退火正火普通热处理淬火回火热处理火焰加热淬火表面淬火感应加热淬火表面热处理化学热处理了碳氨共渗及其他虽然热处理有很多方法，但它都可归纳为加热，保温，冷却三个步骤，对不同的材料进行不同的热处理，以上三步各部相同，整个这一章我们就讨论的正是这里面的不同与实质。<回到篇头>5-2钢在加热时的转变ACcm从FE-FE3C的分析中我们知Acm道，碳钢在缓慢加热或冷却过程中，经PSK,GS,E线时都会发生组织转变，例如S点，冷却到A点时P化S,由于在加热过程中，PSK,GS,ES三条线很重要。C%以后我们把它们分别简称为图5-2碳钢在加热和冷却时的临界点PSK一A1线，GS一A3线，在Fe-FesC相图上的位置ES一Acm线，那么在热处理过程中无论是加热还是冷却到这三条线时，温度与这三条上的交点就为平衡临界点。有一点大家必须明确，以上我们所讨论的FEFE3C相。图的制定是在冷却速度非常缓慢的情况下制定的，而实际生产中，我们则选用较大的过冷度和加热度，因此碳钢不可能恰好在平衡临界点上发生转变，而是冷却时在三条线以下的地方，加热时在三条线以上的地方，并且加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大，这个概念必须有，为了能够区别以上临界点(A1,A3,Acm),我们则将实际加热时的各临界点用Ac1,Ac3,Accm表示，冷却时的各临界点我们则选用Arl,Ar3,ArCm表示。一.共析钢的奥氏体化过程“奥氏体概念：任何成分的钢在热处理时都要首先加热，加热到A1以上温时，开始了P梦化>S,象这种由加热获得的A组织我们就称为“奥氏体”，下面我们以共析钢为例，来分析奥氏化过程。Fe3C未溶Fe3Ca)A形核b)A长大c)残余Fe3C溶解d)A均匀化图5-3共析钢的奥氏体化过程示意图A,点以下的共析钢全为珠光体组织，珠光体是由层片状的铁素体与渗碳体组成的机械混合物，铁素体含碳量很底，在A1点仅为0.0218%，而渗碳体晶格复杂，含碳量高达6.69%。当加热到A1点以上时，P转变成具有面心立方晶格的奥氏体，A含碳量77%，因此我们可以得出奥氏体化过程必须进行晶格的改组和铁，碳原子扩散。奥氏化过程我们简单分成以下三个方面：(一)奥氏体晶核的形成和长大A(奥氏体)晶核是在F(铁素体)与FC(渗碳体)的界面形成的。为什么在这里形成，原因很多，但最主要的原因，是含奥氏体的碳量界于铁素体与渗碳体两者之间，而这里为形核提供了最良好的条件。(二)残余渗碳体的溶解A与F的进晶格相比较，F的晶格较接近A晶格，但含碳量远远不能满足A的需要，因此A一方面不断吞吃F转变为A晶格结构，另一方面又不断溶解F3C补充自身含碳量的不足，但是F3C的溶解速度远比F转变A晶格速度满得多。(三)奥氏体的均匀化残余渗碳体全部溶解后，A中的碳浓度在一段时间内用仍不均匀，在原来渗碳体处含碳量较高，在原来铁素体处含碳量较低，经过一段时间的保温，原子不断的扩散，这是A中的含碳量才变的均匀。二.影响奥氏体化的因素(一)加热温度的影响P盐化>A,还在A,点以上温度进行，也就是说刚才我们讨论的共析碳钢加热到A1点温度时，并不是立即向A转变，而是经过一段时间才开始转变，这段时间我们称为“孕育期”，孕育期以后才开始“奥氏体化”过程。并且在全过程中，加热温度越高↑（℃），孕育期越短↓(t),转变时间↓，奥氏体化速度↑(A化)。以上关系是因为，加热温度↑，原子扩散能力↑，“A化”的晶格改组及铁，碳原子扩散也越快。(二)加热速度的影响加热速度越快↑，转变的开始温度，终了温度↑，转变的孕育期和转变所需时间越短↑，奥氏体化的速度越快↑。(三)原始组织的影响刚才我们讲了，A的晶格是在铁素体与渗碳体的相界面的地方形成的，因此成分相同的钢，P组织的层片状越细，那么相界面的面积也就越大，形成奥氏体的机会也就越大，形成奥氏体晶核的机会也愈高，A化的速度也愈快。三.A晶粒的长大(一)A的晶粒度晶粒度：是表示晶粒大小的尺度。起始晶粒度：钢在进行加热时，P刚转变为A,由于A晶粒此时细小均匀，我们称这时的晶粒为A的起始晶粒度。A晶粒形成后，如果继续升温或保温，A晶粒会自动长大，加热温度越高保温时间越长，A晶粒也就长的越大，原因是高温条件下，原子扩散容易，另外大晶粒吞并小晶粒，减小了边界，也减少了表面能，能量总是趋于最地状态，因此A晶粒越大也就越稳定。实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下（只临界点以上）实际获得奥氏体晶粒大小，它的大小对钢热处理性能影响很大，实际晶粒度总比起始晶粒度要大，它是钢加热临界点以上的温度且保温一定时间，因此A晶粒不同程度的长大。本质品粒度：有些钢加热到临界点以后，温度↑，A晶粒迅速长大粗化↑，我们称它为本质粗晶粒钢，还有一些钢在930℃以下加热，A晶粒生长很慢，因此晶粒细小，当加热到高温时，A晶粒急剧长大，我们称这种钢为本质细晶粒钢。图55钢的本质晶粒度示意图1一4晶粒度为本质粗晶粒钢5一8晶粒度为本质细晶粒钢235678图5-6标准的晶粒度等级示意图(二)奥氏体大小对钢机械性能的影响A晶粒越细小，热处理后钢的机械性能越高，特别是冲击韧性高，因此处理时，希望能够获得细小而均匀的奥氏体晶粒。过热的概念：这是金属工艺学的一个术语，钢在加热时，如果温度过高A晶粒会长大（粗化），粗化的晶粒降低材料的机械性能我们称这种缺陷为“过热”，需要控制温度在950℃以下，这样一来，本质晶粒钢不易长大，本质粗晶钢不易过热。四.亚共析碳钢与过共析碳钢加热是的转变(一)奥氏体化的过程前面我们在分析Fe-FeC相图时，知道亚过共析钢与共析钢组织的不同点在于，除了室温组织中有P外，亚共析碳钢还有先共析铁素体，过共析钢还有先共析二次渗碳体，因此，亚，过共析钢的奥氏体化过程，除了有P转化A外，还有Fe,FeC向A转化与溶解的过程。1001000280900240300℃20080016070012080600401000℃500000.50.771.01.52.00.20.61.01.41.82.2图5-7亚共析钢和过共析钢加热图5-8钢中含碳量对奥氏体时的转变示意图晶粒度的影响1.亚共析钢加热到ACI线以上后P丝A,在Ac1-Ac3点升温过程中，共析铁素体F:化A,温度到达A3点时，亚共析钢A化过程会结束，获取单一的奥氏体组织。2.过共析钢加热到AC1线以上后PA,在Acl-Acm升温过程中，先共析FeC些A,温度超过Am点后，过共析碳钢的奥氏体化全部结束，获取单一的奥氏体组织。(二)奥氏体的晶粒度从图中可以看出，在相同的温度下，随钢中含碳量增大，A晶粒只寸也在增大，这是因为他们相互碰撞的机会增多，加快了晶粒的长大，但含碳量超过一定限度，A晶粒长大倾向反而减小，这是由于未溶的渗碳体质点阻碍了晶粒长大，因此钢中含碳量超过某个限度愈多，那么未溶渗碳体也越多，阻碍晶粒长大的作用也愈大，奥氏体晶粒长大倾向也就愈小，我们可以获取较细小的奥氏体实际晶粒度5-3钢在冷却时的转变上一节我们讨论了钢在加热时的转变，而这一节的内容是钢在冷却时的转变，冷却的方式有两种：1)连续冷却：2).等温冷却。时间时间a)等温冷却b)连续冷却图5-9两种冷却方式示意图1.等温冷却是把加热到A状态的钢，快速冷却到低于A1某一温度，等温一段时间，使A发生转变，然后再冷却到室温。2.连续冷却把加热到A状态的钢，以不同的冷却速度（空冷，随炉冷，油冷，水冷）连续冷却到室温。表5-145钢经8400C加热后，不同条件冷却后的机械性能冷却方法Gb,MN/m2Gs,MN/m2Ψ，%HRC随炉冷却53028032.549.31518空气冷却670720340151845501824油中冷却90062048水中冷却11007201214526从这个表中，我们可以发现，同是一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条件，钢所表出的机械性能明显不同。为什么会出现性能上明显的差别？一句话是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生不同的变化，导致性能上的的差别。由于Fe-FeC相图是在极其缓慢加热或冷却条件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响，而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充，下面分别讨论。一.过冷奥氏体的等温转变曲线过冷奥氏体（A)的概念：加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后，A处于不稳定状态，但过冷到A1点以下的A并不是立即发生转变，而是经过一个孕育期后才开始转变象这个暂时处在孕育期，处于不稳定状态的A,我们就称作“过冷A”。(一)共析碳钢过冷A等温曲线的建立800奥氏体《A)700A600500400300200A+M100。转变开始·转变终了时间，S图5-10共析碳钢奥氏体等温转变曲线建立方法示意图1).首先将共析碳钢制成许多薄片试样(10*1.5mm)并把它们分成若干组：2).先取一组放到炉子内加热到AC1以上某一温度保温，使它转变成为均匀细小的奥氏体晶粒：3).将该试样全部取出迅速放入AC1以下温度（选650°C)盐炉中，使过冷A进行等温转变：4).每隔一定时间取一试样投入水中，使在盐炉等温转变过程中的A在水冷时转变为M:5).观察各试样的显微组织b)d)e)图5-11过冷奥氏体在705℃时等温这些图是共析钢由A冷却到750°C,并经不同等温时间再水冷到的显微组织，图中亮白色是M(过冷A转变所生成)，黑色是A等温转变产物(A冷>P)。6).找出A转变的开始时间和终了时间随时间的增多，在水冷后试样中A等温转变产物(A转P)的量也增多。(a)图是刚开始转变，黑色是P,白色是M:(e)图是转变结束，产物是P。7).相同的方法，将个组加热到A,然后迅速投入不同的温度(600°C,550°C,500°C等)：分别找出各温度下A的转变开始和终了时间。8).将所有的各温度下找出A开始转变点与转变终了点画在温度一时间坐标图上，并将所有的转变开始点连一条线，所有的转变终了点连一条线，所绘出的双C曲线即是过冷奥氏体等温转变曲线。如果将加热奥氏体化了的共析碳钢，迅速冷却到230°C时，即Ms线，过冷奥氏体会发生马氏体转变，因此230°C是马氏体的转变温度，M表示马氏体，Ms是M转变开始温度，M是M转变终了温度，我们将加热，保温，冷却工艺曲线都舍去，这样我们就得到5-12完善的C曲线图。(二)过冷奥氏体等温转变曲线的分析转变开始线：由过冷奥氏体(A)开始转变点连接起来的线：转变终了线：由转变终了点连接起来的线：A稳定区域：A1以上是奥氏体稳定区域：过冷A区域：A1以下是转变开始以左的区域：转变产物区：A1以下是转变终了线以右和Ms点以上的区域：过冷A与转变产物共存区：转变开始线和转变中了线之间。过冷到A1线以下的A进行等温转变时，都经过一段孕育期，转变开始线与纵坐标之间的距离即表示孕育期。举例：转变开始线上的某点到纵坐标之间的距离即表示在该温度下等温转变的孕育期。孕育期长，过冷转变稳定，反之稳定性差Ms观察C曲线我们可以发现，在各温度下过冷奥氏体的稳定性不相同，在C曲线的鼻尖处，约550°C地方，它的孕育期最短，表示过冷A最不稳定，由于它的转变速度最快，所以距离纵坐标最近，称“鼻尖”，而在靠近A1点和Ms点处的孕育期较长，过冷A较稳定，转变速度也较慢。共析碳钢的过冷A在三个不同温度区间，发生三种不同的转变珠光体一A1点到C曲线鼻尖区间（高温转变），转变产物是珠光体，又称珠光体型转变：贝氏体—C曲线鼻尖到Ms点区间中温转变，转变产物是贝氏体，又称贝氏体型转变：马氏体一Ms点以下是低转变，转变产物是马氏体，又称马氏体型转变。(三)过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能1.珠光体型转变（又称高温转变）奥氏体过冷到A1线以下后，向珠光体转变，首先在A晶界处形成渗碳体晶核，然后渗碳体片不断分枝，并且向奥氏体晶粒内部平行长大，我们知道渗碳体