ch2-4钢的热处理
机械基础4-2钢的热处理
四、淬火 将钢加热到适当温度，保持一定时间， 然后快速冷却的热处理工艺。 冷却方式： 水（盐水）冷淬火 油冷淬火 目的：提高钢的硬度、强度和耐磨性 备注：钢淬火后必须适当回火处理，才能 获得理想的力学性能。
1、淬硬性 是指钢经淬火后能达到的最高硬度。主 要取决于钢中的含碳量，碳含量越高，获 得硬度越高。 2、淬透性 是指钢经淬火后获得淬硬层深度的能力， 淬透性越好，淬硬层越厚。主要取决于钢 的化学成份和冷却方式。 合金钢的淬透性比碳素钢好。
3、高温回火（500 ℃ -650 ℃ ） 获得硬度、强度、韧性、塑性，有较好 综合力学性能。 淬火加高温回火的热处理方式称为调质。 用于螺栓、连杆、齿轮、曲轴等。
六、表面热处理 1、表面淬火 仅对工件的表面层进行淬火，而心部 仍保持未淬火状态。 目的：使工件表面具有高硬度、耐磨 性，而心部具有足够的塑性和韧性。 常用：
退火分类：
均匀化退火 完全退火 球化退火 等温退火 去应力退火
二、正火 将钢加热到适当的温度（ 727℃到912℃ 之间），保持一定时间后出炉空冷的热处理工 艺。 目的：细化组织、提高硬度，改善切削加 工性。
正火与退火相比，钢在正火后的强度和硬 度高于退火，操作简单，生产周期短，成本低， 在可能的条件下宜用正火代替退火。
淬火按照工艺分：
单液淬火 双介质淬火 马氏体分级淬火（减小应力） 贝氏体等温淬火（提高强度）
五、回火 将淬定时间，然后空冷到室温的 热处理工艺。 淬火钢必须及时回火。回火的目的是 减少或消除工件淬火时产生的内应力。回 火是热处理的最后一道工序。
按照不同回火温度分： 1、低温回火（150 ℃ -250℃） 降低淬火应力，提高韧性，并保持高硬 度和耐磨性。 用于高碳工具钢和合金钢、模具钢。 2、中温回火（250 ℃ -500 ℃ ） 使淬火钢件具有高的弹性极限、屈服强度 和适当的韧性。 用于弹簧钢和热锻模具
实验三、四 钢的热处理.
实验三、四钢的热处理一、实验目的1．了解钢的普通热处理（退火、正火、淬火、回火）的工艺方法和操作规程。
掌握各种成分的碳钢加热规范的选定原则。
2．研究热处理的冷却速度对钢的组织和性能的影响。
了解回火温度对淬火钢的组织和性能的影响。
3．了解各种热处理设备的结构和使用方法。
二、实验概述钢的热处理是指将钢在固态下施以不同的加热、保温与冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。
普通热处理有退火、正火、淬火及回火等。
（一）碳钢热处理工艺1．加热温度2．碳钢普通热处理的加热温度，原则上可按表3-1选定。
但生产中，应根据工件实际尾部作适当调整。
表3-1 碳钢普通热处理的加热温度热处理加热温度不能过高，否则会使工件的晶粒粗大、氧化、脱碳严重，变形、开裂倾向增加。
但加热温度过低，也达不到要求。
2．加热时间热处理的加热时间(包括升温与保温时间)与钢的成分、原始组织、工件的尺寸与形状、使用表3-2常用碳钢的相变温度及本次试验工艺参数在实验室中，通常按工件有效厚度，用下列经验公式计算加热时间：式中t——加热时间(min)；α——加热系数(min／mm)；D——工件有效厚度(mm)。
当碳钢工件的有效厚度D≤50mm，在800～960℃箱式电阻加热炉中加热时，α=1～1.2(min ／mm)。
回火的保温时间，要保证工件穿透加热，并使组织充分譬变。
组织转变时间一般不大于0.5 h，但穿透加热时问则随回火温度、工件有效厚度、一装炉量及加热方式而异。
生产中，一般为l～3 h。
由于实验所用试样较小，故可用0.5h。
3．冷却方法钢退火一般采用随炉冷却到600℃以下再出炉空冷。
正火采用空气中冷却。
淬火时，钢在过冷奥氏体最不稳定的范围内〔650～500℃〕的冷却速度应大于马氏体临界冷却速度，以保证工件不转变为珠光体型组织；而在Ms附近的冷却速度应尽可能低，以降低淬火内应力，减少工件变形与开裂。
因此，淬火时除了要选用合适的淬火冷却介质外，还应改进淬火方法。
gc02-4钢的热处理
(a) 光学显微照片 500倍 (b) 电子显微照片 12000倍 倍 倍 下贝氏体形态
奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转 下贝氏体硬度高，韧性好， 下贝氏体硬度高，韧性好，具有较好的 铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。 变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。 强韧性。 强韧性。
2. 亚共析钢过冷奥氏体的等温转变 转变曲线多一条过冷奥氏体转变为铁素体的 转变开始线。亚共析钢随着碳含量的增加， 转变开始线。亚共析钢随着碳含量的增加，C曲 线位置往右移， 线住下移。 线位置往右移，同时Ms、Mf线住下移。
二、影响奥氏体转变速度的因素 1. 加热温度 随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 2. 加热速度 加热速度越快，发生转变的温度越高， 加热速度越快，发生转变的温度越高，转 3. 钢中碳含量 变所需的时间越短。 变所需的时间越短。 碳含量增加， 碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界面 4. 合金元素 增大，转变速度加快。 增大，转变速度加快。 镍等加快奥氏体化过程； 钴、镍等加快奥氏体化过程； 5. 原始组织 铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程； 钒等减慢奥氏体化过程； 原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成 锰等不影响奥氏体化过程。 硅 ，渗碳体间距越小，转变速度越快 速度快，铝、锰等不影响奥氏体化过程。 。 速度快、 渗碳体间距越小，转变速度越快。 合金元素的扩散速度比碳慢得多， 合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢 的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。 的热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
上贝氏体强度、韧性都较差。 上贝氏体强度、韧性都较差。
下贝氏体( ℃～ 下贝氏体(下B) 在350 ℃～Ms之间转变 产物。光学显微镜下为黑色针状, 产物。光学显微镜下为黑色针状, 电子显微 镜下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着 细小的碳化物(Fe C)颗粒 颗粒。 细小的碳化物(Fe2.4C)颗粒。
4 钢的热处理
图5-23
淬火方法
单液淬火法 双液淬火法 马氏体分级淬火法 贝氏体等温淬火法
各种淬火方法示意图
温 度
A1
Ms
淬火
淬火
图5-24
淬火
淬火
3.钢的淬透性、淬硬性 3.
淬透性:表示的是钢在淬火时所能得到的淬硬层深度 淬硬性:指的是钢在淬火能达到的最高硬度。
钢的淬透性曲线
? 25
水 距水冷端距离
100
回火的目的:
1改变强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。 2使不稳定的淬火组织M和残余A转变为稳定组织，保证工件不再发生形状 和尺寸的改变。 3消除淬火内应力，防止进一步变形、开裂。
2.回火的方法及应用
（1）低温回火：150～250℃；组织：回火马氏体。内 应力和脆性降低，保持了高硬度和高耐磨性。主要应用 于工、模具、滚动轴承及渗碳和表面淬火的零件，回火 后的硬度一般为HRC 58-64。 （2）中温回火：350～500℃；组织为回火屈氏体，硬 度HRC35-45，具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极 限。这种回火主要应用于含碳0.5-0.7%的碳钢和合金钢 制造的各类弹簧。 （3）高温回火：500～650℃；组织为回火索氏体，其 硬度HRC 25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。 主要应用于含碳0.3-0.5% 的碳钢在冲击负荷下工作的 重要结构零件，连杆，螺栓，齿轮及轴类
目的： ①细化，均匀化粗大、不均匀组织 ②接近平衡组织——调整硬度→切削性↑ ③消除内应力
钢的正火：将钢在固态下加热到一定温度，保温后，以 一定的冷却速度冷却（空冷）。 完全正火、不完全正火等。
目的： ①细化，均匀化粗大、不均匀组织 ②改善低碳钢切削性 ③消除过共析钢二次网状碳化物
4钢的热处理
一、奥氏体的形成过程
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：
钢坯加热
第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。
第二步：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散 向 和Fe3C方向长大。
第三步：残余Fe3C溶解：铁素体在成分、结构上比 Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失，而残余 Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失。
⑵ 共格切变性
由于没有扩散，晶格的 转变是以切变的机制进 行的。
马氏体转变 切变示意图
切变还使切变部分的形 状和体积发生变化，引
起相邻奥氏体随之变形，
在预先抛光的表面上产 生浮凸现象。
马氏体转变产生的表面浮凸
⑶降温形成
马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms 表示。
马氏体转变终了温度称
获得 工艺 退火
珠 光 体
扩 散 型
20-30 正火 等温 30-40 处理
羽毛状，短棒状Fe3C分布于 等温 550~350 40-50 处理 过饱和F条之间 半扩 散型 竹叶状，细片状Fe C分布于 等温 3 350~MS 50-60 淬火 过饱和F针上 MS~Mf MS~Mf
光镜下形貌
电镜下形貌
⑵ 索氏体
形成温度为650-600℃，片层较薄，800-1000倍光镜
下可辨，用符号S 表示。
光镜形貌
电镜形貌
⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨， 用符号T 表示。
电镜形貌
光镜形貌
几种常见钢材的热处理，附观色识温
几种常见钢材的热处理，附观色识温材料：5160 (弹簧钢）一种很普遍的高端钢材，主要是一种简单的弹簧钢加入铬来增强硬度，具有很好的打磨度。
但其更广为人知的是杰出的坚韧性（象L-6一样）。
通常被用于制造剑类（硬度低于50s RC）和使用强度大的刀具（最高硬度大于60s RC）。
800度油淬,250度回火,保温几分钟,回火250度,保温几分钟意思是,如果你有热处理炉,达到250度时控制在这个温度,过几分钟后即可开炉.用土炉子时估计到250度左右了,把刀夹出迅速插入热煤灰堆几分钟即可完成回火.水冷,弹簧钢空冷有回火脆性,所以要水冷.没有高温计热处理炉,目测火色估温度. 淬火后尺寸没变化,表面会有些轻微脱炭,不过没关系,研磨过后脱炭层就会被磨掉,弹簧钢都应该用油淬，可以达到60度或者再高一点，但是那样子落到地上或者用手掰都会断。
油的冷却速度在工件温度200-300度跟水比肯定是不够，但是可以有效防止开裂。
而且弹簧钢的淬透性很好，如果坚持用弹簧钢做刀，那么还是用油淬比较合适。
52100(GCR15)轴承钢：52100是一种滚轴钢材，只被锻工们使用。
它和5160很近似，(但52100约含有 1% 碳，而5160 约含有0.60%碳)，比5160的打磨度好，但不如5160坚韧。
常被用于制造猎刀和其他打磨度要求高而坚韧度要求不似5160那么高的刀具。
轴承钢做刀不错，都能做砍刀了。
回火的时候温度低一点就可以，200多度应该比较合适.GCR15球化退火工艺:加热到790-810度.保温.2-4小时.等温700-720度.保温.1-3小时,随炉冷至500度出炉空冷.淬火温度850.C.油淬.回火温度240.C 保温90-120分钟.硬度HRC59。
还有一种是：52100处理方法（青面兽版）淬火（盐浴）650-700度预热8分钟再加热到850-860度保温8-9分钟后油淬回火 160-180度 8小时D-2（cr12mo1v~cr12mov）D-2 有时被叫作“半不锈钢”，含铬量较高（12%），但不到不锈钢的程度。
工程材料4钢的热处理
加热温度对晶粒尺寸的影响 l一本质粗晶粒钢；2一本质细晶粒钢
基本概念
1. 过冷奥氏体等温转变图 2. 过冷奥氏体连续冷却转变图(CCT图)
珠光体类型组织
贝氏体类型组织
钢在奥氏体化后的冷却 过程决定了冷却后钢的 组织类型和性能。
钢在奥氏体化后的冷却 方式通常分为两种：一 种是连续冷却；另一种 是等温处理 （过冷奥氏 体）。
孕育期的长短标志着过冷奥 氏体的稳定性。
钢的化学成分和奥氏体化过 程会对C曲线的位置和形状产 生重要影响。
a)共析碳钢
b)亚共析碳钢
c)过共析碳钢
含碳量对钢的C曲线形状和位置的影响
除钴外，所有能溶于奥氏体的合金元素均使c曲线右移，即增加过冷奥 氏体的稳定性。
强碳化物形成元素(如铬、钼、钨、钒等)还会使C曲线的形状发生变化。
碳钢在加热和冷却时的 临界点在Fe—Fe3 c相图上的位置
将共析钢加热到稍高于Ac1的温度，便发生珠光体(P)向奥氏体
(A)的转变，其转变式可写成
F0.0218% Fe3C A0.77%
奥氏体的形成过程，也称为“奥氏体化”，它也是一个形核、
长大和成分均匀化的过程，由以下四个阶段组成。
(1)加热温度和加热速度 (2)原始组织 (3)合金元素
• 1、退火的目的 1）降低钢件硬度，便于切削加工。 2）消除工件内应力，稳定尺寸。 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。 4）为最终热处理做好组织准备。
退火的种类、工艺过程与应用
• 分类
工艺过程
适用范围 目的 最后组织
（1）完全退火 Ac3+30~50ºC炉冷 亚共析钢 2、3
F+P
（2）扩散退火 Ac3+150~200ºC炉冷 合金钢 2、均匀成分 F+P
1-4钢的热处理
钢的回火
淬火后的钢加热到AC1以下温度，空冷或 水冷。 目的：清除淬火时因冷却过快而产生的 内应力，降低淬火钢的脆性，使之具有 一定的韧性。
2012年2月17日星期五
1-4 钢的热处理
低温回火
150 ~ 200°C 回火马氏体，过饱和程度 较小的α固溶体，不会降低钢的硬度， 但能消除一定的内应力。用于各种量具 和刀具的处理。
亚共析钢 过共析钢 Ac1 以上时，P+F → A+F→ A P+Fe 3 CⅡ→ A+Fe 3 CⅡ→ A
2012年2月17日星期五
1-4 钢的热处理
钢在冷却时的组织转变
冷却方式和冷却速度对奥氏体的组织转变有直接关系。 有两种冷却方式： （1）连续冷却 加热到奥氏体的钢，在温度连续下降的 过程中发生组织转变。 （2）等温冷却 先以较快的速度冷却到A1线以下一定的 温度，这时奥氏体尚未转变，但成为过冷奥氏体。进 行保温，使奥氏体在等温下发生组织转变。对研究冷 却过程中的组织转变较为方便。测出过冷奥氏体在恒 温下开始转变和转变终了的时间，标注到温度、时间 坐标中去，可得共析钢的奥氏体等温转变曲线。
钢的热处理
所谓钢的热处理，就是将钢在固态下进 行加热、保温及不同方式的冷却，以改 变材料内部组织和结构，从而获得满意 机械性能的过程。 钢的热处理就是铁碳合金同素异晶转变 的应用。 钢的热处理只改变钢的内部组织和机械 性能，而不改变工件的尺寸及外形。 钢的热处理要求钢的化学成分、加热温 度和冷却速度同时满足工艺要求。
2012年2月17日星期五 1-4 钢的热处理
完全退火
对于亚共析钢，加热到Ac3＋（30～50）℃， 保温后钢的组织全部转变为单一均匀的 奥氏体，全部发生重结晶，即同素异晶 转变，而后随炉冷却。完全退火后的组 织为平衡态组织F+P。 完全退火用于细化铸锻件毛坯的粗晶晶 粒，降低硬度，消除内应力，以防机加 工导致的钢件变形及开裂。
热处理基础知识总结！
热处理基础知识总结！热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。
一、热处理1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。
3、固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。
4、时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
5、固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。
6、时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。
7、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。
8、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。
9、钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。
习惯上碳氮共渗又称为氰化，以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。
中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。
低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。
10、调质处理(quenching and tempering)：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。
调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。
调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。
常见铸钢件的热处理工艺参数参考
常见铸钢件的热处理工艺参数参考奥氏体不锈钢铸件固溶热处理奥氏体不锈钢热处理的主要作用是使铸造态析出的碳化物固溶到钢的奥氏体基体中，改善铸件的耐腐蚀性能。
对于应用在容易产生晶间腐蚀和点腐蚀场合的奥氏体不锈钢铸件，正确的固溶处理十分重要。
固溶处理对铸件的力学性能没有影响，但铸件热处理温度过高或保温时间过长，铸件，特别是小铸件的薄壁处，可能产生晶粒粗大，力学性能有所降低。
表1 奥氏体不锈钢铸件固溶热处理工艺参数牌号对应美国AISI 固溶温度℃保温时间出炉冷却条件备注0 Crl8Ni9 ZG07Crl9Ni9 304 1050 60分钟/25mm空冷或水冷00Crl9Ni10 ZG03Cr18Ni10 304 L 1050 60分钟/25mm空冷或水冷2Cr25Ni20 310 1093 60分钟/25mm 水冷或喷水冷却0Cr17Ni12Mo2 ZG07Cr19Ni11Mo2 316 1080 60分钟/25mm空冷或水冷00 Cr17Ni12Mo2 ZG03Cr19Ni11Mo2 316L 1080 60分钟/25mm空冷或水冷904 1150～1175水冷或喷水冷却904L 1150～1175水冷或喷水冷却00 Cr14Ni14Si4 C4 没找到相关资料马氏体不锈钢（1Cr13 1Cr13Ni 3Cr13）铸件的热处理退火：马氏体不锈钢铸件开箱后，应立即放入已经升温到退火温度的热处理炉中进行退火处理，铸件在炉内的保温时间为每25mm壁厚保温1小时。
退火工艺参数见表2。
铸件从炉中取出后，立即趁热切除冒口和浇口。
淬火：淬火工艺参数见表3和表4。
淬火加热速度为每小时50～100℃，大型铸件和壁厚差别大、结构复杂的铸件升温速度要慢。
升到淬火温度后的保温时间为每25mm壁厚保温1小时。
回火：铸件回火应在淬火后立即进行。
高温回火铸件耐蚀性好，低温回火铸件硬度高，耐磨。
回火工艺参数见表3和表4。
在回火温度保温时间为：1小时+壁厚（mm）/ 25小时。
gc02-4钢的热处理
钢的奥氏体晶粒大小根据标准晶粒度等级图确 定。标准晶粒度分为8级，1～4级为粗晶粒度， 5～8级为细晶粒度。
标准晶粒度 等级 放大100倍
1. 实际晶粒度和本质晶粒度
实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件 下的奥氏体的晶粒度。 它决定钢的性能。 本质晶粒度 钢加热到930 ℃±10℃、保温 8小时、冷却后测得的晶粒度。 反映奥氏体晶粒长大的倾向。 本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2.钢在加热时的组织转变 共析钢加热到Ac1以上时，珠光体将转变为奥 氏体。四个过程： 奥氏体晶核形成、奥氏体晶核长大、 剩余渗碳体溶解、奥氏体成分均匀化。
亚共析钢加热到 Ac3 以上获得单一的 奥氏体组织。 过共析钢加热到 Accm以上获得单一的 奥氏体组织。
二、影响奥氏体转变速度的因素
1. 加热温度 随加热温度的提高, 奥氏体化速度加快。 2. 加热速度 加热速度越快，发生转变的温度越高，转变 3. 钢中碳含量 所需的时间越短。 碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界面增 4. 合金元素
大，转变速度加快。 钴、镍等加快奥氏体化过程； 5. 原始组织 铬、钼、钒等减慢奥氏体化过程； 原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成速 硅、铝、锰等不影响奥氏体化过程。 度快，渗碳体间距越小，转变速度越快。 合金元素的扩散速度比碳慢得多，合金钢的 热处理加热温度一般较高，保温时间更长。
三、钢的奥氏体晶粒度
为什么热处理后材料性能会改变？ 热处理后材料内部的微观结构（组织）发 生变化，使材料性能改变。 问题1：
加热、冷却时材料内部的微观结构如何 变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何应 用？
热处理工艺曲线
钢加热奥氏体化后，冷却的方式有两种： (1) 等温处理 将钢迅速冷却到临界点以下的给 定温度，进行保温，恒温转变。 (2) 连续冷却 钢以某种速度从 高温到低温连续冷 却，在临界点以下 变温转变。
碳钢热处理实验报告
碳钢热处理实验报告篇一：金属材料及热处理实验报告金属材料及热处理实验报告学院：高等工程师学院专业班级：冶金E111姓名：学号：杨泽荣411020102014年6月7日45号钢300℃回火后的组织观察及洛氏硬度测定目录一、实验目的............................................................... .. (1)二、实验原理............................................................... .. (1)1.加热温度的选择............................................................... ............................................ 12.保温时间的确定............................................................... ............................................ 2 3.冷却方法............................................................... ........................................................ 3 三、实验材料与设备............................................................... .. (4)1.实验材料............................................................... ........................................................ 4 2.实验设备............................................................... ........................................................ 4 四、实验步骤............................................................... .. (4)1.试样的热处理............................................................... (4)淬火.................................................................................................................... 4 回火............................................................... ..................................................... 5 2.试样硬度测定............................................................... ................................................ 5 3.显微组织观察与拍照记录............................................................... .. (5)样品的制备............................................................... .......................................... 5 显微组织的观察与记录............................................................... . (6)五、实验结果与分析............................................................... .. (6)1.样品硬度与显微组织分析................................................................. ........................... 62.淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响 (6)淬火温度的影响............................................................... .................................. 6 淬火介质的影响............................................................... .................................. 7 3回火温度对钢组织与性能的影响............................................................... .. (7)回火温度对45钢组织的影响............................................................... ............ 7 回火温度对45 钢硬度和强度的影响.............................................................7 4合金元素对钢的淬透性、回火稳定性的影响 (8)合金元素对钢的淬透性的影响............................................................... .......... 8 合金元素对钢的回火稳定性的影响................................................................. 9 5碳含量对钢的淬硬性的影响............................................................... ......................... 9 六、结论............................................................... ...................................................................9 参考文献............................................................... .. (9)一、实验目的1. 掌握碳钢的常用热处理（淬火及回火）工艺及其应用。
材料第2章之4 钢的热处理
盐浴加热：工件置于一熔化了的中性盐液中加热，盐液 进行充分脱氧，保证工件加热过程中少氧化，甚至无氧化。 问题主要是粘在工件上的盐难以清洗洁净，清洗不干净会 导致储存及应用过程易于长锈。
组 织： 球状P（F+球状渗碳体） 目 的： ①使渗碳体球化→HRC↓， 韧性↑→切削性↑
②为淬火作准备
2020年4月17日星期五
北京邮电大学自动化学院
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（2）球化退火
2020年4月17日星期五
北京邮电大学自动化学院
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（3）扩散退火（均匀化退火）
1050-1150℃，10-20h, P+F或P+Fe3CII
目的：为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织的不 均匀性，消除偏析
后果：粗大晶粒，应用完全退火消除
2020年4月17日星期五
北京邮电大学自动化学院
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（3）扩散退火（均匀化退火）
2020年4月17日星期五
北京邮电大学自动化学院
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（4）去应力退火
为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的残余内应力而
7
珠光体转变为奥氏体
并使奥氏体成分均匀必须
有两个必要而充分条件：
一是温度条件，要在Ac1 以上加热；二是时间条件， 要求在Ac1以上温度保持
温 度
足够时间。
在一定加热速度条件
A3 Ac3
Ar3
Acm Accm
Arcm Ac1 A1
下，超过Ac1的温度越高， 奥氏体的形成与成分均匀
项目四 钢的热处理基础
除钴外，所有合金元素溶入奥氏体后均能增大过冷奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。 (3)加热温度和保温时间
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体成分越均匀，晶粒越粗大，晶界 面积越少，可使过冷奥氏体稳定性提高，C曲线右移。
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图4-9 亚共析钢(0.54%C) 过冷奥氏体等温转变图
图4-10 过共析钢(1.13%C)过 冷奥氏体等温转变图
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二、过冷奥氏体的连续冷却转变
将若干共析碳钢小试样在规定的温度奥氏体化后，以不同的速度连 续冷却。在冷却中途的不同时期(即不同温度)分别取出一组试样用盐 水急冷，以终止其中的分解转变过程。然后观察金相组织并测定硬度， 以确定在各种冷速下连续冷却时的转变开始点和终了点。将这些点画 在温度-时间坐标系中，并将转变开始点与终了点各自分别连在一起， 绘 成 连 续 冷 却 转 变 图 ， 简 称 CCT 曲 线 。 Continuous Cooling Transformation
同，热处理可以分为：
常用钢的热处理
普通热处理 表面热处理
退火 正火 淬火 回火
感应加热表面淬火
表面淬火 火焰加热表面淬火
化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗及其他
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§4.1 钢在加热时的组织转变 一、铁碳相图和临界点
平衡状态临界点：A1，Ar，Ac 冷却时的临界点：Ar1，Ar3，Arcm 加热时的临界点：Ac1，Ac3，Accm
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2、感应加热表面淬火 原理：电磁感应原理
集肤效应：
500 f
高频、中频、工频 特点：
① 过热度大。 ② 细小隐晶M组织，高2～3HRC。 ③ 表层存在很大的残余压应力。 ④ 无氧化、脱碳，工件变形很小。 ⑤ 易于实现机械化与自动化。
（2）等温退火 Ac3＋20℃~30℃
目的：缩短退火时间，提高生产效率，获得均匀的组织和性能
（3）球化退火 Ac1＋20～30℃。过共析钢和合金工具钢。
目的：降低硬度、均匀组织、改善切削性能，为淬火作组织准备 获得粒状珠光体。
（4）扩散退火 （均匀化退火）Ac3 或Accm＋150～300℃，10h。
(1)高温转变（P 转变）
A1~ 550℃ 扩散型相变→P 型组织
（F 和Fe3C 交替排列的
层片状组织） 形成温度越低 ，P 越细 根据片间距的大小→P、 S、T三类。
珠光体P、索氏体S、屈氏体T 都属于珠光体类型的组
织，都是铁素体和渗碳体组成的片层相间的机械混合
物，它们的差别仅仅是片间距不同。
弹簧件
3. 高温回火 500～650℃，回火S ，高的综合力学性能。
淬火+高温回火=调质处理
中碳结构钢 曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车 拖拉机半轴、机床主轴及齿轮 等重要机器零件。
钢的回火脆性：有些钢在一 定的温度范围内回火时，其 冲击韧性显著降低的脆化现 象。 250℃~400℃：第一类（低 温）回火脆性； 避免在脆化温度范围内回火 450 ℃ ~650 ℃ ：第二类 （高温）回火脆性 加热后快冷
下贝氏体(×500)
★B上，羽毛状，F 和Fe3C 较粗大，硬度低，韧性低。
★B下，黑色针状，细小无方向性，而F 内碳化物细小弥散，位错密
度很高，强度高，韧性也很好，具有良好的综合机械性能。
2、亚共析钢过冷A 的等温转变
多了一条过冷 A → F 的 开始线 随着含碳量降低 ，C 曲 线左移，Ms 、Mf 上移,
(a) M+A’+Fe3CII
(b) B下+M+A’+Fe3CII
(c) B下+Fe3CII
22.某钢的连续冷却转变曲线如图5-5所示，试指出该钢 按图中(a)(b)(c)(d)速度冷却后得到的室温组织。
(a) F+M+A’
(b) F+B+M+A’
(c) F+B+M+A’ (d) F+P
2.4.4 钢的表面热处理
两条 左 过冷A 转变开始线 曲线 右 过冷A 转变终了线
四 个 区
A 状态：A1线以上 过冷A区：A1线以下、Ms 线以上和转变开始曲线之间 过冷A正在转变区：转变开始和转变终了曲线之间 转变终了区：转变终了曲线以右
孕育期：从过冷到转变开始线之间的时间
长短表ห้องสมุดไป่ตู้过冷A稳定 性的高低 550℃ 最短，过冷A 最不稳定
4. 合金元素
Co、Ni等加快A化过程；Cr、Mo、V减慢；Si、Al、Mn不影响 。扩散速度慢，加热温度一般较高，保温时间更长
5. 原始组织
Fe3C为片状时A形成速度快，Fe3C间距越小，转变速度越快。
（三）奥氏体晶粒度及其影响因素
实际晶粒度： 决定钢的性能 本质晶粒度：一定 的条件下奥氏体晶粒 长大的倾向性。
出现了先共析F转变和B转变区域
3、过共析钢过冷A 连续冷却转变
无B 区，有先共析渗碳体析出区域
2.4.3 钢的普通热处理
常用的热处理加热设备：
（一）退火（炉冷）
退火：缓慢的速度冷却，以获得接近平衡状态组织的热 处理工艺。
（1）完全退火 Ac3＋20℃~30℃。获得接近平衡组织。
目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除内应力
5. 淬透性的影响因素
由其临界冷却速度决定
a. 碳质量分数
共析钢的淬透性最好。 b. 合金元素
除Co以外，使C曲线右移, 提高钢的淬透性。
c. 奥氏体化温度 提高温度，减少珠光体的生核率，增加其淬透性。 d. 钢中未溶第二相 可成为奥氏体分解的非自发核心，降低淬透性。
※
共析钢转变过程及产物
●V1,退火(炉冷)：P ●V2,正火(空冷)：Ｓ ● V4,淬火(油冷)：T+M+A′ ● V5,淬火(水冷)：M+ A′
钢在A化后有两种冷却方式： 1、等温冷却 2、连续冷却
一、过冷A 的等温转变
过冷 A ：在临界点以下存在且不稳定的将要发生转变的A
1、共析钢过冷A的等温转变
TTT 曲线（C 曲线）
TTT 曲线（C 曲线）
三 条 水 平 线
A1 A 和P 的平衡温度 Ms A →M 的开始转变温度 Mf A →M 的终了转变温度
930±10℃，3~8h
1~4级-- --粗
5~8级-- --细
影响奥氏体晶粒度的因素 1）加热温度和保温时间
2）加热速度 3) 钢的化学成分
C：在一定范围内，晶粒长大倾向增大
Ti、V、Nb、Zr →碳化物 Al →氧化物、氮化物 Mn、P能促进晶粒长大
2.4.2 钢在冷却时的转变
例45﹟等温转变：
A1~650℃ F+P
650 ℃~600 ℃
600 ℃~550 ℃
F(少)+S
F(很少)+T
550 ℃~ Ms
B
3、过共析钢过冷A的等温转变
多了一条过冷 A 析出 Fe3CⅡ 开始线 随含碳量增加 C 曲线
左移， Ms 、Mf 下移,
例，T10 钢等温转变：
例题：P31，20、21、22
20. 共析钢加热到相变点以上, 用下图所示的冷却曲线冷 却,各应得到什么组织?各属于何种热处理方法? a. M+A’，淬火（水 冷） b. M+A’，分级淬火 c. T+M+A’，淬火 （油冷） d. B，等温淬火 e. S，正火
f. P，退火
g. P，等温退火
21.T12钢加热到Ac1以上；用图5-4所示各种方法冷却，分析 其所得到的组织。
4.钢的淬透性
钢的淬透性：钢在淬火时获得马氏体的能力。
决定于临界冷却速度
淬透层深度：从试
样表面至半马氏体
区的距离。
钢的淬硬性：淬火后马氏体所能达到的最高硬度， 主要决定于马氏体的碳含量
淬透性可用“末端淬火法”测定（GB225-63）
钢的淬透性
HRC J d
J表示末端淬火的淬透性
J
42 5
CCT 曲线中P转 变开始和终了线 均在TTT 曲线的 右下方 连续转变温度低 ， 孕育期长
※
共析钢转变过程及产物
●炉冷V1：缓慢冷 却，转变温度较 高，过冷A→P，
粗片状
Ｐ
●空冷V2：稍快速
度，过冷A→S ，
细片状 Ｓ
●水冷V5 ：冷速很快 A→M， 残余A（A′），冷却 到室温时，少量未转 变的 A 保留下来 M+ A′ ●油冷V4 ：T M 残余A T+M+A′
（四）回火
回火：加热至Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却 至室温的热处理工艺。 作用：减少或消除淬火应力，稳定组织，提高钢的塑性和韧性。 1. 低温回火 150～250℃，回火M+A’，降低应力和脆性，ε+α
高的硬度、强度和耐磨性，工、模具
2. 中温回火 350～500℃，回火T， α+Cm ,中温回火后具有高的弹性极限
AC3 AC1 F P F A A
ACcm AC1 P Fe3CⅡ A Fe3CⅡ A
(二) 影响奥氏体转变速度的因素
1. 加热温度
提高, A化速度加快。
2. 加热速度
越快，发生转变的温度越高，转变所需的时间越短。
3. 钢中碳含量
增加，F和Fe3C的相界面增大，转变速度加快。
※
M 转变（低温转变）： Ms ~Mf
马氏体转变的特点 a. 非扩散型转变，M 是碳在 α-Fe 中的过饱和固溶体 b. 形成速度很快，无孕育期， 是一个连续冷却的转变过程 c. M 转变不彻底，总要残留少 量A 。w(c)>0.6％，标上A′ d. M形成时造成体积膨胀
※马氏体的形态特点
3、激光表面淬火
超快加热相变 加热速度：104~106℃/s 冷却速度：106~108℃/s，自冷淬火
激光表面处理示意图
2.4.5 钢的化学热处理
定义：将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使介质 中的一种或几种元素原子渗入工件表面，以改变
钢件表层化学成分和组织的热处理工艺。
基本过程： ①介质的分解：形成活性原子； ②表面吸收和溶解：形成固溶体或化合物； ③原子扩散：形成一定的扩散层。
（二）正火（空冷）
正火：Ac3或Accm＋30～50℃，保温，空气中冷却。
S ，强度、硬度较高。 应用： ①作为最终热处理
②作为预先热处理
③改善切削加工性能
（三）淬火（水冷或油冷）
淬火：相变温度以上，保温一定时间，快速冷却以获得 马氏体组织的热处理工艺。
1. 淬火加热温度
亚共析钢：
Ac3以上30～50℃ 共(过共)析钢： Ac1以上30～50℃
2.淬火冷却介质
理想淬火介质：
650℃以上缓冷，降低淬火热应力
650 ℃ ~400 ℃快冷，避免P或B转变 400 ℃以下缓冷，减少组织应力
常用介质：水和油
水，冷却能力大，碳钢 油，冷却能力小，合金钢 盐浴，冷却能力中等，分级和等温淬火