第三章 钢的热处理

第三章第三章 钢的热处理钢的热处理3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变3.3 钢的普通热处理钢的普通热处理3.4 钢的表面热处理钢的表面热处理3.5 影响热处理件的质量因素影响热处理件的质量因素3.6 热处理技术条件与工序位置热处理技术条件与工序位置 钢的热处理是将钢在固态下采用适当的方式进行钢的热处理是将钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温加热、保温和冷却，和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 钢的热处理的目的在于消除毛坯钢的热处理的目的在于消除毛坯(如铸件、锻件等如铸件、锻件等)中缺陷，中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备改善其工艺性能，为后续工序作好组织准备;更重要的是热处理更重要的是热处理能显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件能显著提高钢的力学性能，从而充分发挥钢材的潜力，提高工件的使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十的使用性能和使用寿命。因此，热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。分重要的地位。 根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。根据加热和冷却方法不同，常用的热处理大致分类如下。 (1)整体热处理对工件进行整体热处理对工件进行整体穿透加热整体穿透加热。常用的方法有。常用的方法有:退退火、正火、淬火、回火等。火、正火、淬火、回火等。下一页第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 (2) 表面热处理对工件表面热处理对工件表层进行加热与冷却表层进行加热与冷却，以改变表层的，以改变表层的组织和性能。常用的方法有组织和性能。常用的方法有:感应加热表面淬火、火焰加热表面感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光加热表面淬火等。淬火、激光加热表面淬火等。 (3) 化学热处理通过化学热处理通过改变工件表层改变工件表层的化学成分，来改变其组的化学成分，来改变其组织和性能。常用的方法有织和性能。常用的方法有:渗碳、碳氮共渗、渗氮等。渗碳、碳氮共渗、渗氮等。 尽管钢的热处理种类很多，但都是由尽管钢的热处理种类很多，但都是由加热、保温加热、保温和和冷却冷却三个三个阶段组成的，通常用热处理工艺曲线表示，如阶段组成的，通常用热处理工艺曲线表示，如图图3-1所示。因此所示。因此要了解各种热处理方法对钢的组织和性能的影响，必须研究钢在要了解各种热处理方法对钢的组织和性能的影响，必须研究钢在加热加热(含保温含保温)和冷却过程中组织变化的规律。和冷却过程中组织变化的规律。上一页第三章第三章 钢的热处理钢的热处理返回 由由Fe-Fe3C相图可知，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，在相图可知，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，在PSK线、线、GS线和线和ES线上都要发生组织转变。因此，任一成分碳线上都要发生组织转变。因此，任一成分碳钢的固态组织转变的相变点，都可由钢的固态组织转变的相变点，都可由PSK线、线、GS线和线和ES线来确线来确定。通常把定。通常把PSK线称为线称为A1线线;GS线称为线称为A3线线;ES线称为人线称为人Acm线。线。而该线上的相变点，则相应的用而该线上的相变点，则相应的用A1点、点、A3点、点、Acm点来表示。点来表示。 应当指出，应当指出，A1, A3,Acm点是平衡相变点，是碳钢在极其缓点是平衡相变点，是碳钢在极其缓慢的加热或冷却情况下测定的。但在实际生产中，加热和冷却速慢的加热或冷却情况下测定的。但在实际生产中，加热和冷却速度都比较快，因此，钢的相变过程不可能在平衡相变点进行。加度都比较快，因此，钢的相变过程不可能在平衡相变点进行。加热转变在平衡相变点以上进行热转变在平衡相变点以上进行;冷却转变在平衡相变点以下进行。冷却转变在平衡相变点以下进行。 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变下一页升高和降低的幅度，随加热和冷却速度的增加而增大。为了区别升高和降低的幅度，随加热和冷却速度的增加而增大。为了区别于平衡相变点，通常将加热时的各相变点用式于平衡相变点，通常将加热时的各相变点用式Ac1，Ac2，Accm表示表示;冷却时的各相变点用冷却时的各相变点用Ar1，Ar3，Arcm表示表示如如图图3-2为这些为这些相变点在相变点在Fe-Fe3C相图上的位置示意图。相图上的位置示意图。 一、钢的奥氏体化一、钢的奥氏体化 钢加热到钢加热到Ac1，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加，点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变，加热到热到Ac3和和Accm点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的点以上时，便全部转变为奥氏体，热处理加热的主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得主要目的就是为了得到奥氏体，因此这种加热到相变点以上获得奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体组织的过程称为钢的奥氏体化奥氏体化。 1.奥氏体的形成奥氏体的形成 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变下一页上一页 以共析钢为例，共析钢在以共析钢为例，共析钢在A1点以下全部为珠光体组织，组织点以下全部为珠光体组织，组织中的铁素体具有体心立方晶格，中的铁素体具有体心立方晶格，A1点时其点时其wC= 0. 021 8%;渗渗碳体具有复杂晶格，其碳体具有复杂晶格，其wC= 6. 69 %而加热到而加热到Ac1点以上时，点以上时，珠光体变成具有面心立方晶格的奥氏体，其珠光体变成具有面心立方晶格的奥氏体，其wC=0. 77%。由。由此可见，奥氏体化必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散，其此可见，奥氏体化必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散，其转变过程遵循形核和长大的基本规律，并通过以下三个阶段来完转变过程遵循形核和长大的基本规律，并通过以下三个阶段来完成。成。 (1)奥氏体晶核的形成和长大奥氏体晶核的形成和长大 实验证明，奥氏体晶核优先在实验证明，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体相界面上形成。这是由于相界面处原子排列比较铁素体和渗碳体相界面上形成。这是由于相界面处原子排列比较紊乱，处于能量较高状态紊乱，处于能量较高状态;且奥氏体的碳的质量分数介于铁素体且奥氏体的碳的质量分数介于铁素体和渗碳体之间，故在两相的相界面上，为奥氏体的形核提供了良和渗碳体之间，故在两相的相界面上，为奥氏体的形核提供了良好的条件。好的条件。下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 奥氏体晶核形成后，由于它一面与渗碳体相接，另一面与铁奥氏体晶核形成后，由于它一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接，因此，奥氏体晶核的长大是相界面往渗碳体与铁素体素体相接，因此，奥氏体晶核的长大是相界面往渗碳体与铁素体方向同时推移的过程。它通过铁、碳原子的打一散，使邻近的渗方向同时推移的过程。它通过铁、碳原子的打一散，使邻近的渗碳体不断溶解，铁素体晶格改组成为面心立方晶格来完成的。碳体不断溶解，铁素体晶格改组成为面心立方晶格来完成的。 (2)残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 在奥氏体形成过程中，由于渗碳体在奥氏体形成过程中，由于渗碳体的晶体结构和碳的质量分数与奥氏体有很大差异，所以当铁素体的晶体结构和碳的质量分数与奥氏体有很大差异，所以当铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分未溶的渗碳体将全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解，这部分未溶的渗碳体将随着保温时间的延长，将逐渐溶人奥氏体中，直至完全消失为止。随着保温时间的延长，将逐渐溶人奥氏体中，直至完全消失为止。 (3)奥氏体的均匀化奥氏体的均匀化 残余奥氏体完全溶解后，奥氏体的碳浓残余奥氏体完全溶解后，奥氏体的碳浓度是不均匀的，在原渗碳体处碳浓度较高，而原铁素体处碳浓度度是不均匀的，在原渗碳体处碳浓度较高，而原铁素体处碳浓度下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均较低，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能得到成分均匀的奥氏体。如匀的奥氏体。如图图3-3为钢的奥氏体化过程。为钢的奥氏体化过程。 由上可知，由上可知，热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也热处理的保温，不仅是为了将工件热透，而且也是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和是为了获得均匀的奥氏体组织，以便冷却后能得到良好的组织和性能。性能。 亚共析钢和过共析钢加热到亚共析钢和过共析钢加热到Ac1点以上时，珠光体转变成奥点以上时，珠光体转变成奥氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完氏体，得到的组织为奥氏体和先析的铁素体或渗碳体，称为不完全奥氏体化。只有加热到全奥氏体化。只有加热到Ac3或或Accm以上，先析相会继续向奥氏以上，先析相会继续向奥氏体转变或溶解，获得单一的奥氏体组织，才是完全奥氏体化。体转变或溶解，获得单一的奥氏体组织，才是完全奥氏体化。 2.影响奥氏体转变的因素影响奥氏体转变的因素下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 (1) 加热温度加热温度 加热温度越高，铁、碳原子的打一散速度越加热温度越高，铁、碳原子的打一散速度越快，且铁的晶体改组也越快，因而加速了奥氏体的形成。快，且铁的晶体改组也越快，因而加速了奥氏体的形成。 (2) 加热速度加热速度 加热速度越快，转变开始温度越高，转变终加热速度越快，转变开始温度越高，转变终了温度也越高，完成转变所需要的时间越短，即奥氏体转变速度了温度也越高，完成转变所需要的时间越短，即奥氏体转变速度越快。越快。 (3) 钢的原始组织钢的原始组织 若钢的成分相同，其原始组织越细、相若钢的成分相同，其原始组织越细、相界面越多，奥氏体的形成速度就越快。例如界面越多，奥氏体的形成速度就越快。例如:相同成分的钢，由相同成分的钢，由于细片状珠光体比粗片状珠光体的相界面积大，故细片状珠光体于细片状珠光体比粗片状珠光体的相界面积大，故细片状珠光体的奥氏体形成速度快。的奥氏体形成速度快。二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解奥氏体形成后继续加热或保温，在伴随着残余渗碳体的溶解和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢和奥氏体的均匀化同时，奥氏体的晶粒将发生长大。其结果使钢件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏件冷却后的机械性能降低，特别是冲击韧性变坏;奥氏体晶粒粗奥氏体晶粒粗大也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥大也是淬火变形和开裂的重要原因。所以，为了获得细晶粒的奥氏体组织，有必要了解奥氏体晶粒在其形成后的长大过程及控制氏体组织，有必要了解奥氏体晶粒在其形成后的长大过程及控制方法。方法。 1. 奥氏体晶粒度奥氏体晶粒度 奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点(亚共析钢为亚共析钢为Ac3，过共，过共析钢为析钢为Ac1或或Accm)以上某一温度，并保温给定时间得到的奥氏体以上某一温度，并保温给定时间得到的奥氏体晶粒大小。奥氏体晶粒大小有以下两种方法表示晶粒大小。奥氏体晶粒大小有以下两种方法表示:一种是用晶粒一种是用晶粒尺寸表示，例如晶粒的平均直径、晶粒的平均表面面积或尺寸表示，例如晶粒的平均直径、晶粒的平均表面面积或下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变单位表面面积内的晶粒数目单位表面面积内的晶粒数目;另一种是用晶粒度另一种是用晶粒度N来表示，它是将来表示，它是将放大放大100倍的金相组织与标准晶粒号图片进行比较来确定的。一倍的金相组织与标准晶粒号图片进行比较来确定的。一般将般将N小于小于4的称为粗晶粒，的称为粗晶粒，N在在58之间的称为细晶粒，之间的称为细晶粒，N大大于于8以上称为超细晶粒。以上称为超细晶粒。 2. 奥氏体晶粒的长大奥氏体晶粒的长大 在加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏体晶粒，称在加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏体晶粒，称为奥氏体起始晶粒，其大小称为奥氏体起始晶粒度。奥氏体起始为奥氏体起始晶粒，其大小称为奥氏体起始晶粒度。奥氏体起始晶粒一般都很小，但随温度进一步升高，时间继续延长，奥氏体晶粒一般都很小，但随温度进一步升高，时间继续延长，奥氏体晶粒将不断长大，长大到钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为实际晶晶粒将不断长大，长大到钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为实际晶粒，其大小称为实际晶粒度。奥氏体实际晶粒度直接影响钢热处粒，其大小称为实际晶粒度。奥氏体实际晶粒度直接影响钢热处理后的组织与性能。理后的组织与性能。下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 实践证明，不同成分的钢，在加热时奥氏体晶粒长大的倾向是不相同实践证明，不同成分的钢，在加热时奥氏体晶粒长大的倾向是不相同的，如的，如图图3-4。有些钢随着加热温度的升高，奥氏体晶粒会迅速长大，。有些钢随着加热温度的升高，奥氏体晶粒会迅速长大，称这类钢为本质粗晶粒钢称这类钢为本质粗晶粒钢(图图3-4，曲线，曲线1)，而有些钢的奥氏体晶粒，而有些钢的奥氏体晶粒不易长大，只有当温度超过一定值时，奥氏体晶粒才会突然长大，称不易长大，只有当温度超过一定值时，奥氏体晶粒才会突然长大，称这类钢为本质细晶粒钢这类钢为本质细晶粒钢(图图3-4,曲线曲线2)。生产中，须经热处理的工件，。生产中，须经热处理的工件，一般都采用本质细晶粒钢制造。一般都采用本质细晶粒钢制造。 加热时，奥氏体晶粒长大倾向取决于钢的成分和冶炼条件。冶炼时加热时，奥氏体晶粒长大倾向取决于钢的成分和冶炼条件。冶炼时用铝脱氧，使其形成用铝脱氧，使其形成A1N微粒微粒;或加人或加人Nb , V , Ti等元素，使其形成等元素，使其形成难溶的碳氮化物微粒分布在奥氏体晶界上，能阻止奥氏体晶粒的长大，难溶的碳氮化物微粒分布在奥氏体晶界上，能阻止奥氏体晶粒的长大，但加热温度超过一定值时，这些极细的化合物会溶人奥氏体晶粒内，但加热温度超过一定值时，这些极细的化合物会溶人奥氏体晶粒内，使奥氏体晶粒突然长大。使奥氏体晶粒突然长大。下一页上一页 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变用锰、硅铁脱氧的钢为本质粗晶粒钢，如沸腾钢。用锰、硅铁脱氧的钢为本质粗晶粒钢，如沸腾钢。 3.影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 (1)加热温度和保温时间加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，奥氏加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长得越大。通常加热温度对奥氏体晶粒长大的影响比保温时体晶粒长得越大。通常加热温度对奥氏体晶粒长大的影响比保温时间更显著。间更显著。 (2)加热速度加热速度 当加热温度确定后，加热速度越快，奥氏体晶粒当加热温度确定后，加热速度越快，奥氏体晶粒越细小。因此，快速高温加热和短时间保温，是生产中常用的一种越细小。因此，快速高温加热和短时间保温，是生产中常用的一种细化晶粒的方法。细化晶粒的方法。 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变下一页上一页 (3)钢中加人一定的合金元素钢中加人一定的合金元素 大多数合金元素均能不同程度的大多数合金元素均能不同程度的阻碍奥氏体晶粒长大，尤其是与碳结合力较强的合金元素阻碍奥氏体晶粒长大，尤其是与碳结合力较强的合金元素(如铬、钼、如铬、钼、钨、钒等钨、钒等)，由于它们在钢中形成难溶于奥氏体的碳化物，并弥散分，由于它们在钢中形成难溶于奥氏体的碳化物，并弥散分布在奥氏体晶界上，能阻碍奥氏体晶粒长大，而锰、磷则促使奥氏体布在奥氏体晶界上，能阻碍奥氏体晶粒长大，而锰、磷则促使奥氏体晶粒长大。晶粒长大。 3.1 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变返 回上一页 生产实践和科学实验证明，即使是同一化学成分的钢，当加热到生产实践和科学实验证明，即使是同一化学成分的钢，当加热到高温奥氏体状态后，若采用不同的冷却方法，其奥氏体转变后的组织高温奥氏体状态后，若采用不同的冷却方法，其奥氏体转变后的组织和性能都有很大的差别和性能都有很大的差别(见见表表3-1)。显然，这是由于钢的内部组织随。显然，这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生了变化，从而导致性能上的差别。这种现象不冷却速度的不同而发生了变化，从而导致性能上的差别。这种现象不能用能用Fe-Fe3C相图来解释，为了更好地了解钢热处理后的组织与力相图来解释，为了更好地了解钢热处理后的组织与力学性能的变化，必须研究奥氏体在不同冷却速度下的变化规律。学性能的变化，必须研究奥氏体在不同冷却速度下的变化规律。 钢在冷却时，奥氏体的转变有两种方式钢在冷却时，奥氏体的转变有两种方式:一种是等温冷却转变，一种是等温冷却转变，即将钢件奥氏体化后，迅速冷却至界点即将钢件奥氏体化后，迅速冷却至界点Ar1以下某一温度并保温，使以下某一温度并保温，使奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷却到室温，如奥氏体在该温度下发生组织转变，然后再冷却到室温，如图图3-5曲线曲线1所示。所示。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页另一种是连续冷却转变，即将钢件奥氏体化后，以不同的冷却速度连另一种是连续冷却转变，即将钢件奥氏体化后，以不同的冷却速度连续冷却至室温，在连续冷却过程中奥氏体发生组织转变，如续冷却至室温，在连续冷却过程中奥氏体发生组织转变，如图图3-5曲曲线线2所示。所示。 为了研究奥氏体的冷却转变规律，通常是根据上述两种冷却方式，为了研究奥氏体的冷却转变规律，通常是根据上述两种冷却方式，分别绘出过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线，分别绘出过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线，这两种曲线能正确说明奥氏体冷却条件与相变的关系。这两种曲线能正确说明奥氏体冷却条件与相变的关系。 一、过冷奥氏体的等温冷却转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变 奥氏体在相变点奥氏体在相变点A1以下处于不稳定状态，必须要发生相变。但过以下处于不稳定状态，必须要发生相变。但过冷到冷到A1以下的奥氏体并不是立即发生相变，而是要经过一个孕育期后以下的奥氏体并不是立即发生相变，而是要经过一个孕育期后才开始转变，这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体才开始转变，这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为称为“过冷奥氏体过冷奥氏体”。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页 过冷奥氏体在不同温度下的等温转变，将使钢的组织与性能发生明显过冷奥氏体在不同温度下的等温转变，将使钢的组织与性能发生明显的变化，而奥氏体等温转变曲线是研究过冷奥氏体等温转变的工具。的变化，而奥氏体等温转变曲线是研究过冷奥氏体等温转变的工具。 1.过冷奥氏体等温转变曲线的建立过冷奥氏体等温转变曲线的建立 过冷奥氏体等温转变曲线是将钢加热到奥氏体状态，然后以极快的过冷奥氏体等温转变曲线是将钢加热到奥氏体状态，然后以极快的速度冷却到速度冷却到A1以下不同的温度，在各个不同温度下测得的转变量和时以下不同的温度，在各个不同温度下测得的转变量和时间的关系曲线。在过冷奥氏体转变过程中，会发生各种物理变化，如放间的关系曲线。在过冷奥氏体转变过程中，会发生各种物理变化，如放热、体积膨胀、磁性转变等，因此可以利用热分析法、膨胀法、磁性法、热、体积膨胀、磁性转变等，因此可以利用热分析法、膨胀法、磁性法、金相硬度法等测定奥氏体转变过程。现以共析碳钢为例，介绍用金相硬金相硬度法等测定奥氏体转变过程。现以共析碳钢为例，介绍用金相硬度法测定过冷奥氏体等温转变曲线的过程。度法测定过冷奥氏体等温转变曲线的过程。 首选将共析碳钢制成若干小试样，并分为几组，每组有若干试样。首选将共析碳钢制成若干小试样，并分为几组，每组有若干试样。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页将各组试样都在同样的加热条件下奥氏体化，获得均匀的奥氏体组将各组试样都在同样的加热条件下奥氏体化，获得均匀的奥氏体组织。然后把各组试样分别迅速投人织。然后把各组试样分别迅速投人A1点以下不同温度点以下不同温度(如如720, 700, 650, 600)的等温槽中，使过冷奥氏体等温转变。的等温槽中，使过冷奥氏体等温转变。同时从试样投人时刻起记录等温时间，每隔一定时间，在每一组中同时从试样投人时刻起记录等温时间，每隔一定时间，在每一组中取出一个试样投人水中，将试样在不同时刻的等温转变状态固定下取出一个试样投人水中，将试样在不同时刻的等温转变状态固定下来，冷却后测定其硬度并观察显微组织。这样便可找出在不同的过来，冷却后测定其硬度并观察显微组织。这样便可找出在不同的过冷温度下进行等温转变时，开始转变所需要的时间及完成转变所需冷温度下进行等温转变时，开始转变所需要的时间及完成转变所需要的时间。在以温度一时间为坐标的图上将所有的转变开始点和转要的时间。在以温度一时间为坐标的图上将所有的转变开始点和转变终了点分别用光滑的曲线连接起来，这样就得到了共析碳钢的等变终了点分别用光滑的曲线连接起来，这样就得到了共析碳钢的等温转变曲线，如温转变曲线，如图图3-6。由于其形状与字母。由于其形状与字母“C”相似，故又称它为相似，故又称它为C曲线。曲线。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页图中纵坐标为过冷奥氏体等温温度，横坐标取对数坐标表示时间，这主图中纵坐标为过冷奥氏体等温温度，横坐标取对数坐标表示时间，这主要是因为过冷奥氏体在不同过冷度下，转变所需时间相差很大的缘故。要是因为过冷奥氏体在不同过冷度下，转变所需时间相差很大的缘故。 图图3-6中左边的中左边的C形曲线为过冷奥氏体等温转变开始线右边的形曲线为过冷奥氏体等温转变开始线右边的C形曲形曲线为过冷奥氏体等温转变终了线。线为过冷奥氏体等温转变终了线。C曲线上面的水平线叫做曲线上面的水平线叫做A1线，它线，它表示奥氏体与珠光体的平衡温度，即表示奥氏体与珠光体的平衡温度，即Fe-Fe3C状态图中的状态图中的A1温度，温度，A1线以上奥氏体是稳定的，线以上奥氏体是稳定的，A1线以下奥氏体是不稳定的，它要转变成其线以下奥氏体是不稳定的，它要转变成其他产物。他产物。C曲线下面的水平线叫做曲线下面的水平线叫做Mf线，它是以极快的冷却速度连续冷线，它是以极快的冷却速度连续冷却时，测得的过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度点的连线，在其下面却时，测得的过冷奥氏体开始转变为马氏体的温度点的连线，在其下面还有一条表示马氏体转变终了的水平线，称为还有一条表示马氏体转变终了的水平线，称为Mf线，一般都在室温以线，一般都在室温以下。下。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页 A1线以上是奥氏体的稳定区域线以上是奥氏体的稳定区域;A1线以下、转变开始线以左的区域线以下、转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区是过冷奥氏体区;A1线以下、转变终了线以右和线以下、转变终了线以右和Ms线以上的区域为线以上的区域为转变产物区转变产物区;转变开始线和转变终了线之间是过冷奥氏体和转变产物转变开始线和转变终了线之间是过冷奥氏体和转变产物共存区。过冷奥氏体在各个温度下等温转变时，都要经历一段孕育共存区。过冷奥氏体在各个温度下等温转变时，都要经历一段孕育期期(它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离表示它以转变开始线与纵坐标之间的水平距离表示)。孕育期越长，。孕育期越长，过冷奥氏体越稳定，反之则越不稳定。可见，过冷奥氏体在不同温过冷奥氏体越稳定，反之则越不稳定。可见，过冷奥氏体在不同温度下的稳定性是不同的度下的稳定性是不同的:开始时随过冷度的增加，孕育期与转变开始开始时随过冷度的增加，孕育期与转变开始时间逐渐缩短时间逐渐缩短;而当过冷度达到某一值而当过冷度达到某一值(约约550)后的，孕育期与后的，孕育期与转变开始时间却随过冷度的增加而逐渐变长。在转变开始时间却随过冷度的增加而逐渐变长。在C曲线上孕育期最曲线上孕育期最短的地方，表示过冷奥氏体最不稳定，它的转变速度最快，该处被短的地方，表示过冷奥氏体最不稳定，它的转变速度最快，该处被称为称为C曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页而靠近而靠近A1和和Ms处的孕育期最长，过冷奥氏体比较稳定，转变速度也处的孕育期最长，过冷奥氏体比较稳定，转变速度也较慢。较慢。 2.过冷奥氏体等温转变产物的组织形态及性能过冷奥氏体等温转变产物的组织形态及性能 由由C曲线可知，奥氏体是在过冷度从几度到几百度曲线可知，奥氏体是在过冷度从几度到几百度(A1Ms)的温的温度区间内进行相应的转变的。根据转变温度和转变产物组织的不同，度区间内进行相应的转变的。根据转变温度和转变产物组织的不同，大致可分为大致可分为:高温转变高温转变(珠光体型转变珠光体型转变)和中温转变和中温转变(贝氏体型转变贝氏体型转变)。 (1)高温转变高温转变(珠光体型转变珠光体型转变)高温转变的温度范围大约在高温转变的温度范围大约在A1550左右，在这个温度范围内等温时得到的组织都是由铁素左右，在这个温度范围内等温时得到的组织都是由铁素(F)和渗碳体和渗碳体(Fe3C)的层片组成的机械混合物，属于珠光体型。珠的层片组成的机械混合物，属于珠光体型。珠光体型组织的形成是过冷奥氏体通过铁、碳原子的扩散和铁原子晶格光体型组织的形成是过冷奥氏体通过铁、碳原子的扩散和铁原子晶格的改组而形成的，的改组而形成的， 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页转变过程也是通过形核和长大完成的，其过程如转变过程也是通过形核和长大完成的，其过程如图图3-7所示。所示。 当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到A1温度线以下时，首先在奥氏体晶界处形成渗碳温度线以下时，首先在奥氏体晶界处形成渗碳体晶核体晶核(图图3-7(a)，由于渗碳体碳的质量分数比奥氏体高得多，故，由于渗碳体碳的质量分数比奥氏体高得多，故在渗碳体长大的同时，必然使周围奥氏体碳的质量分数降低，从而使在渗碳体长大的同时，必然使周围奥氏体碳的质量分数降低，从而使这部分奥氏体转变为铁素体这部分奥氏体转变为铁素体(图图3-7 (b)。铁素体溶碳能力很低，。铁素体溶碳能力很低，在它长大的过程中必然要将多余的碳转移到相邻的奥氏体中，使其碳在它长大的过程中必然要将多余的碳转移到相邻的奥氏体中，使其碳的质量分数升高，这又促使新的渗碳体片的形成的质量分数升高，这又促使新的渗碳体片的形成(图图3-7(c)。上述。上述过程连续进行过程连续进行(图图3-7 (d)、(e),最终形成了铁素体与渗碳体片层最终形成了铁素体与渗碳体片层相间的珠光体组织相间的珠光体组织(图图3-7 (f)。 片层状珠光体的性能主要取决于片层间距。转变温度越低，即过冷片层状珠光体的性能主要取决于片层间距。转变温度越低，即过冷度越大，片层间距越小。度越大，片层间距越小。 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变下一页上一页因此，在过冷度较小因此，在过冷度较小(A1650)时形成的珠光体，片层间距较大时形成的珠光体，片层间距较大(0. 4m )，一般在，一般在500倍的光学显微镜下就能分辨出片层形态倍的光学显微镜下就能分辨出片层形态(图图3-8)，硬度约为，硬度约为190 HBS;在在600650范围内，由于过范围内，由于过冷度较大，转变速度较快，得到的组织片层间距冷度较大，转变速度较快，得到的组织片层间距(0. 40. 2m)比比珠光体小，这种组织称为细珠光体珠光体小，这种组织称为细珠光体(或称为索氏体或称为索氏体)，用符号，用符号S表示，表示，只有在只有在1 000倍以上的显微镜下才能分辨出片层形态倍以上的显微镜下才能分辨出片层形态(图图3-9)，其，其硬度大约为硬度大约为30 HRC;在在550600范围内，由于过冷度更大，范围内，由于过冷度更大，转变速度更快，得到的组织片层间距转变速度更快，得到的组织片层间距( 0. 2m)比索氏体还小，比索氏体还小，这种组织称为极细珠光体这种组织称为极细珠光体(或称托氏体或称托氏体)，用符号，用符号T表示，托氏体只有表示，托氏体只有在电子显微镜下才能分辨清楚在电子显微镜下才能分辨清楚(图图3-10)，其硬度大约为，其硬度大约为38HRC。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 珠光体组织中的片间距愈小，相界面愈多，塑性变形抗力愈大，故珠光体组织中的片间距愈小，相界面愈多，塑性变形抗力愈大，故强度、硬度愈高强度、硬度愈高;同时由于片层间距小，渗碳体变得很薄，越容易随同时由于片层间距小，渗碳体变得很薄，越容易随铁素体一起变形而不脆断，因而使得塑性和韧性也有所提高。铁素体一起变形而不脆断，因而使得塑性和韧性也有所提高。 (2)中温转变中温转变(贝氏体型转变贝氏体型转变)中温转变的温度范围为中温转变的温度范围为550Ms之间。在这个温度范围内等温时，得到的是碳的质量分数过饱和的铁之间。在这个温度范围内等温时，得到的是碳的质量分数过饱和的铁素体与碳化物组成的机械混合物，属于贝氏体型，用符号素体与碳化物组成的机械混合物，属于贝氏体型，用符号B表示。由表示。由于转变时过冷度较大，只有碳原子作短距离的打一散，而铁原子不打于转变时过冷度较大，只有碳原子作短距离的打一散，而铁原子不打一散，因此过冷奥氏体向贝氏体的转变是半打一散型相变。一散，因此过冷奥氏体向贝氏体的转变是半打一散型相变。 按转变温度和组织形态的不同，可将贝氏体组织分为上贝氏体按转变温度和组织形态的不同，可将贝氏体组织分为上贝氏体(B上上)和下贝氏体和下贝氏体(B下下)两种。两种。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变上贝氏体是在上贝氏体是在350550温度范围内形成的，它是由大致平行、温度范围内形成的，它是由大致平行、碳轻微过饱和的铁素体板条为主体和在铁素体板条间分布的短棒状或碳轻微过饱和的铁素体板条为主体和在铁素体板条间分布的短棒状或短片状碳化物组成短片状碳化物组成(图图3-11)。在光学显微镜下，典型的上贝氏体呈。在光学显微镜下，典型的上贝氏体呈羽毛状形态，组织中碳化物不易辨认，如羽毛状形态，组织中碳化物不易辨认，如图图3-12所示。所示。 下贝氏体是在下贝氏体是在350Ms温度范围内形成的，它由含碳过饱和的温度范围内形成的，它由含碳过饱和的针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化物组成。共析碳钢的下贝针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化物组成。共析碳钢的下贝氏体在光学显微镜下呈黑色针片状，如氏体在光学显微镜下呈黑色针片状，如图图3-13所示。所示。 贝氏体的性能主要取决于铁素体条贝氏体的性能主要取决于铁素体条(片片)粗细、铁素体中碳的过饱粗细、铁素体中碳的过饱和度和渗碳体和度和渗碳体(或其他结构的碳化物或其他结构的碳化物)的大小、形状与分布。随着贝的大小、形状与分布。随着贝氏体形成温度愈低，铁素体条氏体形成温度愈低，铁素体条(片片)愈细，铁素体中碳的过饱和度愈愈细，铁素体中碳的过饱和度愈下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变大，渗碳体大，渗碳体(或其他结构的碳化物或其他结构的碳化物)颗粒愈小、愈多，弥散度越大。颗粒愈小、愈多，弥散度越大。所以上贝氏体脆性大，变形抗力低，在生产中无实用价值。而下贝氏所以上贝氏体脆性大，变形抗力低，在生产中无实用价值。而下贝氏体具有高的强度、硬度，同时具有良好的塑性和韧性。在实际生产中体具有高的强度、硬度，同时具有良好的塑性和韧性。在实际生产中常用等温淬火来获得下贝氏体，以提高材料的强韧性。常用等温淬火来获得下贝氏体，以提高材料的强韧性。 3.影响影响C曲线的因素曲线的因素 (1)碳的质量分数如碳的质量分数如图图3-14所示，在过冷奥氏体转变为珠光体之所示，在过冷奥氏体转变为珠光体之前，亚共析钢有先析相铁素体析出，过共析钢有先析相渗碳体析出。前，亚共析钢有先析相铁素体析出，过共析钢有先析相渗碳体析出。因此，亚共析钢与过共析钢的等温转变曲线分别在其上部多了一条先因此，亚共析钢与过共析钢的等温转变曲线分别在其上部多了一条先析相铁素体析出线析相铁素体析出线(图图3-14(a)和先析相渗碳体析出线和先析相渗碳体析出线(3-14(b)。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 在正常热处理加热条件下，亚共析碳钢的在正常热处理加热条件下，亚共析碳钢的C曲线随碳的质量分数的曲线随碳的质量分数的增加向右移，过共析碳钢的增加向右移，过共析碳钢的C曲线随碳的质量分数的增加向左移。所曲线随碳的质量分数的增加向左移。所以在碳钢中，以共析碳钢以在碳钢中，以共析碳钢C曲线的鼻尖离纵坐标最远，其过冷奥氏体曲线的鼻尖离纵坐标最远，其过冷奥氏体也最稳定。也最稳定。 (2)合金元素除钻外，所有的合金元素溶人奥氏体后均能增大过合金元素除钻外，所有的合金元素溶人奥氏体后均能增大过冷奥氏体的稳定性，使冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移。其中一些碳化物形成元素曲线右移。其中一些碳化物形成元素(如铬、如铬、钥、钨、钒等钥、钨、钒等)不仅使不仅使C曲线右移，而且还使曲线右移，而且还使C曲线形状发生改变。曲线形状发生改变。 (3)加热温度和保温时间加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体加热温度越高，保温时间越长，奥氏体成分越均匀，晶粒也越粗大，晶界面积越少，可使过冷奥氏体稳定性成分越均匀，晶粒也越粗大，晶界面积越少，可使过冷奥氏体稳定性提高，提高，C曲线右移。曲线右移。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变 1.过冷奥氏体连续冷却转变曲线过冷奥氏体连续冷却转变曲线 在实际生产中，过冷奥氏体大多是在连续冷却中转变的。如钢退在实际生产中，过冷奥氏体大多是在连续冷却中转变的。如钢退火时的炉冷，正火时的空冷，淬火时的水冷等。转变后获得组织、性火时的炉冷，正火时的空冷，淬火时的水冷等。转变后获得组织、性能都是以连续冷却转变为依据，因此研究过冷奥氏体在连续冷却时的能都是以连续冷却转变为依据，因此研究过冷奥氏体在连续冷却时的组织转变规律有重要的意义。组织转变规律有重要的意义。 如如图图3-15所示是用膨胀法测定的共析碳钢连续冷却转变曲线。由所示是用膨胀法测定的共析碳钢连续冷却转变曲线。由图可见，连续冷却转变曲线只有图可见，连续冷却转变曲线只有C曲线的上半部分，没有下半部分，曲线的上半部分，没有下半部分，即连续冷却转变只发生珠光体和马氏体转变，而不发生贝氏体转变。即连续冷却转变只发生珠光体和马氏体转变，而不发生贝氏体转变。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 图中图中Ps线为过冷奥氏体向珠光体转变的开始线线为过冷奥氏体向珠光体转变的开始线;Pf线为过冷奥氏体向珠线为过冷奥氏体向珠光体转变终了线光体转变终了线;K线为过冷奥氏体向珠光体转变的终止线，它表示当冷线为过冷奥氏体向珠光体转变的终止线，它表示当冷却速度线碰与却速度线碰与K线相交时，过冷奥氏体不再向珠光体转变，剩余过冷奥线相交时，过冷奥氏体不再向珠光体转变，剩余过冷奥氏体一直冷却到氏体一直冷却到Ms线以下发生马氏体转变。与连续冷却转变曲线相切线以下发生马氏体转变。与连续冷却转变曲线相切的冷却速线的冷却速线vk，是过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解，全部转变，是过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解，全部转变为马氏体的最小冷却速度，也称为马氏体临界冷却速度。为马氏体的最小冷却速度，也称为马氏体临界冷却速度。 2.C曲线在连续冷却转变中的应用曲线在连续冷却转变中的应用 由于过冷奥氏体的连续冷却转变曲线测定比较困难，且有些使用广由于过冷奥氏体的连续冷却转变曲线测定比较困难，且有些使用广泛的钢种，其连续冷却曲线至今尚未测出，所以口前生产上常用泛的钢种，其连续冷却曲线至今尚未测出，所以口前生产上常用L曲线曲线代替连续冷却转变曲线定性地、近似地分析过冷奥氏体的连续冷却转变。代替连续冷却转变曲线定性地、近似地分析过冷奥氏体的连续冷却转变。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变如如图图3-16就是应用共析碳钢的等温转变曲线分析奥氏体连续冷却时就是应用共析碳钢的等温转变曲线分析奥氏体连续冷却时的转变情况。图中冷却速度的转变情况。图中冷却速度v1相当于随炉冷却的速度，根据它与相当于随炉冷却的速度，根据它与C曲曲线相交的位置，可估计出奥氏体将转变为珠光体线相交的位置，可估计出奥氏体将转变为珠光体;冷却速度冷却速度v1是相当是相当于在空气中冷却的速度，根据它与于在空气中冷却的速度，根据它与C线相交的位置，可估计出奥氏体线相交的位置，可估计出奥氏体将转变为索氏体将转变为索氏体;冷却速度冷却速度v2相当于油冷的速度，根据它与相当于油冷的速度，根据它与C曲线相交曲线相交的位置，可估计出有一部分奥氏体将转变为托氏体，剩余的奥氏体冷的位置，可估计出有一部分奥氏体将转变为托氏体，剩余的奥氏体冷却到却到Ms线以下开始转变为马氏体，最终得到托氏体、马氏体和残余奥线以下开始转变为马氏体，最终得到托氏体、马氏体和残余奥氏体的混合组织氏体的混合组织;冷却速度冷却速度v4是相当于水冷的速度，它不与是相当于水冷的速度，它不与C曲线相交，曲线相交，一直过冷到一直过冷到Ms线以下开始转变为马氏体线以下开始转变为马氏体;冷却速度冷却速度vk与与C曲线鼻尖相曲线鼻尖相切，切，vk为该钢的马氏体临界冷却速度。为该钢的马氏体临界冷却速度。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 必须指出，用必须指出，用C曲线来估计连续冷却过程是很粗略的、不精确的，曲线来估计连续冷却过程是很粗略的、不精确的，随着实验技术的发展，将有更多的、更完善的连续冷却转变曲线被测随着实验技术的发展，将有更多的、更完善的连续冷却转变曲线被测得，用它来解决连续冷却过程才是合理的。得，用它来解决连续冷却过程才是合理的。三、马氏体转变三、马氏体转变 当奥氏体的冷却速度大于该钢的马氏体临界冷却速度，并过冷到当奥氏体的冷却速度大于该钢的马氏体临界冷却速度，并过冷到Ms以下时，就开始发生马氏体转变。由于马氏体转变温度极低，过以下时，就开始发生马氏体转变。由于马氏体转变温度极低，过冷度很大，而且形成的速度极快，使奥氏体向马氏体的转变只发生冷度很大，而且形成的速度极快，使奥氏体向马氏体的转变只发生-Fe向向-Fe晶格改组，而没有铁、碳原子的扩散，原来固溶于奥氏晶格改组，而没有铁、碳原子的扩散，原来固溶于奥氏体的碳仍被全部保留在体的碳仍被全部保留在-Fe中，这种由过冷奥氏体直接转变为碳在中，这种由过冷奥氏体直接转变为碳在-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号“M”表示。表示。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 1.马氏体的组织形态马氏体的组织形态 马氏体的组织形态主要有两种类型，即板条状马氏体马氏体的组织形态主要有两种类型，即板条状马氏体(如如图图3-17(a)所示所示)和片状马氏体和片状马氏体(如如图图3-17(b)所示所示)。淬火钢中究竟形。淬火钢中究竟形成何种形态马氏体，主要与钢的碳的质量分数有关，当奥氏体中成何种形态马氏体，主要与钢的碳的质量分数有关，当奥氏体中wC1. 0%的钢淬火后，马氏体的形态为片状或的钢淬火后，马氏体的形态为片状或竹叶状，称为片状马氏体。当碳的质量分数介于两者之间时，则为两竹叶状，称为片状马氏体。当碳的质量分数介于两者之间时，则为两种马氏体的混合组织。奥氏体碳的含量越高，淬火组织中片状马氏体种马氏体的混合组织。奥氏体碳的含量越高，淬火组织中片状马氏体量越多，板条马氏体量越少。量越多，板条马氏体量越少。 2.马氏体性能马氏体性能下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 (1)马氏体的强度与硬度马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的马氏体的强度与硬度马氏体的强度和硬度主要取决于马氏体的碳的质量分数，随碳的质量分数的增高，其强度与硬度也随之增高，碳的质量分数，随碳的质量分数的增高，其强度与硬度也随之增高，尤其在碳的质量分数较低时，强度、硬度增高比较明显。但当尤其在碳的质量分数较低时，强度、硬度增高比较明显。但当wC0. 6%时，就逐渐趋于平缓，如时，就逐渐趋于平缓，如图图3-18所示。所示。 (2)马氏体的塑性和韧性马氏体的塑性和韧性也与碳的质量分数马氏体的塑性和韧性马氏体的塑性和韧性也与碳的质量分数有关。板条状的低碳马氏体塑性和韧性较好，而片状高碳马氏体的塑有关。板条状的低碳马氏体塑性和韧性较好，而片状高碳马氏体的塑性和韧性差。性和韧性差。 (3)比容单位质量物质的体积。钢的组织中，马氏体比容最大，比容单位质量物质的体积。钢的组织中，马氏体比容最大，奥氏体最小，珠光体居中，所以奥氏体转变为马氏体时，必然伴随体奥氏体最小，珠光体居中，所以奥氏体转变为马氏体时，必然伴随体积膨胀而产生内应力。积膨胀而产生内应力。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变马氏体中碳的质量分数越高，马氏体晶格畸变程度加剧，比容也越大，马氏体中碳的质量分数越高，马氏体晶格畸变程度加剧，比容也越大，故产生的内应力也越大，这就是高碳钢淬火易裂的原因。故产生的内应力也越大，这就是高碳钢淬火易裂的原因。 3.马氏体转变的特点马氏体转变的特点 马氏体转变与其他相变一样，也是由形核和长大两个基本过程组马氏体转变与其他相变一样，也是由形核和长大两个基本过程组成，但它和其他相变相比，有以下特点。成，但它和其他相变相比，有以下特点。 (1)马氏体转变是无打一散型相变珠光体、贝氏体转变都是打一马氏体转变是无打一散型相变珠光体、贝氏体转变都是打一散型相变，马氏体转变是在极大的过冷度下进行的，转变时，只发生散型相变，马氏体转变是在极大的过冷度下进行的，转变时，只发生-Fe和和-Fe的格改组，而奥氏体中的铁、碳原子都不能进行扩散，的格改组，而奥氏体中的铁、碳原子都不能进行扩散，所以是无扩散型相变。所以是无扩散型相变。 (2)马氏体转变的速度极快马氏体形成时一般不需要孕育期，马氏体转变的速度极快马氏体形成时一般不需要孕育期，下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变马氏体量的增加不是靠已形成的马氏体片的不断长大，而是靠新的马氏体量的增加不是靠已形成的马氏体片的不断长大，而是靠新的马氏体片的不断形成。马氏体片的不断形成。 (3)马氏体转变是发生在一定温度范围当过冷奥氏体以大于马氏马氏体转变是发生在一定温度范围当过冷奥氏体以大于马氏体临界冷却速度体临界冷却速度vk过冷到过冷到Ms时，就开始向马氏体的转变。随着温度时，就开始向马氏体的转变。随着温度的下降，马氏体转变量增加，当温度下降到的下降，马氏体转变量增加，当温度下降到Mf时，马氏体转变结束。时，马氏体转变结束。如在如在MsMf之间某一温度等温，马氏体的量并不明显增加，所以只之间某一温度等温，马氏体的量并不明显增加，所以只有在有在MS、Mf之间继续降温时，马氏体才能继续形成。之间继续降温时，马氏体才能继续形成。 Ms与与Mf的位置主要取决于奥氏体的成分。奥氏体中碳的质量分的位置主要取决于奥氏体的成分。奥氏体中碳的质量分数越高，数越高，Ms与与Mf越低，奥氏体中碳的质量分数对越低，奥氏体中碳的质量分数对Ms, Mf的影响如的影响如图图3-19所示。所示。下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 (4)马氏体转变的不完全性当奥氏体中的马氏体转变的不完全性当奥氏体中的wC0.5%时，时，Mf点已点已降至室温以下。所以淬火到室温时，必然有一部分奥氏体残留下来，降至室温以下。所以淬火到室温时，必然有一部分奥氏体残留下来，称为残余奥氏体称为残余奥氏体(AR)。随奥氏体中碳的。随奥氏体中碳的质量分数上升，质量分数上升，Ms和和Mf的下降，残留奥氏体的量上升，如的下降，残留奥氏体的量上升，如图图3-20所示。而且在保证马氏体转变的条件下，即使把奥氏体过冷到所示。而且在保证马氏体转变的条件下，即使把奥氏体过冷到Mr以以下，仍不能得到下，仍不能得到100%的马氏体，总有少量的残留奥氏体，这就是的马氏体，总有少量的残留奥氏体，这就是马氏体转变的不完全性。马氏体转变的不完全性。 残留奥氏体不仅降低了淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件的长残留奥氏体不仅降低了淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件的长期使用过程中残留奥氏体还会发生转变，使工件形状尺寸变化，降低期使用过程中残留奥氏体还会发生转变，使工件形状尺寸变化，降低工件尺寸精度。所以生产中，对某些高精度的工件如精密量具、工件尺寸精度。所以生产中，对某些高精度的工件如精密量具、下一页上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变精密丝杆、精密轴承等，为保证它们在使用期间的精度，可将淬火工精密丝杆、精密轴承等，为保证它们在使用期间的精度，可将淬火工件冷至室温后，又随即放到件冷至室温后，又随即放到0以下温度的介质中冷却，以最大限度以下温度的介质中冷却，以最大限度地消除残留奥氏体，达到提高硬度、耐磨性与尺寸稳定性的目的，这地消除残留奥氏体，达到提高硬度、耐磨性与尺寸稳定性的目的，这种处理称为种处理称为“冷处理冷处理”。返 回上一页 3.2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 一、钢的退火一、钢的退火 退火是将钢件加热到适当温度、保温一定时间，然后缓慢冷却的热处退火是将钢件加热到适当温度、保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。理工艺。 1.退火的目的退火的目的 (1)降低钢件的硬度以利于切削加工。降低钢件的硬度以利于切削加工。 (2)消除残余应力，以防钢件变形与开裂。消除残余应力，以防钢件变形与开裂。 (3)细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做好组织准备。好组织准备。 2.退火的分类与应用退火的分类与应用下一页 3.3 钢的普通热处理钢的普通热处理 根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为完全退火、等温根据钢的成分、退火的工艺与目的不同，退火常分为完全退火、等温退火、均匀化退火、球化退火和去应力退火几种。退火、均匀化退火、球化退火和去应力退火几种。 (1)完全退火将钢件加热到完全奥氏体化完全退火将钢件加热到完全奥氏体化(Ac3以上以上3050)后，后，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。生产中为提高生产率，随之缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火工艺。生产中为提高生产率，一般随炉缓冷至一般随炉缓冷至600左右，将工件出炉空冷。左右，将工件出炉空冷。 完全退火可降低钢的硬度，以利于切削加工完全退火可降低钢的硬度，以利于切削加工;消除残余应力，稳定工消除残余应力，稳定工件尺寸，以防变形或开裂件尺寸，以防变形或开裂;细化晶粒，改善组织，以提高力学性能和改细化晶粒，改善组织，以提高力学性能和改善工艺性能，为最终热处理做好组织准备。完全退火所需时间很长，善工艺性能，为最终热处理做好组织准备。完全退火所需时间很长，特别是对于某些合金钢往往需要数十小时，甚至数大时间，因此是一特别是对于某些合金钢往往需要数十小时，甚至数大时间，因此是一种费时的工艺。种费时的工艺。下一页上一页 3.3 钢的普通热处理钢的普通热处理 完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接结构件等。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接结构件等。不能用于过共析钢，因为加热到不能用于过共析钢，因为加热到Accm温度以上，在随后缓冷过程时，会温度以上，在随后缓冷过程时，会沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳体，使钢的强度和韧性降低。沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳体，使钢的强度和韧性降低。 (2)等温退火等温退火的加热工艺与完全退火相同。但钢经奥氏体化等温退火等温退火的加热工艺与完全退火相同。但钢经奥氏体化后，等温退火以较快速度冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，等温后，等温退火以较快速度冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，等温一定时间，使过冷奥氏体发生珠光体转变，然后以较快的速度一定时间，使过冷奥氏体发生珠光体转变，然后以较快的速度(一般为一般为空冷空冷)冷至室温。冷至室温。 图图3-21所示为某合金钢完全退火与等温退火工艺比较。可