钢的热处理原理与马氏体相变强化上.ppt

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1、,第5章 钢的热处理与马氏体相变强化,机械工程材料,哈尔滨工业大学材料学院 86402710,热处理定义,钢的热处理是将钢在固态下加热到预定温度，保温一定时间，然后以预定方式冷却到室温的热加工工艺。,第5章 钢的热处理与马氏体相变强化,第5章 钢的热处理与马氏体相变强化,5.1 钢的热处理原理,5.2 钢的热处理工艺,5.1 钢的热处理原理,5.1 钢的热处理原理,5.1.1 钢在加热时的组织转变,5.1.2 钢的过冷奥氏体转变曲线,5.1.3 钢的珠光体转变,5.1.6 钢的回火转变及时效,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,5.1.4 钢的马氏体转变,5.1.5 钢的贝氏体转变,5.1.7

2、 钢的淬透性和淬硬性,1.钢的临界点,Ac1 加热时珠光体向奥氏体 开始转变温度Ar1 冷却时奥氏体向珠光体 开始转变温度Ac3 加热时先共析铁素体全 部溶入奥氏体的终了温度Ar3 冷却时奥氏体开始析出 先共析铁素体的温度Accm 加热时Fe3CII全部溶入 奥氏体的终了温度Arcm 冷却时奥氏体开始析出 Fe3CII的温度,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,Ar1,Ac1,Arc1,Accm,Ac3,Ar3,2.奥氏体形成时的热力学条件,奥氏体形成时的总自由能变化为：,GV新相与母相体积自由能差GS形成A所增加的界面能Ge相变阻力（高温时值很小）,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,3.奥

3、氏体的形成过程,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,3.奥氏体的形成过程,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,4.奥氏体的形成速度及影响因素,1）加热温度的影响a加热温度T升高，促进扩散过程，A形成速度增加；b加热温度T升高，P和A两相自由能差变大，相变驱动力增加，A形核率和长大速度都急剧增加。2）原始组织的影响原始组织越细，A形核率越大，A形成速度越快；3）化学成分的影响钢中含碳量越高，A形成速度越快；合金元素不改变奥氏体化过程，但影响A形成速度。,5.1.1 碳钢在加热时的组织转变,14级粗晶粒,1）奥氏体的晶粒度表示方法,5.奥氏体的晶粒度及影响因素,奥氏体的晶粒大小用晶粒度表示，世界各

4、国对钢产品统一使用与标准金相图片相比较的方法来确定晶粒度级别。通常将晶粒度分为八级：,58级细晶粒,起始晶粒度,实际晶粒度,本质晶粒度,A转变刚刚完成，即A晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。一般起始晶粒比较细小，它取决于形核率N和长大速度G：n0=1.01(N/G)1/2,钢在某一具体的热处理或热加工条件下获得的奥氏体实际晶粒大小。它决定于具体的加热温度和保温时间，一般比起始晶粒大，对钢热处理后的性能有直接影响。,根据标准试验方法（YB27-64），在930 10下保温38h后测定的奥氏体晶粒大小。如果晶粒度为14级则称为本质粗晶粒钢，如果晶粒度为58级则称为本质细晶粒钢。本质晶粒度表示钢在一

5、定条件下A晶粒长大倾向性。,2）奥氏体的晶粒度概念,5.奥氏体的晶粒度及影响因素,3）影响奥氏体晶粒长大的因素,加热温度保温时间,加热速度,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，随着保温时间延长，A晶粒长大，但到一定程度后，延长保温时间晶粒不再明显长大。,加热速度越大，A转变的过热度越大，形核率越高，起始晶粒越细。如果保温时间较短，则晶粒来不及长大。如果高温下延长保温时间，晶粒很容易长大。,含碳量的影响：在一定含量之内，随着C含量增加，A晶粒长大倾向增大，但当含碳量超过某一限度时，A晶粒反而变得细小。合金元素的影响：钢种加入适量的形成难熔化合物的

6、元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb、Ta等，可强烈阻止A晶粒长大，使A晶粒粗化温度提高。钢种加入不生成化合物的元素，如Si、Ni、Cu等，对A晶粒长大的影响不明显。Mn、P、N等元素溶入A后，削弱-Fe原子结合力，加速Fe原子扩散，促进A晶粒长大。,5.奥氏体的晶粒度及影响因素,过冷奥氏体的冷却方式,等温冷却,连续冷却,过冷奥氏体,在临界温度A1以下处于不稳定状态的奥氏体,5.1.2 钢的过冷奥氏体转变曲线,1）曲线的建立,1.过冷奥氏体等温转变曲线,5.1.2 钢的过冷奥氏体转变曲线,A1：表示钢的临界点，即A与P的平衡温度；Ms：马氏体转变开始温度；Mf：马氏体转变终了温度；两条C曲线：左

7、为过冷A转变开始线，右为过冷A转变终了线A1线以上为A稳定区，MsMf之间为M转变区，两条C曲线之间的区域为过冷A转变区，在该区域内过冷A向珠光体或贝氏体转变。C曲线左侧A1和Ms之间为过冷A区，表明过冷A转变需要孕育期。孕育期在A1温度以下，过冷奥氏体转变开始线与纵坐标之间的水平距离称为过冷奥氏体在该温度下的孕育期，其长短表示过冷奥氏体稳定性的高低。在孕育期最短的温度区域，C曲线左凸，俗称C曲线的鼻子，它是两相间体积自由能差与原子扩散系数综合作用的结果。,2）TTT曲线分析,1.过冷奥氏体等温转变曲线,a含碳量的影响对于亚共析钢和过共析钢，过冷奥氏体转变开始线前多一条先共析相析出线。亚共析钢

8、过冷奥氏体等温转变曲线中的F-P转变部分随着A中含C量增加逐渐右移；而过共析钢中的Fe3C-P转变部分则随A中含C量的增加而逐渐左移。随着过冷A中碳含量增加，B转变右移，Ms和Mf降低。,45,T10,3）影响TTT曲线的因素,b合金元素的影响一般除Co、Al外，所有合金元素溶入A中都使C曲线右移，过冷A稳定性增加，并使Ms点降低。c奥氏体状态的影响A晶粒越细小，则晶界总面积越大，有利于新相形核和原子扩散，使P转变线左移，但对B转变 不大。过冷A晶粒越粗大使Ms点升高，加快M转变。过冷A成分越均匀，稳定性越高，相变孕育期越长。,3）影响TTT曲线的因素,1）曲线的建立,2.过冷奥氏体连续转变曲

9、线,5.1.2 钢的过冷奥氏体转变曲线,2）曲线分析,2.过冷奥氏体连续转变曲线,P,P+M,M,下临界冷却速度,上临界冷却速度,共析钢过冷A连续冷却转变曲线最简单，它包括过冷A转变开始、转变终了和转变终止三条线在冷却速度较慢时，只发生P转变，最终得到100%P。在中等冷却速度下，在转变开始线上开始得到P，在终止线后珠光体转变不再进行，剩余A在Ms点以下发生M转变，室温下得到（P+M）组织。Vk表示过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解，全部冷至Ms以下发生M转变的最小冷却速度，称为上临界冷却速度或临界淬火速度。Vk表示过冷A全部得到P的最大冷却速度，称为下临界冷却速度。,片状，奥氏体分解,珠光

10、体形态,珠光体（P）是铁素体（F）和渗碳体（Fe3C）两相的机械混合物，按组织形态可分为片状珠光体和粒状珠光体两种。,粒状，调制处理或者球化退火,5.1.3 钢的珠光体转变,片状珠光体,珠光体片间距约为450150nm，形成于A1650范围内，在光学显微镜下可清晰地分辨出铁素体和渗碳体层片状组织。,索氏体片间距约为15080nm，形成于650600范围内，只有在800倍以上的光学显微镜下观察才能分辨出铁素体和渗碳体层片状组织。,屈氏体片间距约为8030nm，形成于600550范围内，在光学显微镜下已经很难分辨出铁素体和渗碳体层片状组织。,5.1.3 钢的珠光体转变,珠光体团直径及片间距对共析钢

11、强度的影响,片状珠光体性能,珠光体团直径及片间距对共析钢塑性的影响,共析钢强度和韧性随形成温度的变化关系,颗粒状珠光体,颗粒状珠光体是铁素体基体上分布着粒状渗碳体的组织，它在工业用高碳钢中经常遇到。粒状珠光体一般是经球化退火或淬火后经中、高温回火得到。,5.1.3 钢的珠光体转变,颗粒状珠光体的力学性能：1）粒状珠光体的力学性能主要取决于渗碳体颗粒的大小、形态和分布。Fe3C颗粒越细，相界越多，则钢的强度、硬度越高；碳化物越接近于等轴状、分布越均匀，则钢的韧性越好。2）在成分相同的条件下，粒状珠光体比片状珠光体硬度稍低，但塑性较好。3）在硬度相同的情况下，粒状珠光体比片状珠光体具有良好的拉伸性

12、能。,5.1.3 钢的珠光体转变,颗粒状珠光体,1）片状珠光体珠光体转变是扩散型相变，包括形核和晶核长大两个基本过程。铁素体和渗碳体都可作为领先相在奥氏体晶界形核，然后通过扩散过程长大。,3.珠光体的形成过程,2）颗粒状珠光体对于过冷奥氏体直接分解形成的粒状珠光体，是由于A转变时温度低，A有部分未溶解的渗碳体，在保温过程中这部分渗碳体球化，在随后冷却过程中作为颗粒状珠光体的晶核，渗碳体依附于他们生长，从而形成颗粒状珠光体。,3.珠光体的形成过程,钢从奥氏体状态快速冷却至MS点以下，扩散分解受到抑制，直接发生马氏体转变。这种转变属于低温转变，转变产物马氏体（M）为碳在-Fe中的过饱和间隙式固溶体

13、，具有很高的强度和硬度。,5.1.4 钢的马氏体转变,1.马氏体转变的条件,板条马氏体是低、中碳钢、马氏体时效钢、不锈钢等铁基合金中形成的一种典型马氏体组织。板条马氏体组织由许多成群的、相互平行排列的板条所组成，每个板条为一个单晶，尺寸约为。板条之间一般以小角度晶界相间。相邻的板条之间往往存在厚度约为1020nm的薄壳状残余奥氏体。许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒内有几个板条束。板条马氏体的亚结构为高密度位错，所以又称位错马氏体。,2.马氏体的组织形态,1）板条状马氏体,片状马氏体是在中高碳钢及其合金中形成的一种典型的马氏体组织。片状马氏体的空间形态呈双凸透镜状，由于与试样磨面

14、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。片状马氏体内部亚结构主要是孪晶，其中脊背就是高密度的微细孪晶区。由于马氏体高速形成时相互撞击，使得片状马氏体中有很多显微裂纹，所以增加了钢的脆性。,2.马氏体的组织形态,2）片状马氏体,2.马氏体的组织形态,板条马氏体,片状马氏体,1）成分：随着钢中含碳量增加，板条马氏体数量降低，片状马氏体数量增加。,2）温度：200时，为板条马氏体；200时，为片状马氏体。,3.影响马氏体形态的因素,5.1.4 钢的马氏体转变,-Fe为体心立方结构，由于碳的过饱和，使c轴伸长，a轴缩短，发生正方畸变，因此马氏体

15、具有体心正方结构。c/a称为正方度，含碳量越大则正方度越大。,3.马氏体的晶体结构,5.1.4 钢的马氏体转变,1）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增加而升高，但在0.6%C时达到最大值，随后由于残余奥氏体的增加，硬度反而降低。,马氏体高硬度、高强度的原因：固溶强化。马氏体为碳在-Fe中的过饱和固溶体；相变强化。马氏体转变时，在晶体内造成晶格缺陷密度很高的亚结构，如板条马氏体中的高密度位错，片状马氏体中的孪晶，它们阻碍位错运动，造成强化；时效强化。马氏体形成以后，由于一般钢的Ms点都在室温以上，因此淬火过程中及在室温停留时，或在外力作用下，都会发生自发回火

16、，即碳原子和合金元素原子向位错及其他晶体缺陷处扩散偏聚，或碳化物弥散析出，钉扎位错，造成强化。晶界强化。原奥氏体晶粒大小及板条马氏体束大小的影响。,2）马氏体的塑性和韧性片状马氏体具有高强度、高硬度，但韧性很差，是硬脆相；板条马氏体除具有高强度、高硬度外，还具有相当的塑性和韧性。,5.马氏体的性能,5.1.4 钢的马氏体转变,1）马氏体转变条件过冷奥氏体的冷却速度必须大于上临界冷却速度Vk;奥氏体必须深度过冷（温度低于Ms点）;,2）马氏体转变为无扩散型相变马氏体转变过程中Fe的晶格由面心立方向体心立方变化是通过切变方式完成的，转变速度极快，切变过程中M与A保持共格,3）马氏体转变为降温转变马

17、氏体转变是在温度范围内进行，转变量需要通过不断地降温来增加。因为多数钢的点在室温以下，因此，钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体称为残余奥氏体记为Ar。,6.马氏体转变的特点,5.1.4 钢的马氏体转变,贝氏体转变是介于珠光体和马氏体转变之间的一种转变，又称中温转变。其转变特点具有珠光体转变和马氏体转变的某些共同特征，如相形成的无扩散性及碳化物析出的扩散性。转变产物为贝氏体（B）是含碳过饱和的铁素体和碳化物的机械混合物。,5.1.5 钢的贝氏体转变,1.贝氏体转变条件,温度范围：550230（Ms）转变特征：半扩散型转变转变过程：分步进行,AB,1.贝氏体转变条件,C从F中析出,切变,A(fc

18、c),F(bcc),550350,上贝氏体 B上,350230,下贝氏体 B下,1）上贝氏体中高碳钢大约在550-350之间形成上贝氏体，特点是铁素体呈大致平行的条束状，自奥氏体晶界一侧或两侧向A晶界内伸展，渗碳体分布于铁素体条之间，在光学显微镜下观察呈羽毛状。,2）下贝氏体对于中高碳钢，下贝氏体形成于350-Ms点之间，典型的下贝氏体由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。在光学显微镜下呈黑色针状或竹叶状。,2.贝氏体的组织形态,5.1.5 钢的贝氏体转变,1）上贝氏体形成温度较高，其中铁素体粗大，塑性抗力低，上贝氏体中的Fe3C分布在铁素体条之间，易于引起脆断。因此，

19、上贝氏体强度和韧性均较低。,2）下贝氏体中铁素体细小，分布均匀，在铁素体内又析出细小弥散的化合物，加之铁素体内含有过饱和碳和高密度位错，所以下贝氏体不但强度高，而且韧性也好。,3.贝氏体的力学性能,5.1.5 钢的贝氏体转变,回 火,淬火后钢的组织由马氏体（M）和残余奥氏体（Ar）组成，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,将淬火钢加热到低于的某一温度，保温一定时间，使淬火组织转变为稳定的回火组织，然后以适当方式冷却到室温的热处理工艺。,回火目的,1.消除淬火时产生的残余内应力，提高材料的塑性和韧性；2.使材料获得良好的综合力学性能；3.促进残余奥氏体向稳定的平衡组织转变,稳

20、定工件尺寸，使其在使用中不发生变化。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1.基本概念,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,1）马氏体中碳的偏聚,在20-100范围回火，引起C、N等间隙原子向缺陷处偏聚，导致马氏体中碳浓度降低，正方度也下降。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,2）马氏体分解,当回火温度超过80-350时，马氏体将发生分解，该过程与钢的含碳量及

21、回火温度有关。钢的组织由有一定过饱和的固溶体和与其保持共格关系的碳化物组成，这种组织称为回火马氏体（M）。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,3）残余奥氏体（Ar）转变,在200-350温度区间回火时，淬火钢中的残余奥氏体将发生分解，形成相和碳化物的机械混合物，称回火马氏体或下贝氏体。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,4

22、）碳化物转变,在300-400间回火，碳化物转变成与基体无共格关系的颗粒状，此时钢的组织由饱和的针状相和细小颗粒状渗碳体组成，成为回火屈氏体。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,当回火温度升高到400以上时，在马氏体中发生回复和再结晶过程，生成新的等轴晶粒，同时渗碳体一定程度粗化。最后形成等轴的相和颗粒状碳化物的混合物,回火索氏体。,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）马氏体中碳的偏聚,2回火转变过程及组织,2）马氏体分解

23、,3）残余奥氏体（Ar）转变,4）碳化物转变,5）渗碳体聚集长大及相回复、再结晶,5.1.6 钢的回火转变及时效,回火马氏体,回火屈氏体,回火索氏体,2.回火转变过程及组织,5.1.6 钢的回火转变及时效,1）强度和硬度随回火温度的升高，钢的强度和硬度下降,2）塑性和韧性随回火温度的升高，钢的塑性和韧性提高,3.淬火钢回火后的力学性能,5.1.6 钢的回火转变及时效,二次硬化现象,在含有较多碳化物形成元素的合金钢中，在500回火时渗碳体溶解，形成细小、弥散分布的合金碳化物。在回火过程中还能发生残余奥式体向马氏体转变的二次淬火现象。这可使某些钢的硬度在回火后有所升高，形成二次硬化。,3.淬火钢回

24、火后的力学性能,第一类回火脆性淬火碳钢在200-400温度范围内回火，室温冲击韧度出现低谷，叫第一类回火脆性（或回火马氏体脆性TM6），它几乎在所有钢中出现。,原因：片状碳化物沉淀理论；杂质元素晶界偏聚理论；残留奥氏体薄膜分解理论。,防止方法：避免在脆化温度范围内回火；加热重新淬火,3.淬火钢回火后的力学性能,回火脆性,防止方法：重新回火，回火后快速冷却，可避免回火脆性发生；另外，在钢中加入W（1%）、Mo（0.5%）等合金元素，可有效地抑制这类回火脆性的产生。,第二类回火脆性某些合金钢在350-525范围内回火，或在稍高温度回火后缓慢冷却后出现的脆性，叫第二类回火脆性（或马氏体高温回火脆性）

25、。,原因：As、Sn、Sb等合金元素在原奥氏体晶界上偏聚，或以碳化物形式析出，降低了晶界强度。,回火脆性,3.淬火钢回火后的力学性能,淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力,它是钢的固有属性，取决于钢的临界冷却速度、过冷奥氏体的稳定性。淬透性的大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示,1.钢的淬透性,5.1.7 钢的淬透性和淬硬性,淬硬性是指钢淬火后形成的淬火态组织（M+Ar）所达到的最高硬度，即钢在淬火时的硬化能力。钢的淬硬性取决于马氏体含碳量和残余奥氏体数量。,5.1.7 钢的淬透性和淬硬性,2.钢的淬硬性,第5章 钢的热处理与马氏体相变强化,5.1 钢的热处理原理,5.2 钢的热处

26、理工艺,5.2 钢的热处理工艺,5.2.1 钢的热处理工艺种类,5.2.3 钢的淬火,5.2 钢的热处理工艺,5.2.2 钢的退火和正火,5.2.4 钢的回火,5.2.5 钢的热处理组织观察,5.2.1 钢的热处理工艺种类,钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。,5.2.1 钢的热处理工艺种类,表面热处理,普通热处理,其他热处理,退火,正火,淬火,回火,表面淬火,化学热处理,控制气氛热处理,真空热处理,形变热处理,1.基本概念,退火,正火,将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热

27、处理工艺。,将钢加热到或以上适当温度，保温一定时间，使它完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到珠光体组织的热处理工艺。正火可以看作是退火的特殊形式。,5.2.2 钢的退火和正火,2)消除残余内应力，防止钢件在淬火时产生变形或开裂,1)调整硬度，以便进行切削加工。钢件经铸造或锻造等热加工后，硬度经常偏高或偏低，而且不均匀，严重影响切削加工，而适当退火或正火后可使钢件硬度调整到，且比较均匀，从而改善切削加工性能；,2退火和正火的目的,3)细化晶粒，改善组织，提高力学性能；,4)为最终热处理（淬火+回火）作好组织上的准备。,5.2.2 钢的退火和正火,3退火的种类,1）完全退火,将钢加热到 Ac3+

28、（3050），保温足够时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。,5.2.2 钢的退火和正火,目的：主要用于亚共析钢，使中碳以上的钢软化以便于切削加工，并可消除内应力。,2）不完全退火,将钢加热至Ac1Ac3之间，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。,5.2.2 钢的退火和正火,目的：主要应用于大批量生产的亚共析钢锻件，使珠光体片间距增大，硬度有所降低，内应力有所减小。,3退火的种类,3）球化退火,将过共析钢加热到 Ac1+（3050），保温，使片状渗碳体转变为球状或颗粒状珠光体的热处理工艺。,5.2.2 钢的退火和正火,目的：球化退火主要用于共析刚钢和过

29、共析钢，目的在于降低硬度、改善切削加工性能，并为后面的淬火作组织的准备（所得到的组织为球状珠光体）。,3退火的种类,4）扩散退火（均匀化退火）,将钢加热到Ac3或Accm以上(150300)，长时间保温，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。,5.2.2 钢的退火和正火,目的：使钢中各种元素的原子在奥氏体中进行充分扩散，以消除晶内偏析，使成分均匀化。,3退火的种类,5）再结晶退火,将冷变形后的工件加热到再结晶温度以上（A1温度以下），保温适当时间，通过再结晶使冷变形过程中产生的晶体学缺陷基本消失，重新形成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化效应及残余应力。,5.2.2 钢的退火和正火,3退火的种类,弹壳生产

30、过程中的退火,5.2.2 钢的退火和正火,退火,退火,局部退火,6）去应力退火,为了去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。去应力退火加热范围较宽，一般在稍低于再结晶温度下进行，所以又叫低温退火。,5.2.2 钢的退火和正火,3退火的种类,1）作为低中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能，为淬火作组织准备；,2）消除中碳钢中热加工缺陷；,3）消除过共析中的网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；,4）提高普通结构钢的力学性能，作为其最终热处理工艺。；,5.2.2 钢的退火和正火,4正火的用途,将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温一定时间，

31、然后以大于临界冷却速度Vc的速度冷却，以得到马氏体组织的热处理工艺。,1.基本概念,淬火,5.2.3 钢的淬火,淬火现象,5.2.3 钢的淬火,淬火现象,5.2.3 钢的淬火,淬火加热,介质,过烧,AC3或AC1+30,氧化,脱碳,正火,报废,余量、保护气氛、真空,淬火冷却,过热,5.2.3 钢的淬火,淬火加热温度的选择以得到细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后得到细小的马氏体组织。,2 淬火温度,亚共析钢 Ac3+（3050）共析钢 Ac1+（3050），过共析钢 Ac1+（3050）合金钢 临界点+（50100）,5.2.3 钢的淬火,理想的淬火介质是在接近C曲线鼻子尖的区域冷却能力较强，而

32、在其他区域冷却能力相对较缓。,5.2.3 钢的淬火,3.淬火介质,水是经济且冷却能力较强的淬火介质，但水的缺点是在650550范围内冷却能力不够强，而在300200范围内冷却又不够缓慢。,5.2.3 钢的淬火,3.淬火介质,水,在水中加1015%的NaCl、NaO或Na2CO3等物质，可明显提高水在高温区的冷却能力，但在300200范围内冷却能力仍较强。这类介质主要用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件。,5.2.3 钢的淬火,3.淬火介质,水,油 在低温区有比较理想的冷却能力，但在高温区的冷却能力太低，因此主要用于合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。,5.2.3 钢的淬火,3.淬火介质,油,盐浴

33、这是熔融状态的盐，其冷却能力介于油和水之间，只适用于形状复杂和要求严格的小件分级淬火。,5.2.3 钢的淬火,3.淬火介质,盐浴,（1）单液淬火指将加热工件放入一种淬火介质中冷却至室温的操作方法。,4.淬火方法,（2）双液淬火指将工件先在一种冷却能力较强的淬火介质中冷却，然后转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如：水淬油冷；油淬空冷,4.淬火方法,（3）分级淬火指将工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火，待工件内外温度均匀之后，取出缓冷的淬火方法。,（4）等温淬火指将加热工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。,分级淬火适用于对于变形要

34、求高的合金钢和高合金钢工件，也可用于截面尺寸不大、形状复杂地碳素钢工件。,适用于尺寸较小、形状复杂、尺寸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。常用于合金钢、高碳钢小尺寸零件及球墨铸铁件。,亚共析钢等温转变曲线（C曲线）,4.淬火方法,温度,低温（250）,中温（350500）,高温（500650）,时间,2h,冷却,通常空冷，特殊急冷,5.2.4 钢的回火,45钢正火组织，500,5.2.5 钢的热处理组织观察,45钢7600C水淬组织，500,5.2.5 钢的热处理组织观察,45钢完全淬火组织,(a)细针状马氏体，500,(b)粗大马氏体，500,5.2.5 钢的热处理组织观察,45钢8600C油淬组织，500,5.2.5 钢的热处理组织观察,45钢回火马氏体,5.2.5 钢的热处理组织观察,45钢回火屈氏体,45钢回火索氏体,