第3章 钢的热处理-2_1_

1、第三章第三章 钢的热处理钢的热处理-22. 贝氏体型转变贝氏体：贝氏体： F和和Fe3C的机械混合物，在的机械混合物，在F基体上分布着基体上分布着Fe3C “鼻尖鼻尖” （560 ）Ms点温度范围内的点温度范围内的过冷过冷A转变产物仍然为转变产物仍然为F与与Fe3C的混合物。但的混合物。但其形态不同于其形态不同于P，称，称Bainite，B，贝氏体。，贝氏体。 B转变也是转变也是B形核与长大的过程。首先沿形核与长大的过程。首先沿A晶界形成晶界形成C过饱和的过饱和的F晶核并长大，随后在晶核并长大，随后在这种这种F中析出细小的渗碳体。不同温度下产生中析出细小的渗碳体。不同温度下产生的的B的形态不同

2、。的形态不同。 560 350 形成的形成的B称为称为B上上； 350Ms形成的形成的B称为称为B下下。 上贝氏体B上上呈羽毛状，由互相平行的过饱和呈羽毛状，由互相平行的过饱和F和分布和分布在片间的断续细小的渗碳体组成。硬度高，在片间的断续细小的渗碳体组成。硬度高，可达可达4045HRC，但因，但因F片粗且平行分布，片粗且平行分布，同时晶间有脆性的渗碳体，故塑、韧性差。同时晶间有脆性的渗碳体，故塑、韧性差。B上10000羽毛状F（深色），（深色），大体平行分布大体平行分布Fe3C（白（白色），细色），细条或短杆条或短杆状断续分状断续分布布下贝氏体B下呈针叶状，由针叶状过饱和F和弥散分布在其中的

3、极细小的渗碳体组成。硬度高5060 HRC，强度高，耐磨性好，塑性、韧性高，具有良好的综合力学性能。AFFe3C生产中“等温淬火”的目的就是为了得到B下组织B下500B下10000针叶状Fe3C（白色）弥散分布于F晶内3、M型转变型转变转变温度：MsMf, 温度低，Fe、C不能扩散。A F，C完全保留在 -Fe中，引起过饱和。M又称碳过饱和铁素体。晶格歪扭成体心正方，随wC ，正方度。A M伴随有体积膨胀 淬火应力 残余A M转变结束时，总有少量的A被保留下来，称为残余A。片状马氏体：呈双凸透镜状，显微镜下呈针片状，高碳、孪晶M 强度高，塑韧性低板条马氏体：呈细长板条状，低碳 强度高，塑韧性好

4、。M形态形态片状M长大速度非常快，先形成的M片较大，后形成的M片不能穿越已形成的M，故较小。显微镜下为长短不一，互成一定角度的M片。片状M 500片状的孪晶亚结构20000板条M截面呈椭圆形的细长条状，许多尺寸大致相同的定向相互平行排列，构成一个群（束），显微组织为一束束细长板条状组织。板条500wC 1.0% 的钢淬火后, 几乎全部为片M；wC 0.2% 的钢淬火后, 基本上全部为板条M；0.2% wC 1.0%的钢淬火后，为两种M的混合物。45钢淬火M形态 500 500 80000 500 500板条板条M片状片状M混合混合M（四）（四） 影响影响TTT曲线的主要因素曲线的主要因素 含量

5、含量 合金元素合金元素1. 含量的影响含量的影响亚共析钢及过共析钢的过冷亚共析钢及过共析钢的过冷A的等的等温转变与共析钢一样，亦可分为高温温转变与共析钢一样，亦可分为高温P型转变、中温型转变、中温B型转变和低温型转变和低温M型转变。型转变。但在但在P型转变之前，亚共析钢有型转变之前，亚共析钢有F的的析出，过共析钢有析出，过共析钢有Fe3C析出。析出。时间时间温温度度TAAMsMfAMAPAB时间时间温温度度TAAMsMfAMAPABAFAFe3C亚共析钢过共析钢亚、过共析钢的TTT曲线时间时间温温度度TAAMsMfAMAPABAF时间时间温温度度TAAMsMfAMAPABAFe3C时间时间温温

6、度度TAAMsMfAMAPAB共析钢过冷共析钢过冷A最稳定（最稳定（C曲线最靠曲线最靠右）右）wC0.77%: wC，C曲线右移曲线右移wC0.77%: wC，C曲线左移曲线左移2. 合金元素的影响合金元素的影响合金元素对合金元素对C曲线的影响是复曲线的影响是复杂的，几乎除杂的，几乎除Co外，所有溶入外，所有溶入A中的合金元素均使曲线右移。中的合金元素均使曲线右移。除除Co、Al外，溶入外，溶入A的合的合金元素都使金元素都使C曲线上的曲线上的Ms、Mf点点降低。降低。残余奥氏体残余奥氏体A在在M相变时，由于体积膨胀，使尚未发相变时，由于体积膨胀，使尚未发生相变的过冷生相变的过冷A受压，而停止相

7、变，这部分受压，而停止相变，这部分A称为残余奥氏体称为残余奥氏体A，只有当温度进一步下降，只有当温度进一步下降时，时，A才会发生分解。当温度达到才会发生分解。当温度达到Mf点以下点以下时，时，A才会全部分解完毕。才会全部分解完毕。共析钢共析钢Mf-50，淬火至室温下仍有，淬火至室温下仍有36%的的A ；过共析钢；过共析钢Mf=-100时，淬火时，淬火至室温下仍有至室温下仍有815%A。A会降低钢的硬度，并带来钢件尺寸的会降低钢的硬度，并带来钢件尺寸的不稳定，不稳定，“冷处理冷处理” 二、过冷二、过冷A的连续冷却转变的连续冷却转变过冷过冷A的连续冷却转变曲线的连续冷却转变曲线 简称简称CCT图图

8、Continuous Cooling Transformation Diagram 转变是一个连续过程，符合生产实转变是一个连续过程，符合生产实际，所以际，所以CCT图比图比C曲线更切合实际，曲线更切合实际，应用范围更大。应用范围更大。但但CCT图的测试比图的测试比C曲线困难，所以曲线困难，所以经常需要利用经常需要利用C曲线来分析过冷曲线来分析过冷A的连续的连续冷却转变过程冷却转变过程.CCT Diagram of Eutectoid SteelCCT Diagram of Eutectoid Steel时间温度A1Ms珠光体马氏体马氏体+珠光体临界冷却速度APA开始转变线A转变终了线A转变终

9、止线V2V1CCT曲线与C曲线的比较CCT曲线位于曲线位于C曲线右下方，曲线右下方，P转变转变温度更低，时间更长；温度更低，时间更长；共析钢及过共析钢的共析钢及过共析钢的CCT曲线中无曲线中无B型转变，而多了一条型转变，而多了一条P转变终止线；转变终止线；亚共析钢在连续冷却时在一定温度范亚共析钢在连续冷却时在一定温度范围内过冷围内过冷A会部分转变为会部分转变为B。由 于 C C T曲线测定比较困难，许多钢至今仍无，实际热处理中常参照C曲线来定性估计连续冷却转变过程。时间时间温温度度TAAMsMfAMAPABv1v2v3v临 / vC/ vKv粗粗P退火退火S（细（细P）正火正火T+M油淬油淬M

10、A水淬水淬3.3 钢的普通热处理钢的普通热处理退火退火 Annealing正火正火 Normalizing淬火淬火 Quenching回火回火 Tempering普通热处理是零件制造过程中非常重要的不可缺少的工序。一般零部一般零部件制造工件制造工艺中路线艺中路线铸造铸造锻造锻造退火退火正火正火切削加工切削加工成品成品预先热处理预先热处理重要零部重要零部件制造工件制造工艺中路线艺中路线铸造铸造锻造锻造退火退火正火正火粗加工粗加工淬火淬火回火回火精加工精加工成品成品最终热处理最终热处理一、一、 钢的退火钢的退火将钢件加热到临界温度（将钢件加热到临界温度（A1、A3、Acm）以上（有时以下）保）以上

11、（有时以下）保温一定时间，然后缓冷（炉冷、温一定时间，然后缓冷（炉冷、坑冷、灰冷）以得到平衡状态的坑冷、灰冷）以得到平衡状态的组织的热处理工艺称退火。组织的热处理工艺称退火。退火工艺退火工艺时间时间温度温度 保温保温缓冷缓冷加热加热ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 低温低温扩散扩散退退火火温温度度球化球化完全完全1、完全退火、完全退火主要用于亚共析钢和主要用于亚共析钢和合金钢的铸、锻、及热轧型合金钢的铸、锻、及热轧型材。也可以用于焊件。材。也可以用于焊件。细化晶粒，消除应力细化晶粒，消除应力和组织缺陷，和组织缺陷，硬度，硬度，塑性。塑性。 加热保温加热保温 Ac

12、3+2030冷却冷却 缓慢冷却（随炉或者埋在缓慢冷却（随炉或者埋在砂中或石灰中冷却）到砂中或石灰中冷却）到500以下，以下，在空气中冷却。在空气中冷却。目的目的 细化晶粒，消除应力和组织细化晶粒，消除应力和组织缺陷，降低硬度，提高塑性，为机缺陷，降低硬度，提高塑性，为机加工及后续热处理（淬火）作组织加工及后续热处理（淬火）作组织准备。准备。完全退火工艺完全退火工艺时间时间温度温度保温保温Ac3+20 30炉冷炉冷空冷空冷500完全退火的局限性完全退火的局限性需要时间很长，特别对需要时间很长，特别对于某些于某些A比较稳定的合金钢，比较稳定的合金钢，需要十几个小时甚至几天，需要十几个小时甚至几天，

13、为了为了生产效率，产生了等温生产效率，产生了等温退火。退火。2、等温退火、等温退火 与完全退火工艺相同，与完全退火工艺相同，所不同的是钢件经过所不同的是钢件经过A化后，化后，以较快的速度冷却到某一以较快的速度冷却到某一T，保温一定时间保温一定时间AP，然，然后以较快的速度冷却到室后以较快的速度冷却到室温。温。等温退火工艺等温退火工艺时间时间温度温度保温保温Ac3+20 30快冷快冷空冷空冷TpAP3、球化退火、球化退火 T = Ac1+ 2040，进行，进行较长时间的保温，使钢的较长时间的保温，使钢的Fe3C（碳化物）趋于球化，然后缓（碳化物）趋于球化，然后缓慢冷却到慢冷却到600550再出炉

14、冷再出炉冷却。使却。使Fe3C网变成球，以降低网变成球，以降低硬度，改善切削加工性能，并硬度，改善切削加工性能，并为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。球化退火工艺球化退火工艺时间时间温度温度保温保温Ac1+20 40缓冷缓冷空冷空冷600 5504、扩散退火、扩散退火把钢加热到固相线把钢加热到固相线以下以下100 200，并，并保温缓冷。目的是消除保温缓冷。目的是消除钢中的枝晶偏析。所以钢中的枝晶偏析。所以也叫均匀化退火也叫均匀化退火。扩散退火工艺扩散退火工艺时间时间温度温度Ts - 100 200保温保温1015 h缓冷缓冷5、去应力退火、去应力退火v 去应力退火又称去应力退火又称低温退火低

15、温退火或或高高温回火；温回火；v 把钢件加热到把钢件加热到Ac1以下，一般以下，一般500600随炉冷却至随炉冷却至300200出炉；出炉；v 目的：消除残余应力，防止零目的：消除残余应力，防止零件变形或开裂，保证精度。件变形或开裂，保证精度。去应力退火工艺去应力退火工艺时间时间温度温度保温保温500 600炉冷炉冷空冷空冷300 200二、二、 钢的正火钢的正火 NormalizingAc3、Accm+ 30 80，保温后空冷。保温后空冷。ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 正火工艺正火工艺时间时间温度温度Ac3 (Accm) + 30 80空冷空冷应用范围 对

16、普通结构件为最终热处理，以对普通结构件为最终热处理，以细化组织，提高其强度和韧性；细化组织，提高其强度和韧性； 使中、低碳结构钢组织正常化，使中、低碳结构钢组织正常化，改善切削加工性能；改善切削加工性能； 为淬火作组织准备；为淬火作组织准备； 抑制或消除过共析钢的网状渗碳抑制或消除过共析钢的网状渗碳体，为球化退火作组织准备。体，为球化退火作组织准备。退火与正火的选择改善切削加工性能改善切削加工性能低碳钢：硬度低，粘刀，正火；低碳钢：硬度低，粘刀，正火；高碳钢：硬度高，难切削，退火；高碳钢：硬度高，难切削，退火；中碳钢：退火、正火。中碳钢：退火、正火。经济性经济性正火周期短，耗能少，操作简便，正

17、火周期短，耗能少，操作简便，尽量以正火代替退火。尽量以正火代替退火。使用性能使用性能普通结构件，以正火作为最终热处普通结构件，以正火作为最终热处理，以细化晶粒，提高力学性能；理，以细化晶粒，提高力学性能；形状复杂的结构件，采用退火作为形状复杂的结构件，采用退火作为最终热处理，以削除应力防止裂纹。最终热处理，以削除应力防止裂纹。三、三、 钢的淬火钢的淬火 Quenchingv 将钢加热到临界温度以将钢加热到临界温度以上，保温后快速冷却获上，保温后快速冷却获得得M的热处理工艺。的热处理工艺。v 淬火是钢强化的最重要淬火是钢强化的最重要手段之一手段之一。淬火温度淬火温度v亚共析钢亚共析钢Ac3+30

18、 50v 过共析钢过共析钢Ac1+30 50ABEGHJNPSQ + + +Fe3C +Fe3CL+ LL+ 冷却速度冷却速度(1)理想冷却速度理想冷却速度高温高温T650,慢冷慢冷,可以减少热应可以减少热应力。力。中温中温650400 ,快冷快冷,避避开开C曲线的鼻尖曲线的鼻尖,保证全部获得保证全部获得M。低温低温400以下以下，特别是，特别是300200 发生发生M转变时要求慢转变时要求慢冷，冷，M转变时的组织应力转变时的组织应力(2)理想冷却速度示意图理想冷却速度示意图 时间时间温度温度淬火介质淬火介质 到目前为止，在实际到目前为止，在实际生产中还没有找到符合这生产中还没有找到符合这一理

19、想曲线的冷却介质。一理想曲线的冷却介质。现有淬火介质有：水、含现有淬火介质有：水、含盐水溶液、油、盐水溶液、油、 盐浴、碱盐浴、碱浴、淬火液等等。浴、淬火液等等。水水 是最普通的淬火介质。是最普通的淬火介质。在在650500冷速大，但冷速大，但在在320 200冷速也大。冷速也大。含盐水溶液含盐水溶液是水的改进，和水性能是水的改进，和水性能类似。类似。但淬火后表面硬度高、但淬火后表面硬度高、性能均匀、性能均匀、 表面光滑。表面光滑。油油 是另一种特别通用的是另一种特别通用的淬火介质。淬火介质。在在650500冷速小，冷速小，但在但在320200冷速也小。冷速也小。淬淬火火方方法法淬火方法比较淬

20、火方法比较abcd单液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火温度温度时间时间PBMsAA1Mf钢件淬火时，表钢件淬火时，表层直接与淬火介质层直接与淬火介质接触，冷却速度快；接触，冷却速度快；而心部则要通过表而心部则要通过表层来散热，冷却速层来散热，冷却速度慢。度慢。温度温度时间时间PBMsAA1Mf钢的淬透性钢的淬透性v表表v心心v心心钢件表层得到钢件表层得到M；而心部只能获得部而心部只能获得部分分M，甚至完全得，甚至完全得不到不到M。（1）淬透性淬透性定义定义 淬透性是表征钢件淬火淬透性是表征钢件淬火时形成的能力，或者说表时形成的能力，或者说表征钢件淬火时所能得到的淬征钢件淬火时所能得到的淬硬层的深度。硬层的深度。(与钢中过冷与钢中过冷A稳定性有关稳定性有关)(2)工程定义工程定义由钢件表面向里到半由钢件表面向里到半组织（组织（50%M）的区域）的区域称为淬硬层，其深度称淬称为淬硬层，其深度称淬硬层深度。硬层深度。(3)淬硬性淬硬性在正常淬火情况下，以在正常淬火情况下，以超过临界冷却速度的冷速冷超过临界冷却速度的冷速冷却，得到的组织所能达到却，得到的组织所能达到的最高硬度值（与中含的最高硬度值（与中含量有关）。量有关）。(4)淬透性的测试方法淬透性的测试方法 临界直径法 顶端淬火法临界直径法将同一种钢不同直径的圆棒试样加热至单相A区，然后