第四章 钢的热处理

中温转变，550℃ ~ MS 过冷A →贝氏体 ( B )
400 300
Ms
A→上 过 B 冷 A
上B
A→下B
下B 50~60HRC
200 100 0 -100 0
Mf
低温转变，MS ~ Mf 过冷A →马氏体 ( M )
A→M
M+A'
60~65HRC
M
1
10
10
2
10
3
10
4
5 10 时间/s
（2）过冷奥氏体的等温转变曲线的分析 ①线的意义
A1 向右移 Ms Ms 含Cr合金钢 向 下 移
（3）加热温度和保温时间的影响: 加热温度越高, 保温时间越长, 碳化物溶解充分, 奥氏体成分均匀, 提高了过冷奥氏体的稳定性, 从而 使 TTT曲线向右移。
2.过冷奥氏体的连续冷却转变——CCT曲线 （1）过冷奥氏体的连续冷却转变曲线（简称CCT曲线）
冷却方式示意图
等温冷却 — 将钢迅速冷 却到临界点以下给定温度，进 行保温，使其在该温度下恒温 转变。 连续冷却 — 将钢以某种 速度连续冷却，使其在临界 点以下变温连续转变。
1.过冷奥氏体的等温转变 冷却到A1线下暂存的奥氏体 ——过冷奥氏体 （1）过冷奥氏体的等 温转变曲线的建立 过冷奥氏体等温转变 曲线可综合反映过冷奥氏 体在不同过冷度下的等温 转变过程：转变温度、转 变时间、转变产物的关系 曲线。因其形状通常像英 文字母“C”，故俗称其为 C曲线，亦称为TTT图。
连续冷却无贝氏体转变且较奥氏体等温转变曲线向右下方移一些。
Ps线为过冷奥氏体向珠光体转变开始线； Pf线为过冷奥氏体向珠光体转变终了线； K线为过冷奥氏体向珠光体转变中止线。
（2）奥氏体等温转变曲线在连续冷却转变中的应用
将连续冷却速度曲线绘在等温转变曲线图上，根据它与C曲 线相交的温度区间内所对应产生的等温转变产物，就可定性地 确定连续冷却转变产物的组织和性能。
实际晶粒度
钢在加热时所获得的实际奥氏体晶粒的大小 实际晶粒度决定钢的性能。
（二）影响奥氏体晶粒大小的主要因素
（1）加热温度和保温时间: 一般加热速度下，加热温度高、保温时间
长, 晶粒粗大.
（2）加热速度:加热温度一定时，加热速度越快, 则 的形核率越高， 起始晶粒越细。
（3）合金成分：
（一）共析碳钢A形成过程示意图 1. 奥氏体的形核
优先在铁素体和渗碳体的 相界面上形成。
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ形核
2. 奥氏体晶核的长大
奥氏体晶核形成后逐渐长大，一面 与渗碳体相接，另一面与铁素体相接， 是新相奥氏体的相界面同时往渗碳体与 铁素体方向的推移过程，依靠铁、碳原 子的扩散，使其邻近的渗碳体不断溶解 和邻近的铁素体晶格改组为面心立方晶 格来完成的。
对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到 AC1以上时，P→A，在AC1～ACCm的升温过程中，二次 渗碳体逐步溶入奥氏体中。
二、奥氏体晶粒的长大 （一）奥氏体的晶粒度 起始晶粒度
钢加热时，当珠光体刚刚转变为奥氏体时，奥氏体晶粒大小
本质晶粒度
钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向 本质细晶粒钢：奥氏体晶粒不容易长大的钢 本质粗晶粒钢：凡是奥氏体晶粒容易长大的钢
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共 析相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏 体的转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A 的转变过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶 段。
对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上 温度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的 F逐渐溶入A中。
（4）影响TTT曲线形状与位置的因素
1) 含碳量的影响 亚共析钢的C曲线比共析钢多一条先共析铁素体析出线， 过共析钢的C曲线比共析钢多一条二次渗碳体的析出线。
温 度
亚共析钢的C曲线随含碳量的增加右移； 过共析钢的C曲线随含碳量的增加左移。 A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
（2）奥氏体中含合金元素的影响: 除Co，AL外, 所有合金元素溶入奥氏体使其稳 定性增大，C曲线右移动；溶入较多碳化物形成元素， 使C曲线出现两个鼻尖。 A1
第4章 钢的热处理
热处理
采用适当方式对材料或工件在固态下进行加热、 保温和冷却，以获得预期组织结构，从而获得 所需性能的工艺方法。
4.1 钢在加热时的转变
——奥氏体化的过程 大多数热处理工艺都要将钢加热到临界温度以上，获得 全部或部分奥氏体组织，即进行奥氏体化，加热时形成的奥 氏体的质量，对冷却转变过程及组织、性能有极大的影响。 通常将加热时的临界温度标为Ac1、Ac3、Accm；冷却时 标为Ar1、Ar3、Arcm。
适用范围：亚共析钢的铸件、锻件及型材。
2）球化退火（过共 析钢） 定义：将钢加热到Ac1 以上20-40 º C，保温一 定时间后，随炉缓冷， 使钢中所有渗碳体呈球 状的工艺方法。 当加热温度稍高于 Ac1时，在缓冷过程中，会以渗碳体质点为 核心形成球状渗碳体。
若加热温度过高，缓冷后形成片状渗碳体。
4.3 钢的退火与正火
按工序位置的先后，热处理分为预备热处理和最 终热处理。 预备热处理：为达到工件加工工艺和最终热处理的要 求而需要的预备组织和性能所进行的热处理。 最终热处理：为获得工件在使用条件下要求的组织和 性能所进行的热处理。
一 钢的退火
1）完全退火
定义：将钢加热Ac3以上30- 50º C,完全奥氏体后，保温一定时 间后随炉缓冷。 组织：细小而均匀的平衡组织，由于加热温度较低，得到细晶 粒的A，从而使晶粒细化。 目的：细化晶粒，消除内应力；降低硬度，以利于切削加工。
1.水

水的冷却能力强，但低温（300-200℃）冷却速度
仍然很大，只使用于形状简单的碳钢件。

为提高水的冷却能力，可加入少量的盐或碱，用食 盐水溶液淬火的钢件，容易得到高而均匀的硬度和光洁 的表面。
2.油
•
油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小， 使用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火，不适用于碳
4）去应力退火
定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500—650 º C），保温 后随炉缓冷至200--300 º C出炉空冷，又称低温退火。
目的：经铸、锻、焊等加工制成的毛坯中往往存在残余应 力，如不及时消除，会引起钢件的变形或开裂。 消除铸件、锻件和焊接件的内应力。（没有发生组织 变化） 适用范围：铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机械加工件 等。
②区的意义——孕育期：等温停留开始至转变开始之间的时间。 （3）过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 ①高温转变（在A1~550℃之间）——珠光体型转变 组织名称 符号 P 珠光体 S 索氏体 T 托氏体 转变温度范围℃ Ac～650 650～600 600～550 硬度 15～25HRC 25～35HRC 35～40HRC 放大倍数 ＜500× ＞1000× ＞2000×
过冷A的等温转变
过冷A : T < A1时，A不稳定。
800 700 600 500 T/℃
A1
共析钢的C 曲线
A
始 转变开
A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线)
过 冷 A
A→P
转变结束
P 5~25HRC S
25~35HRC 35~40HRC 40~50HRC
A→S A→T
T
高温转变，A1 ~ 550℃ 过冷A → P 型组织
钢在加热和冷却时的相变临界点
临界温度 平衡时：A1、 A3、Acm
加热时：Ac1、 Ac3、Accm
冷却时：Ar1、Ar3、Arcm
实际相变温度与理论转变温度之间的关系
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是 在A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。 一、奥氏体的形成 晶格重构和Fe、C原子扩散的过程 1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
回火
钢在淬火后，为消除残余应力及获得所要求的组织
和性能，将淬火后的钢加热至A1以下的某一温度，
保温一定时间后进行冷却的热处理工艺。 淬火的目的是为了得到马氏体组织，以提高钢件的硬度和耐磨性。 一般淬火后的钢都要进行回火，才能使钢具有不同的力学性能
1.淬火工艺
（1）淬火加热温度 ①亚共析钢：淬火温度一般为Ac3以上30～50℃，淬火 后得到均匀细小的M。
缓慢冷却时（炉冷，700-650℃）—过冷A将转变为珠光 体，呈粗片状，硬度为170HB~220HBS。 稍快速度冷却时（空冷,650-600℃）—过冷A转变为索氏 体，为细片状组织，硬度为25HRC~35HRC。 采用油冷时（570℃左右）—得到的组织为托氏体+马氏体。 硬度为45HRC~55HRC。 快速度冷却时（水冷V>VK）—奥氏体将过冷到Ms点以下， 得到的组织是马氏体+残余奥氏体。硬度约为65HRC。
A 长大
3. 残留渗碳体的溶解
铁素体先于渗碳体消失。因此 ，奥氏体形成后，仍有未溶解 的渗碳体存在，随着保温时间 的延长，未溶渗碳体将继续溶 解，直至全部消失。
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间，让碳原子 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
目的及应用：
1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火最为最 终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。
2）对低、中碳钢，可用正火作为预备热处理，可提高 硬度和强度，改善切削加工性；
3）对高碳钢，正火可抑制渗碳体网的形成，可为球化 退火作准备 。