第一篇：H13鋼先進(jìn)熱處理技術(shù)應(yīng)用研究

H13鋼熱處理工藝的優(yōu)化

H13鋼熱處理工藝的優(yōu)化

王慶亮，陳漢輝，續(xù) 維，吳曉春，閔永安

（1,寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司制造管理部,上海 200940 2，上海大學(xué)，上海，200720）

2摘要：高溫均質(zhì)化、超細(xì)化處理是優(yōu)質(zhì)H13鋼模塊生產(chǎn)中的關(guān)鍵技術(shù)。高溫均質(zhì)化處理可基本消除鋼中的共晶碳化物，顯著改善成分偏析；超細(xì)化處理可使H13鋼組織得到細(xì)化，并進(jìn)一步提高組織、性能均勻性。采用高溫均質(zhì)化處理和超細(xì)化處理，可以使H13鋼等向性明顯改善，沖擊韌性、熱疲勞抗力顯著提高。關(guān)鍵詞： 熱作模具鋼；高溫均質(zhì)化；沖擊韌性；熱疲勞

Improvement on Heat Treatment Technology for H13 Steel

WANG Qing-liang1，CHEN Hanhui1，XU Wei1，WU Xiao-chun2，MING Yong-an2(1, Baosteel Group Shanghai No.5 Steel Co., Ltd.;manufacturing management

department,shanghai 200940,china

2, Shanghai University shanghai 200940,china 2,)

Abstract: Both high temperature homogenization treatment and superfining treatment are key techniques in the production of quality H13 die steel block.High temperature homogenization treatment can basically eliminate eutectic carbide and dramatically improve the segregation in steel.Superfining treatment can fine the microstructure of H13 die steel and further improve its uniformity of both microstructure and performance.H13 die steel produced in the new process flow route has been well-improved in anisotropy, impact toughness and thermal fatigue.Key Words: hot working die steel, high temperature homogenization, impact toughness, thermal fatigue

1.背景

我國自上世紀(jì)八十年代引進(jìn)H13鋼以來，許多鋼廠都能生產(chǎn)H13鋼。目前H13鋼是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的熱作模具用鋼。當(dāng)前國內(nèi)H13鋼的生產(chǎn)是按GB/T1299-2000標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)僅規(guī)定了H13鋼的低倍、硬度、脫碳層性能指標(biāo)，而對(duì)熱作模具鋼使用性能影響較大的顯微組織及沖擊韌性等關(guān)鍵指標(biāo)卻沒有提及。造成國內(nèi)特殊鋼生產(chǎn)企業(yè)普遍不重視對(duì)鋼材顯微組織的控制，以致國產(chǎn)H13鋼的質(zhì)量大體上不盡如人意，尤其是大型模塊，偏析比較嚴(yán)重，存在粗大共晶碳化物，二次碳化物網(wǎng)狀析出嚴(yán)重，模塊心部較表面更為顯著，而同樣

[4]進(jìn)口的優(yōu)質(zhì)H13鋼材質(zhì)均勻，碳化物彌散分布、細(xì)小均勻，具有良好的等向性能與熱疲勞性能，雖然價(jià)格比國產(chǎn)H13鋼高出2倍以上，但一直占據(jù)著國內(nèi)高檔H13模具鋼市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。

H13鋼的理想組織狀態(tài)是沒有共晶碳化物和晶界碳化物，以及無顯微偏析的均勻的顯微組織。共晶碳化物主要是在凝固時(shí)產(chǎn)生，會(huì)造成應(yīng)力集中，是潛在的熱疲勞裂紋源?？梢?/p>

H13鋼熱處理工藝的優(yōu)化

3.2.成分偏析：

Wt%

Cr

um

V

um

?均質(zhì)化前 —均質(zhì)化后

Wt%

?均質(zhì)化前 —均質(zhì)化后

圖3 H13鋼高溫均勻化前后Cr、V元素的微區(qū)成分分析

經(jīng)過在1200℃以上的高溫長(zhǎng)時(shí)間的保溫，H13鋼成分偏析得到改善，成分更加均勻。通過對(duì)H13鋼高溫均勻化前后元素微區(qū)成分分析，Cr、Mo、V合金元素的成分上下波動(dòng)幅度較小，如圖3所示。3.3沖擊韌性

按照北美壓鑄協(xié)會(huì)對(duì)優(yōu)質(zhì)H13鋼的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)NADCA＃207標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制備，為7mm×10mm×55mm無缺口試樣。試樣經(jīng)1025℃±10℃保溫30分鐘后油淬，二次高溫回火后獲得44HRC～46HRC的硬度。

***100500縱向表面縱向心部橫向表面橫向心部沖 擊 功 J

1＃工藝H132＃工藝H13

圖4 傳統(tǒng)工藝H13和特殊熱處理H13沖擊性能比較

圖4表明，采用高溫均質(zhì)化＋超細(xì)化處理的H13鋼各向沖擊韌性均有不同程度的提升，尤其是橫向性能指標(biāo)提升很大。橫縱向沖擊韌性之比從0.14～0.63提升到0.80以上，顯示出良好的等向性能。這是由于H13模塊的組織性能得到提高，基本避免了共晶碳化物和二次碳化物，提高了組織均勻性。3.2 熱疲勞性能

采用Uddeholm熱疲勞試驗(yàn)方法對(duì)比研究了傳統(tǒng)工藝H13鋼和特殊熱處理H13鋼模塊心部試樣的熱疲勞性能。圖5為熱疲勞試樣示意圖。所有熱疲勞試樣均經(jīng)1020℃真空淬火和600℃回火兩次獲得約48HRC的硬度，采用高頻感應(yīng)加熱裝置加熱和自來水噴射冷卻使試樣表面溫度在20~700℃之間循環(huán)。循環(huán)一定周次后后用稀鹽酸溶液清洗，洗去表面氧化層后在體視顯微鏡觀察裂紋的形成和發(fā)展。

H13鋼熱處理工藝的優(yōu)化

在固體中，擴(kuò)散是物質(zhì)傳輸?shù)奈ㄒ环绞?。影響擴(kuò)散的因素很多，由擴(kuò)散第一定律可以看出，單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散流量大小取決于兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是擴(kuò)散系數(shù)，一個(gè)是濃度梯度。其中溫度是影響擴(kuò)散系數(shù)的最主要因素，溫度越高，原子的振動(dòng)能越大，因此借助于能量起伏而越過勢(shì)壘進(jìn)行遷移的原子幾率越大。此外，溫度越高，金屬內(nèi)部的空位濃度提高，也有利于擴(kuò)散。Cr7C3型碳化物開始溶入奧氏體的溫度為950～1050℃，但要完全溶入則需要一定的保溫時(shí)間和更高的加熱溫度，而這個(gè)溫度又不能引起鋼的過燒。經(jīng)過試驗(yàn)，獲得了比較合理的高溫均質(zhì)化工藝，經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證，可以基本消除共晶碳化物，改善成分偏析。4.2 超細(xì)化處理

經(jīng)過高溫質(zhì)均化處理H13鋼，雖然基本消除了共晶碳化物，但經(jīng)過高溫階段的長(zhǎng)時(shí)間保溫，容易在鍛造后出現(xiàn)魏氏組織、粗大晶粒等組織缺陷。為降低模塊開裂風(fēng)險(xiǎn)，模塊鍛后一般采用較緩慢的速度冷卻，所以大型熱作模塊鍛后心部組織中二次碳化物會(huì)沿晶析出形成碳化物鏈，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成網(wǎng)狀碳化物。上述這些缺陷采用一般的退火工藝難以消除。針對(duì)H13鋼的相變特點(diǎn)，相應(yīng)開發(fā)了專門的組織超細(xì)化熱處理工藝，改善鍛后組織，提高H13鋼的組織、性能均勻性。

H13鋼模塊鍛后超細(xì)化處理，通過重新奧氏體化和二次碳化物的溶解來提高組織均勻性，通常Cr23C6開始溶入奧氏體的溫度為900～1000℃，但由于Mo、V的存在，使（Cr,Fe,Mo,V）23C6開始溶入奧氏體的溫度升高到1000～1020℃[9]。通過合理的奧氏體化工藝參數(shù)的制定，即保證了二次碳化物的重溶，又使鍛后組織得到了細(xì)化。在隨后的冷卻過程中，通過關(guān)鍵溫度區(qū)間冷卻速度的控制，基本抑制了二次碳化物的沿晶析出，并在隨后的熱處理工序中，使碳化物彌散均勻地分布在鐵素體上（如圖3所示）。

H13鋼模塊的超細(xì)化處理，不僅為用戶的模具機(jī)械加工作了組織準(zhǔn)備，也為優(yōu)良的淬回火組織的獲得奠定了基礎(chǔ)。其中作用類似于為提高熱作模具的強(qiáng)韌性而進(jìn)行的預(yù)備熱處理，而預(yù)處理對(duì)熱作模具鋼組織的改善和力學(xué)性能的提升具有相當(dāng)重要的影響[10]。4.3.對(duì)H13鋼的性能影響的研究

H13鋼在使用過程中主要的失效形式為開裂失效和熱疲勞失效。一般采用淬回火態(tài)沖擊韌性和熱疲勞壽命指標(biāo)進(jìn)行衡量。

經(jīng)過均質(zhì)化和超細(xì)化處理，基本消除共晶碳化物，改善成分偏析，獲得表里均一的組織，顯著提高模塊心部的力學(xué)性能，使沖擊功橫縱比達(dá)到0.8左右，減少了模具因?yàn)樾牟繌?qiáng)韌性不足引起的開裂失效

熱疲勞裂紋通常形成于模具型腔表面熱應(yīng)力集中處，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，裂紋尖端附近出現(xiàn)一些小空洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展，最后裂紋間相互連接形成嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)狀裂紋而導(dǎo)致模具失效。H13鋼中材質(zhì)不均勻，存在粗大碳化物和碳化物網(wǎng)、鏈時(shí)，熱疲勞裂紋主要在這些第二相處首先出現(xiàn)，并且擴(kuò)散速度較快，帶有方向性；并當(dāng)鋼材材質(zhì)純凈度提高，無碳化物這類裂紋源時(shí)，則熱疲勞裂紋一般在晶界處萌生。熱疲勞裂紋一旦形成，將隨著循環(huán)次數(shù)增加不斷擴(kuò)展，且裂紋尖端沿著晶界擴(kuò)展，形成網(wǎng)絡(luò)狀均勻的裂紋，甚至形成二次、三次裂紋，吸收了應(yīng)力能量、減緩了擴(kuò)散速度，提高了熱疲勞壽命。5.結(jié)論

5.1 高溫均質(zhì)化處理可基本消除H13鋼電渣錠組織中的塊狀共晶碳化物，并顯著改善鋼中的成分偏析。

第二篇：鋼的熱處理總結(jié)

1、熱處理

定義：把固態(tài)金屬材料通過一定的加熱，保溫和冷卻以改變其組織和性能的一種工藝。

目的及意義：金屬材料改變性能的方法，改變使用性能和工藝性能，充分利用材料的潛能，控制產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)省資源和材料，縮短生產(chǎn)周期、降低成本

2、固態(tài)相變

定義：成分、溫度、壓力等因素改變時(shí)，固態(tài)物質(zhì)內(nèi)部發(fā)生的組織結(jié)構(gòu)變化。研究意義：控制過程→獲得預(yù)期的組織→得到預(yù)期性能。三種基本變化：成分；結(jié)構(gòu)；有序度

主要特點(diǎn)：相變阻力大，相界面結(jié)構(gòu)關(guān)系，存在一定的位向關(guān)系和慣習(xí)面，非均勻、缺陷處形核，新相有特定形狀`，原子遷移率低

驅(qū)動(dòng)力：新/舊兩相自由能差,晶體缺陷能 阻力：1，界面能

界面能產(chǎn)生原因：界面有一定厚度和體積；原子錯(cuò)排；結(jié)合鍵受破壞→能量高 三種界面類型：完全共格：界面原子完全匹配，除孿晶外，少見。半共格：界面能與位錯(cuò)密度、錯(cuò)配度有關(guān)，借助彈性畸變保持界面的匹配。非共格：界面能最大

2，應(yīng)變能

產(chǎn)生原因：新/舊相比容不同（比容差應(yīng)變能）。界面錯(cuò)配→新/舊相硬匹配（共格應(yīng)變能）? 共格界面應(yīng)變能最大，非共格最小

? 比容差應(yīng)變能與新相幾何形狀有關(guān)，球形應(yīng)變能最大，針狀居中，片狀最小

3、奧氏體

性能

? 力學(xué)性能：塑性好、強(qiáng)度低。

? 物理性能：順磁性。比容小。熱膨脹系數(shù)大。導(dǎo)熱性能差。? 化學(xué)性能:抗腐蝕；耐熱。

形成條件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的過熱度。（2），過熱度大，容易形成（3），實(shí)際相變溫度與加熱速度有關(guān)，不是固定值，加熱速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。

奧氏體形成（1）形核

? 球化體：優(yōu)先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶內(nèi)的F/碳化物界面上形成 ? 片狀P：優(yōu)先在P團(tuán)的界面上形成，其次 在F/碳化物界面上形成 ? 相界形核原因

? 碳濃度起伏，如 F中高濃度區(qū)有利于 向A轉(zhuǎn)變 ? 結(jié)構(gòu)起伏→晶體結(jié)構(gòu)改組容易

? 能量起伏→雜質(zhì)、晶體缺陷多→形核→降低界面能、應(yīng)變能

（2）長(zhǎng)大

? 球化體：A包圍碳化物，使碳化物與F分開，A形成F/A和C/A兩個(gè)界面，雙向推進(jìn)長(zhǎng)大。? 片狀P：垂直片方向（在A、F中存在碳濃度差，引起碳在以上兩相中的擴(kuò)散。為維持相界碳濃度的平衡，原始組織F和碳化物相就會(huì)不斷溶解）。示意圖

平行片方向（體擴(kuò)散+界面擴(kuò)散）

界面遷移路程短，是主要長(zhǎng)大方式→平行方向長(zhǎng)大速度快

（3）殘余碳化物的溶解（4）奧氏體成分均勻化 影響A形成速度的因素

（1），加熱溫度 ： T↑→ A化速度↑。（2），加熱速度 ： V↑→ 轉(zhuǎn)變溫度↑，轉(zhuǎn)變時(shí)間↓。（3），含碳量 亞共析鋼C%↑→ 界面多 → 轉(zhuǎn)變快

過共析鋼（半A化）C%↑→ 碳化物多 → 轉(zhuǎn)變慢

（4），合金元素 ： 改變相變點(diǎn)；影響擴(kuò)散系數(shù)，碳化物穩(wěn)定性好，A形成速度慢，合金元素自擴(kuò)散慢，A形成速度慢

（5），原始組織： P 片間距小 → 相界面多 →A化速度↑

球狀P →A化速度↓

4、晶粒度: 設(shè)n為放大100倍時(shí)每平方英寸面積內(nèi)的晶粒數(shù)，G即為晶粒度。

n=2 G-1 ? 晶粒越細(xì)，晶粒度G數(shù)字越大。

? 評(píng)定方法：測(cè)定尺寸

對(duì)比評(píng)級(jí)照片

截距法：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度上與晶粒相交的數(shù)目, 5，鋼的冷卻轉(zhuǎn)變

按發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度范圍可分為：

高溫轉(zhuǎn)變：Fe，C原子能充分?jǐn)U散（珠光體轉(zhuǎn)變）。中溫轉(zhuǎn)變：Fe難以擴(kuò)散，C原子能擴(kuò)散（貝氏體轉(zhuǎn)變）。低溫轉(zhuǎn)變：Fe、C原子均不能充分?jǐn)U散（馬氏體轉(zhuǎn)變）6，珠光體

定義：共析成分的奧氏體冷卻到A1以下時(shí)，將分解為鐵素體和滲碳體的混合物 形態(tài)：片狀P【珠光體P索氏體S屈氏體（托氏體）T】

粒狀P，Ac1附近長(zhǎng)時(shí)保溫獲得

性能：片狀P：滲碳體呈片狀；間距越小→強(qiáng)度、硬度高；Fe3C%多→塑性、韌性降低；C%↑→韌脆轉(zhuǎn)化溫度↑；適合切削加工，連續(xù)冷卻組織不均勻會(huì)影響切削性能。

球狀P：硬度、強(qiáng)度

<片狀P；塑性、韌性>片狀P；疲勞強(qiáng)度>片狀P；韌脆轉(zhuǎn)化溫度優(yōu)于（低于）片狀P；形態(tài)細(xì)、圓、均勻好；適合 低、中碳鋼冷擠壓、冷拔、冷鐓；適合高碳鋼切削。

綜上所述：不宜制造重要零件，通常是加工、成形時(shí)所需要的組織，共析鋼P(yáng)的性能 主要取決于形成溫度冷卻溫度對(duì)組織與性能的影響

特定條件下過冷奧氏體分解：A1以上：奧氏體化溫度較低，保溫時(shí)間較短，加熱轉(zhuǎn)變未充分進(jìn)行，奧氏體中有許多殘留碳化物（Ｋ）（組織愈不均勻愈容易得球狀P）

A1以下：轉(zhuǎn)變?yōu)椋械牡葴販囟雀?，等溫時(shí)間長(zhǎng)或冷速極慢

影響P轉(zhuǎn)變的動(dòng)力學(xué)其他因素： A晶粒度：細(xì)→P形成快 A成分：（1）碳：

? 亞共析鋼：碳%增加→F形成困難→ P形成慢 ? 過共析鋼：碳%增加→Fe3C形成容易→ P形成快 ? 共析鋼：P形成最慢（C曲線最右）

（2）合金

?

溶入A中，除Co、> 2.5 Al %外，其他→慢 ? 未熔碳化物→促進(jìn)

? 除Mn、Ni外，其他元素→鼻溫升高（3）、A均勻化程度：未溶F、滲碳體、雜質(zhì)→促進(jìn)

（4）、應(yīng)力狀態(tài)：A處于拉應(yīng)力→促進(jìn)先共析相→形核，長(zhǎng)大，但長(zhǎng)大速度幾乎不受影響；A處于壓應(yīng)力→反之

7、退火（Annealing）

定義：將工件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火主要用于鑄、鍛、焊毛坯或半成品零件。

目的：降低鋼的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均勻鋼的成分，細(xì)化晶粒，改善組織與性能；消除工件的內(nèi)應(yīng)力，防止變形與開裂；為最終熱處理作準(zhǔn)備。分類：

完全退火：加熱使鋼完全得到A后慢冷的工藝

1、目的：改善組織；調(diào)整硬度；去除應(yīng)力

2、工藝：碳鋼選用Ac3以上30～50℃，合金鋼選用Ac3以上50～90℃?！鶤化→爐冷550 ℃

→出爐空冷

3、加熱速度：碳鋼的加熱速度常用150～200℃/小時(shí)，合金鋼加熱速度常用50～100℃/小時(shí)。

4、時(shí)間：經(jīng)驗(yàn)值，得到比較均勻的奧氏體。

5、冷卻方式：隨爐冷卻，冷速＜30°C/h

6、適用范圍：中C鋼鑄件、焊接件、熱軋或熱鍛件

等溫退火 ： 溫度與完全退火相同，冷卻時(shí)則在Ar1以下的某一溫度等溫，使之發(fā)生P轉(zhuǎn)變，然后出爐空冷到室溫。

? 目的：同上

? 工藝：Ac3+20~40℃→A化→Ar1以下等溫

? 特點(diǎn)：時(shí)間短、組織均勻。所用時(shí)間比完全退火縮短約1/3，并能得到均勻的組織和性能。? 適用范圍：亞共析、過共析碳鋼，合金鋼的鑄件、鍛件等。球化退火

? 目的：為最終熱處理作組織準(zhǔn)備；調(diào)整硬度以便成形加工 ? 組織：片F(xiàn)e3C → 球狀

? 球化體組織：具有最佳塑性、最低硬度 ? 獲得球化體的途徑：

? P球化：片F(xiàn)e3C → 球狀 ? A →球化體 ? M在Ac1下分解

? 適用范圍：低、中、高C鋼

? 影響球化因素：冷卻速度慢、組織細(xì)（不能有網(wǎng)狀碳化物）、A成分不均勻→球化容易 擴(kuò)散退火（均勻化退火）

? 目的：消除鋼錠、鑄件的成分偏析

? 工藝：Ac3或Acm+150~300℃，長(zhǎng)時(shí)間（1050～1150℃高溫）? 特點(diǎn)：遠(yuǎn)高于Ac3，一般為1100－1200°C，成本高、周期長(zhǎng)；粗晶

? 適用：高合金鋼鑄錠和鑄件。其它鋼軋制時(shí)適當(dāng)延時(shí)。均勻化退火后，鋼件晶粒粗大，應(yīng)進(jìn)行完全退火或正火。低溫（去應(yīng)力）退火

? 目的：消除機(jī)加工、熱處理、焊接等工藝的殘余應(yīng)力 ? 工藝：Ac1以下，? 冷卻：爐冷 ? 組織：無變化 再結(jié)晶退火

? 目的：恢復(fù)冷變形金屬塑性，降低硬度 ? 工藝：Ac1以下50-150℃~T再+30-50℃ ? T再＝（0.35～0.40）T熔 ? 組織：晶粒外形變化

7、正火（Normalizing）

定義：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30－50°C保溫，然后空氣中自然冷卻。獲得細(xì)珠光體組織 ? 目的：細(xì)化晶粒，使組織均勻化，改善鑄件的組織和低碳鋼的切削加工性 ? 工藝： Ac3 或 Accm + 30～50℃完全A化→緩冷→接近平衡組織

特點(diǎn)：方便、經(jīng)濟(jì)、高效；組織細(xì)，索氏體%多；

性能：強(qiáng)度、硬度> 退火態(tài)；塑性略有降低，殘余應(yīng)力> 退火態(tài) 應(yīng)用

? 低C鋼：提高硬度→以便切削

? 高C鋼：消除網(wǎng)狀碳化物→保證后續(xù)球化質(zhì)量

? 中C鋼：細(xì)化晶粒，提高性能（代替完全退火）→結(jié)構(gòu)鋼預(yù)備熱處理 ? 普通結(jié)構(gòu)鋼零件的最終熱處理 ? 返修、消除缺陷

8、退火與正火工藝的選用

根據(jù)鋼種、冷熱加工工藝、使用性能、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮

? 低于0.25C%→正火

? 0.25~0.5C% →正火代替退火 ? 0.5~0.75C%；中碳合金鋼→完全退火 ? 0.75C%以上→球化退火

9、立方結(jié)構(gòu)中C可能所處的位置及分布：

? 面心、棱邊中點(diǎn)，即扁八面體中心 ? 分布不均勻

? 80%位于Z軸扁八面體中心 ?

wc%>0.2% →體心正方

正方度c/a ? 體心立方：c/a＝1 ? M的正方度與碳含量有關(guān)，總是大于1 ? wc %高→ c/a 大（線性關(guān)系4-1公式 反常正方度

? 反常正方度：M轉(zhuǎn)變時(shí)，c/a與C%的關(guān)系不符合4-1式 ? 反常低(Mn 鋼)? 低溫時(shí)a≠b（正交），碳在A中部分無序分布，∴c/a低 ? 室溫時(shí)，碳在A中重新分布，有序度增加，c/a接近4-1公式。

? 反常高(高Al 鋼)? 低溫時(shí)，碳處于同一組空隙位置（完全有序狀態(tài)）∴ c/a高 ? 室溫時(shí)，溫度回升，碳無序分布，∴ c/a下降

10、馬氏體

轉(zhuǎn)變的特點(diǎn)：表面浮凸和切變共格；無擴(kuò)散性；新/母相取向關(guān)系及慣習(xí)面；轉(zhuǎn)變不完全性；可逆性

組織形態(tài)：鋼中馬氏體根據(jù)成分（含碳量）和冷卻條件呈現(xiàn)不同的形態(tài) ? 按照亞結(jié)構(gòu)分為位錯(cuò)型馬氏體、孿晶馬氏體

? 根據(jù)形態(tài)分為板條馬氏體、針片狀馬氏體、蝶狀馬氏體、薄板狀馬氏體、薄片狀馬氏體 分類：板條M（Lath）

（1）構(gòu)成：

? 板條：窄而細(xì)的M單晶；基本單元；條/ 條之間小角度，平行成群分布；有殘余A薄膜 ? 束：尺寸相近、平行、成群分布的板條群，它們的慣習(xí)面指數(shù)相同（4個(gè)方向?qū)?yīng)于4個(gè){111}γ）。束/束之間大角度。? 塊：在一個(gè)束中黑白相間的板條，有時(shí)不存在。慣習(xí)面指數(shù)、與母相取向關(guān)系相同的板條構(gòu)成。塊/塊之間大角度。

（2）亞結(jié)構(gòu)：位錯(cuò)，又稱位錯(cuò)M（3）晶體學(xué)取向：K-S（4）慣習(xí)面：{111}γ、{225}γ（5）形成溫度高，又稱高溫M（6）含碳%低，又稱低碳M（7）A化溫度（晶粒大?。?duì)板條寬度影響不大；但對(duì)束尺寸有影響（8）板條各自單獨(dú)形核，隨后長(zhǎng)大合并

透鏡片（針）狀M（Lenticular）

? 形貌：立體為透鏡狀、相互不平行，中間分布?xì)堄郃。形成時(shí)容易產(chǎn)生撞擊，故韌性差。? 亞結(jié)構(gòu)：中脊→孿晶（形成溫度越低此區(qū)大）、邊緣→少量位錯(cuò)。又稱孿晶M ? 慣習(xí)面與形成溫度有關(guān)：

? 溫度較高時(shí)為{225}γ，位向關(guān)系符合K-S關(guān)系 ? 溫度較低時(shí)為{259}γ，位向關(guān)系符合西山關(guān)系

? 形成溫度低，又稱低溫M ? 碳%高，又稱高碳M

11、Ms ? 物理意義：M相變所需要的最小過冷度對(duì)應(yīng)的溫度 ? 工程意義

? 制訂等溫、分級(jí)淬火……的依據(jù)

? Ms點(diǎn)的高低決定殘余AR %，影響變形…… ? Ms點(diǎn)的高低決定M的形態(tài)、亞結(jié)構(gòu)，影響性能

影響Ms的因素 A的成分

? 碳：影響顯著，隨C%↑，Ms，Mf↓，且Mf比Ms下降得快 ? 氮：與碳相似 ? 合金：

? 除Co、Al外，其余使Ms下降

? 以碳化物形式存在影響不大（比如過共析鋼）? 各種元素相互影響（經(jīng)驗(yàn)公式）

應(yīng)力和塑性變形

? 拉應(yīng)力：Ms升高→誘發(fā)M ? 應(yīng)變誘發(fā)M：

? Md~Ms之間塑性變形→Ms升高→誘發(fā)M ? 原因：產(chǎn)生的晶體缺陷有利于M形核 ? 變形量↑→誘發(fā)M%↑，但抑制后續(xù)M轉(zhuǎn)變

? Md：高于該溫度形變不再能誘發(fā)馬氏體的形成，與成分、工藝有關(guān)。少量變形→促進(jìn)后面M轉(zhuǎn)變。反之，阻礙M的形成。? Ms以下塑性變形影響同上 奧氏體化條件

? 溫度↑、時(shí)間↑

? 成分均勻 →母相強(qiáng)化 →Ms↓

? 晶粒粗大、碳偏聚少

→易切變→Ms↑

? 完全A化后，溫度升高、時(shí)間增加→ Ms略升高，影響不明顯 ? 成分一定時(shí)，A細(xì)晶→Ms降低，但不明顯 先形成組織對(duì)M轉(zhuǎn)變的影響

? 先形成的P →A貧碳→ Ms升高 ? 先形成B → A富碳→ Ms降低

機(jī)械性能 ：硬度：M中的C%↑→硬度↑；強(qiáng)度高；韌性：C%增加→塑性、韌性降低 強(qiáng)化機(jī)理：

? 固溶強(qiáng)化：碳作用大，0.4C%以上→效果↓ ；合金作用小

? 亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化：低C→ C釘扎位錯(cuò)；高C、合金→Ms低 →孿晶強(qiáng)化 ? 時(shí)效強(qiáng)化：低碳鋼自回火→C偏聚或析出引起；C%高→ 效果顯著 ? 細(xì)晶強(qiáng)化：作用不顯著

穩(wěn)定化：指A在外界因素作用下，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生某種變化而使A向M的轉(zhuǎn)變呈現(xiàn)遲滯現(xiàn)象。? 特征：引起殘余A增加，使硬度下降，零件尺寸穩(wěn)定性下降。? 產(chǎn)生條件：冷卻過程中，在Ms點(diǎn)上、下某溫度：

? 停留 ? 緩冷

? 一定的塑性變形(冷加工或相變時(shí))? 影響因素：

? Ms以上，停留溫度高→明顯，高于某溫度→反穩(wěn)定化 ? C%增加→明顯 ? 停留時(shí)間增加→明顯

? 冷卻速度增加→穩(wěn)定化不明顯

影響M形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)的因素

成分：C%：0.3~1.0%為混合M；縮小γ區(qū)的合金元素→板條M增加；降低層錯(cuò)能的合金元素→ ε馬氏體增加

形成溫度（MS）：隨溫度降低→板條M減少（C%）；合金鋼MS 低→板條M減少 A的層錯(cuò)能：低→不容易形成孿晶M → 容易形成板條M、ε馬氏體

A的強(qiáng)度（Ms點(diǎn)時(shí)）：A的屈服強(qiáng)度< 206MPa → 板條{111}或片M {225}；A的屈服強(qiáng)度> 206MPa → 強(qiáng)度高的片M {259}

12、貝氏體

組織形態(tài)及亞結(jié)構(gòu)

上貝氏體

? 形成溫度：中、高溫區(qū) ? 形成：A晶界形核，向晶內(nèi)長(zhǎng)大

? 形態(tài)：F成束的、大體平行的板條狀；滲碳體分布在F條間，呈粒狀或條狀。

? 金相→羽毛狀

? 電鏡→板條之間+碳化物，板條成束、大致平行 ? 溫度降低、C%增加→鐵素體變薄 ? 鐵素體尺寸大小→影響強(qiáng)度、韌性

? 亞結(jié)構(gòu)：鐵素體中存在位錯(cuò) ? 鐵素體中C%近平衡 ? 表面有浮凸 ? 晶體學(xué)

? F、碳化物與A均有不同取向 ? F/A慣習(xí)面{111} γ

? 成分→中、高碳鋼容易出現(xiàn)，碳化物形態(tài)隨碳含量變化 ? 含Si、Al時(shí)，延緩碳化物析出，稱準(zhǔn)上B 下貝氏體

? 在B形成溫度的低溫區(qū) ? 一般在A晶界或晶內(nèi)形成

? 形態(tài)：F形態(tài)與馬氏體相似，亦與碳含量有關(guān)。碳化物分布在F內(nèi)，由于極細(xì)，無法在光鏡下分辨，電鏡下呈短桿狀，沿著F長(zhǎng)軸成55－60°角的方向整齊排列。

? F+碳化物+有時(shí)殘余A ? F金相：低碳→板條；高碳→針狀；中碳→混合?

電鏡：F內(nèi)有方向性分布的碳化物 ? 表面有浮凸

? 亞結(jié)構(gòu)→F中有大量位錯(cuò)，不存在孿晶（與M不同）? C%過飽和度大于上B ? F與母向有晶體學(xué)關(guān)系；慣習(xí)面復(fù)雜 ? C%↑→碳化物增多，有時(shí)有AR ? 成分→C%范圍較寬 粒狀貝氏體

? 形成溫度→接近Bs，高于上B轉(zhuǎn)變溫度 ? 形態(tài)

? 板條F+富碳島狀A(yù) ? 冷卻轉(zhuǎn)變：F+K；M+殘余A；殘余A ? 有浮凸；C%接近平衡； ? F中有亞單元

? 成分：低、中碳合金鋼（Cr、Ni、Mo）

? 冷卻：焊接、正火、熱軋鋼在一定的冷速范圍連續(xù)冷卻出現(xiàn)

? 與粒狀組織區(qū)別：塊F+富C島狀A(yù)（無取向、無浮凸），與粒B共存 貝氏體的力學(xué)性能

? 同一強(qiáng)度級(jí)別下，B下的韌性大于M。在高碳鋼中，回火M的韌性低于同強(qiáng)度貝氏體。? 連續(xù)冷卻或等溫淬火可以得到B ? 通常B以混合類型存在

? B性能與其形態(tài)、粗細(xì)、分布、亞結(jié)構(gòu)有關(guān)

下B強(qiáng)度高，因?yàn)椋篎板條細(xì)；位錯(cuò)密度高；碳化物彌散；C的過飽和度大

13、魏氏組織性能：

強(qiáng)度、塑性、韌性差；脆性轉(zhuǎn)化溫度高；屬于缺陷組織；正火、退火可以消除 形成條件（魏氏F）

? 等溫、連續(xù)冷卻均可以形成 ? 一定的冷卻速度→W ? 冷速快→C擴(kuò)散難→ 短程→容易形成網(wǎng)狀F ? 冷速慢→形核率低→ 短程→容易形成塊狀

? 過熱、粗晶→形核少→網(wǎng)狀F不容易→ 形成W ? Wc% >0.6% →容易偽共析→W難出現(xiàn) ? Cr、Mo、Si →阻礙W；Mn →促進(jìn)W ? 細(xì)晶→C從晶界到晶內(nèi)短程擴(kuò)散→ 形成網(wǎng)狀F → Ws↓ ? 隨Wc%升高→Ws低；晶粒細(xì)→Ws低 ? Ws

? 與B相似

? 與無碳B相當(dāng)

? F切變、共格→ Ws小于A3

? A細(xì)晶→F容易形核→F形成后→A中C%↑ →A3↓、Ws↓ →W不容易形成

? 還有其他機(jī)理 14,、各種C曲線測(cè)圖方法：

金相法：特點(diǎn)：準(zhǔn)確、直觀；不連續(xù)、繁瑣 膨脹法：特點(diǎn)：高效、可測(cè)先共析相；不直觀

15、影響C曲線的因素（1）、碳

? 亞共析鋼→C%↑ →右移 ? 過共析鋼→C%↑ →左移 ? 共析鋼→最穩(wěn)定

? 非共析鋼有先共析轉(zhuǎn)變線 ? C%↑ →C曲線越彎曲（2）、合金元素

? 溶入A中→除Co、Al外，其他元素→右 ? 合金元素以未溶碳化物形式存在→左 ? 合金元素分類

? 弱碳化物形成元素：Co、Ni、Mn、Si等→右、形狀變化不大，單一C曲線 ? 碳化物形成元素：Cr、Mo、W、Ti、V等→右、雙C曲線，出現(xiàn)A亞穩(wěn)定區(qū)

合金元素具體作用

? Co：C曲線→左；形狀不變

? Ni： C曲線→右；形狀不變，鼻子向下 ? Mn： 與Ni相似，可以代Ni ? Cr： C曲線→形狀改變；右；推遲B作用大。3%以上→兩個(gè)曲線分離 ? Mo：強(qiáng)烈阻止P；對(duì)B影響不大（P154）? W：與Mo相似

? B：低、中碳鋼中→微量→右

合金元素的綜合作用：多元適量→右移顯著；或改變C曲線形狀；使C曲線向左或向右移；使C曲線P、B線分開

（3）、A化條件

? 溫度高、時(shí)間長(zhǎng)→右移 ? 有第二相存在→左移 ? 對(duì)B線影響?。?）、塑性變形

? 在A穩(wěn)定和亞穩(wěn)定區(qū)域→塑性變形→C、Fe擴(kuò)散快→ P線左移 ? 高溫區(qū)的A穩(wěn)定區(qū)→塑性變形→A晶粒破碎→B線右移 ? 低溫區(qū)的A亞穩(wěn)定區(qū)→塑性變形→大量位錯(cuò)→ B線左移

16、淬火

? 定義：將鋼加熱到臨界溫度以上A化，保溫一定時(shí)間后，以大于臨界冷卻速度的冷速進(jìn)行冷卻的一種工藝過程。

? 組織：M，B或M＋B混合物；少量殘余和未溶的第二相。? 目的

? 提高力學(xué)性能（彈性、韌性、強(qiáng)度、硬度等）? 提高物理性能磁性（物理性能）? 提高耐腐蝕性能（化學(xué)性能）

分類：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火

特點(diǎn)：方便、自動(dòng)化、經(jīng)濟(jì)、變形大

適用：形狀簡(jiǎn)單(無尖角、截面無突變)、尺寸小的工件 雙介質(zhì)淬火

特點(diǎn)：變形小、效率低、不容易控制

適用：形狀復(fù)雜、尺寸大的工件。中、高碳鋼和截面尺寸大的合金鋼工件。分級(jí)淬火：Ms稍上（鹽、堿、油）→均溫→空淬或油淬火 特點(diǎn)：工藝容易控制；變形小；殘余A多 適用：合金鋼；形狀復(fù)雜工件 等溫淬火 1）B等溫淬火

特點(diǎn)：淬火應(yīng)力小、殘余A多，變形小 適用：形狀復(fù)雜工件

（2）M等溫淬火：Ms以下→等溫→部分M轉(zhuǎn)變→其余A空冷轉(zhuǎn)變?yōu)镸 特點(diǎn)：等溫溫度<分級(jí)溫度→不容易出現(xiàn)P；先形成M→等溫時(shí)回火→應(yīng)力小→變形小；空冷轉(zhuǎn)變M →殘余A多→變形小

適用：形狀復(fù)雜工件 預(yù)冷淬火（降溫或延遲淬火）

特點(diǎn)：預(yù)冷至Ar 3淬火→溫差小→變形小 適用：厚薄差異大的工件 局部噴射淬火

17、冷處理

? 目的：提高硬度；修正變形；穩(wěn)定尺寸 ? 介質(zhì)：液氮；液氧；干冰；液氨；氟立昂 ? 適用：高合金鋼；高碳鋼 淬透性：

淬火時(shí)獲得M的能力是材料固有屬性，取決于成分；在樣品尺寸、冷卻介質(zhì)相同的情況下比較淬透深度才有可比性 影響淬透性的因素

凡使C曲線右移的因素→ 淬透性↑（1）、成分

? A中C% ? 合金元素除Co以外，一般都使淬透性↑；多元足量更佳（2）、工藝

A化溫度高、時(shí)間長(zhǎng)→成分均勻、不易發(fā)生P轉(zhuǎn)變 →淬透性↑ 淬透性測(cè)定方法

? 斷口法 ? U曲線法 ? 臨界直徑法（隨冷卻介質(zhì)變化）?

末端淬火法（常用）

? 標(biāo)準(zhǔn)試樣 ? 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法 ? 端淬曲線（帶）

硬化層（淬硬層）：淬硬表面 到50%馬氏體處的距離；淬透性↑→深；介質(zhì)冷卻能力↑→深；尺寸小↑→深

淬硬性：鋼在淬火后M獲得硬度的能力；取決于M中C%，C%↑→ 淬硬性↑ ；與淬透性不等同

18、淬火缺陷及防止

淬火內(nèi)應(yīng)力 熱應(yīng)力

? 原因：心、表冷卻速度不同→熱脹冷縮不同步 ? 實(shí)驗(yàn)材料：無相變→無組織應(yīng)力影響

? 規(guī)律：初期→表面拉、心部壓→心部變形應(yīng)力松弛→中期應(yīng)力反向→室溫下內(nèi)應(yīng)力為“表壓心拉”；軸向、徑向、周向均為拉，軸向拉應(yīng)力最大 ? 影響因素：冷卻速度、加熱溫度、尺寸、導(dǎo)熱性 組織應(yīng)力

? 原因：組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)導(dǎo)致

? 實(shí)驗(yàn)材料：淬透性好的鋼→冷卻慢→熱應(yīng)力忽略

? 規(guī)律：初期→表面壓、心部拉→中期應(yīng)力反向→室溫下內(nèi)應(yīng)力為“表拉心壓”；切向拉應(yīng)力最大→容易縱向開裂

? 影響因素：冷卻速度；淬透性；尺寸 淬火變形

? 殘余應(yīng)力造成的翹曲→尺寸、形狀變化 ? 比容不同→體積變化 ? 實(shí)踐生產(chǎn)中→二者兼有

19、影響開裂的因素

（1）原材料：在組織缺陷或機(jī)加工缺陷處淬裂（2）鍛造缺陷：在鍛造缺陷處淬裂

（3）熱處理工藝：加熱溫度→材料脆性大；加熱、冷卻速度；大型工件出爐過早（4）成分C%：C%高→孿晶M多+熱應(yīng)力影響大→容易開裂

（5）尺寸→危險(xiǎn)截面尺寸（尺寸小→ 變形??；尺寸大→表面熱應(yīng)力型→壓應(yīng)力）

19、回火：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經(jīng)過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的工藝過程。

? 目的：去除殘余應(yīng)力；調(diào)整性能；穩(wěn)定尺寸

? 驅(qū)動(dòng)力：原始組織是非平衡相；M中碳過飽和；M具有高的界面和應(yīng)變能

種類

低溫回火

目的：降低應(yīng)力；提高韌性

組織：回火馬氏體（α/+ε），保留淬火形態(tài)

性能：硬度與淬火時(shí)相當(dāng)；高碳鋼→耐磨性好；韌性提高，內(nèi)應(yīng)力降低 中溫回火

目的：提高彈性極限；獲得高的強(qiáng)韌性配合

組織 ：回火屈氏體（F+細(xì)小碳化物，光鏡下仍難分辨），保留淬火M形貌 性能：彈性極限最高；強(qiáng)韌性配合好 高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）

目的：獲得好的綜合力學(xué)性能；產(chǎn)生二次硬化效果 組織： 回火索氏體（F+顆粒碳化物），M形貌消失 性能：綜合性能優(yōu)于S；某些合金鋼具有高的紅硬性

回火時(shí)的組織變化

碳原子的重新分布（M分解）過渡碳化物析出（M分解 殘余AR分解 碳化物類型的轉(zhuǎn)變 M回火加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變 隨溫度升高：

? C偏聚：100 ℃以下（時(shí)效）

? M分解：100~ 300 ℃（過渡碳化物析出ε、η 析出）? 殘余AR分解：200~ 300 ℃ ? 碳化物類型轉(zhuǎn)變：200~ 350℃ ? 碳化物粗化、F形成：350℃以上

20、二次硬化產(chǎn)生條件：500~650℃；含有強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、Cr、V、……）的鋼；強(qiáng)碳化物形成元素超過一定%

21、回火脆性

（第一類、低溫、不可逆）回火 馬氏體 脆

措施：降低雜質(zhì)；細(xì)化晶粒降低雜質(zhì)%（脫氧劑；細(xì)化元素）；加Mo → 降低 晶界磷%；降低Mn；加合金→改變脆化溫度；等溫淬火代替淬火+回火工藝

第二類、可逆）回火脆

預(yù)防：大型工件加Mo、W；降低雜質(zhì)%；細(xì)化晶粒；形狀簡(jiǎn)單的小工件回火后快冷；亞溫淬火；磷溶入F中→晶界處磷%降低

22、鋼的滲碳

? 目的：獲得高的耐磨性；疲勞性能 ? 滲C種類：氣體滲C；固體滲C；液體滲C

24、碳

勢(shì)（cp）：爐氣C%與工件表面化學(xué)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)的爐氣狀態(tài)。即保持不增碳也不減碳時(shí)爐氣中的C% ? Cp↑→滲碳能力↑→ 表面C%↑、滲層↑

但是當(dāng)Cp 太高→ 炭黑→ 滲速↓

? CO、CH4% → Cp↑

25、氣體滲碳

滲碳工藝參數(shù)

（1）碳勢(shì)：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定→通常表面為0.8~1.0% →好（2）滲碳溫度

? 通常880~920℃，薄層滲碳→溫度可以降低，快速滲碳→提高滲碳溫度 ? 溫度對(duì)擴(kuò)散、分解均有影響，提高溫度→縮短滲碳時(shí)間→效率提高 ? 提高溫度→滲層增加

? 溫度過高→粗晶；變形；設(shè)備壽命縮短 ? A狀態(tài)滲碳容易（3）滲碳時(shí)間 ? 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，隨爐抽樣檢查 ? 經(jīng)驗(yàn)估算

? 滲層<0.5mm，滲碳速度按照0.15~0.25mm /h ? 滲層0.5~1.5mm，滲碳速度按照0.1~0.2mm /h ? 滲層>1.5mm，滲碳速度按照0.05~0.12mm /h 滲

劑

? 氣體滲劑：載氣（N基氣氛；吸熱式或放熱式可控氣體）+富化氣（甲烷、丙烷等）★吸熱式氣體：天然氣與空氣按一定比例混合，CO、N2、H2%大

? 液體滲劑：C、H化合物有機(jī)液體（煤油、甲醇、苯、丙酮）滲層深度

? 化學(xué)法：剝層取樣分析 ? 金相法：檢測(cè)滲層剖面

? 有效硬化層（DC）測(cè)定：1公斤（9.8N）載荷，HV550處到表面的距離 滲碳后的熱處理 淬火

（1）直接淬火：滲碳后→預(yù)冷 →淬火

原則：預(yù)冷溫度>心部Ac3 →避免心部F；或預(yù)冷溫度< 表面Accm →變形小、殘余A%少；兼顧二者

? 特點(diǎn)：成本低、周期短、變形小 ? 適宜：本質(zhì)細(xì)晶粒鋼

（2）一次加熱淬火：滲碳后空冷→重新加熱→淬火

? 淬火加熱溫度選擇原則→同上 ? 特點(diǎn)

? 井式爐滲碳后的淬火方式 ? 細(xì)化組織→性能好 ? 周期長(zhǎng)、容易控制 ? 固體滲碳便于清理 ? 便于機(jī)加工

? 適宜：本質(zhì)粗晶鋼；高溫滲碳

（3）二次加熱淬火

? 滲碳后空冷→重新加熱→淬火

? 第一次淬火目的→細(xì)化心部組織→加熱溫度> 心部Ac3 ? 第二次淬火目的→細(xì)化表面組織→加熱溫度> 表面Ac1 ? 特點(diǎn)：性能好，但成本高、變形大

? 適宜：本質(zhì)粗晶鋼；高溫滲碳件；性能要求高的工件 回火：低溫回火→去應(yīng)力、提高韌性 冷處理：適用精密零件

目的：穩(wěn)定尺寸、提高硬度 特點(diǎn)：成本高

26、滲碳、鋼的滲氮、鋼的碳、氮共滲特點(diǎn)。滲碳后的力學(xué)性能

? 表面獲得高硬度、高耐磨性，心部保持良好韌性

? 表層高的疲勞強(qiáng)度（二次加熱淬火最好、一次加熱淬火次之、直接淬火效果差）? 滲層↑、C% ↑ →韌性↓ 鋼的滲氮 特點(diǎn)

1、更高的硬度及耐磨性

2、具有紅硬性（滲碳200℃以上硬度下降。滲氮500℃仍然高硬度）

3、疲勞性能好

4、變形小、有規(guī)律因?yàn)椋簼B氮溫度低、心部無相變、滲后不淬火直接使用

5、抗“咬卡”性能好→短時(shí)缺油→過熱不會(huì)擦傷、焊合

6、抗腐蝕性能好（抗腐蝕氮化）

7、周期長(zhǎng)、成本高、層淺 鋼的碳、氮共滲特點(diǎn)

? 更高的耐磨性（M中含N）? 滲層回火抗力提高（含氮化物）? 淬透性提高（N使C曲線右移）? 疲勞強(qiáng)度提高（殘余壓應(yīng)力）? 滲速加快 ? 變形小 ? 滲層比氮化厚

氣體滲碳和滲氮工藝，它們的目的都是提高材料表層耐磨性和疲勞性能。滲碳工藝的強(qiáng)化機(jī)制是相變強(qiáng)化，而滲氮工藝的強(qiáng)化機(jī)制為沉淀強(qiáng)化。

27、淬硬層深度x與頻率f ? 淬硬層深度 x ：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)→工件半徑的10%左右→性能最佳

? 由x確定透入深度δ →再選擇f → 根據(jù) f 選購設(shè)備（設(shè)備確定后，f 不可以調(diào)節(jié)）? 為保證淬硬層溫度均勻，δ>x，δ過大，電效率低，故一般取x=1/2 δ ? 最佳性能時(shí) → x與 f 關(guān)系為：f=60000/x2

28、感應(yīng)加熱表面熱處理特點(diǎn)

? 相變臨界溫度提高

? 加熱速度快（組織細(xì)、成分不均勻）? 表面質(zhì)量好（變形小、氧化脫碳少）? 自動(dòng)化 ? 性能好

? 感應(yīng)器設(shè)計(jì)復(fù)雜

29、真空熱處理 特點(diǎn)

? 變形小（原因不詳）→不用留加工余量和校直 ? 工件性能好、壽命長(zhǎng)（脫碳、氧化、腐蝕少）? 節(jié)省能源

? 設(shè)備使用絕熱、熱容小的隔熱材料（石墨氈、陶瓷纖維）→散熱少、熱效率高 ? 真空中爐氣少→出、裝爐帶走的熱損失少 ? 無熱處理以后的精加工

? 污染少、無公害（無廢氣）? 設(shè)備成本高

綜上所述：具有高質(zhì)量、低能耗、無公害優(yōu)勢(shì)，適宜一般熱處理無法滿足要求的工件 30、真空滲碳

（1）特點(diǎn)（與普通滲碳比）

? 時(shí)間短（高溫+凈化作用）

? 質(zhì)量好：層深均勻、表面光潔、無內(nèi)氧化、濃度梯度平緩 ? 勞動(dòng)條件好：無污染、散熱?。?）介質(zhì)

? 甲烷、丙烷→反應(yīng)→[C] ? 實(shí)際上，先過量滲碳→再擴(kuò)散調(diào)整 3）工藝

? 排氣、升溫

材料脫氣、凈化→真空度降低

? 滲碳：真空度恢復(fù)，1030~1050℃滲碳，數(shù)分鐘 → 滲碳?xì)怏w進(jìn)入→真空度下降→停止供碳→擴(kuò)散→ 恢復(fù) 真空度→循環(huán)間歇滲碳

? 淬火：滲畢→爐內(nèi)冷卻室 → 通氮?dú)狻⒗鋮s到550~660℃ →再加熱重新A化淬火（通氮?dú)饧訅骸?提高油的冷卻能力）? 只有富化氣甲烷或丙烷、無載氣 ? 工藝參數(shù)經(jīng)驗(yàn)控制

? 溫度高→滲速快；時(shí)間短→晶粒與普通滲碳相當(dāng) ? 滲碳時(shí)間短→濃度梯度平緩

? 間歇通入滲劑→滲碳?xì)夥樟鲃?dòng)性好→滲層深度均勻

31、鋼的時(shí)效時(shí)效條件

? 溶質(zhì)在固溶體中有一定溶解度，并隨溫度下降 ? 處于過飽和態(tài)

? 溶質(zhì)在較低溫度下仍有擴(kuò)散能力 感應(yīng)加熱表面熱處理組織與性能

第三篇：鋼的熱處理實(shí)習(xí)報(bào)告

內(nèi)容摘要：鋼的熱處理： 是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。

鋼的熱處理： 是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。第一節(jié) 鋼的熱處理原理 熱處理工藝分類：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）

1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；

2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(pvd)和化學(xué)氣相沉積(cvd)等；

3、化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻

一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變 加熱的目的：使鋼奧氏體化

（一）奧氏體（a）的形成 珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖

a)形核 b)長(zhǎng)大 c)剩余滲碳體溶解 d)奧氏體均勻化

（二）奧氏體晶粒的長(zhǎng)大

奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為 00，0，1，2?10等十二個(gè)等級(jí)，其中常用的1～10級(jí)，4級(jí)以下為粗晶粒，5-8級(jí)為細(xì)晶粒，8級(jí)以上為超細(xì)晶粒。影響 a晶粒粗大因素

1、加熱溫度越高，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時(shí)間。以保證獲得細(xì)小均勻的奧氏體組織。（930～950℃以下加熱，晶粒長(zhǎng)大的傾向小，便于熱處理）

2、a中c含量上升則晶粒長(zhǎng)大的傾向大。

二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻

（一）過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

a在相變點(diǎn)a1以上是穩(wěn)定相，冷卻至a1 以下就成了不穩(wěn)定相。

1、共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能 共析鋼過冷奧氏體等溫 轉(zhuǎn)變曲線的建立示意圖

1）高溫珠光體型轉(zhuǎn)變： a1～550℃

（1）珠光體（p）a1～650℃ 粗層狀 約0.3μm<25hrc（2）索氏體（s）650～600℃ 細(xì)層狀 0.1～0.3μm，25～35hrc（3）屈氏體（t）600～550℃ 極細(xì)層狀約0.1 μm，35～40hrc 2）中溫貝氏體型轉(zhuǎn)變：550℃～ms（1）上貝氏體（b上）550～350 ℃ 羽毛狀 40～45hrc脆性大，無使用價(jià)值（2）下貝氏體（b下）350~ms黑色針狀 45～55hrc韌性好，綜合力學(xué)性能好

（二）過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變

1．共析碳鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能（1）隨爐冷p 170～220hbs（700～650℃）（2）空冷s 25～35hrc（650～600℃）

共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 應(yīng)用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變 2． 馬氏體轉(zhuǎn)變

當(dāng)冷速 &馬氏體臨界冷卻速度v k 時(shí)，奧氏體發(fā)生m轉(zhuǎn)變，即碳溶于α—fe 中的過飽和固溶體，稱為 m（馬氏體）。

1）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)： m 轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（ms ～mf）,m 轉(zhuǎn)變是在一個(gè)非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(碳、鐵原子不能擴(kuò)散）,m 轉(zhuǎn)變速度極快（大于v k）,m 轉(zhuǎn)變具有不完全性（少量的殘a）,m轉(zhuǎn)變只有α－fe、γ－fe的晶格轉(zhuǎn)變.（2）m的組織形態(tài)

0.1-0.25 板條狀 1020－1530 820－1330 9－17 60－180 30－50 0.77 片狀 2350 2040 1 10 66(3)m的力學(xué)性能

① m的強(qiáng)度與硬度隨c的上升m的硬度、強(qiáng)度上升

② m的塑性與韌性：低碳板條狀m良好；板條狀m 具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學(xué)性能；針片狀 m 比板條 m具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。第二節(jié) 鋼的退火

1、概念：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度(ac1以上或以下)，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，（2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷（3）消除內(nèi)應(yīng)力

（4）為淬火作好組織準(zhǔn)備

3、類型：根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（ac1或ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。（1）完全退火：

2）目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至 600℃左右即可出爐空冷。

4）適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。（2）球化退火

1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。

2）工藝：一般球化退火工藝ac1+(10～20)℃隨爐冷至500～600℃空冷。3）目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。

4）適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。（３）均勻化退火（擴(kuò)散退火）

1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 ac3 以上150～100℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。

2）目的：消除結(jié)晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷。

3）適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。

4）注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。（４）去應(yīng)力退火 1)概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火。

2)工藝：將工件緩慢加熱到 ac1以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時(shí)間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。

鋼的一般在 500～600℃；鑄鐵一般在 500～550℃超過550℃容易造成珠光體的石墨化； 焊接件一般為 500～600℃。

3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機(jī)加工工件中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。第三節(jié) 鋼的正火

1、概念：將鋼件加熱到ac3(或accm)以上30～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。

2、目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。

3、組織：共析鋼p、亞共析鋼f+p、過共析鋼fe3cⅱ＋p

4、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中 自然 冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。

5、應(yīng)用范圍：

1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀p，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。

2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。

4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。

第四篇：鋼的熱處理種類[小編推薦]

鋼的熱處理種類

2007年12月06日 星期四 02:30 P.M.鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。常用的整體熱處理有退火，正火、淬火和回火；表面熱處理可分為表面淬火與化學(xué)熱處理兩類。

1.退火

退火就是將金屬或合金的工件加熱到適當(dāng)溫度（高于或低于臨界溫度，臨界溫度即使材料發(fā)生組織轉(zhuǎn)變的溫度），保持一定的時(shí)間，然后緩慢冷卻（即隨爐 加熱保溫冷卻

冷或者埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中）的熱處理工藝。退火工藝的特點(diǎn)是保溫時(shí)間長(zhǎng)，冷卻緩慢，可獲得平衡狀態(tài)的組織。

鋼退火的主要目的是為了細(xì)化組織，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除內(nèi)應(yīng)力；提高韌性，穩(wěn)定尺寸。使鋼的組織與成分均勻化；也可為以后的熱處理工藝作組織準(zhǔn)備，根據(jù)退火的目的不同，退火有完全退火、球化退火、消除應(yīng)力退火等幾種。

退火常在零件制造過程中對(duì)鑄件、鍛件、焊件接進(jìn)行，以便于以后的切削加工或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備。

2.正火

將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當(dāng)時(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細(xì)化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態(tài)的組織。

正火與退火工藝相比，其主要區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產(chǎn)周期短。故退火與正火同樣能達(dá)到零件性能要求時(shí)，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。

3.淬火

將鋼件加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度（45號(hào)鋼淬火溫度為840-860℃,碳素工具鋼的淬火溫度為760～780℃）,保持一定的時(shí)間，然后以適當(dāng)速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。

淬火與退火、正火處理在工藝上的主要區(qū)別是冷卻速度快，目的是為了獲得馬氏體組織。也就是說要獲得馬氏體組織，鋼的冷卻速度必須大于鋼的臨界速度。所謂臨界速度就是獲得馬氏體組織的最小冷卻速度。鋼的種類不同，臨界冷卻速度不同，一般碳鋼的臨界冷卻速度要比合金鋼大。所以碳鋼加熱后要在水中冷卻，而合金鋼在油中冷卻。冷卻速度小于臨界冷卻速度得不到馬氏體組織，但冷卻速度過快，會(huì)使鋼中內(nèi)應(yīng)力增大，引起鋼件的變形，甚至開裂。

馬氏體組織是鋼經(jīng)淬火后獲得的不平衡組織，它的硬度高，但塑性、韌性差。馬氏體的硬度隨鋼的含碳量提高而增高。所以高碳鋼、碳素工具鋼淬火后的硬度要比低、中碳鋼淬火后的硬度高。同樣馬氏體的塑性與韌性也與鋼的含碳量有關(guān)，含碳量低，馬氏體的塑性，韌性就較好。

4.回火

鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。淬火后的鋼件一般不能直接使用，必須進(jìn)行回火后才能使用。因?yàn)榇慊痄摰挠捕雀?、脆性大，直接使用常發(fā)生脆斷。通過回火可以消除或減少內(nèi)應(yīng)力、降低脆性，提高韌性；另一方面可以調(diào)整淬火鋼的力學(xué)性能，達(dá)

到鋼的使用性能。根據(jù)回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。

（1）低溫回火

淬火鋼件在250℃以下的回火稱為低溫回火。低溫回火主要是消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，一般很少降低鋼的硬度，即低溫回火后可保持鋼件的高硬度。如鉗工實(shí)習(xí)時(shí)用的鋸條、銼刀等一些要求使用條件下有高硬度的鋼件，都是淬火后經(jīng)低溫回火處理。

（2）中溫回火

淬火鋼件在250℃～500℃之間的回火稱為中溫回火。淬火鋼件經(jīng)中溫回火后可獲得良好的彈性，因此彈簧、壓簧、汽車中的板彈簧等，常采用淬火后的中溫回火處理。

（3）高溫回火

淬火鋼件在高于500℃的回火稱為高溫回火。淬火鋼件經(jīng)高溫淬火后，具有良好綜合力學(xué)性能（既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有一定的塑性、韌性）。所以一般中碳鋼和中碳合金鋼常采用淬火后的高溫回火處理。軸類零件應(yīng)用最多。淬火+高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理。

5.表面熱處理

僅對(duì)工件表層進(jìn)行熱處理以改變組織和性能的工藝稱表面熱處理。

（1）表面淬火僅對(duì)鋼件表層進(jìn)行淬火的工藝稱為表面淬火。其熱處理的特點(diǎn)是用快速加熱的方法把鋼件表面迅速加熱到淬火溫度（這時(shí)鋼件的心部溫度較低），然后快速冷卻，使鋼件的一定深度表層淬硬，心部仍保持其原來狀態(tài)。這樣就提高鋼件表面硬度和耐磨性，心部仍具有較好的綜合力學(xué)性能（一般表面淬火前進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理）。例如齒輪工作時(shí)表面接觸應(yīng)力大，摩擦利害，要求表層高硬度，而齒輪心部通過軸傳遞動(dòng)力（包括沖擊力）。所以中碳鋼制造的齒輪是調(diào)質(zhì)處理后，再經(jīng)表面淬火。表面淬火由于采用的快速加熱方法不同有：火焰加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火。感應(yīng)加熱表面淬火又由于電源頻率不同有高頻淬火、中頻淬火。

（2）化學(xué)熱處理將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，以改變工件表面的化學(xué)成分、組織和性能的熱處理工藝稱為化學(xué)熱處理?；瘜W(xué)熱處理的過程也是加熱→保溫→冷卻的三個(gè)階段，其不同的是在一定介質(zhì)中保溫。根據(jù)滲入元素不同，化學(xué)熱處理有滲低碳合金鋼（如20，20Cr鋼）；氣體滲碳時(shí)的滲碳劑為煤油或乙醇；滲碳溫度為900-950℃,煤油或乙醇在該溫度下裂解出活性碳原子[C]，[C]就滲入低碳鋼件的表層，然后向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定厚度的滲碳層。

6.熱處理常用加熱設(shè)備

熱處理中常用的加熱設(shè)備主要有加熱爐、測(cè)溫儀表、冷卻設(shè)備和硬度計(jì)等。其中加熱爐有很多種，常用電阻爐和鹽浴爐。

（1）電阻爐電阻爐是利用電流通過電熱元件（如金屬電阻絲，SiC棒等）產(chǎn)生的熱量來加熱工件。根據(jù)其加熱的溫度不同，可分為高溫電阻爐、中溫電阻爐和低溫電阻爐等。又根據(jù)形狀不同分為箱式電阻爐和井式電阻爐等多種。這種爐子的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，價(jià)格較低，主要用于中、小型零件的退火、正火、淬火、回火等熱處理。其主要缺點(diǎn)是加熱易氧化、脫碳，是一種周期性作業(yè)爐，生產(chǎn)率低。

（2）鹽溶爐鹽浴爐是用熔融鹽作為加熱介質(zhì)（即工件放入熔融的鹽中加熱）的加熱爐。使用較多的是電極式鹽浴爐和外熱式鹽浴爐。鹽浴爐常用的鹽為氯化鋇、氯化鈉、硝酸鉀和硝酸鈉。由于工件加熱是在熔融鹽中進(jìn)行，與空氣隔開，工件的氧化、脫碳少，加熱質(zhì)量高，且加熱速度快而均勻。鹽浴爐常用于小型零件及工、模具的淬火和回

第五篇：WiFi技術(shù)應(yīng)用研究

英德市實(shí)驗(yàn)小學(xué)存檔資料2013/4/21

Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用研究

張華賓

摘要：無線網(wǎng)絡(luò)正快速進(jìn)入社會(huì)各領(lǐng)域。本文通過對(duì)幾種無線組網(wǎng)技術(shù)的比較，說明了Wi-Fi在組建家庭無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)所擁有的無可比擬的優(yōu)勢(shì)。并詳細(xì)介紹了基于Wi-Fi技術(shù)、以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，并著重從家庭網(wǎng)關(guān)和信息家電方面對(duì)基于Wi-Fi的家庭無線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用架構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行了分析，討論了一些具體實(shí)施時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。最后對(duì)基于Wi-Fi的無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：Wi-Fi家庭網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)關(guān)

英特網(wǎng)的迅速發(fā)展，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。人們的日常生活已經(jīng)越來越離不開網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在，人們已經(jīng)習(xí)慣了在網(wǎng)上炒股、購物、查詢賬目、繳費(fèi)和搜索資料。人們迫切希望能夠任何時(shí)間、在任何地方使用網(wǎng)絡(luò)。很顯然，無線網(wǎng)絡(luò)是最佳的選擇。

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的手機(jī)、筆記本電腦等支持WiFi的終端產(chǎn)品越來越流行。而基于WiFi標(biāo)準(zhǔn)的無線網(wǎng)絡(luò)成為了最為普及的無線組網(wǎng)形式。在家庭中，如果我們能把現(xiàn)有的家用電器以及電子產(chǎn)品以某種形式連成無線網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行統(tǒng)一的管理和控制，并將其連入Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)度，那將是多么令人愜意的事情??！

1．無線組網(wǎng)技術(shù)

1.1 WiFi、HomeRF和Bluetooth

目前，用于實(shí)現(xiàn)無線組網(wǎng)的主要有WiFi、HomeRF以及Bluetooth（藍(lán)牙）。它們都工作在2.4CHz頻段。該頻段全球開放，即不用申請(qǐng)就可以在世界的任何地方使用這一頻段進(jìn)行通信。

1.1.1 WiFi

WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術(shù))即IEEE802.11協(xié)議。是一種短程無線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百英尺范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無線電信號(hào)。WiFi的第一個(gè)版本發(fā)表于1997年，其中定義了介質(zhì)訪問接入控制層（MAC層）和物理層。規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和基本傳輸介質(zhì)，規(guī)范了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問層(MAC)的特性l21。物理層采用紅外、DSSS(直接序列擴(kuò)頻)或FSSS(調(diào)頻擴(kuò)頻)技術(shù)。1999年又增加了IEEE802.lla、和IEEE802.llg標(biāo)準(zhǔn)。其傳輸速率最高可達(dá)54Mbps。能夠廣泛支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像、語音和多媒體等業(yè)務(wù)。

1.1.2 HomeRF

HomeRF是專門為家庭用戶設(shè)計(jì)的無線局域網(wǎng)技術(shù)，由HomeRF工作組開發(fā)。能夠提供

lMbps—lOMbps的速率。采用跳頻擴(kuò)譜方式、時(shí)分多址(TDMA)和載波監(jiān)聽多重訪問沖突避免(CSMA/CA)等技術(shù)，通過家庭中的一臺(tái)主機(jī)在移動(dòng)數(shù)據(jù)和語音設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)通信。HomeRF提供了與TCP，IP良好的集成，支持廣播、多播和48位lP地址。但是HomeRF開放性不好，而且技術(shù)本身還存在抗干擾性差等缺點(diǎn)。

1.1.3 Bluetooth(藍(lán)牙)

Bluetooth（藍(lán)牙）是一種短距離無線通信技術(shù)，可把各種便攜式電腦和蜂窩式移動(dòng)電話用無線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來，達(dá)到計(jì)算機(jī)和通信的更加緊密的連接，提供隨時(shí)隨地的數(shù)據(jù)信息的交換和傳輸。傳輸速率lMbps。它有限的帶寬和較小的傳輸距離無法滿足人們?nèi)粘?yīng)用的需求。

1.2 WiFi的優(yōu)勢(shì)

1)無線電波的覆蓋范圍廣。藍(lán)牙的電波覆蓋范圍很小，半徑大約只有15米左右，而WiFi的半徑可達(dá)100米。甚至可以覆蓋整棟大樓。

2)WiFi的傳輸速度很快，最高可達(dá)54Mbps，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)，允許用戶在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地享受諸如網(wǎng)上證券、視頻點(diǎn)播(VOD)、遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)游戲等一系列寬帶信息增值服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公。

3)無須布線，可以不受現(xiàn)實(shí)地理?xiàng)l件的限制，因此非常適合移動(dòng)辦公用戶的需要。只要在需要的地方設(shè)置“熱點(diǎn)”，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入。這樣，在“熱點(diǎn)”所發(fā)射出的電波的覆蓋范圍內(nèi)，用戶只要將支持無線LAN的筆記本電腦或PDA拿到該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。4)健康安全。IEEE802.11規(guī)定的發(fā)射功率不可超過100毫瓦，實(shí)際發(fā)射功率約60毫瓦-70毫瓦，而手機(jī)的發(fā)射功率約200毫瓦--l瓦間，手持式對(duì)講機(jī)高達(dá)5瓦。與后者相比，WiFi產(chǎn)品的輻射更小。

5)WiFi應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍。支持WiFi的電子產(chǎn)品越來越多，像手機(jī)、MP4、電腦等，基本上已經(jīng)成為了主流標(biāo)準(zhǔn)配置。而且由于WiFi網(wǎng)絡(luò)能夠很好地實(shí)現(xiàn)家庭范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，適合充當(dāng)家庭中的主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，家里的其他具備WiFi功能的設(shè)備，如電視機(jī)、影碟機(jī)、數(shù)字音響、數(shù)碼相框、照相機(jī)等，都可以通過WiFi建立通信連接，實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭的數(shù)字化與無線化，使人們的生活變得更加方便與豐富。

2．WiFil作方式

WiFi定義了兩種類型的設(shè)備。一種是無線站。通常通過一臺(tái)PC機(jī)加上一塊無線網(wǎng)卡構(gòu)成。另一種稱為無線接入點(diǎn)(Ac-cess Point，AP)，它的作用是提供無線和有線網(wǎng)絡(luò)之間的橋接。一個(gè)無線接入點(diǎn)通常由一個(gè)無線輸出口和一個(gè)有線的網(wǎng)絡(luò)接口（802.3接口）構(gòu)成，橋接軟件符合802.ld橋接協(xié)議。接入點(diǎn)就像是無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)無線基站，將多個(gè)無線的接入站聚合到有線的網(wǎng)絡(luò)上。

WiFi定義了兩種模式：infrastructure模式和ad hoc模式。m-frastructure模式，即無線網(wǎng)絡(luò)至少有一個(gè)和有線網(wǎng)絡(luò)連接的無線接入點(diǎn)，還包括一系列無線的終端站。由于很多用戶需要訪問有線網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備或服務(wù)，所以基本上都會(huì)采用這種模式。ad hoc模式，也稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式（pear to pear模式）或IBSS(In-dependent Basic Service Set).3．家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的WiFi的實(shí)現(xiàn)

3.1 以家庭網(wǎng)關(guān)為核心的家庭網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部Internet相連互通，在家庭內(nèi)網(wǎng)和外部Internet之間需要一個(gè)家庭網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)是整個(gè)家庭無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的核心部分，它一方面完成家庭無線網(wǎng)絡(luò)中各種不同通信協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換和信息共享，并且同外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，另一方面還負(fù)責(zé)對(duì)家庭中網(wǎng)絡(luò)終端進(jìn)行管理和控制。家庭中的網(wǎng)絡(luò)終端也通過這個(gè)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)絡(luò)連通。實(shí)現(xiàn)交互和信息共享。同時(shí)，該網(wǎng)關(guān)還應(yīng)有防火墻能力，能夠避免外界網(wǎng)絡(luò)對(duì)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備的非法訪問和攻擊。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 WiFi技術(shù)在家庭無線網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)現(xiàn)

在家庭網(wǎng)絡(luò)中，WiFi主要應(yīng)用在各種信息家電和家庭網(wǎng)關(guān)上。我們可以使用個(gè)人電腦、手持網(wǎng)絡(luò)終端或者遙控器與家庭網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接，并通過家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)各種信息家電實(shí)施有效的管理和控制。因此，可以采用客戶一服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)關(guān)充當(dāng)服務(wù)器的角色，控制設(shè)備對(duì)各種信息家電的控制也通過網(wǎng)關(guān)完成。這樣有利于實(shí)現(xiàn)胖服務(wù)器—瘦客戶端的結(jié)構(gòu)。

3.2.1家庭網(wǎng)關(guān)模塊 家庭網(wǎng)關(guān)是我們整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心部件。所有的信息家電以及控制設(shè)備都要連接到這個(gè)網(wǎng)關(guān)上。同時(shí)，網(wǎng)關(guān)還要與外部Intemet互連。那么網(wǎng)關(guān)需要實(shí)現(xiàn)WiFi，并提供如TCP/IP、HTIP、WebServer等高層應(yīng)用和圖形用戶界面。完成此功能的協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖2所示。其應(yīng)用層采用統(tǒng)一設(shè)備管理協(xié)議(UniversalDevice Control Protocol，UDCP)，用

3來進(jìn)行整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的添加、刪除、狀態(tài)查詢、參數(shù)配置等管理和控制。UDPC采用客戶一服務(wù)器結(jié)構(gòu)，服務(wù)器端位各信息家電和控制設(shè)備，客戶為家庭網(wǎng)關(guān)。

家庭網(wǎng)關(guān)基于嵌入式Linux進(jìn)行架構(gòu)。由嵌入式Unux系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)WiFi功能，并提供圖形用戶界面和TCP/IP、HTTP、Web-Server高層應(yīng)用。用戶可以通過身份鑒別后登錄家庭網(wǎng)關(guān)，并使用系統(tǒng)提供的圖形控制界面對(duì)信息家電進(jìn)行控制和管理。

家庭網(wǎng)關(guān)同時(shí)支持嵌入式Web服務(wù)器。當(dāng)我們合法登錄后，就可以使用該服務(wù)器提供的Web頁面對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各種信息家電進(jìn)行管理和控制。嵌入式的Web服務(wù)器可選用boa，它是嵌入式Lmux下應(yīng)用最為廣泛的HTTP服務(wù)器程序，功能全面。并且能夠很好的支持CGI技術(shù)進(jìn)行服務(wù)器端的擴(kuò)展。而且boa支持大家廣泛熟悉的C語言來實(shí)現(xiàn)CCI程序。

家庭網(wǎng)關(guān)啟動(dòng)后，完成系統(tǒng)的初始化，并加載相關(guān)的服務(wù)。將接收到的用戶的控制或查詢命令進(jìn)行處理，CCI程序?qū)⒚钷D(zhuǎn)換成為UDCP報(bào)文，通過WiFi模塊發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的信息家電或控制設(shè)備。同時(shí)，家庭網(wǎng)關(guān)還通過WiFi來接收信息家電的當(dāng)前狀態(tài)信息，通過處理后將其反饋給控制設(shè)備，以便用戶使用。

3.2.2信息家電模塊

信息家電上的WiFi功能有兩種實(shí)現(xiàn)模式。一種是信息家電自身帶有WiFi功能。這是理想的狀態(tài)。現(xiàn)在已經(jīng)有很多家用電器比如電視機(jī)、DVD等都已經(jīng)具備了此功能。第二種是對(duì)原本不帶WiFi功能的家用電器進(jìn)行WiFi擴(kuò)展?？蛇x用Rabbit公司的WiFi核心模塊和其相應(yīng)的開發(fā)包進(jìn)行相關(guān)擴(kuò)展。由于信息家電的高端功能都由家庭網(wǎng)關(guān)來完成，所以可以不用實(shí)現(xiàn)WiFi的上層協(xié)議，只實(shí)現(xiàn)對(duì)其的控制。

信息家電將自身采集到的各種狀態(tài)信息傳遞給其自身的或者是擴(kuò)展的微控制器，微控制器接收到這些數(shù)據(jù)后將其轉(zhuǎn)換成UDCP報(bào)文，并通過WiFi模塊將其發(fā)送給家庭網(wǎng)關(guān)。同時(shí)，信息家電還通過WiFi模塊接受來自家庭網(wǎng)關(guān)的信息，處理后轉(zhuǎn)換成對(duì)家電的控制或查詢，并將其隨后的狀態(tài)信息由WiFi模塊反饋給家庭網(wǎng)關(guān)。

4．結(jié)束語

現(xiàn)在越來越多的家用電器及電子產(chǎn)品開始支持WiFi功能。WiFi的普及以及相關(guān)軟件的發(fā)展將會(huì)使家用電器完成功能上的飛躍。通過網(wǎng)絡(luò)將各種家電連接，可實(shí)現(xiàn)功能上的重構(gòu)和資源的再配置。

隨著網(wǎng)絡(luò)的普及和推廣，將家庭中的各種帶有網(wǎng)絡(luò)功能的家用電器通過無線技術(shù)連接成局域網(wǎng)絡(luò)，并與外部Internet相連，構(gòu)成智能化、多功能的現(xiàn)代家居智能系統(tǒng)將會(huì)成為新的流行趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐思敏．WIFI技術(shù)及其應(yīng)用研究[J]，福建電腦．2009，(10):59-60．