鋼的熱處理，一份清晰的基礎(chǔ)知識匯總PPT 鋼的熱處理
改善鋼的性能，主要有兩個途徑
（1） 調(diào)整鋼的化學成分，加入合金元素
（2） 鋼的熱處理，改變組織結(jié)構(gòu)
熱處理：通過加熱，保溫，冷卻等操作方法，使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的一種加工工藝。
分類：
普通熱處理：退火，正火，淬火，回火
表面熱處理：表面淬火（火焰加熱，感應加熱），化學熱處理（滲碳，氮化，碳氮共滲）
3.1 鋼熱處理的基本原理
加熱或冷卻時鋼組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
3.1.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變
A1，A3，Acm是反映不同含碳量的鋼在緩慢加熱和冷卻時的相變溫度（平衡臨界點）。實際生產(chǎn)中，加熱和冷卻速度不可能很慢，總有過冷和過熱現(xiàn)象。加熱和冷卻速度越大，相變溫度偏離平衡臨界點的程度也越大，即過冷度和過熱度越大。通常用Ac1，Ac3和Accm表示加熱時偏離后的相變溫度；用Ar1，Ar3和Arcm表示冷卻時偏離后的相變溫度。
大多數(shù)熱處理工藝都是將鋼加熱至相變溫度以上，使其室溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆驃W氏體， 即“奧氏體化”。
以共析鋼為例說明鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變。
3.1.1.1 形成過程
共析鋼在室溫時具有珠光體組織，將其加熱到Ac1以上時，珠光體將全部轉(zhuǎn)為含碳量為0.77%的奧氏體。
P=F（體心立方）+Fe3C（復雜晶格）——>A（面心立方）
奧氏體化是一個重結(jié)晶的過程，分為四個階段：
* 奧氏體晶核形成
晶核易于在F和Fe3C相界面形成，這是因為此處原子排列紊亂，位錯、空位密度高。
* 奧氏體晶核的長大
含碳量不同出現(xiàn)碳濃度梯度，引起F->A及Fe3C溶解。
* 殘余奧氏體的溶解
F先轉(zhuǎn)變完，F(xiàn)e3C完全溶解
* 奧氏體成分均勻化
碳擴散使A含C量趨于均勻。
3.1.1.2 影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素
* 形成溫度，鋼的成分和原始組織及加熱速度
形成溫度越高，原子擴散能力增大，增大了A中C濃度梯度，加速成A形成。
* 含C量越高，F(xiàn)和Fe3C相界面增多，有得于A形成。
* P越細，A形成速度越快。
* 連續(xù)加熱時，隨著加熱速度增大，A形成溫度提高，所需時間縮短。
3.1.1.3 奧氏體晶粒的長大及其影響因素
晶粒度分為起始晶粒度，實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度。
起始晶粒度：指珠光體剛剛?cè)哭D(zhuǎn)變?yōu)锳時的A晶粒度。
實際晶粒度：指鋼在具體的熱處理或熱加工條件下實際獲得的奧氏體晶粒大小。直接影響鋼件性能。
本質(zhì)晶粒：指A晶粒長大的傾向性（本質(zhì)細晶粒鋼，本質(zhì)粗晶粒鋼）
A晶粒長大及其影響因素：
* 奧氏體化溫度越高，晶粒長大越明顯。
* 加入合金元素影響奧氏體晶粒長大。
能形成穩(wěn)定碳化物元素Ti，Cr，抑制A長大。
Mn，P等則加速A長大
3.1.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變
冷卻方式有兩種：
（1）等溫冷卻
就是將加熱后組織為全部奧氏體的鋼，先以較快的冷卻速度冷卻到Ar1線以下某一溫度，這時奧氏體尚未來得及轉(zhuǎn)變，但已成為過冷奧氏體。然后進行保溫，使奧氏體在等溫下發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。再繼續(xù)冷卻到室溫，如等溫退火、等溫淬火等。
（2）連續(xù)冷卻、
將加熱后組織為全部奧氏體的鋼，以某一速度冷卻，使奧氏體在溫度連續(xù)下降的過程中發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。如退火（爐冷），正火（空冷），普通淬火（油、水泠）。
過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能
珠光體，索氏體，屈氏體：晶粒粗細之分。
馬氏體：C在α-Fe中的過飽和固溶體，高強度，高硬度和耐磨性
貝氏體：由含碳過飽和F和碳化物組成的兩相混合物。上貝氏體，下貝氏體（高強，韌）
3.1.2.1 過冷A等溫冷卻
將A過冷到Ar1以下的某一溫度，并在此溫度等溫停留過程中完成其組織轉(zhuǎn)變過程，稱為過冷A的等溫轉(zhuǎn)變。
（1） 高溫轉(zhuǎn)變區(qū)Ar1-550
（2） 中溫轉(zhuǎn)變區(qū)550-230
（3） 低溫轉(zhuǎn)變區(qū)
3.1.2.2. 過冷A連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變
在實際熱處理生產(chǎn)中，A的轉(zhuǎn)變大多是在連續(xù)冷卻過程中進行的，常在爐內(nèi)、空氣中，油中或水中冷卻。與等溫轉(zhuǎn)變一樣也能發(fā)生珠光體、貝氏體、馬氏體等轉(zhuǎn)變，但不同的是冷卻過程要經(jīng)過各個轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，會發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變，得到幾種轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的復合組織。
3.2.1 退火與正火
鋼的退火與正火是應用非常廣泛的熱處理工藝，例如各類鑄、鍛、焊生產(chǎn)的毛坯或半成品的預備熱處理，目的在于消除冶金及熱加工過程中產(chǎn)生的某此缺陷，改善組織和工藝性能，為以后的機加工及最終熱處理做好組織與性能準備。對于某些性能要求不高的機械零件，經(jīng)退火或正火后可直接使用。此時，退火或正火也就成為最終熱處理。
退火：把鋼加熱到臨界點Ac1以上或以下的一定溫度，保溫一段時間，隨后在爐中或埋入爐中或?qū)嵝暂^差的介質(zhì)中，使其緩慢冷卻以獲得接近平衡狀態(tài)的穩(wěn)定的組織。
目的：
（1）降低鋼的硬度，改善切削加工性；
（2）提高鋼的塑韌性，便于成形加工；
（3）細化晶粒
（4）消除工件內(nèi)的殘余應力。
正火：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30-50℃，適當保溫后，從爐中取出在靜止的空氣中冷卻至室溫。
目的：
（1）細化晶粒，消除缺陷
（2）調(diào)整鋼的硬度
（3 消除內(nèi)應力
既可做為中間熱處理，也可用作最終熱處理。
3.2.2 淬火與回火
淬火：將鋼加熱到Ac3或Ac1線以上30-50℃，保溫一定時間后，在水或油中快速冷卻，以獲得馬氏體組織。
目的：主要是獲得馬氏體，提高鋼的硬度和耐磨性。
兩個概念：淬透性，淬硬性
淬火后強度和硬度有了較大提高，但塑性和韌性卻顯著降低，此外，淬火工件內(nèi)部有較大內(nèi)應力，如不及時處理，
會進一步變形至開裂，為此，淬火后要及時回火。
回火：將淬火后的鋼加熱到Ac1線以下的某一溫度，在該溫度下保溫一定時間（2-4小時），然后取出在空氣或油中冷卻。
回火通常作鋼件熱處理的最后一道工序，因此，把淬火和回火的聯(lián)合工藝稱為最終熱處理。
目的：
（1）降低脆性，減少內(nèi)應力，防止變形開裂
（2）調(diào)整鋼件的機械性能
（3）穩(wěn)定組織，保證工件尺寸、形狀穩(wěn)定。
低溫回火：加熱到150-250℃，保溫1-3小時后空冷，得到回火馬氏體。（保證高硬度，如刃具、量具）
中溫回火：加熱到350-450℃，保溫后空冷，得到回火屈氏體。（高彈性極限，有一定韌度和硬度，如彈簧）
高溫回火：加熱到500-650℃，保溫后空冷，得到回火索氏體。（有一定強度和硬度，又有良好的塑性和韌性，如曲軸，齒輪）
淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理
3.2.3 表面熱處理
機器零件如齒輪，曲軸工件條件不同，有時受沖擊，表面受摩擦，要求芯部有足夠強度，韌性，表面有高的硬度和耐磨性。
3.2.3.1. 表面淬火
火焰加熱表面淬火；感應加熱表面淬火
3.2.3.2. 表面化學熱處理
滲碳：向鋼的表面滲入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性。
滲氮：在工件表面滲入氮原子，形成一個富氮硬化層的過程。提高材料表面硬度、抗疲勞性和耐磨性，且滲氮性能優(yōu)于滲碳。
碳氮共滲：碳氮同時滲入工件表層。提高表面硬度、抗疲勞性和耐磨性，并兼具滲碳和滲氮的優(yōu)點。
滲鉻：有較好的耐蝕性和優(yōu)良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不銹鋼和耐熱鋼用于機械和工具制造。
滲硼：十分優(yōu)秀的耐磨性、耐腐蝕磨損和泥漿磨損的能力，耐磨性明顯優(yōu)于滲氮、碳和碳氮共滲層，但不耐大氣和水的腐蝕。主要用于泥漿泵零部件、熱作模具和工件夾具。
下面我通過一組PPT 來學習一下這方面的知識:
來源：熱處理小講堂
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