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1 钢中马氏体相变与淬火1

1.1 马氏体相变的特征及定义2

1.1.1 马氏体相变的基本特征2

1.1.2 马氏体相变的判据6

1.1.3 马氏体相变及马氏体的定义6

1.2 马氏体相变的分类6

1.2.1 按相变驱动力分类6

1.2.2 按马氏体相变动力学特征分类7

1.3 马氏体相变热力学及马氏体点12

1.3.1 Fe-C合金马氏体相变热力学条件13

1.3.2 相变驱动力和相变阻力的热力学运算14

1.3.3 纯铁的马氏体点15

1.3.4 钢的马氏体点16

1.3.5 马氏体点在生产实际中的应用18

1.4 马氏体的物理本质及组织形态18

1.4.1 钢中马氏体的物理本质19

1.4.2 体心立方马氏体（小于0.2％C）19

1.4.3 体心正方马氏体（0.2％～1.9％C）21

1.4.4 马氏体的晶体结构与质量体积的关系25

1.4.5 Fe-M系合金马氏体26

1.4.6 有色合金马氏体28

1.5 马氏体相变的形核31

1.5.1 引言31

1.5.2 位错圈相界面模型32

1.5.3 应变核胚模型32

1.5.4 层错形核及长大模型32

1.6 马氏体相变晶体学的经典模型33

1.6.1 马氏体相变的K-S切变模型34

1.6.2 马氏体相变的G-T模型，均匀切变和非均匀切变36

1.6.3 马氏体相变的B-B双重切变模型38

1.7 马氏体相变晶体学的唯象学说39

1.7.1 不变平面应变的概念40

1.7.2 贝茵应变不是不变平面应变41

1.7.3 不畸变平面的产生42

1.7.4 简单切变43

1.7.5 刚性转动43

1.7.6 矩阵式描述44

1.8 奥氏体的稳定化及残留奥氏体45

1.8.1 奥氏体的热稳定化45

1.8.2 奥氏体的机械稳定化47

1.8.3 残留奥氏体48

1.9 马氏体的力学性能49

1.9.1 马氏体的强度和硬度49

1.9.2 马氏体的韧性和脆性51

1.9.3 马氏体相变超塑性55

1.10 钢件的淬火56

1.10.1 淬火的定义56

1.10.2 淬火加热温度56

1.10.3 淬火冷却介质57

1.10.4 钢的淬透性& 58

1.10.5 常用淬火方法59

参考文献61

2 钢的淬火显微开裂62

2.1 马氏体显微裂纹的形态62

2.2 马氏体显微裂纹的形成66

2.3 影响淬火显微开裂的因素68

2.3.1 淬火介质温度的影响68

2.3.2 马氏体转变分数的影响68

2.3.3 马氏体中固溶碳量的影响69

2.3.4 马氏体片长度是控制因素70

2.4 显微裂纹对钢力学性能的影响71

2.4.1 显微裂纹对韧性的影响71

2.4.2 显微裂纹对强度的影响72

参考文献73

3 热处理应力75

3.1 基础应力及残余应力75

3.1.1 急冷热应力及残余应力75

3.1.2 急冷相变应力及残余应力77

3.1.3 急热热应力引起的残余应力78

3.1.4 组织不同而引起的内应力78

3.2 淬火热处理应力78

3.2.1 心部已淬透时的应力分布78

3.2.2 心部未淬透时的应力分布83

3.3 表面淬火应力86

3.3.1 高频淬火产生的热处理应力87

3.3.2 火焰淬火的热处理应力90

3.4 化学热处理残余应力91

3.4.1 渗碳淬火产生的残余应力91

3.4.2 气体氮化的热处理应力94

3.5 热处理应力对力学性能及淬火开裂的影响94

3.5.1 残余应力对硬度的影响94

3.5.2 残余应力对疲劳强度的影响94

3.5.3 残余应力对脆性及淬火开裂的影响95

3.6 残余应力的去除95

3.6.1 热法去应力原理95

3.6.2 回火时热处理应力的变化95

参考文献97

4 钢件的淬火裂纹形态及断口98

4.1 淬火裂纹的形态98

4.1.1 纵向裂纹98

4.1.2 横向裂纹和弧形裂纹100

4.1.3 网状裂纹（龟裂）101

4.1.4 剥离裂纹103

4.1.5 应力集中裂纹103

4.2 钢的淬火断口形态104

4.3 钢的淬火沿晶开裂机理107

4.3.1 淬火钢沿晶断裂成因107

4.3.2 不均匀膨胀应变机制108

4.4 裂纹成核及扩展111

4.4.1 格里菲思（Gr iffith ）缺口强度理论111

4.4.2 裂纹的形核112

4.4.3 裂纹的扩展113

参考文献114

5 影响淬火开裂的因素115

5.1 钢材冶金质量的影响115

5.1.1 粗视偏析的影响115

5.1.2 固溶体偏析的影响115

5.1.3 固溶氢的影响116

5.1.4 夹杂物的影响116

5.2 含碳量及合金元素的影响117

5.2.1 含碳量的影响117

5.2.2 合金元素的影响118

5.3 原始组织的影响119

5.3.1 珠光体形态的影响119

5.3.2 非平衡组织的影响120

5.3.3 碳化物不均匀性的影响121

5.4 零件尺寸和形状的影响122

5.4.1 尺寸的影响122

5.4.2 形状的影响123

5.5 加热不当的影响125

5.5.1 加热温度的影响125

5.5.2 加热炉的影响126

5.5.3 氧化的影响126

5.6 淬火冷却的影响126

5.6.1 临界区和危险区127

5.6.2 淬裂的危险时刻127

5.6.3 调整淬火应力的冷却128

5.6.4 调整残留奥氏体量128

5.6.5 调整淬火马氏体中的含碳量128

5.7 淬后加工处理对裂纹的影响129

5.7.1 淬后热处理的影响129

5.7.2 淬后机械加工的影响130

5.7.3 淬后化学热处理的影响130

参考文献130

6 防止钢件淬火开裂的方法132

6.1 钢材的选择132

6.1.1 从淬透性上考虑选择钢材132

6.1.2 从淬硬性上考虑选择钢材133

6.1.3 选择过热和脱碳敏感性小的钢材133

6.2 淬火零部件的设计134

6.2.1 断面均匀135

6.2.2 圆角过渡135

6.3 合理制定热处理技术条件136

6.3.1 整体淬火改为局部（或表面）硬化137

6.3.2 调整淬火件局部硬度138

6.3.3 注意质量效应138

6.4 淬火前各工序应注意的问题141

6.4.1 正确锻造141

6.4.2 预先热处理的作用141

6.5 合理确定加热参数142

6.5.1 正确地选择加热介质（或炉型）142

6.5.2 淬火加热速度的选择142

6.5.3 合理确定加热温度143

6.5.4 缩短保温时间144

6.6 合理选择淬火介质145

6.6.1 淬火介质的冷却能力145

6.6.2 常用淬火介质147

6.6.3 新型淬火剂149

6.7 选定合适的淬火冷却方法151

6.7.1 预冷淬火法152

6.7.2 双液淬火法153

6.7.3 分级淬火法154

6.7.4 等温淬火法154

6.7.5 薄壳淬火155

6.7.6 断续淬火法156

6.7.7 局部淬火法156

6.7.8 控制水温156

6.8 正确回火157

6.8.1 淬火件的搬运157

6.8.2 及时回火157

6.8.3 注意回火加热速度157

6.8.4 注意回火后的冷却158

6.9 表面强化热处理裂纹及防止方法158

6.9.1 感应加热淬火裂纹158

6.9.2 火焰淬火裂纹159

6.9.3 渗碳件的裂纹160

6.9.4 氮化件的裂纹160

参考文献161

7 钢件开裂实例分析162

7.1 15MnCrNiMoV大锻件锻造开裂分析162

7.1.1 样品制备162

7.1.2 金相检测结果162

7.1.3 电镜检验163

7.1.4 防止开裂的措施163

7.2 大工件淬火开裂分析163

7.2.1 淬裂事例分析164

7.2.2 淬裂原因分析164

7.2.3 预防措施164

7.3 5CrMnMo钢热锻模淬裂分析165

7.3.1 现场调查165

7.3.2 检验和分析165

7.3.3 改进措施及效果166

7.4 大型塑料模具钢锻坯的淬火166

7.4.1 锻坯的分类166

7.4.2 奥氏体化加热166

7.4.3 淬火介质和淬火方法167

7.5 模具套筒淬火开裂分析168

7.5.1 45号钢模具套筒淬火开裂的原因分析168

7.5.2 45号钢模具套筒淬火开裂的防止措施169

7.6 45号钢卡爪淬裂分析170

7.6.1 检验与分析170

7.6.2 开裂原因及防止措施171

7.6.3 预防措施172

7.7 38CrMoAl钢料筒淬火开裂分析172

7.7.1 38CrMoAl料筒开裂172

7.7.2 淬火裂纹分析172

7.8 H13热作模淬火开裂分析173

7.8.1 检测结果与分析173

7.8.2 裂纹产生原因分析174

7.8.3 预防措施174

7.9 高碳高合金冷作模具淬裂分析175

7.9.1 检验175

7.9.2 淬火裂纹分析175

7.9.3 改进措施176

7.10 高碳钢球的淬火开裂176

7.10.1 失效分析176

7.10.2 工艺分析及改进176

7.11 猎枪零件淬裂分析177

7.11.1 开裂原因分析177

7.11.2 防止淬火开裂的方法178

7.12 解决薄台类零件高频淬火开裂的有效方法178

7.13 拉深凸模断裂原因分析179

7.13.1 金相检验179

7.13.2 断裂原因179

7.13.3 结语180

7.14 钢锭开裂和防止方法180

7.14.1 钢锭的开裂180

7.14.2 钢锭退火工艺的制定180

7.14.3 防止钢锭开裂的退火新工艺实例181

8 热处理变形及防止方法183

8.1 热处理变形的一般规律183

8.1.1 热歪扭和相变歪扭183

8.1.2 歪扭（翘曲）变形的基本规律184

8.1.3 钢件体积变形的一般规律186

8.1.4 钢件时效变形的一般规律188

8.2 浸水激冷引起的变形189

8.2.1 浸泡冷却时，圆柱和环产生的歪扭189

8.2.2 圆柱由一侧激冷而造成的歪扭192

8.3 时效变形194

8.4 钢件变形的原因197

8.5 控制和防止变形的方法198

8.5.1 材料的选择198

8.5.2 冷却方式的选择198

8.5.3 加热201

8.5.4 消除应力201

8.5.5 零件设计时应考虑有利于控制变形202

8.6 矫正变形202

8.6.1 冷压矫直法202

8.6.2 烧红矫直法203

8.6.3 热点矫直法203

8.6.4 反击矫直法203

8.6.5 淬火矫直法204

8.6.6 回火矫直法204

8.6.7 喷砂矫直法204

8.6.8 收缩处理法204

8.7 典型零件变形分析204

8.7.1 杆状零件的变形204

8.7.2 带孔零件的变形分析207

8.7.3 板状零件的变形分析209

8.7.4 局部硬化零件的变形分析210

参考文献211

附表212

附表1 钢的相变临界点212

附表2 相关计算常数220