2.火焰加热表面淬火 (1)基本原理和特点 (2)方法 ①固定法；②旋转法；③前进法；④联合法。
图4-30 火焰表面淬火方法示意图 1—火焰喷嘴;2—喷水装置;3—加热层;4—淬硬层
4.5.2 钢的化学热处理
1.化学热处理的基本原理 (1)化学热处理的概念 (2)化学热处理的基本过程 2.渗碳 (1)渗碳概述 (2)气体渗碳 (3)渗碳后的热处理及其性能 ①渗碳后的热处理: ②渗碳淬火后的组织: 一类是从表面到心部组织依次为马氏体 +残余奥氏体→ 马 氏体→心部组织; 另一类是马氏体+残余奥氏体+碳化物→马氏体+残余奥氏 体→马氏体→心部组织。
4.5 钢的表面热处理和化学热处理
4.5.1 钢的表面热处理 1.感应加热表面淬火 (1)基本原理
图4-28 感应加热示意图
(2)特点及其在热处理中的应用 ①感应加热能够在一定范围内控制加热层深度。 ②加热速度快，生产效率高。 ③工件的热处理质量高而稳定。 ④热效率高。 ⑤易实现局部加热和连续加热。 ⑥便于实现机械化和自动化。
(2)回火后的力学性能
淬火钢回火时力学性能总的变化趋势是： 随着回火温度的上升，硬度、强度降低， 塑性、 韧性升高。
①回火对淬火钢硬度的影响
图4-26 不同碳含量的碳钢回火温 度与硬度的关系
②回火对钢的强度、塑性和韧性的影响
图4-27 碳钢的力学性能与回火温度的关系
2.回火的分类及回火工艺的制定 （1）回火的分类 ①低温回火: ②中温回火: ③高温回火: （2）回火工艺的制定 制定回火工艺的主要参数有: 回火温度、回火时间、回火后的冷却速度。
1.铁碳合金的基本组织 （1）铁素体 （2）奥氏体 （3）渗碳体 （4）珠光体 （5）莱氏体
4.1.2 铁碳合金相图的分析
Fe-Fe3C相图
①Fe-Fe3C相图中的特性点:
1148℃ LwC4.30% Ld wC4.30%（AwC2.11%+Fe3C） 共晶转变 1148℃ 或 LwC4.30% 727℃ AwC0.77% PwC0.77%（FwC0.021 8% +Fe3C） 共析转变 （4-4） 共晶转变 LdwC4.30% （4-3） （4-2）
图4-23 钢在理想淬火介质 中冷却速度示意图
●蒸气膜阶段（图4-24中 AB段） ●沸腾阶段 （图4-24中 BC段） ●对流阶段 （图4-24中 CD段）
图4-24 冷却过程的三个阶段
常用的淬火介质
常用的淬火介质有水、盐水和碱 水、油、熔盐和熔碱等。 ●水 ●盐水和碱水: ●油: ●熔盐和熔碱: ●新型淬火介质:主要有聚乙烯醇 水溶液和三硝水溶液等。
(1)回火时的组织转变 淬火钢回火时的组织转变大致包括以下几 个过程: ①碳原子的偏聚和聚集: ②马氏体的分解: ③残余奥氏体的转变: ④碳化物的析出、转化和长大: ⑤铁素体的回复与再结晶:
总之，淬火钢的回火转变是由以上 五个过程综合作用的结果，难以用明 确的温度范围将 它们截然分开，它们 有时互相交错，有时同时进行。
图4-19 连续冷却的等温转变图
4.3.3 过冷奥氏体的组织转变类型
1.珠光体型转变 (1)珠光体的组织形态及力学性能 (2)珠光体的形成机理 珠光体的形成过程，包含两个同时进行的 过程: 一个是碳的扩散，生成高碳的渗碳体和低 碳的铁素体;另一个是晶体的点阵重构，由面 心立方的奥氏体转变成体心立方的铁素体和 复杂斜方的渗碳体。
(4)感应加热表面淬火后的组织及性能 ①感应加热表面淬 火后的组织: ②感应加热表面淬 火后的力学性能: ●硬度: ●疲劳强度: ●耐磨性:
图4-29 淬火钢感应加热表面淬火后的组 织、硬度与加热温度之间关系
(5)工艺
感应加热表面淬火的工艺参数分为热参数和电参数两种。 ①感应加热表面淬火方法:●同时加热淬火法；●连续加热 淬火法。 ②淬火温度和加热速度的选择 ③感应加热设备的选择:应根据工件的淬硬层深度要求选择 电流频率。 ④感应加热后的冷却：●喷射冷却；●浸液冷却；●埋油冷 却。 ⑤感应加热表面淬火后的回火 通常回火方法有三种: ●炉中回火；●自回火；●感应加热 回火。
(2)珠光体的形成机理
图4-20 片状珠光体形成过程示意图
2.贝氏体型转变
（1）贝氏体的组织形态和力学性能 （2）贝氏体的形成机理 上贝氏体和下贝氏体的转变机理见图4-21。
图4-21 贝氏体形成机理示意图
3.马氏体型转变
（1）马氏体的组织形态及力学性能 （2）马氏体的形成条件 （3）马氏体型转变的特点 钢中马氏体型转变有着许多不同于珠光体型 转变的特点: ①转变的非扩散性: ②转变的非等温性: ③转变的非彻底性: ④比容增大:
(1)纯金属的冷却曲线及过冷度
图4-1 热分析装置示意图
图4-2 纯金属的冷却曲线
图4-3 纯金属结晶时 的冷却曲线
综上所述，纯金属的结晶有两个特点:
一是结晶总是在一定的过冷度条件下进行; 二是结晶的整个过程是在一恒温(T1)情况下由 开始到结束的。 前者也是合金结晶以及其他固态下组织转变的 共同特点。
(3)淬火冷却方法 ①单液淬火: ②双介质淬火: ③马氏体分级淬火: ④下贝氏体等温淬 火: ⑤延迟淬火冷却: ⑥局部淬火: ⑦深冷处理:
图4-25 常用淬火方法冷却 曲线示意图
2.钢的淬硬性和淬透性 淬硬性和淬透性是表示钢接受淬火能力的 两项性能指标。它们是选材、用材的重要依据， 也是热处理技师必须了解的材料的重要性能。 ①淬硬性 ②淬透性
图4-17 共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
2.影响奥氏体等温转变曲线的因素
影响C曲线形状、位置的因素很多，主要有 下面几个方面: (1)碳含量 (2)合金元素 (3)加热温度和保温时间
4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变的近似分析
图4-18 共析钢C曲线与CCT曲线关系
4.3.2 过冷奥氏体连续冷却转变的近似分析
(2)纯金属的结晶过程
图4-4 纯金属结晶过程示意图
(3)晶粒大小对金属力学性能的影响
常用的细化晶粒方法有: ①增加过冷度 ②变质处理 ③振动处理
2.铁的同素异构现象
1394℃ δ-Fe γ-Fe 912℃ α-Fe
（4-1）
图4-5 纯铁的冷却曲线
图4-6 铁的同素异构转变示意图
4.1.2 铁碳合金相图的分析
3.控制奥氏体长大的措施 (1)合理选择加热温度和保温时间 (2)合理选择钢的原始组织 (3)加入一定量的合金元素
4.3 钢在冷却时的组织转变
4.3.1 过冷奥氏体的等温转变
钢在冷却时，主要的冷却方式有两种:
一种是等温冷却，另一种是连续冷却，如图4-16所示。
图4-16 不同冷却方式示意图
1.过冷奥氏体等温转变曲线
（1）奥氏体晶核形成 （2）奥氏体晶核长大 （3）残余渗碳体溶解 （4）奥氏体成分均匀化
图4-14 珠光体向奥氏体转变示意图
4.2.3 奥氏体的晶粒长大及其控制
• 1.奥氏体晶粒度的概念
图4-15 钢的标准晶粒度等级示意图
2.奥氏体晶粒长大及其影响因素 （1）加热温度 （2）保温时间 （3）加热速度 （4）化学成分 钢中的碳含量和合金元素都会对奥氏体晶粒长 大产生显著影响。 ①碳含量: ②合金元素:
4.4.2 正火
将钢加热到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保温适 当时间后，在静止的空气中冷却的热 处理工艺称为 正火。由于正火将钢加热到完全奥氏体化状态，使钢 中原始组织的缺陷基本消除，然后再控制以适当的冷 却速度，所以正火得到以索氏体为主的组织。 正火与退火两者的目的基本相同，但正火的冷却 速度比退火稍快，故正火钢组织比较细，它的强度、 硬度比退火钢高。
4.4 钢的整体热处理工艺
4.4.1 退火 所谓退火，就是将金属或合金加热到适当 温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。退火的实质是将钢加热奥氏体化后进行 珠光体型转变。退火后的组织，对亚共析钢是 铁素体加片状珠光体;对共析或过共析钢则是 粒状珠光体。总之，退火组织是接近平衡状态 的组织。
(1)淬火加热温度 在具体选择钢的 淬火加热温度时，除 了遵循一般原则外， 还应考虑工件的化学 成分、技术要求、尺 寸形状、原始组织以 及加热设备、冷却介 质等诸多因素的影响， 对加热温度予以适当 调整。
图4-22 碳钢的淬火加热温度范围
(2)淬火介质
生产中实际使用 的淬火介质可分为两 大类: 一类是工件在冷 却过程中会发生物态 变化的介质; 另一类是不发生 物态变化的介质。 其冷却特性的不同， 直接影响了工件的冷 却速度。
(3)Fe-Fe3C相图的应用 ①根据Fe-Fe3C相图判断铁碳合金的力学性能:
图4-8 铁碳合金室温平衡组织与碳质量分数wC的关系
②作为选用钢铁材料的依据: ③制定铸、锻和热处理等热加工工艺的依据:
图4-10
Fe-Fe3C相图与铸、锻等工艺的关系
在热处理工艺上的应用
图4-11
Fe-Fe3C相图与热处理温度的关系
4.4.4 回火
1.淬火钢在回火时的组织和性能转变 回火就是钢淬硬后，再加热到低于Ac1以下 的某一温度，保温一定的时间，然后冷却到室 温的热处理工艺。 回火的目的是:合理调整力学性能，使工件 满足使用要求;稳定组织，使工件在使用过程中 不发生组织转变，从而保证工件的形状、尺寸 不变;降低或消除内应力，以减少工件的变形并 防止开裂。
1.退火的目的
①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加 工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织 缺陷，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能 或为以后的热处理做准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
2.常用的退火工艺及应用
（1）完全退火 （2）球化退火 （3）去应力退火 （4）再结晶退火 （5）扩散退火
或
727℃ AwC0.77% PwC0.77% 共析转变