第1个回答 2014-06-22
第一节 Fe－C（Fe－Fe3C）相图 一、相图中的点、线、区的意义 因碳在铁中的含量超过溶解度后，剩余的碳可以有两种形式，即：渗碳体（Fe3C）和石墨（G），因此，铁碳合金有两种相图，即Fe－G相图和Fe－C相图（一般情况下提到的铁碳相图是指Fe－Fe3C相图）。 相图中的基本相：（除去液相外，相图中的基本固相有以下三种） 铁素体——碳在α－Fe中形成的间隙固溶体，用F或α表示。碳在δ－Fe中形成的间隙固溶体称为，用δ表示。 奥氏体——碳在γ－Fe中形成的间隙固溶体，用A表示，有资料用γ表示。 渗碳体——铁和碳形成的金属化合物，用Fe3C表示，有资料用Cm表示。 线和区（含五个单相区）的意义： 线的意义，三条水平线（包晶转变线、共晶转变线、共析转变线） 二、相图分析 1、包晶转变（水平线HJB） 在J点，温度为1495℃恒温下，含碳量为0.35％的液相与含碳量为0.09％的铁素体发生包晶反应，形成含碳量为0.17％的奥氏体。 此类转变仅发生在含碳量为0.09～0.53％的铁碳合金中。 2、共晶转变（水平线ECF） 在1148℃恒温下，含碳量为4.3％的液相转变为含碳量2.11％的奥氏体和渗碳体（含碳量为6.69％）。其共晶产物为混合物，称为莱氏体（用Ld表示）。其转变式为： L C →A E +Fe3C 在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体上。因渗碳体脆性大，所以莱氏体的塑性很差，无实用价值。 含碳量在2.11～6.69％之间的铁碳合金均发生共晶转变。 3、共析转变（水平线PSK） 在727℃恒温下，含碳量为0.77％的奥氏体将发生共析转变，转变成铁素体和渗碳体所组成的混合物，其共析产物称为珠光体，用P表示，其反应式为： As →Fp＋Fe3C 珠光体呈层片状，较厚的是F,较薄的是Fe3C，F的体积大约是Fe3C的8倍。 所有含碳量>0.0218％的铁碳合金均发生共析转变。PSK线称为A1线。 4、铁碳合金相图中另外三条重要的固态转变线： ①GS线：冷却时是奥氏体开始析出铁素体的转变线，加热时是铁素体全部溶入奥氏体的转变终了线，这条线常称为A 3 线。 ②ES线：碳在奥氏体中的溶解度曲线。称为Acm线。低于此温度时，奥氏体析出的Fe3C称为二次渗碳体，记为Fe3C Ⅱ ，以区别从液相线CD直接结晶出的一次渗碳体（Fe3C Ⅰ ）。 ③PQ线：碳在铁素体中的溶解度曲线。低于此温度时，铁素体析出的Fe3C称为三次渗碳体，记为Fe3C Ⅲ 。 第二节 钢的热处理 热处理——将钢经过加热、保温、冷却，以改变其组织，满足其使用性能的一种工艺方法。 常用的热处理形式有：退火、正火、淬火、回火 表面淬火等。 钢能够进行热处理的原因是：钢能够在固态下发生相变。A 1 、A 3 、Acm称为钢在加热或冷却过程中组织转变的临界温度。 一．钢的退火 将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺称退火。 它包括： 完全退火 、 不完全退火、球化退火、 扩散退火、去应力退火、再结晶退火 退火目的：消除部分内应力，细化晶粒，均匀组织，以改善其机械性能，为淬火作好组织准备；降低材料的硬度，以改善加工性能；消除冷加工产生的硬化现象，以恢复其塑性。 二、钢的正火 正火是将钢加热到Ac3(对亚共析钢)或Accm(对过共析钢)以上适当的温度，保温一定时间，使钢完全转变为奥氏体后进行空冷，以得到珠光体类型组织的一种热处理工艺。 正火与完全退火相比，两者的加热温度相同，但正火的冷却速度较快，转变温度较低。 正火后，钢的强度、硬度和韧性较退火的高。 三、钢的淬火 将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上的某一温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度冷却，得到马氏体或贝氏体为主的组织的热处理工艺称为淬火。淬火后，钢的强度和硬度及耐磨性得到显著提高。 1 、淬火应力 工件在淬火过程中往往会发生变形或开裂，这主要是因为存在淬火应力所致。淬火应力可分为热应力和组织应力两种。 （1）热应力 工件在加热或冷却时，由于不同部位的温度存在差异，导致热胀冷缩的不一致所产生的应力叫热应力。工件淬火后，由热应力所引起的残余应力一般是表层为压应力，心部为拉应力。 由于热应力是因为快速冷却时工件截面上温差所造成的，因此冷却速度越大，温差越大，热应力也就越大。此外，淬火温度高，工件尺寸大，材料导热性能差，线膨胀系数大，也会使热应力增大。 (2)组织应力 工件冷却时，由于温差造成不同部位组织转变不同时而引起的内应力称组织应力。由组织应力引起的残余应力一般表现为表面拉应力、心部压应力。 淬火时，由比容最小的奥氏体转变为比容最大的马氏体。冷却过程中，因表面的温度比心部温度低，先发生马氏体转变，导致表面受压应力。随温度降低，次表面也发生马氏体转变，导致表面受拉应力，心部受压应力。 组织应力大小与钢在马氏体转变温度范围内的冷却速度、工件尺寸、导热性能和屈服强度以及含碳量、淬透性等因素有关。 2 、淬火加热 淬火加热温度的选择应以获得均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。一般为钢的临界点 Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30～50℃ 。如果加热温度太低，不能获得多的马氏体，但如果加热温度太高，则会引起奥氏体晶粒粗大，淬火后得到粗大马氏体，会引起钢的韧性降低。 为了使工件各部分均能完成组织转变，需要在淬火加热温度下保温一定时间。影响加热时间的因素主要有加热介质、钢的成分、加热温度、工件的形状、尺寸、装炉方式和装炉量等。 3 、淬火冷却 为了使钢获得马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度。但是，如果冷速过大又会使工件的内应力增加，使工件变形或开裂的倾向变大。因此，要 合理的确定淬火冷却速度，以达到既使工件能获得马氏体组织又能减小变形和开裂的倾向的目的。 要想达到这一目的，重要的是选择适当的淬火介质。 淬火介质有水、不同浓度的盐水或碱水和各种矿物油。 4 、钢的淬透性 钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用 钢在一定条件下淬火所获得的淬透层的深度来表示 ，淬透层越深，其淬透性越好。 四、钢的回火 大多数钢淬火后都要经过回火。回火就是将淬火后的工件加热到低于相变临界点温度，保温一定时间后再冷却到室温的热处理工艺。回火本质上是淬火马氏体的分解以及碳化物的析出、聚集、长大过程。 1、回火的必要性 ①获得工件所需的组织，以改善性能。淬火组织为M和少量残余A，其具有高的强度和硬度，塑性韧性较差。实际零件的性能要求则各不相同。 ②稳定工件尺寸。淬火组织为M和少量残余A，都不是稳定组织，都将自发地向稳定组织转变，因而将影响工件的形状与尺寸的改变。通过回火可以使淬火组织转变为稳定组织，从而保证工件在使用过程中不再发生形状和尺寸的改变。 ③消除淬火内应力。如不及时通过回火消除内应力，会引起工件进一步的变形甚至开裂。 2、回火的实质 是淬火M的分解和碳化物的析出、聚集、长大。 3、回火后的力学性能 随回火温度的升高，材料的强度、硬度降低，塑性、韧性升高。 4、回火的种类和应用 ①低温回火（150～250℃） 获得的组织：M 回 性能特点：具有高的强度、硬度和耐磨性，具有一定的韧性（降低了淬火内应力和脆性） 用途：各种高碳的切削刃具、量具、冷冲模、滚动轴承以及渗碳件。 回火后的硬度：58～64HRC ②中温回火（350～500℃） 获得的组织：T 回 （回火屈氏体） 性能特点：高的屈服强度、弹性极限和较高的韧性。 用途： 各种弹簧、模具的热处理。 回火后的硬度：35～50HRC ③高温回火（500～650℃）（淬火＋高温回火＝调质） 获得的组织：S 回 （回火索氏体） 性能特点：良好的综合力学性能 用途：中碳钢调质所制造的各种机械结构零部件。 汽车、拖拉机、机床等的重要结构件，如连杆、螺栓、轴类、齿轮等。 回火后的硬度：200～330HBW 五、表面淬火 表面淬火：是将工件表面层淬硬到一定深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火法。常用的淬火方法有：火焰表面淬火及感应加热表面淬火。、 六、化学热处理 化学热处理：是将工件置于化学介质中加热和保温，以改变表层的化学成分和组织，从而改变表层性能的热处理工艺。目前常用的有：渗碳、氮化、碳氮共渗等。
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