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* * * * * * 《机械制造技术基础》主编 李长河 第1章 金属材料概述 1.6 刚的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 1.6.2 钢在冷却时的转变 1.6.3 常用钢的热处理 1.6 钢的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温、冷却，改变其内部（或表面的）组织，从而获得所需的性能的工艺过程。 热处理通常分为普通热处理（包括退火、正火、淬火、回火）、表面热处理（包括表面淬火、化学热处理）和特殊热处理（如磁场热处理、形变热处理）几种主要方法。 热处理可以消除上一工艺过程所产生的缺陷，为下一工艺过程创造条件，也可以直接提高工件使用性能，是充分发挥钢材潜力，提高产品质量、延长工件使用寿命的工艺方法。 任何一种热处理都是由加热、保温和冷却三个阶段组成 （如图所示）。 1.6 钢的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 在 Fe-Fe3C相图中，A1、A3和Acm是碳钢在极其缓慢的加热或冷却时的转变温度，是平衡临界点。在实际生产中，不可能极其缓慢地加热和冷却，因此不可能在平衡临界点进行组织转变。如图所示，实际加热时各临界点分别用Ac1、Ac3和Accm线表示，而实际冷却时各点临界位置分别用Ar1、Ar3和Arcm线表示。 1.6 钢的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 冷却 保温 温度/℃ 临界点 加热 时间/s S A 温度/℃ E P+F wC×100 A+ Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ A+F Ac1 A1 Ar1 A3 Ar3 Ac3 Acm Accm Arcm 热处理工艺曲线示意图 碳素钢加热冷却温度临界点 1.6 钢的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 将共析钢加热到Ac1时便发生珠光体向奥氏体的转变。奥氏体的形成过程分三个阶段，如图所示 。 1．奥氏体的形成 F Fe3C A核 正在长大的A核 未溶的Fe3C A a) 形核 b) F向A转变 渗碳体溶解 c) A中残余渗碳体溶解 d) A成分均匀化 1.6 钢的热处理 1.6.1 钢在加热时的转变 2．奥氏体晶粒的长大 奥氏体晶粒形成后，继续加热或保持恒温，它们将聚集长大，即由小晶粒合并为较粗大的晶粒。由热力学原理可知，这是一种必然发生的过程，因为晶粒合并将使晶界总面积减少，从而使总晶界能降低。 1.6 钢的热处理 1.6.2 钢在冷却时的转变 加热钢使其奥氏体化只是热处理的第一步，而冷却过程则是热处 理的关键一步。 在热处理生产中，奥氏体冷却时发生转变的温度通常都低于临界点，即有一定的过冷度，为了了解奥氏体在冷却过程的相变规律，通常采用两种方法： 1）把钢加热到奥氏体化后,快速冷却到A1以下，在不同过冷度下等温，测定奥氏体的转变过程，绘出奥氏体等温转变曲线。 2）在不同冷却速度（如炉冷、空冷、油冷、水冷）的连续冷却过程中测定奥氏体的转变过程，绘出奥氏体连续冷却转变曲线。这两种曲线能正确说明奥氏体的冷却条件与组织转变间的相互关系，是热处理的理论基础 。 1.6 钢的热处理 1.6.2 钢在冷却时的转变 1．过冷奥氏体等温转变动力及TTT曲线 转变动力学研究转变量与转变温度和时间的关系，以及影响这种关系的因素。 如将奥氏体后的共析钢急冷至A1以下的某个温度，并在该温度下保温，设法测定过冷奥氏体转变量与时间的关系，即可绘出等温转变动力学曲线（见图所示）。 在若干不同温度下测得若干不同动力学曲线，分别截取转变开始和转变终了（或终止）所需的时间，即可绘出这种钢的等温转变图，简称TTT曲线（Time, TempeRature, TRansform），也称“C曲线”（如图的下半部分所示）。 1.6 钢的热处理 1.6.2 钢在冷却时的转变 100 65 104 Ms 硬度HRC 55 45 40 30 15 温度/℃ 50 0 bs cs as ′ af′ cs′ cf′ A1 A 800 700 600 500 400 300 200 100 0 －100 Mf 20 A P B A→B A→P 转 变 开 始 转 变 完 了 A→M M 0.5 1 10 102 103 时间/s 共析钢 TTT曲线 1.6 钢的热处理 1.6.2 钢在冷却时的转变 上图中A1以上是奥氏体稳定区域。 A1以下转变开始线（图中as’、bs’、cs’的连线，称奥氏体转变开始线），转变完毕形成的线段（图中af’、bf’、cf’的连线）称奥氏体转变终了线。 在孕育期暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体，称为过冷奥氏体。