铁碳相图与钢的热处理技术

加工的图样上有各种热处理方法的名称，机械制造过程中，大部分零部件都要进行热处理，因为零件在加工过程中需要降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能，使用时需要提高硬度和耐磨性（零件内若存在内应力，会使零件在加工和使用时产生变形，所以要消除内应力来保证产品的质量），这些都可以通过热处理来实现。这就需要先了解铁碳相图，它是在缓慢冷却（或加热）条件下，不同成分的铁碳合金的状态或组织随温度变化的图形，如图1-65所示。当含碳量不同时，其组织成分也不同。含碳量越高，材料的强度、硬度越高，而塑性、韧度越低，这是因为含碳量越高，钢中硬而脆的Fe₃C越多的缘故。作为技术工人必须知道各名称的含义，才能理解上下工序的联系，明白为什么钢材剪切、气割后要刨边（或铣边）处理，有些工件装焊后要进行整体退火处理等。

铁碳相图上只需掌握钢，即w（C）≤2.11%一段（＞2.11%的是铸铁），需要知道的符号、组织、性能如下：

L——液态金属（在ACD线以上，金属加热超过其熔点）。

A——奥氏体，单相的奥氏体组织，强度低、塑性好，钢材的锻造温度选此区域。

F——铁素体，塑性、韧性好，强度硬度低。

Fe₃C——渗碳体，硬度高，脆性大，塑性和韧度几乎为零。

P——珠光体，F与Fe₃C的混合物，力学性能是两者的综合，强度较高，有一定的塑性，硬度适中。

Ld——莱氏体，A与Fe₃C的混合物，硬度高，塑性差。

在生产过程中，铁碳相图可以作为选材、锻造及热处理的依据：

1）一般结构件→要求塑性好、焊接性好、强度硬度低→选用低碳钢，w（C）<0.25%。

2）汽车曲轴、机床主轴→要求有良好的综合力学性能→选用中碳钢，w（C）=0.25%～0.6%。

3）刀具（车刀、钻头）→要求有较高的硬度和耐磨性→选用高碳钢，w（C）＞0.6%。

图1-65 铁碳合相图

（1）钢的热处理(www.xing528.com)

固态钢加热到一定的温度，保温一定的时间，然后进行冷却的操作称为钢的热处理。其目的是细化晶粒、改善内部组织、得到所需要的力学性能。

（2）热处理的种类

1）整体热处理

图1-66 退火的加热范围

图1-67 碳钢淬火的加热范围

【要点】上述各种热处理的加热温度、保温时间、冷却方式都不同。

2）表面热处理：表面热处理有感应加热表面热处理和火焰加热表面热处理。

【目的】工件的表面硬化，心部的组织不变（外硬内韧），处理后工件使用寿命延长。

3）化学热处理：化学热处理是将工件放在化学介质中，使其表面渗入介质的操作过程（渗碳、渗氮、碳氮共渗）。

【目的】工件表面硬度、耐磨性高，但心部仍然是原来的高强度、高韧性（低碳钢、低合金钢）。