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熱處理（筆記）
一
1、熱處理三個基本過程：加熱、保溫、冷卻。
2、熱處理的條件：（1）有固態相變（2）加熱時溶解度顯著變化的合金。
3、熱處理只能改變鑄鐵基體組織，不能改變石墨形態。
4、同理，冷卻過程的固態相變需過冷度。
鋼的熱處理中六個重要的溫度引數：
A1 A3 Acm ；
Ac1 Ac3 Accm ——加熱過程
Ar1 Ar3 Arcm ——冷卻過程
滯後現象圖
5、奧氏體形成過程（共析鋼）：（1）奧氏體的形核。（2）奧氏體的長大。（3）剩餘滲碳體的溶解。（4）奧氏體中 C 的擴散均勻化。
6、鋼在加熱到 Ac1 以上某一溫度時，珠光體處於不穩定狀態，通常首先在鐵素體和滲碳體相介面上形成奧氏體晶核，這是由於鐵素體和滲碳體相介面上碳濃度分佈不均勻，原子排列不規則，易於產生結構起伏和濃度起伏區，為奧氏體形核創造條件。
7、鋼的奧氏體化過程：
亞共析鋼：F + P → F + A → A
過共析鋼：Fe3C + P → Fe3C + A → A 注：（F，P 珠光體，A 奧氏體，M 馬氏體）
8、奧氏體化的目的：獲成分均勻、晶粒細小的奧氏體晶粒。
9、影響奧氏體晶粒長大的因素：
① 加熱溫度和保溫時間 T（加熱溫度）↑、 t（保溫時間）↑， A 晶粒長大；T 的影響遠大於 t。
② 加熱速度 常規加熱速度下影響不大；快速加熱，短時保溫的超細化工藝如高頻加熱，鐳射加熱等
③成分 強烈阻礙：Al、V、Ti、 Zr、Nb 原因：形成難溶碳、氮化物；
中等阻礙：Cr、W、Mo；促進長大：Mn（降低鐵原子的結合力，促進鐵的擴散） P 溶入 A 的 C
10、 合金鋼的奧氏體均勻化的時間要比碳鋼長得多。在制定合金鋼的加熱工藝時， 與碳鋼相比， 加熱溫度要高， 保溫時間要長。
11、要點；
① 不同溫度下轉變產物不同；
高溫轉變產物（A1~550℃） ：珠光體（ P） ——擴散型
中溫轉變產物（550℃~MS） ：貝氏體（ B） —半擴散型
低溫轉變產物（MS~Mf） ：馬氏體（ M） ——非擴散型
② 存在孕育期
——過冷奧氏體等溫分解所需的準備時間
——代表 A 過冷穩定性。
③ 存在鼻點：
——孕育期最短，A 過冷最不穩定；
④ T 轉↓ ， 產物硬度↑ 。
⑤ 馬氏體是過冷奧氏體連續冷卻中的一種轉變組織，非等溫轉變產物。將其畫入，使過冷奧氏體等溫轉變曲線更完備、實用。
12 冷卻速度對轉變產物型別的影響：可用 VC、VC′判斷。
當 V > VC 時，A 過冷→M ；當 V 13、珠光體的形態取決於加熱時奧氏體化的程度（奧氏體成分較均勻時→片狀；不均勻時→球（粒） 狀）。 14、淬火馬氏體金相形態影響因素：實質取決於轉變溫度： 高於 200 ℃——板條狀馬氏體；低於 200 ℃——片狀馬氏體 。形態與 C%關係：低碳——板條狀；高碳——片狀 。馬氏體特點強度高硬度高 C%↑， 馬氏體 HRC↑ 。 15、鋼中馬氏體強化機制： ① C 的固溶強化： ② 相變強化（亞結構強化） ：高密度位錯、孿晶、層錯； ③ 時效（沉澱） 強化：C 向缺陷處擴散偏聚或析出，釘扎位錯。 16、片狀 M：硬而脆；板條 M：強而韌（與亞結構有關） 17、板條 M 塑韌性好的原因：①含碳量低， 過飽和度小；② 淬火內應力小，形成微裂紋的敏感度小； 高碳片狀 M 塑韌性差的原因：① C 過飽和度高，畸變大，②淬火內應力大，形成微裂紋的敏感度高。 18、下貝氏體高強度、韌性好原因：下貝氏體中鐵素體針細小而均勻分佈，位錯密度很高，在鐵素體內部又沉澱析出細小、多量而彌散的ε-碳化物。 19、在奧氏體晶粒較粗大，冷卻速度相對較快時，鋼中先共析相（先共析鐵素體或先共析滲碳體）以針狀或片狀形態從原奧氏體晶界沿奧氏體一定晶面往晶內平行或規則生長，並與片狀珠光體混合存在，該組織稱為魏氏體。（冷速較大時易形成，韌性↓↓ ； 消除方法：正火） 鋼的回火轉變： 20、淬火：鋼加熱到 AC3或AC1以上，保溫，V>V 臨界 ，M 或 B。 回火：淬火鋼加熱到低於臨界點 A1 的某溫度，保溫後以適當方式冷卻到室溫的熱處理工藝。 目的： （1） 調整鋼強硬度與塑韌性的配合， 獲要求的效能； （2） 降低內應力， 防止工件變形或開裂； （3） 穩定組織， 防尺寸變化。 21、定義：隨回火溫度提高，淬火鋼韌性在某些溫度區間顯著下降的現象。低溫回火脆性形成原因及防止方法形成原因：片狀碳化物沉澱理論； 雜質偏聚。防止方法：a。 避免在此溫度區間回火；b。 使ε→θ 的溫度↑ ：c。 採用等溫淬火。 回火脆性形成原因及防止方法特點：a。與回火後冷卻速度有關；b。 可逆性。 ；產生原因：P、 Sn、 As 、Sb 等雜質元素晶界偏聚。防止方法：注：無論碳鋼、合金鋼，只要在該溫區回火，就會產生低溫回火脆性，a。 ↑鋼純度；b。 回火後快冷；c。 加入 Mo、 W 等元素；注：碳鋼不產生高溫回火脆性， 合金鋼尤含Mn、 Cr 的合金鋼易產生回火脆性。 22、珠光體、馬氏體、貝氏體轉變特點比較？ 23、比較下貝氏體與高碳馬氏體的主要不同點？ ① 顯微組織特徵不同，下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，高碳馬氏體為片狀； ② 亞結構不同，下貝氏體亞結構為位錯，高碳馬氏體的亞結構為孿晶； ③效能特點不同，下貝氏體具有良好的綜合機械效能，高碳馬氏體強度硬度高，塑性和韌性差；④相變特點不同，下貝氏體為半擴散型相變，高碳馬氏體非擴散型相變。 ⑤下貝氏體為復相組織，高碳馬氏體為單相組織。 24。 珠光體、貝氏體、馬氏體的特徵、效能特點是什麼？ 片狀 P 體，片層間距越小，強度越高，塑性、韌性也越好；粒狀 P 體，Fe3C顆粒越細小，分佈越均勻，合金的強度越高。第二相的數量越多，對塑性的危害越大；片狀與粒狀相比，片狀強度高，塑性、韌性差；上貝氏體為羽毛狀，亞結構為位錯，韌性差；下貝氏體為黑針狀或竹葉狀，亞結構為位錯，位錯密度高於上貝氏體，綜合機械效能好；低碳馬氏體為板條狀，亞結構為位錯，具有良好的綜合機械效能；高碳馬氏體為片狀，亞結構為孿晶，強度硬度高，塑性和韌性差。 二 1、鋼的退火目的和工藝？ 退火： 是將鋼加熱至臨界點 Ac1 以上或以下溫度，保溫以後隨爐緩慢冷卻以獲得平衡狀態組織的熱處理工藝。 目的：是均勻鋼的化學成分及組織，細化晶粒，調整硬度，消除內應力和加工硬化，改善鋼的成形及切削加工效能，併為淬火作好組織準備。 分類：臨界溫度以上：完全退火、均勻化退火、不完全退火和球化退火。 臨界溫度以下：再結晶退火、去應力退火。 2、正火目的及工藝？ 定義：正火是將鋼加熱到Ac3（或Acm）以上適當溫度，保溫以後再空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。 正火過程的實質是：完全奧氏體化加偽共析轉變。當鋼中碳含量為 0。 6~1。 4%時，正火組織中不出現先共析相，只有偽共析體或索氏體。碳含量小於 0。 6%的鋼，正火後除了偽共析體，還有少量鐵素體。 目的：正火作為預備熱處理，為機械加工提供適宜的硬度，又能細化晶粒，消除應力，消除魏氏組織和帶狀組織，為最終熱處理提供合適的組織狀態。 正火工藝簡單、經濟的熱處理方式。主要用於： ①改善低碳鋼的切削加工效能； ②消除中碳鋼的熱加工缺陷； ③消除過共析鋼的網狀碳化物， 便於球化退火； ④提高普通結構件的力學效能。 3、鋼的淬火？ 定義：將鋼加熱至臨界點 Ac3 或 Ac1 以上一定溫度，保溫後以大於臨界冷卻速度冷卻得到馬氏體（或下貝氏體）的熱處理工藝叫做淬火。 目的：使奧氏體化後的工件獲得儘量多的馬氏體，熱後配以不同溫度回火獲得各種需要的效能。 在制定淬火工藝時應注意： （1）淬火應力。工件在淬火過程中會發生形狀和尺寸的變化，甚至產生淬火裂紋。工件變形或開裂的原因是由於淬火過程中在工件內產生的內應力造成的。 分類：淬火內應力主要有熱應力和組織應力兩種。當淬火應力超過材料的屈服強度時，就會產生塑性變形；當淬火應力超過材料的抗拉強度時，工件則發生開裂。 熱應力：工件加熱或冷卻時由於內外溫差導致熱膨脹冷縮不一致而產生的內應力。熱應力是由於快速冷卻時工件介面溫差造成的。 組織應力：工件在冷卻過程中，由於內外溫差造成組織轉變不同時，引起內外比體積的不同變化而產生的內應力。 工件淬火冷卻過程中的瞬間應力和殘餘應力是熱應力和組織應力疊加的結果。 （2）淬火加熱溫度。淬火加熱溫度的選擇應以得到均勻細小的奧氏體晶粒為原則，以便淬火後得到細小的馬氏體組織。淬火溫度主要根據鋼的臨界點確定。 （3）淬火介質。鋼從奧氏體狀態冷至Ms 點一下所用的冷卻介質。圖10-4 （4）淬火方法。 （5）鋼的淬透性。是指奧氏體化後的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分佈來表示。 淬透性與淬硬性的區別：淬透性表示鋼淬火時獲得馬氏體的能力，他反應鋼的過冷奧氏體穩定性， 即與鋼的臨界冷卻速度有關。而淬硬性表示鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。它主要取決於馬氏體中的含碳量。馬氏體中含炭量越高，鋼的淬硬性越高。 4、鋼的回火？ 定義：是將淬火鋼在A1以上溫度加熱，使其轉變為穩定的回火組織，並以適當方式冷卻到室溫的工藝過程。 目的：減少或消除淬火應力，保證相應的組織轉變，提高鋼的韌性和塑性，獲得硬度、強度、塑形和韌性的適當配合，以滿足各種用途工件的效能要求。 分類：低溫回火、中溫回火、高溫回火等幾種。 5、鋼的表面淬火？ 定義：是將工件快速加熱到淬火溫度，熱後迅速冷卻，僅使表面獲得淬火組織的熱處理方法。 目的：可以使零件表面具有高的強度、硬度和耐磨性；使心部具有一定的強度、足夠的塑形和韌性。一般選用中碳鋼及中碳合金鋼，其表面淬火前的原是組織為調質態或正火態。 感應加熱表面淬火：是利用電磁感應原理，在工件表面產生密度很高的感應電流，並使之迅速加熱至奧氏體狀態，隨後快速冷卻獲得馬氏體組織的淬火方法。 分類：高頻感應加熱表面淬火、中頻感應加熱表面淬火、工頻感應加熱表面淬火。 6、鋼的滲碳？ 滲碳：將低碳鋼件放入滲碳介質中，在 900~950℃加熱保溫，是活性碳原子滲入鋼件表面並獲得高碳滲層的工藝方法。 目的（作用）：使表面硬度、耐磨性以及高的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度。心部仍保持低碳，具有良好的塑形和韌性。 分類：固體滲碳、氣體滲碳、離子滲碳。氣體最廣泛。 7、鋼的滲氮？ 滲氮：向鋼件表面滲入氮元素，形成富氮硬化層化學熱處理稱為滲氮，也稱為氮化 目的：和滲碳相比，鋼件滲氮後具有更高的表面硬度和耐磨性。滲氮鋼件具有很好的熱穩定性。比滲碳更高的疲勞強度、抗咬合效能和低的缺口敏感應。滲氮後由於鋼件表面形成緻密的氮化物薄膜， 因此具有良好的耐腐蝕效能。 三 1、合金元素在鋼中的作用？ 絕大多數合金元素可或多或少固溶於鐵素體中，形成α-Fe的間隙或置換固溶體 提高淬透性：Mn、Cr、B、Ni、W、Mo 固溶強化：Si、Mn、Ni 細化晶粒：Al、V、Ti、W、Mo、Nb、Zr 提高回火穩定性：W、Mo、V、Si、Cr 消除高溫回火脆性：W、Mo 特殊耐蝕、耐熱性合金鐵素體合金元素有固溶強化作用。 2、 常用的工程結構用剛？ （1）碳素結構鋼。碳素結構鋼通常以熱軋空冷狀態供應，其塑形高，焊接性好，使用狀態下組織為鐵素體加珠光體。其中 Q235A 鋼既有較高的塑形又有時鐘的強度，成為應用最廣發的一種碳素結構鋼，既可以作較重要的建築、車輛及橋樑等的各種型材，又可以製造一般的機器零件。 （2）低合金高強度結構鋼。低合金高強度結構鋼是在含碳量 Wc≤0。 20%的碳素結構鋼基礎上， 加入少量的合金元素發展起來的，強度高於碳素結構鋼。具有足夠的塑形、低的冷脆轉變溫度以及良好的焊接效能和耐蝕性，廣泛應用於建築、石油、化工，鐵路等。這類鋼大多在熱軋狀態下使用的，組織為鐵素體加珠光體。 4、調質鋼？ 經調質處理後使用的結構鋼稱為調質鋼。調質鋼具有高強度，良好的塑形和韌性。具有良好的綜合力學效能的原因：與調質鋼處理後組織為回火索氏體有關。 這種組織的特點： ①在鐵素體機體上均勻分佈的粒狀碳化物起彌散強化作用，溶於鐵素體中的合金元素起固溶強化作用，從而保證鋼有較高的屈服強度和疲勞強度。 ②組織均勻性好，減少了裂紋在區域性薄弱地區形成可能性，可以保證有良好的塑形和韌性。 ③作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉變而成，晶粒細小，使鋼的冷脆傾向性大大減小。 5、高速鋼的熱處理工藝？多次回火的作用？ a， 反覆鍛造，打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物； b， 分級預熱（600~800℃） c， 高溫淬火（1250~1300℃）； d， 分級淬火（600℃，400℃） e，多次回火（550℃， 三次以上） （1）高速鋼的退火。高速鋼鍛、軋後應進行退火，其目的是降低硬度，以利切削加工，同時也使碳化物形成均勻分佈的顆粒，為淬火做準備。退火工藝分為普通退火和等溫退火兩種。 （2）高速鋼淬火。淬火加熱的最大特點是奧氏體化溫度過高。只有將高速鋼中W、Mo、Cr、V 等大量碳化物形成元素更多的溶解到奧氏體中時，才能充分發揮碳和合金元素的作用，淬火後獲得高碳高合金的馬氏體，回火後才析出合金碳化物，從而保證高速鋼獲得高的淬透性、淬硬性和熱硬性。 （3）高速鋼的回火。 多次回火的目的：①產生二次硬化；②消除殘餘奧氏體 6、W 18 Cr 4 V 是什麼鋼？主要效能特點是什麼？合金元素在鋼中的主要作用是什麼？為什麼此鋼淬火加熱的奧氏體化溫度（1280±5℃）非常高？回火工藝是什麼？最終組織是什麼？ W18Cr4V 是高速鋼，主要效能特點是具有很高的紅硬性，高硬度、高耐磨性和高的淬透性。 合金元素在鋼中的主要作用是： ①提高淬透性。②形成高硬度碳化物，在回火時彌散析出，產生二次硬化效應， 顯著提高鋼的紅硬性、 硬度和耐磨性。③ Cr 能提高鋼的抗氧化、 脫碳和抗腐蝕能力。 目的是讓鋼中的碳化物形成元素 W、Cr、V 更多地溶解到奧氏體中，充分發揮碳和合金元素的作用，淬火後獲得高碳、高合金的馬氏體，回火時以合金碳化物形式析出，從而保證高速鋼獲得高的淬透性、淬硬性和紅硬性。退火狀態下這些合金元素大部分存在於合金碳化物中，而這些合金碳化物的穩定性很高，需要加熱到很高的溫度，才能使其向奧氏體中大量溶解。 資料來源：常州精密鋼管部落格網
