钢的热处理(课堂讲课)
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第四章 钢的热处理
热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温 和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能 的工艺。
温 度 ℃
850
炉冷 空冷
油冷
600 组织
时间(h, α，min)
图5-1优热质教处资理工艺曲线
1
常见的热处理方法
图5-2优热质教处资理方法
2
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体化前源自文库组织
条件下，应优先考虑以正火代替退火。
优质教资
23
二、钢的淬火 1.淬火的目的
为了获取Ｍ组织，它是强化钢材最主要的热 处理方法。 Ｍ：c溶于 Fe 中形成的固溶体。
优质教资
24
2.钢的淬火工艺
淬火加热温度的选择 淬火冷却介质 淬火方法
优质教资
25
淬火加热温度的选择示意图
图5-优2质2教资
图5-13
优质教资
13
上贝氏组织特征图
图5-14
优质教资
14
上贝氏体组织金相图
图5优-质1教5资
15
下贝氏组织特征图
图5-16
优质教资
16
下贝氏体组织金相图
图5优-质17教资
17
低碳板条状马氏体组织金相图
图优5质-教1资8
18
高碳针片状马氏体组织金相图
图优5质-1教9资
19
第三节 钢的普通热处理
（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
优质教资
35
第四节 钢的表面热处理
一、钢的表面淬火 二、钢的化学热处理 三、表面处理的具体工艺 四、钢的化学热处理具体工艺
过低，则切屑不易断，零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢 以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火 为宜。
（2）从使用性能上考虑 如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往
用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷 却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。
（3）从经济上考虑 正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的
优质教资
36
一、钢的表面淬火
表面淬火概念及应用
➢ 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，获得表层硬而耐磨的M组织， 心部仍保持原来的组织。
(a)珠光体
(b) 索氏体
图5-11 珠光体组织
优质教资
(c)屈氏体
11
贝氏体形成示意图
过饱和碳α-Fe条状 羽毛状
Fe3C细条状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
图5优-质1教2资
12
贝氏体形成示意图
过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状 针叶状
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状
26
淬火理想的冷却速度
A1 温 度 (℃)
Ms Mf
时间(t)
图5-2优3质教资
27
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
优质教资
28
各种淬火方法示意图
温
A1
度
Ms
单液淬火
双液淬火 分级淬火
优图质5教-2资4
时间
等温淬火
29
3.钢的淬透性、淬硬性
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。
优质教资
30
钢的淬透性曲线
? 25
? 25
水
100
硬
度
淬透性曲线
HRC
距水冷端距离
图优质5教-2资5
31
淬透性不同的钢调质后机械性能
淬
未
透
淬
钢
透
钢
a) 全淬透
b) 未淬透
图优5质-2教6资
32
三、钢的回火
1.什么是钢的回火及回火的目的 2.淬火钢在回火时组织和性能的变化 3.回火的方法及应用
优质教资
5
共析碳钢A形成过程示意图
A 形核
A 长大
溶解 残余Fe3C
优质图教资5-4
A 均匀化
6
第二节钢的冷却转变 冷却方式
连续冷却 等温冷却
图5-6 冷却方式示意图
优质教资
7
过冷奥氏体：高温时所形成的奥氏体冷却到A1点以下尚 未发生转变的奥氏体 。
过冷奥氏体等温转变曲线：
温
700 Ar
度 ℃
600
550
500
400
300 Ms
200
100
2
3
4
5
6
1 10 10 10 10 10 10
时间（s）
图5-7
优质教资
8
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
图5优-9质教资
9
过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能 珠光体形成示意图
Fe3C γ
Fe3C α
γ
Fe3CⅠP F
γ
图5-10
优质教资
10
珠光体组织特征图
一、钢的退火与正火 二、钢的淬火 三、钢的回火
优质教资
20
一、钢的退火与正火
钢的退火：将钢在固态下加热到一定温度，保温后， 以缓慢的冷却速度冷却（炉冷）。 完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、 去应力退火等。
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
34
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。
优质教资
33
1.钢的回火及回火的目的
回火的概念:
将淬火钢重新加热到A1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
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。
优质教资
对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → Fe3CⅡ+P
优质教资
3
钢在加热和冷却时的相变临界点
图5-3 实际相变温优度质与教资理论转变温度之间的关系
4
二、共析钢奥氏体的形成过程
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化 加热目的就是使钢A化。
优质教资
21
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
优质教资
22
退火和正火的选择
（1）从切削加工性上考虑 硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。过硬，难以加工；
热处理：是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温 和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能 的工艺。
温 度 ℃
850
炉冷 空冷
油冷
600 组织
时间(h, α，min)
图5-1优热质教处资理工艺曲线
1
常见的热处理方法
图5-2优热质教处资理方法
2
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体化前源自文库组织
条件下，应优先考虑以正火代替退火。
优质教资
23
二、钢的淬火 1.淬火的目的
为了获取Ｍ组织，它是强化钢材最主要的热 处理方法。 Ｍ：c溶于 Fe 中形成的固溶体。
优质教资
24
2.钢的淬火工艺
淬火加热温度的选择 淬火冷却介质 淬火方法
优质教资
25
淬火加热温度的选择示意图
图5-优2质2教资
图5-13
优质教资
13
上贝氏组织特征图
图5-14
优质教资
14
上贝氏体组织金相图
图5优-质1教5资
15
下贝氏组织特征图
图5-16
优质教资
16
下贝氏体组织金相图
图5优-质17教资
17
低碳板条状马氏体组织金相图
图优5质-教1资8
18
高碳针片状马氏体组织金相图
图优5质-1教9资
19
第三节 钢的普通热处理
（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
优质教资
35
第四节 钢的表面热处理
一、钢的表面淬火 二、钢的化学热处理 三、表面处理的具体工艺 四、钢的化学热处理具体工艺
过低，则切屑不易断，零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢 以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢则以退火 为宜。
（2）从使用性能上考虑 如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往
用正火来提高其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷 却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。
（3）从经济上考虑 正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的
优质教资
36
一、钢的表面淬火
表面淬火概念及应用
➢ 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却，获得表层硬而耐磨的M组织， 心部仍保持原来的组织。
(a)珠光体
(b) 索氏体
图5-11 珠光体组织
优质教资
(c)屈氏体
11
贝氏体形成示意图
过饱和碳α-Fe条状 羽毛状
Fe3C细条状
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
图5优-质1教2资
12
贝氏体形成示意图
过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状 针叶状
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状
26
淬火理想的冷却速度
A1 温 度 (℃)
Ms Mf
时间(t)
图5-2优3质教资
27
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
优质教资
28
各种淬火方法示意图
温
A1
度
Ms
单液淬火
双液淬火 分级淬火
优图质5教-2资4
时间
等温淬火
29
3.钢的淬透性、淬硬性
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。
优质教资
30
钢的淬透性曲线
? 25
? 25
水
100
硬
度
淬透性曲线
HRC
距水冷端距离
图优质5教-2资5
31
淬透性不同的钢调质后机械性能
淬
未
透
淬
钢
透
钢
a) 全淬透
b) 未淬透
图优5质-2教6资
32
三、钢的回火
1.什么是钢的回火及回火的目的 2.淬火钢在回火时组织和性能的变化 3.回火的方法及应用
优质教资
5
共析碳钢A形成过程示意图
A 形核
A 长大
溶解 残余Fe3C
优质图教资5-4
A 均匀化
6
第二节钢的冷却转变 冷却方式
连续冷却 等温冷却
图5-6 冷却方式示意图
优质教资
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过冷奥氏体：高温时所形成的奥氏体冷却到A1点以下尚 未发生转变的奥氏体 。
过冷奥氏体等温转变曲线：
温
700 Ar
度 ℃
600
550
500
400
300 Ms
200
100
2
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4
5
6
1 10 10 10 10 10 10
时间（s）
图5-7
优质教资
8
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
图5优-9质教资
9
过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能 珠光体形成示意图
Fe3C γ
Fe3C α
γ
Fe3CⅠP F
γ
图5-10
优质教资
10
珠光体组织特征图
一、钢的退火与正火 二、钢的淬火 三、钢的回火
优质教资
20
一、钢的退火与正火
钢的退火：将钢在固态下加热到一定温度，保温后， 以缓慢的冷却速度冷却（炉冷）。 完全退火、等温退火、球化退火（不完全退火）、 去应力退火等。
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
34
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。
优质教资
33
1.钢的回火及回火的目的
回火的概念:
将淬火钢重新加热到A1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
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。
优质教资
对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → Fe3CⅡ+P
优质教资
3
钢在加热和冷却时的相变临界点
图5-3 实际相变温优度质与教资理论转变温度之间的关系
4
二、共析钢奥氏体的形成过程
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化 加热目的就是使钢A化。
优质教资
21
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
优质教资
22
退火和正火的选择
（1）从切削加工性上考虑 硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。过硬，难以加工；