教育训练

热处理的认识

一、简介：

1.金属材质经冶炼、热加工、冷加工后，会出现一些不利于使用环境的组织结晶。

2.或又因使用环境本身存在特殊要求，必须强化金属的某些物理性能。

3.不同的烘烧时间、恒温周期、冷却方式，对组织结晶产生莫大影响，种类如下：

1）退火（Annealing）2）正常化（Normalizing）3）回火（Tempering）

4）淬火（Quenching）5）固溶化（Solution）6）时效硬化（Age Hardening）二、名词解释：

（一）成分组织命名：

1.肥粒铁（Ferrite）：在生铁或钢中未与碳结合的铁，为具有体心立方（BCC）结晶组

织的铁或其固溶体。延展性良好而强度较低。在770℃（居里点）

以下有铁磁性。

2.沃斯田铁（Austenite）：已溶解的碳，具有面心（FCC）组织结晶之铁。

3.波来铁（Pearlite）：在标准的形式中冷却或在相对高温中等温变态的钢材形成含有

C）两相的薄层微组成混合体。常在碳

肥粒铁与雪明碳铁（Fe

3

钢和铸钢中生成。

4.变韧铁（Bainite）：在相对低温下等温退火，形成包含肥粒铁和雪明碳铁两相的微

观组成的钢材。

P.S.: isothermal transformation = isothermal annealing

等温变态：依据允许时间，在特定温度转变。

等温退火：沃斯田铁在恒温下转变为肥粒铁V.S.波来铁。

5.麻田散铁（Marten site）：纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物。在

相变期间由快速冷却方法形成亚稳态（变动的稳定）过

渡组织，<即滞温变态 athermal transformation>，其

特征使原子不扩散，化学成份不改变，但晶格结构发生

变化，并具有针状的结晶体，同时新旧相间维持一定的

位向关系和有切变共格。在碳钢中是硬的过饱和碳固溶

体处在铁的体心正方点阵中。

P.S.: 滞温变态：只依据温度来转变（与时间无关）。

（二）纯铁之组织及相变化：

1.纯铁之结晶学性质，如下表：

纯铁之结晶特性

凝固 源自“再结晶现象” 1403℃ δ-γ- Fe 平衡区界点：A4变态 γ- Fe – Fe 平衡区界点：A3变态

磁性转变：A2变态 （晶格类型不变：非相变态）

铁的居里点：磁性变态温度（A2

铁的3种同素异形体：δ−Fe 、 γ−Fe （沃斯田铁）、 α−Fe （肥粒铁） △ 波来铁= α−Fe+Fe 3C 723℃

△ Al 变态： 波来铁 共析变态

3.铁的多晶型相变态，是钢的合金化和和热处理的基础。

（1） α →γ：

1) 略低于910ºC ，晶粒随升温而成长，在A3变态点，由α变态γ。

2) A3变态初，γ晶粒重新自粗大的γ晶粒内凝核，即发生再结晶现象，晶粒又变很小。 超塑性。 （2）γ→δ：

1) 继续升温，晶粒逐渐成长（无相变态），直至A4变态，由γ变态δ。 2) A4变态之初，δ亦自原粗大之γ晶粒内结晶产生，如同A3变态。

（三）热处理名称：

1.固溶化(Solution Treatment):合金先升温高于固溶线温度（溶解温度）并恒温，<一个或多个成分溶入固溶体>，直到均匀的α固态产生，此步骤溶解了θ析出物并降低了最初合金中任何的分凝部分。并急速冷却以阻止析出的处理过程。也是时效硬化热处理的第一步骤，参考上图。

2.淬火（Quenching）：金属或玻璃的热处理程序。固溶后，只有α相合金急速冷却，原子来不及扩散到潜在有核位置令θ相无法形成，α组织为过饱和溶液。用于冶金、塑胶成形、和石油精炼，以提高硬度和强度或改变物理与化学性能（如电性、磁性、抗蚀性等）。

3.时效硬化（Age Hardening）：一种特殊的离散强化热处理。过饱和α组织加热至低于固溶温度，在此时效温度，原子可短距离扩散，因过饱和α不稳定，额外的θ扩散往许多的有核位置，即析出。最后，合金经过充足的时效时间，α+θ平衡态将形成。上述经固溶化、淬火及时效过程，其凝聚析出的成分提供了坚固的强化效果，又称析出硬化(precipitation hardening)。

4.回火（Tempering）：加热（淬火后）淬硬钢或铸铁到共析点以下某一温后缓慢或快速成冷却，以允许麻田散组织分解成平衡相。用来减低或消除淬火钢件（指麻田散铁）中的内应力或降低强度和硬度，以提高其塑性或韧性。按不同要求，可采取低温，中温或高温回火。

※麻田散铁的回火：

1）Marten site是个不平衡组织，在低于共析温度加热，安定的α（肥粒铁）和Fe

C（雪明

3

碳铁）会析出，此过程即回火。

麻田散贴的分解：a.引起强度与硬度下降。

b.延展性与耐冲击性能提高。

2）过程：

a.在低温的回火温度下，Marten site会形成两个过渡相。

①较少量的碳的marten site

C）

②极微细的不平衡ε-碳化物（Fe

2.4

※特性：高强度、脆，有时甚至比回火前硬。

C开始形成。

b.在较高的回火温度，α和Fe

3

较软与富延展性。

3）但若再增加回火温度至略低于共析温度，Fe

C会变得粗劣与离散强化效应大幅度下降。

3

①

钢铸铁产生肥粒铁母体

5.退火(Annealing):对合金或玻璃进行加热，经沃斯田化将：

①钢产生软、粗的波来铁

②铸铁产生肥粒铁母体

再炉冷以消除各种内应力，并使材料脆性减小。