金属热处理知识点.doc

1 热处理得目得、分类、条件;
定义:通过加热、保温与冷却得方法,使金属得内部组织结构发生变化,从而获得所要求得性能得一种工艺方法。
目得: 1、消除毛坯中得缺陷,改善工艺性能,为切削加工或热处理做组织与性能上得准备。2、提高金属材料得力学性能,充分发挥材料得潜力,节约材料延长零件使用寿命。
分类:
特点:热处理区别于其她加工工艺如铸造、压力加工等得特点就是只通过改变工件得组织来改变性能,而不改变其形状。
热处理条件:
(1)有固态相变发生得金属或合金
(2)加热时溶解度有显著变化得合金

热处理过程中四个重要因素:
(1)加热速度V; (2)最高加热温度T;
(3)保温时间h; (4)冷却速度Vt、
2 什么就是铁素体、奥氏体、渗碳体？其结构与性能; Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度得意义;奥氏体得形成条件;奥氏体界面形核得原因/条件;以共析钢为例,详细分析奥氏体得形成机理;影响奥氏体转变速度得因素;影响奥氏体晶粒长大得因素;
铁素体:碳溶于α-Fe中形成得间隙固溶体,以F或α表示;
结构:体心立方结构;组织:多边形晶粒
性能:铁素体得塑性、韧性很好(δ=30～50%、aKU=160～200J／cm2),但强度、硬度较低(σb=180～280MPa、σs=100～170MPa、硬度为50～80HBS)。其力学性能几乎与纯铁相同。
奥氏体:碳溶于g γ-Fe中得间隙固溶体;用A或 γ 表示
结构:面心立方晶格
性能:奥氏体常存在于727℃以上,就是铁碳合金中重要得高温相,强度与硬度不高,但塑性与韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS),易锻压成形。钢材热加工都在γ区进行。
组织:多边形等轴晶粒,在晶粒内部往往存在孪晶亚结构
渗碳体:铁与碳形成得金属化合物,就是钢铁中得强化相,高温下可分解, Fe3C →3Fe+C(石墨) 。
结构:复杂斜方
性能:渗碳体中碳得质量分数为6、69%,熔点为1227℃,硬度很高(800HBW),塑性与韧性极低(δ≈0、aKU≈0),脆性大。渗碳体就是钢中得主要强化相,其数量、形状、大小及分布状况对钢得性能影响很大。
由于碳在aα-Fe中得溶解度很小,因而常温下碳在铁碳合金中主要以Fe3C或石墨得形式存在。

五个重要得成份点: P、S、E、C、F。
四条重要得线: ECF、ES、GS、PSK。
三个重要转变: 包晶转变反应式、共晶转变反应式、共析转变反应式。
两个重要温度: 1148 ℃ 、727 ℃ 。
奥氏体
1、奥氏体:碳溶于g γ-Fe中得间隙固溶体;用A或 γ 表示
结构:面心立方晶格
组织:多边形等轴晶粒,在晶粒内部往往存在孪晶亚结构
性能:奥氏体常存在于727℃以上,就是铁碳合金中重要得高温相,强度与硬度不高,但塑性与韧性很好(σb≈400 MPa、δ≈40～50%、硬度为160～200HBS),易锻压成形。钢材热加工都在γ区进行。
室温不稳定相
高塑性、低屈服强度(利用奥氏体量改善材料塑性)
顺磁性能(测残余奥氏体与相变点)
线膨胀系数大(应用于仪表元件)
导热性能差(耐热钢)
比容最小( 利用残余奥氏体量减少材料淬火变形)
2、Ac1、Ar1、Ac3、Ar3、Accm、Arcm临界温度得意义
Ac1——加热时珠光体向奥氏体转变得开始温度;
Ar1——冷却时奥氏体向珠光体转变得开始温度;
Ac3——加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体得终了温度;
Ar3——冷却时奥氏体开始析出先共析铁素体得温度;
Accm--加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体得终了温度
Arcm——冷却时奥氏体开始析出二次渗碳体得温度
3. 奥氏体得形成条件
过热(T>A1)
4. 奥氏体界面形核得原因/条件
(1) 易获得形成A所需浓度起伏,结构起伏与能量起伏、
(2) 在相界面形核使界面能与应变能得增加减少。
△G = -△Gv + △Gs + △Ge
△Gv—体积自由能差, △Gs —表面能, △Ge —弹性应变能
相界面△Gs 、△Ge 较小,更易满足热力学条件△G<0、
5. 以共析钢为例,详细分析奥氏体得形成机理
(1)奥氏体得形核
球状珠光体中:优先在F/Fe3C界面形核
片状珠光体中:优先在珠光体团得界面形核,也在F/Fe3C片层界面 形核
（2） 奥氏体得长大
片状珠光体:奥氏体向垂直于片层与平行于片层方向长大、
球状珠光体:奥氏体得长大首先包围渗碳体,把渗碳体与铁素体隔开,然后通过A/F界面向铁素体一侧推移, A / Fe3C界面向Fe3C一侧推移,使F与Fe3C逐渐消失来实现长大得、
A长大方向基本垂直于片层与平行于片层。A平行于片层长大速度 > 垂直于片层长大速度
（3） 残余碳化物得溶解
残余碳化物: 当F完全转变为A时,仍有部分Fe3C没有转变为A,称为残余碳化物。
∵①A/F界面向F推移速度 > A/Fe3C界面向Fe3C推移速度
②刚形成得A平均含碳量<P含碳量
残余碳化物溶解:
由Fe3C中得C原子向A中扩散与铁原子向贫碳Fe3C扩散, Fe3C向A晶体点阵改组实现得、
（4） 奥氏体得均匀化
奥氏体得不均匀性:即使Fe3C完全溶解转变为奥氏体,碳在奥氏体中得分布仍然不均匀,表现为原Fe3C区域碳浓度高,原F区碳浓度低。
奥氏体得均匀化:随着继续加热或继续保温,以便于碳原子不断扩散,最终使奥氏体中碳浓度均匀一致。
6. 影响奥氏体转变速度得因素
温度、成分、原始组织
1、温度得影响
T↗,I ↗,G↗,且I ↗> G↗
各种因素中,T得影响作用最强烈
2、 原始组织得影响
片状P转变速度>球状P
薄片较厚片转变快
3、碳含量得影响
C％↗,A形成速度↗
4、 合金元素得影响
(1)对A形成速度得影响
改变临界点位置;影响碳在A 中得扩散系数;合金碳化物在A中溶解难易程度得牵制;对原始组织得影响
(2)对A均匀化得影响
合金钢需要更长均匀化时间
7、影响奥氏体晶粒长大得因素
(1)加热温度与保温时间
随加热温度升高,奥氏体晶粒长大速度成指数关系迅速增大。
加热温度升高时,保温时间应相应缩短,这样才能获得细小得奥氏体晶粒。
(2)加热速度:
加热速度快,奥氏体实际形成温度高,形核率增高,由于时间短奥氏体晶粒来不及长大,可获得细小得起始晶粒度
(3)钢得碳含量得影响
碳在固溶于奥氏体得情况下,由于提高了铁得自扩散系数,将促进晶界得迁移,使奥氏体晶粒长大。共析碳钢最容易长大。
当碳以未溶二次渗碳体形式存在时,由于其阻碍晶界迁移,所以将阻碍奥氏体晶粒长大。过共析碳钢得加热温度一般选在 Ac1 ---- Accm 两相区,为得就就是保留一定得残留渗碳体。
（4） 合金元素得影响
Mn,P 促进奥氏体晶粒长大:
Mn ---- 在奥氏体晶界偏聚,提高晶界能;
P ---- 在奥氏体晶界偏聚,提高铁得自扩散系数。
强碳氮化物形成元素 Ti,Nb,V 形成高熔点难溶碳氮化物(如TiC,NbN),阻碍晶界迁移,细化奥氏体晶粒。
(5)冶炼方法
用Al脱氧,可形成 AlN ---- 本质细晶粒钢
用Si、Mn脱氧---- 本质粗晶粒钢
（6） 原始组织
主要影响A得起始晶粒。原始组织越细,起始晶粒越细小。
但晶粒长大倾向大,即过热敏感性增大,不可采用过高得加热温度与长时间保温,宜采用快速加热、短时保温得工艺方法。
3 何谓过冷奥氏体,过冷奥氏体等温转变曲线,转变产物;珠光体得组织形态与性能;珠光体得转变机理与影响因素;
1. 珠光体得组织形态与性能
组织形态:层片状、粒状、其她
片状珠光体:其F、Fe3C呈层状分布重量比:F: Fe3C = 8:1

珠光体得存在:钢得退火或正火组织中
力学性能:片间距↘,强度与硬度↗,同时塑性与韧性有所改善
粒状珠光体:在铁素体基体上分布着粒状渗碳体得两相机械混合物称为粒状珠光体。粒状珠光体一般经球化退火而得到,也可以通过淬火加回火处理得到。
性能:Fe3C 细小,分布均匀, 则强度、硬度较高,韧性也↗。
与同成分片状P相比:强度硬度稍低,塑韧性较高
粒状珠光体得力学性能主要取决于渗碳体颗粒得大小、形态与分布。
2、何谓过冷奥氏体
过冷奥氏体——处于临界温度之下暂时存在得奥氏体。
3. 过冷奥氏体等温转变曲线,转变产物
4. 珠光体得转变机理与影响因素
一、片状珠光体得转变机理
两个基本过程:形核＋长大
(1)珠光体得形核
(i)领先相
与化学成分有关
亚共析钢:F
过共析钢:Fe3C
共析钢:两者均可,一般认为就是Fe3C
(ⅱ)珠光体形核位置
领先相大多在奥氏体晶界或相界面(奥氏体与先共析相界面)上形核。因为这些区域缺陷较多,能量较高,原子容易扩散,容易满足形核所需要得成分起伏、能量起伏与结构起伏得条件。
长大:扩散进行
长大方式:纵向长大,沿着珠光体片长轴方向长大;
横向长大,沿着珠光体片垂直方向长大。

二、粒状珠光体得形成机制
粒状珠光体可通过球化退火与马氏体组织回火得到。

三、亚(过)共析钢得珠光体转变
由偏离共析成分得过冷奥氏体所形成得珠光体称为伪共析体或伪珠光体。

影响因素:
一、奥氏体成分与组织
(1)碳含量
共析成分得C曲线最靠右(共析A最稳定),
成分偏离共析点,C曲线将左移(先析相得析出,
降低过冷A得稳定性)。
成分偏离共析点越多,C曲线左移越多。
(2)奥氏体晶粒度
晶粒细小,可促进P转变
(3)奥氏体成分不均匀性
成分不均匀,有利形核,加速P转变
(4)合金元素
除了Co,大部分使C曲线右移,降低P得转变
二、外界条件
(1)加热温度与保温时间
加热T低,保温t短,将加速P转变
(2)应力与变形
拉应力与变形均加速转变
4 马氏体得定义:晶体结构、组织形态、性能;马氏体具有高硬度、高强度得本质;Ms、Mf点;影响Ms点得主要因素;马氏体得形成条件与转变特点;
1. 马氏体得定义:马氏体就是C 在α-Fe 中得过饱与间隙式固溶体。具有体心立方点阵(C%极低钢)或体心正方(淬火亚稳相)点阵。
马氏体相变:钢铁在经过奥氏体化温度后采取快速冷却,抑制其扩散分解,在较低温度(＜Ms)下发生得无扩散型相变。
晶体结构: 体心正方晶格(a = b ≠c) 轴比c/a ——马氏体得正方度
钢中马氏体得本质:
马氏体就是碳溶于α-Fe中得过饱与间隙式固溶体,记为M或α'。其中得碳择优分布在c轴方向上得八面体间隙位置。这使得c轴伸长,a轴缩短,晶体结构为体心正方。其轴比c/a称为正方度,马氏体含碳量愈高,正方度愈大。
马氏体得晶体结构类型(两种):
体心立方结构(WC<0、2%)
体心正方结构(WC>0、2%)
组织形态:板条,片状,蝴蝶状、薄板状及薄片状
性能:
一、 马氏体得强度与硬度
钢中马氏体得主要特性就是高硬度与高强度。
马氏体高强度高硬度得本质
①相变强化
马氏体相变得切变特性,造成马氏体晶体内产生大量得微观缺陷(位错、孪晶、层错等)使马氏体强化,称为相变强化。
②固溶强化
马氏体中以间隙式溶入过饱与碳原子将引起强烈点阵畸变,形成以碳原子为中心应力场,并与位错发生交互作用,使碳原子钉扎位错,强化马氏体。
③马氏体时效强化
马氏体发生碳原子偏聚与析出,从而产生时效强化。
二、 马氏体得塑性与韧性
(1)韧性
马氏体得韧性主要决定于亚结构。
C%:<0、4%,高韧性
>0、4%,韧性低,硬而脆。
仅从韧性考虑,含C量不宜>0、4%
(2)马氏体得相变诱发塑性
在马氏体转变过程中塑性有所增加-----马氏体得相变诱发塑性。
2. 马氏体得形成条件与转变特点;
马氏体得形成条件:
(1)快冷 V > Vc　避免A向P、B转变
(2)深冷 T < MS　提供足够得驱动力
转变特点:
(1)、表面浮凸效应与共格切变
表面浮凸效应——切变使马氏体表面出现一边凹陷、一边凸起,并带动附近奥氏体也发生弹性切变。
马氏体转变以切变方式进行——界面上原子为马氏体与奥氏体共有。
(2)无扩散相变
(3)M转变得位向关系及惯习面
位向关系
相变时,整体相互移动一段距离,相邻原子得相对位置无变化。作小于一个原子间距位置得位移,因此奥氏体与马氏体保持一定得严格得晶体学位向关系。
位向关系有:(1)K—S关系
(2)西山(N)关系
(3)G—T关系
惯习面:
马氏体就是在母相得一定晶面上开始形成得,这个晶面就就是惯习面。 (4)马氏体转变不完全性(非恒温性)
(5)马氏体转变得可逆性
3、Ms、Mf点
马氏体转变开始得温度称上马氏体点,用Ms 表示。
马氏体转变终了温度称下马氏体点,用Mf 表示、
4. 影响Ms点得主要因素
1)化学成分
(1)C%影响
C%得影响最为明显。
C%升高,Ms 与Mf均下降,马氏体转变温度区间移向低温,残余奥氏体量增加。
C%增加,Ms呈连续下降趋势,当C%＜0、6%时,Ms下降比Mf下降显著,当C%增加到C%≥0、6%时,Mf下降缓慢直至基本不变。
2)合金元素
合金元素对Ms点影响比较复杂,多种合金元素同时作用得影响与一种合金元素得影响也不相同。 总体上:
① 除了Co、Al 提高Ms外,合金元素均有降低Ms作用。
② 强碳化物形成元素加热时溶入奥氏体中很少,对Ms点影响不大。
③ 合金元素对Ms点得影响表现在影响平衡温度T0与对奥氏体得强化作用。
3)奥氏体化条件
对MS得影响具有双重性,加热温度高与保温时间长,有利于C 及合金元素原子充分溶入到奥氏体中(固溶强化),降低Ms点;但同时奥氏体晶粒长大,缺陷减少,晶界强化作用降低,切变阻力减小,Ms点有提高趋势。
4)淬火速度——目前观点不统一
一般认为:淬火速度较低时,即淬火温度较高,“C 原子气团”可以形成足够大得尺寸并在缺陷处偏聚,强化奥氏体,使Ms点降低,淬火速度较高时,即淬火温度较低,抑制了“C 原子气团”形成,对奥氏体强化作用降低,使Ms点升高。也有人为:高速淬火Ms点升高就是淬火应力引起得。
5)磁场
(1)增加磁场只就是提高Ms点,对Ms点以下得马氏体转变与总得转变量无影响。
(2)转变过程中增加磁场,转变量得增加趋势与未加磁场相同,撤去磁场,转变量又回到未加磁场状态。
(3)磁场对Ms点影响与形变诱发马氏体影响相似,增加磁能补充了相变所需得驱动力,使马氏体相变能够产生。
5 典型贝氏体得形成温度、组织形态与机械性能;贝氏体相变得基本特征;
1、贝氏体相变得基本特征
兼有P转变与M转变得某些特征。
（1） 转变有上、下限温度
（2） 转变产物为非层片状
（3） 形核及长大
（4） 转变得不完全性
（5） 转变得扩散性 指碳原子得扩散,中温区,Fe及Me原子则不发生扩散
（6） 贝氏体转变得晶体学 BF与母相A之间存在惯习面与位向关系
（7） BF也为碳过饱与固溶体
过饱与程度随B形成温度得降低而增加,但低于M过饱与程度
2、典型贝氏体得形成温度、组织形态与机械性能
一、上贝氏体
1、 形成温度范围
B转变温度区得较高温度区域,对中、高碳钢,约550~350℃。
2、 组织形态
由成束得、大致平行得F板条加碳化物组成。
铁素体(羽毛状)
束内相邻F位向差很小,束与束之间位向差较大;
亚结构就是位错;
C％<0、03%,接近平衡浓度;
F有浮凸;
F惯习面{111},与A位向关系接近K—S。
碳化物
θ分布在F条之间,为渗碳体型碳化物
形态取决于含碳量:碳含量低时,沿条间呈不连续粒状或链珠状分布;随钢中含碳量得增加,上贝氏体板条变薄,渗碳体量增多,短杆状,甚至可分布在铁素体板条内。
与A有位向关系,从A中析出;
二、下贝氏体
1、形成温度范围
B转变区域得低温范围形成,约在350℃以下。碳含量低时,形成温度可略高于350℃。
2、组织形态
F与θ两相混合组织。
贝氏体F得形态与M很相似,亦与A碳含量有关,随碳含量得变化而变化。碳含量低时呈板条状,高时呈透镜片状,中等时两种形态兼有。由于B片间互成交角,金相显微镜下常可观察到得“竹叶状”组织。条状、片状得下贝氏体F,BF内部总有细微碳化物沉淀。为θ或ε碳化物,碳化物呈极细得片状或颗粒状,排列成行,约以55~60°得角度与下B得长轴相交,且仅分布在F内部。
下贝氏体F亚结构为位错,密度较高可形成缠结。未发现孪晶亚结构。
下B中碳化物均匀分布在F内。极细,光镜下无法分辨,与回火M极相似得黑色针状组织,电镜下碳化物呈短杆状,与F长轴成55°~60°角得方向整齐地排列。
下B中碳化物也就是θ型,但形成温度低时,最初就是ε碳化物,时间延长,eε转变为θ碳化物。在含Si钢中,由于Si能阻止θ碳化物得析出,故B转变时主要析出ε碳化物。
三、无碳化物贝氏体
钢中含一定量硅或铝时,B组织由板条F及富碳残A组成,F间为富碳A,F与A内均无碳化物析出,就是贝氏体得一种特殊形态。
1、形成温度范围:
在B转变得最高温度范围内形成。
2、组织形态
主要由大致平行得F板条组成。
四、粒状贝氏体
低碳或中碳合金钢中以一定得速度连续冷却时获得。
1、形成温度范围:稍高于上B形成温度。
2、组织形态
俞德刚:由条状铁素体构成得铁素体块与其中有序分布得岛状组织所组成。
贝氏体转变产物得力学性能:取决于B形态、尺寸大小与分布,以及B与其它组织得相对量等。F与θ就是B中最主要得组成相,且F就是基本,因此F得强度就是B强度得基础。
1、贝氏体得强度、硬度随形成温度得降低而提高;
2、下B冲击韧性优于上B,韧脆转化温度明显低于上B,随着上B屈服强度得升高,韧脆转化温度明显上升,而形成下B时,其韧脆转化温度突然下降,以后随屈服强度得升高,韧脆转化温度又升高。

3. 贝氏体得抗疲劳性能与耐磨性能
硬度相同时,等温淬火B组织较淬火回火组织有更高得疲劳性能,因B较其她组织具有最佳得强韧性配合,疲劳裂纹得产生与扩展都较困难;此外,在重载与大得冲击载荷工作条件下,应首选B作为使用组织,因为抗冲击耐磨损性能亦以强韧性配合较佳得组织为最好。
6 退火、正火得定义、目得与分类;常用退火工艺方法;退火、正火后钢得组织与性能;
退火与正火属于预备热处理工艺。
一 退火
1 定义: 将组织偏离平衡状态得金属或合金加热到适当得温度,保持一定时间,然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织得热处理工艺。
2 目得:均匀化学成分、改善切削加工性能与冷塑性变形性能、消除或减少内应力、为零件最终热处理准备合适得内部组织。
3、分类:根据加热温度分两类:
在临界温度以上得退火(相变重结晶退火),包括完全退火(均匀化退火)、不完全退火、扩散退火、球化退火;
临界温度以下得退火,包括软化退火,再结晶退火,去应力退火、
二 正火
1 定义:将钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢)或Accm (对于过共析钢) 以上适当温度(30~50℃),保温适当时间,使之完全奥氏体化,然后在空气中冷却,以得到珠光体组织得热处理工艺。
2 目得:细化晶粒、提高硬度、获得比较均匀得组织与性能。
常用退火工艺方法

一、扩散退火:
定义:将金属铸锭、铸件、锻件或锻坯在略低于固相线得温度下长期加热,保温后缓慢冷至室温得热处理工艺。
扩散退火又称均匀化退火。
二、完全退火
定义:将钢件或钢材加热到Ac3点以上20~30℃,使之完全奥氏体化,然后缓慢冷却,获得接近于平衡组织得热处理工艺。或者:将亚共析钢加热到 Ac3+(20~30℃),保温后随炉缓慢冷却到500 ℃以下后在空气中继续冷却 。
三、不完全退火
定义:将钢件加热至Ac1与Ac3之间,或Ac1与Accm之间,经保温冷却,以获得接近平衡组织得热处理工艺、
四、 球化退火:使钢中得碳化物球化,或获得球状珠光体得退火工艺。
五、 再结晶退火
经过冷变形后得金属加热到再结晶温度以上,保持适当时间,使形变晶粒重新转变为均匀得等轴晶粒,以消除形变强化与残余应力得热处理工艺。
六、 去应力退火: 为了去除由于形变加工、锻造、焊接等所引起得及铸件内存在得残余应力(但不引起组织得变化)而进行得退火。
退火 正火后钢得组织与性能
1、组织比较
相同点:均就是珠光体型组织
不同点:正火得到得珠光体,过冷度较大,片间距细小;完全退火得到得珠光体片间距较大。
2.性能比较
亚共析钢,正火得强度、硬度、韧性较高,塑性相仿;
过共析钢,退火后强度、硬度、韧性均低于正火得,只有球化退火得,因其所得组织为球状珠光体,故其综合性能优于正火得。
总之,对于含碳量相同得工件,正火后得强度与硬度要高于得退火得。
7 淬火得定义、目得与分类;常用淬火介质;冷却过程三阶段;钢得淬透性及影响因素;淬硬性及影响因素;淬火方法及应用;淬火缺陷;
1、钢得淬火——将钢加热到临界温度(A1 或A3)以上,保温一定时间使其奥氏体化,以大于临界冷却速度进行冷却得工艺。
2、淬火目得:
提高硬度与耐磨性:刀具、量具、磨具
提高强韧性:轴类、杆件、销、受力件
提高硬磁性:用高碳钢、磁钢制得永久磁铁(马氏体磁性)
提高弹性:各类弹簧
提高耐蚀与耐热性:耐热钢与不锈钢
获得M组织
3、淬火分类
按加热温度:完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火
按加热速度:普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火
按加热介质及热源条件:光亮淬火、真空淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、接触电加热淬火、电解液加热淬火、电子束加热淬火、激光加热淬火
按淬火部位:整体淬火、局部淬火、表面淬火
按冷却方式:单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火;马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火等
4. 常用淬火介质
理想淬火介质具备:高温慢冷;奥氏体鼻子温度快冷;马氏体转变慢冷。
(1)无物态变化得淬火介质
冷却机理:辐射、传导与对流将工件得热量带走,使工件冷却
常用得淬火介质:硝酸盐与碱,使用温度在150～550℃之间。
(2)有物态变化得淬火介质
冷却机理:
辐射、传导与对流将工件得热量带走,使工件冷却
汽化沸腾,使工件强烈散热
冷却能力强
5、冷却过程三阶段

6、钢得淬透性及影响因素
1、淬透性——钢在淬火时能够获得马氏体得能力。
其大小就是用规定条件下淬硬层深度来表示。
淬硬层深度——由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)得深度。
2. 影响淬透性得因素
决定因素:临界冷却速度;取决于材料化学成分。
C曲线越靠右,淬火临界冷却速度越小,钢得淬透性越好
因此使C曲线右移得元素均使淬透性提高;
一般而言,碳钢得淬透性差,合金钢得淬透性好,且合金元素含量越高,淬透性越好(除Co)
注意区别:
钢得淬透性 —— 钢材本身得固有属性,与外部因素无关
工件得淬透深度 —— 取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、
工件尺寸等外部因素有关。
淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间得比较。就是在尺寸、冷却介质相同时,用不同材料得淬硬层深度来进行比较得。
7. 淬硬性及影响因素
淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能达到得最高硬度。
影响因素: 主要取决于马氏体得含碳量。
马氏体硬度、韧性与含碳量得关系
C%

8、淬火方法及应用

1.单液淬火法
概念:把已加热到淬火温度得工件淬入一种淬火介质,使其完全冷却。如曲线a所示。
适用条件:
适用于形状简单得碳钢,合金钢工件;
对碳钢直径大于3~5mm得工件水中淬火,更小得可采用油淬;
各类合金钢则以油为常用淬火介质。
2.双液淬火法
概念:把加热到淬火温度得工件,先在冷却能力强得淬火介质中冷却至接近MS点,然后转入冷却能力弱得淬火介质中冷却至室温。如曲线b所示。
说明:一般用水做快冷淬火介质,用油或空气做慢冷淬火介质,但较少采用空气,在水中停留时间为每5~6mm有效厚度约1秒。
适用条件:尺寸较大得碳素钢工件。
3.喷射淬火法
概念:向工件喷射水流得淬火方法。
适用条件:主要用于局部淬火。
4.分级淬火法
概念: 把工件由奥氏体化温度淬入高于该钢种得马氏体开始转变温度得淬火介质(盐浴或碱浴炉)中,在其中冷却直至工件各部分温度达到淬火介质得温度,然后缓冷至室温,发生马氏体转变。
适用条件:只适用于尺寸较小得工件。
5.等温淬火法
概念:工件淬火加热后,若长期保持在下贝氏体转变区得温度使之完成奥氏体得等温转变,获得下贝氏体组织,这种淬火方法称等温淬火法。
等温淬火目得:获得变形小,硬度高并兼有良好韧性得工件。
9、淬火缺陷
(1)淬火内应力
淬火内应力就是造成工件变形与开裂根本原因。
淬火内应力超过材料屈服强度----引起工件变形;
淬火内应力超过材料断裂强度----引起工件断裂。
淬火内应力分:热应力(温度应力)组织应力(相变应力)
热应力:由于工件心部与表面冷却速度不一致,其冷却收缩不同而造成得内应力。
热应力产生过程:
冷却初期,表面冷速快,表面收缩,产生拉应力;
心部冷速慢,不收缩,产生压应力;
冷却后期,表面冷速慢,表面不收缩,产生压应力;
心部冷速快,收缩,产生拉应力;
最终得淬火热应力:表面压应力、心部拉应力。
组织应力:由于工件表层与心部发生马氏体转变得不同时性而造成得内应力。
组织应力产生过程:
冷却初期,表面受压,心部受拉;
冷却后期,表层受拉,心部受压;
(2)淬火变形
几何形状变化＋体积变化
热应力使工件沿着最大尺寸方向收缩,沿着最小尺寸方向胀大。变圆
组织应力使工件沿着最大尺寸方向伸长,沿着最小尺寸方向收缩。变尖
（3） 淬火裂纹
淬火裂纹产生原因: 淬火内应力超过材料断裂强度
材料内部缺陷 + 一定得淬火应力
(4)其它淬火缺陷
淬火硬度不足、氧化与脱碳、软点
8 回火得定义、目得与种类、应用;回火脆性;淬火钢回火时得组织转变阶段;
定义:将淬火零件重新加热到低于临界点A1某一温度保温,使淬火亚稳组织转变为稳定得回火组织,并以适当得冷却速度冷却到室温得热处理工艺过程。
目得:⑴减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂。
⑵获得所需要得力学性能。淬火钢一般硬度高,脆性大,回火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。
⑷对于某些高淬透性得钢,空冷即可淬火,如采用回火软化既能降低硬度,又能缩短软化周期。
回火脆性:在某些温度区间回火时,钢得韧性显著下降得现象。
第一类(低温)回火脆性:就是指淬火钢在250-400℃回火时出现得脆性。
特征:不可逆;与冷速无关,与回火时间无关。
第二类(高温)回火脆性:(450〜650℃)
就是指淬火钢在450-650℃范围内回火后缓冷时出现得脆性。 回火后快冷不出现。多发生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素得合金钢中。
特征:可逆性,与冷速有关(快冷不产生),与回火时间有关(回火时间、脆性增加)

淬火钢回火时得组织转变阶段:
随温度升高,淬火组织将发生五个阶段变化:
马氏体中碳原子偏聚(100℃以下)
马氏体得分解(100～250℃)
产物:M回
残余奥氏体得转变(200～300℃)
产物:M回(主要)+ B下(微量)
碳化物析出与转变(250～400℃)
产物:T回
α相状态变化及碳化物聚集长大(>400 ℃)
产物: S回
9 典型零件(轴承、弹簧、工具)得热处理工艺;
滚动轴承热处理:
1、工作条件
高载荷,交变应力
高转速,一定冲击。
2、 失效形式
接触疲劳破坏、塑性变形、磨损
3、 性能要求:(内外圈与滚动体)
高得硬度与耐磨性;
高得接触疲劳强度;
足够得韧性与耐蚀性;
尺寸稳定性
4、 轴承用钢:高碳, Wc = 0、95～1、15%
GCr15:含Cr量WCr ≈ 1、5 %,G滚动轴承钢
5、热处理工艺
①预备热处理:
正火:消除网状碳化物,细化晶粒
球化退火:降低硬度,提高韧性,为淬火组织准备
②淬火:获得马氏体组织
810～860℃(温度偏高),让Cr尽量溶入A,
又不致于导致晶粒粗大,A含碳过高;油冷
③冷处理:获得马氏体组织,减少Ar
④低温回火:消除残余应力,保持高硬度、
弹簧热处理:
1、工作条件
储存能量与减轻震动,主要承受拉力、压力、扭力、交变载荷;
2、失效形式:
疲劳断裂,永久变形
3、性能要求:
高得强度极限、弹性极限、疲劳极限、成型加工性能(塑性成型、热处理性能)
4、常用材料
65、65Mn、60Si2Mn等中碳钢及中碳合金钢
5、热处理工艺
(一)冷成形弹簧(小弹簧)-----去应力退火
由强化过得钢丝(铅淬冷拔、冷拔、淬火+回火得钢丝)冷卷成弹簧,
只需进行去应力退火(加热温度250 ～300℃ ),以消除变形过程中或淬火中形成得残余应力,稳定尺寸。
(二)热成形弹簧——淬火+中温回火(或采用等温淬火)
采用热轧钢丝或钢板制成(如汽车板簧)
淬火——提高强度,
中温回火——消除应力,提高弹性极限。
淬火温度Ac3以上,回火温度350 ～450℃ ,
组织:回火屈氏体
或采用等温淬火,得到贝氏体组织
(三)沉淀硬化处理
对于17-7PH(0Cr17Ni7Al)沉淀硬化钢,在冷拉或固溶处理状态下成型得弹簧。主要工艺过程如下:
(1)固溶处理:奥氏体化,获得均匀一致得奥氏体组织
(2)成型加工
(3)调整热处理(或淬火处理)
加热到奥氏体化稍低温度,冷却,获得低碳马氏体+残余奥氏体组织
(4)深冷处理:使淬火状态下残余奥氏体继续转变为低碳马氏体(根据需要确定)
(5)沉淀硬化处理
在480 ～550℃ 保温1小时左右,使碳化物析出弥散强化。
四)弹簧得其它强化处理
(1)形变热处理
对于60Si2Mn、55Si2Mn等中碳钢具有较高得形变强化效果,因此这类弹簧适合于热成型+淬火+回火
(2)化学热处理
对于在铁素体状态下能进行元素扩散渗得弹簧材料,可以不改变弹簧整体强度、韧性与弹性极限情况下,化学渗提高弹簧表面硬度与疲劳强度。典型工艺热成型加工+淬火+回火--化学渗处理。
(3)喷丸强化
使弹簧零件表面获得压应力,提高弹簧得使用寿命5—10倍。
(五)弹簧得稳定化处理
为了减少弹性不完整性、或滞弹性,对弹簧进行加荷、或机械稳定、或加温加荷处理,以保证弹簧在使用过程中弹性稳定。
工具热处理
工具一般包括刃具、模具、量具
常用钢包括:
碳素工具钢、
低合金工具钢、
高合金工具钢(高速钢等)
成分特点:高碳
刃具热处理 热处理:正火+球化退火+淬火+低温回火
W18Cr4V得生产工艺及热处理:

冷作模具热处理
球化退火
冷作模具钢铸态组织极不均匀,含有大量共晶碳化物,需反复锻打后退火处理。
球化退火温度830～880℃,获得细化碳化物+珠光体组织,易于机械加工。
淬火+回火
一次硬化法:
较低温度淬火(980℃)＋低温回火
回火组织为M回+碳化物+Ar
二次硬化法:
较高温度淬火(1050℃)＋2～3次高温回火
回火组织为S回+碳化物+Ar(少量)
热作模具热处理 完全退火→ 淬火 →550℃回火
热处理后得组织: S回
量具热处理