钢的热处理基本知识

钢的热处理基本知识
吴则豹
1、 概述
1.1 热处理的定义 指将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部组织结构，从而获得需 要的性能的一种工艺。 1.2 热处理的特点 只通过改变工件的组织来改变性能，不改变其形状。 1.3 热处理的适用范围 只适用固态下发生相变的材料。 1.4 热处理分类 （1）根据加热、冷却方式的不同及钢的组织变化特点的不同，将热处理工 艺分类如下： 普通热处理：退火、正火、淬火和回火 表面热处理：表面淬火、化学热处理 其他热处理：真空热处理、形变热处理、激光热处理 （2）根据在零件生产过程中所处的位置和作用不同来分类 预备热处理：清除前道工序的缺陷，改善其工艺性能，确保后续加工顺利进 行。 最终热处理：赋予工件所要求的使用性能的热处理。
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1.5 热处理原理 描述热处理时钢中组织转变的规律——铁碳相图。
1.6 钢铁材料中的各相 1.6.1 铁素体 A、 晶体结构类型：碳在 α 铁中的固溶体，bcc；溶碳能力最小,最大为
0.02%; B、 ⑴、 ⑵、 C、 生成区间： 高温区：1395℃~1534℃，δ-铁素体 低温区：910℃以下；α-铁素体 性 能 ： HB=80-120,σb=250N/mm^2; 而 塑 性 和 韧 性 很
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好,δ=50%,ψ=70-80%.冷加工后由于晶格破碎， 位错密度增加极易产生加 工硬化现象。 1.6.2 奥氏体 A、 B、 晶体结构类型： 碳在 γ 铁中的固溶体， fcc； 最高溶碳量为 2.06%。 生成区间：碳素钢从 723~1493℃，在实际热处理生产过程中由
于过冷度的作用会残存部分奥氏体，高碳高合金钢中尤其如此。奥氏 体属于高温稳定相，室温下通常为亚稳态。 C、 性能：强度和硬度低,HB=170-220。通常在室温下不稳定：
⑴ 结构钢中在应力和温度的作用下会转变为马氏体，使工件变形； ⑵ 不锈钢中会出现孪晶，使工件变脆； ⑶ 锰钢中在应力作用下转变为马氏体，使工件变硬； ⑷ 改变高合金钢的回火特性。 高温合金和某些不锈钢、锰钢中的组织主要就是奥氏体。 1.6.3 碳化物 A 晶体结构类型：铁和碳的化合物(Fe3C)，含碳量为 6.67%。依据合
金碳化物和复合碳化物的种类分别有 fcc、六角（菱形） 、密排六方、三斜晶 系、四方晶系。碳在铁中溶解度很小,所以在常温下,钢铁组织内大部分的碳 都是以渗碳体或其他碳化物形式出现 。 B C 生成区间： 1147℃以下。 性能：硬度很高,HRC70-75,耐磨,脆性很大。
1.6.4 珠光体 A 珠光体是铁素体与碳化物的混合体，其形态有片状、球状（粒状） ；
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B C
生成区间：723℃~650℃。 性能：较低的硬度和强度，片状珠光体有良好的切削性能，很差的
冷镦性能，片越粗大变形时越易破碎，即脆性越大。 1.6.5 索氏体 A 很细小的珠光体：退火和正火得到的索氏体多为细片状，在 1000 倍 显微镜下可以清晰分辨片间距； 淬火重新加热到 500-680℃回火后获得的 索氏体多为粒状的碳化物形态+铁素体组织. B 生成区间：依据不同的钢种从 600~650℃到室温；
C、性能：退火和正火得到的索氏体在应力作用时会形成应力集中，导致 早期失效。淬火+回火后得到的索氏体具有优良的综合机械性能。 1.6.6 屈氏体
A、及其细小的珠光体：多数钢种在特定的退火、正火和淬火状态下可以
得到,光学显微镜下难以分辨其片间距。 B、生成区间：依据不同的钢种从 580℃到室温； C、性能：较高的硬度和极高的弹性极限。 强度和塑性的变化随着珠光体的片的大小、形态和多少呈下列变化 趋势。 1.6.7 马氏体 A、晶体结构类型：过饱和碳或其他元素含量的晶格畸变了的 bcc，马氏 体的显微学特征为孪晶； B、生成区间：快速冷却到 380℃以下； C、性能：HRC46 以上、脆性大。
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1.6.8 贝氏体
A、晶体结构类型：铁素体与碳化物非片层状的混合物。
i.
上贝氏体呈羽毛状铁素体，其上分布着碳化物；通常出现在贝氏 体转变的高温区域。
ii.
下贝氏体呈针状类似马氏体，但针的一侧平直，其上分布着点状 碳化物。然而下贝氏体的显微学特征为位错。通常出现在贝氏体 转变的低温区域。
iii.
粒状贝氏体是铁素体基体上分布着岛状的富碳奥氏体的混合组 织；通常在低碳高合金钢中出现。
iv.
无碳奥氏体在贝氏体形成的最高温度区域低碳钢或 Cr、Mo、Ni、 B 钢中往往会出现一种由板条状铁素体束和为转变的奥氏体组成 的，其无碳碳化物分布的组织。
B、性能： 上贝氏体强度低，脆性大。下贝氏体、粒状贝氏体和无碳奥氏体强度 高，韧性好。 1.6.9 莱氏体 A、组织特征：奥氏体与渗碳体的共晶混合物 。 铁合金溶液含碳量在 2.06%以上时,缓慢冷到 1130℃便凝固出莱氏体. B、生成区间：当温度到达共析温度莱氏体中的奥氏转变为珠光体. 因此,在 723℃以下莱氏体是珠光体与渗碳体机械混合物(共晶混合). C、性能、莱氏体硬而脆(＞HB700),组织形态粗大,不能变形加工,如白 口铁、 在铸态含有莱氏体组织的钢有高速工具钢和 Cr12 型高合金工具钢
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等. 这类钢一般有较大的耐磨性和较好的切削性 1.6.10 网状铁素体 过冷奥氏体在高温下冷却速度较慢时，亚共析钢组织铁素体沿原奥氏体 晶界析出形成的组织。网状网状铁素体的出现会降低材料的强度。 1.6.11 魏氏组织铁素体 亚共析钢组织过热时铁素体沿原奥氏体晶界析出， 并形成羽毛状的组织。 魏氏组织铁素体的出现会大大降低材料的静强度和承受动载荷的能力。 1.6.12 网状碳化物 过冷奥氏体在高温下冷却速度较慢时，过共析钢组织碳化物沿原奥氏体 晶界析出形成的组织。网状碳化物的出现会增大材料的脆性。 1.6.13 魏氏组织碳化物 过共析钢组织过热时碳化物沿原奥氏体晶界析出， 并形成羽毛状的组织。 魏氏组织铁素体的出现材料极脆，不能使用。 1.6.14 夹杂物相 夹杂物属于冶金缺陷，热处理过程不能改变其状态。夹杂物的种类很多， 主要分为： A、 B、 C、 塑性夹杂物：硫化物、某些硅酸盐类金属化合物。 半塑性夹杂物：多数硅酸盐夹杂物，少数氧化物。 脆性夹杂物：多数氧化物、所有的氮化物、碳化物。
1.6.15 空隙 组织中的空洞。 危害：割裂基体的连续性，造成应力集中，形成早期失效。
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