第一篇：熱處理基礎知識

熱處理

第一節

1.定義：把金屬材料加熱到一定的溫度并保溫一定時間，然后以一定的進度進行冷卻，得到所需的顯微組織和性能的工藝過程。解釋：

一定溫度：根據要求的某一溫度。淬火：完全奧氏體化的溫度。

各種鋼的加熱溫度都是根據臨界點ＡＣ１、AC3來確定的。影響因素，原始組織，加工狀態，工件尺寸等。

以一定的速度進行冷卻——因為速度不同所獲得的顯微組織不同，因而機械性能不同。

2.熱處理的作用

熱處理這一方法歷史上，例如刀、劍、鋼針加熱——放入水中——用鍋炒——炒。

金屬材料是現代化工業中的主要材料，例如：汽車齒輪、刀具、機床部件都需進行熱處理。

熱處理作用：A提高硬度

B降低硬度便于切削或其它切削加工

C消除因在各種加工中所引起的內應力。

D改善金屬的內部組織和性質，使其滿足不同的要求。

E提高表面耐磨耐腐性。

熱加工的對象是半成品，出現錯誤時會產生廢品，損失大。3.哈量廠的熱處理

哈量生產的產品——通用量具，標準刃具、精密量儀、數控刀具、數控機床。97%的零部件都需要經過熱處理。熱處理分廠有160人，除了一些輔助工段有3個主要工段。

1）合金鋼工段——主要處理量具，儀器配件、數控機床配件。所用鋼種：T10A——優質碳素工具鋼（游標卡尺）

GCr15——軸承鋼（換塞規，塊規）

9SiCr——合金工具鋼（板牙、自用工具）

40Cr——合金結構鋼（機床配件）

45#——碳素結構鋼（板牙）

20CrMnTi——合金結構鋼（滲碳件、數控刀柄）

2）高速鋼工段：W6Mo5Cr4V2、W9Mo5Cr4V、W18Cr4V——產品：鉆頭、絲錐、銑刀。

3）綜合處理工段：滲碳、真空淬火、多用爐淬火。第二節：鋼的分類

鋼是由Fe+C的合金元素組成

鐵碳合金按其含碳量的質量分數表示： 鋼——Wc=0.0218%~2.11% 工業純鐵——Wc<0.0218% 鑄鐵——Wc>2.11% 按化學成分分類

1.碳素鋼：碳的質量分數小于2.11%而不含有特意加入的合金元素的鋼稱 為碳素鋼，簡稱碳鋼

按鋼的含碳量分1）低碳鋼Wc≤0.25%

例如；20Cr鋼，0.17~0.24

2）中碳鋼0.25%

例如：45#，0.42~0.49

3）高碳鋼Wc>0.06

例如：T10A，0.95~1.04

2.合金鋼：

低合金鋼：按合金元素的總質量分數小于等于5%如40Cr、20Cr。中合金鋼：按合金元素的總質量分數大于等于5%小于10%例如：38CrMoAl 高合金鋼：按合金元素的總質量分數大于等于10%例W6Mo5Cr4V2。二按用途分類：

1.結構鋼：用作機器零件和工程結構鋼。例做橋梁、船舶、齒輪軸。1）碳素機構鋼：45#、65#、65Mn。

2）合金結構鋼：20CrMnTi、40Cr、42CrMn。2.工具鋼（C>0.7%）：

1）碳素工具鋼：T10A、T12A 2）合金工具鋼：W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V 3.特殊鋼：具有特殊的物理、化學、機械性能的鋼。例如：不銹鋼、耐磨鋼 和磁鋼。

第二節熱處理工藝制定原則及典型熱處理工藝

熱處理工藝規程的編制是零件工藝中最主要、最基本的工作內容。也是充分發揮材料的力學性能和零件的服役能力的基本保證。因此確切的說，工藝規程的編制工作屬于工程設計的范疇。是工程工作中重要的一個環節。

一．工藝編制要遵守以下原則 1.工藝的先進性

采用新工藝、新技術。熱處理設備的更新與改造。例（晶體管主頻，無觸點、數字控溫、變頻變壓器。）采用新型工藝材料。

目的：提高產品熱處理質量、提高生產能力、降低成本、提高熱處理后工件的表面質量，安全、環保。

2.工藝的合理性。

A工藝安排的合理性：前后序安排要合理，減少后序加工的難度，與機械加 工要協調，降低生產成本。

B零件熱處理要求合理性

熱處理工藝應與材料的特征相適應，零件的幾何尺寸和形狀應與熱處理的工藝相適應

C工藝方法及工藝參數的合理性

選擇合適的工藝參數，工藝方法應簡單適用，減少生產成本，便于操作。選擇工藝參數應根據相關標準，與標準不同的工藝參數應有試驗根據。

D熱處理前零件的尺寸形狀的合理性，防止變形、開裂等缺陷 E熱處理前工作狀態的合理性

鑄、鍛件應退火，機械加工應去除應力。3.工藝的可行性

A企業的熱處理條件、人員結構及素質、熱處理設備配備程度、設備的精度。B操作人員的專業技術水平，人員的文化程度、專業技術水平及對工藝操作的熟練程度。

C工藝技術的合理性：保證工藝的制定有法可依。4.工藝的經濟性

A能源利用：減少能源消耗，選用節能設備。

B設備工裝的使用：合理利用空間，采用機械化，自動化生產，提高生產效 率。

C工藝方法應簡便，減少不必要的程序，縮短生產周期。D利用現有設備設計輔助工裝及輔助工序。

化學熱處理——滲碳，真空熱處理 5.工藝可檢查性 A工藝參數的追溯，溫度時間的記錄，產品數量規格的記錄，操作者的記錄。B檢查結論的追溯，含金相，硬度，終檢記錄。6.工藝的安全性

A工藝本身的安全性：1）爆干后預熱2）加熱包鹽3）各種壓力容器的安 全措施

B控制有害作業，不采用有害工藝，如氰化物的使用等。

C環保：生產場所避免有害氣體排放，防止廢棄物污染對排放物進行處理。二.典型熱處理工藝

（一）φ10直柄麻花鉆，材料W6Mo5Cr4V2.技術要求：刃溝長L4/5,硬度≥63HRC，徑向跳動≤0.22mm。

1.淬火：裝量88件卡具 a烘干200~300℃，b一次預熱800~830℃，2分10秒，c二次預熱800~830℃，2分10秒。d加熱

1235~1240℃，2分10秒 e分級冷卻580~630℃，2分10秒 f空冷到室溫 2.清洗

3.回火，三次550~560℃，三次每次1小時，每次空冷到室溫再回火。4.清洗 5.噴砂 6.防銹 7.調直 8.檢查

(二)150卡尺測尺熱處理

材料T10A，技術要求：兩面58~63HRC，其余40~48HRC，平面度大小

面0.12mm。

1.淬火裝卡具（20件）裝量60件 a烘干200~300℃，6分 b預熱650~700℃，6分 c加熱780~790℃，6分

d冷卻（硝鹽，NaNO2）150~180℃，6分 2.清洗 3.尺爪退火 4.回火420~450℃，2小時 5.檢查

6.量面淬火（高頻）過飽和NaNO3水溶液。7.回火200~210℃，2h 8.檢查 9.調直 10.檢查

（三）125mm量塊熱處理工藝

材料：GCr15 硬度≥64HRC，磁性≥95% 1.淬火：綁串，數量72件 a烘干200~300℃，15秒 b預熱650~700℃，15秒 c加熱860~865℃，15秒 d冷卻：油

2.冷處理：-80℃，3h 3.清洗 4.回火 5.清洗 6.檢查 7.噴砂

8.檢查:0級±0.3u

1級±0.6u 第三節：熱處理爐的分類

一.按熱源分：電阻爐、煤氣爐、油爐、煤爐 二.按工作溫度分：高溫爐（>1000℃）；中溫爐（650~1000℃）；低溫爐(<650℃)三.按工藝用途分：退火爐、淬火爐、回火爐、滲碳、氮化爐、實驗爐

四.按加熱介質分：自然氣氛爐、浴爐、可換氣氛爐、真空爐、流動粒子爐。五.按爐型結構分：廂式爐、井式爐、臺車式爐、罩式爐、傳送帶式爐等 真空爐：隨著我國科研生產技術快速發展，真空熱處理技術的應用近些年來明顯增加。

特點：工件無氧化，無脫碳，表面質量好，畸變小，熱處理零件綜合性 能好，以及無污染，無公害，自動化程度高等一系列優點。投入大，生產周期長，批量大是其缺點。

抽真空度：機械泵6.6x10-2Pa

羅茨泵1.33x10-2Pa 加熱條件1.3x10-2Pa~6.6x10-2Pa 淬火介質

1.空氣：高速鋼 2.油：32#變壓器油

3.水：10~15%NaNo3水溶液 4.堿或鹽浴：150~180℃NaNo2 5.新型的有機聚合物淬火介質：聚乙烯醇（PVA）、聚二醇（PAG）等。工件冷卻均勻，避免軟點，減少變形與開裂。無毒無煙，無腐蝕，冷卻速度范圍寬等優點。

熱處理過程的定義

1.退火：將組織偏離平衡狀態的金屬或合金加熱到適當的溫度保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態組織結構的熱處理工藝稱為退火。

目的：a消除偏析，均勻化學成分

b降低硬度，便于切削加工

c消除或減少內應力，消除加工硬化，以便進一步冷變形加工

d細化晶粒，改善組織或消除組織缺陷

e改善高碳鋼中碳化物形態和分布，為零件最終熱處理做好組織準備。2.正火：將鋼材或鋼件加熱到AC3（ACｍ）以上適當溫度后，空中冷卻，得到珠光體類型組織的熱處理工藝稱為正火。正火是退火的一個特例，其目的基本相同。

3.淬火：將鋼加熱到臨界點AC1或AC3以上一定溫度保溫一定時間，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻使過冷奧氏體轉變為馬氏體或下貝體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火后的零件必須回火。

目的：（淬火+回火）

a提高鋼的硬度和耐磨性，延長使用壽命。b提高鋼的彈性極限。

C提高鋼的綜合力學性能。

d改善鋼的特殊性能——永久磁鐵。淬火：整體、局部、表面淬火。

冷卻方式：單液淬火、雙液淬火、分級、等溫淬火。

介質不同：鹽浴淬火、高頻淬火、火焰淬火。

淬硬性：鋼在理想條件下進行淬火硬化所能達到的最高硬度能力。45#——水，50HRC。

淬透性：指在規定條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。

水冷

油冷

5#13~16.5mm

6~9.5mm T10A

10~15mm

<8mm 40Cr

30~38mm

19~28mm 鹽浴加熱爐成分：高溫爐100%BaCl2

合金鋼淬火：66% BaCl2+34%KCl 合金元素在鋼中的作用 合金鋼性能優良，在于鋼中合金元素的作用。合金元素在鋼中可以與鐵和碳形成固溶體（包括合金奧氏體、合金鐵素體、合金馬氏體）和碳化物（包括合金滲碳體、特殊碳化物）。

作用：(1)合金元素改善鋼的熱處理工藝性能

①細化奧氏體晶粒，Ti、V、Nb、Zr、Al阻礙奧氏體晶粒長大，Mn 除外

②提高淬透性，除Co外，幾乎所有的合金元素固溶于奧氏體中增加奧氏體中的穩定性，從而減慢過冷奧氏體的分解速度，使C曲線右移，因而降低了鋼淬火時的臨界冷卻速度，提高了淬透性。

③提高回火抗力，產生二次硬化。回火抗力是指淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力，又稱回火穩定性。

（2）合金元素提高鋼的使用性能 ①合金元素使鋼得到強化

②合金元素使鋼獲得特殊性能，獲得耐腐蝕、耐熱等特殊性能。A1、A2、Acm稱為碳素鋼加熱或冷卻過程中組織轉變的臨界溫度。A1——共析鋼加熱冷卻時，珠光體與奧氏體相互轉變臨界溫度。A2——亞共析鋼加熱冷卻時，鐵素體與奧氏體相互轉變臨界溫度。Acm——過共析鋼加熱冷卻時，滲碳體與奧氏體相互轉變臨界溫度。

第二篇：熱處理

1．退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。

2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點溫度）以上，30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。

3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。

4．回火：指鋼件經淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。

5．調質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。

6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

3.固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝

4.時效：合金經固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現象。

5.固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工成型

6.時效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度

9.鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

11.釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝

第三篇：熱處理

1、馬氏體的組織形態主要有兩種類型,即板條狀馬氏體和片狀馬氏體.淬火鋼中形成的馬氏體形態主要與鋼的含碳量有關.板條狀馬氏體是低碳鋼,馬氏體時效鋼,不銹鋼等鐵系合金形成的一種典型的馬氏體組織,因其單元立體形狀為板條狀,故稱板條狀馬氏體.由于它的亞結構主要是由高密度的位錯組成,所以又稱位錯馬氏體;片狀馬氏體則常見于高,中碳鋼,每個馬氏體晶體的厚度與徑向尺寸相比很小其斷面形狀呈針片狀,故稱片狀馬氏體或針狀馬氏體.由于其亞結構主要為細小孿晶,所以又稱為孿晶馬氏體.一般當Wc<0.3%時,鋼在馬氏體形態同乎全為板條馬氏體;當Wc>1.0%時,則幾乎全為片狀馬氏體;當Wc=0.3%-1.0%時,為板條馬氏體和片狀馬氏體的混合物,隨含碳量的升高,淬火鋼中板條馬氏體的量下降,片狀馬氏體的量上升.高碳鋼在正常溫度淬火時,細小的奧氏體晶粒和碳化物都能使其獲得細針狀馬氏體組織,這種組織在光學顯微鏡下無法分辨稱為隱針馬氏體.2、（一）馬氏體的分解

從室溫到200℃左右范圍內回火時，馬氏體中一部分過飽和的碳以及細小的ε-碳化物（FexC或Fe2.4C）形式析出，并分布在馬氏體基體上，使馬氏體中的含碳量下降，體心正方的正方度c/a減小（即國飽和程度降低），使馬氏體熱處理的脆性下降，硬度稍降。此時組織為過飽和程度稍低的馬氏體和極細小的ε-碳化物組成的混合組織，稱為“回火馬氏體組織”，M回。

ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C轉變的過渡相。

（二）殘余奧氏體的轉變

約在200-300℃，馬氏體繼續分解的同時，殘余奧氏體也發生轉變，變成了下貝氏體組織。此時主要組織仍是回火馬氏體，但由于加熱溫度較高，馬氏體的過飽和程度進一步降低，組織的硬度降低，塑性提高。由于殘余奧氏體轉變為硬度較高的下貝氏體，因此鋼的硬度下降不大。此時組織為“回火馬氏體+下貝氏體”

（三）滲碳體形成和鐵素體恢復

約在300-400℃之間，α固溶體中過飽和的熱處理碳逐漸析出，ε-碳化物轉變為穩定的較小的Fe3C顆粒，α固溶體中的含碳量幾乎達到平衡成分，故馬氏體變成鐵素體（c/a≈1），體心正方晶格變成體心立方晶格，此時組織為“鐵素體與彌散在其中的細粒狀滲碳體的混合物”,稱為“回火屈氏體”，T回。

（四）滲碳體的聚集長大和鐵素體的再結晶

約在400-650℃之間，滲碳體不斷聚集長大，內應力與晶格歪扭完全消除，組織是由鐵素體和球化的滲碳體所組成的混合物，稱為“回火索氏體”，S回。此時，碳固溶強化作用消失，強度取決于Fe3C質點的尺寸和彌散度。回火溫度越高，滲碳體質點越大，彌散讀越低，強度越低。

3、一、過熱現象

我們知道熱處理過程中加熱過熱最易導致奧氏體晶粒的粗大，使零件的機械性能下降。

1.一般過熱：加熱溫度過高或在高溫下保溫時間過長，引起奧氏體晶粒粗化稱為過熱。粗大的奧氏體晶粒會導致鋼的強韌性降低，脆性轉變溫度升高，增加淬火時的變形開裂傾向。而導致過熱的原因是爐溫儀表失控或混料（常為不懂工藝發生的）。過熱組織可經退火、正火或多次高溫回火后，在正常情況下重新奧氏化使晶粒細化。

2.斷口遺傳：有過熱組織的鋼材，重新加熱淬火后，雖能使奧氏體晶粒細化，但有時仍出現粗大顆粒狀斷口。產生斷口遺傳的理論爭議較多，一般認為曾因加熱溫度過高而使MnS之類的雜物溶入奧氏體并富集于晶界面，而冷卻時這些夾雜物又會沿晶界面析出，受沖擊時易沿粗大奧氏體晶界斷裂。

3.粗大組織的遺傳：有粗大馬氏體、貝氏體、魏氏體組織的鋼件重新奧氏化時，以慢速加熱到常規的淬火溫度，甚至再低一些，其奧氏體晶粒仍然是粗大的，這種現象稱為組織遺傳性。要消除粗大組織的遺傳性，可采用中間退火或多次高溫回火處理。

二、過燒現象

加熱溫度過高，不僅引起奧氏體晶粒粗大，而且晶界局部出現氧化或熔化，導致晶界弱化，稱為過燒。鋼過燒后性能嚴重惡化，淬火時形成龜裂。過燒組織無法恢復，只能報廢。因此在工作中要避免過燒的發生。

三、脫碳和氧化

鋼在加熱時，表層的碳與介質（或氣氛）中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發生反應，降低了表層碳濃度稱為脫碳，脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強度及耐磨性降低，而且表面形成殘余拉應力易形成表面網狀裂紋。

加熱時，鋼表層的鐵及合金與元素與介質（或氣氛）中的氧、二氧化碳、水蒸氣等發生反應生成氧化物膜的現象稱為氧化。高溫（一般570度以上）工件氧化后尺寸精度和表面光亮度惡化，具有氧化膜的淬透性差的鋼件易出現淬火軟點。

為了防止氧化和減少脫碳的措施有：工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內碳勢）、火焰燃燒爐（使爐氣呈還原性）

四、氫脆現象

高強度鋼在富氫氣氛中加熱時出現塑性和韌性降低的現象稱為氫脆。出現氫脆的工件通過除氫處理（如回火、時效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

4、混合物的組分在濃度梯度的作用下由高濃度向低濃度的方向轉移的過程叫做傳質。在含有兩種或兩種以上組分的流體內部，如果有組分的濃度梯度存在，則每一種組分都有向其低濃度方向轉移，已減弱這種濃度不均勻的趨勢。

A傳質方式及歷程，物質首先從一相主體擴散至兩相界面的該相一側，然后通過相界面進入另一相，最后通過此相的界面向主體擴散；傳質過程的方向及極限，一定條件下，非平衡態的兩相體系進行趨于平衡態的傳遞；兩相體系必存在著平衡關系，條件的改變可破壞原有的平衡態；傳質過程推動力和速率，平衡是傳質過程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態的程度為傳質推動力。

A、傳質方式及歷程

? 物質首先從一相主體擴散至兩相界面的該相一側，然后通過相界面進入另一相，最后通過此相的界面向主體擴散。

B、傳質過程的方向及極限

? 一定條件下，非平衡態的兩相體系進行趨于平衡態的傳遞；兩相體系必存在著平衡關系。? 條件的改變可、B、傳質過程推動力和速率

?平衡是傳質過程的極限，組分在兩相分配偏離平衡狀態的程度為傳質推動力。單位時間，單位相接觸面上傳遞的物質的量，mol/(㎡.s).? 傳質速率等于傳質系數乘以傳質推動力。? 破壞原有的平衡態。

相變的類型可以從三個不同的角度（即按熱力學關系、按結構變化和按動力學關系）來進行討論。

? 相變的熱力學規律是非常清楚的，在按熱力學關系討論相變問題時，系統的吉布斯自由能起了熱力學勢的作用。一級相變的自由能的一階導數在相變點是不連續的，因而熵和體積的變化不連續，說明它有相變潛熱。而二級相變中，熵和體積在相變點是連續的，而自由能的二階導數所確定的一些響應函數，如比熱容、壓縮率和膨脹率則有不連續的變化。在自然界中觀察到的相變多數是一級相變，合金和金屬中的相變也是如此。

從晶體學的觀點，闡明母相與新相在晶體結構上的差異，即按結構變化對相變進行分類，是對用熱力學關系進行分類的一個重要補充。

結構相變可以分重構型、位移型和有序無序型三種基本類型。重構型相變中，大量化學鍵被破壞，在重新組合后，新相和母相之間在晶體學上沒有明確的位向關系，而且原子的近鄰的拓撲關系也產生顯著的變化。這類相變經歷了很高的勢壘，相變潛熱很大，過程緩慢。這類相變屬于強一級相變。當然，液-固相變和氣-固相變也必然是重構型的。另外，還有位移型相變，在相變前后原子的近鄰的拓撲關系仍保持不變，相變過程不涉及化學鍵的破壞，新相與母相之間存在明確的晶體學位向關系，它經歷的勢壘很小，相變潛熱也很小甚至完全消失。因此位移型相變可能是二級相變或弱一級相變。還有一種位移相變，它以晶格切變為主，也可能涉及晶胞內原子的相對位移，這就是人們通常說的馬氏體相變，也是強一級相變。有序-無序相變在結構上往往涉及多組元固溶體中兩種或多種原子在晶格點陣上排列的有序化。這可以是二級相變或弱一級相變。

相變動力學的任務在于具體地描述相變的微觀機制，轉變途徑，轉變速率及一些物理參量對它們的影響。由于在相變的進程中，系統要經歷一系列非平衡態，所以要依靠物理動力學的理論和方法。

第四篇：熱處理

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第五篇：北科大-熱處理考試重點總結----熱處理基礎知識收藏

合金元素作用：

淬火——回火鋼作用：除Co外，合金元素降低鋼的Ms溫度。硼在奧氏體晶界處吸附。影響界面能，因而增大淬透性。對殘余奧氏體性能作用：

合金元素通過降低MS溫度，以及錳鎳等FCC元素穩定殘余奧氏體。鎳對淬火鋼的韌性有特別好的作用。

合金元素形成碳化物的傾向愈強，其碳化物也愈難溶解。

合金元素在奧氏體中的均勻化，也需要較長時間，因為合金元素的擴散速度，均遠低于碳的擴散速度。

含有較強的碳化物形成元素(如鉬、鎢，釩，鈮、鈦等)的鋼，在奧氏體化加熱時，易于獲得細晶粒的組織。

強烈阻止晶粒粗化的元素：鈦、鈮、釩、鋁等，其中以鈦的作用最強。鎢、鉬、鉻等中強碳化物形成元素，也顯著地阻礙奧氏體晶粒粗化過程。錳和磷是促使奧氏體晶粒粗化的元素。合金元素對馬氏體轉變的影響 增加冷卻時間，降低冷卻速度。

提高鋼的回火穩定性；產生二次硬化；增大回火脆性

合金元素對碳在奧氏體中的擴散影響

1)Co、Ni增大碳在奧氏體中的擴散系數，因而加快奧氏體形成速度；

2)碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等降低碳在奧氏體中的擴散系數，且所形成的特殊碳化物較難溶解，所以減慢奧氏體形成速度；

3)Si、Al、Mn等元素對碳在奧氏體中的擴散系數影響不大，因此對奧氏體形成速度沒有多大影響。

奧氏體等溫形成動力學的影響因素：

1.加熱溫度：溫度越高，奧氏體形成速度越快。2.碳含量：碳含量越高，奧氏體的形成速度越快。3.原始組織：碳化物的形狀、分散度。

4.合金元素：合金元素的加入對奧氏體的形成機理沒有影響，但是合金元素的存在改變了碳化物的穩定性，影響碳在奧氏體中的擴散系數。另外，合金元素在碳化物與基體之間的分布不均勻，也可影響奧氏體的形成速度、碳化物的溶解以及奧氏體的均勻化。奧氏體晶粒大小的影響因素：

? 加熱溫度和保溫時間:晶粒長大和原子的擴散密切相關，溫度升高或保溫時間延長，有助于擴散進行，因此奧氏體晶粒變得更加粗大。

? 加熱速度：加熱速度與過熱度有關，加熱速度越大，過熱度越大，即奧氏體的實際形成溫度越高。高溫下獲得的起始晶粒細小，但很容易長大，因此保溫時間不宜過長。

? 碳含量：碳含量不足以形成過剩碳化物的時候，隨著含量的增加晶粒增大；如果足以形成未溶解的碳化物，阻礙奧氏體晶粒的長大。

? 脫氧劑及合金元素：Al脫氧可以形成AlN顆粒，阻礙晶粒長大；Ti，Nb，V強碳化物形成元素的加入，形成顆粒細小、彌散分布的碳化物，阻礙奧氏體晶粒長大；Mn、P促進奧氏體晶粒的長大。

? 原始組織：原始組織只影響起始晶粒度。原始組織越細，起始晶粒度就越細小。

控制晶粒長大的措施：

? 利用Al脫氧，形成AlN質點，細化晶粒；

? 加入強的碳氮化物形成元素，形成難溶的碳氮化物，阻礙奧氏體晶粒長大； ? 采用快速加熱、短時保溫的辦法，獲得細小的晶粒； ? 控制鋼的熱加工工藝和采用預備熱處理工藝。

過熱：由于加熱工藝不當(加熱溫度過高、保溫時間過長等)而引起實際奧氏體晶粒粗大，在隨后的淬火或正火得到十分粗大的組織，從而使鋼的機械性能嚴重惡化，此現象稱為過熱。

通過正火、退火的重結晶可以消除過熱組織(非平衡組織則難以消除)。

過燒：由于加熱工藝不當(加熱溫度過高、保溫時間過長等)而引起奧氏體晶界熔化的現象稱為過燒。通過正火、退火的重結晶不能消除過燒組織。

以共析鋼為例，過冷奧氏體等溫轉變曲線可以劃分為三個轉變區域：

1）從A1至550℃形成層片狀鐵素體和滲碳體的機械混合物，統稱為珠光體;2）從550℃至Ms形成貝氏體，它是過飽和碳的鐵素體和碳化物的機械混合物。根據形成溫度高低，又可分為上貝氏體和下貝氏體;3）將奧氏體快冷至Ms以下，在Ms至Mf之間產生馬氏體轉變，它是屬于無擴散性相變，得到的過飽和的α固溶體。由此的結論：

（1）以某一定速度冷卻時，珠光體轉變在一個溫度區間進行。冷速愈大，此區間也愈大，開始轉變的溫度也愈低。

（2）冷卻速度小于下臨界冷卻速度時，轉變產物全部為珠光體（P）；冷卻速度大于上臨界冷卻速度時，轉變產物為馬氏體（M）及少量殘余奧氏體；

（3）冷卻速度介于上臨界速度與下臨界速度之間時，轉變產物為珠光體、馬氏體加少量殘余奧氏體。

魏氏組織：工業上將具有先共析片（針）狀鐵素體或針（片）狀滲碳體加珠光體的組織，稱為魏氏組織。形成條件：

? 易在粗晶粒的奧氏體中形成； ? 與鋼的化學成分有關；

? 在一定的冷卻速度下才能形成。力學性能：

塑性和沖擊韌性顯著降低；使韌脆轉變溫度升高。

馬氏體具有高強度和高硬度的原因如下：

(1)固溶強化：過飽和碳原子間隙式固溶于馬氏體中引起強烈的正方畸變，形成以碳原子為中心的應力場，這種應力場與位錯交互作用使馬氏體顯著強化。

(2)亞結構強化：板條狀馬氏體內的高密度位錯，片狀馬氏體內的精細孿晶，產生亞結構強化。

(3)時效強化：馬氏體形成過程中發生自回火，使碳原子沿晶格缺陷偏聚或碳化物彌散析出，從而產生時效強化。鋼在回火時的轉變

一、馬氏體中碳原子的偏聚 100℃以下回火，(1)含碳量小于0.2%的馬氏體中，間隙碳原子全部偏聚到高密度的位錯線上，形成柯氏氣團(2)含碳量大于0.2%的馬氏體中，化學偏聚。

二、馬氏體的分解與亞穩碳化物的形成

在100℃以上回火時，馬氏體將發生較為明顯的分解，并析出碳化物。在150~250℃回火時，片狀馬氏體將分解為片狀α固溶體和薄片狀ε碳化物的兩相組織，稱為回火馬氏體。

對于含碳量<0.2%的板條狀馬氏體，在100~200℃之間回火時，馬氏體一般不析出ε碳化物，碳原子仍偏聚在位錯線附近。

三、殘余奧氏體的轉變

在200~300℃溫度區間回火時，殘余奧氏體將分解為過飽和α固溶體和薄片狀ε碳化物的兩相組織，一般認為是回火馬氏體或下貝氏體

四、碳化物的轉變

形成比ε碳化物更加穩定的χ碳化物和θ碳化物。

五、碳化物的聚集長大與α相的回復、再結晶

回火溫度高于400℃后，滲碳體明顯聚集長大并球化，α相將發生回復 回火溫度高于600℃后，α相將發生再結晶。淬火鋼在回火過程中的組織變化為：

在150~250℃之間回火時，片狀馬氏體將分解為片狀α固溶體和薄片狀ε碳化物的兩相組織，稱為回火馬氏體；

在350~500℃之間回火時，碳鋼與低合金鋼將得到板條狀或片狀鐵素體與細顆粒滲碳體組成的混合物，稱為回火屈氏體；

在500~650℃之間回火時，碳鋼與低合金鋼將得到顆粒狀滲碳體分布于等軸狀鐵素體基體上的組織，稱為回火索氏體。

在650℃~A1之間回火時，顆粒狀滲碳體進一步長大，分布于等軸狀鐵素體基體上的組織，稱為粒狀珠光體。a． 影響淬透性的因素：

(1)奧氏體化學成分：除Co以外的合金元素，當其溶入A后，使C曲線右移，提高鋼的淬透性。

(2)奧氏體化條件：A化溫度越高，保溫時間越長，成分愈均勻，使過冷A越穩定，C曲線越右移，鋼的淬透性越好。b． 影響淬透層深度的因素：

(1)鋼的淬透性

(2)零件的形狀與尺寸

(3)淬火介質的冷卻能力

鐵素體，奧氏體都有很好的塑性,韌性,珠光體有較高的綜合機械性能;萊氏體滲碳體都是脆性的,硬度高,耐磨性好;索氏體較珠光體有更高的綜合機械性能;馬氏體分2種:低碳M有很高的強韌性,高碳M有更高的耐磨性;屈氏體較索氏體的層片間距更小,屈服強度更高,彈性更好.珠光體

綜合力學性能好

強度 塑性 韌性 抗疲勞 都不錯

奧氏體

沒有強度硬度

延展性塑性 非常好

馬氏體

具有高硬度 高耐磨的特性 缺點 穩定性不好 所以一般淬火后都得回火 滲碳體

含碳高硬度高 脆

固溶強化：利用置換式溶質原子和間隙式溶質原子與位錯的交互作用。提高屈服強度的方法。間隙比置換好。

形變強化：利用形變使鋼強化的方法。隨著型變量增加，在晶體內產生高的位錯密度。時效強化/沉淀強化：過飽和固溶體的脫溶。

彌散強化：利用彌散的超細微粒阻礙位錯的運動，提高材料高溫下的力學性能。