（知识点）钢的热处理多数需要先加热得到

大多数钢的热处理需要加热以获得奥氏体，然后以不同的速度冷却，使奥氏体转变为不同的组织，以获得钢的不同性能。 因此，要掌握热处理规律，首先要研究钢在加热时的变化。

1、加热时奥氏体的形成过程

1、共析钢的加热转变

从铁碳相图可以看出，当钢加热到727℃以上的温度（状态图的PSK线，又称A1温度）时，珠光体转变为奥氏体。 这个加热速度非常慢。 热处理的实际加热速率高于该缓慢加热速率。 珠光体转变为奥氏体的实际温度高于A1。 实际转变温度定义为Ac1。 Ac1高于A1，表明发生了热滞后。 加热速度越快，Ac1越高，完成珠光体向奥氏体转变的时间越短。

共析碳钢（含0.77%C）加热前具有珠光体组织。 一般为铁素体相和渗碳体相交替排列的层状组织。 加热过程中的奥氏体转变过程可分为四个步骤。 ，如图6-2所示。

2、非共析钢的加热转变

第一阶段：奥氏体晶核的形成。 根据Fe-Fe3C状态图：在A1温度下，铁素体约含0.0218%C，渗碳体约含6.69%C，奥氏体含0.77%C。在珠光体转变为奥氏体的过程中，原始铁素体从体内重新组织奥氏体由-心立方晶格转变为面心立方晶格，原始渗碳体由复杂斜方晶格转变为面心立方晶格。 。 因此，钢的加热转变既涉及碳原子的扩散，又涉及晶体结构的变化。 根据能量和成分条件，奥氏体核在珠光体的铁素体相和渗碳体相之间的界面处生成（见图6-2（a））。 这两相之间的界面越多，奥氏体晶核就越多。

第二阶段：奥氏体长大。 奥氏体核形成后，一侧与渗碳体相连，另一侧与铁素体相连。 随着铁素体的转变（铁素体区的收缩）和渗碳体的溶解（渗碳体区的收缩），奥氏体继续向原来的铁素体区及其两侧的渗碳体区扩展。 它不断生长直至铁素体完全消失，奥氏体相互相遇，一一形成奥氏体晶粒。

第三阶段：残余渗碳体溶解。 由于铁素体转变为奥氏体的速度远高于渗碳体的溶解速度，因此铁素体完全转变后仍有大量未溶解的“残余渗碳体”(见图6-2(C))，一定时期内需要时间让渗碳体完全溶解。

第四阶段：奥氏体成分均匀化。 即使渗碳体全部溶解，奥氏体中的成分仍然不均匀。 原始铁素体区形成的奥氏体碳含量低，原始渗碳体区形成的奥氏体碳含量高。 需要保温足够的时间，让碳原子充分扩散，这样奥氏体成分才能均匀。

上述分析表明，珠光体转变为奥氏体且奥氏体成分均匀必须有两个充要条件：一是温度条件，必须加热到Ac1以上，二是时间条件，需要足够的温度高于Ac1。 时间。 在一定的加热速率条件下，超过Ac1的温度越高，奥氏体形成和成分均匀化所需的时间越短； 在一定温度条件下（高于Ac1），保温时间越长，奥氏体成分越短。 越是统一。

还应该指出的是，奥氏体晶粒从小尺寸到大尺寸的变化是一个自发过程。 在Ac1以上某一加热温度下，保温时间过长会导致奥氏体晶粒合并、尺寸变大。 相比之下，当加热时间相同时，高加热温度下奥氏体晶粒长大的趋势明显大于低加热温度下奥氏体晶粒长大的趋势。 过大（或过粗）的奥氏体晶粒尺寸往往会导致热处理后钢的强度降低。 在工程中，常常希望获得细小且均匀的奥氏体晶粒。 为此，方法之一是在保证奥氏体晶粒尺寸均匀的情况下，在奥氏体化温度下，选择尽可能低的奥氏体化温度； 第二种方法是快速加热到较高温度并短时间保温，使形成的奥氏体没有时间长大和冷却以获得细小的晶粒。

工程上将奥氏体晶粒的大小定义为晶粒尺寸，分为8级，其中1～4级为粗晶粒，5级以上为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

亚共析钢和过共析钢的珠光体加热转变为奥氏体的过程与共析钢的转变过程相同。 即当加热到Ac1温度以上时，亚共析钢或过共析钢中的珠光体将转变为奥氏体。 转变为奥氏体。 所不同的是，亚共析钢中还存在铁素体的转变，过共析钢中还存在二次渗碳体的溶解。 更重要的是，铁素体的完全转变必须在A3温度以上（Fe-Fe3C状态图的GS线）。 考虑到热滞后，它实际上必须高于 Ac3。 二次渗碳体完全溶解必须在温度Acm以上（Fe-Fe3C状态图的ES线以上），考虑热滞应在Accm以上。 即亚共析钢加热后组织若全部为奥氏体，则必须在Ac3以上，对于过共析钢则必须在Accm以上。 如果亚共析钢仍仅在Ac1和Ac3温度之间加热，则无论加热时间多长，加热后的组织仍为铁素体和奥氏体共存。 过共析钢在Ac1和Accm温度之间加热时，加热后的组织应为二次渗碳体和奥氏体共存。 加热后冷却过程中的组织转变只是奥氏体向其他组织的转变，铁素体和二次渗碳体在冷却过程中不会发生转变。

钢材加热时的常见缺陷：

(1)氧化

加热时的氧化性气氛（如气氛中的空气、O2、CO2、H2O等）使钢氧化，在工件表面形成FeO、Fe2O3、Fe3O4等氧化物。 在560℃以下的温度下，主要形成较致密的Fe3O4等氧化物，它可以将钢表面与氧化气氛隔离，防止钢表面进一步氧化。 但钢的奥氏体化温度大多在560℃以上。 钢被氧化形成以FeO为主的疏松氧化层。 随着加热温度升高和加热时间增加，氧化层厚度增加，不仅造成钢材的烧损，还会使零件尺寸增大，使表面粗糙。 更重要的是，它会严重影响后续热处理的质量。

(2)脱碳

脱碳是在钢的加热过程中发生的，即钢中的碳被燃烧，钢表面的碳含量减少。 脱碳常与氧化一起发生，氧化气氛也是脱碳气氛。 虽然H2是还原气氛，但它也是脱碳气氛。 一般来说，钢中的碳含量越高，脱碳越严重。 由于脱碳使钢件表面碳含量减少，导致钢件机械强度下降，特别是工件疲劳强度下降，耐磨性下降。

(3) 过热

钢材过热是指加热温度高于正常温度。 其现象是钢的奥氏体晶粒比正常的大，即晶粒变粗。 其结果是，钢的塑性、韧性和强度降低。 同时，工件热处理后变形增大，也可能导致热处理裂纹，造成工件报废。 过热的工件一般可在较低温度下重新加热，使奥氏体晶粒重新细化，得到补救。

(4) 过热

是指加热温度过高，奥氏体晶界或部分晶界被氧化甚至熔化的现象。 其结果是被加工的工件非常脆。 如果一锻造就开裂，烧焦的工件只能报废，无法挽救，因此是致命的。

如何预防加热缺陷

(1)真空加热

在真空中加热工件是防止氧化和脱碳的最有效措施。 它是热处理技术的发展方向，在发达国家普遍采用。 问题是真空加热的设备投资大，工艺成本高。

(2) 可控气氛加热

工件加热过程中，炉内充入一定的保护气氛，保证钢材在不脱碳、不增碳、不氧化的气氛中加热。 实践证明，这是一种有效、可靠的方法。 也是发达国家非常常用的工艺，是现代热处理的发展方向之一。 然而，需要一套用于产生受控气氛的发生装置。 由于其成本较高且原料来源有限，其应用受到限制。

(3)盐浴加热

工件在熔融中性盐溶液中加热，盐溶液充分脱氧，保证工件加热过程中很少甚至没有氧化。 主要问题是粘在工件上的盐很难清洗干净。 不清洁会导致储存和使用过程中生锈。 另外，盐液在操作过程中遇水容易爆炸，一不小心很容易对人体造成灼伤，所以要十分注意安全。