热处理工艺及水冷炉冷空冷的比较

以共析钢为例：

共析钢从高温炉冷变成粗波来铁

空冷变成中波来铁

油冷变成细波来铁 +麻田散铁+残留沃斯田铁

水冷变成麻田散铁 +残留沃斯田铁

产生残留沃斯田铁主要是因为冷却速度不够快，及冷却液的冷却能力。

钢在冷却时的组织转变

[连续冷却转变]：过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度下降发生组织转变，同样可用“连续冷却转变曲线”“CCT曲线，C — continuous；C —

cooling；T — transformation”分析组织转变过程和产物。共析钢的“CCT曲线”测量过程示意图如下图。图中V1（炉冷）、V2（空冷）、V3（油冷）、V4（水冷）代表热处理中四种常用的连续冷却方式。

炉冷V1：随炉冷却（相当于退火），比较缓慢，它分别与C曲线的转变开始和转变终了线相交于1、2点，这两点位于C曲线上部珠光体转变区域，估计它的转变产物为珠光体，硬度170~220HBS。（珠光体是奥氏体(奥氏体是碳溶解在γ－Fe中的间隙固溶体)发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。得名自其珍珠般

（pearl-like）的光泽。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。）

空冷V2：在空气中冷却（相当于正火），它分别与C曲线的转变开始线和转变终了线相交于3、4点，位于C曲线珠光体转变区域中下部分，故可判断其转变产物为索氏体，硬度25~35HRC。在中等硬度情况下，洛氏硬度HRC与布氏硬度HBS之间关系约为1：10。（索氏体:钢经正火或等温转变所得到的铁素体与渗碳体的机械混合物。属于珠光体类型的组织，但其组织比珠光体组织细。将淬火钢在450-600℃进行回火，所得到的索氏体称为

回火索氏体（tempered sorbite）。回火索氏体中的碳化物分散度很大，呈球状。故比索氏体具有更好的机械性能。这就是为什么多数结构零件要进行调质处理（淬火+高温回火）的原因。索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体,其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁素体与渗碳体的双相混合组织，其层片间距较小（250～350nm），碳在铁素体中已无过饱和度，是一种平衡组织。)

油冷V3：在油中的冷却（相当于在油中淬火），与C曲线的转变开始线交于5、6点，没有与转变终了线相交，所以仅有一部分过冷奥氏体转变为托氏体，其余部分在冷却至M s线以下转变为马氏体组织。因此，转变产物应是托氏体和马氏体的混合组织，硬度45~55HRC。(托氏体/屈氏体:troostite ，奥氏体等温转变所得到的由铁素体与渗碳体组成的极弥散的混合物。是一种最细的珠光体类型组织，其组织比索氏体组织还细。钢经淬火后在

300~450℃回火所得到的屈氏体称为回火屈氏体，是过冷奥氏体冷却到350~ 500℃左右形成的片间距约为

300~800nm的珠光体。)（马氏体/麻田散铁，是纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物；马氏体最先在淬火钢中发现，是由奥氏体转变成的，是碳在α铁中的过

饱和固溶体。马氏体的开始和终止温度，分别称为M始点和M终点；钢中的马氏体在显微镜下常呈针状，并伴有未经转变的奥氏体(残留奥氏体)；钢中的马氏体的硬度随碳量增加而增高；高碳钢的马氏体的硬度高而脆，而低碳钢的马氏体具有较高的韧性。）

水冷V4：在水中冷却（相当于在水中淬火的），它不与C曲线相交，过冷奥氏体将直接冷却至M s以下进行马氏体转变。最后得到马氏体和残余奥氏体组织，硬度

55~65HRC。

等温转变“TTT曲线”在连续冷却转变中的应用：由于连续冷却“CCT转变曲线”的测定较为困难，而连续冷却转变可以看作由许多温度相差很小的等温转变过程所组成的，所以连续冷却转变得到的组织可认为是不同温度下等温转变产物的混合物。故生产中常用TTT曲线（C 曲线）近似地分析连续冷却过程。

[马氏体]：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体，用符号“M”表示。在M S线以下过冷奥氏体发生的转变称马氏体转变，马氏体转变通常在连续冷却时进行，是一种低温转变。马氏体组织形貌：低碳马氏体组织通常呈板条状M；高碳马氏体组织通常呈。

马氏体转变特点：

马氏体转变具有不完全性。奥氏体过冷到室温不能得到全部马氏体，而保留一定量的奥氏体，这种在冷却过程中发生相变后仍在环境温度下存在的奥氏体称残余

奥氏体。残余奥氏体不仅降低钢件的硬度和耐磨性，而且影响钢件的尺寸稳定性，要使残余奥氏体继续向马氏体转变，就要将淬火钢继续冷却至室温以下（如冰柜冷却至0℃以下；干冰+洒精可冷却至–78℃；液氮可冷却至–183℃），即冷处理。。

马氏体转变的速度极快，属非扩散型相变，一般不需要孕育期。马氏体转变会引起钢的体积膨胀。由于马氏体的比容比奥氏体大，通常又是在较大的冷却速度下发生转变，钢件内外温差大，所以会产生很大的内应力，这是导致淬火钢出现变形和开裂的主要原因。

贝氏体，也称变韧铁，是由奥氏体在珠光体温度范围以下和马氏体点（马氏体转变开始的温度）以上的温度范围内分解而成的铁素体和渗碳体的混合体。贝氏体分为两种，在较高温度（350～550℃）形成的称“上贝氏体”，其组织在光学显微镜下呈羽毛状；在较低温度形成的称“下贝氏体”，其组织在光学显微镜下呈针状或竹叶状。贝氏体由于碳化物颗粒周围受腐蚀而变得比较粗糙，故在显微镜下呈黑色。

1）退火：

等温退火将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。

球化退火将过共析碳钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，随后的缓冷过程中，或以原有的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富碳区域产生新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳体。均匀化退火（扩散退火）将工件加热到1100℃左右，保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷.

去应力退火将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至200℃出炉空冷。主要用于消除加工应力。

再结晶退火将材料加热至再结晶温度以上，保温后缓慢冷却的工艺方法。

完全退火用于亚共析碳钢和合金钢的铸、锻件；等温退火用于奥氏体比较稳定的合金钢；球化退火用于共析钢、过共析钢和合金工具钢；均匀化退火用于高质量要求的优质高合金钢的铸锭和成分偏析严重的合金钢铸件；去应力退火用于铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件；再结晶退火主要用于去除加工硬化。

残留应力退火处理