钢的热处理基本原理

1.钢在加热时的组织转变

由Fe－Fe3C相图可知，钢通过缓慢加热，到一定温度后可转变为单相的奥氏体组织，共析钢、亚共析钢和过共析钢的转变温度分别为A1、A3、Acm。实际生产时加热和冷却不可能无限缓慢，因而其组织转变的温度也会有相应的变化。通常把实际加热时的转变温度用A c1、A c3、A ccm表示，而实际冷却时的转变温度用A r1、A r3、A rcm表示。

将共析钢加热到A c1时，便发生珠光体向奥氏体的转变。由于铁素体的含碳量很少，而渗碳体的含碳量又很高，因而奥氏体总是在铁素体与渗碳体交界面上成核。一方面形成了的奥氏体晶核不断合并其相邻的铁素体，另一方面渗碳体不断溶解于奥氏体中，以供给碳。这样，奥氏体晶粒就逐渐增多和长大，以至珠光体全部转变为奥氏体。

当亚共析钢加热至A c1以上时，珠光体转变为奥氏体，此时的组织为奥氏体和铁素体。若继续升温，铁素体也逐渐转变为奥氏体，在温度超过A c3时，铁素体完全消失，全部组织为细而均匀的单一奥氏体。

过共析钢的加热转变与上述情况相似，只是在A c1至A ccm的升温过程中，二次渗碳体逐渐溶入奥氏体中。超过A ccm时，全部组织为奥氏体，但其晶粒已经长大粗化。

2.钢在冷却时的组织转变

钢加热奥氏体化后再进行冷却，奥氏体将发生变化。因冷却条件不同，转变产物的组织结构也不同，性能也会有显著的差异。所以冷却过程是热处理的关键工序，决定着钢在热处理后的组织和性能。

热处理的冷却方式有两种：一种是将奥氏体迅速冷却至A1以下某个温度，等温停留一段时间再继续冷却，通常称为等温冷却；另一种是将奥氏体以一定的速度冷却，如油冷、水冷、空冷、炉冷等，称为连续冷却。(www.xing528.com)

共析钢过冷奥氏体等温转变的产物大致可分为以下三个类型。

（1）高温转变产物。共析钢奥氏体过冷到A1线至550℃等温转变的产物属于珠光体型组织，都是由铁素体和渗碳体的层片所组成的机械混合物。过冷度越大，层片越薄，硬度也越高。

过冷到A1线至650℃转变而得到的组织为珠光体；过冷到650℃～600℃转变而得到的组织为索氏体，又称为细珠光体；过冷到600℃～550℃转变而得到的组织为托氏体，又称为极细珠光体。

（2）中间转变产物。共析钢奥氏体过冷到550℃～230℃等温转变的产物属于贝氏体型组织，是由含碳过量的铁素体和微小的渗碳体混合而成的。贝氏体比珠光体的硬度更大。

过冷到550℃～350℃转变而得到的组织称为上贝氏体；过冷到350℃～230℃转变而得到的组织称为下贝氏体。与上贝氏体相比，下贝氏体有较高的强度和硬度、较好的塑性和韧性。

（3）低温转变产物。共析钢奥氏体过冷到230℃以下陆续转变成为马氏体。它实质上是饱和的α固溶体，马氏体是一种不稳定的组织，它有很高的硬度（600～650 HBW），但塑性、韧性几乎等于零。

共析钢奥氏体过冷到230℃（Ms，奥氏体向马氏体转变的开始线）左右时，开始转变为马氏体，随着温度下降，马氏体逐渐增多，过冷奥氏体不断减少，直至Mf（奥氏体向马氏体转变的终了线）时，过冷奥氏体才全部转变成马氏体。所以Ms与Mf之间的组织为马氏体和残余奥氏体。