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2014-01 机械制造基础（京玉海） 第4章 钢的热处理 同素异晶：一种金属能以几种晶格类型存在的性质。 同素异晶转变：金属在固态下改变其晶格类型的过程。 同素异构和同素异构转变是热处理的前提条件。 铁的同素异晶转变 同素异晶转变的主要特点 金属的同素异晶转变过程也是形核与长大的过程，结晶时有一定的转变温度并放出结晶潜热。 由于固态下原子的扩散比液态困难得多，因此，金属的同素异晶转变具有较大的过冷倾向。 金属的同素异晶转变往往伴随着体积的变化，因而容易在金属中引起较大的内应力，故易引起金属材料的变形。 在铁碳相图中，共析钢、亚共析钢和过共析钢分别要加热A1点、GS线(A3)和ES线(Acm)以上才能全部转变为奥氏体。 实际上，由于热滞作用，需要加热到比上述平衡临界点稍高的温度，这时的临界点分别记为 AC1、AC3、ACcm。 同样地，实际冷却时各临界点则记为Ar1、Ar3、Arcm。 钢的奥氏体化：热处理时使钢获得均匀的奥氏体组织的这种加热转变过程。 这个过程分成：奥氏体核心形成和长大、残余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化三个阶段。 热处理一定要有保温过程，其目的有：获得均匀的奥氏体组织和是表层与心部温度一致。 冷却是热处理的关键工序。 在热处理生产中，常用的冷却方式有等温冷却和连续冷却两种。 等温冷却是将加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到Ar1线以下某一温度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。 连续冷却是将加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度(如炉冷、空冷、油冷、水冷等)连续冷却到室温。 过冷奥氏体：冷却到临界温度以下，处于热力学不稳定状态的奥氏体。 过冷奥氏体的等温转变曲线(TTT曲线，C曲线)： 过冷奥氏体转变的温度、时间与转变组织的关系图。包含转变开始线和转变终止线。 过冷奥氏体等温转变分成三个温度区间：珠光体转变(高温)、贝氏体转变(中温)和马氏体转变(低温)。 珠光体转变 温度区间为550℃～Ar1，且转变温度越低，过冷度越大，片间距越小，塑性变形抗力越大，强度、硬度越高。 根据片间距的大小不同，将珠光体分为三种。 贝氏体转变 在550～230℃(Ms点)温度范围内。 由于温度较低，原子扩散能力较弱，因此得到是由含碳过饱和的铁素体与弥散分布的渗碳体(或碳化物)组成的非层片状两相组织，称为贝氏体，用符号“B”表示。 根据形态分为上贝氏体(在550～350℃范围内的转变产物，在显微镜下呈羽毛状，B上)、下贝氏体(在350～230℃温度范围内的转变产物，呈针状，记为B下)两种。 马氏体转变 温度到Ms以下。 冷却速度大于该钢的马氏体临界冷却速度。 马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。有板条状(低碳M)和片状(高碳M) 两种。 一般说来，马氏体组织具有高的强度、硬度，板条状马氏体也有良好的塑性和韧性。 应当指出，亚共析碳钢和过共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线与共析碳钢的不同。 在相同加热条件下，亚共析碳钢的C曲线随着碳的质量分数的增加而右移；过共析碳钢的C曲线随着碳的质量分数的增加而左移。所以共析碳钢的C曲线最靠右，过冷奥氏体最稳定，孕育期最长。 此外，在亚共析碳钢和过共析碳钢的C曲线上部分别多出一条先析铁素体析出线和二次渗碳体析出线。 V1相当于炉冷(退火)，与C曲线相交于700~650℃，转变产物为珠光体，硬度约为170~220HBS。 V2相当于空冷(正火)，与C曲线相交于650~600℃，转变产物为索氏体，硬度约为25~35HRC。 V3相当于油冷(淬火)，与C曲线转变开始线相交于600~550℃，部分奥氏体先转变为托氏体，未转变的剩余奥氏体在与Ms线相交后继续转变为马氏体。转变产物为马氏体+托氏体+残余奥氏体混合组织，硬度约为45~55HRC。 V4相当于水冷(淬火)，与C曲线不相交而直接过冷到Ms线以下转变为马氏体，转变产物为马氏体+少量残余奥氏体，硬度约为60~65HRC。 退火与正火的主要目的 调整钢件硬度，改善切削加工性能。 消除残余应力，稳定工件尺寸，并防止其变形和开裂。 细化晶粒，改善组织，提高钢的力学性能和工艺性能。 为最终热处理(淬火、回火)作好组织上的准备。 退火：将钢件加热到适当温度，保持一定时间后缓慢冷