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第六章 钢的热处理 热处理的概念 将钢加热至一定温度(T)，保温一定时间(t)，然后以一定的速度(V冷)冷却，以获得指定的组织，从而得到一定的性能。 碳钢的临界温度 平衡临界温度： A1、 A3、Acm 加热时的临界温度： Ac1、Ac3、Accm 冷却时的临界温度： Ar1、Ar3、Arcm 奥氏体的形成 奥氏体的形成分为三个阶段： 第一阶段：奥氏体的形核和长大； 第二阶段：残余渗碳体的溶解； 第三阶段：奥氏体成分的均匀化。 奥氏体晶粒的长大 奥氏体的晶粒度： 起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度 影响奥氏体晶粒长大的因素： 加热温度； 加热速度； 保温时间。 奥氏体的冷却方式 等温冷却： 方法：将奥氏体化后的钢淬入高温盐浴中保温。 奥氏体在恒温下发生转变，转变组织均匀。 连续冷却： 将工件直接淬入室温下的淬火介质中。 奥氏体在冷却过程中发生组织转变，转变组织不均匀。 钢在等温冷却时的组织转变 等温冷却转变曲线 (TTT曲线或C曲线) 过冷奥氏体转变产物 珠光体：扩散转变 贝氏体：半扩散性转变 马氏体：非扩散性转变 珠光体转变 珠光体转变的特点： 高温转变 扩散性转变： 孕育期 转变量与时间有关。 马氏体转变 马氏体转变的特点： 低温转变； 非扩散性转变 固定的转变温度（Ms、Mf） 转变量只决定于过冷度，与时间无关 转变不完全，出现残余奥氏体。 马氏体的形态： 低碳马氏体：板条状 高碳马氏体：针状 马氏体的晶体结构 马氏体的晶体结构： 体心正方a=bC 正方度C/a：马氏体的含碳量越高，则其正方度越大，马氏体的硬度越高。 马氏体的硬度决定于其含碳量； 马氏体的转变量决定于冷却速度（过冷度） 贝氏体转变 贝氏体转变的特点： 中温转变； 半扩散性转变。 贝氏体组织形态： 上贝氏体； 下贝氏体。 残余奥氏体的产生 产生原因： 已转变的马氏体对尚未转变的奥氏体形成很大压应力； 其Mf温度低于室温。 危害：使钢的强度和硬度降低。 消除方法：回火和深冷处理 影响C曲线的因素 碳的影响：较弱 形状 亚共析钢的C曲线随含碳量的增加向右移；过共析钢的C曲线随含碳量的增加向左移。 合金元素：主要因素 除Co外均使C曲线右移。 加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，保温时间越长，奥氏体越稳定，C曲线右移。 亚共析钢和过共析钢的C曲线 过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 特点： 测定困难； 使用不便。 临界冷却速度 临界冷却速度的大小也反映了钢获得马氏体的能力。 合金元素能使钢的C曲线右移，从而降低钢的Vk。 钢的热处理工艺 退火：随炉冷却，得到平衡组织 正火：空冷，减少先析出相。 淬火：水（或油）冷，得到M 回火：淬火后再次加热，调整性能，得到回火组织。 钢的退火与正火 1.完全退火 特点：完全A化 目的：通过重结晶细化晶粒，消除应力 用途：亚共析钢铸件、锻件 缺点：周期很长，成本高。 2.等温退火 目的及用途：同完全退火 特点：周期短，成本低 球化退火 适用：高碳钢 目的：降低硬度，改善切削加工性能。 加热温度：Ac1+30～50℃ 特点：周期长，成本高。 去应力退火 目的：消除应力 适用：铸、锻、焊件。 特点：温度低，既不发生组织转变，也不能改变晶粒大小。 再结晶退火和扩散退火 再结晶退火 适用：冷加工工件 目的：消除加工硬化，降低硬度 加热温度：T再+10～200℃ 扩散退火 目的：消除偏析 加热温度：接近固相线 缺点：温度高，周期长，工件变形严重，成本极高。 钢的正火 特点：完全A化 目的： 低碳钢：提高硬度；代替退火 过共析钢：消除网状二次渗碳体 淬火加热温度 亚共析钢 加热温度：Ac3+30～50℃ 目的：防止F残留造成工件硬度和强度降低。 过共析钢 加热温度：Ac1+30～50℃ 目的：防止A含碳过高造成工件开裂和出现大量残余奥氏体。 为什么亚共析钢要进行完全淬火 完全淬火——得到完全马氏体。 不完全淬火——马氏体组织中有铁素体出现。 为什么过共析钢只能进行不完全淬火 完全淬火：马氏体含碳量过高，易开裂和形成大量残余奥氏体； 不完全淬火：有细小弥散渗碳体残余，奥氏体含碳量低，因而淬火时不易开裂，且残余渗碳体量少。 冷却速度及冷却介质 冷却速度：大于Vk 淬火介质： 水（5%盐） 油（机油+柴油） 专用淬火液 理想淬火工艺 淬火方法 1.单液淬火 优点：工艺简单，操作方便。 缺点：淬火应力大，工件易变形。 适用：形状简单的中、低碳钢工件。 双液淬火 优点：大大减小工件的淬火应力和变形开裂倾向。 缺点：操作难度较高。 适用：小批量 分级淬火 优点：操作简单。可有效防止应力和开裂。 缺点：需要盐浴炉 适用：小工件大批量。 等温淬火 目的：得到B下 优缺点：同分级淬火，也需要盐浴炉。 适用：需要高强韧性的小工件。 局部淬火 操作方法： 小工件：