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热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）

1、 整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；

2、 表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；

3、 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却

一、 钢在加热时的转变

加热的目的：使钢奥氏体化

（一）奥氏体（ A）的形成

奥氏体晶核的形成 以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件① 此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

1、 奥氏体长大 由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不 断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。

2、 残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失）

3、 奥氏体成分的均匀化 残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。

（二）奥氏体晶粒的长大

奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

影响 A晶粒粗大因素 1、 加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大 。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理）

2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。

二、钢在冷却时的转变

生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却

（一） 过冷奥氏体的等温转变

A在相变点A 1 以上是稳定相，冷却至A 1 以下就成了不稳定相，必然要发生转变。

1、奥氏体等温转变图：表示奥氏体过冷在不同温度下的等温过程中，转变温度、转变时间与转变产物量的关系曲线图。曲线形状与“C”字相似，所以又称C曲线。

2、 共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能

1） 高温珠光体型转变： A 1 ~550℃

（ 1）珠光体（P） A 1 ~650℃ 粗层状 约0.3 μ m < 25HRC

（ 2）索氏体（S） 650~600℃ 细层状 0.1~0.3 μ m 25~35HRC

（ 3）托氏体（T） 600~550℃ 极细层状 约0.1 μ m 35~40HRC

2） 中温贝氏体型转变： 550~Ms

（ 1）上贝氏体（B 上 ） 550~350 ℃ 羽毛状 40~45HRC

脆性大，无使用价值

（2）下贝氏体（B 下 ） 350~M S 黑色针状 45~55HRC

韧性好，综合力学性能好

3） 低温马氏体型转变： M s ~M f

当 A被迅速过冷至M S 以下时，则发生马氏体（M）转变，主要形态是板条状和片状。（当 W C ＜ 0.2％时，呈板条状，当 W C ＞ 1.0％呈针片状，当 W C ＝ 0.2％～1.0％时，呈针片状和板条状的混合物）

（二） 过冷奥氏体的连续冷却转变

1． 奥氏体连续冷却转变图（共析钢的连续冷却转变如图） 连冷却转变图是表示钢经A后，在不同冷却速度的连冷却条件下，过冷A转变开始及转变终了时间与转变温度之间的关系曲线图。

2． 共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能

（1） 随炉冷 P 170~220HBS （700～650℃）

（2） 空冷 S 25~35HRC （650～600℃）

（3） 油冷 T＋M 45~55HRC 550℃

（4） 水冷 M+A ′ 55~65HRC

3． 马氏体转变

当冷速 > V K 时，奥氏体发生M转变，即碳溶于 α— F e 中的过饱和固溶体，称为 M（马氏体） 。 （ V K —— 马氏体临界冷却速度）

（1） 转变特点： M 转变是在一定温度范围内进行 （M s ～M f ）

M 转变是在一个非扩散型转变 （碳、铁原子不能扩散）

M 转变速度极快 （大于V k ）

M 转变具有不完全性 （少量的残A）

M转变只有 α－ Fe、γ－Fe的晶格转变

（2） M 的组织形态

(3) M 的力学性能

① M的强度与硬度 C的上升M的硬度、强度上升

② M的塑性与韧性 低碳板条状M良好

板条状 M 具有较高的强度、硬度和较好塑性和韧性相配合的综合力学性能。针片状 M 比板条 M具有 更高硬度，但脆性较大，塑、韧性较差。