本文以生产实践为基础,用全新观念,对钢丝热处理工艺进行了梳理;从分析热处理原理,组织结构与使用性能关系入手,介绍各类钢丝的热处理工艺制定原则,并提供了一些实用技术数据和经验公式。

在钢铁材料加热和冷却过程中必然出现溶质溶解和析出现象，钢的化学成分不同，工艺流程的变化，热处理加热温度、保温时间、冷却速度不同，热处理气氛和冷却介质的差异，使钢的显微组织产生千变万化，因而才有可能通过热处理改变钢材的性能，制造出适合各种用途的钢铁材料。 1.1 显微组织

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钢的显微组织有明确的定义，可以用金相显微镜进行检测和评定，钢丝热处理涉及的显微组织有以下几种：

(1) 奥氏体（A）：碳或其它合金元素溶解于面心立方晶格的γ铁中形成的固溶体叫γ固溶体，又称为奥氏体。奥氏体晶粒呈多边形，并有明显的孪晶结构（晶内小条块），黑色小点是碳化物，多边形小块是氮化物，如图3。

(2) 铁素体（F）：碳或其它合金元素溶解于体心立方晶格的α铁中形成的固溶体叫α固溶体，又称为铁素体，如图4。铁素体晶粒呈白色颗粒状，黑色曲折线是晶界，黑色小点为氧化物。

图3奥氏体显微组织（1Cr18Ni9Ti） 图4铁素体显微组织（纯铁）

(3) 渗碳体（Cm）：铁与碳的金属化合物，含碳量6.69%，分子式为Fe3C。渗碳体具有复杂的斜方晶格结构，溶点1227℃，不发生同素异构转变。渗碳体硬度高，几乎无塑性，在钢中以不同形态分布，对钢的力学性能有很大的影响。

(4) 珠光体（P）：珠光体是铁素体薄层（片）与碳化物（包括渗碳体）薄层（片）交替重叠组成的共析组织，含碳量0.77%，渗碳体片和铁素体片相间分布，交替排列，如图5a。经球化退火后渗碳体呈球粒状，均匀分布在铁素体基体上，又称为粒状珠光体，如图5b。根据珠光体片间距的大小，珠光体又可分为珠光体、索氏体（S）、和托氏体（T）。珠光体片间距大致为0.40～1.0μm，通常放大500倍就可以看清其片层结构；索氏体片间距大致为0.1～0.40μm，通常放大600倍以上才能看清其片层结构；托氏体（原称屈氏体）片间距小于0.1μm，需要用放大倍率更高的电子显微镜才能看清片层结构。

（a）片状珠光体 （b）粒状珠光体

图5 珠光体显微组织

本文以生产实践为基础,用全新观念,对钢丝热处理工艺进行了梳理;从分析热处理原理,组织结构与使用性能关系入手,介绍各类钢丝的热处理工艺制定原则,并提供了一些实用技术数据和经验公式。

(5) 贝氏体（B）：由极细片状（或针状）渗碳体与碳含量过饱和的铁素体组成的混合物，在较高温度下形成的贝氏体呈羽毛状，叫上贝氏体如图6(a)；在较低温度下形成的贝氏体呈针状，叫下贝氏体，如图6(b)。粗看起来，下贝氏体很容易与马氏体混淆，但因下贝氏体易受腐蚀，针的颜色较黑，其硬度比马氏体低，韧性比马氏体高。

（a）上贝氏体 （b）下贝氏体

如图6 贝氏体显微组织

(6) 马氏体（M）：碳以过饱和状态存在于α铁中形成的组织，由于碳位于体心立方晶格的间隙位置，使α铁晶格产生畸变，变为体心正方晶格。含碳量较高（1.0%）的马氏体钢，其单元立体结构为针状，称为针状马氏体如图7(a)；含碳量较低（0.2%）的马氏体钢，其单元立体结构为板条状，称为板条马氏体，如图7(b)。

(a)针体马氏体 (b) 板条马氏体

图7 马氏体显微组织

(7) 莱氏体（Ld）：高碳钢液冷却到1148℃以下时，发生共晶反应，结晶出来的奥氏体与共晶渗碳体(Fe3CⅠ)混合物，称为高温莱氏体（如图8），莱氏体中碳含量为4.3%。冷却到727℃以下后，高温莱氏体中的奥氏体转变为珠光体和渗碳体，获得P+ Fe3CⅠ+ Fe3C混合物，称为低温莱氏体。

本文以生产实践为基础,用全新观念,对钢丝热处理工艺进行了梳理;从分析热处理原理,组织结构与使用性能关系入手,介绍各类钢丝的热处理工艺制定原则,并提供了一些实用技术数据和经验公式。

图8 莱氏体显微组织（Cr12）

上述七种显微组织中，奥氏体、铁素体和渗碳体是钢铁材料的基本相，珠光体、贝氏体、马氏体和莱氏体是钢铁材料的基本组织。 1.2 铁-碳平衡图

碳素钢可以看成是铁—碳合金，碳在γ铁中的最大溶解度可达2.11%，而在α铁中的最大溶解度仅有0.021%，当碳素钢从高温冷却下来时，奥氏体转变为铁素体，必然有部分碳以渗碳体（Fe3C）的形态析出，此时因温度较高，渗碳体有足够的扩散能力聚积长大，形成片状珠光体，因此奥氏体转变为珠光体称为扩散性转变。如果冷却速度太快，因温度太低，原子扩散能力小，奥氏体只能完成晶格结构的转变，超过溶解极限的碳来不及析出，被冻在α铁的晶格中，形成不稳定马氏体（M）组织，因此奥氏体转变为马氏体称为非扩散性转变，又叫共格性转变。通常用铁-碳平衡图来判定碳素钢在加热和冷却过常中的显微组织的变化情况，见图9。

图9 碳素钢的金相组织图

碳素钢金相组织图是根据钢在缓慢加热、缓慢冷却条件下显微组织实际变化状况绘制的，又叫铁-碳平衡图，钢的碳含量一般不超过2.0%，钢丝热处理仅用到平衡图左面一小部分，含碳量0.77%的钢叫共析钢，含碳量小于0.77%的钢叫亚共析钢，含碳量大于0.77%的钢叫过共析钢。铁-碳平衡图中几个主要临界点的温度、含碳量及其物理含义如表1。

表1 铁-碳平衡图的几个主要临界点

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