却却时时的的转转变变温温度度,因因此此,A,A1 1、A A3 3和和A Acmcm点点都是平衡临界点。都是平衡临界点。在在实实际际中中,加加热热和和冷冷却却并并不不是是极极缓缓慢慢的的,钢钢不不可可能在平衡点进行组织转变。能在平衡点进行组织转变。实实际际加加热热时时各各临临界界点点的的位位置置分分别别为为图图中中的的AcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcm线线,实实际际冷冷却却时时各各临临界界点点的的位位置置分分别别为为ArArl l、ArAr3 3、ArArcmcm。工程材料及其热处理-36 钢钢热热处处理理时时先先要要加加热热,任任何何成成分分的的碳碳钢钢加加热热到到A A1 1(PSKPSK线线)点点以以上上时时,其其组组织织都都要要发发生生P P向向A A的的转转变变,这种转变称为这种转变称为奥氏体化奥氏体化A A化化。转转变变过过程程是是通通过过铁铁原原子子和和碳碳原原子子的的扩扩散散进进行行的的,因此因此P P向向A A的转变是一种的转变是一种扩散型相变扩散型相变。加加热热是是热热处处理理的的重重要要阶阶段段,下下面面以以共共析析钢钢为为例例,研究钢在加热时的组织转变规律。研究钢在加热时的组织转变规律。工程材料及其热处理-37 1.奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程 将共析钢加热至将共析钢加热至AcAc1 1时时,会发生会发生P P向向A A的转变的转变,过程过程也是也是形核和和长大形核和和长大的过程的过程,分四个阶段分四个阶段 A A晶核形成晶核形成 A A晶晶核核优优先先在在F F和和FeFe3 3C C的的两两相相界界面面上上形形成成,因因为为相相界界面面处处成成分分不不均均匀匀,原原子子排排列列不不规规则则,晶晶格格畸畸变变大大,能能为为产产生生A A晶晶核核提提供供成成分分和和结结构构两两方方面面的的有有利利条条件。件。A A晶核的长大晶核的长大 工程材料及其热处理-38 A A晶核形成后晶核形成后,依靠依靠F F的晶格改组和的晶格改组和FeFe3 3C C的不断的不断溶解溶解,A A晶核不断向晶核不断向F F和和FeFe3 3C C二个方向长大二个方向长大。与此同。与此同时时,新的新的A A晶核也不断形成并随之长大晶核也不断形成并随之长大,直至直至F F全部全部转变为转变为A A为止。为止。残余残余FeFe3 3C C的溶解的溶解 在在A A的的形形成成过过程程中中，当当F F全全部部转转变变为为A A后后,仍仍有有部部分分FeFe3 3C C尚尚未未溶溶解解（称称为为FeFe3 3C C残残）,随随着着保保温温时时间间的的延长延长,Fe,Fe3 3C C残残将不断溶入将不断溶入A A中，直至完全消失。中，直至完全消失。工程材料及其热处理-39 A A均匀化均匀化 当当FeFe3 3C C残残溶溶解解后后,A,A中中的的C C成成分分是是不不均均匀匀的的,在在原原FeFe3 3C C处处的的碳碳浓浓度度比比原原F F处处的的要要高高。只只有有经经过过一一定定时时间间的的保保温温,碳碳原原子子的的不不断断扩扩散散,才才能能使使A A中中的的C C均均匀匀一致。一致。亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的A A形形成成过过程程与与共共析析钢钢基基本本相相同同,不不同同的的是是亚亚共共析析钢钢的的平平衡衡组组织织中中除除了了P P外外还有先析出的还有先析出的F F。过共析钢中除了过共析钢中除了P P外还有先析出的外还有先析出的FeFe3 3C C。工程材料及其热处理-310 若若加加热热至至AcAc1 1温温度度,只只能能使使P P转转变变为为A A，得得到到A+FA+F或或A+A+二次二次FeFe3 3C C残残组织组织,称为不完全称为不完全A A化。化。只只有有继继续续加加热热至至AcAc3 3或或AcAccmcm温温度度以以上上,才才能能得得到到单相单相A A组织组织,即完全即完全A A化。化。2.2.影响奥氏体转变的因素影响奥氏体转变的因素 1)1)加热温度加热温度 加热温度高加热温度高,C,C原子扩散快原子扩散快,A,A化加快化加快 。2)2)加热速度加热速度 加热快加热快,过热度大过热度大,发生转变的快发生转变的快!工程材料及其热处理-311 3)3)化学成分化学成分 C C浓浓度度大大,则则FeFe3 3C C数数量量多多,F,F与与FeFe3 3C C的的相相界界面面增增大大,使使A A的核心增多的核心增多,促进促进A A化化.常常见见合合元元能能明明显显影影响响A A化化的的速速度度,以以钴钴和和镍镍等等有有加快转变过程的效果；加快转变过程的效果；铬、钼、钒等有降低铬、钼、钒等有降低转变速度的作用；转变速度的作用；硅、锰、铝等对转变过程基本没有影响硅、锰、铝等对转变过程基本没有影响。4)4)原始组织原始组织 在在成成分分相相同同的的钢钢材材中中,P,P越越细细,相相界界面面越越大大,形形核核机机会越多会越多,使得使得A A形成速度变快；形成速度变快；工程材料及其热处理-312 A A晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。晶粒中碳浓度梯度大了长大速度变快。3.3.奥氏体晶粒长大及其控制措施奥氏体晶粒长大及其控制措施 钢钢加加热热时时P P向向A A转转变变刚刚结结束束时时,A,A晶晶粒粒是是细细小小的的。如继续加热或保温如继续加热或保温,A,A晶粒会变粗大。晶粒会变粗大。加热加热温度越高温度越高,保温时间越长保温时间越长,A,A晶粒越粗大晶粒越粗大。粗粗大大A A晶晶粒粒冷冷却却后后仍仍是是粗粗大大晶晶粒粒产产物物,使使钢钢的的强强度、塑性、韧性显著下降。度、塑性、韧性显著下降。要要控控制制A A晶晶粒粒长长大大,制制定定合合理理的的热热处处理理工工艺艺,即即合合理选择理选择加热温度加热温度、保温时间保温时间和和加热速度加热速度等。等。工程材料及其热处理-313 一一般般将将钢钢加加热热到到临临界界点点以以上上某某一一适适当当温温度度,保保温温时时间间的的确确定定除除考考虑虑相相变变需需要要外外,还还考考虑虑工工件件内内外外温度一致温度一致。当当加加热热温温度度相相同同时时,加加热热速速度度越越快快,保保温温时时间间越越短短,晶晶粒粒越越细细,所所以以生生产产中中常常采采用用快快速速加加热热、短短时时保温的方法保温的方法来细化晶粒。来细化晶粒。此此外外,加加入入一一定定量量的的合合金金元元素素（除除MnMn、P P外外），都会阻碍都会阻碍A A晶粒长大晶粒长大,而达到细化晶粒的目的。而达到细化晶粒的目的。工程材料及其热处理-314 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 钢钢A A化化后后,采采用用不不同同方方式式冷冷却却,获获得得所所需需要要的的组组织和性能。织和性能。冷冷却却是是钢钢热热处处理理的的关关键键工工序序,实实际际生生产产中中,不不同同加加热热速速度度、冷冷却却方方式式、冷冷却却速速度度会会得得不不同同产产物物,对钢的组织和性能有很大影响。对钢的组织和性能有很大影响。在在热热处处理理工工艺艺中中,A,A化化后后的的冷冷却却方方式式通通常常有有等等温冷却温冷却和和连续冷却连续冷却两种。两种。工程材料及其热处理-315 等等温温冷冷却却是是将将已已A A化化的的钢钢迅迅速速冷冷却却到到临临界界点点以以下下的的给给定定温温度度进进行行保保温温,使使其其在在该该等等温温温温度度下下发生组织转变；发生组织转变；连连续续冷冷却却是是将将已已A A化化的的钢钢以以某某种种冷冷却却速速度度连连续续冷冷却却,使使其其在在临临界界点点以以下下的的不不同同温温度度进进行行组组织织转变。转变。1.1.过冷奥氏体的转变产物的组织与性能过冷奥氏体的转变产物的组织与性能 A A在在相相变变点点A A1 1以以上上是是稳稳定定相相，冷冷却却至至A A1 1以以下下就成了不稳定相，必然要发生转变。就成了不稳定相，必然要发生转变。工程材料及其热处理-316 不不是是冷冷却却至至A A1 1以以下下就就立立即即转转变变,而而是是在在转转变变前前需要停留一段时间需要停留一段时间,此称为此称为孕育期孕育期。在在A A1 1温温度度以以下下暂暂时时存存在在的的不不稳稳定定的的A A称称为为过过冷冷A A。在在不不同同的的过过冷冷度度下下，过过冷冷A A将将发发生生P P型型转转变变、B B型转变型转变、M M型转变型转变等三种组织转变。等三种组织转变。珠光体型转变珠光体型转变 过过冷冷A A在在A A1 1550550温温度度范范围围等等温温时时,发发生生P P型型转转变变。因因转转变变温温度度高高,原原子子扩扩散散能能力力强强,转转变变产产物物为为F F薄层和薄层和FeFe3 3C C薄层交替重叠的层状组织薄层交替重叠的层状组织,即即P P型型组织。组织。工程材料及其热处理-317 等等温温温温度度越越低低,F,F层层和和FeFe3 3C C层层越越薄薄,层层间间距距越越小小,硬度越高硬度越高。为为区区别别,对对层层间间距距不不同同的的P P型型组组织织分分别别称称为为珠珠光光体体(P)(P)、索索氏氏体体(S)(S)和和托托氏氏体体(T)(T),它它们们并并无无本本质质区区别别,也无严格界限也无严格界限,只是形态上只是形态上不同不同。贝氏体型转变贝氏体型转变 过过冷冷A A在在550550M Ms s温温度度范范围围等等温温时时，将将发发生生贝氏体型贝氏体型(B)(B)转变。转变。工程材料及其热处理-318 因因转转变变温温度度较较低低,原原子子扩扩散散差差,FeFe3 3C C已已经经很很难难聚聚集集长长大大呈呈层层状状。此此时时,转转变变产产物物为为F F及及其其内内分分布布着着弥弥散散的的碳碳化化物物所所形形成成的的亚亚稳稳组组织织,称称为为贝贝氏氏体体,用用美国冶金学家名字命名美国冶金学家名字命名,符号符号B B来表示。来表示。等等温温温温度度不不同同,贝贝氏氏体体的的形形态态也也不不同同,分分为为上上贝贝氏体氏体(B(B上上)和下贝氏体和下贝氏体(B(B下下)。(B(B上上)组组织织形形态态呈呈羽羽毛毛状状,强强度度较较低低,塑塑性性和和韧韧性性较差较差；工程材料及其热处理-319 (B(B下下)组组织织形形态态呈呈黑黑色色针针状状,强强度度较较高高,塑塑性性和和韧韧性也较好性也较好,综合力学性能好。综合力学性能好。马氏体型转变马氏体型转变 1)1)马氏体马氏体(M)(M)型转变的特点型转变的特点 过过冷冷A A转转变变为为M M是是非非扩扩散散型型转转变变,因因转转变变温温度很低度很低,铁和碳原子都不能进行扩散。铁和碳原子都不能进行扩散。铁铁原原子子沿沿A A一一定定晶晶面面,集集中中的的(不不改改变变相相互互位位置置关系关系)作一定距离的移动作一定距离的移动(不超过一个原子间距不超过一个原子间距),),工程材料及其热处理-320 使使面面心心立立方方晶晶格格转转变变为为体体心心正正方方晶晶格格,碳碳原原子子原原地地不不动动,过过饱饱和和地地留留在在新新组组成成的的晶晶胞胞中中；增增大大了了其其正方度正方度c/a c/a。M M就是碳在就是碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体。过过饱饱和和碳碳使使-Fe-Fe的的晶晶格格发发生生很很大大畸畸变变,形形成成很强的固溶强化。很强的固溶强化。M M高速长大高速长大,连续转变过程连续转变过程 A A冷冷却却到到M Ms s点点以以下下后后,无无孕孕育育期期,瞬瞬时时转转变变为为M M。随着温度下降。随着温度下降,过冷过冷A A是不断连续转变为是不断连续转变为M M。工程材料及其热处理-321 MM转变留有转变留有A A M M转转变变有有不不完完全全性性,即即使使冷冷至至M Mf f也也要要残残留留少少量量奥奥氏氏体体(A(A)。A A的的含含量量与与M Ms s(M(M转转变变开开始始线线)、M Mf f (M(M转变终了线转变终了线)的位置有关。的位置有关。奥奥氏氏体体A A中中的的碳碳含含量量越越高高,M,Ms s,M,Mf f就就越越低低,A A含含量量就就越高越高。通通常常在在碳碳含含量量高高于于0.6%0.6%时时，在在转转变变产产物物中中应应标标上上A A,碳含量少于碳含量少于0.6%0.6%时时,A,A可忽略可忽略.工程材料及其热处理-322 MM形成时体积要膨胀形成时体积要膨胀 膨膨胀胀要要产产生生内内应应力力,淬淬火火冷冷却却又又快快,使使工工件件表表面面和和心心部部产产生生温温差差而而引引起起热热应应力力。两两者者“一一起起叫叫劲劲”是造成工件淬火是造成工件淬火变形和开裂变形和开裂的主因。的主因。3)3)马氏体的形态与特点马氏体的形态与特点 过冷过冷A A在在M Ms s温度以下将产生温度以下将产生M M型转变型转变。M M是是碳碳和和合合金金元元素素在在-Fe-Fe中中溶溶解解而而形形成成的的过过饱和固溶体饱和固溶体,用符号用符号M M表示。表示。工程材料及其热处理-323 M M是是单单相相的的亚亚稳稳组组织织,是是以以德德国国冶冶金金学学家家A.MartensA.Martens的名字命名的的名字命名的。M M具具有有体体心心正正方方晶晶格格,当当发发生生M M型型转转变变时时,过过冷冷A A中中的的碳碳全全部部保保留留在在M M中中,形形成成过过饱饱和和的的固固溶溶体体,产产生严重的晶格畸变。生严重的晶格畸变。M M的的组组织织形形态态因因其其成成分分和和形形成成条条件件而而异异，通通常常分为分为板条板条M M和片状和片状M M两种基本类型。两种基本类型。板板条条M M在在光光学学显显微微镜镜下下所所看看到到的的只只是是边边缘缘不不规规则的块状则的块状,故亦称为故亦称为块状块状M M。工程材料及其热处理-324 板板条条M M主主要要产产生生于于低低碳碳钢钢的的淬淬火火组组织织中中,在在高高倍倍透透射射电电镜镜下下可可看看到到板板条条M M内内有有大大量量位位错错缠缠结结的的亚结构亚结构,所以所以低碳低碳M M也称也称位错位错M M。片片状状M M其其单单个个晶晶体体的的立立体体形形态态呈呈双双凸凸透透镜镜状状，因因每每个个M M的的厚厚度度与与径径向向尺尺寸寸相相比比很很小小,所所以以粗粗略略地地说是片状说是片状,故我国通常称为故我国通常称为片状片状M M。因因在在金金相相磨磨面面上上观观察察到到的的通通常常都都是是与与M M片片成成一一定角度的截面定角度的截面,呈针状呈针状,故亦称为故亦称为针状针状M M。工程材料及其热处理-325 针针状状M M主主要要产产生生于于高高碳碳钢钢的的淬淬火火组组织织中中,高高倍倍透透射射电电镜镜分分析析表表明明,针针状状M M内内有有大大量量孪孪晶晶,因因此此针针状状M M又称孪晶又称孪晶M M 。M M具有高的硬度和强度具有高的硬度和强度,是是M M主要特点。主要特点。M M硬度硬度取决于含碳量取决于含碳量,塑性和韧性取决于组织塑性和韧性取决于组织。板板条条M M具具有有较较高高硬硬度度、较较高高强强度度与与较较好好塑塑性性和和韧性相配合的良好的综合力学性能。韧性相配合的良好的综合力学性能。针针片片状状M M具具有有比比板板条条M M更更硬硬,脆脆性性大大,塑塑性性和和韧韧性较差。性较差。工程材料及其热处理-326 2.2.过冷奥氏体的转变曲线过冷奥氏体的转变曲线 过过冷冷A A的的转转变变产产物物决决定定于于过过冷冷A A的的转转变变温温度度,而而转变温度又与冷却方式和冷却速度有关。转变温度又与冷却方式和冷却速度有关。要要了了解解过过冷冷A A的的转转变变量量与与转转变变时时间间的的关关系系,必必须须了解过冷了解过冷A A的的等温转变曲线等温转变曲线和和连续冷却曲线连续冷却曲线。奥氏体的等温转变奥氏体的等温转变 1)1)奥氏体的等温转变曲线奥氏体的等温转变曲线 过过冷冷A A等等温温转转变变曲曲线线是是表表示示过过冷冷A A在在不不同同过过冷冷度下的等温过程中度下的等温过程中,转变温度、转变时间与转变转变温度、转变时间与转变工程材料及其热处理-327 产物量之间的关系曲线。产物量之间的关系曲线。因其形状与字母因其形状与字母“C C”的形状相似的形状相似,所以又称所以又称为为“C C曲线曲线”,也称为也称为“TTTTTT”曲线曲线。图图中中,A,A1 1为为A A向向P P转转变变的的相相变变点点,A,A1 1以以上上区区域域为为稳稳定定A A区区。两两条条C C形形曲曲线线中中,左左边边的的曲曲线线为为转转变变开开始始线线，该该线以左区域为过冷线以左区域为过冷A A区；区；右右边边的的曲曲线线为为转转变变终终了了线线,该该线线以以右右区区域域为为转转变产物区；变产物区；工程材料及其热处理-328 两两条条C C形形曲曲线线之之间间的的区区域域为为过过冷冷A A与与转转变变产产物物共存区。共存区。水平线水平线M Ms s和和M Mf f为为M M转变开始线和终了线。转变开始线和终了线。影响等温转变曲线的因素影响等温转变曲线的因素 共析钢过冷共析钢过冷A A的等温转变曲线的等温转变曲线 加加热热温温度度高高,保保温温时时间间长长,A,A成成分分越越均均匀匀,晶晶粒粒大大,晶晶界界减减少少,使使过过冷冷A A的的形形核核率率降降低低,增增大大了了其其稳稳定定性性,使使C C曲线右移曲线右移,反之左移反之左移。过过冷冷A A转转变变所所需需孕孕育育期期的的长长短短不不同同,即即过过冷冷A A的的稳定性不同。稳定性不同。工程材料及其热处理-329 在在约约550550处处的的孕孕育育期期最最短短,表表明明在在此此温温度度下下的的过冷过冷A A最不稳定最不稳定,转变速度也最快。转变速度也最快。含碳量的影响含碳量的影响 亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的过过冷冷A A在在转转变变为为P P之之前前,分别有先析出分别有先析出F F和先析出和先析出FeFe3 3C C的结晶过程。的结晶过程。与与共共析析钢钢相相比比,亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的过过冷冷A A等等温转变曲线图多了一条先析相的析出线。温转变曲线图多了一条先析相的析出线。同同时时C C曲曲线线的的位位置置也也相相对对左左移移,说说明明亚亚共共析析钢钢和和过共析钢过冷过共析钢过冷A A的稳定性比共析钢的稳定性比共析钢要差要差。工程材料及其热处理-330 正正常常加加热热条条件件下下,亚亚共共析析钢钢的的C C曲曲线线随随含含碳碳量量的的增增加加而而右右移移,过过共共析析钢钢的的C C曲曲线线随随含含碳碳量量的的增增加加而而左移左移,因此因此,共析钢的共析钢的A A最为稳定。最为稳定。由由于于过过冷冷A A的的转转变变是是一一个个形形核核与与长长大大的的过过程程,形形核核的的作作用用更更关关键键,亚亚共共析析钢钢与与过过共共析析钢钢先先共共析析相相的的析析出出促促进进了了向向P P转转变变的的形形核核,而而且且由由于于亚亚共共析析钢钢含碳量越高含碳量越高,先共析先共析F F析出变慢；析出变慢；过过共共析析钢钢含含碳碳量量越越高高,先先共共析析渗渗碳碳体体越越容容易易析析出出,使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。工程材料及其热处理-331 合金元素的影响合金元素的影响 除除CoCo、Al Al以外以外,其余所有合金元素溶入其余所有合金元素溶入A A后后,都都使过冷使过冷A A稳定稳定,即都使即都使C C曲线右移。曲线右移。当过冷当过冷A A中溶有较多的中溶有较多的CrCr、MoMo、WW、V V、Ti Ti等等碳化物形成元素时碳化物形成元素时,还会改变还会改变C C曲线的曲线的形状形状 。要指出的是要指出的是,如果碳化物形成元素含量较多如果碳化物形成元素含量较多,形成了较为稳定的碳化物形成了较为稳定的碳化物,且在且在A A化时未能全部溶化时未能全部溶解解,则则会降低过冷会降低过冷A A的稳定性的稳定性,使使C C曲线左移曲线左移。工程材料及其热处理-332 C C曲线在生产上有重要用途曲线在生产上有重要用途:制定等温转变工艺及分析等温转变过程；制定等温转变工艺及分析等温转变过程；分分析析连连续续冷冷却却转转变变过过程程及及其其热热处处理理工工艺艺的的制定；制定；利利用用C C曲曲线线判判定定钢钢的的淬淬透透性性,以以方方便便选选材材,等等等。等。各各钢钢种种的的C C曲曲线线都都已已测测出出,需需要要时时可可查查阅阅有有关关手册。手册。2)2)过冷过冷A A的连续转变曲线的连续转变曲线工程材料及其热处理-333 过过冷冷A A的的连连续续转转变变曲曲线线表表示示钢钢经经A A化化后后,在在不不同同冷冷却却速速度度的的连连续续冷冷却却条条件件下下,过过冷冷A A的的转转变变开开始始及及转变终了时间与转变温度之间关系的曲线。转变终了时间与转变温度之间关系的曲线。共析钢的过冷共析钢的过冷A A连续转变曲线图中连续转变曲线图中P Ps s、P Pf f线为线为P P转变开始和转变终了线转变开始和转变终了线,P Pk k为为P P转变中止线转变中止线。当冷却曲线碰到当冷却曲线碰到P Pk k线时线时,A,A向向P P的转变将被中止的转变将被中止,剩余剩余A A将一直过冷至将一直过冷至M Ms s以下转变为以下转变为M M组织。组织。工程材料及其热处理-334 与等温转变图相比与等温转变图相比,共析钢的连续转变曲线图共析钢的连续转变曲线图中中P P转变转变开始线开始线,共析钢过冷奥氏体的连续转变曲共析钢过冷奥氏体的连续转变曲线和转变终了线的位置均相对右下移，而且只有线和转变终了线的位置均相对右下移，而且只有C C形曲线的上半部分，没有中温的贝氏体型转变形曲线的上半部分，没有中温的贝氏体型转变区。区。工程材料及其热处理-33522金属的整体热处理金属的整体热处理 一、退火一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度保温一退火是将金属和合金加热到适当温度保温一定时间定时间,然后缓慢冷却的热处理工艺然后缓慢冷却的热处理工艺 按金属成分和性能要求的不同按金属成分和性能要求的不同,退火可分为退火可分为:1.1.完全退火完全退火 将将铁铁碳碳合合金金完完全全A A化化,随随之之缓缓慢慢冷冷却却,获获得得接接近近平衡状态组织的退火工艺。平衡状态组织的退火工艺。工程材料及其热处理-336 其其目目的的是是通通过过完完全全重重结结晶晶细细化化晶晶粒粒,降降低低硬硬度度,改善切削性能。改善切削性能。多用于亚共析钢的铸、锻件。多用于亚共析钢的铸、锻件。过过共共析析钢钢不不适适用用完完全全退退火火,因因为为过过共共析析钢钢加加热热到到AcAccmcm线线以以上上缓缓慢慢冷冷却却时时,溶溶解解在在A A内内的的FeFe3 3C C又又重重新新沿沿A A晶晶界界析析出出,形形成成沿沿晶晶界界分分布布的的网网状状FeFe3 3C C组组织织,降低钢材的力学性能。降低钢材的力学性能。2.2.等温退火等温退火 等温退火是指钢件或毛坯加热到高于等温退火是指钢件或毛坯加热到高于A Ac3c3(或或 工程材料及其热处理-337 A Ac1c1)温温度度,适适当当保保温温后后,较较快快冷冷却却到到P P转转变变温温度度区区间间的的某某一一温温度度并并等等温温保保持持使使A A转转变变为为P P型型组组织织,然然后后在在空气中冷却的退火工艺。空气中冷却的退火工艺。等等温温退退火火用用时时短短,效效率率高高,工工件件内内外外处处于于同同一一温温度下发生组织转变度下发生组织转变,可得均匀的组织与性能。可得均匀的组织与性能。3.3.球化退火球化退火 使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。用用于于过过共共析析钢钢,目目的的使使网网状状FeFe3 3C C球球化化,降降低低硬硬度度、提高韧性提高韧性,改善切削性能改善切削性能,为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。工程材料及其热处理-338 4.4.去应力退火去应力退火 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。主主要要用用于于消消除除用用于于消消除除铸铸件件、锻锻件件、焊焊接接件件和切削件的残余应力和切削件的残余应力。对对体体积积庞庞大大的的焊焊接接结结构构件件,无无法法装装炉炉退退火火时时,用用火火焰焰加加热热或或感感应应加加热热等等局局部部加加热热方方法法,对对焊焊缝缝及及热影响区热影响区局部去应力退火局部去应力退火。5.5.均匀化退火均匀化退火工程材料及其热处理-339 均均匀匀化化退退火火是是将将钢钢加加热热到到AcAc3 3以以上上150150200200(常常为为100010001200),1200),保保温温10101515小小时时,然然后后再再随随炉炉缓冷到缓冷到350,350,再出炉冷却。又再出炉冷却。又:扩散退火扩散退火。均均匀匀化化退退火火时时间间长长,工工件件烧烧损损严严重重,耗耗能能大大,是是高成本工艺高成本工艺,多用于优质高合金钢铸锭和铸件。多用于优质高合金钢铸锭和铸件。目目的的为为减减少少铸铸锭锭、铸铸件件、锻锻坯坯成成分分偏偏析析和和组组织的不均匀而采用的退火工艺。织的不均匀而采用的退火工艺。6.6.再结晶退火再结晶退火 经冷变形后的金属加热到再结晶再结晶温度经冷变形后的金属加热到再结晶再结晶温度工程材料及其热处理-340 以以上上,保保持持适适当当时时间间,使使形形变变晶晶粒粒重重新新结结晶晶为为均均匀匀的的等等轴轴晶晶粒粒,以以消消除除形形变变强强化化和和残残余余应应力力的的退退火火工艺。工艺。二、正火二、正火 正正火火是是将将钢钢材材或或钢钢件件加加热热到到或或AcAccmcm以以上上30305050，保保温温适适当当的的时时间间后后，在在静静止止空空气气中中冷冷却却的的热处理工艺。热处理工艺。与退火类似与退火类似,冷却速度比退火快冷却速度比退火快。钢钢件件正正火火后后的的强强度度和和硬硬度度比比退退火火稍稍高高,但但消消除除残残余余应应力力不不彻彻底底。又又操操作作简简便便、生生产产率率高高,所所以以,正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。工程材料及其热处理-341 三、三、淬火淬火 淬火是将钢件加热到淬火是将钢件加热到AcAc3 3 或或AcAc1 1以上某一温度以上某一温度,保持一定时间保持一定时间,然后以适当的速度冷却获得然后以适当的速度冷却获得马氏马氏体体(M)(M)和和(或或)贝氏体贝氏体(B)(B)组织的热处理工艺组织的热处理工艺。目的目的:提高钢件的硬度和耐磨性提高钢件的硬度和耐磨性,淬火不同淬火不同回火回火,获得各种需要的性能获得各种需要的性能,是强化钢的主要方法。是强化钢的主要方法。1.1.淬火加热温度淬火加热温度 加热温度是淬火主要参数。加热温度是淬火主要参数。选择原则以得到选择原则以得到均匀细小的均匀细小的A A晶粒晶粒,使淬火后获得细小的使淬火后获得细小的M M组织。组织。工程材料及其热处理-342 为防止为防止A A晶粒粗化晶粒粗化,加热温度一般限制在临界点以加热温度一般限制在临界点以上上30305050范围。碳钢淬火加热温度范围。碳钢淬火加热温度范围范围 .亚亚共共析析钢钢加加热热温温度度为为A A c c3 3(30(3050)50)。可可得得均匀细小的均匀细小的M M组织。组织。若若温温度度过过高高,易易出出现现粗粗大大M M组组织织,还还导导致致淬淬火火钢钢严严重重变变形形。加加热热温温度度过过低低,淬淬火火组组织织会会中中出出现现F,F,造造成淬火钢硬度不足成淬火钢硬度不足,甚至出现甚至出现“软点软点”现象。现象。共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢的的淬淬火火加加热热温温度度为为AcAc1 1(30(3050)50).淬火后淬火后,共析钢组织为均匀细小的共析钢组织为均匀细小的M M和和工程材料及其热处理-343 少少量量残残余余A A；过过共共析析钢钢则则可可获获得得均均匀匀细细小小的的M M加加粒粒状状FeFe3 3C C和少量残余和少量残余A A的混合组织的混合组织。这这种种淬淬火火组组织织对对过过共共析析钢钢是是正正常常的的,使使其其有有最最佳硬度和耐磨性佳硬度和耐磨性。过过共共析析钢钢的的加加热热温温度度过过高高,可可得得较较粗粗大大的的M M和和较较多多的的残残余余A A。不不仅仅降降低低淬淬火火钢钢硬硬度度和和耐耐磨磨度度性性,还增大淬火变形和开裂倾向。还增大淬火变形和开裂倾向。2.2.淬火加热时间淬火加热时间 指达到加热温度和获得指达到加热温度和获得A A均匀化的时间均匀化的时间。工程材料及其热处理-344 淬火加热时间包括淬火加热时间包括升温和保温时间升温和保温时间。加热时间不能过长加热时间不能过长,也不能过短。也不能过短。在在热热处处理理生生产产中中具具体体要要考考虑虑钢钢种种、加加热热介介质质、加加热热速速度度、装装炉炉方方式式、装装炉炉量量以以及及工工件件的的形形状状、尺寸尺寸等诸多因素。等诸多因素。3.3.淬火介质淬火介质 淬火冷却时所用的介质。淬火冷却时所用的介质。钢的种类不同钢的种类不同,淬火介质不同淬火介质不同,常用介质：水、常用介质：水、盐水和油。盐水和油。工程材料及其热处理-345 水便宜水便宜,冷却能力较强冷却能力较强。其不足之处是在其不足之处是在650650550550范围内冷却能力差范围内冷却能力差,而而在在300300200200范围内冷却能力又偏强范围内冷却能力又偏强,性能不性能不理想理想,理想理想方式方式：快快-慢慢-快快。盐水冷却能力比清水更强盐水冷却能力比清水更强,尤其尤其在在650650550550内有很强的冷却能力内有很强的冷却能力,这对这对尺寸较大的非合金钢尺寸较大的非合金钢件的淬火是非常有利的件的淬火是非常有利的。盐水在盐水在300300200200以下温度时以下温度时,冷却能力仍像冷却能力仍像清水那样相当强清水那样相当强,能使工件变形重能使工件变形重,甚至发生开裂。甚至发生开裂。工程材料及其热处理-346 盐水对工件有锈蚀作用盐水对工件有锈蚀作用,淬火后工件必须清洗淬火后工件必须清洗 盐水和水差不多盐水和水差不多,适用形状简单、硬度要求高适用形状简单、硬度要求高,而均匀、变形要求不严格的非合金钢零件的淬火而均匀、变形要求不严格的非合金钢零件的淬火。油是冷却能力较弱的淬火冷却介质油是冷却能力较弱的淬火冷却介质。淬淬火火用用油油主主要要为为各各种种矿矿物物油油,如如锭锭子子油油、机机油油、柴油、变压器油等。柴油、变压器油等。油油在在高高温温区区冷冷却却速速度度不不够够,不不利利于于非非合合金金钢钢的的淬硬淬硬,但有利于减少工件的变形。但有利于减少工件的变形。工程材料及其热处理-347 因因此此,在在生生产产中中,油油主主要要用用作作过过冷冷A A稳稳定定性性好好的的合金钢和尺寸小的非合金钢零件冷却介质。合金钢和尺寸小的非合金钢零件冷却介质。油冷却能力较水低、成本高油冷却能力较水低、成本高,对防止工件产生对防止工件产生裂纹等缺陷效果好裂纹等缺陷效果好,多用于合金钢淬火的场合多用于合金钢淬火的场合。冷却介质还有熔融状态的冷却介质还有熔融状态的碱浴和硝盐浴碱浴和硝盐浴。碱浴在高温区的冷却能力比油强而比水弱碱浴在高温区的冷却能力比油强而比水弱,而而硝盐在高温区的冷却能力比油略弱硝盐在高温区的冷却能力比油略弱。在低温区域在低温区域,碱和硝盐的冷却能力都比油弱碱和硝盐的冷却能力都比油弱。工程材料及其热处理-348 碱浴和硝盐浴适宜截面不大、形状复杂、限碱浴和硝盐浴适宜截面不大、形状复杂、限制变形的工具钢制变形的工具钢分级淬火分级淬火或或等温淬火等温淬火的冷却介质。的冷却介质。4.4.淬火冷却方法淬火冷却方法 淬淬火火介介质质不不能能完完全全满满足足淬淬火火质质量量的的要要求求,要要以以适适当当的的淬淬火火方方法法配配合合,以以求求所所需需要要淬淬火火组组织织和和性性能能,还要尽量减小淬火缺陷。还要尽量减小淬火缺陷。单液淬火单液淬火 单单液液淬淬火火是是将将A A化化后后的的钢钢件件淬淬入入一一种种介介质质中中连连续冷却续冷却获得获得M M组织的一种淬火组织的一种淬火方法方法 。工程材料及其热处理-349 单单液液淬淬火火操操作作简简单单,易易控控制制热热处处理理;仅仅适适用用于于形状简单的非合金钢和合金钢零件的淬火。形状简单的非合金钢和合金钢零件的淬火。双液淬火双液淬火 双双液液淬淬火火是是将将钢钢件件A A化化后后先先浸浸入入冷冷却却能能力力较较强强的的介介质质,在在钢钢件件还还未未到到达达该该淬淬火火介介质质温温度度之之前前即即取取出出,马马上上浸浸入入另另一一种种冷冷却却能能力力较较弱弱的的介介质质中中冷冷却却,如如先水后油先水后油、先水后空气先水后空气 。双双液液淬火利用了两种介质的优点淬火利用了两种介质的优点,获得了较获得了较为理想的冷却条件为理想的冷却条件;在保证工件获得在保证工件获得M M组织的同时组织的同时工程材料及其热处理-350,减小了淬火应力减小了淬火应力,能有效防止工件的变形或开裂。能有效防止工件的变形或开裂。分级淬火分级淬火 钢钢材材A A化化后后,随随之之浸浸入入温温度度稍稍高高于于或或稍稍低低于于M Ms s点点液液态态介介质质（盐盐浴浴或或碱碱浴浴）中中,适适当当保保持持时时间间,待待钢钢件件内内外外都都达达到到介介质质温温度度后后取取出出空空冷冷,以以获获得得M M组组织的淬火工艺。织的淬火工艺。此此法法显显著著降降低低了了淬淬火火应应力力,有有效效地地减减小小或或防防止止了淬火工件的变形和开裂。了淬火工件的变形和开裂。因受熔盐冷却能力的限制因受熔盐冷却能力的限制,适用尺寸较小工件。适用尺寸较小工件。工程材料及其热处理-351 贝氏体等温淬火贝氏体等温淬火 钢钢材材或或钢钢件件加加热热A A化化,随随之之快快冷冷到到贝贝氏氏体体转转变变温温度度区区间间(260(260400)400)等等温温保保持持,使使A A转转变变为为B