热处理(有2个热处理组织照片)
热处理各个金相组
金相特征-贝氏体金相特征-贝氏体-2
下贝氏体：是黑色针状，有一定取向，比淬火马氏体易 腐蚀，极相似于回火马氏体。 下贝氏体组织特征：针 状铁素体内沉淀有碳化物，碳化物的取向与铁素体的长 轴成55～60° 轴成55～60°。 粒状贝氏体：在低中碳合金中，特别是连续冷却时( 粒状贝氏体：在低中碳合金中，特别是连续冷却时(如正 火、热扎空冷或焊接热影响区) 火、热扎空冷或焊接热影响区)往往出现这种组织，在等 温冷却时也可能形成。其形成温度在中温转变区的较高 温度。是由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。岛 状组织刚形成时为富碳奥氏体，随后的转变可以有三种 情况：分解为铁素体和碳化物；发生马氏体转变；仍然 保持为富碳的奥氏体。
奥氏体与铁素体
奥氏体 －碳与合金元素溶解在γ-fe中的固溶体， －碳与合金元素溶解在γ fe中的固溶体， 仍保持γ fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规 仍保持γ-fe的面心立方晶格。晶界比较直，呈规 则多边形；淬火钢中残余奥氏体分布在马氏体间 的空隙处 铁素体－碳与合金元素溶解在a fe中的固溶体。 铁素体－碳与合金元素溶解在a-fe中的固溶体。 亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑， 当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析 出。
回火屈氏体－碳化物和a-相的混合物 它由马氏体在350~500℃时中温回火形成。 其组织特征是铁素体基体内分布着极细小的 粒状碳化物，针状形态已逐渐消失，但仍隐 约可见，碳化物在光学显微镜下不能分辨， 仅观察到暗黑的组织，在电镜下才能清晰分 辨两相，可看出碳化物颗粒已明显长大。
回火索氏体
回火索氏体－ 以铁素体为基体，基体 上分布着均匀碳化物颗粒。 它由马氏体在500~650℃时高温回火 形成。 其组织特征是由等轴状铁素体和细粒 状碳化物构成的复相组织，马氏体片 的痕迹已消失，渗碳体的外形已较清 晰，但在光镜下也难分辨，在电镜下 可看到的渗碳体颗粒较大。
钢丝的热处理(第2版)
钢丝的热处理东北特钢集团大连钢丝制品公司徐效谦摘要：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。
关键词：钢丝、热处理、工艺、显微组织、临界点。
钢丝生产有3个环节；热处理、表面处理和冷加工，所有钢丝均以热轧盘条为原料，经过1个或几个循环，才生产出合格的成品，工艺流程如图1。
↓↓图1 钢丝生产流程图热处理是钢丝生产过程中的一个重要环节，热处理的目的有3个：获得均匀的成分和适于冷加工的组织；消除加工硬化和内应力，以便继续进行冷加工；获得需要的力学性能、工艺性能和物理性能。
钢丝热处理按工艺流程可分为：原料热处理、半成品热处理（又称中间热处理）和成品热处理；按热处理效果可分为：软化处理、球化处理和强韧化处理。
不同种类的钢丝为达到软化、球化和强韧化的效果，往往采用不同的热处理方法。
众所周知，钢铁材料的性能取决于内部组织结构，组织结构取决于成分、冶炼、热加工、冷加工，特别是热处理工艺。
要选择合理、高效、经济的热处理工艺，必须了解材料性能与组织结构、显微组织与热处理工艺之间的关系，以及显微组织的种类和热处理的基本原理。
1 热处理基本原理1钢铁材料可以通过热处理改变性能是基于材料的两项基础特性：所有金属材料都是结晶体，并且具有多种晶体结构。
以铁为例，铁的晶格有体心立方（δ铁和α铁）和面心立方（γ铁）两种结构，如图2。
图2 铁的晶格结构2(a) 体心立方晶格；(b) 面心立方晶格；在铁凝固（≤1538℃）过程中首先形成具有体心立方晶格的δ铁，在1394℃～912℃区间转变为具有面心立方晶格的γ铁，912℃以下又转变为体心立方晶格的α铁。
其次，所有的钢铁材料都是两种以上元素组成的合金，即所有的钢铁材料都可以看成是由溶质和溶剂组成的两类固溶体之一：间隙固溶体或置换固溶体，溶质原子挤进基体（溶剂）金属晶格中间形成的固溶体叫间隙固溶体；溶质原子取代基体（溶剂）金属晶格中的溶剂原子形成的固溶体叫置换固溶体。
做热处理的人都要知道的金相组织图
做热处理的人都要知道的金相组织图搞热处理和材料这么多年，下面这15个金相组织搞不清楚，等于白混了！！1.奥氏体定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
2.铁素体定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
3.渗碳体定义：碳与铁形成的一种化合物特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。
•在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状•过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状•铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状4.珠光体定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
•在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
•在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
钢的热处理
钢的热处理热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能﹑提高加工质量﹑减小刀具磨损。
钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。
热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
退火与正火一、退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然後缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。
退火的主要目的是：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以後的热处理作准备。
（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。
常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。
（1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3以上30～50℃），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。
在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。
完全退火主要用於中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用於焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AC CM以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。
（2）球化退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，以不大於50℃/H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。
球化退火适用於共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。
这些钢在锻造加工後进行球化退火，一方面有利於切削加工，同时为最後的淬火处理作好组织准备。
热处理知识
热处理热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。
基本简介热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。
发展简史在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。
与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体（诸如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热曾有一系列专利。
1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。
热处理工(技师、高级技师)第一章
第一节 金属材料验收标准
2.金属材料内部组织缺陷的检验方法
金属材料的内部组织缺陷除了以上4种外，还有气泡、裂纹、分层、 白点等也是常见的内部组织缺陷。 (1)宏观检验 是利用肉眼或10倍以下的低倍放大镜观察金属材料内 部组织及缺陷的检验，常用的方法有：断口检验、低倍检验、塔形车 削发纹检验及硫印试验等。 1)断口检验：是根据材料的断口来检查材料在冶炼或加工过程中所引 起的缺陷，如气泡、缩孔残余、夹渣、分层、裂纹、粗大晶粒及白点 等。
第二节
锻造余热淬火、形变热处理、非调质钢 的热处理知识
表1-5 某些钢的低温形变淬火与普通淬火的力学性能对比
第二节
锻造余热淬火、形变热处理、非调质钢 的热处理知识
表1-5 某些钢的低温形变淬火与普通淬火的力学性能对比
第二节 锻造余热淬火、形变热处理、非调质钢 的热处理知识
图1-2 不同材料经低温形变淬火后的强度变化
第一节 金属材料验收标准
折叠是指金属在热轧过程中（或锻造）形成的一种表面缺陷，表面互 相折合的双金属层呈直线或曲线状重合。
12.麻点
麻点是指金属材料表面凹凸不平的粗糙面。
13.皮下气泡
金属材料的表面呈现无规律分布的大小不等、形状不同、周围圆滑的 小凸起，破裂的凸起泡呈鸡爪形裂口或舌状结疤，叫做气泡。
3.成箱(桶)包装
第一节 金属材料验收标准
适用于精度等级较高、防腐蚀以及小、薄产品，如马口铁、硅钢片、 镁锭和硬质合金刀头等，须采用中性防潮纸、塑料薄膜或包装布依次 包裹后，再成箱包装。
4.成轴包装
适用于线材、钢丝绳、钢绞线等包装。
第一节 金属材料验收标准
二、标志检验
1.涂色
是把用来表示金属材料种类、牌号颜色的油漆涂在材料的表面或末端 表面上，主要用于钢材、生铁、有色金属原材料等。
热处理知识介绍课堂PPT
六、影响钢材氧化、脱碳的几大因素
加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或 气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应 生成氧化物膜的现象称为氧化。
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的 氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低 了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬 度、疲劳强度及耐磨性降低 。
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脱碳+粗晶案例
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脱碳+粗晶案例
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脱碳+粗晶案例
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影响钢材氧化、脱碳因素
主要因素为：热处理炉中混有氧气、二氧化碳、 水蒸气等气体。
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对策
所以要使线材在加热时少产生氧化、脱碳， 1.需降低炉内H2O、O2、CO2。 2.减少炉内产生氧化：2Fe＋O2→2FeO
Fe＋H2O→FeO＋H2 FeC＋CO2→Fe＋2CO 还原： FeO＋H2→Fe＋H2O
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球化退火应用
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢，如碳 素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经 轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体 与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切 削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开 裂。
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球化退火应用
而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中 的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体 上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切 削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易 长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对 于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等） 的亚共析钢有时也可采用球化退火。
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热处理分类——正火
正火是将钢材或钢件加热到A3（或Acm）以 上适当温度，保温适当时间后再空气中冷却， 得到珠光体类组织的热处理工艺。
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热处理
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第五章 钢的热
图7
机电职业技术学院
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（三）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能
1.珠光体转变（高温转变）在A1线至550℃，转变 产物为铁素体与渗碳体片层相间的珠光体型组织。其 中在A1-650℃为粗片状珠光体，硬度在17-23HRC。 650℃-600℃为较细片状珠光体，亦称索氏体，硬度在 23-32HRC。 600℃-550℃为极细片状珠光体，亦称托 氏体，硬度在33-40HRC。层片越细，强度、硬度越高、 塑性韧性越好。 2.贝氏体转变（中温转变）在550℃-Ms温度范围 内，得到过量碳浓度的铁素体和微小的渗碳体混合物。 在550℃-350℃，得到羽毛状的上贝氏体，硬度较高 40-45HRC，强度较低、塑性韧性较差。在350℃-Ms， 得到黑色针状的下贝氏体，硬度高45-55HRC，强度较 高、塑性韧性较好。
亚共析钢 • 加热到Ac1以上时，P向A转变，此时组织为F＋ A继续升温，F向A转变，超过Ac3时，F消失，组织 为细而单一A。 过共析钢 13 • 转变情况与上述相似，只是晶粒较粗大。
一、钢的奥氏体化
为使钢热处理获得所需的性能，将钢加热到临界 温度以上，使室温组织转变为均匀的奥氏体的过程。 （一）奥氏体晶核形成和长大。首先在铁素体和渗 碳体的晶界上出现奥氏体晶核，因为相界面的原子排 列紊乱，处于不稳定状态，晶体缺陷较多，易于形核。 通过铁、碳原子扩散，使渗碳体不断溶解和铁素 体晶格改组为奥氏体的面心立方晶格。 （二）残余渗碳体的溶解。 铁素体先全部消失，残 余渗碳体继续向奥氏体溶解，直到全部消失为止； （三）奥氏体均匀化。 残余渗碳体溶解完后，碳的 浓度并不均匀，在原来渗碳体的地方碳含量高，铁素 体处低，保温一定时间，碳原子扩散，得到均匀的奥 氏体组织。
钢的热处理与组织
第一章钢的热处理组织与性能1 概述热处理之所以能使钢的性能发生巨大的变化，主要是由于钢制工件在适当的介质中，经不同的加热与冷却过程，使刚的内部组织发生了变化，化学热处理还改变钢件表层的化学成分，使其表面和基体具有不同的组织，获得所需表里不一的性能。
1.1 钢加热时的组织转变在进行退火、正火和淬火等热处理时，一般将钢加热到临界温度以上，以获得奥氏体。
加热时形成的奥氏体对冷却转变过程，以及冷却时转变产物的组织、性能有显著影响。
奥氏体的形成过程以共析钢为例，加热至AC1以上，钢中珠光体向奥氏体转变，包括以下四个阶段：（如图1—1）1）形核：在温度AC1以上珠光体不稳定。
在铁素体和渗碳体界面上碳浓度不均匀，原子排列不规则从浓度和机构上为奥氏体晶核的形成提供了有利条件，因此优先在界面上形成奥氏体晶核。
2）长大：奥氏体形核后的长大依靠铁素体继续转变为奥氏体和渗碳体的不断溶解。
前者比后者快，所以转变基本完成后仍有部分剩余奥氏体未溶解。
3）剩余渗碳体的溶解：随着时间延长，剩余渗碳体不断溶入奥氏体中。
4）奥氏体的均匀化：渗碳体溶解后，奥氏体中碳浓度不均匀，需要通过碳原子扩散获得均匀的奥氏体。
对亚共析钢和过共析钢而言，温度刚超过AC1只能使珠光体转变为奥氏体，只有在AC1或Acm以上保温足够时间，才能使先共析铁素体或先共析渗碳体完全溶入奥氏体中，获得单项奥氏体组织。
1.2 过冷奥氏体的转变冷至临界温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体。
它的分解是一个点阵重构和碳原子扩散再分配的过程。
过冷奥氏体转变分为三种基本类型：珠光体转变（扩散型），贝氏体转变（过渡型），马氏体转变（无扩散型）。
过冷奥氏体等温转变曲线(C—曲线或TTT图)过冷奥氏体等温转变曲线形如拉丁字母中的“C”，故称为C-曲线，亦称TTT（Time Temperature Transformation）图，如图1-2所示。
共析钢C-曲线如图1-2所示，图中最上面的一根水平虚线为钢的临界点A1，下方的一根水平线Ms为马氏体转变开始温度，另一根水平线M f为马氏体转变终了温度。
热处理的分类及特点
热处理的分类及特点热处理工艺按其工序位置可分为预备热处理和最终热处理。
预备热处理可以改善材料的加工工艺性能，为后续工序作好组织和性能的准备。
最终热处理可以提高金属材料的使用性能，充分发挥其性能潜力。
热处理的分类如下图：1.单液淬火工件加热到淬火温度后，浸入一种淬火介质中，直到工件冷至室温为止此法优点是操作简便，缺点是易使工件产生较大内应力，发生变形，甚至开裂适用于形状简单的工件，对于碳钢工件，直径大于5mm的在水中冷却，直径小于5mm的可以在油中冷却，合金钢工件大都在油中冷却双液淬火加热后的工件先放在水中淬火，冷却至接近Ms点(300一200℃)时，从水中取出立即转到油中(或甚至放在空气中)冷却利用冷却速度不同的两种介质，先快冷躲过奥氏体最不稳定的温度区间(650一550℃)，至接近发生马氏体转变(钢在发生体积变化)时再缓冷，以减小内应力和变形开裂倾向主要适用于碳钢制成的中型零件和由合金钢制成的大型零件分级淬火工件加热到淬火温度，保温后，取出置于温度略高(也可稍低)于Ms点的淬火冷却剂(盐浴或碱浴)中停留一定时问，待表里温度基本一致时，再取出置于空气中冷却1．减小了表里温差，降低了热应力2．马氏体转变主要是在空气中进行，降低了组织应力，所以工件的变形与开裂倾向小3．便于热校直4．比双液淬火容易操作此法多用于形状复杂、小尺寸的碳钢和合金钢工件，如各种刀具。
对于淬透性较低的碳素钢工件，其直径或厚度应小于lomm等温淬火工件加热到淬火温度后，浸入一种温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温足够的时间，使其发生下贝氏体转变后在空气中冷却与其他淬火比1．淬火后得到下贝氏体组织，在相同硬度情况下强度和冲击韧度高2．一般工件淬火后可以不经回火直接使用，所以也无回火脆性问题，对于要求性能较高的工件，仍需回火3．下贝氏体质量体积比马氏体小，减小了内应力与变形、开裂1．由于变形很小，因而很适合于处理—‘些精密的结构零件，如冷冲模、轴承、精密齿轮等2．由于组织结构均匀，内应力很小，显微和超显微裂纹产生的可能性小，因而用于处理各种弹簧，可以大大提高其疲劳抗力3．特别对于有显著的第一类回火脆性的钢，等温淬火优越性更大4．受等温槽冷却速度限制，工件尺寸不能过大5．球墨铸铁件也常用等温淬火以获得高的综合力学性能，一般合金球铁零件等温淬火有效厚度可达100mm或更高喷雾淬火工件加热到淬火温度后，将压缩空气通过喷嘴使冷却水雾化后喷到工件上进行冷却可通过调节水及空气的流量来任意调节冷却速度，在高温区实现快冷，在低温区实现缓冷。
热处理
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu 强 弱
③ ④
原始组织 新工艺
2．影响奥氏体晶粒大小的因素
（1）加热温度和保温时间 加热温度增加,加热时间延长，奥氏体晶粒会自发地长大。
（2）钢的成分 奥氏体中碳含量的增加，晶粒的长大倾向也增加； 锰和磷促进奥氏体晶粒长大 碳以未溶碳化物的形式存在时，则有阻碍晶粒长大的作用。 钢中能形成稳定碳化物、氧化物或氮化物的元素，有利于获得 细晶粒
两种奥氏体晶粒长大倾向的示意图
钢在加热时的转变
三、奥氏体晶粒的长大及控制
奥氏体晶粒度的概念
①
起始晶粒度
实际晶粒度 本质晶粒度
本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢
②
③
1～4
5～8
钢在加热时的转变
影响奥氏体晶粒度的因素
（控制奥氏体晶粒大小的措施）
① ②
TA、tA 成分
C：两方面的影响 Me：除Mn、P，均阻碍A长大
1．珠光体型转变
温度：A1-550℃ 转变过程：
钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体等温转变（共析钢）
珠光体转变（高温转变）
温度范围：A1 ～550（Ar1 ～550℃） 转变特征：扩散型转变 转变过程： （A
珠光体转变
P）
贫碳区
富碳区
钢在冷却时的转变
珠光体转变（高温转变）
转变产物：P（片层状 F 和 Fe3C 的机械混合物）
1 概述
定义：钢的热处理(heat
treatment)是指将钢在固 态下采用适当的方式进行 加热(heating)、保温和冷 却(cooling)，通过改变钢 的内部组织结构而获得所 需性能的工艺方法。 三个阶段：钢的热处理工 艺都包括加热、保温和冷 却。 热处理工艺曲线： 温度— —时间曲线
碳钢热处理后的组织(金相分析)
碳钢热处理后的组织(金相分析)碳钢热处理后的组织（金相分析）发布时间：2009-5-30 13:46:34 关闭该页一、概述碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。
1、共析钢等温冷却时的显微组织共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图1）来分析。
例如共析钢奥氏体，在慢冷时体。
当冷却速度为v4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图3）；当冷却速度v5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图6，图7）。
过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。
4、各组织的显微特征（1）索氏体（s）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。
（2）托氏体（T）也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图3）；图3 托氏体＋马氏体图4 上贝氏体＋马氏体（3）贝氏体（B）为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。
在显微形态上，主要有三种形态：A、上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
热处理工艺(热处理组织)
93° 90°
3.3 热处理组织
■渗碳体
渗碳体（cementite）是铁与碳形成的金属化合物，其化学式为 Fe3C。渗碳体的含碳量为ωc=6.69%，熔点为1227℃。其晶格为复 杂的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韧性几乎为零，脆性很 大。渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色。
碳量越高残余奥氏体的数量越多。残余奥氏体的存在使钢的性
能变环，如使弹性极限下降，零件的尺寸不稳定等。
3.2 热处理组织
珠光体
珠光体是铁素体和渗碳体一者组成的机械混合物用 符号"P"表示。碳素钢中珠光体组织的平均碳含量约为 0.77% 。它的力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即 其强度、硬度比铁素体显著增高，塑性、韧性比铁素 体要差，但比渗碳体要好得多。 珠光体是由奥氏体发生共析转变同时析出的，铁素体 与渗碳体片层相间的组织， 是铁碳合金中最基本的五 种组织之一， 代号为P。
纯铁(﹤0.0218%C）
■Fe-Fe3C 合金相图
钢材按金相组织分类：
钢（0.0218%～2.11%C）
亚共析钢（ 0.0218%～ 0.77%C）
共析钢（0.77%C）
过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）
白口铸铁（2.11%~6.69%C） 亚共晶白口铁（2.11~4.3%C） 共晶白口铁（4.3%C） 过共晶白口（4.3%~6.69%C ）
回火托氏体
回火屈氏体（tempered troostite）回火温度为350~500 摄氏度，由马氏体在低于珠光体形成温度时分解而得到铁 素体基体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织，叫 做回火屈氏体，也叫极细珠光体。即碳化物和a-相的混合 物。淬火马氏体经中温回火(300℃～500℃)后，马氏体中 过饱和的碳大部或全部脱溶，析出的碳化物开始聚集长大 和球化，基体马氏体已开始回复，这种组织叫屈氏体，又 称二次屈氏体。
钢的渗碳热处理ppt
四、 渗碳层成分、组织和厚度
低碳钢渗碳后，表层含碳量可达过共析成分，由表往里碳浓度逐渐 降低，直至渗碳钢的原始成分。 渗碳件缓冷后，表层组织为珠光体加二次渗碳体；心部为铁素体加 少量珠光体组织；两者之间为过渡层，越靠近表层铁素体越少 。 一般规定，从表面到过渡层一半处的厚度为渗碳层的厚度。
一、渗碳的目的和应用范围
定义 渗碳：将钢件置于具有足够碳势的介质中加热到奥氏体状态 并保温，使其表层形成一个富碳层的热处理工艺。 碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既不增碳 也不脱碳并与炉气保持平衡时的表面含碳量。 主要目的：是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度，同 时保持心部具有一定强度和良好的塑性与韧性。 应用范围：在机器制造业中，有许多重要零件，如汽车变速 箱齿轮、活塞销、摩擦片等。可以渗碳的钢一般是碳的质量 分数为0.12%-0.25%的低碳钢或低碳合金钢如20、20Cr、 20CrMnTi、20CrMnMo、18Cr2Ni4W等。
图5 渗碳件常用的淬火方法
a)预冷直接淬火
b) 一次淬火法
c) 二次淬火法
①预冷直接淬火 对于碳钢，预冷温度应在Ar1～Ar3之间。对于多数合金钢， 通常预冷温度在820～850℃之间。
②一次加热淬火 一般合金渗碳钢，常采用稍高于Ac3的温度（820～860℃） 加热淬火。
③二次加热淬火 第一次淬火的加热温度应高于心部的Ac3温度，第二次淬火 主要是为细化表层组织，温度选择稍高于表层的Ac1。
802.6 t d
10(3720 / T )
d—渗层深度(mm)；t—渗碳时间(h)；T—渗碳温度(K)
（三）渗碳工艺参数的综合选择
①升温阶段 工件达到渗碳温度前的一段时间，用较低的碳势； ②高速渗碳阶段 正常温度或更高温度下，用高于所需表面碳含量的碳势， 时间较长； ③扩散阶段 工件降到或维持在正常渗碳温度下碳势降到所需表面碳含量， 时间较短； ④预冷阶段 使温度降低到淬火温度，便于直接淬火。
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温度/℃ Ac1
200℃ 空冷
500～650℃
Q Fe
P
S
C%→
时间/s
2、正火 (1)目的：细化晶粒，提高低碳钢、低碳低合金钢硬度 (140～190HBS)，改善切削加工性； 消除过共析钢二次网状渗碳体，有利于球化退 火的进行。 (2)工艺： 加热到Ac3(或Accm)+30～50℃，完全A化后，
③稳定工件尺寸
淬火M和A残不稳定，有自发向平衡组织转变的倾向
(2)钢在回火时的转变 共析钢为例 淬火组织：M+A残 随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。 ①M分解(200℃以下) a.T℃＜80℃ M中碳原子偏聚，组织无变化 b.80～200℃ M开始分解，析出亚稳定的ε-碳化物。 硬度变化不大；内应力减小 组织： 过饱和α固溶体+ε-碳化物，
b.工件表面与心部温差较大；
工艺操作困难。
应用：形状中等复杂的高碳钢小件和尺寸较大的合金钢 零件。
应用：适用于尺寸较小，要求变形小、尺寸精度高的工 件，如刀具、量具等。 ④等温淬火 将A化钢件快冷到B转变温度区间等温保持，使
A→B下后，取出空冷。
特点：淬火应力与变形极小， 有较高的塑性和韧性。 应用： 常用来处理形状复杂、尺
C%→ 时间/s 温度/℃
1100℃左右 保温10～15h
Ac3
350℃ 空冷
Q
Fe
(5)去应力退火
①目的：消除残余内应力，提高工件尺寸稳定性，
防止变形和开裂。(不发生组织的转变) ②工艺：工件随炉缓慢加热到Ac1-(100～200)℃保温， 随炉缓慢冷却至200℃出炉 ③应用：铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件
在静止的空气中冷却。
G P
A
温度/℃
Ac3(Ac1)+30～50℃
Ac3（Ac1）
空冷 时间/s织： 伪共析组织 C%=0.6%～1.4%，伪共析的P或索氏体S。 C%＜0.6%，S+有少量的F。 (4)优点(与退火比) 力学性能高 操作方便 生产周期短、耗能少
退火组织
正火组织
(5)应用 a.改善低碳钢的切削加工性能 b.中碳结构钢件的预备热处理 c.普通结构零件的最终热处理
d.消除过共析钢的网状碳化物
e.用于某些碳钢、低合金钢的淬火返修件 注：不适于高合金钢(C曲线右移，空气中也能淬火)
3、钢的淬火 淬火—将钢加热到Ac3或Acl以上，保持一定时间后以适
当速度冷却，获得马氏体和(或)贝氏体组织。 (1)钢的淬火工艺 ①淬火加热温度
用淬硬性低的低碳、低合金钢。
4、回火 回火—钢件淬硬后加热到Ac1以下某一温度，保温一定 时间然后冷却到室温的热处理工艺。 未淬火的钢回火无意义。钢淬火后应立即进行回火。 (1)目的 ①降低脆性、消除或降低残余应力，防止工件变形开裂 ②赋予工件所要求的力学性能。
(淬火钢硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性)
ⅰ)合金元素 除Co外，大多数溶于A的合金，使钢的 淬透性↑(C曲线右移)。
ⅱ)含碳量 共析钢淬透性最好
︱C%-0.77%︱↑ ⅲ)A化温度 高 淬透性↓
淬透性↑
原因：A晶粒长大，成分均匀化 ⅳ)钢中未溶第二相 未溶第二相越多
C曲线右移，v ↓
k
A稳定性↑，
A越易分解，淬透性↓
原因：未溶第二相成为A分解的非自发形核核心
应用：用于形状简单、硬度要求较高而均匀、表面要
求光洁、变形要求不严格的碳钢零件。螺钉、销、垫圈
ⅲ )油
V冷小 650～500℃V冷小，对防止过冷A的分解不利。
特点：300～200℃V冷＜水，零件淬火应力大大降低。 应用：过冷A较稳定的合金钢或尺寸较小的碳钢件。 ①单液淬火法 特点： a.操作简单、易实现机械化和自动化 b.易造成淬火内应力(工件表面与心部温差大) 应用：适用于形状简单的工件。
整体 热处理
退火；正火； 淬火；回火； 感应加热淬火 表面淬火 火焰加热淬火 化学 热处理
热处理
表面 热处理
渗碳；渗氮；
碳氮共渗；
(2)按零件在生产中工艺流程的位臵和作用不同 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或 进一步热处理作准备的热处理。 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理。
温度/℃ 温度/℃
G P
A
Ac3+30～50℃
Q Fe
S
C%→
A→P
Ac3 Ar1
Ac1+20～40℃
Ac1 Ar1
空冷
空冷
时间/s
时间/s
⑶球化退火 将钢中渗碳体球状化的退火工艺 ①目的：降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能； 获得均匀组织，改善热处理工艺性能，为以后 的淬火作组织准备。 ②工艺： Ac1±(10～20)℃保温， 等温冷却或缓慢冷却，
淬透层越薄，性能越差
合金元素含量高，钢的尺寸效应则不明显。
影响因素：马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好
合金元素对淬硬性无显著影响。 注意﹡ 淬硬性≠淬透性。
淬硬性的应用 ⅰ)高硬度、高耐磨性的各种工、模具，可选用淬硬性
高的高碳、高合金钢； ⅱ)综合力学性能要求高的机械零件，可选用淬硬性中
等的中碳及中碳合金钢； ⅲ)要求高塑性、韧性的焊接件及其它机械零件，应选
温度
(2)淬火方法
可弥补介质的不足
A1
Ms Mf
单液
0
时间
c.水淬易变形和裂纹；油淬易硬度不足或硬度不均匀
a.冷却条件理想 既防止A→M发生中途分解，又
防止淬火变形、开裂(M相变在缓
冷的介质中进行)
温度
②双液淬火法 将A化后的工件在水中冷却到接近Ms时，立即取出 放入油中冷却。 A1 特点：
Ms Mf 0 单液 双液 时间
(3)钢的淬透性 淬透性—钢在淬火时获得M的能力
①指标
有效淬透层深度—工件表面至半M的深度
钢的淬透性≠实际工件淬硬(透)层深度 淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、 冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷
却能力强，淬硬层深。
②影响淬透性因素：vk vk愈小，A愈稳定 淬透性好
需十几个小时甚至几天。
⑵等温退火 ①工艺：亚共析Ac3+30～50℃； 共、过共析Ac1+20～40℃ 保温后快冷到Ar1以下某一温度下等温保温，使过冷A 转变为P体， 相变完成后空冷至室温。 ②特点：转变易控制，能获得均匀的预期组织； 大大缩短合金钢(A较稳定)的退火时间。 ③应用：A较稳定的合金钢
A
A1
Ms Mf
1 10
vk
102 103 时间(s)
0
b.常用淬火介质 ⅰ)水 价廉 冷却能力较强 特点： 650～500℃(“鼻子”附近)，冷却能力不够。 300～200℃(M区)不够缓冷。 应用：只适于尺寸较小、形状简单的碳钢零件淬火。 ⅱ)盐水 5%～15%的盐水溶液 特点： 650～500℃冷却能力远大于水，且件Ra低。 300～200℃冷却能力也大于水，工件易产生变 形，甚至开裂。
600℃空冷。
温度/℃
G P Fe
A S
Ac1±10～20℃
Ac1 Ar1
Q
空冷
空冷
C%→
时间/s
球化退火前原始组织中不允许有网状Fe3CⅡ存在， 否则球化效果不好(难以将网状碳化物熔断、球化)。 如有，应先进行正火，以消除网状Fe3CⅡ。 ③退火组织：球状P(F+颗粒状渗碳体)。 ④应用：共析和过共析成分的碳钢和合金钢锻、轧件。
G A S
C%→
a.亚共析钢 Ac3+30～50℃ P 预备热处理组织：退火或正火组织。 Q 温度过低(＜Ac3)：淬火组织中有F残。 Fe 氧化脱碳严重；
温度过高：A晶粒粗化，M粗大，使钢的脆性增大；
淬火应力增大，易产生变形和开裂。 淬火组织：细小而均匀的M。
b.共析钢、过共析钢
Ac1+30～50℃
(4)均匀化退火(扩散退火) ①目的：减轻化学成分偏析和组织不均匀性。 ②工艺： Ac3+150～200℃(温度高) ，保温10～15h， 随炉缓冷到350℃， 出炉空冷。 ③退火组织：粗大过热平衡组织 退火后需进行一次完全退火或正火来细化晶粒
④应用：质量要求高的合金钢铸锭、铸件或锻件
G P A S
即回火马氏体(M回)
保留淬火M形态
②A残转变(200～300℃)
M进一步分解；A残→B下。
钢的硬度基本不变，ReL略↑，应力进一步↓。
组织：回火马氏体(M回)+ B下 ③回火托氏体(T回)的形成(300～400℃)
α固溶体→F；ε-碳化物→细球状渗碳体，并与α-固 溶体失去共格关系 淬火应力大部分消除，钢的
G A
Q
Fe
P
S
C%→
c.合金钢
Ac1(Ac3)+50～100℃
提高淬火温度有利于合金元素在A中充分溶解和均匀化。 ②淬火介质 a.理想淬火冷却速度 得到M；避免零件的变形和开裂
温度(℃) 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100
ⅰ)淬火冷却速度必须大于vk ⅱ)“鼻子”附近快冷； “鼻子”上方，在不出现P 前提下，尽量缓冷，以降 低零件的热应力； “鼻子”下方M转变区， 应缓冷，减缓相变应力。 此介质不存在。
④淬透性的应用 a.根据零件不同的工作条件合理确定钢的淬透性要求
截面较大、形状复杂及受力情况特殊的重要零件，
用淬透性高的钢。如拉杆、锻模、锤杆等。 受扭转或弯曲载荷的零件，用淬透性较低的钢。如 轴类、齿轮等。 焊接件，不宜选用淬透性高的钢，否则工件变形、 开裂。 b.考虑钢材的“尺寸效应”
尺寸效应：随件尺寸增大而热处理强化效果减弱的现象 尺寸越大，淬火时V冷越慢 c.合理的加工工序 淬透层浅的大尺寸工件应在淬火前先切削加工 (3)钢的淬硬性 淬硬性—钢在淬火后所能达到的最高硬度。