第第4章熱處理與表面章熱處理與表面工程技術(shù)工程技術(shù)一、鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、鋼在加熱和冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 （一）鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變（一）鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 下下面面以以共共析析鋼鋼為為例例討討論論鋼鋼在在加加熱熱過過程程中中奧奧氏氏體體的形成過程，如圖的形成過程，如圖3-23-2所示所示。第一節(jié) 鋼的熱處理(二二)鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式。鋼的熱處理工藝有兩種冷卻方式。1 1連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 連連續(xù)續(xù)冷冷卻卻就就是是使使加加熱熱到到奧奧氏氏體體的的鋼鋼，在在溫溫度度連連續(xù)續(xù)下下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。2 2等溫冷卻等溫冷卻 等等溫溫冷冷卻卻就就是是使使加加熱熱到到奧奧氏氏體體的的鋼鋼，先先以以較較快快的的冷冷卻卻速速度度冷冷至至A A1 1線線以以下下一一定定的的溫溫度度，這這時時奧奧氏氏體體尚尚未未轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變，但但成成為為過過冷冷奧奧氏氏體體。然然后后進(jìn)進(jìn)行行保保溫溫，使使奧奧氏氏體體在在等等溫溫狀狀態(tài)態(tài)下下發(fā)發(fā)生生組組織織轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變完完成成后后再再冷卻到室溫。冷卻到室溫。共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，如共析鋼的奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線，如圖圖3-33-3所示。所示。第一節(jié) 鋼的熱處理 共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物大致可分為三個類型共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物大致可分為三個類型:(1)(1)高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物高溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 過過冷冷到到A1-650A1-650之之間間后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變得得到到的的組組織織為為珠珠光光體體;過過冷冷到到650-600650-600之之間間后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變得得到到的的組組織織為為索索氏氏體體，又又稱稱細(xì)細(xì)珠珠光光體體;過過冷冷到到600-550600-550之之間間后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變得得到到的的組組織織為為托托氏氏體，又叫極細(xì)珠光體。體，又叫極細(xì)珠光體。(2)(2)中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 如如果果將將過過冷冷到到550-350550-350之之間間后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變而而得得到到的的組組織織叫叫上上貝貝氏氏體體，過過冷冷到到350-230350-230之之間間后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變而而得得到到的的則則為為下下貝貝氏氏體。體。(3)(3)低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物低溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 共共析析鋼鋼奧奧氏氏體體過過冷冷到到230230（MsMs）時時，開開始始轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉轳R馬氏氏體體，隨隨著著溫溫度度下下降降，馬馬氏氏體體逐逐漸漸增增多多，過過冷冷奧奧氏氏體體不不斷斷減減少少，直直至至-50(Mf)-50(Mf)時時，過過冷冷奧奧氏氏體體才才轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變完完了了。第一節(jié) 鋼的熱處理二、鋼的熱處理工藝二、鋼的熱處理工藝 鋼鋼件件最最常常用用的的熱熱處處理理工工藝藝為為退退火火、正正火火、淬淬火火、回回火火及表面熱處理。及表面熱處理。(一一)鋼鋼的的退退火火(annealing)(annealing)和和正正火火(normalizing)(normalizing)各各種種退火、正火方法的加熱溫度范圍如圖退火、正火方法的加熱溫度范圍如圖3-43-4所示。所示。1.1.退火退火 退退火火是是將將鋼鋼材材或或鋼鋼件件加加熱熱到到適適當(dāng)當(dāng)溫溫度度，保保溫溫一一定定時時間間，隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。隨后緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。完全退火完全退火 將將鋼鋼材材或或鋼鋼件件加加熱熱至至AC3AC3以以上上20-3020-30，經(jīng)經(jīng)完完全全奧奧氏氏體體化化后后進(jìn)進(jìn)行行緩緩慢慢冷冷卻卻，以以獲獲得得近近于于平平衡衡組組織織的的熱熱處處理理工工藝。藝。第一節(jié) 鋼的熱處理 球化退火球化退火 球球化化退退火火是是不不完完全全退退火火的的一一種種。將將過過共共析析鋼鋼加加熱熱到到A AC1C1 +（10102020），保保溫溫一一定定時時間間后后緩緩慢慢冷冷卻卻，使使過過共共析析鋼鋼中中碳碳化化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。均勻化退火均勻化退火 均均勻勻化化退退火火又又稱稱擴(kuò)擴(kuò)散散退退火火，它它是是將將鋼鋼錠錠、鑄鑄件件加加熱熱至至略略低低于于固固相相線線的的溫溫度度下下長長時時間間保保溫溫，然然后后緩緩慢慢冷冷卻卻以以消消除除化化學(xué)學(xué)成成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 又又稱稱低低溫溫退退火火。即即將將鋼鋼加加熱熱至至低低于于A AC1C1的的某某一一溫溫度度 (一一般般為為500-600)500-600)，經(jīng)保溫后緩慢冷卻。，經(jīng)保溫后緩慢冷卻。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 把把這這類類鋼鋼加加熱熱到到再再結(jié)結(jié)晶晶溫溫度度以以上上150-250150-250，即即650-650-750750，保溫后空冷。，保溫后空冷。第一節(jié) 鋼的熱處理 2.2.正火正火 正正火火是是將將鋼鋼加加熱熱到到AC3(AC3(或或Accm Accm)以以上上30-5030-50，保保溫溫適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡臅r時間間后后，在在空空氣氣中中冷冷卻卻的熱處理工藝。的熱處理工藝。第一節(jié) 鋼的熱處理（二）淬火（二）淬火(quenching)(quenching)與回火與回火(tempering)(tempering)1 1淬火淬火 將將鋼鋼加加熱熱到到AC3(AC3(亞亞共共析析鋼鋼)或或AC1AC1（過過共共析析鋼鋼）以以上上一一定定溫溫度度，保保溫溫后后以以大大于于臨臨界界冷冷卻卻速速度度的的冷冷速速得得到到馬馬氏氏體體(或或下下貝貝氏氏體體)的熱處理工藝叫淬火。的熱處理工藝叫淬火。常用的淬火方法有下列幾種常用的淬火方法有下列幾種:(1)(1)單介質(zhì)淬火單介質(zhì)淬火 將將加加熱熱到到奧奧氏氏體體狀狀態(tài)態(tài)的的工工件件，在在溫溫度度低低于于工工件件材材料料的的上上馬馬氏氏體體點(diǎn)點(diǎn) (Ms(Ms點(diǎn)點(diǎn))的的一一種種淬淬火火介介質(zhì)質(zhì)中中連連續(xù)續(xù)冷冷卻卻下下來來以以形形成成馬馬氏氏體體的的淬火方法淬火方法 (如如圖圖3-53-5中曲線中曲線l l所示所示)。(2)(2)雙介質(zhì)淬火雙介質(zhì)淬火 先先將將加加熱熱到到奧奧氏氏體體狀狀態(tài)態(tài)的的工工件件在在冷冷卻卻能能力力強(qiáng)強(qiáng)的的淬淬火火介介質(zhì)質(zhì)中中冷冷卻卻至至接接近近MsMs點(diǎn)點(diǎn)溫溫度度，再再立立即即轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)人人冷冷卻卻能能力力較較弱弱的的淬淬火火介介質(zhì)質(zhì)中中冷冷卻卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變 (見見圖圖3-53-5曲線曲線2)2)。第一節(jié) 鋼的熱處理 (3)(3)噴液淬火噴液淬火 它是向工件噴射急速水流的淬火方法。它是向工件噴射急速水流的淬火方法。(4)(4)分級淬火分級淬火 將將奧奧氏氏體體狀狀態(tài)態(tài)的的工工件件首首先先淬淬入入略略高高于于鋼鋼的的MsMs點(diǎn)點(diǎn)的的鹽鹽浴浴或或堿堿浴浴中中保保溫溫，當(dāng)當(dāng)工工件件內(nèi)內(nèi)外外溫溫度度均均勻勻后后，再再從從浴浴爐爐中中取取出出空空冷冷至至室室溫溫，完完成成馬馬氏氏體體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變 (見見圖圖3-53-5曲線曲線3)3)。(5)(5)等溫淬火等溫淬火 鋼鋼材材或或鋼鋼件件加加熱熱奧奧氏氏體體化化，隨隨之之快快冷冷到到貝貝氏氏體體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變溫溫度度區(qū)區(qū)間間(260-400)(260-400)保保持持等等溫溫，使使奧奧氏氏體體轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉樨愗愂鲜象w的淬火工藝體的淬火工藝 (見見圖圖3-53-5曲線曲線4)4)。第一節(jié) 鋼的熱處理2 2回火回火 回回火火是是將將淬淬火火后后的的鋼鋼加加熱熱到到A1A1以以下下溫溫度度，保保溫溫一一段段時時間間，然然后后置置于于空空氣氣或或水水等等介介質(zhì)質(zhì)中中冷冷卻卻的的熱熱處處理工藝。理工藝。(1)(1)低溫回火低溫回火 低低溫溫回回火火溫溫度度約約為為l50-250l50-250，回回火火組組織織為為回回火火馬氏體。馬氏體。(2)(2)中溫回火中溫回火 中中溫溫回回火火溫溫度度一一般般在在350-500350-500之之間間，回回火火的的組組織為回火托氏體?？棡榛鼗鹜惺象w。(3)(3)高溫回火與調(diào)質(zhì)處理高溫回火與調(diào)質(zhì)處理 高高溫溫回回火火溫溫度度約約為為500-650500-650，回回火火組組織織為為回回火火索氏體。索氏體。第一節(jié) 鋼的熱處理 三、其它熱處理三、其它熱處理 1.1.表面淬火表面淬火 表表面面淬淬火火是是將將工工件件表表面面快快速速加加熱熱到到淬淬火火溫溫度度，然然后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。后迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。(1)(1)感應(yīng)加熱表面淬火法感應(yīng)加熱表面淬火法 (2)(2)火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火 2.2.化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理 將將金金屬屬工工件件放放人人一一定定溫溫度度的的活活性性介介質(zhì)質(zhì)中中保保溫溫，使使一一種種或或幾幾種種元元素素滲滲入入它它的的表表層層，以以改改變變其其化化學(xué)學(xué)成成分分、組組織織和和性性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。根根據(jù)據(jù)滲滲入入元元素素的的不不同同，化化學(xué)學(xué)熱熱處處理理可可分分為為滲滲碳碳、滲滲氮、碳氮共滲等。氮、碳氮共滲等。3.3.形變熱處理形變熱處理 形形變變熱熱處處理理是是將將塑塑性性變變形形和和熱熱處處理理工工藝藝有有機(jī)機(jī)結(jié)結(jié)合合，以提高材料力學(xué)性能的復(fù)合工藝。以提高材料力學(xué)性能的復(fù)合工藝。第一節(jié) 鋼的熱處理第二節(jié) 金屬間化合物材料的熱處理 FeFe3 3AlAl金屬間化合物是一種新金屬材料金屬間化合物是一種新金屬材料 。由由Fe-AlFe-Al合合金金相相圖圖知知(見見圖圖3-63-6)，對對于于含含25253030（atat）AlAl的的Fe-AlFe-Al合合金金，高高溫溫時時為為無無序序相相，隨隨著著溫溫度度降降低低，在在750750950950溫溫度度范范圍圍可可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉锽2B2相相，在在550550溫溫度度左左右右可可再再次次轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變?yōu)闉镈0D03 3相相(見見圖圖3-73-7)。由由于于FeFe3 3AlAl合合金金在在不不同同溫溫度度結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)不不同同，有有序序程程度度各異，材料的性能與可加工性將會發(fā)生大的變化。各異，材料的性能與可加工性將會發(fā)生大的變化。表表3-23-2、表表3-3 3-3 與與圖圖3-83-8為為FeFe3 3AlAl合合金金淬淬火火處處理理前前后后試試驗(yàn)驗(yàn)所所得得數(shù)據(jù)。由上述結(jié)果可知：數(shù)據(jù)。由上述結(jié)果可知：1.1.試試樣樣在在900900以以下下淬淬火火熱熱處處理理后后，硬硬度度下下降降明明顯顯，說說明明淬淬火火處處理理對對FeFe3 3AlAl結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)有有明明顯顯控控制制作作用用。與與鋼鋼材材淬淬火火熱熱處處理理效效果果剛剛好相反。好相反。2.2.與與硬硬度度表表現(xiàn)現(xiàn)出出的的特特點(diǎn)點(diǎn)相相似似，淬淬火火后后材材料料抗抗壓壓強(qiáng)強(qiáng)度度明明顯顯下降。下降。第二節(jié) 金屬間化合物材料的熱處理第三節(jié) 非金屬材料熱處理一、玻璃的熱處理一、玻璃的熱處理 1.1.玻璃的退火玻璃的退火 玻玻璃璃的的退退火火工工藝藝一一般般包包括括加加熱熱、均均熱熱、慢慢冷冷和和快快冷冷四四個個階段，如階段，如圖圖3-9 3-9 所示。所示。2.2.玻璃的晶化退火玻璃的晶化退火 是是將將非非晶晶態(tài)態(tài)的的原原始始玻玻璃璃經(jīng)經(jīng)過過適適當(dāng)當(dāng)?shù)牡耐送嘶鸹鸷蠛螽a(chǎn)產(chǎn)生生部部分分結(jié)結(jié)晶晶態(tài)態(tài)組組織織的的熱熱處處理理工工藝藝。圖圖3-103-10和和表表3-43-4分分別別是是主主晶晶相相為為四四硅硅酸酸氟氟云云母母晶晶體的玻璃陶瓷晶化溫度與晶化率和材料力學(xué)性能的影響體的玻璃陶瓷晶化溫度與晶化率和材料力學(xué)性能的影響 。3.3.玻璃的淬火玻璃的淬火 玻玻璃璃的的淬淬火火又又稱稱物物理理鋼鋼化化，是是指指將將玻玻璃璃制制品品加加熱熱至至轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變溫溫度度TgTg以上以上50-6050-60，然后在冷卻介質(zhì)中急速均勻冷卻的過程。，然后在冷卻介質(zhì)中急速均勻冷卻的過程。第三節(jié) 非金屬材料熱處理二、陶瓷的熱處理二、陶瓷的熱處理 1.1.陶瓷材料的退火陶瓷材料的退火 圖圖3-113-11是是氧氧化化鋯鋯增增韌韌莫莫來來石石（ZTMZTM）復(fù)復(fù)相相陶陶瓷瓷在在氮氮?dú)鈿庵兄型送嘶鸹鸸すに囁嚺c與力力學(xué)學(xué)性性能能的的關(guān)關(guān)系系；表表3-53-5為為ZTMZTM陶陶瓷退火前后晶間玻璃相和彎曲強(qiáng)度對比。瓷退火前后晶間