临界区双相组织超细化强韧化理论及工艺.docx

1、铁 路 科 技 图 书 出 版 基 金 资 助 出 版钢 的 亚 温 处 理临 界 区 双 相 组 织 超 细 化 强 韧 化 理 论 及 工 艺王 传 雅 著中 国 铁 道 出 版 社2 0 0 3 年 北 京( 京 ) 新 登 字 063 号内 容 简 介本 书 主 要 为 从 事 热 处 理 工 作 的 科 技 人 员 提 供 有 关 钢 的 亚 温 处 理 强 韧 化 和 复 合 强 韧 化 理 论 及 工 艺 方 面 的 知 识 。 书 中 系 统 地 阐 述 了 亚 温 处 理 的 分 类 、 钢 在 临 界 区 的 加 热 转 变 和 冷 却 转 变 、 临 界 区 加 热 后

2、钢 的 淬 透 性 、 亚 温 处 理 所 得 各 种 典 型 双 相 复 合 组 织 等 。 全 面 介 绍 了 亚 温 处 理 在 各 方 面 改 善 和 提 高 钢 材 性 能 的 内 容 , 包 括 提 高 钢 的 强 韧 性 、 抑 制 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 、 改 善 钢 材 冷 脆 行 为 、 减 小 钢 的 淬 火 变 形 和 开 裂 等 。 并 介 绍 了 亚 温 淬 火 在 化 学 热 处 理 ( 渗 碳 和 渗 氮 ) 中 的 应 用 效 果 、 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 的 复 合 强 韧 化 作 用 等 。 分 析 了 亚 温 处 理 的 强 韧 化 和

3、复 合 强 韧 化 机 制 以 及 亚 温 处 理 后 钢 的 断 裂 过 程 。 最 后 还 列 举 了 许 多 单 位 采 用 亚 温 处 理 解 决 生 产 难 题 或 延 长 工 件 使 用 寿 命 的 具 体 实 例 。 本 书 可 作 为 高 等 院 校 有 关 专 业 本 科 生 和 研 究 生 的 教 学 参 考 书 或 供 从 事 金 属 材 料 、 热 加 工 和 其 他 相 关 学 科 的 科 技 工 作 者 参 考 。图 书 在 版 编 目 ( CIP) 数 据 钢 的 亚 温 处 理 : 临 界 区 双 相 组 织 超 细 化 强 韧 化 理 论 及 工 艺 / 王

4、传 雅 著 .北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , 2002.11ISBN 7-113-04939-7 . 钢 . 王 . 钢 热 处 理 . TG161 中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 ( 2002) 第 083935 号书 名 : 钢 的 亚 温 处 理 临 界 区 双 相 组 织 超 细 化强 韧 化 理 论 及 工 艺作 者 : 王 传 雅出 版 发 行 : 中 国 铁 道 出 版 社 (1 0 0 05 4 , 北 京 市 宣 武 区 右 安 门 西 街 8 号 )责 任 编 辑 : 田 京 芬 陈 若 伟封 面 设 计 : 冯 龙 彬印 刷 : 中 国 铁

5、 道 出 版 社 印 刷 厂开 本 : 8 50 11 6 8 1/ 3 2 印 张 : 9 . 12 5 字 数 : 24 3 千版 本 : 2 00 3 年 5 月 第 1 版 2 00 3 年 5 月 第 1 次 印 刷印 数 : 1 2 00 0 册书 号 : ISB N 7-11 3-0 4 93 9-7/ T G2 6定 价 : 1 8. 0 0 元版 权 所 有 侵 权 必 究凡 购 买 铁 道 版 的 图 书 , 如 有 缺 页 、 倒 页 、 脱 页 者 , 请 与 本 社 发 行 部 调 换 。 编 辑 部 电 话 : ( 01 0 ) 51 8 73 0 18 发 行 部

6、 电 话 : ( 0 10 ) 63 5 45 9 69本 书 由大 连 市 人 民 政 府 资 助 出 版The published book is sponsored by the Dalian Municipal Government前 言 亚 温 处 理 系 指 将 具 有 平 衡 态 或 非 平 衡 态 原 始 组 织 的 亚 共 析 钢 加 热 至 铁 素 体 加 奥 氏 体 双 相 区 的 一 定 温 度 区 间 保 温 一 定 时 间 后 进 行 淬 火 并 回 火 、 等 温 淬 火 、 正 火 或 退 火 的 热 处 理 , 是 一 种 新 型 的 利 用 强 韧 相 和

7、复 相 显 微 组 织 超 细 化 的 强 韧 化 热 处 理 工 艺 。采 用 亚 温 处 理 可 以 大 幅 度 地 提 高 钢 的 室 温 和 低 温 韧 度 , 抑 制 可 逆 回 火 脆 性 , 降 低 冷 脆 转 折 温 度 , 防 止 变 形 开 裂 , 解 决 油 淬 淬 不透 而 水 淬 又 开 裂 的 大 件 淬 火 困 难 问 题 。本 书 的 主 要 特 色 在 于 :1. 在 国 内 最 先 提 出 只 要 结 构 钢 中 无 大 块 铁 素 体 存 在 , 就 可 获得 亚 温 处 理 的 强 韧 化 效 果 , 从 而 打 破 了 传 统 热 处 理 不 允 许

8、结 构 钢在 临 界 区 淬 火 加 热 的 禁 区 。2. 最 先 系 统 研 究 、 综 述 并 补 充 了 影 响 亚 温 处 理 效 果 的 诸 因 素和 机 制 , 为 深 入 进 行 亚 温 处 理 研 究 和 推 广 应 用 提 供 了 理 论 依 据 及工 艺 规 范 。3. 用 调 整 预 处 理 规 范 和 亚 温 处 理 加 热 规 范 的 纯 热 处 理 方 法 , 而 勿 需 如 国 外 采 用 改 变 钢 的 化 学 成 分 的 冶 炼 方 法 , 在 一 系 列 结 构钢 中 获 得 3 种 典 型 的 双 相 复 合 组 织 , 并 从 诸 方 面 证 实 了

9、针 状 铁 素体 的 最 佳 效 果 。4. 对 亚 温 淬 火 提 出 了 合 理 的 分 类 法 : 结 构 钢 高 温 亚 温 淬 火 及双 相 钢 低 温 亚 温 淬 火 。5. 为 亚 温 淬 火 与 化 学 热 处 理 相 结 合 提 出 了 依 据 , 开 辟 了 一 类复 合 强 韧 化 新 领 域 。6. 将 亚 温 处 理 发 展 至 一 系 列 能 获 得 针 状 形 态 铁 素 体 的 其 他 亚 温 处 理 : 亚 温 等 温 淬 火 、 亚 温 正 火 及 亚 温 退 火 。本 书 的 内 容 包 含 作 者 曾 获 国 家 教 育 委 员 会 科 技 进 步 二

10、等 奖 的科 研 成 果 “亚 温 淬 火 双 相 组 织 超 细 化 提 高 钢 的 强 韧 性 、 抑 制 其 可 逆 回 火 脆 性 、 改 善 其 冷 脆 行 为 的 理 论 及 工 艺” 和 曾 获 国 家 教 育 委 员 会 科技 进 步 三 等 奖 的 科 研 成 果 “ 两 相 区 加 热 对 过 冷 奥 氏 体 转 变 动 力 学 、 钢 的 淬 透 性 、 淬 火 变 形 和 断 裂 机 制 的 影 响” 。 还 有 许 多 内 容 选 自 作 者 在 第 三 届 国 际 材 料 热 处 理 大 会 ( 上 海 ) , 英 国 1984 年 金 属 学 年 会 ( 伦 敦

11、) , 第 四 届 国 际 材 料 热 处 理 大 会 ( 柏 林 ) , 第 三 届 国 际 碳 化 物 、 氮 化 物 、 硼 化 物 大 会 ( 波 兹 南 ) , 第 一 届 国 际 表 层 及 涂 层 科 技 大 会 ( 瓦 尔 纳 ) , 第 五 届 国 际 材 料 热 处 理 大 会 ( 布 达 佩 斯 ) , 第 六 届 国 际 材 料 热 处 理 大 会 ( 芝 加 哥 ) , 第 四 届 国 际 碳 化 物 、 氮 化 物 、 硼 化 物 大 会 ( 波 兹 南 ) 及 第 七 届 国 际 材 料 热 处 理 大 会 ( 莫 斯 科 ) 的 宣 读 论 文 以 及 作 者

12、围 绕 所 完 成 的 题 为 “渗 扩 氮 亚 温 淬 火 复 合 强 韧 化” 的 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 所 发 表 的 一 些 有 关 论 文 。 书 中 亦 引 入 了 国 内 外 其 他 有 关 论 著 的 相 关 内 容 。为 了 有 助 于 热 处 理 理 论 及 工 艺 的 发 展 , 特 将 本 人 在 亚 温 处 理强 韧 化 领 域 内 的 一 些 工 作 撰 写 成 册 , 献 给 广 大 的 热 处 理 工 作 者 , 以 期 对 工 作 有 所 裨 益 。 有 错 误 与 不 当 之 处 , 敬 请 提 出 批 评 和 指 正 意见 , 不 胜 感

13、 激 !作 者王 传 雅1目 录第 一 章 钢 的 亚 温 处 理 概 述 1第 二 章 钢 在 亚 温 处 理 时 的 转 变 7第 一 节 钢 在 临 界 区 加 热 时 的 转 变 7第 二 节 钢 经 临 界 区 加 热 后 的 冷 却 转 变 15第 三 章 亚 温 处 理 对 提 高 钢 的 强 韧 性 的 贡 献 28第 一 节 亚 温 处 理 的 强 韧 化 效 果 ( 一 )亚 温 淬 火 提 高 中 碳 结 构 钢 的 冲 击 韧 度 和 疲 劳 性 能 28第 二 节 影 响 亚 温 处 理 强 韧 化 效 果 的 因 素 33第 三 节 亚 温 处 理 的 强 韧 化

14、效 果 ( 二 )亚 温 淬 火 提 高 低 碳 结 构 钢 的 冲 击 韧 度 和 疲 劳 强 度 59第 四 节 亚 温 处 理 的 强 韧 化 效 果 ( 三 )亚 温 退 火 、 亚 温 正 火 和 亚 温 等 温 淬 火 改 善 低 、 中 碳 结 构 钢 的 性 能 68第 五 节 亚 温 处 理 的 强 韧 化 机 制 综 述 82第 四 章 亚 温 处 理 后 钢 的 断 裂 过 程 93第 一 节 亚 温 淬 火 加 高 温 回 火 态 96第 二 节 亚 温 淬 火 加 低 温 回 火 态 104第 三 节 亚 温 淬 火 后 回 火 温 度 效 应 对 比 1112 钢

15、的 亚 温 处 理第 五 章 钢 的 回 火 脆 性 114第 一 节 第 一 类 回 火 脆 性 114第 二 节 第 二 类 回 火 脆 性 127第 六 章 亚 温 处 理 对 抑 制 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 的 作 用 156第 一 节 亚 温 淬 火 对 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 的 影 响 157第 二 节 亚 温 淬 火 对 回 火 缓 冷 脆 化 和 回 火 等 温 脆 化 抑 制 效 果 不 同 的 原 因 探 讨 164第 三 节 杂 质 和 晶 粒 边 界 效 应 程 度 对 亚 温 淬 火 抑 制 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 效 果 的 影 响 167

16、第 四 节 杂 质 和 晶 粒 边 界 效 应 程 度 对 亚 温 淬 火 抑 制 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 效 果 的 影 响 机 制 175第 七 章 亚 温 处 理 对 改 善 钢 材 冷 脆 行 为 的 效 果 180第 一 节 亚 温 淬 火 对 冷 脆 状 态 下 钢 材 低 温 性 能 的 影 响 180第 二 节 亚 温 淬 火 对 钢 材 冷 脆 转 折 温 度 的 影 响 184第 三 节 亚 温 淬 火 对 回 火 脆 化 状 态 下 钢 材 低 温 性 能 的影 响 186第 四 节 亚 温 淬 火 降 低 钢 材 冷 脆 转 折 温 度 和 改 变 低 温 断

17、裂 的 机 制 193第 八 章 亚 温 淬 火 对 减 小 钢 的 淬 火 变 形 和 开 裂 的 影 响 196第 一 节 临 界 区 加 热 减 小 结 构 钢 淬 火 变 形 的 研 究 196第 二 节 临 界 区 加 热 对 防 止 结 构 钢 淬 火 开 裂 的 影 响 205第 九 章 亚 温 淬 火 在 化 学 热 处 理 中 的 应 用 210第 一 节 亚 温 淬 火 在 渗 碳 中 的 应 用 210第 二 节 亚 温 淬 火 在 渗 氮 中 的 应 用 218目 录 3第 十 章 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 复 合 强 韧 化 238第 一 节 30CrM nSiA

18、钢 平 衡 态 原 始 组 织 渗 扩 氮 高 温 淬 火 和 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 研 究 238第 二 节 30CrM nSiA 钢 非 平 衡 态 原 始 组 织渗 扩 氮 亚 温 淬 火 250第 十 一 章 亚 温 处 理 的 生 产 应 用 和 其 他 相 关 内 容 258第 一 节 亚 温 处 理 的 生 产 应 用 258第 二 节 亚 温 处 理 的 其 他 相 关 内 容 266附 录 亚 温 处 理 部 分 实 验 技 巧 273第 一 章 钢 的 亚 温 处 理 概 述一 、 亚 温 处 理 的 定 义将 具 有 平 衡 态 或 非 平 衡 态 原 始 组 织

19、的 亚 共 析 结 构 钢 加 热 至 铁 素 体 与 奥 氏 体 共 存 的 两 相 区 , 即 临 界 区 温 度 区 间 保 温 一 定 时 间 后进 行 淬 火 、 等 温 淬 火 、 正 火 和 退 火 的 热 处 理 工 艺 均 属 于 亚 温 处 理 , 分 别 称 为 亚 温 淬 火 、 亚 温 等 温 淬 火 、 亚 温 正 火 和 亚 温 退 火 。亚 温 处 理 是 针 对 结 构 钢 开 发 的 一 类 新 型 强 韧 化 工 艺 。 目 前 ,结 构 钢 的 强 韧 化 工 艺 已 有 许 多 , 诸 如 :1. 获 得 板 条 马 氏 体 ( 位 错 马 氏 体 )

20、 的 强 韧 化 工 艺 ;2. 超 细 化 热 处 理 工 艺 ;3. 真 空 热 处 理 ;4. 形 变 热 处 理 工 艺 ;5. 复 相 热 处 理 利 用 韧 性 相 ( 铁 素 体 、 奥 氏 体 或 下 贝 氏 体 )的 强 韧 化 工 艺 1 1 1 。亚 温 处 理 与 一 般 强 韧 化 工 艺 不 同 , 它 是 利 用 韧 性 相 以 及 几 种相 的 复 合 组 织 超 细 化 产 生 的 综 合 强 韧 化 热 处 理 。以 往 , 结 构 钢 淬 火 组 织 中 不 允 许 有 未 溶 铁 素 体 存 在 , 理 由 是 未 溶 铁 素 体 会 使 钢 的 性 能

21、 变 坏 , 故 其 淬 火 工 艺 必 须 采 用 完 全 淬 火 , 即 加 热 至 单 相 奥 氏 体 区 进 行 淬 火 。二 、 亚 温 处 理 的 分 类( 一 ) 按 加 热 温 度 分 类亚 温 处 理 中 的 亚 温 淬 火 可 按 钢 在 临 界 区 中 的 加 热 温 度 不 同 区 分 为 高 温 亚 温 淬 火 和 低 温 亚 温 淬 火 1 2 。 前 者 的 加 热 温 度 处 于 接 近 Ac3 的 某 一 温 度 区 间 , 后 者 的 加 热 温 度 处 于 接 近 Ac12 钢 的 亚 温 处 理的 某 一 温 度 区 间 。 前 者 适 用 于 中 碳

22、结 构 钢 , 后 者 适 用 于 低 碳 双 相 钢 。( 二 ) 按 原 始 组 织 分 类亚 温 处 理 按 钢 的 原 始 组 织 不 同 可 归 纳 为 平 衡 态 组 织 亚 温 处 理 和 非 平 衡 态 组 织 亚 温 处 理 。 前 者 包 括 亚 温 处 理 前 为 退 火 态 、 正 火 态 以 及 淬 火 加 高 温 回 火 态 的 原 始 组 织 , 后 者 包 括 淬 火 态 及 等 温 淬火 态 的 原 始 组 织 1 0 、 1 3 。( 三 ) 按 加 热 速 度 和 加 热 方 式 分 类亚 温 处 理 的 加 热 速 度 可 分 为 中 速 ( 约 350

23、 / h) 和 慢 速 (0.5 2.0 / min) , 其 加 热 方 式 可 分 为 连 续 加 热 和 阶 段 加 热 。 阶 段 加 热 系 以 中 速 加 热 至 略 高 于 Ac1 的 温 度 保 持 较 长 时 间 后 再 进 行 中 速 加 热 至 最 终 的 亚 温 加 热 温 度 , 其 整 个 加 热 过 程 亦 相 当 于 慢 速 加 热 , 可 达 到 慢 速 加 热 的 效 果 1 0 、 1 4 。( 四 ) 按 冷 却 方 式 分 类亚 温 处 理 按 其 加 热 后 的 冷 却 方 式 不 同 可 分 为 亚 温 淬 火 、 亚 温 等 温 淬 火 、 亚

24、温 正 火 及 亚 温 退 火 1 5 1 7 。三 、 亚 温 处 理 的 前 提 条 件亚 温 处 理 的 原 始 组 织 中 不 允 许 有 大 块 铁 素 体 存 在 。 为 此 , 亚 温 处 理 前 常 需 进 行 一 定 的 预 处 理 。 只 有 对 于 正 常 的 原 始 组 织 或 者 对于 亚 温 处 理 后 所 得 组 织 形 态 无 特 殊 要 求 时 才 允 许 采 用 “ 直 接 亚 温 处 理” 1 4 。四 、 亚 温 处 理 后 的 正 常 显 微 组 织( 一 ) 亚 温 淬 火 后 的 正 常 显 微 组 织 1 8 亚 温 加 热 后 所 得 组 织

25、应 为 以 下 三 类 双 相 组 织 : 1. 小 颗 粒 状 双 相 组 织 g + g2. 针 状 双 相 组 织 ( a + a )3. 有 晶 粒 边 界 效 应 的 针 状 双 相 组 织 ( a + a ) + g冷 却 后 所 得 组 织 相 应 为 以 下 三 类 复 合 组 织 :3第 一 章 钢 的 亚 温 处 理 概 述1. Fg + M2. Fa + M3. ( Fa + M ) + M其 相 组 成 相 应 为 :1. g + 2. a + 3. a + ( 二 ) 亚 温 等 温 淬 火 后 的 正 常 显 微 组 织 1 5 1 7 亚 温 等 温 淬 火 加

26、热 后 所 得 组 织 应 为 双 相 组 织 a + a 。冷却 后 所 得 组 织 为 复 合 组 织 Fa + BL + M, 其 相 组 成 为 a + + C。( 三 ) 亚 温 正 火 后 的 正 常 显 微 组 织 1 5 1 7 亚 温 正 火 加 热 所 得 组 织 应 为 双 相 组 织 a + a 。冷 却 后 所 得 组 织 为 复 合 组 织 Fa + P , 其 相 组 成 为 a + C。 ( 四 ) 亚 温 退 火 后 的 正 常 显 微 组 织 1 5 1 7 亚 温 退 火 加 热 所 得 组 织 应 为 Fa + P , 其 相 组 成 为 + C。五 、

27、 亚 温 处 理 对 钢 的 性 能 的 影 响( 一 ) 对 强 韧 性 的 影 响亚 温 淬 火 能 够 在 不 降 低 钢 的 强 度 或 提 高 钢 的 强 度 的 前 提 下 提 高 其 室 温 及 低 温 冲 击 韧 度 。 诸 如 对 12 Ni3 、 12CrNi3、 16 Mn、 20 SiM n、 22CrM nSiM o、 35CrM o、 30CrM nSi、 40Cr、 40Cr Ni、 42CrMo、 45、 60Si2 、 60 Si2 Mn 以 及 Cr-Si-Ni 等 钢 , 其 提 高 幅 度 可 达83 % 200 % 5 、 6 、 1 4 。 亦 可

28、在 不 降 低 钢 的 塑 性 和 韧 性 的 前 提 下 提高 其 强 度 , 如 对 16 Mn 等 钢 1 4 1 7 。( 二 ) 对 可 逆 回 火 脆 性 的 影 响亚 温 淬 火 能 够 抑 制 或 减 小 钢 的 可 逆 回 火 脆 性 , 诸 如 对 2 1 Cr-4Mo、 25Cr2 Ni4 MoV、 30CrM nSi、 35Cr M nSi、 40Cr Ni、 40CrM nSi 等 钢 6 、 1 4 。4 钢 的 亚 温 处 理( 三 ) 对 冷 脆 行 为 的 影 响亚 温 淬 火 能 够 降 低 钢 的 冷 脆 转 折 温 度 , 诸 如 对 12 Ni3、 3

29、5CrM nSi、 35Cr Mo、 低 碳 锰 钢 ( 0.15 % C、 0.38 % S、 1.13 % Mn、0.25 % Cr、 0.03 % V、 0.07 % Al ) 以 及 3.5 % Ni-Cr-M o-V 转 子 钢等 6 、 1 4 。( 四 ) 对 淬 火 变 形 及 开 裂 的 影 响亚 温 淬 火 能 够 明 显 减 小 钢 的 变 形 及 防 止 开 裂 , 诸 如 对18CrM n Ti、 18Cr2 Ni4W、 20Cr、 30CrM nSi 以 及 45 钢 等 1 4 。( 五 ) 对 淬 透 性 的 影 响亚 温 淬 火 加 热 所 得 不 同 的 组

30、 织 形 态 对 钢 的 淬 透 性 的 影 响 亦 不 同 。 针 状 双 相 组 织 能 够 提 高 钢 的 淬 透 性 , 颗 粒 状 双 相 组 织 则 不 能提 高 其 淬 透 性 , 反 而 略 使 其 降 低 1 9 、 2 0 。六 、 亚 温 处 理 在 化 学 热 处 理 中 的 应 用( 一 ) 在 渗 碳 中 的 应 用钢 经 渗 碳 后 , 采 用 亚 温 处 理 可 使 其 心 部 获 得 含 有 韧 性 相 的 细化 双 相 组 织 ( + ) , 从 而 使 其 强 韧 性 得 到 提 高 。 在 表 层 , 由 于 亚 温 淬 火 的 加 热 温 度 低 于

31、完 全 淬 火 的 加 热 温 度 , 一 方 面 使 碳 化 物 溶 解量 少 , 另 一 方 面 使 奥 氏 体 晶 粒 细 小 , 故 淬 火 后 所 得 马 氏 体 脆 性 小 , 而 且 残 余 奥 氏 体 量 少 , 从 而 可 减 小 变 形 及 抑 制 开 裂 2 1 2 3 。( 二 ) 在 气 体 渗 氮 中 的 应 用调 质 态 的 钢 经 气 体 渗 氮 后 产 生 明 显 的 脆 性 。 若 渗 氮 前 采 用 亚 温 淬 火 取 代 调 质 以 获 得 细 小 的 双 相 复 合 组 织 作 为 原 始 组 织 , 则 因 更 多 地 提 供 了 氮 原 子 的 扩

32、 散 通 道 及 氮 化 物 的 形 核 部 位 , 加 之 由 于合 金 元 素 含 量 较 低 的 相 存 在 , 从 而 增 加 了 渗 氮 后 渗 氮 层 中 的 氮化 物 (及 ) 含 量 , 使 渗 氮 层 硬 度 升 高 而 不 增 加 其 脆 性 。 将 亚 温 淬 火 用 于 气 体 渗 氮 还 能 提 高 渗 氮 件 整 体 及 心 部 的 韧 性 , 并 增 加 其渗 层 深 度 2 4 。( 三 ) 在 离 子 渗 氮 中 的 应 用亚 温 淬 火 对 离 子 渗 氮 与 对 气 体 渗 氮 有 类 似 的 影 响 规 律 和 机5第 一 章 钢 的 亚 温 处 理 概

33、 述制 , 能 够 增 加 工 件 经 离 子 渗 氮 后 的 强 韧 性 , 提 高 其 整 体 的 室 温 及 低 温 冲 击 韧 度 , 并 增 加 其 渗 层 深 度 2 5 。( 四 ) 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 复 合 工 艺 的 应 用渗 氮 后 进 行 亚 温 淬 火 可 使 渗 层 中 的 氮 化 物 进 行 部 分 或 完 全 溶 解 , 使 氮 原 子 向 心 部 扩 散 , 从 而 形 成 由 工 件 表 层 至 心 部 的 较 理 想 的 氮 浓 度 梯 度 曲 线 及 显 微 硬 度 分 布 曲 线 , 由 此 获 得 较 理 想 的 显 微 组织 和 性 能 以

34、 及 二 者 沿 截 面 的 理 想 分 布 2 6 、 2 7 。参 考 文 献1 . . . 1957( 4) : 302 哈 尔 滨 工 业 大 学 热 处 理 专 业 .淬 火 工 艺 的 发 展 方 向 .哈 尔 滨 工 业 先进 技 术 交 流 馆 , 19773 肖 纪 美 .韧 化 原 理 和 工 艺 ( 续 1 )提 高 金 属 强 度 的 途 径 .国 外 金 属 材 料 , 1977( 3) : 1 464 戚 正 风 .谈 谈 调 质 处 理 .金 属 热 处 理 , 1978( 1) : 2 125 王 传 雅 .结 构 钢 亚 温 淬 火 北 京 型 内 燃 机 车

35、 万 向 轴 低温 脆 性 的 研 究 .金 属 材 料 及 热 处 理 论 文 集 .北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 , 1980 : 1 156 王 传 雅 .钢 的 亚 温 淬 火 .金 属 热 处 理 .1980( 2) : 1 157 肖 纪 美 , 编 著 .金 属 的 韧 性 与 韧 化 .上 海 : 上 海 科 学 技 术 出 版 社 , 19828 雷 天 同 .复 合 组 织 的 应 用 与 钢的 综 合 性 能 .金 属 热 处 理 , 1983 (8 ) : 55 599 徐 佐 仁 .钢 的 复 相 热 处 理 的 发展 .金 属 热 处 理 , 1985(1

36、 ) : 6 1610 戚 正 风 , 主编 .金 属 热 处理 原 理 .北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 198711 俞 德 刚 , 编著 .钢 的 强 韧化 理 论 与 设 计 .上 海 : 上 海 交 通 大 学 出 版 社 , 199012 王 传 雅 , 等 .低 碳 钢 亚 温淬 火 .金 属 热 处 理 , 1983(6 ) : 27 3413 戚 正 风 , 等 .原 始 组 织 对钢 加 热 转 变 的 影 响 . 中 国 机 械 工 程 学 会 第 三 届全 国 热 处 理 年 会 论 文 选 集 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 , 1985 :

37、9 1914 王 传 雅 , 编著 .钢 的 亚 温处 理 .大 连 : 大 连 铁 道 学 院 出 版 社 , 199015 王 传 雅 .高 强 度 薄 板 钢 16Mn 亚 温 处 理 后 的 组 织 与 性 能 的 研 究 .大 连 铁道 学 院 学 报 , 1985 (3) : 74 8416 Wang Chuanya. T he St ruct ures and Properties of High St rengt h Sheet Steel 16Mn after IHT. Heat Treatment84.Proceedings.8.1 8.66 钢 的 亚 温 处 理17 王

38、 传 雅 .低 碳 16Mn 钢 亚 温 处 理 后 的 组 织 及 性 能 研 究 .兵 器 材 料 科 学 与 工 程 , 1985 (6 ) : 9 1918 王 传 雅 , 等 .亚 温 淬 火 时相 形 态 和 相 量 对 钢 的 强 韧 性 的 影 响 .金 属 热 处 理 学 报 , 1984 , 5 (1) : 52 6519 王 传 雅 , 等 .两 相 区 加 热对 过 冷 奥 氏 体 转 变 动 力 学 及钢 的 淬 透 性 的 影 响 .金 属 热 处 理 学 报 , 1988 , 9( 1) : 21 3320 Wang Chuanya , et al. The In

39、fluence of In tercritical Heating on t he Kinet- ics of Super Cooled Austenite T ransformation and Hardenability of Steel.Heat T reatment and Surface Engineering.New Technology and Practical Applications.6 th ICHTM.1989 : 257 26121 王 传 雅 , 等 .亚 温淬 火 在 渗 碳 中 的 应 用 .大 连 铁 道 学 院 学 报 , 1986 ( 1) : 79 88

40、22 Wang Chuanya, et al. The Application of IHT to the Carburizing.2th International Conference on Surface Layers and Coatings Proceeding.Varna.1986 :4223 王 传 雅 , 等 .18Cr2 Ni4 WA 钢 渗 碳 后 亚 温 淬 火 的 研 究 .机 车 车 辆 工 艺 ,1986 (3) : 13 2124 周 书 范 , 等 . 亚 温 淬 火 在 气 体 氮 化 中 的 应 用 . 铁 道 学 报 , 1985 ( 2 ) :101 1

41、1225 王 传 雅 , 等 .亚 温 淬 火 在离 子 氮 化 中 的 应 用 .大 连 机 械 , 1984 (2) : 16 2226 王 传 雅 , 等 .30CrMnSiA 钢 渗 扩 氮 高 温 淬 火 及 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 研 究 .热 加 工 工 艺 , 1994 (2 ) : 6 1027 徐 维 .结 构钢 渗 扩 氮 亚 温 淬 火 规 律 的 研究 .大 连 铁 道学 院 学 报 , 1994( 4 ) :8 12第 二 章 钢 在 亚 温 处 理 时 的 转 变第 一 节 钢 在 临 界 区 加 热 时 的 转 变一 、 亚 共 析 钢 平 衡 态 原 始

42、组 织 临 界 区 加 热 等 温 转 变 动 力 学关 于 共 析 钢 平 衡 态 组 织 的 奥 氏 体 等 温 形 成 动 力 学 已 在 金 属 热 处 理 原 理 一 书 1 中 有 详 细 阐 述 。 与 共 析 钢 不 同 , 亚 共 析 钢 的 平 衡 组 织 中 有 先 共 析 相 铁 素 体 存 在 , 故 当 亚 共 析 组 织 转 变 为 奥 氏体 后 , 尚 存 在 先 共 析 相 铁 素 体 转 变 为 奥 氏 体 的 问 题 。 由 于 中 碳 结构 钢 亚 温 淬 火 工 艺 和 低 碳 双 相 钢 的 发 展 , 近 年 来 对 亚 共 析 钢 的 加热 转

43、变 已 进 行 了 较 深 入 的 研 究 1 2 1 。 在 弄 清 等 温 转 变 后 则 对 连 续 加 热 转 变 不 难 理 解 。平 衡 态 原 始 组 织 不 同 的 亚 共 析 钢 在 临 界 区 的 等 温 转 变 过 程 也 不 同 。( 一 ) 退 火 态 组 织 临 界 区 加 热 等 温 转 变 过 程 及 动 力 学文献 3 将 亚 共 析 钢 退 火 态 组 织 在 临 界 区 的 等 温 转 变 过 程 划分 为 3 个 阶 段 :1. 奥 氏 体 核 在 铁 素 体 与 珠 光 体 交 界 面 形 成 后 , 快 速 长 进 珠 光体 , 直 至 珠 光 体

44、全 部 转 变 为 奥 氏 体 为 止 。2. 奥 氏 体 向 先 共 析 铁 素 体 慢 速 长 进 。 由 于 是 在 两 相 区 , 故 先 共 析 铁 素 体 不 能 全 部 转 变 为 奥 氏 体 。 转 变 停 止 后 得 到 双 相 组 织 , 等 温 温 度 越 高 , 未 转 变 的 铁 素 体 量 越 少 。3. 奥 氏 体 与 铁 素 体 的 最 后 平 衡 。文 献 12 认 为 , 在 奥 氏 体 与 铁 素 体 达 到 平 衡 的 过 程 中 , 随 奥 氏 体 中 碳 不 断 向 边 界 扩 散 , 奥 氏 体 还 会 不 断 长 入 铁 素 体 , 直 至 碳

45、达 到 平 衡 浓 度 为 止 , 故 上 述 第 三 阶 段 可 与 第 二 阶 段 合 并 。8 钢 的 亚 温 处 理 .第 一 阶 段 与 共 析 钢 一 样 也 是 受 碳 在 奥 氏 体 中 的 扩 散 所 控 制 。 此 时 , 碳 的 扩 散 距 离 很 短 , 仅 为 珠 光 体 片 层 间 距 之 半 , 且 珠 光 体 量很 少 , 故 转 变 速 度 极 快 , 转 变 所 需 时 间 较 共 析 钢 为 少 。 如 0.12C. 1.5 M n 钢 在 740 仅 需 45 s , 其 珠 光 体 即 已 全 部 转 变 为 奥 氏 体 。第 二 阶 段 的 特 点

46、是 不 再 形 成 新 的 奥 氏 体 核 , 只 是 已 形 成 的 奥氏 体 向 铁 素 体 长 入 。 该 过 程 亦 受 碳 在 奥 氏 体 中 的 扩 散 所 控 制 。 第 一 阶 段 结 束 时 , 奥 氏 体 中 碳 含 量 为 共 析 成 分 , 但 结 束 后 与 铁 素 体 接 壤 的 奥 氏 体 的 碳 含 量 立 即 降 为 C , 在 奥 氏 体 中 形 成 碳 的 浓 度 梯 度 。以 后 随 碳 不 断 向 边 界 扩 散 , 边 界 不 断 向 铁 素 体 推 进 。 图 2 1. 为 上 述 长 大 过 程 的 示 意 图 。由 于 在 第 二 阶 段 的

47、长 大 过 程 中 , 奥 氏 体 中 的 碳 原 子 要 作 较 长 距 离 的 扩 散 , 故奥 氏 体 形 成 速 度 很 慢 。 文 献 3 用 碳 含 量 不 同 的 钢 得 出在 临 界 区 转 变 至 终 止 所 需 的 时 间 长 达 400 min , 且与 碳 含 量 无 关 。 其 他 文 献 3、 5 亦 得 出 类 似 结 果 , 即图 2 1. 亚 共 析 钢 退 火 组 织 加 热 至临 界 区 的 等 温 转 变 过 程亚 共 析 钢 在 临 界 区 的 转 变 比 共 析 钢 在 相 同 温 度 下 的 转 变 慢 得 多 。 ( 二 ) 调 质 态 组 织

48、的 临 界 区 加 热 等 温 转 变 过 程 及 动 力 学 将 碳 化 物 呈 粒 状 均 匀 分 布 的 调 质 态 亚 共 析 钢 加 热 至 临 界 区 时 ,奥 氏 体 首 先 在 铁 素 体 晶 粒 边 界 上 的 渗 碳 体 颗 粒 旁 边 形 核 而 不 在 铁 素 体 晶 粒 内 的 碳 化 物 界 面 上 形 核 。 奥 氏 体 核 形 成 后 , 首 先 沿 铁 素 体 晶 界 长 成 长 条 状 并 相 互 连 接 成 网 状 , 然 后 向 晶 内 推 进 长 成 颗 粒 状 。 在 奥 氏 体 晶 粒 长 大 过 程 中 , 铁 素 体 晶 粒 内 的 渗 碳 体 不 断 溶 解 。 对 于 这 种 组 织 转 变 , 很 难 将 第 一 阶 段 与 第 二 阶 段 严 格 区 分 开 。这 种 组 织 的 临 界 区 等 温 转 变 动 力 学 尚 与 其 原 始 热 处 理 状 态 有 关 。图 2 2.系 用 30CrM nSiA 钢 得 出 的 结 果 。 图 中 纵 坐 标 为 折 合 转 变 量 , 即 取 各 温 度 下 的 最 大 转 变 量 为 100 % 。 将 实 测 转 变 量 折9第 二 章 钢 在 亚 温 处 理 时 的 转 变合 而 得 。