铁碳合金相图与热处理
1 铁碳合金的基本组织
1.1. 铁素体：碳与α-F e 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用F 表示。强度和硬度低，塑性和韧性好。纯铁由液态结晶为固态后，继续冷却到1394℃及912℃时，先后发生两次晶格类型的转变。金属在固态下发生的晶格类型的转变称为同素异晶转变。同素异构转变伴有热效应产生，因此在
纯铁的冷却曲线上，在1394℃及912℃处出现
平台。铁的同素异晶转变如下：温度低于912
℃的铁为体心立方晶格，称为α-F e ；温度在912~1394℃间的铁为面心立方晶格，称为γ-F e ；温度在1394~1538℃间的铁为体心立方晶格，称为δ-F e 。
1.2. 奥氏体：碳与γ-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示或γ表示，其最大溶解度为2.11wt%C ，发生于1148℃，碳多存在于面心立方γ结构的八面体空隙。奥氏体与γ-Fe 均具有顺磁性，高温组织，在大于727℃时存在。塑性好，强度和硬度高于F，在锻造、轧制时常要加热到A ，提高塑性，易于加工。碳的原子半径较小，在α-Fe 和γ-Fe 中均可进入Fe 原子间的空隙而形成间隙固溶体。碳在α-Fe 中形成的间隙固溶体称为铁素体（ferri te ），常用符号F 或α表示，其最大溶解度为0.0218wt %C，发生于727℃，碳多存在于体心立方α结构的八面体空隙。铁素体与α-F e 在居里点770℃以下均具有铁磁性。
2 铁碳合金状态图
1.3. 渗碳体：铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe 3C 表示 A1
1.4. 珠光体：F与F e3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。
1.5. 莱氏体：A与F e3C混合物硬度高，塑性差。
在HJ B 水平线（1495℃）发生包晶转变：转变产物是γ。此转变仅发生在含碳0.09~0.53%的铁碳合金中。
ECF 水平线（1148℃）发生共晶转变：转变产物是γ和Fe3C 的机械混合物，称为莱氏体（le deb uri te），用符号L d或L e表示。含碳2.11~6.69%的铁碳合金都发生此转变。
在PSK 水平线（727℃）发生共析转变：转变产物是α和F e3C 的机械混合物，称为珠光体（pea rli te），用符号P表示。所有含碳量超过0.0218%的铁碳合金都发生这个转变。共析转变温度通常称为A1温度（727℃）。
ABCD线：液相线，液相冷却至此开始析出，固相加热至此全部转化为液体。
AHJEC F线：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，固相至此开始转化。
GS 线：γ中开始析出α或α全部溶入γ的转变线，常称此温度为A3（727℃~912℃）温度。A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A。
ES 线：碳在γ中的溶解度线。常称此温度为A c m（727℃~1148℃）温度。低于此温度时，γ中将析出F e3C，称为二次渗碳体F e3C II，以区别于从液体中经C D 线结晶出的一次渗碳体F e3C I。
PQ 线：碳在α中的溶解度线。α从727℃冷却下来时，也将析出F e3C，称为三次渗碳体F e3C I I。
ECF线：共晶线，含C量 2.11-6.69%至此发生共晶反应，结晶出A与Fe3C
混合物，莱氏体。
2.1 状态图主要点线、主要点
2.2 铁碳合金分类
2.2.1 钢含C量0.0218～2.11%：共析钢含C量0.77%；亚共析钢0.0218-0.77%；
过共析钢0.77-2.11%。
2.2.2 白口铸铁 2.11-6.69%；共晶白口铸铁 4.3%，亚共晶白口铸铁 2.11-4.3%；过共晶白口铸铁 4.3-6.69%。
2.3 铁碳合金相图的作用：
2.3.1在铸造方面：选择合适的浇铸温度，流动性好。
2.3.2在煅造方面：选择合适的温度区，奥氏体区。
2.3.3在热处理方面：退火，正火，淬火等。
2.4 碳对铁碳合金平衡组织和性能的影响。
一、含碳量对平衡组织的影响。室温下，铁碳合金均由 + Fe3C两相组成。 随含碳量不同，可分为七个典型组织区。
二、含碳量对机械性能的影响
珠光体P：为 F + Fe3C的混合物，呈层片状，由于F e3C的强化作用，珠光体性能较好。
亚共析钢：由 F + P组成，随碳量增加，珠光体量增加，强度性能提高；
过共析钢：P+ Fe3C(II)组成，当含碳量<1%，Fe3C(II)断续分布在晶界处，强度提高；当含碳量>1%， F e3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。
莱氏体：硬而脆。Fe3C 称为渗碳体，是一种具有复杂结构的间隙化合物，其中含碳 6.69wt%，其硬度很高，塑性几乎为零。
3 热处理
热处理可以改善锻、轧、铸毛坯组织的退火或正火，齿轮箱体消除焊接应力退火和降低工件硬度改善切削加工性能的退火等。也可以是使机械零件性能达到规定技术指标的最终工序，如经淬火加高温回火，使机械零件获得极为良好综合力学性能，例如渗碳齿轮的整个加工工序是：锻造-退火-粗加工-探伤-正火-精加工-渗碳、淬火、回火-喷丸-（磨齿）。由此可见，热处理同其他工艺过程密切，在机械零件加工制造过程中具有十分重要的地位和作用。
1.1 钢的退火和正火的定义和目的：退火是一般是将钢件加热到临界温度以上适当温度，保温适当时间后缓慢冷却，以获得接近平衡的珠光体组织的热处理工艺。图2 为GC r15钢等温球化退火典型工艺。正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acm
（过供析钢）以上40~60℃或更高温度，保温适当时间达到完全奥氏体和奥氏体均匀化后，一般在自然通风的自然环境下以较快冷却速度冷却，亚共析钢正火处理后的组织是细珠光体和铁素体，共析钢和过供析钢正火后是单一细珠光体。焊接件通
过正火可以改善焊缝及热影响区的组织和性能。图3 为20C rMn Ti 正火工艺。
由退火和正火的热处理工艺可知，正火的冷却速度比退火快，所以相同钢材正火比退火（主要指完全退火）后获得的珠光体组织较细，钢的强度与韧性、硬度也较高。退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器零件或工模具等工件的加工制造
过程中，退火和正火经常作为预先
热处理工序。机器零件的毛坯一般
是轧材、锻件、铸件或焊接件等，
毛坯料内部常出现各种组织缺陷，
如组织不均匀性、晶粒粗大、成分
偏析、带状组织等，这些缺陷不仅
影响以后各种冷热加工的进行，还
会降低零件的最终性能。
退火和正火用于毛坯的预先热处
理，可以达到以下目的：
1.1.1 消除或改善毛坯料的各种组
织缺陷。
1.1.2 获得最有利于切削加工的组
织与硬度。
1.1.3 改善组织中相的形态与分布,
细化晶粒,为最终热处理(淬火回火)
作好组织上准备。
1.1.4 消除或降低内应力，以防后继
工序加工后变形或开裂倾响。
退火和正火经常作为预先热处理工序外，在一些普通铸钢件、焊接件、以及某些不
重要的热加工工件上，还作为最终热处理工序，以改善组织，稳定尺寸。
1.2 退火和正火的正确选用
在生产上对退火和正火工艺的选用，应根据钢种、前后连接的冷、热加工工艺、以及最终零件使用条件等来进行。根据钢中含碳量不同，一般按如下原则选用：
1.2.1 低碳钢（≤0.25%C）这类钢主要应解决塑性过高造成粘刀而不易切削加工的问题，故采用正火为宜。通过正火使组织均匀，硬度适当提高而易于切削。例如对渗碳钢，用正火消除锻造缺陷及提高切削加工性能。
1.2.2 中碳钢（0.25%~0.55%C）这类钢一般采用正火，其中含碳
量0.25%~0.35%的钢，正火后其硬度接近于最佳切削加工硬度。对含碳量较高的钢，硬度虽稍高（200HBS），但由于正火生产率高，成本低，操作简便，仍采用正火，只有对合金元素含量较高的钢，因正火后硬度过高，使切削加工困难，才采用完全退火。
1.2.3 高碳钢（＞0.55%C） 这
类钢一般采用退火最为适宜，因
为含碳量较高，正火后硬度太
高，不利于切削加工，而退火后
的硬度正好适宜于切削加工。此
外，这类钢多在淬火、回火状态
下使用，因此一般工序安排是以
退火降低硬度，然后进行切削加
工，最终进行淬火、回火。当钢
中含有较多合金元素时，上述原
则就不适用（由于合金元素强烈地改变了过冷奥氏体连续冷却转变曲线），例如低碳合金钢18Cr2Ni4W A没有珠光体转变，即使在极缓慢的冷却速度下退火，也不可能得到珠光体类型组织。一般需用高温回火来降低硬度，以便切削加工。
2、钢的淬火
钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要，也是用途最广泛的工序。淬火可以显著提高钢的强度和硬度。为了消除淬火钢的残余应力，得到不同强度，硬度和韧性配
合的性能，需要配以不同温度的回
火。所以淬火和回火又是不可分割
的、紧密衔接在一起的两种热处理
工艺。淬火、回火作为各种机器零
件及工、模具的最终热处理是赋予
钢件最终性能的关键工序，也是钢
件热处理强化的重要手段之一。
2.1 淬火的定义和目的把钢加热
到奥氏体化温度，一般亚共析钢需
要加热到Ac3以上30~50℃，过供析
钢需要加热到Ac1以上30~50℃，保
温一段时间后，然后以大于临界冷
却速度进行冷却（冷却介质可以是
水、油、聚合物、空气等），这种
热处理操作称为淬火。钢件淬火后
获得马氏体或下贝氏体组织。图4
为渗碳齿轮20C rN i2M o 材料淬火、
回火工艺。
淬火的目的一般有：
2.1.1 提高工具、渗碳工件和其
他高强度耐磨机器零件等的强度、
硬度和耐磨性。例如高速工具钢通
过淬火回火后，硬度可达63HRC，
且具有良好的红硬性。渗碳工件通
过淬火回火后，硬度可达
58~63HRC。
2.1.2 结构钢通过淬火和高温回
火（又称调质）之后获得良好综合
力学性能。例如汽车半轴经淬火和
高温回火（280~320H B）及外圆中
频淬火后，不仅提高了花键耐磨
性，而且使汽车半轴承受扭转、弯
曲和冲击载荷能力（尤其是疲劳强
度和韧性）大为提高。淬火时，最
常用的冷却介质是水、盐水、碱水
和油等。通常碳素钢用水冷却，水
价廉易得，合金钢用油来冷却，但
对要求高硬度的轧辊采用盐水或碱水冷却，辊面经淬火后硬度高而均匀，但对操作要求非常严格，否则容易产生开裂。
2.2 钢的淬透性
2.2.1 淬透性的基本概念所谓钢材
的淬透性是指钢在淬火时获得淬硬
层深度大小的能力（即钢材淬透能
力），其大小用钢在一定条件下（顶
端淬火法）淬火获得的有效淬硬层
深度来表示，淬透性是每种钢材所
固有的属性，淬硬层愈深，就表明
钢的淬透性愈好,例如45、40Cr、
42CrM o 钢三种试样，按相同条件
淬火后（油冷却），经检测45钢能
被淬透的最大直径（称临界直径）
φ10mm；40C r 钢能被淬透的最大
直径φ22mm; 42C rM o钢能被淬透
的最大直径φ40mm。实际工件的有
效淬硬深度与钢的淬透性、工件尺
寸及淬火介质的冷却能力等许多因
素有关，例如，同一钢种在相同介
质中淬火，小件比大件的淬硬层深；
同一钢种相同尺寸时，水淬比油淬
的淬硬层深。同一种钢，其成分和
冶炼质量必然在一定范围内波动，因而有关手册上所提供的某钢号的淬透性曲线往往不是一条线，而是一个范围，称淬透性带。图1 为40C r 钢的淬透性带。从上所述，钢材的淬透性包含两方面内容，一是钢材的淬透能力，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，以满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求；二是淬透性带宽度，
要求尽可能小的淬透性带宽度波
动，以有利于齿轮热处理变形的控
制。德国大众、日本小松等国外几
大公司对齿轮钢材的淬透性带宽
≤8HRC，我国的GB/T5216 标准规
定的钢材的淬透性带宽为12HRC，
2002 年在“中国齿轮行业钢材采
购通则（试行）”中要求齿轮钢材
的淬透性带宽为7HR C。
2.2.2、淬透性的表示方法
钢的淬透性值可用J（HRC/ d）表
示，其中J表示末端淬透性，d 表
示至水冷端的距离，HRC 为该处
测得的硬度值。例如淬透性值J
（42/5）表示距水冷端5mm 处试样硬度值为42HRC；淬透性值J（30~35/10）表示距水冷端10mm 处试样硬度值为30~35HR C。对淬透性值有具体要求的钢应根据
GB/T5216-2004《保证淬透性结构钢》标准的规定订货，其钢号最后用H 表示，例如42C rMoH。
3、钢的回火
3.1 回火的定义和目的
钢淬火后必须经过回火，回火是指将淬火钢加热到Ac1（钢件加热时的临界点）以下的某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的热处理工艺，见图4。
回火的目的：
3.1.1 降低脆性，减少或消除内应力，防止工件变形或开裂。
3.1.2 获得工艺所要求的力学性能。淬火工件的硬度高且脆性大，通过适当回火可调整硬度，获得所需要的塑性、韧性。
3.1.3 稳定工件尺寸。淬火马氏体和残余奥氏体都是非平衡组织，它们会自发地向稳定的平衡组织转变，从而引起工件尺寸和形状的改变，通过回火可使淬火马氏体和残余奥氏体转变为较稳定组织，以保证工件在使用过程中不发生尺寸和形状的变化。
3.1.4 对于某些高淬透性的合金钢，空冷便可淬成马氏体，如采用退火软化，则周期很长。此时可采用高温回火，降低硬度，以利切削加工。淬火钢不经回火一般不能直接使用，为了避免工件在放置过程中发生变形和开裂，淬火后应及时回火。3.2、回火的种类
淬火钢回火后组织性能决定于回火温度，根据回火温度范围，可将回火分为三类：
3.2.1 低温回火 低温回火的温度为150~250℃，保温1~2小时，回火后组织为回火马氏体，低温回火主要降低钢的淬火内应力和脆性，同时保持钢在淬火后的高硬度（一般为58~64HRC）和耐磨性，常用于处理各种工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火工件。
3.2.2 中温回火 中温回火的温度为350~500℃，回火后不仅保持较高硬度（一般为35~45HRC）和强度，而且具有高的弹性极限和足够的韧性。中温回火主要用于各种弹簧的处理，还用于某些塑料模、热锻模以及要求较高强度的轴、轴套等。
3.2.3 高温回火 高温回火的温度为500~650℃。高温回火后的组织为回火索氏体，这种组织具有良好的综合力学性能。某些中碳结构钢淬火后采用中温回火代替传统的调质工艺，可提高零件的使用寿命。钢的韧性随回火温度的变换比较复杂一般在250~400℃和450~600℃会出现两个低韧性区，低温区的脆性不能靠重新回火来消除，通常要避免在此区间（200~400℃）回火，高温回火脆性是在回火后缓慢冷却时发生的，可以用重新回火快速冷却的方法消除。
4、钢的调质
习惯上将淬火加高温回火（500~650℃）相结合的热处理工艺称作“调质处理”，简称“调质”。根据工件不同性能要求，通过调整回火温度，调质硬度可控制在于200~350HB。
4.1、调质热处理的目的
高温回火后的组织为回火索氏体，这种组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高强度的同时，具有良好的塑性和韧性。调质处理广泛应用于重要结构零件，特别是在交变载荷下工作的零件，如汽车、拖拉机、机床上的连杆、连杆螺钉、齿轮和轴类零件等。调质还可作为表面强化零件（高、中频淬火和氮化等）以及某些要求较高的精密零件（如丝杆、量具、模具等）和轧辊的预先热处理。
4.2、调质齿轮保证
钢材淬透性的措施
齿轮调质的目的是
要保证齿轮的齿部
(特别是齿根部)达
到设计要求的硬度,
以满足接触疲劳强
度和弯曲疲劳强度
的要求,在我国齿
轮制造中,对大中
模数齿轮的调质其
齿根处往往达不到
要求的硬度,这与
钢材选择和淬火冷
却有关,其核心是
钢材淬透性。为了
使齿根处也达到要
求硬度，通常采用
二种措施：
4.2.1、一是以钢材
的淬透性选材，常
用调质齿轮钢材按
其淬透性高低分为
五类（Ⅰ~Ⅴ），表
1 为调质及调质后
表淬齿轮用钢。表2
为各类调质钢推荐
应用范围。
必须指出：在选用
材料时，在设计中
不可根据从手册里查到的小尺寸试样性能数据用于大尺寸工件的强度计算，而必须考虑材料实际淬透层深度，大件齿轮因重量和体积均较大，截面积厚，内部热容量大，致使实际淬透层浅，这种现象叫做“钢材尺寸效应”。
在选用材料时，必须将淬透性和淬硬性区别开来，钢的淬硬性是指钢在正常淬火
条件下可能达到的最高硬度，它主要取决于钢的含碳量，钢中含碳量越高，淬火后的硬度越高。至于合金元素对淬硬性影响不大，但对钢的淬透性却有重大影响。所以淬火硬度高的钢不一定就淬透性高，而硬度低的钢，也可能具有高的淬透性
三、钢的表面加热淬火
钢的表面加热淬火是将工件快
速加热到淬火温度，然后迅速冷
却，仅使工件表层获得淬火马氏体
组织的热处理方法。表面加热淬火
既强化了零件表面层，又保持了心
部原有的良好的综合机械性能，从
而达到这种表硬心韧的性能要求。
感应加热表面淬火通常采用喷射
冷却法，冷却速度可通过调节液体
压力、温度及喷射时间控制。采用
冷却介质有水、聚乙烯醇合成淬火
剂及油等。工件表面淬火后应进行低温回火（150~200℃），以降低残余应力和脆性，并保持表面高硬度和高耐磨性为了保证工件表面淬火后的表面硬度和心部强度及韧性，一般选用中碳钢及中碳合金钢，其表面淬火前的原始组织应为调质或正火态。根据工件表面加热热源的不同，钢的表面淬火有很多种，除了感应加热表面淬火外，还有火焰表面加热淬火、电接触表面加热淬火及激光表面加热淬火等。
火焰表面淬火用的主要器具是燃烧器和喷头
四、化学热处理
工件放在一定的化学介质中加热到一定温度，使其表面与介质相互作用，吸收其中某些化学元素的原子（或离子），并自表面向内部扩散的过程称为化学热处理。化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。化学热处理的结果是改变了金属表面的化学成分和性能。例如低碳钢经过表面渗碳淬火后，该钢种的工件表面就具有了普通高碳钢淬火后的高硬度、高耐磨性。
分类工作电流频率（KH z） 特性及应用范围
高频加热200~300 一般有效淬硬层0.8~1.5mm，主要用于中小模数（m =1.5~8）及中小尺寸的轴类零件表面加热淬火
超音频加热30~60 一般有效淬硬层1.0~2.0mm，主要用于中小模数（m =3-6）齿轮、花健轴表面轮廓淬火和曲轴、凸轮轴等表面淬火
中频加热1~8 一般有效淬硬层2.0~8.0mm，主要用于较大尺寸的轴和大中
模数齿轮等表面淬火工频加热50(Hz) 一般有效淬硬层10~15mm，主要用于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、车轮等表面淬火磨的性能特征，而心部仍保留低碳钢淬火后良好的塑性、韧性的特征。显然这是单一的低碳钢或高碳钢所不能达到的。
1、钢的渗碳
在渗碳温度下(920℃)渗碳过程包括三个基本过程：
一是由介质（甲醇、煤油、异丙醇）分解出活性原子。如分解产生的一氧
化碳和甲烷分解出活性碳原子：2CO ——CO2+[C] CH4 ——2H2+[C]
二是活性碳原子被工件表面吸收。三是被吸收碳原子向工件内部扩散。渗碳过程由分解、吸收、扩散三过程组成，
三个过程又是同时发生的，全部过程存在着复杂物理化学反应,有效硬化层深度（渗碳层深度）有效硬化层深度取决于零件的工作条件和心部强度，是确定零件承载能力的重要参数。有效硬化层深度是指零件渗碳淬火后，从零件表面到维氏硬度值为550HV1 处的垂直距离。测定硬度所采用的试验力为9.807N（1 kg f）。
零件渗碳后的热处理:工件渗碳的目的在于使表面获得高的硬度和耐磨性，因此渗碳后的工件，必须通过热处理使表面获得马氏体组织，渗碳后的热处理方法有三种：直接淬火法直接淬火法是将工件自渗碳温度炉冷到淬火温度后立即淬火，然后在160~190℃进行低温回火。这种方法不需要重新加热淬火，因而减小了热处理变形，节省了时间和降低成本，但由于渗碳温度高，渗碳加热时间长，因而奥氏体晶粒粗大，淬火后残余奥氏体量较多，使工件性能下降，所以直接淬火法只适用于本质细晶粒钢或性能要求较低的工件。这是一般工厂经常采用工艺。
一次淬火法一次淬火法是将工件自渗碳后以适当方式冷至室温，然后再重新加热淬火并低温回火。对于要求心部有较高强度和较好韧性的零件，可以细化晶粒。这是大型齿轮、齿轮轴等经常采用方法。
两次淬火法两次淬火法是将工件自渗碳后冷至室温后再进行两次淬火。第一次淬火目的是细化心部晶粒，淬火温度较高，第二次淬火目的是细化表层晶粒，淬火温度较低，这种方法适宜用使用性能要求很高的工件，缺点是工艺复杂，生产周期长，工件容易变形，工厂应用较少。对于零件有不允许渗碳硬化部位应在设计图样上标明，该部位可采用防渗涂料进行保护。
1.4、渗碳齿轮钢材的选用:渗碳齿轮钢材对淬透性的要求：钢材的淬透性主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，以满足接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的要求；同时要求尽可能小的淬透性带宽度波动，以有利于齿轮热处理变形的控制。对低速重载齿轮来说应保证足够心部硬度，也就是保证心部强度，ME 级齿轮要求心部硬度在
35HRC以上。因此，对淬透性要求高的大尺寸工件，只有从选择钢材上找出路，即选用淬透性好的高、中合金渗碳钢来制造。例如：20C rM nTi 材料直径φ60mm园棒，经淬火、回火后表面硬度≥30HRC，中心部分硬度为25HRC左右。φ18mm 园棒经淬火、回火后，中心的硬度达37HRC，因此20C rMnT i材料适用于制造模数不大于12的齿轮。20C rNi2Mo 材料直径φ60mm 园棒，经淬火、回火后表面硬度≥35HRC，1/2R处≥30HRC，中心部分硬度为27HRC左右。直径φ25mm园棒经淬火、回火后表面硬度≥39HRC，1/2R 处≥37HRC，中心部分硬度为36HRC 左右。因此对要求高速(低速) 重载和安全可靠运行的齿轮就选用20CrN i2Mo 材料，对低速重载、大截面的齿轮，可选用淬透性更好的材料，如17CrN iMo6（国产17C r2N i2Mo）、18Cr2N i4WA、18C rM nNiMoA、20C r2N i4A等。
2、钢的渗氮:渗氮是向钢的表面渗入氮原子的过程。其目的是提高表面硬度和耐磨性，并提高疲劳强度和耐蚀性。
2.1 渗氮原理及工艺:目前工业中应用最广泛的是气体渗氮法，它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成渗氮层，同时向心部扩散。齿轮种类性能要求钢 号起重，运输，冶金，采矿，化工等设备模数12 以下普通减速机齿轮。耐磨，承载能力较高。20C rMo 20Cr MnTi 20CrM nMo冶金，化工，电站设备，船舶等的汽轮发动机，工业汽轮机，高度鼓风机，透平压缩机等齿轮。
运行速度高，周期长，安全可靠性高。12CrNi3 20CrNi3 12Cr2Ni420Cr Ni2M o
大型轧钢机减速器齿轮，大型皮带运输机传动轴齿轮，人字齿轮，大型锥齿轮，井下采煤机传动箱齿轮。传递功率大，齿轮表面载荷高，耐冲击，齿轮尺寸大。
17CrN iMo6 20Cr2Ni4、18C r2N i4W 18C rMn NiMoA、20CrN i2M o
氨的分解反应如下：2NH3 ——3H2+2[N] 渗氮在专用的气体渗氮炉或井式渗碳炉中进行，渗氮前须将工件除油净化。入炉后先用氨气排除炉内空气。气体渗氮温度一般在490~560℃范围内进行。渗氮工件的加工工艺路线如下：锻造-退火-粗加工-调质-半精加工-除应力回火-精加工-渗氮
2.2 渗氮处理特点：渗氮往往是工件加工工艺路线中最后一道工序，渗氮后的工件至多再进行精磨或研磨。为了保证渗氮工件心部具有良好的综合力学性能，在渗氮前有必要将工件进行调质处理。钢在渗氮后，无需进行淬火便具有很高的表层硬度（≥550HV~900HV）及耐磨性，这是因为渗氮层形成了一层坚硬的氮化物所致。且渗氮层具有高的热硬性（即在600~650℃仍有较高硬度）。但是渗氮层较浅
（0.25~0.6 mm），渗氮处理后一般不再加工，若需精磨则余量在直径方向上不应超过0.10~0.15mm。否则会磨掉渗氮层而使硬度大大下降。渗氮后，显著提高钢的疲劳强度。这是因为渗氮层内具有较大的残余压应力，它能部分地抵消在疲劳载荷下产生的拉应力，延缓了疲劳破坏过程。渗氮后钢具有很高的耐蚀能力，这是由于渗氮层表面是由连续分布的、致密的氮化物所组成缘故。渗氮处理温度低，故工件变形很小。为了减小工件在渗氮处理中的变形，在切削加工后，一般须进行消除应力高温回火，渗氮最大缺点是周期长，生产率低。气体渗氮时，要达到0.5mm 的渗氮层，渗氮速度约为每小时10μm,如采用离子渗氮，其速度比气体渗氮速度快近三分之一，液体渗氮时，速度又更快些。
综上所述，因此渗氮广泛应用于各种高速传动精密齿轮、高精度机床主轴（如镗杆、磨床主轴），以及要求变形很小，具有一定抗热、抗蚀能力的耐磨零件。
2.3、渗氮齿轮钢材的选用：对氮化用钢的材料选用含0.15~0.45％C 普通合金结构钢，一般不宜选用碳钢，因为碳是不利于渗氮元素，它降低氮的扩散系数，使渗氮速度减慢。例如45钢，氮化后硬度不高（≥300HV1），但氮化后可大大提高抗腐蚀性。大锻件渗氮一般常采用40C r，35CrMo，42C rM o 等钢种。对于在循环弯曲载荷或接触应力较大的大锻件，可采用18C r2N i4WA、18C rM nNiMoA、20C r2N i4A 等钢种。38Cr MoA l 钢是典型的渗氮钢，渗氮速度快，渗氮后表面硬度高，耐磨性及抗胶合性好。但是基体的强韧性不好，φ60mm 钢件淬火后，表面与心部的硬度差60HB 左右，所以不宜用于大锻件的渗氮；同样，在生产中发现，渗氮钢38C rM oAl 作为制造大直径的渗氮齿轮用钢并不理想，因该钢材只有在直径小于50mm 时才能完全淬透，钢中含有较多的铝会造成柱状断口，非金属夹杂物多，在轧材中产生细
微裂纹和发裂，在锻件中针状小气孔增多。在热加工时，容易过热引起脆性断裂，强度下降。在热处理时易脱碳，并且对化学成分波动十分敏感，往往造成淬硬性和淬透性不够，水淬时易产生裂纹，渗氮中易产生脆性相等缺点。因此38Cr MoAl 钢不大适用于制造较大直径的齿轮。只能根据工况条件适当选用。氮化齿轮的心部硬度直接影响渗氮层的支承能力。表明，当心部硬度由240~260H B 提高到310~330HB 时，接触疲劳强度可提高30%。心部硬度的高低还通过影响渗层的表面硬度来影响齿轮的承载能力，为了获得足够的表面硬度，要求心部硬度不能低于300HB。根据目前渗氮工艺所能达到的最大深度范围和工业实践经验，渗氮工艺适用于以下参数齿轮：对渗氮齿轮应用的模数范围，比较公认的模数在2~10mm；载荷系数K≤3.0（KN/mm2）；线速度V≤120m/s；精度6级以下。
中碳铬钼钢、铬钢、铬镍钼钢、铬钛钢、铬铝钢、铬钼铝钢等渗碳之前须经调质处理，以保证心部性能，渗碳温度不可超过调质处理的高温回火温度（通常低于回火温度10℃）。
铁碳合金相图分析报告
第四章铁碳合金 第一节铁碳合金的相结构与性能 一、纯铁的同素异晶转变 δ-Fe→γ-Fe→α-Fe 体心面心体心 同素异晶转变——固态下，一种元素的晶体结构 随温度发生变化的现象。 特点： ? 是形核与长大的过程（重结晶） ? 将导致体积变化（产生内应力） ? 通过热处理改变其组织、结构→ 性能 二、铁碳合金的基本相 基本相定义力学性能溶碳量 铁素体 F 碳在α-Fe中的间隙固溶体强度,硬度低，塑性,韧性好最大0.0218% 奥氏体 A 碳在γ-Fe中的间隙固溶体硬度低，塑性好最大2.11% 渗碳体Fe3C Fe与C的金属化合物硬而脆800HBW,δ↑=αk=09.69% 第二节铁碳合金相图 一、相图分析 两组元：Fe、Fe3C 上半部分图形（二元共晶相图） 共晶转变： 1148℃727℃ L4.3 → A2.11+ Fe3C → P + Fe3C莱氏体Ld Ld′ 2、下半部分图形（共析相图） 两个基本相：F、Fe3C 共析转变： 727℃ A0.77→ F0.0218 + Fe3C 珠光体P 二、典型合金结晶过程 分类：
三条重要的特性曲线 ① GS线---又称为A3线它是在冷却过程中由奥氏体析出铁素体的开始线或者说在加热过程中铁素体溶 入奥氏体的终了线. ② ES线---是碳在奥氏体中的溶解度曲线当温度低于此曲线时就要从奥氏体中析出次生渗碳体通常称之 为二次渗碳体因此该曲线又是二次渗碳体的开始析出线.也叫Acm线. ③ PQ线---是碳在铁素体中的溶解度曲线.铁素体中的最大溶碳量于727o C时达到最大值0.0218%.随着温度的降低铁素体中的溶碳量逐渐减少在300o C以下溶碳量小于0.001%.因此当铁素体从727o C冷却下来时要从铁素体中析出渗碳体称之为三次渗碳体记为Fe3CⅢ. 工业纯铁（<0.0218%C） 钢（0.0218-2.11%C）——亚共析钢、共析钢（0.77%C）、过共析钢 白口铸铁（ 2.11-6.69%C）——亚共晶白口铸铁、共晶白口铸铁、过共晶白口铸铁 L → L+A → A → P(F+Fe3C) L → L+A → A → A+F → P+F L → L+A → A → A+ Fe3CⅡ→ P+ Fe3CⅡ 4、共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) → Ld(A+Fe3C+ Fe3CⅡ) → Ld′(P+Fe3C+ Fe3CⅡ) 5、亚共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + A → Ld+A+ Fe3CⅡ→ Ld′+P+ Fe3CⅡ 6、过共晶白口铸铁L → Ld(A+Fe3C) + Fe3C → Ld + Fe3C→ Ld′+ Fe3C
铁碳合金相图分析及应用
第五章铁碳合金相图及应用 [重点掌握] 1、铁碳合金的基本组织；铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、菜氏体的结构和性能特点及显微组织形貌； 2、根据相图，分析各种典型成份的铁碳合金的结晶过程； 3、铁碳合金的成份、组织与性能之间的关系。 铁碳相图是研究钢和铸铁的基础，对于钢铁材料的应用以及热加工和热处理工艺的制订也具有重要的指导意义。 铁和碳可以形成一系列化合物，如Fe3C、Fe2C、FeC等, 有实用意义并被深入研究的只是Fe-Fe3C部分，通常称其为 Fe-Fe3C相图,相图中的组元只有Fe和Fe3C。 第一节铁碳合金基本相 一、铁素体 1．δ相高温铁素体：C固溶到δ-Fe中，形成δ相。 2．α相铁素体（用F表示）：C固溶到α-Fe中，形成α相。 F强度、硬度低、塑性好（室温：C%=0.0008%,727度：C%=0.0218%）二、奥氏体 γ相奥氏体（用A表示）：C固溶到γ-Fe中形成γ相）强度低，易塑性变形 三、渗碳体
Fe3C相（用Cem表示），是Fe与C的一种具有复杂结构的间隙化合物, 渗碳体的熔点高，机械性能特点是硬而脆，塑性、韧性几乎为零。 渗碳体根据生成条件不同有条状、网状、片状、粒状等形态, 对铁碳合金的机械性能有很大影响。 第二节 Fe-Fe3C相图分析 一、相图中的点、线、面 1．三条水平线和三个重要点 （1）包晶转变线HJB，J为包晶点。1495摄氏度，C%=0.09-0.53% L+δ→A （2）共晶转变线ECF, C点为共晶点。冷却到1148℃时, C点成分的L发生共晶反应：L→A（2.11%C）+Fe3C（6.69%C，共晶渗碳体）共晶反应在恒温下进行, 反应过程中L、A、Fe3C三相共存。 共晶反应的产物是奥氏体与渗碳体的共晶混和物, 称莱氏体, 以符号 Le表示。 （3）共析转变线PSK，S点为共析点。合金（在平衡结晶过程中冷）却到727℃时, S点成分的A发生共析反应：
铁碳相图详解
三、典型铁碳合金的平衡结晶过程 铁碳相图上的合金，按成分可分为三类： ⑴工业纯铁（<0.0218% C），其显微组织为铁素体晶粒，工业上很少应用。 ⑵碳钢（0.0218%~2.11%C），其特点是高温组织为单相A，易于变形，碳钢又分为亚共析钢（0.0218%~0.77%C）、共析钢（0.77%C）和过共析钢（0.77%~2.11%C）。 ⑶白口铸铁（2.11%~6.69%C），其特点是铸造性能好，但硬而脆，白口铸铁又分为亚共晶白口铸铁（2.11%~4.3%C）、共晶白口铸铁（4.3%C）和过共晶白口铸铁（4.3—6.69%C） 下面结合图3-26，分析典型铁碳合金的结晶过程及其组织变化。 图3-26 七种典型合金在铁碳合金相图中的位置 ㈠工业纯铁（图3-26中合金①）的结晶过程 合金液体在1~2点之间通过匀晶反应转变为δ铁素体。继续降温时，在2~3点之间，不发生组织转变。温度降低到3点以后，开始从δ铁素体中析出奥氏体，在3~4点之间，随温度下降，奥氏体的数量不断增多，到达4点以后，δ铁素体全部转变为奥氏体。在4~5点之间，不发生组织转变。冷却到5点时，开始从奥氏体中析出铁素体，温度降到6点，奥氏体全部转变为铁素体。在6-7点之间冷却，不发生组织转变。温度降到7点，开始沿铁素体晶界析出三次渗碳体Fe3C III。7点以下，随温度下降，Fe3C III量不断增加，室温下Fe3C III的最大 量为： % 31 .0 % 100 0008 .0 69 .6 0008 .0 0218 .0 3 = ? - - = Ⅲ C Fe Q 。图3-27为工业纯铁的冷却曲线及组织转变示意图。工业纯铁的室温组织为α+Fe3C III，如图3-28所示，图中个别部位的双晶界内是Fe3C III。
合金钢及其热处理工艺
合金钢及热处理工艺 第一篇结构钢 各类结构钢的含碳量及热处理方法 第一节调质钢 调质钢分低淬透性调质钢中淬透性调质钢高淬透性调质钢 一、低淬透性调质钢油淬临界直径最大为30~40mm，合金元素种类少，总含量不大于 2.5%，常用的有铬钢、锰钢、铬硅钢和含硼钢。如30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、30Mn2、 35Mn2、40Mn2、45Mn2、50Mn2、42Mn2V、40MnB等 （一）40Cr过热倾向不大，淬火性较好，回火稳定性较高，经调质后能获得较高的综合机械性能。因此它是应用最广的调质钢之一。 40Cr有两种加工路线；1）硬度较高（HB341~451）锻造-正火（退火）-加工-调质 2）硬度较低（HB255~285）锻造-调质-加工调质前是否进行正火或退火，关键在于锻造的掌握上，掌握得好，可以从略。淬火温度水淬830~850℃；油淬850~870℃。40Cr也可以制造经表面硬化处理的零件，如气体碳氮共渗，感应加热。 （二）45Mn2能促进钢的晶粒长大，显著提高钢的淬透性，45Mn2有较敏感的回火脆性，高温回火后要快冷（水或油中冷却）。淬火温度810~840℃，油淬。 （三）硅锰钢硅全部溶入铁素体，固溶强化效果显著，但含量过多（＞2%）将会较多地降低塑性和韧性。硅能提高淬透性，单一不明显，与锰或铬复合加入，效果显著。但与锰或铬共存，回火脆性敏感。此外，含硅的钢易产生脱碳现象。 常用的有35SiMn和42SiMn，它们既没有锰钢那样容易过热，也没有硅钢那样容易脱碳，但高温回火后必须快冷。 （四）含硼调质钢硼突出的作用是提高淬透性，并且加入量很少（0.0005~0.001%）时就效果显著,当有效硼在0.001%以下时,淬透性随含硼量增加增加,当超过0.001%,淬透性保持不变,超过0.003%,冲击韧性下降,即”硼脆”超过0.007%引起热脆性,增加热加工困难.含硼量一般都控制在0.0005~0.0035%,可代替1.6%Ni、0.3%Cr、0.2%Mo、0.2~0.7%Mn 的作用.微量硼对钢的过热倾向与回火脆性倾向略有增大的作用,而对回火稳定性则无
45号钢热处理工艺
45号钢热处理工艺 学号：XXXXXX 姓名：XXXXX 指导老师：XXX
目录 一、综述 (4) 1．调质淬火 (4) （1）淬火加热温度 (4) (2) 淬火冷却 (4) （3) 淬火冷却方法 (5) 2．45钢的调质淬火 (5) 3．回火 (6) （1）回火目的 (6) （3）常用回火方法 (6) 4．45钢淬火后的回火 (6) 二、选题依据 (7) 三、实验材料与设备 (8) 1. 实验设备 (8) 2. 实验材料 (8) 三、实验过程 (8) 1. 试样的热处理 (8) （1）淬火 (8) （2）回火 (9) 2. 试样硬度测定 (9) 3. 显微组织观察与拍照记录 (9) （1）样品的制备 (9) （2）显微组织的观察与记录 (9) 五、实验结果与分析 (10) 1. 样品硬度与显微组织分析 (10) 2. 硬度测试数据 (11) 3. 淬火对试样性能的影响 (11) （1）淬火温度的影响 (11)
（2）淬火介质的影响 (12) 4. 回火对试样的影响 (12) （1）回火温度对45钢组织的影响 (12) （2）回火温度对45 钢硬度和强度的影响 (13) （3）以45钢和T8钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响 (13) 六、结论 (14) 1. 淬火条件影响样品的组织和性能 (14) 2. 回火温度影响样品的组织和性能 (14) 3. 碳元素影响样品的组织和性能。 (14) 七、参考文献 (14)
一、综述 【内容摘要】：45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。45钢淬火温度在A3+(30～50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。 【关键字】：调质淬火45钢的调质淬火回火45钢淬火后的回火 1．调质淬火 调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。 淬火 ——淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。然后以适当速度快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。 目的：就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高强度硬度，以便在随后不同温度回火后获得所需要的性能。 （1）淬火加热温度 淬火温度主要是根据Fe—Fe3C相图中钢的临界点确定。亚共析钢的淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。共析钢、过共析钢的淬火加热温度：为AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。 (2)淬火冷却 淬火冷却时，要保证获得马氏体组织，必须使奥氏体以大于马氏体临界冷却速度冷却，而快速冷却会产生很大淬火应力，导致钢件的变形与开裂。因此，淬火工艺中最重要的一个问题是既能获得马氏体组织，又要减小变形、防止开裂。 常用冷却介质：目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。实际生产中，使用的冷却介质较多，到目前为止，尚未找到一种介质，能完全符合理想淬火冷却速度的要求。水具有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢的淬火，水冷却介质最为合适。油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。
铁碳相图以及铁碳合金
铁碳相图以及铁碳合金 Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe -石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。
铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下： 由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体
铁碳相图以及铁碳合金
铁碳相图以及铁碳合金Post By：2009-12-6 16:33:51 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, 3 Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1 394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥
详解铁碳相图
详解铁碳相图 （注：在解读上面铁碳相图之前，我们要明白纯铁在不同的温度下会发生同素异晶转变，这个对于我们解读上面相图很有用。） 1：ACD线： ACD线上面完全是液相，没有固相产生。在温度1538℃时候，此时的液态铁的晶格类型为δ-Fe,如果此时的碳溶解在δ-Fe的晶格间隙中，那么就会产生一种新的相，即为铁素体相，为了区别碳溶解在α-Fe中的铁素体相，分别给它们前面加上一个δ或者α，即如果是碳溶解到晶格类型为δ-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为δ-铁素体或直接写δ，如果是溶解到晶格类型为α-Fe的间隙中形成间隙固溶体相的就命名为α-铁素体或α或F。 伴随着温度的下降，组元----温度----成分三者是这个铁碳相图的核心理念。要看懂这个相图，弄明白组元----温度----成分关系，就能读懂这个相图。 从图中你可以看见，即便同一个温度，不同的碳含量，它的成分是不一样的，这就是为什么要提到组元----温度----成分这三者关系的原因。而铁碳相图会一直要用到这三者的关系来加以理解。 重点：铁素体就是碳溶解到δ-Fe和α-Fe的晶格间隙而形成的一种间隙固溶体相。 2：AEC区域和CDF区域 AEC和CDF区域有液相也有固相，但是，它们的成分是不一样的，AEC区域为什么是奥氏体+液相呢？为什么CDF区域是渗碳体+液相呢？首先，AEC区域之所以是奥氏体+液相，那是因为在1500℃---1148℃时候δ-Fe会转变成γ-Fe(转变温度为1394℃)，也就是说，当温度从1394℃再次冷却到1148℃的时候，这时候δ-Fe已经转变成了γ-Fe，此时的碳就会溶解到γ-Fe晶格中形成一种新的间隙固溶体相，即为奥氏体，由于受到温度原因，液相并没
合金钢管道焊接热处理
焊接作业指导书 （含焊接热处理工艺） 合金钢管道（15CrMoG） 编制人： 审核人： 批准人： 建设机械分公司技术质量部
目录 一、适用范围 (3) 总则 (3) 二、编制依据 (3) 三、工程一览 (4) 四、对焊工及热处理工的要求 (4) 五、焊接材料的选择 (4) 六、焊接设备、材料及焊接环境的要求 (5) 七、主要施工机具 (5) 八、焊接施工 (6) 材料验收 (6) 焊接工艺及流程 (6) 九、焊接热处理 (8) 作业项目概述 (8) 作业准备 (9) 作业条件 (9) 热处理作业程序 (10) 质量检查与技术文件 (15) 十、质量检验 (17) 十一、安全技术措施 (18)
一、适用范围 本作业指导书适用于鞍钢股份能源管控中心1#4#干熄焦余热发电项目工程的管道安装施工。 总则 1、为了保证锅炉焊接热处理质量，指导焊接热处理作业，特制定本工艺。 2、本工艺适用于锅炉、压力容器、压力管道及在受压元件上焊接非受压元件的安装检修焊焊前预热、后热和焊后热处理工作。 3、焊接热处理的安全技术、劳动保护应执行国家现行的方针、政策、法律和法规有关规定。 4、焊接热处理除执行本工艺的规定外，还应符合国家有关标准规范的规定以及设计图纸的技术要求。 二、编制依据 1、施工蓝图； 2、DL/T5031-94《电力建设施工及验收技术规范管道篇》; 3、DL/T 821-2002《钢制承压管道对接焊接接头射线检验技术规程》； 4、DL/T869-2004《火力发电厂焊接技术规程》； 5、《压力管道安全技术监察规程-工业管道》TSGD0001-2009 6、GB/T17394—1998《金属里氏硬度试验方法》 7、DL/T819—2002《火力发电厂焊接热处理技术规程》 8、GB/T16400—2003《绝热用硅酸铝棉及其制品》
铁碳合金相图详解
第三章 铁碳合金相图 非合金钢[（GB ／T 13304-91），将钢分为非合金钢、低合金钢和合金钢三大类]和铸铁是应用极其广泛的重要金属材料，都是以铁为基主要由铁和碳组成的铁碳合金。了解铁碳合金成分与组织、性能的关系，有助于我们更好地研究和使用钢铁材料。本章将着重讨论铁碳相图及其应用方面的一些问题。 铁与碳可以形成一系列化合物：C Fe 3、C Fe 2、FeC 等。C Fe 3的含碳量为6.69％，铁碳合金含碳量超过6.69％，脆性很大，没有实用价值，所以本章讨论的铁碳相图，实际是Fe -C Fe 3相图。相图的两个组元是Fe 和C Fe 3。 3.1 Fe -C Fe 3系合金的组元与基本相 3.l.l 组元 ⑴纯铁 Fe 是过渡族元素，1个大气压下的熔点为1538℃，20℃时的密度为 2/m kg 3107.87?。纯铁在不同的温度区间有不同的晶体结构（同素异构转变） ，即： δ-Fe （体心） γ-Fe （面心） α-Fe （体心） 工业纯铁的力学性能大致如下：抗拉强度b σ=180～230MPa ，屈服强度2.0σ＝100～170MPa ，伸长率=δ30～50％，硬度为50～80HBS 。 可见，纯铁强度低，硬度低，塑性好，很少做结构材料，由于有高的磁导率，主要作为电工材料用于各种铁芯。 ⑵C Fe 3 C Fe 3是铁和碳形成的间隙化合物，晶体结构十分复杂，通常称渗碳体，可用符号Cm 表示。C Fe 3具有很高的硬度但很脆，硬度约为950～1050HV ，抗拉强度b σ=30MPa ，伸长率0=δ。 3.1.2 基本相 Fe -C Fe 3相图中除了高温时存在的液相L ，和化合物相C Fe 3外，还有碳溶于铁形成的几种间隙固溶体相： ⑴高温铁素体 碳溶于δ-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号δ表示。 ⑵铁素体 碳溶于α-Fe 的间隙固溶体，体心立方晶格，用符号α或F 表示。F 中碳的固溶度极小，室温时约为0.0008％,600℃时约为0.0057％,在727℃时溶碳量最大，约为0.0218％，但也不大，在后续的计算中，如果无特殊要求可忽略不计。力学性能与工业纯铁相当。 ⑶奥氏体 碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，面心立方晶格，用符号γ或A 表示。奥氏体中碳的固溶度较大，在1148℃时最大达2.11％。奥氏体强度较低，硬度不高，易于塑性变形。 3.2 Fe -C Fe 3相图 3.2.1 Fe -C Fe 3相图中各点的温度、含碳量及含义 Fe -C Fe 3相图及相图中各点的温度、含碳量等见图3.1及表3.1所示。
常用钢铁材料的一般热处理方法
钢铁材料的一般热处理 名称热处理过程热处理目的 1．退火 将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到 室温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，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般 是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC) 以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋 在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度， 充分消除内应力完全退火适用于含 碳量(质量分数)在O．8％以下的锻 件或铸钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后， 缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并 为以后淬火作好准备，以减少淬火 后变形和开裂,球化退火适用于含 碳量(质量分数)大于O．8％的碳素 钢和合金工具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷 却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内 应力，消除精密零件切削加工时产 生的内应力，以防止以后加工和用 过程中发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火 将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间， 然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理 ③消除内应力 3．淬火 将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水 或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性 ②使钢件在回火以后得到某种特殊
铁碳相图以及铁碳合金
铁碳相图以及铁碳合金 发布日期：[08-03-10 14:26:26] 浏览人次：[5779 ] https://www.sodocs.net/doc/6f6130033.html, 马棚网 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe 和C 能够形成Fe 3C, Fe 2C 和FeC 等多种稳定化合物。所以，Fe-C 相图可以划分成Fe-Fe 3C, Fe 3C-Fe 2C, Fe 2C-FeC 和FeC-C 四个部分。由于化合物是硬脆相5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe 3C 部分。，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过 化合物Fe 3C 称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe 和C ，C 原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe 3C 和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe 3C 相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe 3C 相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe 3C 。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe 是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
钢的五种热处理工艺精编版
钢的五种热处理工艺公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能:
1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通 淬火高 2～3 单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬层 马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。对 同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢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。 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，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2） 碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。
铁碳合金相图全面分析
铁碳平衡图 （The Iron-Carbon Diagrams） 连聪贤 本章阐述了铁碳合金的基本组织，铁碳合金状态图，碳钢的分类、编号和用途。要求牢固掌握铁碳合金的基本组织(铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体)的定义、结构、形成条件和性能特点。牢固掌握简化的铁碳合金状态图；熟练分析不同成分的铁碳合金的结晶过程；掌握铁碳合金状态图各相区的组织及性能，以及铁碳合金状态图的实际应用。掌握碳钢中常存元素对碳钢性能的影响；基本掌握碳钢的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金基本组织铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体和莱氏体的定义、表示符号、晶体结构、显微组织特征、形成条件及性能特点。铁碳合金状态图的构成、状态图中特性点、线的含义。典型合金的结晶过程分析及其组织，室温下不同区域的组织组成相。碳含量对铁碳合金组织和性能的影响。铁碳合金状态图的实际应用。锰、硅、硫、磷等常存杂质元素对钢性能的影响。碳铁的分类、编号、性能和用途。 铁碳合金状态图是金属热处理的基础。必须配合铁碳合金平衡组织的金相观察实验，结合课堂授课，作重点分析铁碳合金的基本组织及其室温下不同成分铁碳合金的组织特征。练习绘制铁碳合金状态 四、课程纲要 （一）铁碳合金的构成元素及基本相
1. 合金的构成元素与名词解释 （1）金属特性：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特 性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶 体）。 （2）合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 （3）相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分，物理上均质且可区分的部分。 （4）固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态 金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。（5）固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 （6）化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。 （7）机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
45号钢热处理工艺
1 45号钢要求硬度HRC40-50，是不是要淬火+低温回火？ 换算成布氏硬度大约是380～470HB，根据一般热处理规范，热处理制度与硬度关系大致如下： 淬火温度：840℃水淬 回火温度：150℃回火，硬度约为57HRC；200℃回火，硬度约为55HRC；250℃回火，硬度约为53HRC；300℃回火，硬度约为48HRC；350℃回火，硬度约为45HRC；400℃回火，硬度约为43HRC；500 ℃回火，硬度约为33HRC；600℃回火，硬度约为20HRC 一般情况下热处理工艺都指标准范围内中间成分，且热处理温度都存在一个调整范围，如成分在范围内存在偏差，可以相应调整淬火温度和回火温度 2 1.临界温度指钢材的奥氏体转变温度。不同含量的钢材有着不同的临界点，但临界点有着一个范围内的浮动，所以下临界点温度指的就是奥氏体转变的最低温度。 2. 常用碳钢的临界点 钢号临界点(℃) 20钢735-855 (℃) 45钢724-780 (℃) T8钢730 -770(℃) T12钢730-820 (℃) 3 20Cr，40Cr，35CrMo，40CrMo，42CrMo：正火温度850-900℃，45号钢正火温度850℃左右。 4 20CrMnTi Ac1 Ac3 Ar1 Ar3 740 825 680 730 5 Cr12MoV热处理知识 Cr12MoV钢是高碳高铬莱氏体钢，常用于冷作模具，含碳量比Cr12钢低。该钢具有高的淬透性，截面300mm以下可以完全淬透，淬火时体积变化也比Cr12钢要小。 其热处理制度为：钢棒与锻件960℃空冷+ 700～720℃回火，空冷。 最终热处理工艺：
钢的五种热处理工艺
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 ?钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能: 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普 通淬火高2～3单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬 层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。 对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺
退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢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。 ?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，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 ?退火工艺的种类 ①均匀化退火（扩散退火) 均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却， 以化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。 均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～ 1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除 或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长， 晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。 ②完全退火 完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用 于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却 时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给 最终热处理留下隐患。 完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+（500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、 所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光 体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空 冷。 ③不完全退火 不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随 之缓慢冷却的退火工艺。 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和 降低硬度，加热温度为Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。
铁碳相图和铁碳合金
铁碳相图和铁碳合金(一) 钢(Steels)和铸铁(Cast irons)是应用最广的金属材料，虽然它们的种类很多，成分不一，但是它们的基本组成都是铁(Fe)和碳(C)两种元素。因此，学习铁碳相图、掌握应用铁碳相图的规律解决实际问题是非常重要的。 Fe和C能够形成Fe3C, Fe2C 和FeC等多种稳定化合物。所以，Fe-C相图可以划分成Fe-Fe3C, Fe3C-Fe2C, Fe2C-FeC和FeC-C四个部分。由于化合物是硬脆相，后面三部分相图实际上没有应用价值（工业上使用的铁碳合金含碳量不超过5％），因此，通常所说的铁碳相图就是Fe-Fe3C部分。 化合物Fe3C称为渗碳体(Cementite)，是一种亚稳定的化合物，在一定条件下可以分解为Fe和C，C原子聚集到一起就是石墨。因此，铁碳相图常表示为Fe-Fe3C和Fe-石墨双重相图（图1）。Fe-Fe3C相图主要用于钢，而Fe-石墨相图则主要用于铸铁的研究和生产。这里主要分析讨论Fe-Fe3C相图，Fe-石墨相图与此类似，只是右侧的单相是石墨而不是Fe3C。 图1 铁碳双重相图 【说明】 图1中虚线表示Fe-石墨相图，没有虚线的地方意味着两个相图完全重合。 铁具有异晶转变，即固态的铁在不同的温度具有不同的晶体结构。纯铁的同素异晶转变如下：
由于Fe的晶体结构不同，C在Fe中的溶解度差别较大。碳在面心立方(FCC)的γ-Fe中的最大溶解度为2.11%，而在体心立方(BCC)的α-Fe和δ-Fe中最大仅分别为0.0218%和0.09%。 纯铁 纯铁的熔点1538℃，固态下具有同素异晶转变：912℃以下为体心立方(BCC)晶体结构，912℃到1394℃之间为面心立方(FCC), 1394℃到熔点之间为体心立方。工业纯铁的显微组织见图2。 图2 工业纯铁的显微组 织图3 奥氏体的显微组织 铁的固溶体 碳溶解于α－Fe和δ－Fe中形成的固溶体称为铁素体(Ferrite)，用α、δ或F表示, 由于δ－Fe是高温相，因此也称为高温铁素体。铁素体的含碳量非常低（室温下含碳仅为0.005%），所以其性能与纯铁相似：硬度(HB50～80)低，塑性(延伸率δ为30%～50%)高。铁素体的显微组织与工业纯铁相同（图2）碳溶解于γ－Fe中形成的固溶体称为奥氏体(Austenite)，用γ或A表示。具有面心立方晶体结构的奥氏体可以溶解较多的碳，1148℃时最多可以溶解2.11%的碳，到727℃时含碳量降到0.8%。奥氏体的硬度(HB170～220)较低，塑性(延伸率δ为40%～50%)高。奥氏体的显微组织见图3,图4表示碳原子存在于面心立方晶格中正八面体的中心。