03金属热处理及表面改性

二、钢的正火
1、概念： 将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50 ºC ，保
温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。 2、目的：
对低碳钢，可细化晶粒，提高硬度，改善加工性能； 对中碳钢，可提高硬度和强度，可作为最终热处理； 对高碳钢，可为球化退火作准备 。
退火与正火的选择
从切削加工性考虑
作为预备热处理，低碳钢正火优于退火，高碳 钢必须采用退火；
从使用性能考虑
对亚共析钢正火比退火具有较好的力学性能。 如果零件的性能要求不高，则可用正火做最终 热处理。当零件形状复杂时，采用退火。
从经济上考虑
正火生产周期短、耗能少、成本低，优先选用。
3.2.2 钢的淬火与回火
一、钢的淬火
将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一 定时间后，快速冷却的热处理工艺。
2.A等温转变曲线的分析
五条线： A1线 转变开始线 转变终了线 M转变开始线：Ms M转变终了线：Mf 四个区域： 稳定A区 过冷A区 转变过渡区 转变产物区
高温转变产物区 中温转变产物区 低温转变产物区
高温转变产物——珠光体型（727～550℃）
铁素体＋渗碳体的层片
过冷A等温转变图
过冷A在不同过冷温度下 的等温过程中，转变 温度、转变时间与转 变产物量的关系曲线 图，也称TTT ( TimeTemperatureTransformation)曲线， 或C曲线。
1. 共析钢A等温转变曲线的建立
共析碳钢的等温转变曲线通常采用金相法配合测量硬度的方 法建立，有时需用磁性法和膨胀法给予补充和校核。
1、完全退火 定义：将钢加热Ac3以上30~50ºC，完全奥氏体后，保温
一定时间随之缓慢冷却到500ºC以下，出炉空冷。 目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加
工。 适用范围：亚共析钢型材。
2、不完全退火（球化退火）
定义：将钢加热到Ac1以上20~30 ºC,保温后随炉缓冷至600 ºC，出炉 空冷。
将一系列共析碳钢薄片试样加热到奥氏体化后，分别迅速 投入Ac1以下不同温度的等温槽中，使之在等温条件下进 行转变；
每隔一定时间取出一块，立即在水中冷却，对各试样进行 金相观察，并测定硬度；
由此得出在不同温度、不同恒温时间下奥氏体的转变量；
并分别测定出过冷奥氏体的转变开始和转变终了时间，将 所得结果标注在温度与时间的坐标系中，再将意义相同的 点连接起来，即可得TTT图。
粗片状珠光体（727～650℃） 索氏体（650～600℃）：细片P 托氏体（600～550℃）：极细片P
组织名称及符号 形成温度范围 片层间距(μm)
HBS σb/MPa
珠光体(P) A1~650℃
> 0.4 70~230
550
索氏体(S) 650~600℃
0.4~0.2 230~320 870
临界冷却速度
与CCT曲线相切的冷却曲线Vk叫做淬火临界冷却 速度，它表示钢在淬火时过冷奥氏体全部发生马 氏体转变所需的最小冷却速度。
Vk值愈小，钢在淬火时愈容易获得马氏体组织， 即钢接受淬火能力愈大。
按不同冷却速度连续冷却时，过冷奥氏体转变成 不同的产物：
5.5℃/秒——珠光体； 33℃/秒——珠光体和少量马氏体； 138℃/秒——马氏体和残余奥氏体。
高温下A晶粒的长大是一个自发的过程。
钢的成分和冶炼条件：C和难溶第二相微粒 加热温度和保温时间
3.1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却过程是热处理的关键工序，决定着钢在热处理后的组织和 性能。
热处理的冷却方式可分为两种： 等温冷却：将奥氏体迅速冷至Ar1以下某个温度，等温停 留一段时间，再继续冷却。 连续冷却：将奥氏体以一定的速度冷却，如水冷、油冷、 空冷、炉冷等。
退火与正火的目的有以下几点： ①消除残余内应力，防止工件变形、开裂 ②改善组织，细化晶粒 ③调整硬度，改善切削性能 ④为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备
3.2.1 钢的退火与正火
一、钢的退火
将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后在炉中缓慢地冷 却的热处理工艺。
根据钢的成分和处理目的的不同，可分为完全退火、球化退 火和去应力退火。
托氏体(T) 600~550℃
< 0.2 300~400
1100
பைடு நூலகம்温转变产物——贝氏体型（550～230℃）
过饱和铁素体＋微小渗碳体 上贝氏体（550～350℃）：羽毛状 下贝氏体（350～230℃）：黑色针状
低温转变产物——马氏体型（<230℃）
马氏体M＋残余奥氏体Ar
属非扩散型转变
马氏体M：过饱和的α-Fe固溶体
含碳量小于0.2％时，马氏体呈板条状 含碳量大于1.0％时，马氏体呈片状或针
叶状
3.连续冷却转变曲线
这两种转变的不同处在于：
①在连续冷却转变曲线中， 珠光体转变所需的孕育 期要比相应过冷度下的 等温转变略长，而且是 在一定温度范围中发生 的
②共析碳钢和过共析碳钢 连续冷却时一般不会得 到贝氏体组织
2. 奥氏体晶粒大小及影响因素
起始晶粒
是指珠光体刚刚全部转变成奥氏体时的晶粒。一般很细小。
实际晶粒
是指钢在某个具体热处理或热加工条件下所获得的奥氏体晶粒。直接 影响热处理后钢的晶粒大小。
A晶粒大小的控制
“小晶粒→大晶粒”将使合金总的晶界面积减少， 从而减少了界面能，使合金的总能量下降，因此
目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。 适用范围：主要用于过共析钢及合金工具钢。
过共析钢组织
球化退火后
3、去应力退火
定义：将钢加热到500--600 ºC,保温后随炉缓冷至200-300 ºC出炉空冷。又称低温退火。
目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力 。（没有发生 组织变化）
适用范围：用于所有的钢。
3.2 钢的普通热处理工艺
3.2.1 钢的退火与正火 3.2.2 钢的淬火与回火
3.2.1 钢的退火与正火
主要用于各种铸件、锻件、热轧型材及焊接构件， 由于处理时冷却速度较慢，故对钢的强化作用较 小，在许多情况下不能满足使用要求。除少数性 能要求不高的零件外，一般不作为获得最终使用 性能的热处理，而主要用于改善其工艺性能，故 称为预备热处理