1、金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应 用、常用参数速查实用手册（第一卷）主编：刘俞铭北 方 工 业 出 版 社金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应 用、常用参数速查实用手册（第二卷）主编：刘俞铭北 方 工 业 出 版 社金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应 用、常用参数速查实用手册（第三卷）主编：刘俞铭北 方 工 业 出 版 社金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应 用、常用参数速查实用手册（第四卷）主编：刘俞铭北 方 工 业 出 版 社书名：金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应用、常用
2、参数速查实用手册主编：刘俞铭出版发行：北方工业出版社!#$%&%()(*)*开本：(&(+*,%-*)开印张：*)印刷：北京嘉铭印刷厂新华书店发行经销出版时间：-,)年*月第*版-,)年*月北京第*次印刷定价：%&.,元（全四卷/*01 234）金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应用、常用参数速查实用手册编 委 会主编刘俞铭编委（以姓氏笔画为序排名）丁雨宁王静王鹏刚王海春吕鹏涛吕哲江刘龙龙刘学军李晶鑫张凯杰屈占利赵永海贾圆圆徐国梁阎俊韩海娟前言热处理是提高机器零件质量和延长寿命的关键工序，也是充分发挥金属材料潜力、节约材料的有效途径。正确地选择材料，合理地进行热处理，不仅
3、可以减少废品，而且可以显著提高机器零件和工模具寿命。热处理质量直接影响到各种机械产品的性能和使用安全，对开发新产品和提高产品竞争力有着重要的作用，所以，减少和避免热处理缺陷、提高热处理质量是机械行业关注的焦点之一，也是热处理工作者的重要使命。为了促进金属热处理工艺技术及质量缺陷分析防治水平提高，加强金属热处理最新标准的应用，为广大读者提供热处理常用参数的第一资料，我们特组织有关专家、学者编撰了本手册。手册分为金属热处理技术概论、金属热处理常见工艺技术五百种、金属热处理质量缺陷分析防治、金属热处理最新标准应用、金属热处理常用数据速查及相关标准规范，内容全面、新颖。本手册在编撰过程中参考了相关资料
4、，在此一并表示感谢。由于编者水平有限，书中难免有不足之处，恳请广大专家、学者批评指教。手册编委会!#年$月目录第一卷第一篇金属热处理技术概论第一章热处理工艺技术基础（!）第一节铁碳合金相图及其应用（!）第二节过冷奥氏体冷却转变曲线及其应用（#）第三节钢在各种状态下的组织形态（$）第二章热处理设备操作技术（%&）第一节热处理电阻炉（%&）第二节热处理盐浴炉（!）第三章热处理质量检验技术（(）第一节热处理质量检验的内容和方法（(）第二节材料冶金缺陷对热处理质量的影响及原材料检验（)）第二篇金属热处理常见工艺技术五百种第一章退火与正火（$!）第一节完全退火（$!）第二节不完全退火（$(）第三节其他退
5、火（$)）第四节正火（)(）第二章淬火（*%）第一节完全淬火（*%）第二节不完全淬火（*(）第三节其他淬火（*&）第三章回火与时效（(*）第一节回火（(*）第二节时效（)(）第四章表面淬火（*）第一节感应加热表面淬火（*）第二节高频加热表面淬火（*$）第三节高频预正火淬火（*）第四节高频无氧化淬火（*）目录第五节渗碳和渗氮感应表面淬火（!）第六节其他表面淬火（#$）第五章化学热处理（#$）第一节渗碳（#$）第二节渗氮（#%#）第三节碳氮共渗（#&）第四节渗硼（($!）第五节其他化学热处理（(#）第六章形变热处理（()#）第一节高温形变淬火（()&）第二节亚温形变淬火（(*$）第三节低温形变淬火
6、（(*!）第四节其他形变热处理（(*）第三篇金属热处理质量缺陷分析防治第一章概述（!%）第二章热处理裂纹（!）第一节热处理裂纹的一般概念（!）第二节加热不当形成的裂纹（#$）第三节金属零件的淬火裂纹（#）第四节影响淬火裂纹形成的因素（($）第二卷第五节预防淬火裂纹的方法（(&）第六节其他热处理裂纹（%*）第三章热处理变形（)#）第一节工件热处理的尺寸变化（)#）第二节工件热处理的形状畸变（)%）第三节热处理变形的一般规律（)%）第四节热处理变形的校正（*$）第四章残余内应力（*#）第一节热处理内应力（*#）第二节残余应力对力学性能的影响（*）第三节残余应力的调整和消除（&）第五章组织不合格（%
7、$）第一节热处理与组织、性能的关系（%$）第二节氧化与脱碳（%$#）#金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应用、常用参数速查实用手册第三节过热与过烧（!）第四节低、中碳钢预备热处理球化体级别不合格（!#）第五节渗碳组织缺陷（!$）第六节渗氮组织缺陷（!$!）第七节渗硼组织缺陷（!$%）第六章力学性能不合格（!&）第一节热处理和硬度（!&）第二节拉伸性能和疲劳强度不合格（!&）第三节耐腐蚀性能不良（!&%）第四节持久蠕变性能不合格（!）第五节非铁金属合金力学性能不合格（!(）第七章脆性（!%）第一节回火脆性（!%）第二节低温脆性（!($）第三节氢脆性（!(!）第四节!脆性（!
8、()）第五节其他脆性（!(*）第八章其他热处理缺陷（!$）第一节化学热处理和表面热处理特殊缺陷（!$）第二节真空热处理和保护热处理缺陷（!(）第三节有色金属合金热处理缺陷（!#）第九章热处理缺陷预防（!%!）第一节热处理全面质量控制的概念（!%!）第二节基础条件控制（!%!）第三节热处理前质量控制（!*$）第四节热处理中质量控制（!#）第五节热处理后质量控制（%&）第十章热处理缺陷分析案例（%&）第四篇金属热处理最新标准应用第一章基本规定标准应用（%(）第一节金属热处理工艺术语（%(）第二节热处理工艺材料术语（%*）第三节热处理设备术语（%)%）第四节金属热处理工艺分类及代号（%#$）第五节可
9、控气氛分类及代号（%#）第六节热处理工艺材料分类及代号（)$）第七节热处理技术要求在零件图样上的表示方法（)$)）目录第二章热处理的能源利用标准应用（!#）第一节热处理生产电耗定额及其计算和测定方法（!#）第二节热处理节能技术导则（!#$）第三节热处理生产燃料消耗定额及其计算和测定方法（!#%）第三章热处理安全技术与环保标准应用（!&!）第一节金属热处理生产过程安全卫生要求（!&!）第二节热处理盐浴有害固体废物污染管理的一般规定（%$&）第三节热处理车间空气中有害物质的限值（%）第四节热处理盐浴有害固体废物无害化处理方法（%!）第五节热处理盐浴（钡盐、硝盐）有害固体废物分析方法（%&）第六节热
10、处理环境保护技术要求（%#）第四章整体和表面热处理标准应用（%&）第一节钢件的正火与退火（%&）第二节钢件的淬火与回火（%(%）第三节钢的锻造余热淬火回火处理（%)#）第三卷第四节钢铁件的火焰淬火回火处理（)*)）第五节钢铁件的感应淬火回火处理（)%）第六节灰铸铁件热处理（)#!）第七节可锻铸铁热处理（)&#）第八节球墨铸铁热处理工艺及质量检验（)(）第九节不锈钢和耐热钢热处理（)!$）第十节高温合金热处理（)%）第十一节钢件在吸热式气氛中的热处理（)*）第十二节金属制件在盐浴中的加热和冷却（$*）第十三节真空热处理（$*$(）第十四节钢铁件激光表面淬火（$*）第十五节冲模用钢及其热处理技术条
11、件（$*#）第五章化学热处理标准应用（$*#(）第一节离子渗氮（$*#(）第二节硼砂熔盐渗金属（$*&%）第三节深层渗碳（$*(）第四节钢件的渗碳与碳氮共渗淬火回火处理（$*!*）第五节气体氮碳共渗（$*!%）第六节渗硼（$*%&）第七节钢件的气体渗氮（$*)(）第八节金属覆盖层钢铁制品热浸镀铝技术条件（$*)）#金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应用、常用参数速查实用手册第九节盐浴硫碳氮共渗（!#）第十节低温化学热处理工艺方法选择通则（!$#）第十一节粉末渗金属（!#$）第十二节钢铁构件固体渗铝工艺及质量检验（!%&）第六章典型零件热处理标准应用（!）第一节机床零件热处
12、理（!）第二节滚动轴承零件热处理（!(&）第三节高速齿轮材料选择及热处理质量控制的一般规定（!()(）第四节齿轮调质工艺及其质量控制（!()*）第五节齿轮气体渗碳热处理工艺及其质量控制（!(*)）第六节齿轮火焰及感应淬火工艺及其质量控制（!(）第七节齿轮渗氮、氮碳共渗工艺及其质量控制（!(）第八节齿轮气体碳氮共渗工艺及其质量控制（!）第七章热处理质量控制与检验标准应用（!）第一节热处理质量控制要求（!）第二节热处理炉有效加热区测定方法（!$%）第三节钢的感应淬火或火焰淬火后有效硬化层深度的测定（!#)）第四节钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核（!%$）第四卷第五节钢铁零件渗氮层深度测定和金相组
13、织检验（!&）第六节钢件薄表面总硬化层深度或有效硬化层深度的测定（!)）第七节钢铁零件渗金属层金相检验方法（!*）第八节热作模具钢显微组织评级（!$&）第九节渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法（!$(）第十节高碳高合金钢制冷作模具显微组织检验（!$)）第十一节钢件感应淬火金相检验（!$*）第十二节珠光体球墨铸铁零件感应淬火金相检验（!$#）第十三节低、中碳钢球化体评级（!$%）第十四节中碳钢与中碳合金结构钢马氏体等级（!$）第十五节薄层碳氮共渗或薄层渗碳钢件显微组织检测（!$)#）第十六节灰铸铁接触电阻加热淬火质量检验和评级（!$*$）第十七节钢质模锻件金相组织评级图及评定方法（!#&$）第十
14、八节钢铁硬度锉刀检验方法（!#(*）第十九节钢铁热处理零件硬度检验通则（!#）第二十节钢铁零件强化喷丸的质量检验方法（!#$(）第二十一节定量金相手工测定方法（!#$*）第二十二节钢箔测定碳势法（!#*）#目录第八章热处理工艺材料标准应用（!#$）第一节化学热处理渗剂技术条件（!#$）第二节固体渗碳剂（!$#）第三节防渗涂料技术条件（!%&）第四节热处理保护涂料一般技术要求（!&）第五节热处理常用淬火介质技术要求（!&）第六节有机物水溶性淬火介质性能测定方法（!#!）第七节聚乙烯醇合成淬火剂技术条件（!#(）第八节测定工业淬火油冷性能的镍合金探头实验方法（!#)）第九节热处理用氩气、氮气、氢气
15、一般技术条件（!#)&）第十节高、中温热处理盐浴校正剂（!#*）第十一节热处理用盐（!#）第九章热处理设备标准应用（!#&）第一节液态淬火冷却设备技术条件（!#&）第二节热处理电热设备（!#%）第五篇金属热处理常用数据速查第一章钢热处理常用数据速查（!#%）第一节优质碳素结构钢（!#%）第二节合金结构钢（!#%）第三节弹簧钢（!#&）第四节滚动轴承钢（!$!）第五节碳素工具钢（!$*）第六节合金工具钢（!$#）第七节高速工具钢（!$!*）第八节不锈钢和耐热钢（!$(）第二章铸铁热处理常用数据速查（!$)）第一节铸铁牌号表示方法（!$)）第二节灰铸铁（!$)*）第三节蠕墨铸铁（!$)%）第四节球
16、墨铸铁（!$*）第五节可锻铸铁（!$*)）第三章有色金属热处理常用数据速查（!$*#）第一节有色金属及其合金表示方法（!$*#）第二节铜及铜合金的热处理（!$*$）第三节铝合金的热处理（!$&）第四节钛及钛合金的热处理（!$#）第五节镁及镁合金的热处理（!$%!）#金属热处理常见工艺技术五百种与质量缺陷分析防治及最新标准应用、常用参数速查实用手册第四章化学热处理常用数据速查（!#$）第一节概述（!#$）第二节渗碳工艺（!#$）第三节渗氮工艺（!%&）第四节碳氮共渗工艺（!#）第五节氮碳共渗工艺（!#(）第六节渗金属及碳氮之外的非金属（!#)）第七节离子化学热处理（!#!(）第六篇相关标准规范钢
17、的脱碳层深度测定法（!#!%）钢的淬透性末端淬火试验方法（!#*(）钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法（!#(*）目录第一篇金属热处理技 术 概 论第一章热处理工艺技术基础热处理就是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。因此研究热处理基本原理首先应了解和掌握铁碳合金相图和过冷奥氏体冷却转变曲线及其在各种状态下的合金组织形态。第一节铁碳合金相图及其应用一、铁碳合金相图钢是一定成分范围的铁碳合金，铁碳合金相图表示不同成分的铁碳合金在不同温度下的不同平衡组织，如图!所示。铁碳合金相图是钢铁热处理的基础。铁碳合金相图有两种，一种是碳以#$%&状态存在时测出来的
18、#$#$%&相图，另一种是碳以石墨状态存在时测出来的#$&相图（虚线）。#$%&是一种不稳定相，在一定条件下分解为铁和石墨，所以#$#$%&相图为亚稳定相图，#$&相图是稳定相图。在钢的实际热处理过程中，渗碳体一般不发生分解，因此研究钢铁热处理时常常研究#$#$%&相图。由#$#$%&相图可以查出一定成分的铁碳合金发生平衡相变的温度，即临界点；可以预测出在不同温度区域发生的相变过程和冷却到常温时可能得到的平衡组织。铁碳合金相图中各特性点说明见表!，各特性线说明见表!。铁碳合金相图中各平衡相的结构特性见表!%。根据铁碳合金相图，含碳量小于(!)为碳钢，大于(!)为铸铁。根据组织特征，从铁碳合金相
19、图中将铁碳合金按含碳量多少划分为以下七大类。!工业纯铁，含碳量*+(+!,)；表!#$#$%&状态图中的特性点特性点温度-.碳含量-)说明!/%,+纯铁熔点!01/+(/%在包晶转变温度下的液相含碳量#!0,0(%+共晶点$!23(31渗碳体熔点%!0,(!碳在!#$中的最大溶解度&!0,3(31共晶转变线与渗碳体成分线的交点1!+!#$!#$同素异构转变点（!%）(!01/+(+1碳在#$中的最大溶解度%第一章热处理工艺技术基础续表特性点温度!碳含量!#说明!$%&()$*包晶点*+*,),&共析转变线与渗碳体成分线的交点#*(!-./磁性转变点（$+）%$0&%(-./!#+!-./同素异
20、构转变点（$%）&*()%,铁素体的磁性转变时，与之平衡的奥氏体碳含量*+*()(+$1碳在!-./中的最大溶解度(*+*()*共析点)(2()(1碳在!-./中的溶解度（也有碳含量为+)0 3$(-*的数据）图$-$-$./-4 和./-./04 合金相图表$-$-+铁碳合金热处理常用临界温度代号符号说明$发生平衡相变!#!5./04 的温度$0在平衡条件下亚共析钢5!两相平衡的上限温度%第一篇金属热处理技术概论续表符号说明!在平衡条件下过共析钢!#$%&两相平衡的上限温度!(钢加热时开始形成奥氏体的温度!)(钢由高温冷却时奥氏体开始分解为#$%&的温度!&亚共析钢加热时铁素体全部消失的最低
21、温度!)&亚共析钢由单相奥氏体状态冷却时开始发生!转变的温度!过共析钢加热时渗碳体全部消失的最低温度!)!过共析钢由单相奥氏体、状态冷却时开始发生!$%&转变的温度表(*(*&$%*平衡图中各相的特性名称符号晶体结构说明铁素体体心立方碳在*$%中的间隙固溶体，用$表示奥氏体!面心立方碳在!*$%中的间隙固溶体，用+表示#铁素体#体心立方碳在#*$%中的间隙固溶体，又称高温相渗碳体$%&正交系是一种复杂的化合物液相,铁碳合金的液相!共析钢，含碳量-./001；亚共析钢，含碳量./.2(31 4./001；#过共析钢，含碳量./001 4 2/(1；$共晶白口铸铁，含碳量 5/&.1；%亚共晶白口
22、铸铁，含碳量 2/(1 4 5/&.1；&过共晶白口铸铁，含碳量 5/&.1 4 6/671。铁碳合金相图是在十分缓慢的加热或冷却速度下测定的，在实际热处理生产过程中加热和冷却速度比较快，因此实际发生的相变温度与相图查出来的数据有差距。铁碳合金热处理常用临界温度代号见表(*(*2。二、合金元素对相图的影响表(*(*5各种元素对$%*状态图中!&及!5点的影响!5提高#降低89:;:9+=+?)A B9 A%+C B;D E;F 8G H EI:J BJ)!&提高#降低+?)A B9 A%+C B;D E;F 8G H EI:J BJ G89:;:9+=)当 （)）$01时使!&降低，而当 （)
23、）K 01时则使+&提高。铁碳合金相图是用高纯铁和碳制成的试样测得的。但工业中使用的钢铁材料常含有多种L第一章热处理工艺技术基础杂质，有的还含有各种合金元素。铁碳合金中存在其他组元时，合金的各种相变温度及相图中特性点的位置会发生变化，如表!#所示。当合金元素添加量较多时，合金中还会出现某些新相。为了准确地查出合金相图中临界点和所存在的相及其成分，应制作三元合金相图的变温截面及等温截面。现有的三元合金相图不多，在生产实践中考虑到合金元素对铁碳合金相图的影响，采用图表及经验公式来修正临界点、特性点和奥氏体饱和碳浓度，如表!$、表!%、表!&和图!、图!(、图!#、图!$。表!$!)合金元素对铁碳合
24、金特性点温度的影响元素铁 石墨系铁 渗碳体系!*#*!#+,-#-（./(.）-0$（!$/.）-1（!./!$）23 ($-(40$-(05(.-%!1.(&-!1.+67-1-&-!$-&0(8,-#(.-#%.-#0169-$!.-$0 0(:-（%/1）-!$-（%/1）;-#.-#.注：表中“-”号表示提高；“”号表示降低。表!%合金元素对铁碳合金状态图特征点碳含量的影响元素铁 石墨系铁 渗碳体系共晶点含碳量奥氏体饱和碳含量共析点含碳量共晶点合碳量奥氏体饱和碳含量共析点含碳量+,23-5+-8,6769!;、+坐标的经验公式特性点坐标经验公式!6?)#0(.0(（+,-5）.0#$-
25、.0.(23.0.&8,.0.$676?).0&.0.%+,.0.$（8,-67-23!0&+）#6?)0!.0!+,.0(5-.0.#（23!0&+）.0.48,.0.&67%第一篇金属热处理技术概论续表特性点坐标经验公式!#$%#&()&*+)&,-#!./.+/0(+/&*+%,-1)&2(1)0（341#5.）1#&,6图#1#1/合金元素对$#及共析碳含量的影响图#1#1)铬对铁碳合金状态图中!相区的影响.第一章热处理工艺技术基础图!#硅对铁碳合金状态图中!相区的影响图!$锰对铁碳合金状态图中!相区的影响三、钢在加热时的转变钢在加热时形成奥氏体的温度范围，一般可以根据%&%&(相图来
26、说明。从%&%&(相图中可见钢加热到!)!时珠光体开始转变为奥氏体。珠光体向奥氏体转变，大致可分四个阶段，即奥氏体形核、晶体长大、残余碳化物溶解、奥氏体均匀化。共析碳钢中奥氏体形成过程见*第一篇金属热处理技术概论图!#。!奥氏体形核从图!#（$）中可见，奥氏体的晶核通常优先地产生于珠光体中铁素体与渗碳体的相界面上。因为在相界面上空位密度较高，原子排列较不规整，容易获得形成奥氏体所需要的能量和浓度的条件。奥氏体长大奥氏体晶核形成后，一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接。在靠近铁素体处的碳含量较低，因此在奥氏体中出现了碳浓度梯度，引起了碳在奥氏体中不断地由高浓度向低浓度的扩散。随着碳扩散的影响，奥
27、氏体与铁素体接触处的碳浓度增高，而使奥氏体与渗碳体接触处碳浓度降低，因此失去平衡。为了恢复平衡，渗碳体势必不断地溶解，又有碳原子溶入奥氏体，使其含碳量升高而恢复到奥氏体碳的最大溶解量，与此同时发生奥氏体的碳原子又向铁素体扩散，促使这部分铁素体转变为奥氏体，并使其自身的碳含量又下降，回复到奥氏体碳的最低溶解量。这样碳浓度再一次失去平衡和恢复平衡这种反复循环过程，就使奥氏体一方面逐步向渗碳体长大，另一方面向铁素体长大，直至铁素体消失，全部转变为奥氏体。见图!#（%）。#残余碳化物（渗碳体）溶解珠光体转变为奥氏体刚结束时，钢中还保留一些未溶解的碳化物（渗碳体）。由于渗碳体的晶体构造和含碳量都与奥氏体
28、差别很大，所以渗碳体向奥氏体溶解速度低于铁素体向奥氏体转变速度，铁素体总是比渗碳体先消失。残余的渗碳体需要一定的时间，随着时间的增长，残余渗碳体继续溶解于奥氏体中，直至全部溶解。$奥氏体均匀化在刚形成的奥氏体晶粒中碳浓度并不均匀，原渗碳体片层的区域含碳量高，原铁素体区域的含碳量较低。碳原子的扩散需要一定的时间，最后才能获得成分均匀的奥氏体。因此，钢在加热时需要一定的保温时间，这不但是为了使工件各处温度一致，而且是为了得到成分均匀的奥氏体，以便在冷却后获得良好的组织与性能。四、&()合金相图与热处理温度的关系根据&()合金相图可确定各种热处理工艺的加热温度，见图!*。图!#共析碳钢中奥氏体形成过
29、程+第一章热处理工艺技术基础图!#$%&和$%$%&相图与热处理温度第二节过冷奥氏体冷却转变曲线及其应用一、过冷奥氏体冷却转变曲线钢加热到奥氏体状态，用不同的介质冷却，在不同的过冷度下转变成的产物在组织和性能上有很大的差别。以用()钢制作的直径为!)*的轴为例，经+,-加热后空冷，表面硬度为./!0,1；如果油冷，表面硬度可达到.2&()左右，心部硬度为.2&)3(,；如果水中冷却，表面硬度均可达.2&)左右。这种现象用铁碳合金相图无法解释。为了揭示在不同冷却条件下过冷奥氏体转变的规,!第一篇金属热处理技术概论律，研究过冷奥氏体的等温转变和连续冷却转变产物及其特征和应用具有重要意义。将!钢制成
30、一组薄片试样，奥氏体化后采用不同温度等温的方法测出!钢过冷奥氏体开始转变线和转变完结的线。这种曲线叫做!钢过冷奥氏体等温转变曲线，也叫#曲线，!曲线。不同的钢种#曲线的形状不同，尤其是合金钢#曲线特征多样，也叫$曲线。!$钢等温转变曲线如图%&%&所示。图%&%&!钢的等温转变图（()奥氏体化、奥氏体晶粒度*级）由图%&%&可见!钢过冷奥氏体等温转变图主要由过冷奥氏体孕育期、开始转变线、转变完了线组成，有珠光体转变区、贝氏体转变区、马氏体转变区。表%&%&列出了!曲线和过冷奥氏体转变类型及主要特征。表%&%&!曲线的主要类型类型化 学 成分 及 代表钢号碳素钢属于此类。含有非碳化物形成元素，如
31、硅、镍、铜、硼等的低合金钢：*+,-，.(/01，*($0含有碳化物形成元素铬、铝、钨、钒等合金结构钢：%#2,-，3(#2,4，1+#2,4，1+#2$0含有碳化物形成元素铬、钼、钨、钒 等 的 高 碳 合 金 钢：#2$0，5%#2.6%第一章热处理工艺技术基础续表形 成 原因 及 特征珠光体型和贝氏体型转变在相近的温区发生。马氏体点以上只出现一个转变速度的极大值。在亚（过）共析钢的奥氏体分解时转变图上有一条先共析铁素体（渗碳体）的析出线由于钢中存有形成碳化物的元素，一方面增加过冷奥氏体的稳定性，同时使转变曲线出现双!型特征在含碳量较低，且含有形成碳化物合金元素的合金结构钢中出现由于钢中有
32、形成碳化物的元素，一方面增加过冷奥氏体的稳定性，同时使转变曲线出现双!型特征在含碳量较高，且含有形成碳化物合金元素的钢中出现奥氏体到贝氏体转变时间较长类型化 学 成分 及 代表钢号低碳（#$%以下）、中碳和高含量的钼、钨、铬、镍、锰钢。如&!($)*+,-，&!($)*+./-，$%!($)*+,-，0%!($)*+./-中碳高铬钢及高碳高铬钢。如 0!(&0，+!(&0，0!(&01*有碳化物析出倾向的奥氏体钢，如+!(&+)*,$./形 成 原因 及 特征由于含有钼、钨、铬、镍等元素，强烈地提高了过冷奥氏体的稳定性，使珠光体转变曲线显著地右移。又因含碳量较低，有利于生成贝氏体的!2 相晶核
33、。因而，贝氏体的转变曲线相对地左移钢中含碳量和合金元素含量较高，使贝氏体的长大速度显著降低，推迟贝氏体的转变钢的!3点低于室温，在马氏体点以上&之下不发生任何转变。仅在特殊试验测定时，才能发现过剩碳化物在高温析出在实际热处理过程中常采用连续冷却的方法，因此用金相法测定过冷奥氏体连续冷却时转变开始线和转变完了线来制作连续冷却转变图（亦称!4 或!4 图）。共析钢的连续冷却转变图如表&2&2 5 中所列，共析钢过冷奥氏体在连续冷却时只有珠光体转变和马氏体转变，没有贝氏体转变。马氏体转变在大于临界冷却速度冷却时才能发生。表&2&2&列出奥氏体连续冷却转变特点。$&第一篇金属热处理技术概论表!#$%曲
34、线的主要类型类型转 变 曲线特征只有珠光体转变区有珠光体转变区，同时存在贝氏体转变区；两者相分离，贝氏体转变区超前（孕育期短些）于珠光体转变区有珠光体转变区，同时存在贝氏体转变区，两者相分离；珠光体转变区超前（孕育期短些）于贝氏体转变区代 表 性的 成 分或钢号共析碳钢和过共析碳钢：当含碳量在中碳以下，可以存在贝氏体转变区含碳较低的合金结构钢，例如&$()*、&$(+,、-$()*等高碳的合金工具钢，例如$(!-、$(!-)*、.$()*/+,类型转 变 曲线特征只有贝氏体转变只有珠光体转变区只有碳化物析出线，马氏体点（!0）低于 12代 表 性的 成 分或钢号含有较高的$(、3,元素，特别是
35、含有)*（或 4）元素的低碳和中碳合金结构钢，例如!5$(-3,.4，&$(3,.)*等中碳 高 铬 钢，例 如&$(!&，.$(!&（加热温度为!-112）易形成碳化物的奥氏体钢，如.$(!.3,!.4-)*钢&!第一章热处理工艺技术基础图!#在$曲线上估计连续冷却时的组织表!%奥氏体连续冷却转变特点特点说明共析碳钢共析碳钢连续冷却转变图形的特征只有$曲线的上半部分，而无中温区的贝氏体转变。因为贝氏体转变的孕育期较长，珠光体转变最不稳定区的孕育期相当短，连续冷却时奥氏体大部分在高温转变为珠光体在亚共析钢连续冷却时可以发生贝氏体转变共析碳钢连续冷却转变的时间和连续冷却转变图的位置连续冷却转变较
36、等温转变温度较低，孕育期和一定量的转变时间更长些。连续冷却转变曲线在$等温转变曲线的右下方合金钢合金钢连续冷却转变图形的特征不论珠光体转变区或贝氏体转变区多半只有$曲线的上半部分是否存在珠光体型的转变或贝氏体型的转变，以及它们的相对位置，决定于合金元素的种类和含量合金钢连续冷却转变图的位置连续冷却转变曲线在等温转变$曲线的右下方相变温度特征相变是在一定温度范围发生的形核长大特征降温过程中零碎积累形核长大（马氏体相变除外）。冷却时奥氏体经过高温区（珠光体区域上部）势能较小，因而转变孕育期较等温转变的为长连续冷却转变所生成的组织有单一的，而在较大截面零件淬火过度区多半生成混合组织由于在连续冷却过程
37、中可能发生相变，改变了奥氏体中的成分，因而改变了马氏体转变点，如果在冷却过程中有共析前的铁素体析出或上贝氏体形成，将使组织中残余奥氏体量增多&!第一篇金属热处理技术概论利用共析钢的!曲线来分析过冷奥氏体的连续冷却转变，把代表连续冷却的冷却曲线叠画在等温转变图上，见图#$，根据它们和!曲线相交的位置，便可大致估计其冷却转变情况。例如，图中冷却速度!相当于随炉冷却，奥氏体在 以下附近的温度进行转变，得到较粗片状珠光体；!%相当于在空气中的冷却速度，可估计出它将转变为索氏体；!&相当于在油中的冷却速度，则奥氏体在“鼻子”附近分解一小部分，而其余的奥氏体则转变为马氏体，最后得到托氏体和马氏体的混合组织
38、；!相当于在水中冷却，它不与!曲线相交，过冷奥氏体来不及分解，便被过冷到#(以下进行马氏体转变。!临恰好与!曲线的开始转变线相切，是奥氏体不发生分解而全部过冷到#(以下向马氏体转变的最小冷却速度，即钢在淬火时为抑制非马氏体转变所需的最小冷却速度，称为马氏体临界冷却速度。它是钢材接受淬火能力大小的标志。影响钢材临界冷却速度的主要因素是钢的化学成分，这一特性对于钢的热处理具有非常重要的意义。二、各种因素对过冷奥氏体冷却转变曲线的影响影响过冷奥氏体冷却转变形状位置的因素很多，主要有以下几点。!碳的影响在正常加热条件下，亚共析碳钢的!曲线，随着含碳量的增加向右移；过共析碳钢的!曲线，随着含碳量的增加向
39、左移。故在碳钢中以共析钢过冷奥氏体最稳定。合金元素的影响除!)以外，所有的合金元素溶入奥氏体之后，都增大其稳定性，使!曲线右移。碳化物形成元素含量较多时，使!曲线的形状发生变化，出现两组曲线。#加热温度和保温时间的影响随着加热温度的升高和保温时间的延长，奥氏体的成分更加均匀，作为奥氏体分解的晶核数量减少，同时奥氏体晶粒长大，晶界面积减少，这些都不利于奥氏体的分解，提高了奥氏体的稳定性，使!曲线向右移。三、过冷奥氏体冷却转变曲线的应用过冷奥氏体冷却转变曲线的应用很广，根据过冷奥氏体转变曲线可以大致估计出这种钢在某种冷却介质中冷却之后可得到的组织；可以利用该曲线制订等温退火、等温淬火和分级淬火的工
40、艺；也可以用来估计钢的接受淬火的能力，并选择适当的冷却介质等。过冷奥氏体冷却转变曲线为合理选择钢材和制订热处理工艺提供了重要依据，但由于它是在钢材成分一定、奥氏体化温度一定的前提下测定的，在实际生产应用时要针对不同零件的要求和特点作综合考虑，必须通过工艺试验、组织和性能鉴定，才能最后确定出合理的热处理工艺规范。第三节钢在各种状态下的组织形态一、奥氏体奥氏体是!#*+内固溶有碳和（或）其他元素、晶体结构为面心立方的固溶体。它是以英,第一章热处理工艺技术基础国冶金家!#$%&(的名字命名的。把钢加热到!)*以上时得到奥氏体组织，因此奥氏体是高温组织。当奥氏体在高温时呈单一的奥氏体组织状态，具有很大
41、的塑性，此时可进行锻造成形和各种热加工过程。钢奥氏体化后采用不同冷却方式冷却可得到具有不同性能的不同组织形态，以完成各种热处理过程。奥氏体是顺磁性的，这种特性可以用来研究奥氏体形成动力学，以及在生产中当需要控制奥氏体量时，可利用这种特性来检测残余奥氏体量。奥氏体的比容最小。以合碳+,-为例，奥氏体的比容为+*./01)2/34；珠光体为+*.1+,)2/34；马氏体为+*.0*5)2/64；由于奥氏体比容小于马氏体，所以淬火后体积增大，组织应力使工件变形，常通过控制残余奥氏体含量达到无变形或少变形的目的。奥氏体的膨胀系数最大，利用这种特性在仪表工业中制作仪表元件。奥氏体的热导率较小，加热时加热
42、速度过大会使热应力增大而加大变形，合金钢这种特性更为突出。因此合金钢中淬火加热时需要预热。当钢加热到!)*以上时奥氏体转变开始，奥氏体的转变首先是珠光体开始转变，珠光体转变即在铁素体与渗碳体交界处。奥氏体的转变过程主要包括奥氏体的形核及长大、碳化物的溶解、奥氏体的均匀化等三个过程，靠碳原子的扩散来进行。碳钢奥氏体化时间很短，合金钢由于合金元素作用奥氏体转变过程大大延长。奥氏体的晶粒尺寸对钢热处理后的机械性能影响很大，尤其是对冲击韧性的影响最明显。晶粒粗大，冲击韧性降低。当硬度相同时，晶粒度粗大的比细晶粒的冲击韧性低几倍。因此钢在加热过程中，要控制影响晶粒度的因素，以获得细晶粒结构。但是在有些情
43、况下却要有粗晶粒结构，如硅钢片，粗晶粒可提高磁性。锻造时粗晶粒的变形抗力要小些。合金钢中溶入奥氏体的合金元素越多固溶强化效应越强，因此延长奥氏体化时间，使合金元素充分溶入到奥氏体内，可以增强固溶强化效应。二、铁素体铁素体是铁或其内固溶有一种或数种其他元素形成的晶体点阵为体心立方的固溶体。铁素体有!铁素体和铁素体两种。!铁素体存在于铁基合金系中从!/点至室温这个温度区间内，通常简称为铁素体。铁素体存在于铁基合金系中从!7点至液相线温度这个区间。铁素体是铁碳合金在低温下的稳定组织，碳在铁素体中最大溶解度约为+.-。随着温度降低，在铁素体晶界上析出 8/9 或#:碳化相，碳在!:8 中的溶解度逐步减
44、小。铁素体在室温中具有很好的延展性，但在低温受载和高变形速率时，经常会出现脆性破坏现象。铁素体硬度低，强度也很低。铁素体在金属组织中以片状、块状、网状等形式存在。例如在珠光体和下贝氏体中铁素体以片状形态存在，铁素体片越薄，组织性能越好。在显微镜下观察到的诸晶体的外形呈块状或说呈多边形状的铁素体，尤其是大块铁素体的存在会降低性能指标，应在热处理过程中消除。在亚共析钢中铁素体沿奥氏体晶界析出并相互连接呈网状，会降低性能指标，也应消除。三、渗碳体渗碳体的晶体点阵为正交点阵，是化学式近似于 8/9（碳化三铁）的一种间隙化合物。;*第一篇金属热处理技术概论过共晶成分的铁基合金的熔体在发生共晶转变之前结晶
45、出来的渗碳体叫做一次渗碳体（先晶渗碳体、先共晶渗碳体、过共晶渗碳体）。高于共析成分的奥氏体，从高温慢冷下来之际，在发生共析转变前析出的渗碳体，叫做二次渗碳体。由!铁素体中析出的渗碳体叫做三次渗碳体。渗碳体有球状渗碳体、片状渗碳体、网状渗碳体。还有含有合金元素的渗碳体，即渗碳体内一部分铁原子被代位式合金元素所代替，但晶体结构并未改变的合金渗碳体。渗碳体是硬而脆的组织，钢中渗碳体的存在可提高硬度、强度、耐磨性能等。球状渗碳体的颗粒越细，强化作用越好，片状渗碳体层越薄性能越好，网状渗碳体易产生裂纹，降低强度，因此应经过热处理消除掉。四、珠光体及其转变珠光体是奥氏体从高温缓慢冷却时共析转变所形成的，其
46、立体形态为铁素体薄层和碳化物（包括渗碳体）薄层交替重叠的层状复相物。这种组织是以其金相形态酷似珍珠母甲壳外表面的光泽而得名。（一）珠光体组织形态在共析碳钢中，奥氏体在缓慢冷却的条件下，在接近!温度形成的珠光体由一片片相互交替排列的渗碳体和铁素体组成，叫做片状珠光体。在高碳钢中也常见到在铁素体基体上分布着粒状渗碳体组织，叫做粒状（球状）珠光体。在片状珠光体中，每个片层之间的距离称为层间距离，片层方向大致相同的区域称为珠光体领域。随着过冷奥氏体转变温度逐渐降低，珠光体层间距离不断减小，使珠光体组织逐渐变细。当珠光体的层间距离小到在光学显微镜下较难辨别时，这种细珠光体也叫索氏体。当珠光体变得更细，在
47、光学显微镜下根本无法辨别时，这种更细的珠光体叫做屈氏体。（二）珠光体的性能由于珠光体是由一定数量的铁素体和一定数量的渗碳体两相组成的混合物，珠光体的力学性能介于铁素体和渗碳体力学性能之间，与铁素体和渗碳体的相界面多少、渗碳体的形状和分布及数量有关。片状珠光体的力学性能主要决定于珠光体的层间距离。层间距离越小，相界面越多，硬度、强度越高。粒状珠光体的力学性能主要决定于渗碳体的颗粒大小。渗碳体的颗粒越小，相界面越多，硬度、强度越高。珠光体中铁素体和渗碳体相界面多少，对强度和硬度的影响相似，但对塑性的影响较小。珠光体的层间距离主要决定于珠光体的形成温度。冷却速度越大，形成温度越低（过冷度越大），层间
48、距离越小。在高温转变的珠光体比较粗，在低温转变的珠光体比较细，在一个组织里同时存在粗细不同的珠光体组织时，不利于切削加工，所以经过热处理应获得粗细均匀或较细组织的珠光体。（三）珠光体转变特征珠光体转变是形核、长大的过程。在珠光体转变时领先晶核是铁素体还是渗碳体还没有!第一章热处理工艺技术基础定论，一般认为在亚共析钢中珠光体转变领先晶核是铁素体，在过共析钢中领先晶核是渗碳体，在共析钢中领先晶核是铁素体和渗碳体。不论哪一相，当奥氏体中碳浓度不均或有较多未溶解的渗碳体存在时，未溶解的渗碳体有促进珠光体形成的作用，而自由铁素体的存在，对珠光体形成速度的影响则不明显。这一规律对制订工具钢热处理有实际意义
49、。珠光体的转变伴随着两个过程同时进行：一是碳的扩散，生成高碳的渗碳体和低碳的铁素体；二是晶格的重构，由面心立方的奥氏体转变为体心立方的铁素体和复杂晶格的渗碳体。由于能量、成分、结构的不同，片状珠光体的转变首先在奥氏体晶粒边界上产生一小片渗碳体的晶核。这种晶核之所以呈片状，因为在片状伸展这一方面为形成渗碳体所提供碳原子的数量较多，另一方面形成渗碳体需要的碳原子扩散距离较短；同时还由于片状形成时新旧相间所产生的弹性应变能较小。这种晶核不仅向纵的方向长大，而且也向横的方向长大。渗碳体薄片向横向长大时，吸收了两侧的碳原子而使两侧奥氏体含碳量显著降低，因而使渗碳体片两侧出现了铁素体片。新生的铁素体片除了
50、伴随渗碳体片向纵向长大外，也向横向长大，铁素体横向长大时必然要向侧面的奥氏体中排出多余的碳，因而显著增高了侧面奥氏体的碳浓度，这就促进了另一片渗碳体的形成，出现了新的渗碳体片。这样连续进行下去，就形成许多铁素体与渗碳体层层相间的片状珠光体组织。粒状珠光体的形成与片状珠光体的形成情况基本相同，只是形核与长大的过程中，晶核主要来源于非自发晶核；在共析钢和过共析钢中以未溶解的渗碳体质点作为相变的晶核，按球状形式而长大，成为在铁素体基体上均匀分布的球状渗碳体组织，也就是粒状珠光体组织。如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜时，先共析相有可能呈针状（片状）与片状珠光体混合存在，这种组织称为魏氏组织。
