2.4 钢的热处理热处理 将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或
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面组织，从而获得所需性能的工艺。热处理作用：大幅度地改善金属材料的工艺性能和使用性能。绝大多数机械零件必须热处理。如：45钢 热轧钢板硬度18HRC 860℃加热，水冷，硬度55HRC T10钢 760℃加热，炉冷，硬度20HRC 760℃加热，水冷，硬度65HRC 为什么热处理后材料性能会改变？热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能改变。问
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1：加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化（热处理原理）？问题2：热处理工艺有哪些？工程实际中有何应用？热处理工艺曲线钢加热奥氏体化后，冷却的方式有两种：(1)等温处理 将钢迅速冷却到临界点以下的给定温度，进行保温，恒温转变。(2)连续冷却钢以某种速度从高温到低温连续冷却，在临界点以下变温转变。2.4.1钢在加热时的转变 一、奥氏体的形成 1.钢在加热时的临界温度大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上，获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。实际热处理，加热时相变温度偏高，冷却时偏低。加热和冷却速度愈大偏差愈大 。 加热时为Ac1、Ac3、Accm冷却时为Ar1、Ar3、Arcm2.钢在加热时的组织转变 共析钢加热到Ac1以上时，珠光体将转变为奥氏体。四个过程：奥氏体晶核形成、奥氏体晶核长大、剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。亚共析钢加热到Ac3以上获得单一的奥氏体组织。过共析钢加热到Accm以上获得单一的奥氏体组织。AA形核A长大残余Fe3C溶解A均匀化二、影响奥氏体转变速度的因素1.加热温度 随加热温度的提高,奥氏体化速度加快。2.加热速度 加热速度越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越短。3.钢中碳含量 碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界面增大，转变速度加快。4.合金元素 钴、镍等加快奥氏体化过程；铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程；硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。5.原始组织 原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速度快，渗碳体间距越小，转变速度越快。三、钢的奥氏体晶粒度 钢的奥氏体晶粒大小根据
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晶粒度等级图确定。标准晶粒度分为8级。1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。 标准晶粒度等级放大100倍1.实际晶粒度和本质晶粒度实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度。它决定钢的性能。 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。反映奥氏体晶粒长大的倾向。 本质细晶粒钢：晶粒细小。本质粗晶粒钢：晶粒粗大。2.影响奥氏体晶粒度的因素（1）加热温度和保温时间 加热温度升高，晶粒逐渐长大。温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。（2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在晶界上，能阻碍晶粒长大。●锰、磷促进晶粒长大。2.4.2 钢在冷却时的转变当温度在A1以上时,奥氏体是稳定的。当温度降到A1以下后，奥氏体即处于过冷状态，这种奥氏体称为过冷奥氏体。过冷A是不稳定的，会转变为其它的组织。钢在冷却时的转变，实质上是过冷A的转变。钢在热处理时的冷却方式热加保温时间温度临界温度连续冷却一、过冷奥氏体的等温转变1.共析钢过冷奥氏体的等温转变等温转变曲线(TTT曲线、C曲线)来分析。T---timeT---temperatureT---transformation共析碳钢TTT曲线建立过程示意图A1共析钢过冷A的等温转变曲线图共析钢过冷奥氏体等温转变：二个转变区（1）高温转变 珠光体转变区（A1～550℃）：过冷奥氏体转变产物为珠光体型组织。(a)珠光体3800倍(b)索氏体8000倍(c)屈氏体8000倍珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物。渗碳体呈层片状分布在铁素体基体上。转变温度越低，层间距越小。按层间距大小分为:珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏体(T)。奥氏体转变为珠光体是扩散型转变,通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。珠光体型(P)转变(A1～550℃): A1～650℃:P;5～25HRC;片间距为0.6～0.7μm(500×)。 650～600℃:细片状P---索氏体(S);片间距为0.2～0.4μm(1000×);25～36HRC。 600～550℃:极细片状P---屈氏体(T);片间距为＜0.2μm(电镜);35～40HRC。珠光体形貌像索氏体形貌像屈氏体形貌像(2)中温转变贝氏体转变区（550℃～Ms）：过冷奥氏体的转变产物为贝氏体型组织。贝氏体渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。上贝氏体（上B) 550℃～350℃之间转变产物。呈羽毛状,小片状的渗碳体分布在成排的铁素体片之间。上贝氏体强度、韧性都较差。(a)光学显微照片500×(b)电子显微照片5000×上贝氏体形态下贝氏体(下B) 在350℃～Ms之间转变产物。光学显微镜下为黑色针状,电子显微镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细小的碳化物(Fe2.4C)颗粒。 (a)光学显微照片500倍(b)电子显微照片12000倍 下贝氏体形态下贝氏体硬度高，韧性好，具有较好的强韧性。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。2.亚共析钢过冷奥氏体的等温转变转变曲线多一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。亚共析钢随着碳含量的增加，C曲线位置往右移，同时Ms、Mf线住下移。 C%增加，先析F形核率降低，F长大需要扩散离去的C%增高，使奥氏体转变为珠光体的孕育期增大，导致珠光体转变速度降低。高温转变区过冷奥氏体一部分转变为铁素体。剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。3.过共析钢过冷奥氏体的等温转变 过共析钢过冷A的C曲线的上部为过冷A中析出二次渗碳体开始线。当加热温度为Ac1以上30～50℃时，过共析钢随着碳含量的增加,C曲线位置向左移,同时Ms、Mf线往下移。 C%增加，Fe3C的形核率增加，孕育期减小，使奥氏体转变为珠光体的孕育期减小，导致奥氏体转变为珠光体的转变速度提高。过共析钢的过冷A在高温转变区,将先析出Fe3CII,其余的过冷A再转变为珠光体型组织。影响TTT曲线形状与位置的因素 凡是增加奥氏体稳定性的元素，都增加奥氏体的孕育期，都能够阻碍奥氏体分解，表现为使C—曲线向右移的作用。 碳是影响C—曲线位置的最主要元素：在正常条件下，亚共析碳钢的C—曲线随含碳量的增加而A3点不断降低，奥氏体稳定性不断提高，使曲线向右移，过共析钢的C—曲线则随含碳量的增加而Acm点不断上升，使曲线向左移。故在碳钢中以共析碳钢过冷奥氏体为最稳定。
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