钢淬火与回火知识要点

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1、 第 三 章 钢 的 淬 火 及 回 火 第 一 节 淬 火 的 定 义 、 目 的 、 淬 火 的 必 要 条 件1、 淬 火 定 义 ： 把 钢 加 热 到 临 界 点 Ac3或 Ac1以 上 ， 保 温 并 随 之 以 大 于 临 界 冷却 速 度 Vk冷 却 ， 以 得 到 介 稳 状 态 的 马 氏 体 或 下 贝 氏 体 组 织 的 热处 理 工 艺 。 2、 淬 火 的 目 的 ：n 提 高 零 件 的 硬 度 ， 强 度 ， 耐 磨 性 。n 结 构 钢 通 过 淬 火 ， 回 火 获 得 良 好 的 综 合 机 械 性 能 。n 少 数 工 件 可 以 改 善 钢 的 物 理

2、 和 化 学 性 能 。3、 淬 火 必 要 条 件 ：n 临 界 点 以 上 ， 获 得 奥 氏 体 ；n 大 于 临 界 冷 速 ， 得 到 马 氏 体 或 下 贝 氏 体 。例 如 ： 提 高 高 磁 钢 的 磁 性 ；不 锈 钢 淬 火 以 消 除 第 二 相 ，从 而 改 善 其 耐 蚀 性 。 第 二 节 淬 火 介 质n淬 火 介 质 ：为 实 现 淬 火 目 的 用 的 冷 却 介 质 。n理 想 淬 火 介 质 ：n在 A1 650 缓 慢 冷 却 ，以 减 少 热 应 力 ；n在 过 冷 奥 氏 体 最 不 稳 定 区域 （ 650 400 ） ， 快 速冷 却 ；n而 在

3、 M S附 近 的 温 度 区 域 冷速 比 较 缓 慢 ， 它 可 以 减 少 淬火 内 应 力 ， 避 免 淬 火 变 形 开裂 。 一 、 淬 火 介 质 的 冷 却 作 用1、 分 类（ 1） 按 聚 集 状 态 分 类 ：n淬 火 介 质 有 固 态 、 液 态 、 气 态 。n最 常 用 介 质 为 液 态 介 质 ， 淬 火 时 不 仅 发 生 传 热 作 用 ， 还 会产 生 物 态 变 化 ， 因 此 过 程 较 为 复 杂 。（ 2） 按 液 态 淬 火 介 质 是 否 具 有 物 态 变 化 ：n分 为 有 物 态 变 化 的 和 无 物 态 变 化 的 。2、 有 物

4、态 变 化 的 淬 火 介 质 淬 火 冷 却 过 程 可 分 为 三 个 阶 段 ：（ 1） 蒸 气 膜 阶 段 ：工 件 表 面 产 生 大 量 过 热 蒸 汽 ， 紧 贴 工 件 形 成 连 续 的 蒸 汽 膜 ；冷 却 主 要 靠 辐 射 传 热 ， 冷 却 速 度 较 缓 慢 。 （ 2） 沸 腾 阶 段 ： 进 一 步 冷 却 时 ， 工 件 放 出 的 热 量 减 少 ， 蒸 汽 膜 厚度 减 薄 并 在 越 来 越 多 的 地 方 破 裂 ， 使 工 件 与 液 体 直 接 接 触 ， 并形 成 大 量 气 泡 逸 出 。 冷 却 速 度 较 快 ， 取 决 于 淬 火 介 质

5、 的 汽 化 热 ，汽 化 热 越 大 ， 从 工 件 带 走 的 热 量 越 多 ， 冷 却 速 度 也 越 快 。（ 3） 对 流 阶 段 ： 当 工 件 表 面 的 温 度 降 至 介 质 的 沸 点 或 分 解 温 度 以下 时 ， 工 件 的 冷 却 主 要 靠 介 质 的 对 流 进 行 ， 随 工 件 和 介 质 间 的温 差 减 小 ， 冷 速 也 逐 渐 降 低 ， 此 时 对 流 传 热 起 主 导 作 用 3、 无 物 态 变 化 的 淬 火 介 质 ：l淬 火 冷 却 主 要 靠 对 流 散 热 。l温 度 较 高 时 辐 射 散 热 占 有 很 大 比 例 ， 也 有

6、 传 导 传 热 。二 、 淬 火 介 质 冷 却 特 性 的 测 定淬 火 介 质 冷 却 能 力 最 常 用 的 表 示 方 法 是 所 谓 的 淬 火 烈 度 H。1、 概 念 ：规 定 静 止 水 的 淬 火 烈 度 H 1， 其 它 淬 火 介 质 的 淬 火 烈 度 由 与 静止 水 的 冷 却 能 力 比 较 而 得 。2、 实 质 ：l反 映 钢 内 部 的 热 传 导 系 数 以 及 钢 与 介 质 间 的 给 热 系 数 的 关 系 ，即 淬 火 介 质 的 冷 却 能 力 。l注 意 ： 不 同 淬 火 介 质 ， 在 工 件 淬 火 过 程 中 其 冷 却 能 力 是

7、变 化 的 。 几 种 常 见 淬 火 介 质 的 淬 火 烈 度 H， 如 下 表 所 示 。 三 、 常 用 淬 火 介 质 及 其 冷 却 特 性1 水 ： 具 有 良 好 的 物 理 化 学 性 能 ， 而 且 来 源 丰 富 ， 价 格 便 宜 。冷 却 特 性 ：（ 1） 水 的 冷 却 速 度l 在 650400 温 度 范 围 内 的 冷 却 速 度 较 小 ；l 在 马 氏 体 转 变 温 度 区 的 冷 却 速 度 特 别 快 。 不 同 温 度 纯 水的 冷 却 特 性 （ 2） 水 温 对 冷 却 特 性 影 响 很 大 随 水 温 提 高 ， 水 的 冷 却 速 度

8、降 低 。（ 3） 循 环 水 的 冷 却 能 力 大 于 静 止 水 的 冷 却 能 力 。 不 同 温 度 纯 水的 冷 却 特 性 2 碱 或 盐 的 水 溶 液n水 中 溶 入 盐 、 碱 等 物 质 ， 减 少 了 蒸 汽 膜 的 稳 定 性 ， 使蒸 汽 膜 阶 段 缩 短 ， 特 性 温 度 提 高 从 而 加 速 冷 却 速 度 。n食 盐 水 溶 液 在 食 盐 浓 度 较 低 时 随 食 盐 浓 度 的 增 加 而 提高 ， 冷 速 均 大 于 纯 水 的 。n碱 溶 液 也 具 有 很 高 的 冷 却 能 力 ， 随 温 度 提 高 冷 却 能力 降 低 ， 工 件 表

9、面 银 白 色 、 好 的 外 观 ， 但 腐 蚀 严 重 。 3 油冷 却 能 力 比 水 差 ， 油 的 冷 却过 程 也 具 有 三 个 阶 段 。(1)在 高 温 区 冷 却 速 度 低 ；(2)油 在 500 350 间冷 却 速 度 最 快 。(3)油 在 低 温 区 （ 350下 ） 冷 速 较 慢 。(4)油 在 20 80 使 用 ，对 工 件 冷 速 影 响 不 大 。 4 有 机 物 的 水 溶 液 及 乳 化 液 。n水 的 冷 却 能 力 很 大 ， 但 冷 却 特 性 很 不 理 想 ；n油 的 冷 却 特 性 比 较 理 想 ， 但 其 能 确 能 力 有 小 一

10、 些 ；n因 此 需 要 寻 找 冷 却 能 力 介 于 两 者 之 间 ， 而 冷 却 特 性又 比 较 理 想 的 介 质 。 l有 机 物 的 水 溶 液 是 较 理 想 的 淬 火 介 质 ， 即 在 水 中 加入 有 机 物 或 矿 物 盐 ， 改 变 （ 降 低 ） 水 的 冷 却 性 能 。l常 用 的 有 聚 乙 二 醇 水 溶 液 ， 并 加 入 一 定 的 防 蚀 剂 。l工 业 生 产 中 常 用 乳 化 液 ， 是 矿 物 油 与 水 经 强 烈 搅 拌及 振 动 而 成 。 冷 却 能 力 可 通 过 调 配 浓 度 来 调 节 。 常 用于 表 面 淬 火 。 第

11、三 节 钢 的 淬 透 性一 .淬 透 性 的 概 念 及 影 响 因 素1 概 念 ： 钢 材 被 淬 透 的 能 力 ， 或 者 说 淬 火 时 获 得 马 氏 体的 能 力 。n不 同 的 钢 种 ， 淬 透 性 是 不 同 的 ， 因 此 工 件 表 面 到 内部 的 截 面 上 淬 成 马 氏 体 组 织 的 厚 度 也 不 同 ；n淬 成 马 氏 体 组 织 的 厚 度 越 大 ， 表 示 该 钢 中 的 淬 透 性愈 高 。n这 种 马 氏 体 组 织 厚 度 通 常 称 为 硬 化 层 厚 度 或 淬 透 深度 、 淬 硬 层 深 度 等 。 2 淬 透 性 与 淬 硬 性 的

12、 区 别（ 1） 淬 透 性n概 念 ： 系 指 淬 火 时 获 得 马 氏 体 的 难 易 程 度 ；n影 响 因 素 ： 主 要 和 钢 的 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 有关 或 者 说 与 钢 的 临 界 淬 火 冷 却 速 度 有 关 ，n淬 透 性 是 钢 材 本 身 固 有 的 一 个 属 性 。（ 2） 淬 硬 性n概 念 ： 是 指 淬 成 马 氏 体 可 得 到 的 硬 度 ，n影 响 因 素 ： 主 要 和 钢 中 含 碳 量 有 关 。n淬 硬 性 是 钢 淬 火 后 获 得 马 氏 体 的 最 高 硬 度 。 工 件 淬 硬 层 与 冷 却 速 度 的 关 系

13、3 影 响 钢 的 淬 透 性 的 因 素(1)钢 的 化 学 成 分 过 共 析 钢 在 正 常 淬 火 温 度 区 间 （ 低 于 Accm温 度 ） 加 热n含 碳 量 低 于 1%的 钢 ， 随 含 碳 量 的 升 高 ， 临 界 冷 速 降 低 ，淬 透 性 提 高 ；n含 碳 量 高 于 1%的 钢 ， 随 含 碳 量 的 增 加 ， 单 调 下 降 ,淬透 性 降 低 。 钢 在 高 于 Ac3或 Accm加 热随 着 含 碳 量 的 增 加 ， 临 界 冷 速 降 低 ， 淬 透 性 增 加 。 合 金 元 素 的 影 响除 Co、 Ti、 Zr以 外 ， 大 多 数 合 金

14、元 素 溶 入 奥 氏 体 后 使 C曲 线 右 移 ， 提 高 钢 的 淬 透 性 。 2 奥 氏 体 晶 粒 度 的 影 响 奥 氏 体 晶 粒 尺 寸 增 大 ， 淬 透 性 提 高 ， 奥 氏 体 晶 粒 尺寸 对 珠 光 体 转 变 的 延 迟 作 用 比 贝 氏 体 的 大 。 3 奥 氏 体 化 温 度 不 仅 可 以 促 进 奥 氏 体 晶 粒 增 大 ， 而 且 可 以 促 使 碳 化物 及 其 它 非 金 属 夹 杂 物 溶 入 ， 并 使 奥 氏 体 成 分 均 匀 化 ，这 将 提 高 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 ， 从 而 提 高 淬 透 性 。 4 第 二

15、相 的 存 在 和 分 布 奥 氏 体 中 未 溶 的 非 金 属 夹 杂 物 和 碳 化 物 的 存 在 ， 以及 大 小 和 分 布 ， 影 响 过 冷 奥 氏 体 的 稳 定 性 ， 从 而 影 响 淬透 性 。 5 钢 的 原 始 组 织 的 影 响n钢 的 原 始 组 织 中 ， 由 于 珠 光 体 的 类 型 （ 片 状或 粒 状 ） 及 弥 散 度 的 不 同 ， 在 奥 氏 体 化 时 ，将 会 影 响 到 奥 氏 体 的 均 匀 性 ， 从 而 影 响 到 钢的 淬 透 性 。n碳 化 物 愈 细 小 ， 溶 入 奥 氏 体 愈 迅 速 ， 从 而 有利 于 提 高 钢 的

16、淬 透 性 。 第 五 节 确 定 淬 火 工 艺 规 范 的 原 则 淬 火 工艺 方 法 及 应 用淬 火 工 艺 规 范 包 括 淬 火 加 热 方 式 、 加 热 温 度 、 加 热 时间 、 冷 却 介 质 及 冷 却 方 式 等 。确 定 规 范 的 依 据n工 件 图 纸 及 技 术 要 求 ;n所 用 材 料 牌 号 ;n相 变 点 ;n过 冷 奥 氏 体 等 温 或 连 续 冷 却 曲 线 ;n端 淬 曲 线 ;n原 始 组 织 ;n加 工 工 艺 路 线 。 一 、 淬 火 加 热 方 式 及 加 热 温 度 的 确 定 原 则1、 加 热 方 式n保 护 气 氛 或 盐

17、浴 加 热 。n装 炉 方 式 ：l一 般 是 热 炉 装 料 。l对 尺 寸 较 大 ， 形 状 复 杂 高 合 金 钢 件 采 用 预 热 （ 预热 炉 ） 或 分 段 式 加 热 炉 加 热 。2、 淬 火 加 热 温 度 主 要 根 据 钢 的 相 变 点 确 定 。 亚 共 析 钢 加 热 温 度 为Ac3+3050 ；原 因 ：n 若 在 Ac1Ac3加 热 ， 则得 到 A+F两 相 组 织 ,淬 火 冷却 后 ,铁 素 体 保 存 下 来 ，导 致 硬 度 不 均 匀 ,强 度 和硬 度 降 低 。n 若 在 Ac3以 上 3050 加热 得 到 A组 织 ， 冷 却 后 得到

18、 细 小 的 马 氏 体 ， 强 度 和硬 度 较 高 。n 若 加 热 温 度 在 在 Ac 3以上 , 得 到 粗 大 的 奥 氏 体 晶粒 ， 冷 却 后 得 到 粗 大 马 氏体 ， 降 低 强 度 和 硬 度 。 例 题 ：已 知 45钢 ， Ac1=730 ,AC3=780 ,试 确 定 其 淬 火 加 热 温 度 ， 并 分 析 原 因 。 过 共 析 钢 Ac1+3050OC原 因 ：n 若 加 热 温 度 在 Ac1Accm之 间 , 得 到 细 小 的 奥 氏 体晶 粒 和 未 溶 解 碳 化 物 ,淬火 后 得 到 隐 晶 马 氏 体 和 颗粒 状 碳 化 物 ， 提 高

19、 强 度 、硬 度 和 耐 磨 性 。n 若 加 热 温 度 高 于 Ac cm，碳 化 物 溶 解 ， 得 到 粗 大 的奥 氏 体 晶 粒 ， 并 且 含 碳 量增 加 ； l 一 方 面 ， 淬 火 后 得 到 粗 大 的 片 状 马 氏 体 （ 孪 晶 马 氏 体 ） ， 显微 裂 纹 增 加 ， 脆 性 增 大 ， 淬 火 开 裂 倾 向 也 增 大 。l 另 一 方 面 ， 由 于 碳 化 物 的 溶 解 ， 奥 氏 体 中 含 碳 量 增 加 ， 淬 火后 残 余 奥 氏 体 量 增 多 ， 钢 的 硬 度 和 耐 磨 性 降 低 。 例 题 ：已 知 T12钢 ， Ac1=73

20、0 ,ACcm=820 ,试 确 定 其 淬 火 加 热 温 度 ， 并 分 析 原 因 。 l在 工 件 尺 寸 大 ， 加 热 速 度 快 的 情 况 下 ， 淬 火 温 度可 取 Ac3+5080 ；l另 外 ， 加 热 速 度 快 ， 起 始 晶 粒 细 ， 也 允 许 采 用 较高 的 加 热 温 度 ， 细 晶 粒 钢 Ac3+100 。l形 状 复 杂 件 ， 易 变 形 工 件 ， 加 热 速 度 较 慢 ， 淬 火温 度 取 下 限 。l考 虑 原 始 组 织 时 ，l如 果 先 共 析 铁 素 体 比 较 大 或 珠 光 体 片 间 距 较 大 ，为 加 速 奥 氏 体 的

21、 均 匀 化 过 程 ， 淬 火 温 度 取 高 一 些 。l对 合 金 含 量 较 高 的 钢 ， 为 加 速 合 金 碳 化 物 的 溶 解 ，合 金 元 素 （ 均 匀 化 ） ,采 用 较 高 的 淬 火 加 热 温 度 。 二 、 淬 火 加 热 时 间 的 确 定 原 则 = D k 式 中 ， 为 加 热 时 间 ， 单 位 min； 为 加 热 系 数 ， 单位 min/mm； K:装 炉 修 正 系 数 ； D:零 件 有 效 厚 度 ， 单 位mm。 n 可 查 表 得 到 ， 根 据 工 件 直 径 以 及 加 热 温 度 确 定 。nK: 依 装 炉 量 而 定 。 通

22、 常 为 1.52.0 min/mm。n工 件 有 效 厚 度 计 算 如 下 ：l圆 柱 体 取 直 径 ； 正 方 形 截 面 取 边 长 ； 板 件 取 板 厚 ；l长 方 形 截 面 取 短 边 ； 套 筒 类 工 件 取 壁 厚 ；l圆 锥 体 取 离 小 头 2/3长 度 处 直 经 ；l球 体 取 球 径 的 0.6倍 。 保 温 时 间 的 确 定 三 、 淬 火 介 质 及 冷 却 方 式 的 选 择 与 确 定1、 满 足 工 件 淬 透 层 深 度 要 求 的 前 提 下 ， 选 择淬 火 烈 度 最 低 的 淬 火 介 质 。2、 在 被 淬 火 钢 的 过 冷 奥 氏

23、 体 最 不 稳 定 区 有 足够 的 冷 却 能 力 ， 而 在 马 氏 体 转 变 区 冷 却 速 度却 又 很 缓 慢 。3、 淬 火 介 质 在 使 用 过 程 中 ， 应 该 稳 定 长 期 使用 ， 存 放 ； 不 易 变 质 ， 价 格 低 廉 ， 来 源 丰 富 ，无 毒 ， 无 环 境 污 染 。 1 单 液 淬 火 法n概 念 ： 把 已 加 热 到 淬 火 温 度 的 工 件 淬 入 一 种 淬 火 介质 ， 使 其 完 全 冷 却 。 如 曲 线 a所 示 。四 、 淬 火 方 法 及 其 应 用n特 点 ：u操 作 简 单 ；u易 产 生 淬 火 应力 ， 导 致 工

24、 件 变形 或 开 裂 。 n适 用 条 件 ：l适 用 于 形 状 简 单 的 碳 钢 ， 合 金 钢 工 件 ；l对 碳 钢 直 径 大 于 35mm的 工 件 水 中 淬 火 ， 更 小 的 可 采用 油 淬 ；l各 类 合 金 钢 则 以 油 为 常 用 淬 火 介 质 。 2 双 液 淬 火 法n概 念 ： 把 加 热 到 淬 火 温 度 的 工 件 ， 先 在 冷 却 能 力 强的 淬 火 介 质 中 冷 却 至 接 近 MS点 ， 然 后 转 入 冷 却 能 力 弱的 淬 火 介 质 中 冷 却 至 室 温 。 如 曲 线 b所 示 。 n特 点 ：l保 证 了 获 得 较 高

25、的 硬 度 层 和 淬 硬 层 深 度 。l可 减 小 内 应 力 及 防 止 发 生 淬 火 开 裂 。l分 级 淬 火 的 停 留 时 间 难 把 握 。n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56mm有 效 厚 度 约 1秒 。n适 用 条 件 ： 尺 寸 较 大 的 碳 素 钢 工 件 。 3 喷 射 淬 火 法n概 念 ： 向 工 件 喷 射 水 流 的 淬 火 方 法 。n说 明 ：l水 流 可 大 可 小 ， 视 所 要 求 的 淬 火 深 度

26、 而 定 ；l用 此 法 ， 不 会 在 工 件 表 面 形 成 蒸 汽 膜 ， 能 保证 比 普 通 水 中 淬 火 更 深 的 淬 硬 层 ；l水 流 应 细 密 ， 工 件 上 下 运 动 或 旋 转 。n适 用 条 件 ：l 主 要 用 于 局 部 淬 火 。 4 分 级 淬 火 法n概 念 ： 把 工 件 由 奥 氏 体 化 温 度 淬 入 高 于 该 钢 种 的马 氏 体 开 始 转 变 温 度 的 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 质的 温 度 ， 然 后 缓 冷 至 室 温 ， 发

27、生 马 氏 体 转 变 。 如 曲线 C所 示 。 n特 点 ： 减 少 了 热 应 力 ， 且 马 氏 体 转 变 前 工 件 各 部 分 温 度 已趋 于 均 匀 ， 因 而 马 氏 体 转 变 的 不 同 时 现 象 也 减 少 。n说 明 ：l淬 火 介 质 的 温 度 （ 分 级 温 度 ） 可 高 于 或 略 低 于 马 氏体 开 始 转 变 温 度 ；l当 淬 火 介 质 的 温 度 低 于 马 氏 体 转 变 开 始 温 度 时 ， 由于 温 度 比 较 低 ， 冷 却 较 剧 烈 ， 故 可 用 于 较 大 工 件 的淬 火 。l各 种 碳 素 工 具 钢 和 合 金 工 具

28、 钢 （ MS=200250 ） 淬火 时 ， 分 级 温 度 选 择 在 250 附 近 ， 但 更 经 常 选 用120150 ， 甚 至 100 。n适 用 条 件 ： 只 适 用 于 尺 寸 较 小 的 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 的 温 度 使 之 完 成 奥 氏 体 的 等 温 转 变 ， 获 得 下 贝氏 体 组 织 ， 这 种 淬 火 方 法 称 等 温 淬 火 法 。 如 曲 线 d所示 。 n等 温 淬 火 与 分 级 淬 火 的 区 别 在 于 前 者 是 获 得 下 贝

29、 氏体 组 织 。n等 温 淬 火 目 的 ： 获 得 变 形 小 ， 硬 度 高 并 兼 有 良 好 韧性 的 工 件 。n原 因 ： 下 贝 氏 体 的 硬 度 较 高 ， 而 韧 性 又 好 ， 在 等 温淬 火 时 ， 冷 却 又 较 慢 ， 贝 氏 体 的 比 容 也 比 较 小 ， 热应 力 、 组 织 应 力 均 很 小 ， 所 以 形 状 变 形 和 体 积 变 形也 较 小 。n等 温 淬 火 所 用 淬 火 介 质 与 分 级 淬 火 相 同 。n等 温 时 间 的 确 定 ：l可 根 据 心 部 冷 却 至 等 温 温 度 所 需 时 间 ；l再 加 “ C” 曲 线 在

30、 该 温 度 完 成 等 温 转 变 所 需 时 间 而 定 。n等 温 后 一 般 采 用 空 冷 。 概 述1、 回 火 概 念 ：将 淬 火 零 件 重 新 加 热 到 低 于 临 界 点 某 一 温 度 ， 保 温后 空 冷 到 室 温 的 热 处 理 工 艺 称 为 回 火 。回 火 时 的 转 变 称 为 回 火 转 变 。2、 回 火 原 因 淬 火 后 得 到 的 是 马 氏 体 或 马 氏 体 与 残 余 奥 氏 体 ，在 室 温 下 为 亚 稳 定 状 态 ， 都 趋 于 向 铁 素 体 加 渗 碳 体（ 碳 化 物 ） 的 稳 定 状 态 变 化 。 3、 回 火 目 的

31、 ：l 减 少 或 消 除 内 应 力 ， 放 止 变 形 和 开 裂 ；l 获 得 稳 定 组 织 ；l 提 高 塑 性 、 韧 性 ， 获 得 硬 度 、 强 度 、 塑 性 与 韧 性 的 适 当 配合 。一 、 淬 火 钢 在 回 火 时 的 组 织 转 变(一 )、 马 氏 体 中 碳 原 子 的 偏 聚l 马 氏 体 是 碳 在 -Fe中 的 过 饱 和 固 溶 体 ， 存 在 于 体 心 立 方扁 八 面 体 中 的 碳 原 子 将 使 晶 体 点 阵 产 生 严 重 畸 变 ， 使 马 氏体 处 于 不 稳 定 状 态 。l 为 了 降 低 能 量 ， 在 100 左 右 ，

32、碳 原 子 就 偏 聚 于 位 错 或 孪晶 界 面 ， 或 板 条 界 ， 形 成 微 小 的 碳 的 富 集 区 。 例 如 ： 含 碳 0.21%的 Fe-C合 金 ， 奥 氏 体 化 后 淬 火 ， 150 回 火10分 钟 ， 用 原 子 探 针 测 得 基 底 含 碳 0.03 %， 而 板 条 马 氏体 的 条 界 碳 含 量 为 0.42 %， 说 明 淬 火 或 回 火 过 程 中 ， 碳 偏聚 于 板 条 。(二 )、 马 氏 体 的 分 解l 此 过 程 发 生 在 温 度 高 于 100 时 ， 随 回 火 温 度 的 升 高 及 时间 的 延 长 ， 富 集 区 的

33、碳 原 子 发 生 有 序 化 然 后 转 变 为 碳 化 物 。l高 碳 钢 在 在 350 以 下 回 火 时 ，马 氏 体 分 解 后 形 成 的 低 碳 相 和弥 散 碳 化 物 组 成 的 复 相 组 织 称为 回 火 马 氏 体 。 l在 光 学 显 微 镜 下 呈 黑 色 针 状 。 (三 )、 残 余 奥 氏 体 的 转 变l残 余 奥 氏 体 在 250 300 间 回 火 时 发 生 分 解 ；l残 余 A分 解 成 为 碳 化 物 和 过 饱 和 ， 但 组 织 仍 是回 火 马 氏 体 （ 或 下 贝 氏 体 ） ；l在 回 火 第 二 阶 段 中 ， 残 余 A转 变

34、 为 回 火 马 氏 体 的 同时 ， M还 在 继 续 分 解 ；lM的 继 续 分 解 会 使 钢 的 硬 度 降 低 ， 但 由 于 较 弱 的 残余 A转 变 成 较 硬 的 下 贝 氏 体 ， 因 此 钢 的 硬 度 并 没 有明 显 降 低 ， 但 淬 火 内 应 力 进 一 步 减 小 。 (四 )、 碳 化 物 的 转 变l 马 氏 体 分 解 及 残 余 奥 氏 体 转 变 形 成 的 碳 化 物 是 亚 稳 定的 过 渡 相 。 当 回 火 温 度 升 高 到 250 400 时 ， 碳 化 物则 向 更 稳 定 的 碳 化 物 转 变 。l 碳 钢 中 比 碳 化 物 稳

35、 定 的 碳 化 物 由 两 种 ： 一 种 是 x 碳 化物 ， 分 子 式 Fe5C2， 具 有 单 斜 晶 格 。 另 一 种 是 更 稳 定 的 碳 化 物 ， 即 渗 碳 体 。 含C1.34% 高碳 马氏体回火时三种碳化物的析出范围 l当 回 火 温 度 升 高 到 400 以 后 ， 淬 火 马 氏 体 完 全 分 解 ， 但 相 仍 保 持 针 状 外 形 ， 先 前 形 成 的 碳 化 物 以 及 碳 化 物 此时 已 经 消 失 ， 全 部 转 变 为 碳 化 物 ， 即 渗 碳 体 。l当 回 火 温 度 升 高 到 400 以 上 时 ， 片 状 渗 碳 体 长度 和

36、宽 度 之 比 逐 渐 缩 小 ，最 终 形 成 细 小 的 粒 状 渗 碳体 。l这 种 由 针 状 相 和 细 颗粒 状 渗 碳 体 组 成 的 机 械 混合 物 称 为 回 火 屈 氏 体 。 (五 )渗 碳 体 的 聚 集 长 大 以 及 相 再 结 晶l 当 回 火 温 度 超 过 600 时 ， 细 粒 状 渗 碳 体 迅 速 聚 集 并 粗 化 。l 在 碳 化 物 聚 集 长 大 的 同 时 ， 相 状 态 在 不 断 变 化 。l 当 回 火 温 度 为 400 600 时 ， 由 于 马 氏 体 分 解 、 碳 化 物 转 变以 及 聚 集 长 大 ， 使 相 的 晶 格

37、畸 变 大 大 减 少 ， 因 此 残 余 应 力基 本 消 除 。 碳 含 量 为 0.3%钢 回 火 时第 一 类 内 应 力 的 变 化 相 也 会 发 生n 在 400 以 上 时 ， 开 始 回 复 ， 即 板 条 界 的 位 错 通 过 攀 移 、 滑移 而 消 失 。 位 错 密 度 下 降 ， 板 条 合 并 、 变 宽 。n 当 亚 结 构 为 孪 晶 时 ， 经 400 回 火 后 也 消 失 ， 但 片 状 特 征 仍存 在 。n在 600 以 上 时 ， 开 始 再 结 晶 ，位 错 密 度 低 的 板 条 块 长 大 ， 形成 多 边 形 （ 等 轴 ） 铁 素 体

38、晶 粒和 粗 粒 状 碳 化 物 的 机 械 混 合 物 ，称 为 回 火 索 氏 体 。n孪 晶 马 氏 体 在 600 以 上 回 火时 ， 片 状 特 征 也 消 除 ， 得 到 回 火 索 氏 体 。 总 结 ： 淬 火 碳 钢 在 不 同 温 度 回 火 ， 可 得 到 不 同 的 组 织 ：l350 以 下 回 火 ， 得 到 针 状 相 + 碳 化 物 ， 即 回 火马 氏 体 (碳 化 物 存 在 于 板 条 或 片 内 )， 记 作 M ；l400 500 回 火 ， 得 到 针 状 相 +细 粒 状 碳 化 物 ，即 回 火 屈 氏 体 记 作 T ；l500 650 回

39、火 ， 得 到 多 边 形 相 +粗 粒 状 碳 化物 ， 即 回 火 索 氏 体 ， 记 作 S。 共 析 碳 钢 淬 火 回 火 后 的 组 织 与 性 能回 火 组 织 组 织 本 质 主 要 性 能 特 点回 火 马 氏 体 碳 在 -Fe中 的过 饱 和 固 溶 体 与弥 散 的 碳 化 物组 成 的 复 相 组 织 保 持 马 氏 体 的 高 硬 度 和 耐 磨 性 ， 但 脆性 有 所 降 低 ， 塑 性 和 韧 性 提 高 。回 火 屈 氏 体 保 持 马 氏 体 形 态的 铁 素 体 与 细 粒状 渗 碳 体 的 复 相组 织 高 的 弹 性 极 限 ， 较 高 的 屈 服

40、强 度 回 火 索 氏 体 多 边 形 （ 或 等 轴 ）铁 素 体 和 粒 状 渗碳 体 的 复 相 组 织 良 好 的 综 合 力 学 性 能 思 考 ：1、 回 火 屈 氏 体 是 否 可 以 称 为 屈 氏 体 ？二 者 有 何 区 别 ？2、 回 火 索 氏 体 是 否 可 以 称 为 索 氏 体 ？二 者 有 何 区 别 ？ 转 变 产 物 珠 光 体 型珠 光 体 索 氏 体 屈 氏 体 粒 状 珠 光 体符 号 P S T P粒转 变 温 度 （ ） A1 650 650600 600 550 A1 650组 织 本 质 奥 氏 体 发 生 共 析 反 应 生 成 的 铁 素

41、体 和 渗 碳 体 的 混 合 物相 变 类 型 扩 散 型组 织 形 态 层 片 状 细 层 片状 极 细 层 片状 在 铁 素 体 基 体 上 分 布 着 粒 状Fe 3C硬 度 HRC 10 25 25 35 35 42 比 片 状 珠 光 体 硬 度 低其 它 性 能 特 点 片 层 间 距 越 小 ， 强 度 和 塑 性越 好 与 片 状 珠 光 体 比 较 ， 强 度 低 ，而 塑 性 、 韧 性 好 珠 光 体 的 组 织 与 性 能 二 、 回 火 时 机 械 性 能 的 变 化 各 种 碳 钢 淬 火 后 在 回 火 时 机 械 性 能 的 变化 基 本 相 似 ； 总 的

42、趋 势 是 随 着 回 火 温 度 升 高 ， 硬 度 和强 度 降 低 ， 塑 性 和 韧 性 升 高 。 三 、 回 火 的 种 类 按 回 火 温 度 的 不 同 ， 回 火 可 分 以 下 三 种 ： 低 温 回 火 ： 150C250C 中 温 回 火 ： 350C500C 高 温 回 火 ： 500C650C 1、 低 温 回 火 （ 150250） C l 目 的 ： 保 持 淬 火 钢 的 高 硬 度 和 高 耐 磨 性 ， 降 低 淬 火 应 力 ,减 少钢 的 脆 性 。 硬 度 为 58-64HRC。l 组 织 ： 回 火 马 氏 体l 应 用 ： 刃 具 、 量 具 、

43、 模 具 、 滚 动 轴 承 、 渗 碳 淬 火 件 和 表 面 淬 火件 。 2、 中 温 回 火 （ 350500） C l目 的 ： 获 得 高 的 弹 性 极 限 、 屈 服 点 和 较 好 的 韧 性 。又 称 弹 性 处 理 。 硬 度 为 35-45HRC.l组 织 ： 回 火 屈 氏 体l应 用 ： 弹 性 零 件 及 热 锻 模 具 等 。 3、 高 温 回 火 （ 500650） C l 目 的 ： 获 得 良 好 的 综 合 力 学 性 能 。 硬 度 为 25-35HRC.l 组 织 ： 回 火 索 氏 体 。l 应 用 ： 各 种 重 要 结 构 零 件 如 螺 栓 、 齿 轮 及 轴 承 。 淬 火 加 随 后 的 高 温回 火 也 称 为 调 质 处 理 。 中 碳 钢 （ 0.4 0.6 C） 亦 称 为 调 质钢 。