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淬硬性 淬火缺陷： 氧化与脱碳 过热和过烧 变形与开裂 硬度不定 六、回火 回火的概念： 将钢淬火后，再加热到 Ac1点以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 回火目的：  消除内应力；  获得所需要的力学性能；  稳定组织和尺寸 淬火钢在回火时组织与性能的变化  马氏体分解；  残余奥氏体分解  渗碳体的形成  渗碳体的聚集长大。 其基本的趋势是：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。  回火的分类及应用 ☻ 低温回火： T1=1500C~2500C 组织：回火马氏体； 性能：具有高硬度，高耐磨性和一定的韧性； 应用：刀具、量具、冷冲压模具等 ☻ 中温回火： T1=3500C~5000C 组织：回火托氏体； 应用：刀具、量具、冷冲压模具等 性能：具有高的弹性极限、屈服点； 应用：弹性零件。 ☻ 高温回火： T1=500C~6500C 组织：回火索氏体； 性能：综合力学性能； 应用：受力结构体。 ☻ 调质：生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。 七、表面热处理 与化学热处理 概述： 在机械设备中，有许多零件（如齿轮、活塞销、曲轴等）是在冲击载荷及表面摩擦条件下工作的。 这类零件表面必须具有高硬度和耐磨性，而心部要有足够的塑性和韧性。 这类零件要进行表面热处理 常用的表面热处理方法有：表面淬火及化学热处理。 表面淬火 对工件表面进行淬火的工艺称为表面淬火。 火焰加热表面淬火 感应加热表面淬火 七、表面热处理 与化学热处理 二、化学热处理  分解  吸收  扩散 钢的渗碳： 渗碳件必须用低碳钢或低碳合金钢制造。 渗碳件进行热处理，常用淬火后低温回火。 八、热处理新技术 热处理新技术 形变热处理 真空热处理 可控气氛热处理 激光热处理 电子束淬火 第七单元 低合金钢与合金钢 合金元素在钢材中的存在形式：合金铁素体 \合金碳化物。 合金元素对钢材热处理和力学性能的影响：合金元素对钢材的有利作用，主要是通过影响热处理工艺中的相变过程显示出来。 （ 1）对钢材加热转变的影响。 （ 2）对钢材回火转变产生影响：提高钢材的耐回火性；产生二次硬化。 1． 形成铁基固溶体 （ 1） 形成铁基置换固溶体 ① Ni、 Co、 Mn、 Cr、 V等元素可与 Fe形成无限固溶体。 其中 Ni、 Co和 Mn形成以 γ Fe为基的无限固溶体， Cr和 V形成以 αFe为基的无限固溶体。 ② Mo和 W只能形成较宽溶解度的有限固溶体。 如 αFe(Mo)和 αFe(W)等。 ③ Ti、 Nb、 Ta只能形成具有较窄溶解度的有限固溶体；Zr、 Hf、 Pb在 Fe具有很小的溶解度。 一、合金元素的存在形式（ 1 ） Ⅰ A 0 H Ⅱ A Ⅲ A Ⅳ A Ⅴ A Ⅵ A Ⅶ A He Li Be B C N O F Ne Na Mg Ⅲ B Ⅳ B Ⅴ B Ⅵ B Ⅶ B Ⅷ B Ⅰ B Ⅱ B Al Si P S Cl Ar K Ca Se Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Pb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 元素周期表 （ 2） 形成铁基间隙固溶体 ① 对 αFe， 间隙原子优先占据的位置是八面体间隙。 ② 对 γFe， 间隙原子优先占据的位置是八面体或四面体间隙。 ③ 间隙原子的溶解度随间隙原子尺寸的减小而增加 ， 即按 B、 C、 N、 O、 H的顺序而增加。 一、合金元素的存在形式（ 2 ） 2． 形成合金渗碳体 （ 1）合金渗碳体（碳化物） 、氮化物和碳、氮化物间隙化合物相，是钢中的基本强化相。 （ 2）过渡族金属与碳、氮的亲和力、碳化物和氮化物的强度（或稳定性）按下列规律递减： Hf、 Zr、 Ti、 Ta、 Nb、 V、 W、 Mo、 Cr、 Mn、 Fe 一、合金元素的存在形式（ 3） 其中：  Ⅳ 、 Ⅴ 族金属的碳化物与氮化物具有 简单的点阵结构 ，如 TiC、 VC、 TiN、 TaC等；  Ⅵ 、 Ⅶ 、 Ⅷ 金属的碳化物与氮化物具有 复杂的点阵结构 ，如 Cr7C Cr23C W2C、Mo2C、 (W、 Mo、 Fe)6C等。  在钢中，铁的碳化物与合金碳化物相比，是最不稳定的。 渗碳体中 Fe的原子可以被若干合金元素的原子所取代。 如 (Fe,Mn)3C、(Fe,Cr)23C等。 一、合金元素的存在形式（ 4） 3． 形成金属间化合物 （ 1）金属化合物的类型通常分为正常价化合物、电子化合物及间隙化合物三类。 金属间化合物通常仅指电子化合物。 （ 2）在奥氏体不锈钢、马氏体时效钢及许多高温合金中较为重要的金属间化合物是σ(Cr46Fe54)、 η(TiFe2)、 χ(Cr21Mo17Fe62)、 μ(Co7Mo6)、 P(Cr18Ni40Mo42)、 R(Cr18Co51Mo31)、 Ni3(Al,Ti)、 Ni3(Al,Nb)、 δ(TiAl3)、 γ(TiAl)、 NiAl、NiTi、 FeAl、 α2(Ti3Al)等。 一、合金元素的存在形式（ 5） 4． 形成非金属相（非碳化合物）及非晶体相 （ 1）钢中的非金属相有： FeO、 MnO、 TiOSiO Al2O Cr2O MgOAl2O MnOAl2OMnS、 FeS、 2MnOSiO CaOSiO2等。 非金属夹杂物一般都是有害的。 （ 2） AlN和一些稀土氧化物弥散质点可用来强化钢或其它有色金属合金。 （ 3）在特殊条件下（如快速冷却凝固），可使某些金属或合金形成非晶体相结构。 钢中非晶体相的作用目前仍缺乏较详细的实验和理论依据。 一、合金元素的存在形式（ 6） 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 1 ） 1． 合金元素与铁的相互作用 （ 1） γ相稳定化元素（奥氏体形成元素） 使 A3降低， A4升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了 γ相区。 根据 FeMe相图的不同，可分为： 开启 γ相区 (无限扩大 γ相区 )； 扩展 γ相区 (有限扩大 γ相区 )。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 2） ① 开启 γ相区 (无限扩大 γ相区 )（ 图 11） 这类合金元素主要有 Mn、 Ni、 Co等。 如果加入足够量的 Ni或 Mn，可完全使体心立方的 α相从相图上消失， γ相保持到室温，故而由 γ相区淬火到室温较易获得亚稳的奥氏体组织，它们是不锈钢中常用作获得奥氏体的元素。 图 11 扩大 γ相区并与 γFe无限互溶的 FeMe相图 (a)及 FeNi相图 (b) ② 扩展 γ相区 (有限扩大 γ相区 )（ 图 12）  虽然 γ相区也随合金元素的加入而扩大，但由于合金元素与 αFe和 γFe均形成有限固溶体，并且也使 A3（ GS线）降低， A4（ JN线）升高，但最终不能使 γ相区完全开启。  这类合金元素主要有 C、 N、 Cu、 Zn、 Au等。 γ相区借助 C及 N而扩展，当 C含量在 0~%（重量）范围内，均可以获得均匀化的固溶体（奥氏体），这构成了钢的整个热处理的基础。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 3） 图 12 扩大 γ相区并与 γFe有限互溶的 FeMe相图 (a)及 FeC相图 (b) （ 2） α相稳定化元素 （ 铁素体形成元素 ） 合金元素使 A4降低 ， A3升高 ， 在较宽的成分范围内 ， 促使铁素体形成 ， 即缩小了 γ相区。 根据 FeMe相图的不同 ， 可分为： 封闭 γ相区 (无限扩大 α相区 )； 缩小 γ相区 (不能使 γ相区封闭 )。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 4） 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 5） ① 封闭 γ相区 (无限扩大 α相区 )（ 图 13） 当合金元素达到某一含量时， A3与 A4重合，其结果使 δ相与 α相区连成一片。 当合金元素超过一定含量时，合金不再有 αγ相变，与 αFe形成无限固溶体（这类合金不能用正常的热处理制度）。 这类合金元素有： Si、 Al 和强碳化物形成元素 Cr、 W、Mo、 V、 Ti 、 P及 Be 等。 但应该指出，含 Cr 量小于 7%时， A3 下降；含 Cr 量大于 7%时， A3 才上升。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 6） ② 缩小 γ相区 (不能使 γ相区封闭 ) 合金元素使 A3 升高， A4 下降，使相区缩小， 但不能使其完全封闭。 如图 14。 这类合金元素有： B、 Nb、 Zr、 Ta 等。 图 14 缩小 γ相区的 FeMe相图 (a)及 FeNb相图 (b) 2． 合金元素与碳的相互作用 （ 1） 形成碳化物  碳化物形成元素： Fe、 Mn、 Cr、 W、 Mo、 V、Nb、 Ti、 Zr等。 碳化物是钢中主要的强化相。 碳化物形成元素均位于 Fe的左侧。  非碳化物形成元素 ： Ni、 Si、 Co、 Al、 Cu、 N、P、 S等，与碳不能形成碳化物，但可固溶于 Fe形成固溶体，或形成其它化合物，如氮化物等。 非碳化物形成元素均处于周期表 Fe的右侧。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 7）  碳化物的晶体结构：  当 rc/rMe ， 碳与合金元素形成一种复杂点阵结构的碳化物。 Cr、 Mn、 Fe属于这类元素，它们形成下列形式的碳化物： Cr23C Cr7CFe3C。  当 rc/rMe ≤ ， 形成简单点阵的碳化物（间隙相）。 Mo、 W、 V、 Ti、 Nb、 Ta、 Zr均属于此类元素，它们形成的碳化物是： MeX型（ WC、 VC、TiC、 NbC、 TaC、 ZrC）和 Me2X型（ W2C、Mo2C、 Ta2C）。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 8）  碳化物的特性 ：  硬度大、熔点高（可高达 3000℃ ），分解温度高（可达 1200℃ ）；  间隙相碳化物虽然含有 50%~ 60%的非金属原子，但仍具有明显的金属特性；  可以溶入各类金属原子，呈缺位溶入固溶体形式，在合金钢中常遇到这类碳化物。 如： Fe3W3C、 Fe4W2C、 Fe3Mo3C等。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 9） （ 2） Me对固溶体中碳活度及扩散系数的影响  合金元素对碳在固溶体中活度的影响 主要表现在存在于固溶体中的合金元素，会改变金属原子与碳的结合力或结合强度。  碳化物形成元素 增加固溶体中碳与合金元素之间的结合力，降低其活度。  非碳化物形成元素 ，相反将 “ 推开 ” 碳原子，提高其活动性，即增加碳的活度，同时将出现碳从固溶体中析出的倾向。 （ 图 15） 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 10）  在研究碳化物、氮化物和碳、氮化合物在奥氏体中的溶解和冷却时它们从固溶体中的析出，以及热处理过程中元素在各相间的再分配这些问题时，合金元素对碳在奥氏体中的活度具有很重大的意义。 图 15 合金元素的摩尔原子浓度对 1000℃ 时碳在奥氏体中的相对活度系数的影响 Cf的影响  Me对 C在 A中的扩散激活能和扩散系数的影响  碳化物形成元素： 如 Cr、 Mo和 W等降低 C的活度，即提高了 C在 A中结合力，因而使扩散激活能升高扩散系数下降。  非碳化物形成元素： 如 Ni、 Co等提高 C的活度，即降低了 C在 A中的结合力，因而使扩散激活能下降，扩散系数升高。 二、合金元素与铁和碳的相互作用 及其对 γ层错能的影响（ 11） 图 16 合金元素对 C在奥氏体中的扩散激活能和扩散系数的影响 需要指出的是 S。