钢的热处理原理与马氏体相变强化上ppt课件.ppt

第第5 5章章 钢的热处置与马氏体相变强化钢的热处置与马氏体相变强化< <机械工程资料机械工程资料> >哈尔滨工业大学资料学院 86402710热处置定义 钢的的热处置置是是将将钢在在固固态下下加加热到到预定定温温度度，，保保温温一一定定时间，，然然后后以以预定定方方式式冷冷却却到室温的到室温的热加工工加工工艺第第5 5章章 钢的热处置与马氏体相变强化钢的热处置与马氏体相变强化第第5 5章章 钢的热处置与马氏体相变强化钢的热处置与马氏体相变强化5.1 钢的的热处置原理置原理5.2 钢的的热处置工置工艺5.1 钢的的热处置原理置原理5.1 钢的的热处置原理置原理5.1.1 钢在加在加热时的的组织转变5.1.2 钢的的过冷奥氏体冷奥氏体转变曲曲线5.1.3 钢的珠光体的珠光体转变5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变5.1.4 钢的的马氏体氏体转变5.1.5 钢的的贝氏体氏体转变5.1.7 钢的淬透性和淬硬性的淬透性和淬硬性9408208607807407009001.01.21.40.80.60.40.2Wc/%T/℃A1A1AcAcmmA3A3G GS S1. 1. 钢的临界点钢的临界点Ac1— Ac1— 加加热时热时珠光体向奥氏体珠光体向奥氏体 开开场转变场转变温度温度Ar1— Ar1— 冷却冷却时时奥氏体向珠光体奥氏体向珠光体 开开场转变场转变温度温度Ac3— Ac3— 加加热时热时先共析先共析铁铁素体全素体全 部溶入奥氏体的部溶入奥氏体的终终了温度了温度Ar3— Ar3— 冷却冷却时时奥氏体开奥氏体开场场析出析出 先共析先共析铁铁素体的温度素体的温度Accm— Accm— 加加热时热时Fe3CIIFe3CII全部溶入全部溶入 奥氏体的奥氏体的终终了温度了温度Arcm— Arcm— 冷却冷却时时奥氏体开奥氏体开场场析出析出 Fe3CII Fe3CII的温度的温度5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变Ar1Ar1AcAc1 1ArcArc1 1AccAccmmAc3Ac3Ar3Ar32. 奥氏体构成奥氏体构成时的的热力学条件力学条件奥氏体构成奥氏体构成时的的总自在能自在能变化化为：：GP-TT0〔727〕T1温度温度/℃GAGP自自在在能能G GV——GV——新相与母相体新相与母相体积自在能差自在能差 GS——GS——构成构成A A所添加的界面能所添加的界面能 Ge——Ge——相相变阻力〔高温阻力〔高温时值很小〕很小〕5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变3. 奥氏体的构成奥氏体的构成过程程5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变3. 奥氏体的构成奥氏体的构成过程程5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变4.4.奥氏体的构成速度及影响要素奥氏体的构成速度及影响要素1〕加〕加热温度的影响温度的影响a．．加加热温温度度T升升高高，，促促进分分散散过程程，，A构构成成速速度度添加；添加；b．．加加热温温度度T升升高高，，P和和A两两相相自自在在能能差差变大大，，相相变驱动力添加，力添加，A形核率和形核率和长大速度都急大速度都急剧添加。

添加2〕原始〕原始组织的影响的影响原始原始组织越越细，，A形核率越大，形核率越大，A构成速度越快；构成速度越快；3〕化学成分的影响〕化学成分的影响钢中中含含碳碳量量越越高高，，A构构成成速速度度越越快快；；合合金金元元素素不不改改动奥氏体化奥氏体化过程，但影响程，但影响A构成速度构成速度5.1.1 碳碳钢在加在加热时的的组织转变1~4级——粗晶粒粗晶粒1 1〕奥氏体的晶粒度表示方法〕奥氏体的晶粒度表示方法5.5.奥氏体的晶粒度及影响要素奥氏体的晶粒度及影响要素 奥氏体的晶粒大小用晶粒度表示，世界各国奥氏体的晶粒大小用晶粒度表示，世界各国对钢产品一致品一致运用与运用与规范金相范金相图片相比片相比较的方法来确定晶粒度的方法来确定晶粒度级别通常将晶粒度分将晶粒度分为八八级：：5~8级级——细细晶粒晶粒起始晶粒度起始晶粒度实践晶粒度实践晶粒度本质晶粒度本质晶粒度A转变刚刚完完成成，，即即A晶晶粒粒边境境刚刚相相互互接接触触时的的晶晶粒粒大大小小普普通通起起始始晶晶粒粒比比较细小小，，它它取取决决于于形形核核率率N和和长大速度大速度G：：n0=1.01(N/G)1/2钢在某一详细的热处置或热加工条钢在某一详细的热处置或热加工条件下获得的奥氏体实践晶粒大小。

件下获得的奥氏体实践晶粒大小它决议于详细的加热温度和保温时它决议于详细的加热温度和保温时间，普通比起始晶粒大，对钢热处间，普通比起始晶粒大，对钢热处置后的性能有直接影响置后的性能有直接影响 根根据据规规范范实实验验方方法法〔〔YB27-64〕〕，，在在930 ±10℃下下保保温温3~8h后后测测定定的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒大大小小假假设设晶晶粒粒度度为为1~4级级那那么么称称为为本本质质粗粗晶晶粒粒钢钢，，假假设设晶晶粒粒度度为为5~8级级那那么么称称为为本本质质细细晶晶粒粒钢钢本本质质晶晶粒粒度度表表示示钢钢在在一一定定条条件下件下A晶粒长大倾向性晶粒长大倾向性2 2〕奥氏体的晶粒度概念〕奥氏体的晶粒度概念5.5.奥氏体的晶粒度及影响要素奥氏体的晶粒度及影响要素3 3〕影响奥氏体晶粒长大的要素〕影响奥氏体晶粒长大的要素加加热温度温度保温保温时间 加加热速度速度 化学成分化学成分加热温度对A体晶粒度影响最为显著，随着温度升高，晶粒急剧长大；在一定温度下，随着保温时间延伸，A晶粒长大，但到一定程度后，延伸保温时间晶粒不再明显长大加加热热速速度度越越大大，，A转转变变的的过过热热度度越越大大，，形形核核率率越越高高，，起起始始晶晶粒粒越越细细。

假假设设保保温温时时间间较较短短，，那那么么晶晶粒粒来来不不及及长长大大假假设设高高温温下下延伸保温时间，晶粒很容易长大延伸保温时间，晶粒很容易长大 含碳量的影响：含碳量的影响：在在一一定定含含量量之之内内，，随随着着C含含量量添添加加，，A晶晶粒粒长长大大倾倾向向增增大大，，但但当当含含碳碳量量超超越越某一限制时，某一限制时，A晶粒反而变得细小晶粒反而变得细小合金元素的影响：合金元素的影响：钢钢种种参参与与适适量量的的构构成成难难熔熔化化合合物物的的元元素素，，如如Ti、、Zr、、V、、Al、、Nb、、Ta等等，，可可剧剧烈烈阻阻止止A晶晶粒粒长长大大，，使使A晶晶粒粒粗粗化化温度提高温度提高钢钢种种参参与与不不生生成成化化合合物物的的元元素素，，如如Si、、Ni、、Cu等等，，对对A晶晶粒粒长长大大的的影影响响不不明明显Mn、、P、、N等等元元素素溶溶入入A后后，，减减弱弱 -Fe原原子子结结合合力力，，加加速速Fe原原子子分分散散，，促促进进A晶粒长大晶粒长大5.5.奥氏体的晶粒度及影响要素奥氏体的晶粒度及影响要素过冷奥氏体的冷却方式冷奥氏体的冷却方式等温冷却等温冷却延延续冷却冷却过冷奥氏体冷奥氏体 在在临界温度界温度A1A1以下以下处于不于不稳定形状的奥氏体定形状的奥氏体5.1.2 钢的的过冷奥氏体冷奥氏体转变曲曲线1 1〕曲线的建立〕曲线的建立1. 1. 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线5.1.2 钢的的过冷奥氏体冷奥氏体转变曲曲线A1：表示：表示钢钢的的临临界点，即界点，即A与与P的平衡温度；的平衡温度；Ms：：马马氏体氏体转变转变开开场场温度；温度；Mf：：马马氏体氏体转变终转变终了温度；了温度；两条两条C曲曲线线：左：左为过为过冷冷A转变转变开开场线场线，右，右为过为过冷冷A转变终转变终了了线线A1线线以以上上为为A稳稳定定区区，，Ms~Mf之之间间为为M转转变变区区，，两两条条C曲曲线线之之间间的区域的区域为过为过冷冷A转变转变区，在区，在该该区域内区域内过过冷冷A向珠光体或向珠光体或贝贝氏体氏体转变转变。

C曲曲线线左左侧侧A1和和Ms之之间为过间为过冷冷A区，区，阐阐明明过过冷冷A转变转变需求孕育期需求孕育期孕孕育育期期——在在A1温温度度以以下下，，过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变开开场场线线与与纵纵坐坐标标之之间间的的程程度度间间隔隔称称为为过过冷冷奥奥氏氏体体在在该该温温度度下下的的孕孕育育期期，，其其长长短短表表示示过过冷冷奥奥氏氏体体稳稳定定性性的的高高低低在在孕孕育育期期最最短短的的温温度度区区域域，，C曲曲线线左左凸凸，，俗俗称称C曲曲线线的的鼻鼻子子，，它它是是两两相相间间体体积积自自在在能能差差与与原原子子分分散散系系数数综综协协作作用用的的结结果 2〕〕TTT曲曲线分析分析1. 1. 过冷奥氏体等温转变曲线过冷奥氏体等温转变曲线a．含碳量的影响．含碳量的影响对对于于亚亚共共析析钢钢和和过过共共析析钢钢，，过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变开开场场线线前前多多一一条条先先共析相析出共析相析出线线亚亚共共析析钢钢过过冷冷奥奥氏氏体体等等温温转转变变曲曲线线中中的的F-P转转变变部部分分随随着着A中中含含C量量添添加加逐逐渐渐右右移移；；而而过过共共析析钢钢中中的的Fe3C-P转转变变部部分分那那么么随随A中含中含C量的添加而逐量的添加而逐渐渐左移。

左移随着随着过过冷冷A中碳含量添加，中碳含量添加，B转变转变右移，右移，Ms和和Mf降低4545 T10T103〕影响〕影响TTT曲曲线的要素的要素b．合金元素的影响．合金元素的影响普普通通除除Co、、Al外外，，一一切切合合金金元元素素溶溶入入A中中都都使使C曲曲线线右右移移，，过过冷冷A稳定性添加，并使稳定性添加，并使Ms点降低c．奥氏体形状的影响．奥氏体形状的影响A晶晶粒粒越越细细小小，，那那么么晶晶界界总总面面积积越越大大，，有有利利于于新新相相形形核核和和原原子子分散，使分散，使P转变线左移，但对转变线左移，但对B转变转变 不大过冷过冷A晶粒越粗大使晶粒越粗大使Ms点升高，加快点升高，加快M转变过冷过冷A成分越均匀，稳定性越高，相变孕育期越长成分越均匀，稳定性越高，相变孕育期越长 3〕影响〕影响TTT曲曲线的要素的要素1〕曲〕曲线的建立的建立2. 过冷奥氏体延冷奥氏体延续转变曲曲线5.1.2 钢的的过冷奥氏体冷奥氏体转变曲曲线2〕曲〕曲线分析分析2. 过冷奥氏体延冷奥氏体延续转变曲曲线PP+MM下临界下临界冷却速度冷却速度上临界上临界冷却速度冷却速度共共析析钢过冷冷A延延续冷冷却却转变曲曲线最最简单，，它它包包括括过冷冷A转变开开场、、转变终了和了和转变终止三条止三条线在冷却速度在冷却速度较慢慢时，只，只发生生P转变，最，最终得到得到100%P。

在在中中等等冷冷却却速速度度下下，，在在转变开开场线上上开开场得得到到P，，在在终止止线后后珠珠光光体体转变不不再再进展展，，剩剩余余A在在Ms点点以以下下发生生M转变，室温下得到〔，室温下得到〔P+M〕〕组织Vk——表表示示过冷冷奥奥氏氏体体在在延延续冷冷却却过程程中中不不发生生分分解解，，全全部部冷冷至至Ms以以下下发生生M转变的的最最小小冷冷却却速速度度，，称称为上上临界冷却速度或界冷却速度或临界淬火速度界淬火速度Vk′——表表示示过冷冷A全全部部得得到到P的的最最大大冷冷却却速速度度，，称称为下下临界冷却速度界冷却速度 片状，奥氏体分解片状，奥氏体分解珠珠光光体体形形态珠珠光光体体〔〔P P〕〕是是铁铁素素体体〔〔F F〕〕和和渗渗碳碳体体〔〔Fe3CFe3C〕〕两两相相的的机机械械混混合物，按组织形状可分为片状珠光体和粒状珠光体两种合物，按组织形状可分为片状珠光体和粒状珠光体两种粒状，粒状，调制制处置或者球化退火置或者球化退火5.1.3 钢的珠光体的珠光体转变①①片片状状珠珠光光体体珠珠光光体体————片片间距距约为450~150nm450~150nm，，构构成成于于A1~650℃A1~650℃范范围内内，，在在光光学学显微微镜下下可可明明晰晰地地分辨出分辨出铁素体和渗碳体素体和渗碳体层片状片状组织。

索索氏氏体体————片片间距距约为150~80nm150~80nm，，构构成成于于650~600℃650~600℃范范围内内，，只只需需在在800800倍倍以以上上的的光光学学显微微镜下下察察看看才才干干分分辨辨出出铁素素体体和和渗渗碳碳体体层片状片状组织 屈屈氏氏体体————片片间距距约为80~30nm80~30nm，，构构成成于于600~550℃600~550℃范范围内内，，在在光光学学显微微镜下下曾曾经很很难分辨出分辨出铁素体和渗碳体素体和渗碳体层片状片状组织5.1.3 钢的珠光体的珠光体转变珠光体珠光体团直径及片直径及片间距距对共析共析钢强度的影响度的影响 片状珠光体性能片状珠光体性能珠光体珠光体团直径及片直径及片间距距对共析共析钢塑性的影响塑性的影响 共析共析钢强度和度和韧性随构成温度的性随构成温度的变化关系化关系②②颗粒粒状状珠珠光光体体颗粒粒状状珠珠光光体体是是铁素素体体基基体体上上分分布布着着粒粒状状渗渗碳碳体体的的组织，，它它在在工工业用用高高碳碳钢中中经常常遇遇到到粒粒状状珠珠光光体体普通是普通是经球化退火或淬火后球化退火或淬火后经中、高温回火得到中、高温回火得到。

5.1.3 钢的珠光体的珠光体转变颗粒状珠光体的力学性能：粒状珠光体的力学性能：1 1〕〕粒粒状状珠珠光光体体的的力力学学性性能能主主要要取取决决于于渗渗碳碳体体颗粒粒的的大大小小、、形形状状和和分分布布Fe3CFe3C颗粒粒越越细，，相相界界越越多多，，那那么么钢的的强度度、、硬硬度度越越高高；；碳碳化化物物越越接接近近于于等等轴状状、、分分布布越越均匀，那么均匀，那么钢的的韧性越好2 2〕〕在在成成分分一一样的的条条件件下下，，粒粒状状珠珠光光体体比比片片状状珠珠光光体体硬硬度稍低，但塑性度稍低，但塑性较好3 3〕〕在在硬硬度度一一样的的情情况况下下，，粒粒状状珠珠光光体体比比片片状状珠珠光光体体具具有良好的拉伸性能有良好的拉伸性能5.1.3 钢的珠光体的珠光体转变②②颗粒粒状状珠珠光光体体1〕片状珠光体〕片状珠光体珠珠光光体体转变是是分分散散型型相相变，，包包括括形形核核和和晶晶核核长大大两两个个根根本本过程程铁素素体体和和渗渗碳碳体体都都可可作作为领先先相相在在奥奥氏氏体体晶晶界界形形核核，，然然后后经过分散分散过程程长大3. 珠光体的构成珠光体的构成过程程2〕〕颗粒状珠光体粒状珠光体对于于过冷冷奥奥氏氏体体直直接接分分解解构构成成的的粒粒状状珠珠光光体体，，是是由由于于A转变时温温度度低低，，A有有部部分分未未溶溶解解的的渗渗碳碳体体，，在在保保温温过程程中中这部部分分渗渗碳碳体体球球化化，，在在随随后后冷冷却却过程程中中作作为颗粒粒状状珠珠光光体体的的晶晶核核，，渗渗碳碳体体依靠于他依靠于他们生生长，从而构成，从而构成颗粒状珠光体。

粒状珠光体3. 珠光体的构成珠光体的构成过程程 钢从从奥奥氏氏体体形形状状快快速速冷冷却却至至MS点点以以下下，，分分散散分分解解遭遭到到抑抑制制，，直直接接发生生马氏氏体体转变这种种转变属属于于低低温温转变，，转变产物物马氏氏体体〔〔M〕〕为碳碳在在 -Fe中中的的过饱和和间隙隙式固溶体，具有很高的式固溶体，具有很高的强强度和硬度度和硬度5.1.4 钢的的马氏体氏体转变1. 马氏体氏体转变的条件的条件板板条条马马氏氏体体是是低低、、中中碳碳钢钢、、马马氏氏体体时时效效钢钢、、不不锈钢等铁基合金中构成的一种典型马氏体组织锈钢等铁基合金中构成的一种典型马氏体组织板板条条马马氏氏体体组组织织由由许许多多成成群群的的、、相相互互平平行行陈陈列列的的板板条条所所组组成成，，每每个个板板条条为为一一个个单单晶晶，，尺尺寸寸约约为为 板板条条之之间间普普通通以以小小角角度度晶晶界界相相间间相相邻邻的的板板条条之之间间往往往往存存在在厚厚度度约约为为10~20nm10~20nm的的薄薄壳壳状状剩剩余余奥奥氏氏体体许许多多相相互互平平行行的的板板条条组组成成一一个个板板条条束束，，一一个个奥奥氏氏体体晶晶粒粒内内有有几几个个板板条条束束。

板板条条马马氏氏体体的的亚亚构构造造为为高密度位错，所以又称位错马氏体高密度位错，所以又称位错马氏体2. 马氏体的氏体的组织形状形状1〕板条状〕板条状马氏体氏体 片状马氏体是在中高碳钢及其合金中构成的一种典型的片状马氏体是在中高碳钢及其合金中构成的一种典型的马氏体组织马氏体组织 片状马氏体的空间形状呈双凸透镜状，由于与试样磨面片状马氏体的空间形状呈双凸透镜状，由于与试样磨面相截，在光学显微镜下呈针状或竹叶状，故又称针状马氏体相截，在光学显微镜下呈针状或竹叶状，故又称针状马氏体片状马氏体的最大尺寸取决于原奥氏体晶粒大小片状马氏体的最大尺寸取决于原奥氏体晶粒大小 片状马氏体内部亚构造主要是孪晶，其中脊背就是高密片状马氏体内部亚构造主要是孪晶，其中脊背就是高密度的微细孪晶区度的微细孪晶区 由于马氏体高速构成时相互撞击，使得片状马氏体中有由于马氏体高速构成时相互撞击，使得片状马氏体中有很多显微裂纹，所以添加了钢的脆性很多显微裂纹，所以添加了钢的脆性 2. 马氏体的氏体的组织形状形状2〕片状〕片状马氏体氏体2. 马氏体的氏体的组织形状形状板条板条马氏体氏体片状片状马氏体氏体1〕成分：随着〕成分：随着钢中含碳量添加，板条中含碳量添加，板条马氏氏体数量降低，片状体数量降低，片状马氏体数量添加。

氏体数量添加2〕 〕温度：＞温度：＞200℃时时，，为为板条板条马马氏体；氏体； ＜＜200℃时时，，为为片状片状马马氏体3. 影响影响马氏体形状的要素氏体形状的要素5.1.4 钢的的马氏体氏体转变  -Fe-Fe为体心立方构造，为体心立方构造，由于碳的过饱和，使由于碳的过饱和，使c c轴轴伸长，伸长，a a轴缩短，发生正轴缩短，发生正方畸变，因此马氏体具有方畸变，因此马氏体具有体心正方构造体心正方构造c/ac/a称为称为正方度，含碳量越大那么正方度，含碳量越大那么正方度越大正方度越大3. 马氏体的晶体构造氏体的晶体构造5.1.4 钢的的马氏体氏体转变1 1〕马氏体的硬度和强度〕马氏体的硬度和强度高硬度和高强度是马氏体的显著特点马氏体硬度随含碳量添高硬度和高强度是马氏体的显著特点马氏体硬度随含碳量添加而升高，但在加而升高，但在0.6%C0.6%C时到达最大值，随后由于剩余奥氏体的时到达最大值，随后由于剩余奥氏体的添加，硬度反而降低添加，硬度反而降低马氏体高硬度、高氏体高硬度、高强度的度的缘由：由：固溶固溶强化马氏体氏体为碳在碳在-Fe中的中的过饱和固溶体；和固溶体；相相变强化化。

马氏氏体体转变时，，在在晶晶体体内内呵呵斥斥晶晶格格缺缺陷陷密密度度很很高高的的亚构构造造，，如如板板条条马氏氏体体中中的的高高密密度度位位错，，片片状状马氏氏体体中中的的孪晶晶，，它它们妨碍位妨碍位错运运动，呵斥，呵斥强化；化；时效效强化化马氏氏体体构构成成以以后后，，由由于于普普通通钢的的Ms点点都都在在室室温温以以上上，，因因此此淬淬火火过程程中中及及在在室室温温停停留留时，，或或在在外外力力作作用用下下，，都都会会发生生自自发回回火火，，即即碳碳原原子子和和合合金金元元素素原原子子向向位位错及及其其他他晶晶体体缺缺陷陷处分分散散偏偏聚，或碳化物弥散析出，聚，或碳化物弥散析出，钉扎位扎位错，呵斥，呵斥强化晶界晶界强化原奥氏体晶粒大小及板条化原奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小的影响氏体束大小的影响2 2〕 〕马马氏体的塑性和氏体的塑性和韧韧性性片片状状马马氏氏体体具具有有高高强强度度、、高高硬硬度度，，但但韧韧性性很很差差，，是是硬硬脆脆相相；；板板条条马马氏体除具有高氏体除具有高强强度、高硬度外，度、高硬度外，还还具有相当的塑性和具有相当的塑性和韧韧性5. 马氏体的性能氏体的性能5.1.4 钢的的马氏体氏体转变1〕 〕马马氏体氏体转变转变条件条件过过冷奥氏体的冷却速度必需大于上冷奥氏体的冷却速度必需大于上临临界冷却速度界冷却速度Vk;奥氏体必需深度奥氏体必需深度过过冷冷〔 〔温度低于温度低于Ms点点〕 〕;2〕 〕马马氏体氏体转变为转变为无分散型相无分散型相变变马马氏体氏体转变过转变过程中程中Fe的晶格由面心立方向体心立方的晶格由面心立方向体心立方变变化是化是经过经过切切变变方式完成的，方式完成的，转变转变速度极快，切速度极快，切变过变过程中程中M与与A坚坚持共格持共格3〕 〕马马氏体氏体转变为转变为降温降温转变转变马马氏体氏体转变转变是在温度范是在温度范围围内内进进展，展，转变转变量需求量需求经过经过不断地降温不断地降温来添加。

由于多数来添加由于多数钢钢的点在室温以下，因此，的点在室温以下，因此，钢钢快冷到室温快冷到室温时时仍有部分未仍有部分未转变转变的奥氏体称的奥氏体称为为剩余奥氏体剩余奥氏体记为记为Ar6. 马氏体氏体转变的特点的特点5.1.4 钢的的马氏体氏体转变 贝氏氏体体转变是是介介于于珠珠光光体体和和马氏氏体体转变之之间的的一一种种转变，，又又称称中中温温转变其其转变特特点点具具有有珠珠光光体体转变和和马氏氏体体转变的的某某些些共共同同特特征征，，如如相相构构成成的的无无分分散散性性及及碳碳化化物物析析出出的的分分散散性性转变产物物为贝氏氏体体〔〔B B〕〕是是含含碳碳过饱和的和的铁素体和碳化物的机械混合物素体和碳化物的机械混合物 5.1.5 钢的的贝氏体氏体转变1. 贝氏体氏体转变条件条件u温度范温度范围：： 550 550～～230℃230℃〔〔MsMs〕〕u转变特征：半分散型特征：半分散型转变u转变过程：分步程：分步进展展ε1. 贝氏体氏体转变条件条件C C从从F F中析出中析出切切变A(fcc)A(fcc)F(bcc)F(bcc)550550～～350℃ 350℃ 上上贝氏体氏体 B上上 350350～～230℃ 230℃ 下下贝氏体氏体 B下下 1〕上〕上贝氏体氏体中中高高碳碳钢大大约在在550-350℃之之间构构成成上上贝氏氏体体，，特特点点是是铁素素体体呈呈大大致致平平行行的的条条束束状状，，自自奥奥氏氏体体晶晶界界一一侧或或两两侧向向A晶晶界界内内伸伸展展，，渗渗碳碳体体分分布布于于铁素素体体条条之之间，，在在光光学学显微微镜下下察察看看呈呈羽羽毛状。

毛状2〕下〕下贝氏体氏体对于于中中高高碳碳钢，，下下贝氏氏体体构构成成于于350℃-Ms点点之之间，，典典型型的的下下贝氏氏体体由由含含碳碳过饱和和的的片片状状铁素素体体和和其其内内部部沉沉淀淀的的碳碳化化物物组成的机械混合物在光学成的机械混合物在光学显微微镜下呈黑色下呈黑色针状或竹叶状状或竹叶状2. 贝氏体的氏体的组织形状形状5.1.5 钢的的贝氏体氏体转变1〕〕上上贝氏氏体体构构成成温温度度较高高，，其其中中铁素素体体粗粗大大，，塑塑性性抗抗力力低低，，上上贝氏氏体体中中的的Fe3C分分布布在在铁素素体体条条之之间，，易易于于引引起起脆脆断断因此，上因此，上贝氏体氏体强度和度和韧性均性均较低2〕〕下下贝氏氏体体中中铁素素体体细小小，，分分布布均均匀匀，，在在铁素素体体内内又又析析出出细小小弥弥散散的的化化合合物物，，加加之之铁素素体体内内含含有有过饱和和碳碳和和高高密密度度位位错，所以下，所以下贝氏体不但氏体不但强度高，而且度高，而且韧性也好3. 贝氏体的力学性能氏体的力学性能5.1.5 钢的的贝氏体氏体转变回回 火火 淬淬火火后后钢钢的的组组织织由由马马氏氏体体〔〔M M〕〕和和剩剩余余奥奥氏氏体体〔〔ArAr〕〕组组成成，，是是不稳定组织，有自发向铁素体和渗碳体平衡组织转变的倾向不稳定组织，有自发向铁素体和渗碳体平衡组织转变的倾向将将淬淬火火钢加加热到到低低于于的的某某一一温温度度，，保保温温一一定定时间，，使使淬淬火火组织转变为稳定定的的回回火火组织，，然然后后以适当方式冷却到室温的以适当方式冷却到室温的热处置工置工艺。

回火目的回火目的 1.1.消消除除淬淬火火时时产产生生的的剩剩余余内内应应力力，，提提高高资资料料的的塑性和塑性和韧韧性；性；2.2.使使资资料料获获得良好的得良好的综综合力学性能；合力学性能；3.3.促促进进剩剩余余奥奥氏氏体体向向稳稳定定的的平平衡衡组组织织转转变变, ,稳稳定定工件尺寸，使其在运用中不工件尺寸，使其在运用中不发发生生变变化5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1. 根本概念根本概念1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕〕转变4〕碳化物〕碳化物转变5〕渗碳体聚集〕渗碳体聚集长大及大及相回复、再相回复、再结晶晶1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚在在20-100℃20-100℃范范围回回火火，，引引起起C C、、N N等等间隙隙原原子子向向缺缺陷陷处偏偏聚聚，，导致致马氏氏体体中中碳碳浓度降低，正方度也下降度降低，正方度也下降5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕转变〕转变4〕碳化物转变〕碳化物转变5〕渗碳体聚集长大及〕渗碳体聚集长大及 相回复、再结晶相回复、再结晶2〕〕马氏体分解氏体分解当当回回火火温温度度超超越越80-350℃80-350℃时，，马氏氏体体将将发生生分分解解，，该过程程与与钢的的含含碳碳量量及及回回火火温温度度有有关关。

钢的的组织由由有有一一定定过饱和和的的固固溶溶体体和和与与其其坚持持共共格格关关系系的的碳碳化化物物组成，成，这种种组织称称为回火回火马氏体〔氏体〔M'M'〕5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕转变〕转变4〕碳化物转变〕碳化物转变5〕渗碳体聚集长大及〕渗碳体聚集长大及 相回复、再结晶相回复、再结晶3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕〕转变 在在200-350℃温温度度区区间回回火火时，，淬淬火火钢中中的的剩剩余余奥奥氏氏体体将将发生生分分解解，，构构成成相相和和碳碳化化物物的的机机械械混混合合物物，，称称回回火火马氏氏体体或下或下贝氏体5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕转变〕转变4〕碳化物转变〕碳化物转变5〕渗碳体聚集长大及〕渗碳体聚集长大及 相回复、再结晶相回复、再结晶4〕碳化物〕碳化物转变 在在300-400℃间回回火火，，碳碳化化物物转变成成与与基基体体无无共共格格关关系系的的颗粒粒状状，，此此时钢的的组织由由饱和和的的针状状相相和和细小小颗粒粒状渗碳体状渗碳体组成，成成，成为回火屈氏体。

回火屈氏体5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕转变〕转变4〕碳化物转变〕碳化物转变5〕渗碳体聚集长大及〕渗碳体聚集长大及 相回复、再结晶相回复、再结晶5〕渗碳体聚集〕渗碳体聚集长大及大及相回复、再相回复、再结晶晶当当回回火火温温度度升升高高到到400℃以以上上时，，在在马氏氏体体中中发生生回回复复和和再再结晶晶过程程，，生生成成新新的的等等轴晶晶粒粒，，同同时渗渗碳碳体体一一定定程程度度粗粗化化最最后后构构成成等等轴的的α相相和和颗粒粒状状碳碳化物的混合物化物的混合物, 回火索氏体回火索氏体5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1〕〕马氏体中碳的偏聚氏体中碳的偏聚2回回火火转变过程程及及组织 2〕〕马氏体分解氏体分解3〕剩余奥氏体〔〕剩余奥氏体〔Ar〕转变〕转变4〕碳化物转变〕碳化物转变5〕渗碳体聚集长大及〕渗碳体聚集长大及 相回复、再结晶相回复、再结晶5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效回火回火马氏体氏体回火屈氏体回火屈氏体回火索氏体回火索氏体2. 回火回火转变过程及程及组织5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效1 1〕 〕强强度和硬度度和硬度随回火温度的升高，随回火温度的升高，钢钢的的强强度和硬度和硬度下降度下降2 2〕 〕塑性和塑性和韧韧性性随回火温度的升高，随回火温度的升高，钢钢的塑性和的塑性和韧韧性提高性提高3. 淬火淬火钢回火后的力学性能回火后的力学性能5.1.6 钢的回火的回火转变及及时效效二次硬化景象二次硬化景象在在含含有有较多多碳碳化化物物构构成成元元素素的的合合金金钢中中，，在在>500℃回回火火时渗渗碳碳体体溶溶解解，，构构成成细小小、、弥弥散散分分布布的的合合金金碳碳化化物物。

在在回回火火过程程中中还能能发生生剩剩余余奥奥式式体体向向马氏氏体体转变的的二二次次淬淬火火景景象象这可可使使某某些些钢的的硬硬度度在在回火后有所升高，构成二次硬化回火后有所升高，构成二次硬化3. 淬火淬火钢回火后的力学性能回火后的力学性能第第一一类回回火火脆脆性性——淬淬火火碳碳钢在在200-400℃温温度度范范围内内回回火火，，室室温温冲冲击韧度度出出现低低谷谷，，叫叫第第一一类回回火火脆脆性性〔〔或或回回火火马氏氏体体脆脆性性TM6〕，它几乎在一切〕，它几乎在一切钢中出中出现缘由由：：片片状状碳碳化化物物沉沉淀淀实际；；杂质元元素素晶晶界界偏偏聚聚实际；；残残留留奥奥氏氏体体薄薄膜分解膜分解实际防防止止方方法法：：防防止止在在脆脆化化温温度度范范围内内回火；加回火；加热重新淬火重新淬火3. 淬火淬火钢回火后的力学性能回火后的力学性能回火脆性回火脆性防防止止方方法法：：重重新新回回火火，，回回火火后后快快速速冷冷却却，，可可防防止止回回火火脆脆性性发生生；；另另外外，，在在 钢 中中 参参 与与 W〔〔 ~1%〕〕 、、 Mo〔〔~0.5%〕〕等等合合金金元元素素，，可可有有效效地地抑抑制制这类回火脆性的回火脆性的产生。

生第二第二类回火脆性回火脆性——某些合金某些合金钢在在350-525℃范范围内回火，或内回火，或在稍高温度回火后在稍高温度回火后缓慢冷却后出慢冷却后出现的脆性，叫第二的脆性，叫第二类回火脆回火脆性〔或性〔或马氏体高温回火脆性〕氏体高温回火脆性〕缘由由：：As、、Sn、、Sb等等合合金金元元素素在在原原奥奥氏氏体体晶晶界界上上偏偏聚聚，，或或以以碳碳化化物物方方式析出，降低了晶界式析出，降低了晶界强度回火脆性回火脆性3. 淬火淬火钢回火后的力学性能回火后的力学性能淬淬透透性性是是指指钢在在淬淬火火时获得得马氏氏体体的的才才干干, 它它是是钢的的固固有有属属性性，，取取决决于于钢的的临界界冷冷却却速速度度、、过冷冷奥奥氏氏体体的的稳定定性性淬淬透透性的大小用性的大小用钢在一定条件下淬火所在一定条件下淬火所获得的淬透得的淬透层深度来表示深度来表示 1. 钢的淬透性的淬透性5.1.7 钢的淬透性和淬硬性的淬透性和淬硬性淬淬硬硬性性是是指指钢淬淬火火后后构构成成的的淬淬火火态组织〔〔M+ArM+Ar〕〕所所到到达达的的最最高高硬硬度度，，即即钢在在淬淬火火时的的硬硬化化才才干干钢的的淬淬硬硬性取决于性取决于马氏体含碳量和剩余奥氏体数量。

氏体含碳量和剩余奥氏体数量 5.1.7 钢的淬透性和淬硬性的淬透性和淬硬性2. 钢的淬硬性的淬硬性第第5 5章章 钢的热处置与马氏体相变强化钢的热处置与马氏体相变强化5.1 钢的的热处置原理置原理5.2 钢的的热处置工置工艺5.2 钢的的热处置工置工艺5.2.1 钢的的热处置工置工艺种种类 5.2.3 钢的淬火的淬火 5.2 钢的的热处置工置工艺5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火 5.2.4 钢的回火的回火 5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看 5.2.1 钢的的热处置工置工艺种种类 钢的的热处置是将置是将钢在固在固态下加下加热到到预定的温度，保温一定的定的温度，保温一定的时间，然后以，然后以预定的方式冷却到室温的一种定的方式冷却到室温的一种热加工工加工工艺 5.2.1 钢的的热处置工置工艺种种类 外表外表热处置置普通普通热处置置其他其他热处置置退退火火正正火火淬淬火火回回火火表表面面淬淬火火化化学学热处理理控控制制气气氛氛热处理理真真空空热处理理形形变热处理理1. 根本概念根本概念退退火火正正火火将将组织偏离平衡形状的偏离平衡形状的钢加加热到适当温度，到适当温度，保温一定保温一定时间，然后，然后缓慢冷却，以慢冷却，以获得接近得接近平衡形状平衡形状组织的的热处置工置工艺。

将将钢加加热到到或或以以上上适适当当温温度度，，保保温温一一定定时间，，使使它它完完全全奥奥氏氏体体化化，，然然后后在在空空气气中中冷冷却却，，以以得到珠光体得到珠光体组织的的热处置工置工艺正火可以看作是退火的特殊方式正火可以看作是退火的特殊方式5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火2)消除剩余内消除剩余内应力，防止力，防止钢件在淬火件在淬火时产生生变形或开裂形或开裂1)调整整硬硬度度，，以以便便进展展切切削削加加工工钢件件经铸造造或或锻造造等等热加加工工后后，，硬硬度度经常常偏偏高高或或偏偏低低，，而而且且不不均均匀匀，，严重重影影响响切切削削加加工工，，而而适适当当退退火火或或正正火火后后可可使使钢件件硬硬度度调整到，且比整到，且比较均匀，从而改善切削加工性能；均匀，从而改善切削加工性能； 2退退火火和和正正火火的的目目的的3)细化晶粒，改善化晶粒，改善组织，提高力学性能；，提高力学性能；4)为最最终热处置〔淬火置〔淬火+回火〕作好回火〕作好组织上的上的预备 5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火3退退火火的的种种类 1〕完全退火〕完全退火将将钢加加热到到 Ac3 Ac3 + +〔〔30~5030~50〕〕℃℃，，保保温温足足够时间，，使使组织完完全全奥奥氏氏体体化化后后缓慢慢冷冷却却，，以以获得得接近平衡接近平衡组织的的热处置工置工艺。

5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火目目的的：：主主要要用用于于亚共共析析钢，，使使中中碳碳以以上上的的钢软化以便于切削加工，并可消除内化以便于切削加工，并可消除内应力2〕不完全退火〕不完全退火 将将钢加加热至至Ac1~Ac3之之间，，保保温温后后缓慢慢冷冷却却，，以以获得接近平衡得接近平衡组织的的热处置工置工艺5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火目目的的：：主主要要运运用用于于大大批批量量消消费的的亚共共析析钢锻件件，，使使珠珠光光体体片片间距距增增大大，，硬硬度度有有所所降降低低，，内内应力力有所减小有所减小3退退火火的的种种类 3〕球化退火〕球化退火将将过共共析析钢加加热到到 Ac1 +〔〔30~50〕〕℃，，保保温温，，使使片片状状渗渗碳碳体体转变为球球状状或或颗粒粒状状珠珠光光体体的的热处置工置工艺5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火目目的的：：球球化化退退火火主主要要用用于于共共析析刚钢和和过共共析析钢，，目目的的在在于于降降低低硬硬度度、、改改善善切切削削加加工工性性能能，，并并为后后面面的的淬淬火火作作组织的的预备〔〔所所得得到到的的组织为球球状珠光体〕状珠光体〕。

3退退火火的的种种类 4〕分散退火〔均匀化退火〕〕分散退火〔均匀化退火〕 将将钢加加热到到Ac3或或Accm以以上上(150~300)℃，，长时间保温，然后随炉保温，然后随炉缓慢冷却的慢冷却的热处置工置工艺5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火目目的的：：使使钢中中各各种种元元素素的的原原子子在在奥奥氏氏体体中中进展展充分分散，以消除晶内偏析，使成分均匀化充分分散，以消除晶内偏析，使成分均匀化3退退火火的的种种类 5〕 〕再再结结晶退火晶退火 将将冷冷变形形后后的的工工件件加加热到到再再结晶晶温温度度以以上上〔〔A1温温度度以以下下〕〕，，保保温温适适当当时间，，经过再再结晶晶使使冷冷变形形过程程中中产生生的的晶晶体体学学缺缺陷陷根根本本消消逝逝，，重重新新构构成成均均匀匀的的等等轴晶晶粒粒，，以以消消除除形形变强化化效效应及及剩余剩余应力5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火3退退火火的的种种类 弹壳消壳消费过程中的退火程中的退火5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火退火退火退火退火部分部分退火退火6〕去〕去应力退火力退火 为了了去去除除工工件件塑塑性性变形形加加工工、、切切削削加加工工或或焊接接呵呵斥斥的的内内应力力及及铸件件内内存存在在的的剩剩余余应力力而而进展展的的退退火火。

去去应力力退退火火加加热范范围较宽，，普普通通在在稍稍低于再低于再结晶温度下晶温度下进展，所以又叫低温退火展，所以又叫低温退火5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火3退退火火的的种种类 1 1〕〕作作为为低低中中碳碳构构造造钢钢的的预预备备热热处处置置，，改改善善切削加工性能，为淬火作组织预备；切削加工性能，为淬火作组织预备；2〕消除中碳钢中热加工缺陷；〕消除中碳钢中热加工缺陷； 3〕〕消消除除过过共共析析中中的的网网状状二二次次渗渗碳碳体体，，为为球球化退火作组织预备；化退火作组织预备； ；；4〕〕提提高高普普通通构构造造钢钢的的力力学学性性能能，，作作为为其其最最终热处置工艺终热处置工艺 ；；5.2.2 钢的退火和正火的退火和正火4正正火火的的用用途途 将将钢加加热到到临界界点点Ac3或或Ac1以以上上一一定定温温度度，，保保温温一一定定时间，，然然后后以以大大于于临界界冷冷却却速速度度Vc的的速速度度冷冷却却，，以以得得到到马氏氏体体组织的的热处置工置工艺1. 根本概念根本概念淬淬火火5.2.3 钢的淬火的淬火淬火景象淬火景象5.2.3 钢的淬火的淬火淬火景象淬火景象5.2.3 钢的淬火的淬火淬火加热介质介质过烧AC3或AC1+30℃氧化氧化脱碳脱碳正火正火报废余余量量、、维护气气氛氛、、真空真空淬火冷却淬火冷却过热5.2.3 钢的淬火的淬火淬淬火火加加热温温度度的的选择以以得得到到细小小的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒为原那么，以便淬火后得到原那么，以便淬火后得到细小的小的马氏体氏体组织。

2 淬火温度淬火温度 亚共析共析钢 Ac3 +〔〔30~50〕〕℃共析共析钢 Ac1 +〔〔30~50〕〕℃，，过共析共析钢 Ac1 +〔〔30~50〕〕℃ 合金合金钢 临界点界点 +〔〔50~100〕〕℃5.2.3 钢的淬火的淬火理理想想的的淬淬火火介介质质是是在在接接近近C C曲曲线线鼻鼻子子尖尖的的区区域域冷冷却却才才干干较较强强，，而而在在其其他他区区域域冷冷却却才才干相对较缓干相对较缓 5.2.3 钢的淬火的淬火3. 淬火介淬火介质 水水是是经济且且冷冷却却才才干干较强的的淬淬火火介介质，，但但水水的的缺缺陷陷是是在在650~550℃范范围内内冷冷却却才才干干不不够强，，而而在在300~200℃范范围内内冷却又不冷却又不够缓慢 5.2.3 钢的淬火的淬火3. 淬火介淬火介质 水水在在 水水 中中 加加 10~15%的的NaCl、、NaO或或Na2CO3等等物物质，，可可明明显提提高高水水在在高高温温区区的的 冷冷 却却 才才 干干 ，， 但但 在在300~200℃范范围内内冷冷却却才才干干仍仍较强。

这类介介质主主要要用用于于外外形形简单、、截截面面尺尺寸寸较大大的的碳碳钢工件 5.2.3 钢的淬火的淬火3. 淬火介淬火介质 水水油油 在在低低温温区区有有比比较理理想想的的冷冷却却才才干干，，但但在在高高温温区区的的冷冷却却才才干干太太低低，，因因此此主主要要用用于于合合金金钢或或小小尺尺寸寸的的碳碳钢工件的淬火工件的淬火5.2.3 钢的淬火的淬火3. 淬火介淬火介质 油油盐浴浴 这是是熔熔融融形形状状的的盐，，其其冷冷却却才才干干介介于于油油和和水水之之间，，只只适适用用于于外外形形复复杂和和要要求求严厉的的小小件件分分级淬火5.2.3 钢的淬火的淬火3. 淬火介淬火介质 盐浴盐浴〔〔1〕〕单液淬火液淬火指将加指将加热工件放入一种淬火介工件放入一种淬火介质中冷却至室温的操作方法中冷却至室温的操作方法 4. 淬火方法淬火方法〔〔2〕双液淬火〕双液淬火指指将将工工件件先先在在一一种种冷冷却却才才干干较强的的淬淬火火介介质中中冷冷却却，，然然后后转入入另另一一种种冷冷却却才才干干较弱弱的的介介质中中发生生马氏氏体体转变的的方法如：水淬油冷；油淬空冷如：水淬油冷；油淬空冷 4. 淬火方法淬火方法〔〔3〕分〕分级淬火淬火指指将将工工件件在在Ms点点附附近近的的盐浴浴或或碱碱浴浴中中淬淬火火，，待待工工件件内内外外温温度均匀之后，取出度均匀之后，取出缓冷的淬火方法。

冷的淬火方法〔〔4〕等温淬火〕等温淬火指指将将加加热工工件件在在稍稍高高于于Ms温温度度的的盐浴浴或或碱碱浴浴中中冷冷却却并并保保温温足足够时间，，从从而而获得得下下贝氏氏体体组织的的淬淬火火方方法分级淬火适用于对于变形要求分级淬火适用于对于变形要求高的合金钢和高合金钢工件，高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、外形也可用于截面尺寸不大、外形复杂地碳素钢工件复杂地碳素钢工件u适用于尺寸较小、外形复杂、尺寸适用于尺寸较小、外形复杂、尺寸精度要求较高的工具和重要的机器零精度要求较高的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等件，如模具、刀具、齿轮等 u常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件及球墨铸铁件亚共析钢等温转变曲线〔亚共析钢等温转变曲线〔C C曲线〕曲线〕 4. 淬火方法淬火方法温度温度低温〔低温〔≤250℃≤250℃〕〕中温〔中温〔350350～～500℃500℃〕〕高温〔高温〔500500～～650℃650℃〕〕时间时间≤2h≤2h冷却冷却通常空冷，特殊急冷通常空冷，特殊急冷5.2.4 钢的回火的回火45钢正火正火组织，，500  5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看 45钢钢7600C水淬组织，水淬组织，500 5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看45钢完全淬火组织钢完全淬火组织 (a) 细针状状马氏体，氏体，500  (b)粗大马氏体，粗大马氏体，500  5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看45钢钢8600C油淬组织，油淬组织，500  5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看45钢回火回火马氏体氏体5.2.5 钢的的热处置置组织察看察看45钢回火屈氏体回火屈氏体45钢回火索氏体回火索氏体。