热处理的认识一、简介：1.金属材质经冶炼、热加工、冷加工后，会出现一些不利于使用环境的组织结晶。

2.或又因使用环境本身存在特殊要求，必须强化金属的某些物理性能。

3.不同的烘烧时间、恒温周期、冷却方式，对组织结晶产生莫大影响，种类如下：1）退火（Annealing）2）正常化（Normalizing）3）回火（Tempering）4）淬火（Quenching）5）固溶化（Solution）6）时效硬化（Age Hardening）二、名词解释：（一）成分组织命名：1.肥粒铁（Ferrite）：在生铁或钢中未与碳结合的铁，为具有体心立方（BCC）结晶组织的铁或其固溶体。

延展性良好而强度较低。

在770℃（居里点）以下有铁磁性。

2.沃斯田铁（Austenite）：已溶解的碳，具有面心（FCC）组织结晶之铁。

3.波来铁（Pearlite）：在标准的形式中冷却或在相对高温中等温变态的钢材形成含有C）两相的薄层微组成混合体。

常在碳肥粒铁与雪明碳铁（Fe3钢和铸钢中生成。

4.变韧铁（Bainite）：在相对低温下等温退火，形成包含肥粒铁和雪明碳铁两相的微观组成的钢材。

P.S.: isothermal transformation = isothermal annealing等温变态：依据允许时间，在特定温度转变。

等温退火：沃斯田铁在恒温下转变为肥粒铁V.S.波来铁。

5.麻田散铁（Marten site）：纯金属或合金从某一固相转变成另一固相时的产物。

在相变期间由快速冷却方法形成亚稳态（变动的稳定）过渡组织，<即滞温变态 athermal transformation>，其特征使原子不扩散，化学成份不改变，但晶格结构发生变化，并具有针状的结晶体，同时新旧相间维持一定的位向关系和有切变共格。

在碳钢中是硬的过饱和碳固溶体处在铁的体心正方点阵中。

P.S.: 滞温变态：只依据温度来转变（与时间无关）。

（二）纯铁之组织及相变化：1.纯铁之结晶学性质，如下表：纯铁之结晶特性凝固 源自“再结晶现象” 1403℃ δ-γ- Fe 平衡区界点：A4变态 γ- Fe – Fe 平衡区界点：A3变态磁性转变：A2变态 （晶格类型不变：非相变态）铁的居里点：磁性变态温度（A2铁的3种同素异形体：δ−Fe 、 γ−Fe （沃斯田铁）、 α−Fe （肥粒铁） △ 波来铁= α−Fe+Fe 3C 723℃△ Al 变态： 波来铁 共析变态3.铁的多晶型相变态，是钢的合金化和和热处理的基础。

（1） α →γ：1) 略低于910ºC ，晶粒随升温而成长，在A3变态点，由α变态γ。

2) A3变态初，γ晶粒重新自粗大的γ晶粒内凝核，即发生再结晶现象，晶粒又变很小。

超塑性。

（2）γ→δ：1) 继续升温，晶粒逐渐成长（无相变态），直至A4变态，由γ变态δ。

2) A4变态之初，δ亦自原粗大之γ晶粒内结晶产生，如同A3变态。

（三）热处理名称：1.固溶化(Solution Treatment):合金先升温高于固溶线温度（溶解温度）并恒温，<一个或多个成分溶入固溶体>，直到均匀的α固态产生，此步骤溶解了θ析出物并降低了最初合金中任何的分凝部分。

并急速冷却以阻止析出的处理过程。

也是时效硬化热处理的第一步骤，参考上图。

2.淬火（Quenching）：金属或玻璃的热处理程序。

固溶后，只有α相合金急速冷却，原子来不及扩散到潜在有核位置令θ相无法形成，α组织为过饱和溶液。

用于冶金、塑胶成形、和石油精炼，以提高硬度和强度或改变物理与化学性能（如电性、磁性、抗蚀性等）。

3.时效硬化（Age Hardening）：一种特殊的离散强化热处理。

过饱和α组织加热至低于固溶温度，在此时效温度，原子可短距离扩散，因过饱和α不稳定，额外的θ扩散往许多的有核位置，即析出。

最后，合金经过充足的时效时间，α+θ平衡态将形成。

上述经固溶化、淬火及时效过程，其凝聚析出的成分提供了坚固的强化效果，又称析出硬化(precipitation hardening)。

4.回火（Tempering）：加热（淬火后）淬硬钢或铸铁到共析点以下某一温后缓慢或快速成冷却，以允许麻田散组织分解成平衡相。

用来减低或消除淬火钢件（指麻田散铁）中的内应力或降低强度和硬度，以提高其塑性或韧性。

按不同要求，可采取低温，中温或高温回火。

※麻田散铁的回火：1）Marten site是个不平衡组织，在低于共析温度加热，安定的α（肥粒铁）和FeC（雪明3碳铁）会析出，此过程即回火。

麻田散贴的分解：a.引起强度与硬度下降。

b.延展性与耐冲击性能提高。

2）过程：a.在低温的回火温度下，Marten site会形成两个过渡相。

①较少量的碳的marten siteC）②极微细的不平衡ε-碳化物（Fe2.4※特性：高强度、脆，有时甚至比回火前硬。

C开始形成。

b.在较高的回火温度，α和Fe3较软与富延展性。

3）但若再增加回火温度至略低于共析温度，FeC会变得粗劣与离散强化效应大幅度下降。

3①钢铸铁产生肥粒铁母体5.退火(Annealing):对合金或玻璃进行加热，经沃斯田化将：①钢产生软、粗的波来铁②铸铁产生肥粒铁母体再炉冷以消除各种内应力，并使材料脆性减小。

6.正常化(Normalizing):经沃斯田化，再空冷，以产生细波来铁组织的一种热处理。

国内俗称正火。

（四）专有名词解释：1.沃斯田化(Austenitizing):将钢或铸铁加热至均至的沃斯田铁（γ-Fe）的温度。

沃斯田化是钢的或铸铁绝大多数热处理的第一步骤。

2.铸铁(Cast Iron):在凝固时，含有足够的碳的铁合金发生共析反应。

3.钢以微组织区分：亚共析钢、共析钢、过共析钢。

※钢加热至完全沃斯田铁（γ-Fe）温度范围，维持一段时间使变态完成（如此可将铸造、加工的影响或各种异常组织消减），然后空冷。

正常化热处理。

1）共析钢之正常化组织：即发生共析变态的钢，其含碳量恰为0.8%γ-Fe α- Fe+ FeCC)之变态，面心立方的沃斯田铁同时析出肥粒铁(α-Fe)及碳化物(Fe3C成交互重之变态温度7230C为钢的共析温度。

共同析出的γ-Fe及Fe3层状（指纹状）存在。

2）亚共析钢之正常化组织：含碳量底于共析钢者；在自完全为沃斯田铁的温度冷却时，先析出肥粒铁（为初析物），抵7230C共析温度时，剩下的沃斯田铁全部变态为[肥粒铁+雪明碳铁]之共析物；正常化组织为初析肥粒铁及共析之层状波来铁。

3）过共析钢之正常化组织：含碳量高于共析钢者。

过共析钢自完全为沃斯田铁的温度冷却时，雪明碳铁先沿沃斯田铁粒界初析出来，待温度降抵7230C共析温度时，剩下的沃斯田铁全部变态为[肥粒铁+雪明碳铁]之共析物。

正常化组织为初析雪明碳铁及共析之层状波来铁。

三、热处理的运用与功效：（一）组织强化的产生溶质溶入了溶剂后（可想象水溶液），不同大小的异种原子排列互相卡住，造成差排滑动困难。

如下图，铍铜的屈服强度明显地很大。

即合金铜强度大于纯铜。

（二）热处理运用图：（三）铜材常用四种热处理，其目的：1.中间退火(Process Anneal) 消除冷作(Eliminating Cold Work)含碳量少于0.25%的肥粒铁利用冷加工强化使用再结晶热处理来消除冷加工效应称之。

此过程在低于Al温度的80-1700C操作。

2.退火(Annealing)和正常化(Normalizing)——控制散布强化.1)藉由控制FeC的数量、尺寸、形状和分布，平板状的碳钢被离散强化。

随3C出现，直至钢的强度增加。

着碳增加，更多的Fe3C。

2）在沃斯田铁转变成波来铁的过程，藉由控制冷却速率来精炼Fe3①极慢冷却，波来铁会粗糙退火或完全退火(full anneal)。

退火a.亚共析钢低强度，延展性佳。

炉冷退火b.过共析钢 (a)加热不可超过Acm温度，否则炉冷造成沃斯炉冷田铁组织边界产生粗糙的Fe3C薄层而发脆。

（不可行）C变圆，再炉(b)超过Al温度进行沃斯田铁化加热允许Fe3冷产生不连续的FeC和粗波来铁。

3②较快冷却，波来组织细化正常化。

依据钢的成份（过或亚共析钢）加热高于A或Acm温度达550C来3进行正常化。

在沃斯田化后，取出并空冷。

空冷使得较快冷却并得到较细的波来铁。

P.S.:过共析钢在高于Acm温度正常化，由于较快速冷却，FeC缺少机会在沃斯田组织边3界形成连续的薄层。

3.球化改善加工性含有大量的FeC的高碳钢具有加工性低劣的特性。

因此需要长时间在低于Al3C改变成球状大颗粒分温度300C的球化处理期间，为了要降低边界区域，Fe3子．诸如已知的球化铁(spheroidite),其微组成有一个软、可加工的肥粒铁组织的连续母体。

机械加工后，更复杂的热处理使钢材产生所需要的特性。

假如麻田散铁长时间在低于Al温度回火将出现相似结构。