金属热处理技术.doc

金属热处理技术金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。1金属组织 金属：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）。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。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。 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。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。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。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。铁素体：碳在a-Fe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。奥氏体：碳在g-Fe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。同时Fe3C又是一种介（亚）稳定相，在一定条件下会发生分解。珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c 含碳0.8%）莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。奥氏体：碳与合金元素溶解在-Fe中的固溶体，仍保持-Fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 铁素体：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。渗碳体：碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。珠光体：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在A1650形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650600形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600550形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。上贝氏体：过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350550）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为68od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。 上贝氏体过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350550）的相变产物，下贝氏体：同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350Ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细下贝氏体同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。马氏体下贝氏体屈氏体粒状贝氏体：大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为M-A组织。 无碳化物贝氏体：板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。 马氏体：碳在a-Fe中的过饱和固溶体。板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高Ni的Fe-Ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120o角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。回火马氏体：马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的a-相混合组织，它由马氏体在150250时回火形成。这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。 回火屈氏体：碳化物和a-相的混合物。它由马氏体在350500时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。回火索氏体：以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。它由马氏体在500650时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。莱氏体：奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。 粒状珠光体：由铁素体和粒状碳化物组成。它是经球化退火或马氏体在650A1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。铁素体粒状碳化物魏氏组织：如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织。亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。渗碳体（Fe3C或Cm）：渗碳体是铁和碳形成的金属化合物，含碳量为6.67%（有些书上为6.69%），具有复杂的斜方晶体结构，熔点为1227。在钢中，渗碳体以不同形态和大小的晶体出现在组织中，对钢的力学性能影响很大。经3%5%硝酸酒精溶液侵蚀后呈白亮色,若用苦味酸钠溶液热侵蚀，则被染成黑褐色，而铁素体仍为白色，由此可区别开铁素体和渗碳体。渗碳体的硬度很高，达到HB800以上，脆性很大，强度和塑性很差。经过不同的热处理，渗碳体可以成片状、粒状或断续网状。在一定条件下（如高温长期停留或缓慢冷却），渗碳体可以分解而形成石墨状的自由碳：Fe3C3Fe + C(石墨)。这一过程对于铸铁和石墨钢具有重要意义。 渗碳体的晶胞示意图· 钢中的碳化铁（Fe3C）相。它一般含碳量为6.67%，是一种具有极高硬度（布氏HB为800-820）的脆性化合物。渗碳体内经常固溶有其他元素。在碳钢中，一部分铁为锰所置换；在合金钢中铁为铬、钨、钼等元素所置换，形成合金渗碳体。几种常见的热处理概念 1 正火：将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。2 退火annealing：将亚共析钢工件加热至Ac3以上3050度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺 3 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 4 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。5 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型 6 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度 7 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发解到固溶体中，然后快生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺 8 回火：将经过淬火的工件加热到临界点Ac1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺 9 钢的氮化及碳氮共渗 (1).钢的氮化（气体氮化）概念：氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐蚀性。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氮化层，同时向心部扩散。氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。氮化工件工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度及耐磨性。氮化处理温度低，变形很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多 (2).钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程，习惯上碳氮共渗又称作氰化。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体氮碳共渗（即气体软氮化）应用较是广。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度，低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。10.调质处理quenching and tempering：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200350之间。 11 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺九 回火的种类及应用根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：（一）低温回火（150250）低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC5864。（二）中温回火（350500）中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，（它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC3550。（三）高温回火（500650）高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火后硬度一般为HB200330。铁碳合金铁碳合金是钢和铁的总称，是工业上应用最广泛的合金。铁碳合金是以铁为基本元素，以碳为主加元素组成的合金。在液态时，铁和碳可以无限互溶。在固态时，碳溶于铁中形成固溶体。当含碳量超过碳在铁中的固态溶解度时，则出现金属化合物。此外，还可以形成由固溶体和金属化合物组成的机械混合物。下面分述铁碳合金在固态下出现的几种基本组织。铁素体铁素体是碳溶解在aFe中的间隙固溶体，常用符号F表示。它仍保持的体心立方晶格，其溶碳能力很小，常温下仅能溶解为0.0008的碳，在727时最大的溶碳能力为0.02。由于铁素体含碳量很低，其性能与纯铁相似，塑性、韧性很好，伸长率4550。强度、硬度较低，b250MPa，而HBS80。奥氏体奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体，常用符号A表示。它仍保持Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727时溶碳为c0.77,1148时可溶碳2.11。奥氏体是在大于727高温下才能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。渗碳体渗碳体是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为Fe3C。渗碳体的含碳量为c6.69，熔点为1227。其晶格为复杂的正交晶格，硬度很高HBW800，塑性、韧性几乎为零，脆性很大。在铁碳合金中有不同形态的渗碳体，其数量、形态与分布对铁碳合金的性能有直接影响。珠光体珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片装珠光体。用符号P表示，含碳量为c0.77。其力学性能介于铁素体与渗碳体之间，决定于珠光体片层间距，即一层铁素体与一层渗碳体厚度和的平均值。莱氏体莱氏体是液态铁碳合金发生共晶转变形成的奥氏体和渗碳体所组成的共晶体，其含碳量为c4.3。当温度高于727时，莱氏体由奥氏体和渗碳体组成，用符号Ld表示。在低于727时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成，用符号Ld表示，称为变态莱氏体。因莱氏体的基体是硬而脆的渗碳体，所以硬度高，塑性很差。2.1       铁碳合金的基本组织1.1.    铁素体碳与-Fe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。1.2.    奥氏体碳与-Fe中形成的间隙固溶体称为铁素体，用A表示。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。1.3.    渗碳体铁与碳形成的金属化合物，硬度高，脆性大。用Fe3C1.4.    珠光体F与Fe3C混合物。强度，硬度，塑性，韧性介于两者之间。1.5.    莱氏体A与Fe3C混合物硬度高，塑性差。2.2       铁碳合金状态图 碳钢(C0.25%)、中碳钢(C为0.25-0.6%)和高碳钢(C>0.6%)2.2.1    状态图主要点线主要点特性点温度含义A1538纯铁熔点C1148共晶点D1227渗碳体熔点E1148C在-Fe中最大溶解度G912纯铁的同互异晶转变点P727C在-Fe中最大溶解度S727共析点Q室温室温时C在-Fe中最大溶解度主要线：ABCD线      液相线，液相冷却至此开始析出，加热至此全部转化。AHJECF线      固相线，液态合金至此线全部结晶为固相，加热至此开始转化GS线A3线，A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入AES线Acm线，C在A中溶解度曲线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。PSK线共析线，含C量在0.0218-6.69%至此反生共析反应，产生出珠光体2.2.2    铁碳合金分类2.2.2.1        钢 含C量0.02182.11%      共析钢含C量0.77%      亚共析钢0.0218-0.77%      过共析钢0.77-2.11%2.2.2.2        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%2.2.3    铁碳合金相图的作用在铸造方面选择合适的浇铸温度，流动性好在煅造方面选择合适的温度区，奥氏体区在热处理方面退火，正火，淬火等2.2.4 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a+ 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Fe3C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%， Fe3C(II)呈网状分布在晶界处，强度性能下降。     莱氏体：硬而脆脱碳    在前一章中概要介绍了锻造生产过程中常见的各种锻件缺陷。本章详细介绍脱碳、晶粒粗大、过热、过烧、折叠、流线不顺、涡流、穿流、裂纹、白点和缺陷断口等几种主要缺陷形成的机理、规律和对策。    （一）概述    脱碳是钢加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的过程就是钢中碳在高温下与氢或氧发生作用生成甲烷或一氧化碳。其化学方程式如下； 2Fe3C+O26Fe+2COFe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO    这些反应是可逆的，即氢、氧和二氧化碳使钢脱碳，而甲烷和一氧化碳则使钢增碳。    脱碳是扩散作用的结果，脱碳时一方面是氧向钢内扩散；另一方面钢中的碳向外扩散。从最后的结果看，脱碳层只在脱碳速度超过氧化速度时才能形成。当氧化速度很大时，可以不发生明显的脱碳现象，即脱碳层产生后铁即被氧化而成氧化铁皮。因此，在氧化作用相对较弱的气氛中，可以形成较深的脱碳层。    变压器硅钢片要求合碳量尽量低，除在冶炼上应加以控制外，在锻轧加热时还应利用脱碳现象，使碳含量进一步下降，从而获得容易磁化的性能。但对大多数钢来说，脱碳会使其性能变坏，故均视为缺陷。特别是高碳工具钢、轴承钢、高速钢及弹簧钢，脱碳更是一种严重的缺陷。    脱碳层的组织特征：脱碳层由于碳被氧化，反映在化学成分上其含碳量较正常组织低；反映在金相组织上其渗碳体（Fe3C）的数量较正常组织少；反映在力学性能上其强度或硬度较正常组织低。    钢的脱碳层包括全脱碳层和部分脱碳层（过渡层）两部分。部分脱碳层是指在全脱碳层之后到钢含碳量正常的组织处。在脱碳不严重的情况下，有时仅看到部分脱碳层而没有全脱碳层。图片3-1为热轧60Si2钢的表面脱碳情况。图片3-1 60Si2热轧钢的脱碳层 200×     关于脱碳层深度可根据脱碳成分、组织及性能的变化，采用多种方法测定。例如逐层取样化学分析钢的含碳量，观察钢的表面到心部的金相组织变化，测定钢的表层到心部的显微硬度变化等等。实际生产中以金相法测定钢的脱碳层最为普遍。    （二）脱碳对钢性能的影响    1.对锻造和热处理等工艺性能的影响    1）2Cr13不锈钢加热温度过高，保温时间过长时，能促使高温铁素体在表面过早的形成，使锻件表面的塑性大大降低，模锻时容易开裂。    2）奥氏体锰钢脱碳后，表层将得不到均匀的奥氏体组织。这不仅使冷变形时的强化达不到要求，而且影响耐磨性，还可能由于变形不均匀产生裂纹。    3）钢的表面脱碳以后，由于表层与心部的组织不同和线膨胀系数不同，因此淬火时所发生的不同组织转变及体积变化将引起很大的内应力，同时表层经脱碳后强度下降，甚至在淬火过程中有时使零件表面产生裂纹。    2.对零件性能的影响    对于需要淬火的钢，脱碳使其表层的含碳量降低，淬火后不能发生马氏体转变，或转变不完全，结果得不到所要求的硬度。图片3-2为30CrMnSiA钢淬火后的金相组织30CrMnSiA钢表面脱碳后的淬火组织 250×     轴承钢表面脱碳后会造成淬火软点，使用时易发生接触疲劳损坏；高速工具钢表面脱碳会使红硬性下降。    由于脱碳使钢的疲劳强度降低，导致零件在使用中过早地发生疲劳损坏，图片3-3所示连杆的疲劳破坏就是由于脱碳引起的。图片8-67所示的30CrMnSiNi2A钢摇臂零件的疲劳断裂也是由于模锻件表面脱碳降低了零件疲劳性能所致，图片8-70所示是脱碳层裂纹。图3-3 使用中断裂的连杆图8-67 30CrMnSiNi2A摇臂使用中产生裂纹的部位（箭头所指）图8-70 裂纹及表面脱碳 100×     零件上不加工的部分（黑皮部分）脱碳层全部保留在零件上，这将使性能下降。而零件的加工面上脱碳层的深度如在机械加工余量范围内，可以在加工时切削掉；但如超过加工余量范围，脱碳层将部分保留下来，使性能下降。有时因为锻造工艺不当，脱碳层局部堆积，机械加工时将不能完全去掉而保留在零件上，引起性能不均，严重时造成零件报废。    （三）影响钢脱碳的因素    影响钢脱碳的因素有钢料的化学成分，加热温度，保温时间和煤气成分等。    1.钢料的化学成分对脱碳的影响    钢料的化学成分对脱碳有很大影响。钢中含碳量愈高脱碳倾向愈大W、Al、Si、Co等元素都使钢脱碳倾向增加；而 Cr、Mn等元素能阻止钢脱碳。    2.加热温度的影响    由图3-1可以看出，随着加热温度的提高，脱碳层的深度不断增加。一般低于1000时，钢表面的氧化皮阻碍碳的扩散，脱碳比氧化慢，但随着温度升高，一方面氧化皮形成速度增加；另一方面氧化皮下碳的扩散速度也加快，此时氧化皮失去保护能力，达到某一温度后脱碳反而比氧化快。例如GC15钢在11001200温度下发生强烈的脱碳现象。图3-1钢的脱碳层深度与化学成分和加热温度的关系1（W）=0.9% 2（Si）=1.6% 3（Mn）=1.0% 4碳钢 5（Cr）=1.5%     3.保温时间和加热次数的影响    加热时间越长，加热火次愈多，脱碳层愈深，但脱碳层并不与时间成正比增加。例如高速钢的脱碳层在1000加热0.5h，深度达0.4mm；加热4h达1.0mm；加热12h后达1.2mm。    4.炉内气氛对脱碳的影响    在加热过程中，由于燃料成分，燃烧条件及温度不同，使燃烧产物中含有不同的气体，因而构成不同的炉内气氛，有氧化性的也有还原性的。他们对钢的作用是不同的。氧化性气氛引起钢的氧化与脱碳，其中脱碳能力最强的介质是H2O（汽），其次是CO2与O2，最后是H2；而有些气氛则使钢增碳，如 CO和 CH4。炉内空气过剩系数大小对脱碳也有重要的影响：当过小时、燃烧产物中出现H2，在潮湿的氢气内的脱碳速度随着含水量的增加而增大。因此，在煤气无氧化加热炉中加热，当炉气中含H2O较多时，也要引起脱碳；当过大时，由于形成的氧化皮多，阻碍着碳的扩散，故可减小脱碳层的深度。在中性介质中加热时，可使脱碳最少。    （四）防止脱碳的对策    防止脱碳的对策主要有以下几方面：    1）工件加热时，尽可能地降低加热温度及在高温下的停留时间；合理地选择加热速度以缩短加热的总时间；    2）造成及控制适当的加热气氛，使呈现中性或采用保护性气体加热，为此可采用特殊发计的加热炉（在脱氧良好的盐浴炉中加热，要比普通箱式炉中加热的脱碳倾向为小）；    3）热压力加工过程中，如果因为一些偶然因素使生产中断，应降低炉温以待生产恢复，如停顿时间很长，则应将坯料从炉内取出或随炉降温；    4）进行冷变形时尽可能地减少中间退火的次数及降低中间退火的温度，或者用软化回火代替高温退火。进行中间退火或软化回火时，加热应在保护介质中进行；    5）高温加热时，钢的表面利用覆盖物及涂料保护以防止氧化和脱碳；    6）正确的操作及增大工件的加工余量，以使脱碳层在加工时能完全去掉。一般，淬火后的硬度是最高的，调质是淬火+高温回火，硬度次之，退火硬度最低，回火一般作为正火和淬火的辅助热处理。这个顺序是对同种钢来说的一般情况，对于不同钢种可能不适用 相关问题 添加到搜藏 已解决 不锈钢板材在冷加工以后为什么会产生磁性?悬赏分：10 - 提问时间2005-11-12 09:44问题补充：要有科学依据提问者： 王庭一 - 试用期 一级 其他回答    共 1 条因为不锈钢经过冷加工后会产生微弱磁性，要消除这种磁性经过热处理后可以消除这种磁性。 .2.2 不锈钢 在真空工程中常用的不锈钢主要有奥氏体型不锈钢和马氏体型不锈钢两种类型。奥氏体型不锈钢中应用最多的牌号主要有0Crl8Ni9(304)、lCrl8Ni9Ti等，它们属于耐热、耐蚀无磁不锈钢，大量应用于真空室壳体、管路、阀体等；常用的马氏体型不锈钢主要有0Crl3、lCrl3、2Crl3、3Crl3等，主要用于具有较高韧性及受冲击负荷的零件，如耐蚀真空泵叶片、轴类、喷嘴、阀座、阀片等需要一定硬度及耐腐蚀的场合。 真空度在1.3×10-4Pa以上的高真空和超高真空系统中，最好选用奥氏体无磁不锈钢例如lCrl8Ni9Ti，0Crl8Ni9(304)等制造真空容器的壳体、管道或其它零部件。这种不锈钢具有优良的抗腐蚀性、放气率低、无磁性、焊接性好，其导电率及导率较低，能够在-270oC900oC范围内工作。并具有高的强度、塑性及韧性。是目前金属超高真空系统中所应用的主要结构材料。 奥氏体不锈钢可以采用电弧焊、钎焊和氩弧焊的方法进行焊接加工。表3给出最常用的奥氏体型不锈钢(304型)的性质，304不锈钢与lCrl8Ni9Ti不锈钢的性质相近，其抗腐蚀性能非常好，蒸气压很低、导热率低，并且是非磁性的。这些性质使得奥氏体不锈钢成为超高真空室、工件架、支架、法兰、螺栓螺母及超高真空泵(离子泵、低温泵、吸附泵等)等最常用的材料。 不锈钢就其磁性而言，分为有磁性的和无磁性的。通常含有镍元素成份的都是无磁性的。应注意的是，不锈钢并非绝对非磁性的，而是导磁率很小。而且，冷加工能够增加不锈钢的导磁性。 当需要耐高温、抗腐蚀或需要热处理(淬火或调质等)时，如轴、阀盖、封口等，则采用2Crl3、3Crl3、4Crl3等马氏体不锈钢为宜。但此类不锈钢的防锈性能不如奥氏体不锈钢好。 常用的无磁性不锈钢的主要缺点是抗晶界间腐蚀不稳定，尤其是在焊接时，受热在450750oC的地方，易在晶界上形成铬的碳化物而降低材料应有的气密性。试验证明：含铬1820，含镍10以下，含碳低于0.2的不锈钢，经过10501150oC高温处理，可消除上述晶界间不稳定的缺点。 参考资料：http:/www.chinesevacuum金相组织,用金相方法观察到的金属及合金的内部组织.可以分为:1.宏观组织.2.显微组织. 金相即金相学，就是研究金属或合金内部结构的科学。不仅如此，它还研究当外界条件或内在因素改变时，对金属或合金内部结构的影响。所谓外部条件就是指温度、加工变形、浇注情况等。所谓内在因素主要指金属或合金的化学成分。 金相组织是反映金属金相的具体形态，如马氏体，奥氏体，铁素体，珠光体等等。 1.奥氏体 碳与合金元素溶解在-fe中的固溶体，仍保持-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间的空隙处 2.铁素体碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。 3.渗碳体碳与铁形成的一种化合物。在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状。过共析钢冷却时沿acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状。铁碳合金冷却到ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状。 4.珠光体铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物。 珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。在a1650形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。在650600形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。在600550形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，不能分辨珠光体片层，仅看到黑色的球团状组织，只有用电子显微镜放大10000倍才能分辨的片层称为屈氏体。 5.上贝氏体过饱和针状铁素体和渗碳体的混合物，渗碳体在铁素体针间。过冷奥氏体在中温（约350550）的相变产物，其典型形态是一束大致平行位向差为68od铁素体板条，并在各板条间分布着沿板条长轴方向排列的碳化物短棒或小片；典型上贝氏体呈羽毛状，晶界为对称轴，由于方位不同，羽毛可对称或不对称，铁素体羽毛可呈针状、点状、块状。若是高碳高合金钢，看不清针状羽毛；中碳中合金钢，针状羽毛较清楚；低碳低合金钢，羽毛很清楚，针粗。转变时先在晶界处形成上贝氏体，往晶内长大，不穿晶。 6.下贝氏体同上，但渗碳体在铁素体针内。过冷奥氏体在350ms的转变产物。其典型形态是双凸透镜状含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单方向排列的碳化物小薄片；在晶内呈针状，针叶不交叉，但可交接。与回火马氏体不同，马氏体有层次之分，下贝氏体则颜色一致，下贝氏体的碳化物质点比回火马氏体粗，易受侵蚀变黑，回火马氏体颜色较浅，不易受侵蚀。高碳高合金钢的碳化物分散度比低碳低合金钢高，针叶比低碳低合金钢细。 7.粒状贝氏体大块状或条状的铁素体内分布着众多小岛的复相组织。过冷奥氏体在贝氏体转变温度区的最上部的转变产物。刚形成时是由条状铁素体合并而成的块状铁素体和小岛状富碳奥氏体组成，富碳奥氏体在随后的冷却过程中，可能全部保留成为残余奥氏体；也可能部分或全部分解为铁素体和渗碳体的混合物（珠光体或贝氏体）；最可能部分转变为马氏体，部分保留下来而形成两相混合物，称为m-a组织。 8.无碳化物贝氏体板条状铁素体单相组成的组织，也称为铁素体贝氏体。形成温度在贝氏体转变温度区的最上部。板条铁素体之间为富碳奥氏体，富碳奥氏体在随后的冷却过程中也有类似上面的转变。无碳化物贝氏体一般出现在低碳钢中，在硅、铝含量高的钢中也容易形成。 9.马氏体碳在a-fe中的过饱和固溶体。 板条马氏体：在低、中碳钢及不锈钢中形成，由许多相互平行的板条组成一个板条束，一个奥氏体晶粒可转变成几个板条束（通常3到5个）。 片状马氏体（针状马氏体）：常见于高、中碳钢及高ni的fe-ni合金中，针叶中有一条缝线将马氏体分为两半，由于方位不同可呈针状或块状，针与针呈120o角排列，高碳马氏体的针叶晶界清楚，细针状马氏体呈布纹状，称为隐晶马氏体。 10.回火马氏体马氏体分解得到极细的过渡型碳化物与过饱和（含碳较低）的a-相混合组织 它由马氏体在150250时回火形成。 这种组织极易受腐蚀，光学显微镜下呈暗黑色针状组织（保持淬火马氏体位向），与下贝氏体很相似，只有在高倍电子显微镜下才能看到极细小的碳化物质点。 11.回火屈氏体碳化物和a-相的混合物。 它由马氏体在350500时中温回火形成。其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨，仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。 12.回火索氏体 以铁素体为基体，基体上分布着均匀碳化物颗粒。 它由马氏体在500650时高温回火形成。其组织特征是由等轴状铁素体和细粒状碳化物构成的复相组织，马氏体片的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下可看到的渗碳体颗粒较大。 13.莱氏体 奥氏体与渗碳体的共晶混合物。呈树枝状的奥氏体分布在渗碳体的基体上。 14.粒状珠光体由铁素体和粒状碳化物组成。 它是经球化退火或马氏体在650a1温度范围内回火形成。其特征是碳化物成颗粒状分布在铁素体上。 15.魏氏组织 如果奥氏体晶粒比较粗大，冷却速度又比较适宜，先共析相有可能呈针状（片状）形态与片状珠光体混合存在，称为魏氏组织 。亚共析钢中魏氏组织的铁素体的形态有片状、羽毛状或三角形，粗大铁素体呈平行或三角形分布。它出现在奥氏体晶界，同时向晶内生长。过共析钢中魏氏组织渗碳体的形态有针状或杆状，它出现在奥氏体晶粒的内部。 回答者： linbw - 总监 八级   9-3 10:06分析材料的微观结构对于质量控制、品质保证、及新材料新设备的研发有至关重要的作用。也用金相试验来做失效分析。 20