第五章钢铁热处理

第五章钢铁热处理

将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。

调整钢的化学成分或对其实施改性处理是改善钢的使用性能和工艺性能的主要途径。利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。

意义：合适的热处理是让材料达到希望的性能，有时是为了便于进行加工，有时让材料满足工作条件的要求。它是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。

根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致分类有：

第一节钢在加热时的组织转变

一、转变温度相变点

二、奥氏体的形成过程及影响因素

１、奥氏体形成的基本过程

（1）奥氏体晶核的形成

（2）奥氏体晶核的长大

（3）剩余渗碳体的溶解

（4）奥氏体晶核的均匀化

1.奥氏体是同时消耗两相来长大；

2.实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体的溶解；

3.奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀；

4.在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心；

5.亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或Accm以上)。

２、影响奥氏体转变的因素

（1）加热温度；

（2）加热速度；

（3）化学成分；

（4）原始组织。

（二）影响奥氏体晶粒长大的因素

1、加热温度

2、化学成分

1)保温温度愈高，保温时间长，奥氏体长大速度快，长大的时间多，晶粒变粗；

2)原始组织，固相转变组织的遗传性，珠光体细小，奥氏体的晶粒也细小；片状比球状细小，非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。

3)合金元素(成分)①含碳量增加，奥氏体转变加快，生长时间多，奥氏体晶粒的长大倾向增加；

②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长；③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响；④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。

4)加热速度速度快用的时间少，转变在较高温度，形核率高，最终晶粒尺寸较细小。

第二节钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变

过冷奥氏体：钢奥氏体化后，从高温冷却到A1以下，此时奥氏体并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。

等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行转变。连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程种转变。（一）共析钢过冷奥氏体等温转变图的建立

等温转变曲线；C曲线TTT曲线

Temperature Time Transformation

孕育期

（二）过冷奥氏体转变产物的组织型态和性能1、珠光体型转变

珠光体P

索氏体S

托氏体T

2、贝氏体型转变B

Fe3C与含碳过饱和的铁素体的两相机械混合物

上贝氏体550℃~350℃

下贝氏体350℃~Ms

3、马氏体转变

碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。

（１）、马氏体转变的特点

一个温度范围速度极快无扩散不完全

体积急剧膨胀

（２）马氏体的形态及性能

片状马氏体Wc＞1.0%

板条状马氏体Wc＜0.2%

（三）影响C曲线的因素

1、含碳量

2、合金元素

3、加热温度和保温时间的影响

二、过冷奥氏体的连续冷却转变图

（一）共析钢的连续冷却转变图的建立（CCT）

（二）连续冷却转变曲线（CCT）图的分析

二、连续冷却转变CCT图与等温转变图TTT的比较

三、

第三节钢的整体热处理

一、退火

将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

（一）完全退火与等温退火

（二）球化退火

（三）均匀化退火（扩散退火）

（四）去应力退火和再结晶退火

二、正火

将钢加热至Aｃ３或Aｃｃｍ以上３０～５０℃，保温后在静止空气中冷却至室温的热处理工

艺。

三、淬火

将钢加热至Aｃ３或Aｃ１以上３０～５０℃，保温一定时间后，快速冷却的热处理工艺。

淬火：将钢加热到临界点以上，保温一定时间进行奥氏体化，然后快速冷却到Ms点以下，发生马氏体转变的热处理工艺，叫作“淬火”。

目的：钢的淬火组织主要是马氏体，可以提高钢的高硬度，保证高的耐磨性和承受高的接触应力。虽然马氏体不是热处理所要得到的最终组织，但马氏体再经过适当的回火，可以得到需要的组织和使用性能，最终达到理想的热处理目的。

(一）淬火加热温度的选定

淬火加热温度的确定应以获得晶粒细小、成分均匀的奥氏体为原则，以便得到细小的马氏体组织。

１、亚共析钢加热温度

Ac3+（30~50）℃

２、过共析钢加热温度

Ac１+（30~50）℃

（二）淬火加热时间的确定

η＝αKD

理想的淬火冷却速度为了保证得到多的马氏体，冷却速度应该大于临界冷却速度Vk；为防止零件变形、开裂，冷却应慢一些。所以理想的冷却速度如图，开始冷却可以慢一些，在快要发生组织转变时快冷，以躲开鼻子尖，随后又可以慢冷让马氏体转变慢慢的进行。

盐水、碱水10－15％的NaCl水溶液这是最强的冷却介质。

清水直接冷却和沸腾的蒸汽冷却，冷却能力也很强。

碱浴、硝盐浴熔融的氢氧化钠、硝酸盐、亚硝酸盐导热能力很强，在120－180℃以上的高温下有好的冷却能力。

矿物油冷却能力约为水的1/4－1/8，用于奥氏体较稳定钢，如大多数合金钢，可以有效防止零件的变形开裂。