金属加工与实训(基础常识与技能训练)课题三 钢的热处理
实验三 钢的热处理实验报告
实验三 钢的热处理一、实验目的1．了解碳素钢的基本热处理(退火、正火、淬火及回火)的工艺方法和主要设备。
2．研究碳的质量分数，加热温度，冷却速度，回火温度对钢性能的影响。
二、热处理工艺碳素钢热处理工艺主要有退火、正火、淬火及回火。
加热温度、保温时间和冷却速度，是达到热处理良好效果的最重要工艺参数。
1．加热温度(1)退火 亚共析钢加热至Ac 3+(30℃～50℃)(完全退火)；共析钢，过共析钢加热至Ac l +(10℃～20℃)(球化退火)，得到粒状渗碳体，硬度降低，以利切削加工。
(2)正火 亚共析钢加热至Ac 3+(30℃～50℃)；过共析钢加热至A ccm +(30℃～50℃)。
即加热到奥氏体单相区。
退火和正火的加热温度范围，见图3-1。
(3)淬火 亚共析钢加热至Ac 3+(30℃～50℃)；共析钢和过共析钢加热至Ac 1+(30℃～50℃)，淬火的加热温度范围，见图3-2。
钢的成分，原始组织及加热速度等皆影响临界点图Ac 1，Ac 3，Accm 的位置。
热处理前需认真查阅有关的材料手册，按规范操作。
否则，得不到预期的组织。
若加热温度过高。
晶粒容易长大，材料氧化，脱碳和变形而失去效能。
几种碳素钢的临界点，见表3-1。
(4)回火 碳素钢淬火后需尽快回火，按加热温度的不同，可分为三种：1)低温回火 加热温度150℃～250℃，目的是得到回火马氏体。
降低淬火应力，减少脆性并保持淬火碳素钢的高硬度。
用于切削工具、冷作模具、滚动轴承等。
2)中温回火 加热温度350℃～500℃，目的是得到回火托氏体，较多地降低淬火应力，有高的韧性和弹性极限。
用于弹簧钢、热作磨具钢等热处理。
3)高温回火 加热温度550℃～650℃，目的是得到回火索氏体，消除淬火应力。
强度、3-1 退火和正火的加热温度范围图3-2 淬火的加热温度范围硬度、冲击韧度较好。
淬火加上高温回火又称调质，用于要求具有良好综合力学性能的重要零件，如主轴，齿轮等。
中职《金属加工与实训-基础常识与技能训练》--第3章-钢的热处理
1. 正火的概念和目的 正火 是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。 正火与退火的比较 一般加热温度比退火高；冷却速度比退火快，过冷度 较大，因此正火后得到的组织比较细，强度和硬度比退火高些。另外，正火与 退火相比具有操作简便、生产周期短、生产效率高、生产成本低的特点。
正火的目的 是细化晶粒，提高钢铁材料的 硬度，消除钢铁材料中的网状碳化物(或渗碳体)并 为淬火、切削加工等后续工序作组织准备。
特点：利用自然时效可以消除工件内的部分残余应力（消除 10% ~12%）， 稳定工件的形状和尺寸。自然时效的优点是不使用任何设备，不消耗能源，但时 效周期长，工件内部的残余应力不能完全消除。
第四节 时效 二、热时效
P.71
热时效：较高温度下进行的时效处理是人工热时效； 方法：将钢件加热到80-150摄氏度， 5-20小时保温后随炉或取出在空气中 冷却。 时效温度一般均比低温回火要低或更低，保温时间要长或更长。
第三节 淬火与回火 二、回火
P.69
2. 回火的方法和应用
根据钢材在回火过程中的温度范围 回火的方法和应用 ，可将回火分为三种: 低温回火、中温回火和高温回火。
1）低温回火（150~250°C） 组织：回火马氏体，58 ~ 62HRC。 目的：降低淬火内应力，提高韧性，同时保持
高硬度和耐磨性。 用途： 高碳钢制造的各种工具、量具和模
一、退火 1. 退火的概念和目的 退火 是将工件加热到适当温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的热处
理工艺。在机械零件的制造过程中，一般将退火作为预备热处理工序，并安排 在粗加工之前 。
退火的目的 是降低钢铁材料的硬度，提高其塑性，改善其切削加工性能 和锻压加工性能；细化钢铁材料的组织，均匀其化学成分；消除钢铁材料的内 应力，防止其变形和开裂；为钢铁材料进行后续加工或热处理作准备。
3-3钢的热处理
§3-3 钢的热处理课时计划：讲授2学时教学目标：通过本节课的学习使学生了解钢的热处理含义、目的、种类。
钢的退火、正火、淬火、回火、表面热处理、化学热处理的方法与用途。
教材分析:1.钢的普通热处理：退火、正火、淬火、回火的目的、方法及应用；2.钢的表面热处理：表面淬火、化学热处理的目的、方法及其应用。
教学设计：本节课的主要内容是钢的热处理，包括普通热处理和表面热处理。
钢的退火与正火、淬火、回火是最常用的热处理方法。
退火与正火常用作毛坯和零件的预备热处理；淬火是钢强化的主要手段，与回火配合多用作零件的最终热处理，要引导学生认真学习，努力掌握。
表面热处理、化学热处理主要解决零件的表面强化问题，是钢的整体热处理（退火、正火、淬火、回火）的补充和完善，相互配合，全面达到零件多种多样的使用性能要求。
本次课工艺性强，多利用网络课程视频资料。
教学过程：第1学时教学内容：本次课的主要内容为钢的普通热处理方法，重点介绍钢的退火、正火、淬火和回火四种常用热处理的方法、目的以及用途。
使学生较熟练地掌握钢的退火、正火、淬火、回火的方法及应用，具有初步运用能力。
钢的热处理是采用适当的方式对钢铁材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预期的组织结构与性能的工艺。
热处理能显著提高钢的力学性能，满足零件使用要求和延长寿命；还可改善钢的加工性能，提高加工质量和劳动生产率。
热处理在机械制造中应用很广，汽车、拖拉机中有70%~80%的零件进行热处理，各种刀具、量具、模具等几乎100%要进行热处理。
钢的热处有理分为普通热处理和表面热处理。
常用的普通热处理有退火、正火、淬火和回火；表面热处理分为表面淬火与化学热处理。
1．钢的退火与正火（1）退火退火是将钢加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
目的是为了细化组织，消除内应力，提高韧性，降低硬度，以利于切削加工。
（2）正火正火是将钢加热到适当的温度，保持一定的时间，然后在空气中冷却的热处理工艺。
机械制造基础课程—课题三钢的热处理
二、奥氏体化过程
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一 种是在A1以下加热，不发生相变；另一种是在 临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组 织，称奥氏体化。
现以共析钢为例说明奥氏体的形成过程
1.奥氏体的形成的基本过程 奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以 共析钢为例说明：
第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。
把加热到奥氏体状 态的钢，快速冷却 到低于A1的某一温度， 临界温度 并等温停留一段时 间，使奥氏体发生 转变，然后再冷却 到室温。
把加热到奥氏 体状态的钢， 以不同的冷却 速度连续冷却 到室温。
连续冷却
等温冷却
时间
过冷奥氏体的等温转变
图是表示奥氏体急速冷
却到临界点A1 以下在各
不同温度下的保温过程
珠光体(P)转变 铁素体和渗碳体片层相间的机械混合物
珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，在长大过
程中，其两侧奥氏体的含碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，形成 一个珠光体团。
贫碳区
富碳区
珠光体转变
⑴ 珠光体：
形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可
时间
650℃ 过冷A 600℃ 过冷A 550℃
过冷A
A
A→S
A1～550℃；高 温转变区；扩散 型转变；P 转变 区。 550～Ms (230℃)；中温 转变区；半扩 散型转变；贝 氏体( B ) 转变 区。 Ms～ Mf (50℃)；低温 转变区；非 扩散型转变； 马氏体 ( M ) 转变区.
产
600
200
0
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 马氏体的碳浓度 Wc 100
《课题三钢的热处理》课件
2
加热处理
将课题三钢样品加热至适当温度，并保持一定时间以改变其组织结构。
3
冷却处理
通过控制冷却速率，使课题三钢样品获得期望的性能和组织结构。
实验结果与数据分析
本节将展示课题三钢经过热处理后的实验结果，并对实验数据进行详细分析和解读。
结论与展望
在本节中，我们将总结热处理对于课题三钢的影响，并展望未来在这一领域 的研究方向和发展潜力。
冷却
通过不同冷却速率，使钢材 获得期望的组织结构和性能。
热处理的种类与方法
淬火
将高温钢材迅速冷却，使其获得 高硬度和高强度。
回火
在淬火后对钢材进行加热，调整 其硬度和韧性。
退火
通过加热和缓慢冷却，消除内部 应力，提高钢材的塑性和韧性。
课题三钢的热处理工艺
1
准备工作
收集和准备课题三钢的样品，并确保实验条件的合理性。
热处理可以改善钢材的力 学性能，提高其强度与硬 度水平。
2 改善耐腐蚀性
通过热处理，可以增强钢 材的抗腐蚀性能，延长其 使用寿命。
3 调整组织结构
热处理可以调整钢材的组 织结构，满足不同应用领 域的需求。
热处理的基本原理
加热
将钢材加热至适当温度，以 改变其组织结构。
保温
在一定温度保持一定时间， 使组织结构发生相应的变化。
《课题三钢的热处理》 PPT课件
欢迎各位来到《课题三钢的热处理》的PPT课件。在本课程中，我们将探讨这 一关键工艺的概述、必要性与意义，以及热处理的基本原理和种类与方法。
课题概述
本节将简要介绍《课题三钢的热处理》的目标和背景，以及我们将在接下来 的课程中讨论的主要内容。
必要性与意义
1 提高强度与硬度
热处理实验
实验三钢的退火、正火工艺一、实验目的1、了解钢的退火、正火工艺方法。
2、认识钢退火、正火后的金相组织。
3、分析退火、正火对碳钢性能的影响。
二、实验原理钢的退火退火是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。
目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。
常用的退火工艺有：①完全退火。
用以细化中、低碳钢经铸造、锻压和焊接后出现的力学性能不佳的粗大过热组织。
将工件加热到铁素体全部转变为奥氏体的温度以上30〜50C,保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，在冷却过程中奥氏体再次发生转变，即可使钢的组织变细。
②球化退火。
用以降低工具钢和轴承钢锻压后的偏高硬度。
将工件加热到钢开始形成奥氏体的温度以上20〜40C,保温后缓慢冷却，在冷却过程中珠光体中的片层状渗碳体变为球状，从而降低了硬度。
③等温退火。
用以降低某些镍、铬含量较高的合金结构钢的高硬度，以进行切削加工。
一般先以较快速度冷却到奥氏体最不稳定的温度，保温适当时间，奥氏体转变为托氏体或索氏体，硬度即可降低。
④再结晶退火。
用以消除金属线材、薄板在冷拔、冷轧过程中的硬化现象（硬度升高、塑性下降）。
加热温度一般为钢开始形成奥氏体的温度以下50〜150C，只有这样才能消除加工硬化效应使金属软化。
⑤石墨化退火。
用以使含有大量渗碳体的铸铁变成塑性良好的可锻铸铁。
工艺操作是将铸件加热到950 C左右，保温一定时间后适当冷却使渗碳体分解形成团絮状石墨。
⑥扩散退火。
用以使合金铸件化学成分均匀化，提高其使用性能。
方法是在不发生熔化的前提下，将铸件加热到尽可能高的温度，并长时间保温，待合金中各种元素扩散趋于均匀分布后缓冷。
⑦去应力退火。
用以消除钢铁铸件和焊接件的内应力。
对于钢铁制品加热后开始形成奥氏体的温度以下100〜200C，保温后在空气中冷却，即可消除内应力。
金属加工与实训——基础常识与技能训练
金属加工与实训——基础常识与技能训练第一章金属热加工基础与技能第一节铸造成形一、铸造基础知识1.铸造方法分类铸造方法主要分为砂型铸造和特种铸造两类。
特种铸造是指砂型中生产铸件的铸造方法。
特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。
特种铸造包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、低压铸造、陶瓷型铸造、连续铸造和挤压铸造等。
2.铸造特点⑴铸造适应性广。
⑵铸造具有较好的经济性。
⑶铸件力学性能较低。
二、砂型铸造1.造型材料、造型工具及砂型组成⑴造型材料制造铸型用的材料称为造型材料造型材料主要包括型砂和芯砂。
型砂和芯砂主要由原砂（SiO2）、粘接剂（如粘土、膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、附加物（如煤粉或木屑等）、旧砂和水组成。
造型材料应具备一定的强度、可塑性、耐火性、透气性、退让性和溃散性等性能。
⑵造型工具铸造铸型用的工具称为造型工具。
造型工具有：沙箱、底板、舂砂锤、通气针、起模针、皮老虎、镘刀、秋叶、提钩、半圆等。
⑶砂型组成从砂型中取出模样后形成的空腔称为型腔。
上砂型与下砂型的分界面称为分型面。
型芯上的延伸部分称为芯头，用于安放和固定型芯。
2.造型方法用砂型及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，称为造型。
造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。
⑴手工造型。
全部用手或手动工具完成的造型工序称为手工造型。
①整体模造型。
整体模造型是将模样做成与零件形状相应的整体结构进行造型的方法。
整体模造型操作简便，不会产生错箱，适用于形状简单、横截面依次减少、最大截面在端部的铸件。
②分开模造型。
模型分开两半，造型时模型分别在上砂箱和下砂箱内进行造型的方法，称为分开模造型。
分开模造型操作简便，应用广泛，适用于生产形状复杂的铸件以及带孔的铸件，如套筒、阀体、管子、箱体等铸件。
③挖砂造型。
模型虽是整体的，但是铸件的分型面为曲面，为了能起出模型，造型时用手工挖去阻碍起模型砂的造型方法，称为挖砂造型。
挖砂造型适用于单件或小批量生产分型面不是平面的铸件，生产率低，对操作人员的技术要求较高。
三章钢的热处理
二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
1.奥氏体形核 2.奥氏体长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
亚（过）共析钢的A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。
影响A体转变速度的因素
❖加热温度越高和加热速度越快→ 转变快。 ❖C%↑ → Fe3 C多，界面多，形核多 → 转变 快。 ❖合金元素会提高A化速度或降低 A化速度。 ❖原始组织的影响→P片间距越小，界面越多， 片状比粒状相界面多，形核多 → 转变快
三、奥氏体晶粒的长大及影响因素
1.奥氏体的晶粒度
1）起始晶粒度 2）实际晶粒度 3）本质晶粒度
2、影响奥氏体晶粒长大的因素
1）加热温度、速度和保温时间
加热温度↑ ，保温时间↑ → 晶粒尺寸↑
2）化学成分
①C ② 合金元素
合金碳化物↑，Fe3C% ↑ → 晶粒尺寸↓
改善钢材性能的主要办法
1.合金化 2.钢的热处理 例：T8 ,在780℃保温，一个水冷62HRC,另一 个炉冷200HB≈15HRC。水冷马氏体 ，炉冷珠光体。
本章重点： 1.钢加热和冷却时的组织转变 2.C曲线 3.各种热处理工艺的原则和应用
第二节 钢加热时的组织转变
一、转变温度
临界温度
平衡时：A1 、 A3、 Acm 加热时：Ac1、 Ac3、 Accm 冷却时：Ar1、 Ar3、 Arcm
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3．分类
根据渗入元素的不同来分，化学热处理主要有渗碳、 渗氮、多元渗、渗铝、渗铬等渗非金属和渗金属两大类。 （1）渗碳、渗氮、碳氮共渗可提高零件的硬度、耐磨性和 疲劳强度。 （2）渗硼、渗铬可提高零件的耐磨性和耐腐蚀性。 （3）渗铝、渗硅可提高零件的耐热性和抗氧化性。 （4）渗硫是为了减小零件的摩擦系数。 其中渗碳是工业中最常用的，是齿轮、活塞以及销类 零件加工中的一道重要工序。
2．退火与正火的选用
正火与退火的主要区别在于冷却速度不同，正火冷却速度较快，得 到的组织细小，因而强度和硬度也较高。 （1）从改善钢的切削加工性能方面考虑。一般认为，钢的硬度在 20HBC 以下时具有良好的切削加工性能。 （2）从使用性能方面考虑。一些受力不大的零件，力学性能要求不高， 可用正火作为最后热处理，对某些大型或形状复杂的零件，当淬火有开 裂的危险时，可用正火代替淬火、回火处理。 （3）从经济性方面考虑。由于正火比退火生产周期短，操作简便，工 艺成本低。因此。在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能 用正火代替退火。
二、热处理的基本过程和原理
1．加热 2．保温 3．冷却
三、热处理的分类和应用
课目二 钢的普 三、淬火 四、回火
一、退火
1．退火的用途
通过退火处理可以达到以下目的。 （1）降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 （2）消除工件中的残余应力，防止工件变形和开裂。 （3）消除缺陷，改善组织，细化晶粒，提高钢的力学性能。 （4）消除冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工。 （5）改善或消除毛坯在铸、锻、焊时所造成的成分或组织不均匀， 以提高其工艺性能和使用性能。 （6）消除前一道工序（铸造、锻造、冷加工等）所产生的内应力， 为下道工序最终热处理（淬 火、回火）做好准备。
2．热处理的目的
热处理不仅可以改善工件的加工工艺性能，更重要的是可以改善 其使用性能，特别显著地提高其力学性能，并延长其使用寿命。达到 充分发挥材料潜力，提高产品质量，延长使用寿命的目的。 不同化学成分的材料可以具有不同的力学性能，而同一化学成分 的材料，由于有不同的内部组织，也可以具有不同的性能，通过不同 的热处理方法可以改变材料的内部组织。
2．常用的退火方法
二、正火
1．正火的用途
正火既可作为预备热处理工艺，为后续热处理工艺提供 适宜的组织状态，也可作为最终热处理工艺，使工作具备合 适的力学性能。 （1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火作为最 终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。 （2）对低、中碳素钢，可用正火作为预备热处理，以调整 硬度，改善切削加工性。
三、钢的化学热处理
1．工艺特点
化学热处理的工艺特点如下。 （1）既改变工件表面化学成分，又改变表面组织结构和 性能。 （2）表面与心部的成分不同、组织结构不同。 与表面热处理的不同之处是，化学热处理改变了工件表层 的化学成分。
2．目的
提高表面硬度、耐磨性，而使心部仍保持一定的强度 和良好的塑性、韧性。
课题三
钢的热处理
一
钢的热处理综述
二
刚的普通热处理
三
钢的表面热处理和化学热 处理
课目一 钢的热处理综述
一、热处理的概念和目的 二、热处理的基本过程和原理 三、热处理的分类和应用
一、热处理的概念和目的
1．热处理的概念
热处理就是使固态金属加热到一定温度，并在这个温度保持一定 时间（保温），然后以一定的冷却速度、方式冷却下来，从而改变金 属内部组织，获得预期性能的工艺过程。
四、回火
1．回火的目的
淬火后的钢铁工件处于高内应力状态，不能直接使用， 必须即时回火，否则会有断裂的危险。 回火主要有以下几个目的。 （1）减小和消除淬火时产生的应力和脆性，防止和减小 工件的变形和开裂。 （2）获得稳定组织，保证工件在使用中形状和尺寸不发 生改变。 （3）调整工件的内部组织，获得工件所要求的使用性能。
三、淬火
淬火的目的
淬火是使钢材强化和获得某些特殊使用性能的主要方法，主要目的 如下。 （1）提高钢的硬度及耐磨性。例如量具、模具、刀具等零件，通过淬 火可以大幅提高其硬度及耐磨性。这类零件淬火后一般要配合低温回火。 （2）提高钢的强韧性，即提高钢的硬度、强度的同时获得较高的塑韧 性。如机器中的大部分承载零件（变速箱花键轴、机床主轴、齿轮等）。 这类零件淬火后一般要配合高温回火。 （3）提高硬磁性，如用高碳钢和磁钢制的永久磁铁。 （4）提高零件的弹性，如各种弹簧。这类零件淬火后一般要配合中温 回火。 （5）提高钢的耐蚀性和耐热性，如不锈钢和耐热钢。
二、钢的表面淬火
1．工艺特点
表面淬火的工艺特点如下。 （1）不改变工件表面化学成分，只改变表面组织结构和性 能。 （2）表面与心部的成分一致，但组织结构不同。
2．适用材料
一般多适用于中碳钢、中碳合金钢，也少量用于工具钢、 球墨铸铁等。例如用40 钢、45 钢制作的机床齿轮齿面的强 化、主轴轴颈处的硬化等。
2．回火温度的选择和确定 （1）低温回火（温度低于250℃的回火）。 （2）中温回火（温度为350℃～ 500℃）。 （3）高温回火（回火温度大于500℃）。
课目三 钢的表面热处理和化学热处理
一、表面热处理的目的 二、钢的表面淬火 三、钢的化学热处理
一、表面热处理的目的
对于齿轮、传动轴等重要零件，通过表面热处理可 以提高零件的表面性能，使其具有高硬度、高耐磨和高 的疲劳强度。同时，又可以使零件心部具有足够高的塑 性和韧性。防止脆性断裂，从而使整个零件“表硬心 韧”。