第九章钢的热处理原理钢的热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。钢为什么能够进行热处理？原则上只有在加热或冷却时发生溶解度的显著变化或发生固态相变的合金才能进行热处理。根据Fe-Fe3C相图，钢在高温和低温时具有不同的结构状态：共析钢在加热和冷却过程中经过PSK线（A1）时，发生珠光体和奥氏体之间的相互转变；亚共析钢经过GS线（A3）时，发生铁素体与奥氏体之间的相互转变；过共析钢经过ES线（Acm）时，发生渗碳体与奥氏体之间的相互转变。钢在加热和冷却过程中越过上述临界点就要发生固态相变，所以能进行热处理。9.2、钢在加热时的转变冷却Ar1：A→P开始温度Ar3：A→α开始温度Arcm：A→Fe3CⅡ开始温度当温度等于A1时，珠光体与奥氏体的自由能相等。只有当温度高于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱动力才能克服界面能和应变能的相变阻力，使奥氏体的自由能低于珠光体的自由能，奥氏体才能自发形核。1.奥氏体的形成过程当铁素体全部转变为奥氏体时，可以认为，奥氏体的长大即完成。但此时仍有部分渗碳体尚未溶解残留在奥氏体中，这时奥氏体的平均碳浓度低于共析成分。(3)剩余渗碳体溶解亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相同，当加热温度仅超过AC1时，只能使原始组织中的珠光体转变为奥氏体，仍会保留一部分先共析铁素体或先共析渗碳体。这种奥氏体化过程被称为“部分奥氏体化”或“不完全奥氏体化”。只有当加热温度超过AC3或Accm，并保温足够的时间，才能获得均匀的单相奥氏体，这又被称为是非共析钢的“完全奥氏体化”。2.奥氏体的形成速度亚共析钢或过共析钢奥氏体等温形成图当珠光体全部转变为奥氏体后，还有过剩相铁素体或渗碳体的继续转变，也需要碳原子在奥氏体中的扩散及奥氏体与过剩相之间相界面的推移来进行。与共析钢相比，过共析钢的渗碳体溶解和奥氏体的均匀化所需时间要长得多。3.影响奥氏体形成速度的因素（2）原始组织的影响b)合金元素的影响③在F和Cm中分布不均匀平衡组织中，Cr、Mo、W、V、Ti等主要集中于碳化物中，而Ni、Si、Al等非碳化物形成元素主要存在于F中。奥氏体后，碳与合金元素在钢中分布仍是极不均匀的，因此，合金钢的A均匀化过程，除了碳在A中的均匀化外，还包括了合金元素的均匀化。相同条件下，合金元素在A中的扩散速度比碳的扩散速度慢103-104倍。同时碳化物形成元素强烈阻碍碳的扩散，因此，合金钢A化要比碳钢缓慢得多。合金钢热处理时，加热温度要比碳钢高，保温时间也需要延长。特别是高合金钢，如W18Cr4V高速钢的淬火温度需要提高到1270－1280℃，超过Acl(820-840℃)数百度。4.奥氏体的晶粒大小及其影响因素奥氏体晶粒的形成和显示方法由国家标准规定：有铁素体网法、渗碳法、直接淬火法等。直接淬火法规定，碳含量1.00%以下除另有规定，一般碳含量≤0.35%时，将试样加热到900±10℃，保温1小时后淬火；碳含量＞0.35%时，加热到860±10℃，保温1小时后淬火，以获得马氏体组织，然后测定奥氏体晶粒度。起始晶粒度：A转变刚刚完成时的晶粒大小。实际晶粒度：在某一具体的加热条件下获得的A晶粒大小。本质晶粒度：表示钢在一定条件下A晶粒长大的倾向性。（3）影响奥氏体晶粒大小的因素当碳含量超过一定限度以后，钢中出现二次渗碳体，随着含碳量的↑，二次渗碳体数量↑，且分布在A晶界上，可以阻碍A晶界的移动，反而使A晶粒长大倾向↓。9.3、钢在冷却时的转变热处理生产中，过冷A的冷却方式有两类：等温冷却：将A状态的钢迅速冷至临界点以下某一温度保温一定时间，使其在该温度下发生组织转变，然后再冷至室温；以金相-硬度法为例建立共析钢过冷奥氏体等温转变曲线。一般将A转变量为1~3%所需要的时间定为转变开始时间。转变量为98%所需的时间定为转变终了时间。根据需要也可以测出转变量为20%、50%、70%的时间。2.共析钢过冷奥氏体的等温转变曲线分析过冷A的稳定性受两个因素控制：旧、新相间的自由能差ΔG；原子的扩散系数D。3.影响过冷奥氏体等温转变曲线的因素b)合金元素一般来说，除Co和Al（Al>2.5%）以外的所以合金元素，溶入A都增加过冷A的稳定性，使过冷A等温转变曲线右移，并使Ms降低。Mo的影响最强烈，W、Mn、Ni的影响也很明显，Si、Al的影响较小。钢中加入微量的B可以明显提高过冷奥氏体的稳定性，但随含碳量的增加，B的作用逐渐减小。Co降低过冷奥氏体的稳定性，使过冷奥氏体等温转变曲线向左移，使Ms升高。非碳化物或弱碳化物形成元素，如Ni、Mn、Si、Cu、B等，只是不同程度地减低P和B的转变速度，使过冷A等温转变曲线右移，但不改变