金属热处理整理.doc

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1、组织比容(cm3/g-1)线膨胀系数(106K-1)力学性能奥氏体0.121214.5低硬度、低屈服强度，高塑性铁素体0.127123.0低强度、低硬度，高塑形和韧性渗碳体0.13012.5高硬、高强、高耐磨，低塑性、低韧性珠光体-性能取决于组织形态莱氏体-高硬、高强、高耐磨比容:单位质量的物质所占有的容积，是密度的倒数。线膨胀系数: 固体物质的温度每改变1时，其长度的变化和它在0时长度之比，叫做“线膨胀系数”。 塑性和韧性指标 【伸长率d、断面收缩率y冲击韧度Ak断裂韧度KIC】s金属的强化和韧化机理共四类固溶强化： 定义：当溶质原子溶入溶剂原子而形成固溶体时，使强度、硬度提高，塑性、韧性下

2、降的现象。强化机理：溶质原子的溶入使固溶体的晶格发生畸变，阻碍了位错在滑移面上的运动在位错线上偏聚的溶质原子对位错的钉扎作用。固溶强化的规律：A. 合金元素的质量份数越大，强化作用越大。B.溶质与溶剂原子的尺寸相差越大，强化作用越大。C.间隙固溶体的溶质原子的强化作用大于置换固溶体。D.溶质与溶剂原子的价电子数相差越大，强化作用越大。细晶强化 强化机理：晶界的存在使变形晶粒中的位错在晶界处受阻，每一晶粒中的滑移带也都终止在晶界附近由于各晶粒间存在位向差，为了协调变形，要求每个晶粒必须进行多滑移，而多滑移必然要发生位错的相互交割。细晶强化效果符合HallPetch关系：细晶强化的显著特点：不仅能

3、提高强度，还能提高塑性和韧性。位错强化 定义： 用增加位错密度提高金属强度的方法称为位错强化。强化机理： 金属中位错密度越高，则位错运动越容易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。第二相强化 定义：用增加位错密度提高金属强度的方法称为位错强化。强化机理： 金属中位错密度越高，则位错运动越容易发生相互交割，形成割阶，造成位错缠结等位错运动的障碍，给继续塑性变形造成困难，从而提高金属的强度。定义：将工件放在一定介质中加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却到室温的一种热加工工艺。热处理工艺的三个阶段：【加热 保温

4、冷却】热处理工艺包含五个要素：【加热介质 加热速率 加热温度 保温时间 冷却速度】热处理整体热处理表面热处理淬火退火回火正火固溶时效感应加热表面淬火火焰加热表面淬火激光加热表面淬火表面淬火表面化学热处理渗碳渗氮碳氮共渗渗金属等 碳素结构钢和低合金高强度结构钢牌号： Q+屈服点数值（Mpa）（+质量等级+脱氧方法等符号）例如：碳素结构钢Q235AF、Q235BZ、Q235bZ 低合金高强度结构钢Q345C、Q345D质量等级 由A到E，钢的质量提高优质碳素结构钢 牌号：两位数字（+合金元素符号等） 两位数字表示平均含碳量的万分之几例如：45钢表示钢中平均含碳量为wC=0.45% 08钢表示钢中平

5、均含碳量为wC=0.08% 50Mn表示平均含碳量为wC=0.08%，wMn=0.70-1% 20g表示平均含碳量为wC=0.20%的锅炉钢碳素工具钢 牌号：T+数字（表示含碳量千分之几）例如： T8钢表示钢中平均含碳量为wC=0.8%的工具钢 T10A表示钢中平均含碳量为wC=1.0%的高级优质工具钢合金结构钢 牌号：两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号+数字（合金元素的百分之几）例如：35SiMn表示wC=0.35%, wSi=1.1%1.4%, wMn=1.1%1.4%钢中的V、Ti、Al、B、RE等合金元素，虽然含量很低，但在钢中能起相当重要的作用，也应在牌号中标出。例如

6、：20MnVB表示wC=0.20%, wMn=1.0%1.3%, wV=0.07%0.12%， wB=0.001%0.005%合金工具钢 编号原则与合金结构钢大体相同，只是含碳量的表示方法不同： 如果平均含碳量wC1.0%，则不标出含碳量； 如果平均含碳量wC0.59时，形成间隙化合物当rC/rM0.59时，形成间隙相，或称为特殊碳化物 合金元素的作用 【固溶强化和韧化 形成碳化物提高强度和耐磨性 细化晶粒 提高钢的淬透性 提高回火稳定性 产生二次硬化 抑制第二类回火脆性】 固态相变的概念及基本内涵 固态相变的概念相:系统内部性质相同,完全均匀的一部分. 固态相变:是固体物质内产生状态的变化,

7、是自然界中十分普遍的现象之一.固态相变的内涵(三者必具其一) 【晶体结构的变化 化学成分的变化 有序程度的变化】1. 晶体结构的变化只有结构转变而无成分变化的固态相变:纯金属的同素异构转变 固溶体的多形性转变 马氏体相变 2. 化学成分的变化只有成分转变而无相结构的变化 单相固溶体的调幅分解3. 有序程度的变化 合金的有序化转变，点阵中原子的配位数的变化，以及与电子结构变化相关的转变 磁性转变 超导转变 固态相变的一般特点 1. 固态相变的相变阻力大2. 2.固态中原子迁移率低 固态时，原子之间的键合远比液态中牢固，所以，原子的迁移率比液态的低3. 固态相变的相变形核多为非均匀形核固态相变的相

8、变形核方式：为非均匀形核原因：晶体缺陷的影响 晶态固体中的空位、位错、晶界等缺陷周围因点阵畸变而储存一定的畸变能。新相极易在这些位置非均匀形核。它们对晶核的长大过程也有一定的影响4. 新相有一定的特殊形状 原因：固态相变时，界面能和应变能的共同作用决定了新相（析出物）的特殊形状5. 新相和母相存在一定的位向关系【K-S关系，西山关系】现象：固态相变时，为了降低新相与母相之间的界面能，新相的某些低指数晶向与母相的某些低指数晶向平行。 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。惯习面：惯习面定义: 固态相变时，为了降低界面能和维持共格关系，新相往往在母相的一定晶面上开始形成。这个与所生成新相

9、的主平面或主轴平行的母相晶面称为惯习面。 原因：沿应变能最小的方向和界面能最低的界面发展。按相变过程中原子迁移特征 （1）扩 散 型相变： 特点:依靠原子的长距离扩散；相界面非共格。 举例:珠光体、奥氏体转变，Fe,C都可扩散。 （2）非扩散型相变： 特点:旧相原子有规则地、协调一致地通过切变转移到新相中；相界面共格、原子间的相邻关系不变；化学成分不变。 举例:马氏体转变，Fe, C都不扩散。3）半扩散型相变： 特点:切变，又有扩散. 举例:贝氏体转变，Fe切变，C扩散。按相变方式分类 （1）非连续型相变：有核相变（nucleation-growth transition）特点:有形核阶段，新

10、相核心可均匀形成，也可择优形成。举例:大多数固态相变属于此类。 （2）连续型相变：无核相变特点:无形核阶段，以成分起伏作为开端，新旧相间无明显界面举例:调幅分解。 相变动力学方程-阿佛拉米(Avrami)方程第二章 金属的加热电阻加热炉的优点：温度控制精度高、均匀性好、无噪音和无污染。箱式炉优点：结构简单价格低；温度均匀性高；热效率高；易于实现温度和工艺过程的自动控制。箱式炉缺点：中温和高温加热时氧化和脱碳严重，人工装工件和出工时劳动强度大。浴炉的定义：炉料浸没在处于工作温度下的液体加热介质中进行加热的炉子。浴炉的优点：浴炉的工作范围宽，可完成很多热处理工艺，除不能完成随炉冷却的退火工艺外。诸

11、如淬火、正火、局部加热、化学热处理、等温或分级淬火、回火等均可完成。它们具有加热速度快、无氧化脱碳、温度均匀等特点。2.2工件表面的热交换1.热传导（又称导热） 物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导。2.热对流 (convection)流体各部分之间发生相对位移所引起的热传递过程称为热对流。 热对流仅发生在流体中。 热对流的两种方式：强制对流，自然对流3、热辐射 (radiation）因热的原因而产生的电磁波在空间的传递，称为热辐射。对流传热时，加热介质传递给工件表面的热量符合：qc=ac（t介-t工）。其中，q为对流传热的热流密度

12、或热通量，Wm-2；t介为介质温度，K；t工为工件表面温度，K；ac为对流换热系数， Wm-2K-1。影响对流换热的因素很多：1.流体流动动力 流体流动的动力来源有两类：自然对流和强迫对流。2.流体的流动状态流体的流动状态分为层流（换热量小）和紊流（换热量大）。通常情况下，热处理炉内流体的流动属于紊流，要避免层流的出现。3.流体的物理性质流体的热导率、质量热容c、密度及黏度等物理量将影响流体流动状态、层流厚度和导热性能，从而影响对流换热。4.工件表面形状及其在炉内的放置位置工件表面形状及其在炉内的放置位置不同，会影响到流体在工件表面的流动状态，从而影响对流传热量。物体在单位时间内单位表面积向外

13、辐射出的能量为：E=ct4其中，c为辐射系数，Wm-2K-4；t为物体的绝对温度，K。被工件吸收的热流密度qr为：An为相当吸收率，t发为发热体的绝对温度，t工为工件表面温度。加热时间：零件加热时，分为炉温升温时间、工件升温时间、工件透热时间和工件保温时间。2.4相变和组织应力过饱和固溶体的脱溶与第二相溶解固溶处理：如果把这种合金加热到固溶度曲线以上的某一温度并保持足够长的时间，使溶质元素（元素B）充分溶入固溶体（相）中，然后予以快速冷却，以抑制这些元素重新析出，致使室温下获得一个过饱和固溶体，这种热处理称为固溶处理或固溶淬火。 析出：指某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或将它加热到一定温度，

14、溶质原子会在固溶体点阵中的一定区域内聚集或组成第二相的现象。析出又称为沉淀 时效：在析出过程中，合金的机械性能、物理性能、化学性能等随之发生变化，这种现象称为时效。 时效硬化：一般情况下，在析出过程中，合金的硬度或强度会逐渐升高，这种现象称为时效硬化或时效强化，也可称为沉淀硬化或沉淀强化。1. 合金脱溶 脱溶(又称沉淀)反应是从过饱和固溶体分离出一个新相的过程，通常这个过程由温度温变化引起的。 溶以后的组织中含有基体和沉淀物，基体与母相的结构相同，但成分及点阵常数不同；而沉淀物则可以具有与母相不同的晶体结构和成分。 沉淀物性质、大小、形状及其在显微组织中的分布不问，合金的物理、化学、力学性能可

15、以有很大变化。 工业合合的时效化处理就是通过控制过饱和固溶体脱溶过程来提高其性能。1）定义：脱溶反应：一个亚稳定的过饱和固溶体析出第二相而自身变为更稳定的固溶体，这种反应称为脱溶反应。AA，+B3）脱溶条件：在相图上有溶解度的变化。 合金应该首先进行固溶处理，即加热到单相区得列均匀的固溶体；然后缓慢冷却固溶体，就会发生脱溶反应，析出平衡的沉淀相。人工时效：但是时效硬化的合金往往径固溶处理以后进行淬火，然后再加热到较低的温度进行脱溶反应，通常把这种操作称为人工时效。自然时效：有时脱溶反应在室温也能进行，此时称为自然时效。 在时效过程中发生的脱溶反应比较复杂，一般是先形成溶质原子富集区和过渡相，然

16、后再转变为平衡沉淀相。（4）脱溶原因：由于温度降低所致。5）脱溶形式脱溶的形式可以分为连续脱溶和非连续脱溶两类。 连续脱溶沉淀物在母相中各处普遍形核并消耗其周围的溶质原子而长大，母相的成分连续变化，但其晶粒的外形和取向不变。脱溶物经常呈片状或针状，并且沿母相一定的晶面析出，这个晶面称为惯析面。不连续脱溶多发生在过饱和度很大的置换固溶体中，是从母相中同时 析出片层相间的两个相，即沉淀物和成分贫化了的基体由于析出的两个相与钢中共折转变得到的珠光体团相似，因此又称胞状脱溶。（6） 脱溶特征：脱溶贯序： 在许多全金中，过饱和固溶体的分解都要经历一个复杂的过程，即在平衡脱溶相出现以前，先形成一个或几个亚

17、稳过渡沉淀物。这是形成脱溶产物所需的形核功决定的。然形成平衡沉淀相比形成过渡相的相变驱动力大，但过渡沉淀物在晶体学上往往与基体更接近，二者之间可以形成低能量的共格界面，团此所需的形核功较小，更易于形核。一般过饱和固溶体在时效过程中要经过以下的脱溶顺序：（7） 空位在脱溶过程中的作用 【加快原子扩散的速度 加快形核过程】2. 时效硬化人工时效：时效硬化的合金往往径固溶处理以后进行淬火，然后再加热到较低的温度进行脱溶反应，通常把这种操作称为人工时效。自然时效：有时脱溶反应在室温也能进行，此时称为自然时效。时效硬化的原因：定义：扩散退火又称均匀化退火，它是将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下

18、长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。目的：是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。回复、再结晶和应力变化回复：是指冷塑性变形的金属在加热时，在光学显微组织发生改变前（即在再结晶晶粒形成前）所产生的某些亚结构和性能的变化过程。通常指冷塑性变形金属在退火处理时，其组织和性能变化的早期阶段。再结晶：冷变形后的金属加热到一定温度或保温足够时间后，在原来的变形组织中产生了无畸变的新晶粒，位错密度显著降低，性能也发生显著变化，并恢复到冷变形前的水平，这个过程称为再结晶。加热时发生的化学反应金属加热时的氧化与脱碳金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧

19、化气氛中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属被氧化。脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧化过程。氧化与脱碳的出现，将严重影响钢件的实用性能，甚至造成无法挽救的废品。570oC以上，氧气与Fe发生三种类型的氧化反应：氧气与C或Fe3C发生反应生成CO2，称为脱碳反应钢铁表面在炉气中的氧化还原反应含有氢及水蒸气的气氛中加热时，570oC以上它们与钢铁表面发生下列反应：炉气全部由CO与CO2组成时，570oC以上钢铁表面的氧化还原反应：提高钢在高温下抗氧化性的基本方法是合金化。不需要2050500600渗氮需要39900950渗碳处理后是否需要热处

20、理处理时间 ( h )处理温度( )名称影响钢脱碳的因素影响钢脱碳的因素有钢料的化学成分，加热温度，保温时间和煤气成分等。1.钢料的化学成分对脱碳的影响钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量愈高脱碳倾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加；而 Cr、Mn等元素能阻止钢脱碳。2.加热温度的影响随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。3.保温时间和加热次数的影响加热时间越长，加热火次愈多

21、，脱碳层愈深，但脱碳层并不与时间成正比增加。4.炉内气氛对脱碳的影响要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取三种措施：1.降低氧在炉气中的分压2.工件表面涂敷防氧化涂层3.快速加热第三章 合金的脱溶沉淀与时效定义：从过饱和固溶体中析出第二相(沉淀相)、形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程称为脱溶或沉淀，是一种扩散型相变。 条件：合金在平衡状态图上有固溶度的变化，并且固溶度随温度降低而减少 。时效：合金在脱溶过程中，其机械性能、物理性能和化学性能等均随之发生变化，这种现象称为时效。固溶处理：将双相组织（a+b）加热到固溶度线以上某一 温度（如 T1）保温足够时间，获得均匀的单相固溶体a相的处理工艺

22、。析出：指某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶体点阵中的一定区域内聚集或组成第二相的现象。析出又称为沉淀以 A1-4%Cu合金为例： 室温平衡组织：a相固溶体和q相 （CuAl 2）。 脱溶顺序：G.P.区q相q相q相。 即在平衡相（q）出现之前， 有三个过渡脱溶物相继出现。G.P.区是溶质原子聚集区。它的点阵结构与过饱和固溶体的点阵结构相同。G.P.区的特点： 在过饱和固溶体的分解初期形成，且形成速度很快，通常为均匀分布； 其晶体结构与母相过饱和固溶体相同，并与母相保持第一类共格关系； 在热力学上是亚稳定的。脱溶动力学及其影响因素 1）等温脱溶曲线 过饱和

23、固溶体的脱溶驱动力是化学自由能差，脱溶过程是通过原子扩散进行的。因此与珠光体及贝氏体转变一样，过饱和固溶体的等温脱溶动力学曲线也呈 C字形： 2）影响脱溶动力学的因素 凡是影响形核率和长大速度的因素，都会影响过饱和固溶体脱溶过程动力学。 （1）晶体缺陷的影响 2）合金成分的影响 3）时效温度的影响 1、连续脱溶及其显微组织 连续脱溶：在合金的脱溶过程中，脱溶物附近基体中的浓度变化为连续的。 连续脱溶又可分为均匀脱溶和非均匀脱溶两种。均匀脱溶析出物较均匀地分布在基体中，而非均匀脱溶析出物优先在晶体缺陷处形成。1、冷时效和温时效 由于固溶强化效应，固溶处理所得的过饱和固溶体的硬度和强度均较纯溶剂为

24、高。 在时效初期，随时效时间的延长，硬度将进一步升高，习惯上称其为时效硬化。 按时效硬化曲线的形状不同，可分为冷时效和温时效。 冷时效：在较低温度下进行的时效 温时效：在较高温度下发生的时效时效硬化机制 按照近代的强度理论，合金的强化是由于位错的运动受到阻碍后所产生的结果。对时效强化（硬化）而言，强化的原因主要有三种： 1、析出物周围的基体相中的弹性应力场对位错运动有阻碍作用； 2、位错切过析出物，形成表面台阶，增加界面能所造成的强化，即所谓化学强化； 3、位错绕过析出物所造成的强化，即所谓的Orowan机理而发生的强化。 时效型合金在时效强化后，于平衡相或过渡相的固溶度曲线以下某一温度加热，

25、时效硬化现象会立即消除，硬度基本上恢复到固溶处理状态，这种现象称为回归。 回归现象的实质：在加热到稍高于 G.P. 区固溶度曲线的温度时，G.P.区发生溶解，而过渡相和平衡相则由于保温时间过短而来不及形成，再次快冷至室温后仍获得过饱和固溶体。Al-Cu合金的析出过程为： 相（Al基过饱和固溶体）、G.P.区、相、相、相（平衡相CuAl2) 。析出的类型：局部析出、连续析出、不连续析出。影响析出过程的因素。第4章 钢中奥氏体的形成临界温度的影响因素：【化学成分 加热速率 冷却速率】奥氏体的形成由四个基本过程组成：【形核 长大 渗碳体的溶解 成分的均匀化】奥氏体长大过程是依靠原子扩散完成的。原子扩

26、散包括：(1)Fe原子自扩散完成晶格改组；(2)C原子扩散使奥氏体晶核向相和Fe3C相两侧推移并长大。奥氏体的形核率I奥氏体的线长大速率G.影响奥氏体等温形成速度的因素 【加热温度的影响 原始组织的影响 合金元素的影响 】原始组织越细，碳化物越分散，珠光体的层片间距S0越小，相界面越多，形核率I越大，同时碳的浓度梯度dc/dx增加，长大速度G均增加；加热温度T升高，过热度T增大，相变驱动力G增大，原子扩散速度增加，形核率I和长大速度G均增加；钢在连续加热时PA相变是在一个温度范围内进行的转变速度随加热速度的增大而增大奥氏体成分不均匀性随加热速度的增大而增大奥氏体起始晶粒度大小随加热速度的增大而

27、细化奥氏体晶粒大小可以用奥氏体晶粒直径或单位面积中奥氏体晶粒数目来表示。为了方便起见，实际生产上习惯用奥氏体晶粒度来表示奥氏体晶粒大小。 n为放大100倍的视野中每平方英寸所含的平均奥氏体晶粒数目。奥氏体三种晶粒度 起始晶粒度：在临界温度以上，奥氏体刚刚形成时的晶粒度。实际晶粒度：在某一加热条件下（实际热处理）所得到的实际奥氏体晶粒大小。本质晶粒度：根据标准试验方法，在93010 ，保温足够时间（3-8小时）后测得的奥氏体晶粒大小。 控制奥氏体晶粒尺寸的工艺措施提高加热温度和延长保温时间能加速奥氏体的形成和均匀化过程，这对于奥氏体的转变是有利的，但它们又能促使奥氏体晶粒长大，降低热处理后钢的性

28、能。晶粒长大主要是通过晶界的移动实现的。它受加热温度、保温时间、钢的成分与第二相颗粒以及加热速度等因素的影响。减小奥氏体晶粒尺寸的措施：两相区或临界区加热 零保温 快速加热 细化原始组织 循环加热 形变热处理由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起实际奥氏体晶粒粗大，在随后的淬火或正火得到十分粗大的组织，从而使钢的机械性能严重恶化，此现象称为过热。通过正火、退火的重结晶可以消除过热组织(非平衡组织则难以消除)。由于加热工艺不当(加热温度过高、保温时间过长等)而引起奥氏体晶界熔化的现象称为过烧。 通过正火、退火的重结晶不能消除过烧组织。第五章 过冷奥氏体转变动力学冷却条件分为平衡冷

29、却和非平衡冷却两大类。在非平衡冷却中又可以分为等温、恒速和变速冷却。 过冷奥氏体等温转变动力学图（TTT图）一幅完整的TTT图应包括钢的成分、奥氏体化条件、晶粒度等基本数据外，还应有临界点A1(或Ar1)、A3(或Ar3)或Acm(或Arcm)以及马氏体转变点Ms、Mf等测试结果。A1、A3、Acm、Ms及Mf点也可用金相法或其它物理方法测出。 三个温度段：临界点以下为高温区，转变产物由高温向低温依次为珠光体、索氏体和屈氏体，Ms点以下为低温区，转变产物主要是马氏体；高温区和低温区中间是中温区，也称过渡区，转变产物主要为贝氏体。中间区的上部则以上贝氏体转变为主，下部则以下贝氏体转变为主。影响C

30、曲线形状和位置的主要因素是合金元素，其次还有加热温度、保温时间、晶粒大小等。过冷奥氏体连续转变动力学图（CCT图）(2) 冷却曲线和转变终了线交点所注的数字为这种转变产物所占的百分量。(3)马氏体转变开始点Ms的水平线右侧为斜线。这是由于珠光体、贝氏体转变提高了奥氏体中的碳含量，导致Ms点下降的结果。 冷却曲线终端用小圆圈套住的数字表示在该冷却速度下，转变产物的硬度值。多用维氏硬度(HV)表示，也有用洛氏硬度(HRC)表示的。魏氏组织：工业上将先共析片状铁素体和先共析针状（片状）渗碳体称为魏氏组织。 球化退火 适用：过共析钢和合金工具钢。 目的：降低硬度、均匀组织、改善切削性能， 获得粒状珠光

31、体，为淬火作组织准备。影响球化的因素：1、加热温度和保温时间2、冷却速度3、原始组织4、塑性变形 马氏体转变是将奥氏体快速冷却到Ms温度以下得到的组织。 马氏体转变的特点：1）在较低的温度下进行，Fe及 C原子都不能进行扩散，因此马氏体实际是碳在-Fe中的过饱和固溶体，由于碳的溶入使原面心立方结构变成体心正方结构，即C轴伸长。2）马氏体转变的非恒温性。 马氏体转变的晶体学特征是马氏体与母相之间存在着一定的位向关系。在钢中已观察到到的有KS关系、西山关系和GT关系。（1）KS关系 110 M111A； MA2）西山关系011 M111A ； MA3）GT关系110 M111A 差 1 MA 差

32、2马氏体转变条件：马氏体转变是将奥氏体快速冷却到Ms温度以下得到的组织。 钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区转变的产物，这由钢的冷却转变图(“C曲线”或CCT曲线)得知。其转变温度位于珠光体温度和马氏体转变温度之间，因此称为中温转变。这种转变的动力学特征和产物的组织形态，兼有扩散型转变和非扩散型转变的特征，称为半扩散型相变。“半扩散型相变”，即只有碳原子能够扩散，而铁原子及其他替换合金元素的原子难以扩散。形成特点： 随含碳量的增加，上贝氏体中的铁素体条增多、变薄，渗碳体数量增多、变细。 随转变温度降低，上贝氏体中铁素体条变薄，渗碳体细化。 在上贝氏体中的铁素体条间还可能存在未转变的残余奥氏体。尤其

33、是当钢中含有Si、A1等元素时，由于Si、A1能使奥氏体的稳定性增加，抑制渗碳体析出，故使残余奥氏体的数量增多。8.1.3 下贝氏体（1）转变温度：中、高碳钢约为350Ms之间。（2）组成：由含碳过饱和的片状铁素体和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物。 （3）形成及组织特点： 下贝氏体的空间形态呈双凸透镜状，与试样磨面相交呈片状或针状。当转变量不多时，下贝氏体呈黑色针状或竹叶状，针与针之间呈一定角度 。 在奥氏体晶界上形成，但更多的是在奥氏体晶粒内部形成。 下贝氏体中铁素体的亚结构为位错，其位错密度比上贝氏体中铁素体的高。下贝氏体的铁素体内含有过饱和的碳，其固溶量比上贝氏体高，并随形成温度降低

34、而增大。 8.1.4 粒状贝氏体 （1）形成温度：粒状贝氏体形成于上贝氏体转变区上限温度范围内。 （2）其组织特征：在粗大的块状或针状铁素体内或晶界上分布着一些孤立的小岛，小岛形态呈粒状或长条状等，很不规则。粒状贝氏体中铁素体的亚结构为位错。 （3）小岛在高温下原是富碳的奥氏体区，其后的转变可有三种情况： 分解为铁素体和碳化物，形成珠光体； 发生马氏体转变 富碳的奥氏体全部保留下来。.贝氏体的韧性 （1） 主要特点：随着贝氏体形成温度的降低，强度逐渐增加，塑性和韧性并不降低，反而有所增加。8.3.3 影响贝氏体转变动力学的因素1.碳含量的影响，随奥氏体中碳含量的增加，贝氏体转变速度下降。2.合

35、金元素的影响， 除Al与Co外，其他合金元素都或多或少地降低贝氏体转变速度，同时也使贝氏体转变的温度范围下降，从而使珠光体与贝氏体转变的C曲线分开。 3.奥氏体晶粒大小和奥氏体化温度的影响， 一般来说，随奥氏体晶粒增大，贝氏体转变孕育期增长，转变速度减慢4.应力的影响， 拉应力能加快贝氏体转变，随应力增加，贝氏体转变速度提高。5.塑性变形的影响 一般认为在较高温度的变形可以使贝氏体转变速度减慢，而在较低温度的变形却使转变速度加快。6.冷却时在不同温度下停留的时间8.6.1 等温淬火 （1）概念：等温淬火是将加热至奥氏体状态的工件淬入温度稍高于MS点的盐浴中等温，保持足够长时间，使之转变为下贝氏

36、体组织，然后取出在空气中冷却的淬火方法。 （2）组织：下贝氏体为主兼有相当数量的淬火马氏体与残余奥氏体的混合组织。 （3）等温淬火特点：保证有较高的硬度(共析碳钢约为5658HRC)的同时还保持有很高的韧性，同时淬火后变形量显著减小。5）影响等温淬火工艺的因素是淬火加热温度，零件在淬火介质中(等温盐浴)的冷却速度，等温温度，等温停留时间，等温后的冷却速度。第九章 钢的淬火和回火淬火的概念 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间后，以大于临界冷却速度进行快速冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火的主要目的：通常是为获得马氏体，提高钢的强度、硬度和耐磨性。结构钢通

37、过淬火和高温回火后，可以获得较好的强度和塑性、韧性的配合。弹簧钢通过淬火和中温回火后，可以获得很高的弹性极限。工具钢、轴承钢通过淬火和低温回火后，可以获得高硬度和高耐磨性。回火的主要目的： 消除或减弱淬火应力，降低脆性，减小变形，防止开裂。 获得要求的力学性能，使得钢的强度、硬度和塑性、韧性得到适当配合，满足不同工件的使用要求。 稳定尺寸。淬火钢的回火是淬火马氏体分解、碳化物析出、聚集长大、残余奥氏体转变及铁素体再结晶的综合过程，这一过程是由非平衡态向介稳态或稳定态的转变。钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力，是钢固有的一种属性。与过冷A的稳定性和Vk有关。 定义是：在规定条件下决定钢材淬

38、硬深度和硬度分布的特性。一般规定从淬火件表面向里到半马氏体区（此处马氏体与非马氏体组织各占一半）的距离作为淬透层深度。影响淬透性的因素： 钢的淬透性主要决定于钢的临界冷却速度Vk。而临界冷却速度又取决于C曲线的左右位置。因此，凡是增大奥氏体稳定性使C曲线右移的因素都提高钢的淬透性。化学成分：从含碳量上共析钢的C曲线最靠右，淬透性好。在合金元素方面，除Co外的合金元素都能提高淬透性。 奥氏体化条件：加热温度愈高，保温时间愈长，使淬透性增大。淬硬性是钢淬火后的硬化能力，它用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，主要取决于马氏体的含碳量。淬火裂纹及其预防钢件淬火时产生裂纹的主要原因是残余组织应力中的拉

39、应力淬火裂纹原因1.淬火温度偏高，奥氏体晶粒粗大，淬火时形成粗大的马氏体(高碳钢)时，由于马氏体原本就存在着显微裂纹，这就更易于开裂。2.淬火冷却过于强烈，钢件浸入冷却介质的方式不当，应力会增大，而且应力不均匀，也易产生淬火裂纹。3.若钢件内部有严重偏析、粗大的夹杂物以及局部折叠(由加工不当造成)等缺陷、或存在网状碳化物等脆性相，淬火时易于沿缺陷和脆性相处开裂。4. 此外，零件设计不合理，如截面尺寸突变，凹槽、拐角过于尖锐等，均易造成应力集中，也会导致淬火裂纹。可采取以下措施来防止淬火裂纹的形成： 提高材料的冶金质量，减少夹杂、偏析、折叠等缺陷及其他组织不均匀性。 淬火时防止过热。 对形状复杂

40、的制品适当降低冷却速度，若为钢件应在Ms点附近温度就开始较慢冷却，以减小组织应力，为此可采取合适的淬火方式，或选用适宜的冷却介质。 注意制品浸入冷却介质的方式，避免制品局部应力过大。 改变制品的形状结构，尽可能使制品形状具有对称性，避免尺寸突变、凹槽和尖角，提高制品表面光洁度等，以防止局部应力集中效应。马氏体中C原子偏聚(20100回火)马氏体的分解(80350 )-转变第一阶段 马氏体的分解(80350 )当回火温度超过80时，马氏体将发生分解，随着回火温度升高，马氏体中的碳浓度逐渐降低，晶格常数c减小、a增大、正方度ca减小。马氏体的分解一直延续到350 以上，在高合金钢中甚至可以延续到6

41、00。马氏体转变成回火马氏体。 残余奥氏体转变(200300 )-转变第二阶段淬火高碳钢，残余奥氏体转变产物是相和-FexC的混合组织，称回火马氏体或下贝氏体，此时相的C%不仅与回火马氏体相近，而且与下贝氏体的C%相近、结构也相似。残余奥氏体分解可表示为：A残M回或B下(相+-FexC)，残余奥氏体转变为马氏体或下贝氏体称为二次淬火。200300是残余奥氏体反应激烈的温度范围，不是其开始和终了温度，开始转变温度更低碳化物转变(250400)转变第三阶段碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍具有一定的正方度。形成两种比-FexC更加稳定的碳化物，即：一种是-Fe5C2单斜晶系;一种是-Fe3C

42、正交晶系，具体形成过程可表示为： 相+-FexC相+-Fe5C2+-FexC相+-Fe3C+-Fe5C2+-FexC相+-Fe3C+-Fe5C2相+-Fe3C。低碳马氏体由于Ms点较高，淬火冷却时往往析出-Fe3C碳化物称自回火。回火屈氏体：具有一定过饱和度的相和与其无共格关系的-Fe3C碳化物混合组织回火马氏体：淬火高碳钢，残余奥氏体转变产物是相和-FexC的混合组织回火索氏体：回复和再结晶的相与聚集长大的粒状碳化物(与相无共格关系)的混合组织相回复再结晶及碳化物聚集长大(400)-转变第四阶段主要发生相回复再结晶，同时碳化物聚集长大。(1)相回复：相回复包括内应力消除和缺陷的减少或逐渐消失

43、。内应力分三类：第一类内应力：区域性的，存在于一组晶粒(多个晶粒)和一组晶粒之间。第二类内应力：晶粒内，晶胞间。第三类内应力：晶胞内，原子间。 回火温度高于600发生再结晶，板条马氏体形成位错密度很低的等轴相取代板条晶粒再结晶；片状马氏体回火温度高于400孪晶全部消失，出现胞块组织，温度高于600发生再结晶。回火分为： 低温回火【(150250)】：回火马氏体 ，中温回火【(350500)】：回火屈氏体，高温回火【(500650)】：回火索氏体（一）低温回火（150250 ） 低温回火马氏体和残余奥氏体转变为回火马氏体和残余奥氏体。回火的目的主要是为了降低内应力和脆性，保持淬火后的高硬度和高耐磨性。高碳钢的硬度可保持5864HRC。低温回火主要用于高碳钢制造的工具、模具、量具、滚动轴承，以及渗碳件和表面淬火件等。（二） 中温回火（350500 ） 马氏体 和残余奥氏体转变为回火屈氏体，具有较高的弹性和屈服点。并有一定的韧性，硬度一般在3545HRC。多用于各种弹簧。三） 高温回火（500650） 马氏体和残余奥氏体转变为回火索氏体，具