第05章钢的热处理北大课件

机械工程材料第五章 钢的热处理本章主要介绍了钢的热处理的基本原本章主要介绍了钢的热处理的基本原理、普通热处理、表面热处理以及特理、普通热处理、表面热处理以及特种热处理工艺及应用。要求掌握钢在种热处理工艺及应用。要求掌握钢在加热时的转变、过冷奥氏体等温冷却加热时的转变、过冷奥氏体等温冷却转变、淬火钢的回火转变、普通热处转变、淬火钢的回火转变、普通热处理及表面热处理工艺及应用。了解钢理及表面热处理工艺及应用。了解钢的特种热处理的特种热处理 机械工程材料引例引例早在铜器时代，人类就发现金属的性能会早在铜器时代，人类就发现金属的性能会因温度的影响而变化因温度的影响而变化刀剑加热后放到刀剑加热后放到水中冷却后会变得更强韧水中冷却后会变得更强韧1863年人发现钢在加热时的组织变化规律年人发现钢在加热时的组织变化规律法国人确立了同素异构理论，英国人最早法国人确立了同素异构理论，英国人最早制订了铁碳相图制订了铁碳相图这些都为现代热处理工艺奠定了理论基础这些都为现代热处理工艺奠定了理论基础机械工程材料改善钢的性能，主要有两条途径：改善钢的性能，主要有两条途径：一是合金化，这是下几章研究的内容；一是合金化，这是下几章研究的内容；二是热处理，二是热处理，这是本章要研究的内容。这是本章要研究的内容。机械工程材料5.1 5.1 概述概述热处理热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺变钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺.l为简明表示热处理为简明表示热处理的基本工艺过程，的基本工艺过程，通常用温度通常用温度时间时间坐标绘出热处理工坐标绘出热处理工艺曲线。艺曲线。热处理工艺曲线热处理工艺曲线 1-1-连续冷却；连续冷却；2-2-等温处理等温处理 机械工程材料在机床制造中约在机床制造中约60-70%的零件的零件要经过热处理。要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中需热在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达处理的零件达70-80%。l热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用.l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%需经过需经过热处理。热处理。l总之，重要零件都需适当热处总之，重要零件都需适当热处理后才能使用。理后才能使用。机械工程材料热处理特点热处理特点:热处理区别热处理区别于其他加工工艺如铸造于其他加工工艺如铸造、压压力加工等的特点是只通过力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。能，而不改变其形状。铸造铸造轧制轧制l3、热处理适用范围、热处理适用范围:只适用于固态下发生只适用于固态下发生相变的材料，不发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能固态相变的材料不能用热处理强化。用热处理强化。机械工程材料热处理分类热处理分类 热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。热处理原理。热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处理工艺。介质等参数称热处理工艺。(a)940淬火+220回火（板条M回+A少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）20CrMnTi钢钢不同热处理工艺的显微组织不同热处理工艺的显微组织机械工程材料根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工艺分类如下：艺分类如下：其他热处理其他热处理普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理热处理热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理激光热处理激光热处理控制气氛热处理控制气氛热处理表面淬火表面淬火感应加热、火焰加热、感应加热、火焰加热、电接触加热等电接触加热等化学热处理化学热处理渗碳、氮化、碳氮渗碳、氮化、碳氮共渗、渗其他元素等共渗、渗其他元素等机械工程材料预备热处理与最终热处理预备热处理与最终热处理预备热处理预备热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理.预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线时间时间温度温度/机械工程材料 钢加热时的实际转变温度分别钢加热时的实际转变温度分别用用Ac1、Ac3、Accm表示表示;冷却时的实际转变温度分别用冷却时的实际转变温度分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。表示。由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数据是以是以30-50/h 的速度加热或冷却时测得的。的速度加热或冷却时测得的。l临界温度与实际转变温度临界温度与实际转变温度l铁碳相图中铁碳相图中PSK、GS、ES线分线分别用别用A1、A3、Acm表示表示.l实际加热或冷却时存在着过冷实际加热或冷却时存在着过冷或过热现象，因此将或过热现象，因此将机械工程材料5.2 5.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。钢坯加热钢坯加热l一、一、奥氏体的形成过程奥氏体的形成过程l奥氏体化也是形核和长大奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以的过程，分为四步。现以共析钢为例说明：共析钢为例说明：机械工程材料第一步第一步 奥氏体晶核形成：首先在奥氏体晶核形成：首先在 与与Fe3C相界形核。相界形核。第二步第二步 奥氏体晶核长大：奥氏体晶核长大：晶核通过碳原子的扩散向晶核通过碳原子的扩散向 和和Fe3C方向长大。方向长大。第三步第三步 残余残余Fe3C溶解溶解:铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，因而先消失。残余的因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失。随保温时间延长继续溶解直至消失。机械工程材料第四步第四步 奥氏体成分均奥氏体成分均匀化：匀化：Fe3C溶解后，其溶解后，其所在部位碳含量仍很高，所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏通过长时间保温使奥氏体成分趋于均匀。体成分趋于均匀。温温度度，共析钢奥氏体化共析钢奥氏体化曲线曲线（875退火）退火）机械工程材料亚共析钢和过共析钢的奥氏体亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。但化过程与共析钢基本相同。但由于先共析由于先共析 或二或二次次Fe3C的的存在，要获得全部奥氏体组织，存在，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到必须相应加热到Ac3或或Accm以以上上。机械工程材料二、二、奥氏体晶粒长大及其影响因素奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大奥氏体化刚结束时的奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度晶粒度称起始晶粒度,此时晶粒细小均匀。此时晶粒细小均匀。随加热温度升高或保随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体温时间延长，奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程相同。机械工程材料机械工程材料 温来判断。温来判断。晶粒度为晶粒度为1-4 级的是本质粗晶粒钢级的是本质粗晶粒钢,5-8 级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，级的是本质细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾向小。后者晶粒长大倾向小。l在给定温度下奥氏体的在给定温度下奥氏体的晶粒度称实际晶粒度。晶粒度称实际晶粒度。l加热时奥氏体晶粒的长加热时奥氏体晶粒的长大倾向称本质晶粒度。大倾向称本质晶粒度。l通常将钢加热到通常将钢加热到940 10奥氏体化后，设法奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室把奥氏体晶粒保留到室机械工程材料2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素加加热热温温度度和和保保温温时时间间:加加热热温温度度高高、保保温温时时间间长长,晶晶粒粒粗粗大大.加加热热速速度度:加加热热速速度度越越快快,过过热热度度越越大大,形形核核率率越越高高,晶晶粒粒越细越细.l合金元素：合金元素：l阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素:Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、Mo、Cr、Al等碳化物和氮化物形成元素。等碳化物和氮化物形成元素。l促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/mNb、Ti对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响机械工程材料 原始组织原始组织:平衡状态的组织有利于获得细晶粒。平衡状态的组织有利于获得细晶粒。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细的常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。机械工程材料5.3 5.3 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变冷却是热处理更重要的工序。冷却是热处理更重要的工序。一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程处于临界点处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。马氏体转变三种类型转变。现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：机械工程材料 珠光体转变珠光体转变1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能过冷奥氏体在过冷奥氏体在 A1到到 550间将转变间将转变为珠光体类型组织，它是铁素体与渗为珠光体类型组织，它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合碳体片层相间的机械混合物，根据片物，根据片层厚薄不同层厚薄不同,又细又细 分为珠光体、分为珠光体、索氏体和托氏索氏体和托氏 体。体。珠光体珠光体索氏体索氏体托氏体托氏体机械工程材料 珠光体：珠光体：形成温度为形成温度为A1-650，片层较厚，片层较厚，500倍光倍光镜下可辨，用符号镜下可辨，用符号P表示表示.光镜下形貌光镜下形貌电镜下形貌电镜下形貌机械工程材料 索氏体索氏体形成温度为形成温度为650-600,片层较薄，片层较薄，800-1000倍光镜下可倍光镜下可辨，用符号辨，用符号S 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌机械工程材料 托氏体托氏体形成温度为形成温度为600-550，片层极薄，电镜下可辨，片层极薄，电镜下可辨，用符号用符号T 表示。表示。电镜形貌电镜形貌光镜形貌光镜形貌机械工程材料珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只珠光体、索氏体、屈氏体三种组织无本质区别，只是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。片片间距间距 bHRC l片间距越小，钢的强度、片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性和韧性硬度越高，而塑性和韧性略有改善。略有改善。机械工程材料2、珠光体转变珠光体转变过程过程珠光体转变也是形核和长大的过程珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥先在奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成一个珠光体团。形核并长大，形成一个珠光体团。珠光体转变珠光体转变是扩散型转变。是扩散型转变。机械工程材料珠光体转变过程珠光体转变过程机械工程材料机械工程材料 贝氏体转变贝氏体转变1、贝氏体的组织形态及性能贝氏体的组织形态及性能过冷奥氏体在过冷奥氏体在550-230(Ms)间将转变为贝氏体类型间将转变为贝氏体类型组织，贝氏体用符号组织，贝氏体用符号B表示。表示。根据其组织形态不同，贝氏根据其组织形态不同，贝氏体又分为上贝氏体体又分为上贝氏体(B上上)和下和下贝氏体贝氏体(B下下).上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体机械工程材料 上贝氏体上贝氏体形成温度为形成温度为550-350。在光镜下呈羽毛状在光镜下呈羽毛状.在电镜下为不连续棒在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内平奥氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之行生长的铁素体条之间。间。光镜下光镜下电镜下电镜下机械工程材料下贝氏体下贝氏体形成温度为形成温度为350-Ms。在光镜下呈竹叶状。在光镜下呈竹叶状。光镜下光镜下电镜下电镜下l在电镜下为细片状碳在电镜下为细片状碳化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长轴方向呈轴方向呈55-60角。角。机械工程材料上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。上上贝氏体贝氏体贝氏体组织的透射电镜形貌贝氏体组织的透射电镜形貌下贝氏体下贝氏体机械工程材料2、贝氏体转变过程贝氏体转变过程贝氏体转变也是形核贝氏体转变也是形核和长大的过程。和长大的过程。发生贝氏体转变时发生贝氏体转变时,首先在奥氏体中的贫首先在奥氏体中的贫碳区形成铁素体晶核，碳区形成铁素体晶核，其含碳量介于奥氏体其含碳量介于奥氏体与平衡铁素体之间，与平衡铁素体之间，为过饱和铁素体。为过饱和铁素体。机械工程材料当转变温度较高（当转变温度较高（550-350)时，条片状铁素体从时，条片状铁素体从奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变奥氏体晶界向晶内平行生长，随铁素体条伸长和变宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条宽，其碳原子向条间奥氏体富集，最后在铁素体条间析出间析出Fe3C短棒，奥氏体消失，短棒，奥氏体消失，形成形成B上上。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程机械工程材料贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现铁原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。的。l当转变温度较低（当转变温度较低（350-230)时，铁素体在晶界或时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低晶内某些晶面上长成针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。下贝氏体转变下贝氏体转变机械工程材料机械工程材料 马氏体转变马氏体转变当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到Ms以下将以下将转变为马氏体类型组织。转变为马氏体类型组织。马氏体转变是强化钢的重马氏体转变是强化钢的重要途径之一。要途径之一。1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构碳在碳在-Fe中的过饱和固溶中的过饱和固溶体称马氏体，用体称马氏体，用M表示。表示。马氏体组织马氏体组织l马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.机械工程材料机械工程材料马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体心正方晶格（a=bc）轴比轴比c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。C%越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。当当0.25%C时，时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格。此时马氏体为体心立方晶格。机械工程材料2、马氏体的形态、马氏体的形态马氏体的形态分板马氏体的形态分板条和针状两类。条和针状两类。板条马氏体板条马氏体立体形态为细长的立体形态为细长的扁棒状扁棒状在光镜下板条马氏在光镜下板条马氏体为一束束的细条体为一束束的细条组织。组织。光镜下光镜下电镜下电镜下机械工程材料每束内条与条之间尺寸大每束内条与条之间尺寸大致相同并呈平行排列，一致相同并呈平行排列，一个奥氏体晶粒内可形成几个奥氏体晶粒内可形成几个取向不同的马氏体束。个取向不同的马氏体束。在电镜下，板条内的亚结在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，构主要是高密度的位错，=1012/cm2,又称位错马又称位错马氏体。氏体。SEMTEM机械工程材料 针状马氏体针状马氏体立体形态为双凸透镜形的立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。片状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称孪晶马氏体。孪晶，又称孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下机械工程材料 马氏体的形态主要取马氏体的形态主要取决于其含碳量决于其含碳量C%小于小于0.2%时，组织时，组织几乎全部是板条马氏体。几乎全部是板条马氏体。C%大于大于1.0%C时几乎时几乎全部是针状马氏体全部是针状马氏体.C%在在0.21.0%之间为之间为板条与针状的混合组织。板条与针状的混合组织。马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C机械工程材料45钢正常淬火组织钢正常淬火组织先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿先形成的马氏体片横贯整个奥氏体晶粒，但不能穿过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形过晶界和孪晶界。后形成的马氏体片不能穿过先形成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小成的马氏体片，所以越是后形成的马氏体片越细小.l原始奥氏体晶粒细，转原始奥氏体晶粒细，转变后的马氏体片也细。变后的马氏体片也细。l当最大马氏体片细到光当最大马氏体片细到光镜下无法分辨时，该马镜下无法分辨时，该马氏体称隐晶马氏体氏体称隐晶马氏体.机械工程材料3、马氏体的性能、马氏体的性能高硬度是马氏体性高硬度是马氏体性能的主要特点。能的主要特点。马氏体的硬度主要马氏体的硬度主要取决于其含碳量。取决于其含碳量。含碳量增加，其硬含碳量增加，其硬度增加。度增加。l当含碳量大于当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平缓。l合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%机械工程材料马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性.针状马氏体针状马氏体板条马氏体板条马氏体马氏体的透射电镜形貌马氏体的透射电镜形貌机械工程材料4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点马氏体转变马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：也是形核和长大的过程。其主要特点是：无扩散性无扩散性l铁和碳原子铁和碳原子都不扩散，都不扩散，因而马氏体因而马氏体的含碳量与的含碳量与奥氏体的含奥氏体的含碳量相同。碳量相同。机械工程材料 共格切变共格切变性性由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的。使切变由于无扩散，晶格转变是以切变机制进行的。使切变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变部分的形状和体积发生变化，引起相邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象。形，在预先抛光的表面上产生浮凸现象。马氏体转变马氏体转变切变示意图切变示意图马氏体转变产生的表面浮凸马氏体转变产生的表面浮凸机械工程材料 降温形成降温形成马氏体转变开始的温度称上马氏体转变开始的温度称上马氏体点，马氏体点，用用Ms 表示表示.l马氏体转变终了温度称下马马氏体转变终了温度称下马氏体点，用氏体点，用Mf 表示表示.l只要温度达到只要温度达到Ms以下即发生以下即发生马氏体转变。马氏体转变。MfMsM(50%)M(90%)在在Ms以下，随温度下降以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断转变量增加，冷却中断,转转变停止。变停止。Ms、Mf 与冷却温度无关，只与碳、合金元素含量与冷却温度无关，只与碳、合金元素含量有关。有关。机械工程材料高速长大高速长大马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏体产生裂纹。马氏体产生裂纹。转变不完全转变不完全 l即使冷却到即使冷却到Mf 点，点，也不可能获得也不可能获得100%的马氏体，总有部的马氏体，总有部分奥氏体未能转变分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用而残留下来，称残余奥氏体，用A 或或 表示。表示。机械工程材料Ms、Mf 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）。金元素含量（包括碳含量）。马氏体转变后，马氏体转变后，A 量随含碳量的增加而增加，当量随含碳量的增加而增加，当含碳量达含碳量达0.5%后，后，A量才显著量才显著。含含 碳碳 量量 对对 马马 氏氏体转体转 变变 温温 度度 的的 影响影响含碳含碳 量对残余奥量对残余奥氏体氏体 量的影响量的影响机械工程材料过冷奥氏体转变产物（共析钢过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变类型类型转变产转变产物物形成温度，形成温度，转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火机械工程材料二、二、过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种两种。两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却机械工程材料过冷奥氏体的等温转过冷奥氏体的等温转变图是表示奥氏体急变图是表示奥氏体急速冷却到临界点速冷却到临界点A1 以下在各不同温度下以下在各不同温度下的保温过程中转变量的保温过程中转变量与转变时间的关系曲与转变时间的关系曲线线.又称又称C 曲线、曲线、S 曲线或曲线或TTT曲线。曲线。过冷奥氏体的等温转变图过冷奥氏体的等温转变图(Time-Temperature-Transformation diagram)机械工程材料1、C曲线的建立曲线的建立以共析钢为例：以共析钢为例：取一批小试样并取一批小试样并进行奥氏体化进行奥氏体化.将试样分组淬入将试样分组淬入低于低于A1 点的不同温点的不同温度的盐浴中度的盐浴中,隔一隔一定时间取一试样淬定时间取一试样淬入水中。入水中。机械工程材料测定每个试样的转变量，测定每个试样的转变量，确定各温度下转变量与转确定各温度下转变量与转变时间的关系。变时间的关系。将各温度下转变开始时将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度间及终了时间标在温度时间坐标中，并分别连线。时间坐标中，并分别连线。转变开始点的连线称转变转变开始点的连线称转变开始线。转变终了点的连开始线。转变终了点的连线称转变终了线。线称转变终了线。机械工程材料A1-Ms 间及转变间及转变开始线以左的区开始线以左的区域为过冷奥氏体域为过冷奥氏体区。区。转变终了线以右转变终了线以右及及Mf以下为转变以下为转变产物区。产物区。两线之间及两线之间及Ms与与Mf之间为转变区之间为转变区。时间时间温温度度A1MSMfA过过冷冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥奥氏氏体体机械工程材料5506502s10s5s2s5s10s30s40s机械工程材料2、C 曲线的分析曲线的分析 转变开始线与纵坐转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育标之间的距离为孕育期。期。孕育期越小，过冷奥孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小氏体稳定性越小.孕育期最小孕育期最小处称处称C 曲曲线的线的“鼻尖鼻尖”。碳钢碳钢鼻尖处的温度为鼻尖处的温度为550。机械工程材料在鼻尖以上在鼻尖以上,温度较温度较高，相变驱动力小高，相变驱动力小.在鼻尖以下，温度较在鼻尖以下，温度较低，扩散困难。从而低，扩散困难。从而使奥氏体稳定性增加。使奥氏体稳定性增加。C曲线明确表示了曲线明确表示了过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体在不同温度下的等温转变产物。度下的等温转变产物。机械工程材料3、影响、影响C 曲线的因素曲线的因素 成分的影响成分的影响 含碳量的影响含碳量的影响：共析钢的过冷奥氏体最稳定，：共析钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最曲线最靠右。靠右。Ms 与与Mf 点随含碳量增加而下降。点随含碳量增加而下降。与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部曲线的上部各各多一条多一条先共析相的析出线。先共析相的析出线。机械工程材料CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响 合金元素的影响合金元素的影响除除Co 外外,凡溶入奥氏体的合金元素都凡溶入奥氏体的合金元素都使使C 曲曲线右移。线右移。l除除Co和和Al 外外,所有合金元素都使所有合金元素都使Ms 与与Mf 点下降点下降。机械工程材料推杆式电阻炉推杆式电阻炉 奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C 曲线右移。曲线右移。使用使用C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.机械工程材料 过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图过冷奥氏体连续冷却转变图又过冷奥氏体连续冷却转变图又称称CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)曲线，是通过测曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。定不同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线机械工程材料1、共析钢的、共析钢的CCT曲线曲线共析钢的共析钢的CCT曲线没有贝曲线没有贝氏体转变区，在珠光体转氏体转变区，在珠光体转变区之下多了一条转变中变区之下多了一条转变中止线。止线。当连续冷却曲线碰到转变当连续冷却曲线碰到转变中止线时，珠光体转变中中止线时，珠光体转变中止，余下的奥氏体一直保止，余下的奥氏体一直保持到持到Ms以下转变为马氏体。以下转变为马氏体。VkVk共析钢的共析钢的CCT曲线曲线机械工程材料图中的图中的Vk 为为CCT曲线的临界冷却曲线的临界冷却速度，即获得全速度，即获得全部马氏体组织时部马氏体组织时的最小冷却速度的最小冷却速度.Vk 为为TTT曲线曲线的临界冷却速度的临界冷却速度.Vk 1.5 Vk。VkVk时间时间/s温度温度/共析钢的共析钢的CCT图图共析温度共析温度连续冷却转连续冷却转变曲线变曲线完全退火完全退火正火正火等温转等温转变曲线变曲线油淬油淬水淬水淬M+AM+T+ASP200100机械工程材料CCT曲线位于曲线位于TTT曲线右曲线右下方下方。CCT曲线获得困难曲线获得困难，TTT曲线容易测得。曲线容易测得。可用可用TTT曲线定性说明连曲线定性说明连续冷却时的组织转变情况。续冷却时的组织转变情况。方法是将连续冷却曲线方法是将连续冷却曲线绘绘在在C 曲线上，依其与曲线上，依其与C 曲曲线交点的位置来说明最终线交点的位置来说明最终转变产物。转变产物。用用TTT曲线定性说明共析钢连续冷却时曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变的组织转变炉冷炉冷空冷空冷油油冷冷水水冷冷PST+M+AM+A机械工程材料P均匀均匀A细细AP退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S淬火淬火(油冷油冷)T+M+AM+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间650600550机械工程材料45钢钢850油冷组织油冷组织M+T机械工程材料2、过共析钢过共析钢CCT曲线也无贝氏体转变区曲线也无贝氏体转变区,但比共析但比共析钢钢CCT曲线多一条曲线多一条AFe3C转变开始线。由于转变开始线。由于Fe3C的析出的析出,奥氏体中含碳量下降奥氏体中含碳量下降,因而因而Ms 线右端升高线右端升高.3、亚共析钢、亚共析钢CCT 曲线有贝氏体转变区，曲线有贝氏体转变区，还多还多AF开始线开始线,F析出使析出使A含碳量升高含碳量升高,因而因而Ms 线右端下降。线右端下降。过共析钢过共析钢CCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCT曲线曲线机械工程材料5.4 5.4 钢的退火与正火钢的退火与正火 机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预预 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理，只有当预备热处理，只有当工件性能要求不高时工件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。机械工程材料5.4.1 退火退火将钢加热至适当温将钢加热至适当温度保温，然后缓慢度保温，然后缓慢冷却冷却(炉冷炉冷)的热的热处理工艺叫做退火。处理工艺叫做退火。1、退火目的、退火目的l调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度度为为170-250HB。l 消除内应力，防止加工中变形。消除内应力，防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。真空退火炉真空退火炉机械工程材料2、退火工艺、退火工艺退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050保保温后缓冷的退温后缓冷的退火工艺，主要火工艺，主要用于亚共析钢用于亚共析钢。机械工程材料 等温退火等温退火亚共析钢加热亚共析钢加热到到Ac3+3050,共析共析、过共析钢加热过共析钢加热到到Ac1+3050，保温后快冷到保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢。更适合于孕育期长的合金钢。高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较机械工程材料 球化退火球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+30-50 保温后保温后缓冷，或者加热后冷缓冷，或者加热后冷却到略低于却到略低于 Ar1 的温的温度下保温，使珠光体度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共炉空冷。主要用于共析、过共析钢。析、过共析钢。机械工程材料球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体组织，称球状珠光体,用用P球球表示。表示。球状珠光体球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状.机械工程材料5.4.2 正火正火正火正火是将亚共析钢加热到是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加共析钢加热热到到Ac1+3050，过共析钢过共析钢 加热加热到到Accm+30 50保温保温 后空冷的工艺。后空冷的工艺。正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C时，组织时，组织为为F+S；0.6%C时，组织时，组织为为S。正火温度正火温度机械工程材料机械工程材料2、正火的目的、正火的目的 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。目的与退火的相同。对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。化退火作组织准备。l 普通件最终热处普通件最终热处理。理。l要改善切削性能，要改善切削性能，低碳钢用正火，中低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火。高碳钢用球化退火。热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度机械工程材料5.5 5.5 钢的淬火与回火钢的淬火与回火 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺为马氏体的热处理工艺.一、淬火目的一、淬火目的 获得马氏体组织，提高获得马氏体组织，提高钢的性能钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉5.5.1 淬火淬火机械工程材料（一）（一）淬火温度淬火温度1、碳钢、碳钢 亚共析钢亚共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。l预备热处理组织为退预备热处理组织为退火或正火组织。火或正火组织。二、淬火工艺二、淬火工艺机械工程材料亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：0.5%C时为时为M 0.5%C时为时为M+A。65MnV钢钢(0.65%C)淬火组织淬火组织45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织机械工程材料在在Ac1 Ac3之间的加热之间的加热淬火称亚温淬火淬火称亚温淬火。35钢（含钢（含0.35%C）亚温淬火组织亚温淬火组织l亚温淬火组织为亚温淬火组织为F+M，强硬度强硬度低，但塑韧性好低，但塑韧性好.机械工程材料机械工程材料 共析钢共析钢淬火温度淬火温度为为Ac1+30-50；淬火组织为淬火组织为M+A。机械工程材料 过共析钢过共析钢淬火温度淬火温度:Ac1+30-50.温度高于温度高于Accm，则奥氏体晶则奥氏体晶粒粗大、含碳量高粒粗大、含碳量高,淬火后淬火后马氏体晶粒粗大、马氏体晶粒粗大、A量增多。量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。性、变形开裂倾向增加。淬火组织淬火组织:M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织正常淬火组织机械工程材料2、合金钢、合金钢由由于于多多数数合合金金元元素素(Mn、P除除外外)对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。亚共析钢淬火温度为亚共析钢淬火温度为Ac3+50100。共析钢、过共析钢淬火温度共析钢、过共析钢淬火温度为为Ac1+50100。钢坯加热钢坯加热机械工程材料（二）淬火介质（二）淬火介质理想的冷却曲线应只理想的冷却曲线应只在在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 内应力的目的。但目前内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火还没有找到理想的淬火介质。介质。l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。机械工程材料油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.机械工程材料机械工程材料（三）淬火方法（三）淬火方法采用不同的淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。可弥补介质的不足。1、单液淬火法、单液淬火法加热工件在一种介质加热工件在一种介质中连续冷却到室温的中连续冷却到室温的淬火方法。淬火方法。操作简单，易实现自操作简单，易实现自动化动化。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法机械工程材料2、双液淬火法、双液淬火法工件先在一种冷却能力工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷如水淬油冷，油淬空冷.优点是冷却理想，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。机械工程材料3、分级淬火法、分级淬火法在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。再取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺可减少内应力，用于小尺寸工件。寸工件。盐浴炉盐浴炉机械工程材料4、等温淬火法、等温淬火法将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐浴的盐浴或碱浴中保温足够长时间，或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的从而获得下贝氏体组织的淬淬火方法。火方法。经等温淬火零件具有良好的经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小综合力学性能，淬火应力小.适用于形状复杂及要求较高适用于形状复杂及要求较高的小型件。的小型件。机械工程材料三、钢的淬透性三、钢的淬透性网带式淬火炉网带式淬火炉淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。机械工程材料（一）钢的淬透性（一）钢的淬透性M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度是指由淬硬层深度是指由工件表面到半马氏工件表面到半马氏体区体区(50%M+50%P)的的深度。深度。l淬硬性是指钢淬火淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高后所能达到的最高硬度，即硬化能力硬度，即硬化能力.机械工程材料同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸工件尺寸小、小、介质冷却能力介质冷却能力强，淬硬层深。强，淬硬层深。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。层深度来确定的。机械工程材料二、影响淬透性的因素二、影响淬透性的因素钢的淬透性取决于临界冷钢的淬透性取决于临界冷却速度却速度Vk，Vk越小，淬越小，淬透性越高。透性越高。Vk取决于取决于C曲线的位置曲线的位置，C 曲线曲线越靠右，越靠右，Vk越小。越小。l因而凡是影响因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。淬透性提高。机械工程材料示，示，J 表示末端淬表示末端淬透性，透性，d 表示半马表示半马氏体区到水冷端的氏体区到水冷端的距离，距离，HRC 为半为半马氏体区的硬度。马氏体区的硬度。2、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示即用即用 表表三、淬透性的测定及其表示方法三、淬透性的测定及其表示方法 1、淬透性的测定常用、淬透性的测定常用末端淬火法末端淬火法机械工程材料 用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。表示。D0与介质有关，如与介质有关，如45钢钢D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如较，如45钢钢D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。马氏体马氏体索氏体机械工程材料四、四、淬透性的应用淬透性的应用1、利用淬透性曲线及圆棒冷速与端淬距离的关系利用淬透性曲线及圆棒冷速与端淬距离的关系曲线可以预测零件淬火后的硬度分布曲线可以预测零件淬火后的硬度分布。下图为下图为预预测测50mm直径直径40MnB钢钢轴淬火后断面的硬度分布轴淬火后断面的硬度分布.机械工程材料2、利用淬透性曲线进行选材。如、利用淬透性曲线进行选材。如要求厚要求厚60mm汽汽车转向节淬火后表面硬度超过车转向节淬火后表面硬度超过HRC50，1/4半径处半径处为为HRC45。可按下图箭头所示程序进行选材分析可按下图箭头所示程序进行选材分析.机械工程材料3、利用淬透性可控制淬硬层深度。、利用淬透性可控制淬硬层深度。对于截面承载均匀的重要件对于截面承载均匀的重要件,要全部要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。对于淬透。如螺栓、连杆、模具等。对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的淬硬层深度一般为半径的1/21/3)，如轴类、齿轮等。如轴类、齿轮等。淬硬层深度与工件尺寸有关淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时设计时应注意尺寸效应应注意尺寸效应。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮机械工程材料不同冷却条件下的转变产物不同冷却条件下的转变产物等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间温温度度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？机械工程材料5.5.2 回火回火回火是指将淬火钢加热回火是指将淬火钢加热到到A1以下的某温度保温以下的某温度保温后冷却的工艺。后冷却的工艺。一、回火的目的一、回火的目的1、减少或消除淬火内、减少或消除淬火内应力应力,防止变形或开裂防止变形或开裂.l2、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。性大，回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹机械工程材料3、稳定尺寸。淬火、稳定尺寸。淬火M和和A都是非平衡组织，有自发都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可向平衡组织转变的倾向。回火可使使M与与A转变为平衡转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。或接近平衡的组织，防止使用时变形。4、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用 回火软化既能降低硬度，又回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。能缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。淬火后应立即进行回火。机械工程材料二、二、钢在回火时的转变钢在回火时的转变淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。网带式回火电炉网带式回火电炉机械工程材料 回火时组织转变回火时组织转变1、马氏体的分解、马氏体的分解 100回火时，钢的回火时，钢的组织无变化。组织无变化。100-200加热时，马加热时，马氏体将发生分解氏体将发生分解,从马从马氏体中析出氏体中析出-碳化物碳化物(-FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用称回火马氏体，用M回回表示。表示。透射电镜下的回火马氏体形貌透射电镜下的回火马氏体形貌机械工程材料回火马氏体回火马氏体在光在光镜下镜下M回回为黑色为黑色，A为白色。为白色。0.2%C 时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。偏聚。2、残余奥氏体分解残余奥氏体分解l200-300时时,由由于马氏体分解，奥于马氏体分解，奥氏体所受的压力下氏体所受的压力下降降,Ms 上升，上升，A 分解分解为为-碳化物和过饱和铁素体，即碳化物和过饱和铁素体，即M回回。机械工程材料 衡成分衡成分,内应力大量消除内应力大量消除，M回回转变为在保持马氏体转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回组织，称回火托氏体火托氏体，用，用T回回表示表示。l发生于发生于250-400，此时，此时，-碳化物溶碳化物溶解于解于F中，并从铁中，并从铁素体中析出素体中析出Fe3C。l到到350,马氏体含马氏体含碳量降到铁素体平碳量降到铁素体平回火托氏体回火托氏体l3、-碳化物转变为碳化物转变为Fe3C机械工程材料回火索氏体回火索氏体4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化聚集长大和铁素体多边形化l400以上以上,Fe3C开开始聚集长大。始聚集长大。l450 以上铁素体以上铁素体发生多边形化，由发生多边形化，由针片状变为多边形针片状变为多边形.l这种在多边形铁素这种在多边形铁素体基体上分布着颗体基体上分布着颗粒状粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用的组织称回火索氏体，用S回回表示。表示。机械工程材料4040钢力学性能与回火温度的关系钢力学性能与回火温度的关系 回火时的性能变化回火时的性能变化随回火温随回火温度提高，度提高，钢的强度、钢的强度、硬度下降，硬度下降，塑性、韧塑性、韧性提高。性提高。机械工程材料200以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。l200-300，由于，由于高碳钢中高碳钢中A转变转变为为M回回,硬度再次硬度再次升高。升高。l大于大于300,由于由于Fe3C粗化，马氏粗化，马氏体转变为铁素体体转变为铁素体,硬度直线下降。硬度直线下降。机械工程材料三、回火脆性三、回火脆性淬火钢的韧性并淬火钢的韧性并不总是随温度升不总是随温度升高而提高。高而提高。在某些温度范围在某些温度范围内回火时，会出内回火时，会出现冲击韧性下降现冲击韧性下降的现象，称回火的现象，称回火脆性脆性。机械工程材料1、第一类回火脆性、第一类回火脆性又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-350回火回火时出现的脆性。时出现的脆性。l这种回火脆性是不可这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度逆的，只要在此温度范围内回火就会出现范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效脆性，目前尚无有效消除办法。消除办法。l回火时应避开这一温回火时应避开这一温度范围。度范围。机械工程材料2、第二类回火脆性、第二类回火脆性又称可逆回火脆性。是指淬又称可