05 钢的热处理-(《工程材料》机械专业)[研究材料]
工程材料及热加工—钢的热处理原理
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
钢的热处理
钢的热处理
钢是最常见的金属材料，由于其优越的物理性能和加工性能，钢广泛应用于各行各业，因而需要进行热处理来提高其性能。
热处理是一种处理方法，它将钢通过加热、冷却、调质等物理方法，在获得所需性能的同时，改变钢的组织结构。
热处理的方法有很多，其中包括正火处理和退火处理等。
正火处理是指在高温下，将钢的组织结构变得更加紧密，使其力学性能和强度提高。
正火处理通常可以用于提高钢的强度、耐腐蚀性和耐磨损性能。
退火处理指将加热后的钢放置在一定的温度，然后慢慢冷却，直至钢内部的组织结构发生变化，使其柔韧性和可塑性提高。
退火处理可以用于提高钢的塑性和韧性，以及防止它易于疲劳断裂。
此外，调质处理也是一种常见的热处理方法，它可以改变钢内部的组织结构，从而改变钢的物理性能和化学成分。
以上就是热处理的基本内容，不同的热处理方法可以满足不同的需求，根据钢材的需求和性能，采取适当的热处理技术来改善钢材的性能，是提高钢材质量的重要手段。
为了使钢材的热处理质量更好，应严格控制热处理过程的参数，选择合适的热处理工艺，并加以监控，以确保热处理的质量。
钢的热处理是一项技术活动，也是一个复杂的系统工程，未来，热处理技术将会有更大的发展，同时，热处理技术也将会面临更大的挑战，以满足不断变化的市场需求。
gc05-1钢的热处理
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
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？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
机械工程材料钢的热处理实验报告
实验报告院系：课程名称: 日期:班级: 组号：学号：实验室：专业：姓名：教师签名：实验名称：钢的热处理实验成绩评定：实验仪器材料:箱式电炉若干，洛氏硬度计一台，45钢、T12钢试样若干(直径1.5CM)、淬火水槽-个. 实验目的要求：1.初步掌握普通热处理的基本工艺方法2、掌握成分(含碳量)、工艺（加温温度)对钢组织和性能的影响。
实验原理：热处理是将钢加热到一定温度、经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
普通热处理分为退火、正火，淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。
奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到共析铁素体（或渗碳体）加珠光体。
过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火，得到马氏体组织。
淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。
随冷却速度赠加，钢的硬度升高。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A c3+30~50℃，过失析钢的球化退火及淬火加热温度是A c1 +30~50℃，过共析钢的正火温度是A cⅢ+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。
表格 1 碳钢普通热处理的加热温度、冷却方式、组织性能及应用范围表格 2 实验参数设计实验步骤：根据实验对45钢进行正淬火和回火热处理，并测定硬度，分析工艺对钢性能的影响。
结果分析:1.热处理条件加热温度、冷却速度、回温度等)对实验和性能的影响。
答：不同的条件下的材料组织和性能也会有所不同。
《钢的热处理》PPT课件
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
钢材的热处理介绍
钢材的热处理介绍
一、铁碳平衡状态图
1、钢中铁碳合金基本金相组织及性能
2、铁碳合金基本组织分布状况-铁碳平衡状态图
注：①随着含碳量和所处温度不同，铁碳平衡状态的金相组织。
含量在1.0％以下，只有可能产生奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体；含碳量＞1.0％的，除上述四种外，还有莱氏体出现。
②同一含碳量的铁碳合金，随温升高或下降，金相组织的转变称为相变。
3、铁碳平衡状态图上的主要特性线
4、铁碳平衡状态图上的主要特性点
5、室温下铁碳合金平衡组织的名称
二、钢的热处理
钢的热处理有淬火、回火、退火和正火四种。
1、淬火
注：淬火代号为C，C47表示淬火回火至HRC45～50。
2、回火
3、退火
注：退火代号为TH。
TH185表示退火HBS170～200。
4、正火
注：①正火代号为Z，Z195表示正火后HBS 180～210；
②亚共析钢的淬火、退火和正火加热温度均在Ac3以上30～50℃，保温一段时间。
冷却速度不同，可得到三种不同热处理结果；
③回火则视低温、中温、高温要求不同，加热温度亦不同。
5、钢结构焊接件热处理方法
注：对中、高碳钢，合金钢和铸铁的焊接通常都要预热和焊后热处理
三、钢中主要合金元素的作用和有害杂质的影响
1、钢中合金元素的作用
2、钢中有害杂质的影响
注：氢、氧、氮统称钢中的有害气体；硫和磷为杂质元素。
钢的主要热处理方法
火,等温淬火等.
一般在250-400°C和450-600°C会出现二个低冲击区.低温区
Hh
把预先经淬火或正火的钢,重新加热到相变点以下温 度,并以适当的温度冷却,以提高其塑性和韧度的工艺
过程.
获得稳定的金相组织;降低或消除淬火应力;降低强 (硬)度,提高塑性,韧性有利于切削加工.
的脆性不能靠重新回火来消除,被称为:不可逆回火脆性.因 此,一般应避免在此温度区回火. 高温回火脆性在回火后缓慢冷却时发生,可用重新回火快速冷
形变热处理
消除铸件的内应力,稳定其形状尺寸.对于特殊钢及特 殊性能合金或有色合金可用以提高强度等.含碳量越
高,效果越显著.
在温室下完成的是自然时效;用加热来加速完成的是人工时 效.
提高一般淬火钢的耐磨性及疲劳寿命,稳定精密零件 的 尺寸,形状,能缩短工艺周期,降低工艺成本(减少
残余奥氏体组织).
保持工件的心部韧性和使表面具有较好的耐磨性;可 提高冲击韧性和疲劳强度等使用性能.它只改变工件
表层组织,不改变表面化学成分.
S,D,Td等是以表面强化为主,提高表面强度,耐磨性和 疲劳强度,心部能保持原有的强度和韧性.
氰化同时也可以提高表面的热硬性和耐蚀性能.渗金属如铬, 铝,硅等主要是改善表面的物理,化学性质,如抗氧化,耐酸蚀 等;渗铬,硅还能增加耐磨性.它能改变表面的成分和组织,基
渗层性质与化分相同的钢类似.网状碳化物,并为淬 火作好组织准备.也能改善切削性能(对于低碳钢).
与退火的区别是冷却速度大.正火后的组织是细珠光体和少量 铁素体或单一的珠光体,硬度也较高.
1).按加热温度分:完全淬火,不完全淬火等;
2).按加热速度分:普通加热淬火,快速加热淬火等;
是从某一适当的温度施行快速冷却的工艺操作.一般 使工件具备一定的显微组织,以保证某一截面部位在 3).按加热介质差异分:有空气中的氧化加热淬火,可控气氛保
钢的热处理工艺技术
钢的热处理工艺技术钢的热处理工艺技术是一种通过改变钢材的组织结构和性能来达到预期目标的方法。
不同的热处理工艺可以改善钢材的硬度、韧性、强度、耐磨性等性能，从而满足不同用途的要求。
以下是一些常见的钢的热处理工艺技术。
1. 退火：退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。
退火能改善钢材的塑性和韧性，减少内部应力，使其易于加工和变形。
2. 淬火：淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却到室温。
淬火能提高钢材的硬度和强度，但会降低其韧性。
常见的淬火方法包括水淬、油淬和气体淬火等。
3. 回火：回火是将已经淬火的钢材重新加热到一定温度，然后通过不同的冷却速率进行冷却。
回火能减少淬火时产生的脆性，提高钢材的韧性和抗疲劳性能。
4. 正火：正火是将钢材加热到过冷状态下的温度，然后冷却到室温。
正火能改善钢材的强度和韧性，减少内部应力。
5. 淬火和回火：淬火和回火是一种常用的复合热处理工艺。
先将钢材淬火，然后进行回火，能够在保持一定硬度的同时提高韧性。
6. 软化退火：软化退火是用于消除冷加工或焊接后的钢材内部应力和硬度的一种热处理方法。
通过加热到一定温度，然后进行适当速率的冷却，使钢材恢复到一定的韧性和塑性。
7. 预应力退火：预应力退火是一种用于提高钢材的强度和韧性的热处理方法。
通过在加热阶段施加机械应力，然后进行退火处理，能够在保持较高强度的同时提高韧性和耐疲劳性能。
以上是一些常见的钢的热处理工艺技术，每种方法在实践中都有其适用范围和特定工艺参数。
合理选择和控制热处理工艺，能够使钢材达到所需的性能要求，并满足具体工程应用的需要。
钢的热处理工艺技术是钢材加工和制造过程中非常重要的环节，它能够改善钢材的性能，增加其应用价值。
随着现代工业的发展，钢材的应用领域越来越广泛，对于不同类型的钢材，需要采用适当的热处理工艺来实现所需的性能要求。
首先，退火是最常见的钢材热处理工艺之一。
退火过程中钢材被加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。
05钢的热处理-《工程材料》机械专业
上贝氏体强度与塑性都较 低，无实用价值；
上贝氏体
下贝氏体除了强度、硬度 较高外，塑性、韧性也较 好，即具有良好的综合力 学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
下贝氏体
贝氏体组织的透射电镜形貌
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆珠光体转变——珠光体
形成温度为A1～650℃， 片层较厚，500倍光镜下 可辨；
用符号P表示。
三维珠光体如同放在水中的包心菜
光镜下形貌
电镜下形貌
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆珠光体转变——索氏体
形成温度为650～600℃, 片 层 较 薄 ， 800 ～ 1000 倍光镜下可辨；
针状马氏体
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
取向不同的马氏体束。
电镜下
光镜下
在电镜下，板条内的亚
结构主要是高密度的位错，
=1012/cm2 ， 又 称 位 错 马
氏体。
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆马氏体转变——马氏体的形态
针状马氏体： 在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状； 在电镜下，亚结构主要是孪晶； 高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。
度的影响不大。
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变
②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆马氏体转变——马氏体的性能
主要原因是过饱和碳引起的晶格 畸变，即固溶强化；
转变过程中的大量晶体缺陷和引 起的组织细化；
钢的热处理工艺
钢的热处理工艺钢的热处理工艺，是指通过加热、保温和冷却等工艺步骤，改变钢材的结构和性能。
热处理工艺可以使钢材具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，提高其使用性能。
常见的钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
退火是钢材的一种常见热处理工艺。
通过加热钢材至适当温度后，进行保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。
退火可以消除钢材的内应力，改善钢材的塑性和韧性，减少脆性，同时提高钢的延展性和可加工性。
正火是指将钢材加热至高于临界温度后，进行保温一段时间，然后将钢材风冷或水冷至室温。
正火可以提高钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
正火过程中的冷却速度较缓慢，使得钢材晶粒长大，同时降低了内应力。
淬火是将加热至临界温度的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体。
马氏体是一种具有高强度和硬度的组织。
淬火工艺中的冷却速度非常快，可以制造出高强度的硬质钢。
回火是将淬火后的钢材加热至一定温度，并保持一定时间后，再进行冷却。
回火工艺可以降低淬火后钢材的脆性，提高其韧性，增加塑性和抗热应力能力。
回火也可用于调整钢材的硬度和强度。
除了上述常见的热处理工艺外，还有调质、表面硬化、固溶处理等多种热处理方法可用于钢材加工。
总之，钢的热处理工艺通过改变钢材的结构和性能，使其具备更好的力学性能和耐磨性能。
热处理工艺的选择需要根据钢材的成分、用途和要求来确定，以确保最佳的性能结果。
钢材在现代工业中被广泛应用，其性能可以通过热处理工艺得到显著提升。
这些热处理工艺能够改变钢材的组织结构，并调整其力学性能和物理性能。
一种常见的钢材热处理工艺是退火。
退火是将钢材加热至高温，然后经过保温一段时间，最后缓慢冷却至室温。
退火过程中，钢材的晶粒会得到细化，内应力被消除，从而提高了材料的塑性和韧性。
退火也可以减少脆性，并改善加工性能和可塑性。
另一种常见的热处理工艺是正火。
正火是将钢材加热至高于临界温度，然后经过保温一段时间，最后通过风冷或水冷来快速冷却。
正火可以增加钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
钢的热处理综合性实验报告
《工程材料》实验报告姓名：学号：班级：时间：机械工程学院材料成型实验室钢的热处理综合性实验一、实验目的1.熟悉钢的正火、退火、淬火、回火热处理操作；2.熟悉洛氏硬度计和维氏硬度计的测试原理和操作方法；3.熟悉金相试样的制备和显微镜的使用；4.分析钢经不同热处理后的显微组织和力学性能变化规律；5.分析合金元素在钢中的作用规律。
二、实验仪器1.洛氏硬度计（型号：Hr-150）2.维氏硬度计（型号：Hv-120）3.金相显微镜（型号：IE200M）4.抛光机（型号：P-1）5.砂轮切割机（型号：QG-1）6.镶嵌机（型号：XQ-2B）7.热处理炉（型号：SX24-13）三、实验材料1.45钢和40Cr钢2.砂纸（型号和粒度：DP22 400cw 600cw 800cw 2000cw）3.抛光粉：氧化铝4.腐蚀剂：4%硝酸四、实验内容将45钢和40Cr钢试样放入热处理加热炉（型号：SX24-13），加热到850℃保持20min后，分别进行水冷、油冷和炉冷。
将水冷的试样分别放入200℃、400℃和600℃回火炉（型号：RJC108）中保持30min，出炉水冷。
采用砂轮切割机，将经不同热处理后的试样从中间切开，在剖开的截面上利用洛氏硬度计分别测量试样心部、1/2R处和表层处硬度值。
填入表1中。
采用砂纸，将试样表面磨光，然后抛光、腐蚀（腐蚀剂：4%硝酸溶液），在显微镜下观察金相组织，采用维氏硬度计测量试样不同区域的维氏硬度值，记录在表1中。
五、实验结果45和40Cr钢热处理实验结果见表1 。
表1 45钢和40Cr钢热处理实验结果材料热处理工艺硬度值，HRC表层1/2R处中心45钢850℃×20min，炉冷 6.709.158.81850℃×20min，空冷15.5710.578.62850℃×20min，油冷32.8329.6827.75850℃×20min，水冷44.2041.0039.4 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷44.0037.1734.08 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷37.6736.8534.06 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷24.0321.9821.0240Cr钢850℃×20min，炉冷13.9212.4710.71850℃×20min，空冷19.0719.7119.84850℃×20min，油冷51.1751.9251.85850℃×20min，水冷58.2354.4652.89 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷52.8755.9756.07 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷48.0752.8151.74 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷42.6844.6747.05六、实验报告要求1.提交电子版实验报告，个人直接发送至我qq邮箱：2.表1数据和所照样品的金相照片同组可以共享；3.结果分析部分，同学之间可以口头讨论，但不得复制他人的实验报告内容，否则，实验成绩以0分计，切记！！！4.结果分析部分排版要美观，图要有图号和图题，且图号和图题放在图的下方。
钢材料热处理方式及其要求
钢材料热处理方式及其要求热处理是钢材料加工中的一种常用方法，可以改变钢材料的物理和化学性质，提高其硬度、强度、耐磨性等性能。
本文将介绍钢材料常见的热处理方式及其要求。
1. 淬火（Quenching）淬火是将高温加热至适宜温度后，迅速冷却的热处理方式。
通过淬火，钢材料的组织会发生变化，获得更高的硬度和强度。
淬火时需要注意以下要求：- 加热温度和保温时间要根据钢材料的类型和要求进行调整，确保达到适当的淬火效果。
- 冷却介质的选择要合适，常见的冷却介质包括水、油和盐溶液。
- 冷却速度要控制适当，避免出现裂纹和变形。
2. 回火（Tempering）回火是在淬火后，将钢材料加热至较低的温度，然后再进行适当的冷却的热处理方式。
通过回火，钢材料的硬度和脆性可以得到调控，使其具有更好的韧性和耐久性。
回火时需要注意以下要求：- 加热温度和保温时间要根据钢材料的类型和要求进行调整，确保达到适当的回火效果。
- 冷却过程可以采用空气冷却或水冷却，而且需要在钢材料达到目标温度后立即进行冷却，以避免过度软化。
3. 规整化（Normalization）规整化是将低温下加热至适宜温度，然后加热至高温（约50°C~100°C高于淬火温度），最后进行适当冷却的热处理方式。
规整化可以改善钢材料的显微组织，消除内部应力，并提高材料的机械性能。
规整化时需要注意以下要求：- 低温加热温度要根据钢材料的类型和要求进行调整，用于消除组织中的残余应力。
- 高温加热过程需要保温一段时间，以确保达到均匀的温度。
- 适当的冷却方法可以根据需要选择，常见的方法包括空气冷却和水冷却。
4. 固溶化（Solution Treatment）固溶化是将钢材料加热至固溶体区，然后迅速冷却的热处理方式。
通过固溶化，材料中的非均匀相可以溶解，从而提高钢材料的塑性和韧性。
固溶化时需要注意以下要求：- 加热温度要控制在固溶体区，以确保能使非均匀相溶解。
钢的热处理方法及应用
钢的热处理方法及应用2008-01-27 17:341.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。
目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。
应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。
2.正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。
目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。
应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。
对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。
对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。
3.淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。
目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。
应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。
4.回火操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。
目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。
应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。
钢的热处理
钢的热处理弥散强化：合金的组织由固溶体和金属化合物组成时，第二相硬质点成为位错移动的障碍物。
在外力的作用，位错线遇到第二质点时发生弯曲，位错在第二质点下留下一位错环。
第二质点的存在增加了位错移动的阻力，使滑移抗力增加，从而提高了合金的强度。
也叫弥散强化。
加工硬化:金属在发生塑性形变时，位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力增大，引起塑性形变抗力提高，金属的强度和硬度明显提高，塑性和韧性明显下降叫做加工硬化。
细晶强化、固溶强化。
一、钢在加热时的转变：¤影响结晶后晶粒度的主要因素是：加热温度和预先变形度。
¤奥氏体的形成：奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解、奥氏体的均匀化。
¤影响奥氏体转变速度的因素：①加热温度②加热速度③钢中碳的质量分数④合金元素⑤原始组织¤影响奥氏体晶粒度的主要因素：：①加热温度和保温时间②钢的化学成分二、钢在冷却时的转变：¤奥氏体向珠光体转变是扩散性转变奥氏体向贝氏体转变是半扩散性转变（碳原子扩散铁原子不扩散）奥氏体向马氏体转变是非扩散性转变¤350~550转变产物是上贝氏体，成羽毛状。
在高温下形成，铁素体片较宽，塑性变形抗力差渗碳体分布在铁素体之间，容易引起脆断，因此强度和韧性差。
350~ M 转变产物是下贝氏体，黑色针状。
在低温下形成铁素体细小，无方向性，碳的过饱和度大位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合性能。
¤马氏体：a非扩散型转变b转变速度很快c转变不彻底，总是留一些少量奥氏体d马氏体形成是体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。
板条状（低碳马氏体）0.25%以下、针状马氏体三、钢的普通热处理：⒈退火：定义:把零件加温到一定温度保温一段时间,然后随炉冷却。
高温退火：完全退火、球化退火、扩散退火、等温退火低温退火：去应力退火、再结晶退火适用：完全退火：亚共析钢球化退火：共析钢和过共析钢等温退火：共析钢、亚共析钢扩散退火：全部加热温度：完全退火：是把钢加热到Ac3以上20℃～30℃，保温一定时间，随炉冷却至600℃以下，出炉空冷。
简述钢的普通热处理
钢的普通热处理方法：
1.正火：将钢加热到适当温度，保温一段时间后取出在空气中
冷却。
正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能；用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。
2.淬火：将钢加热至高温后快速冷却，使其硬化。
淬火的主要
目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。
3.回火：将淬火后的钢加热到一定温度并保温一段时间，然后
冷却。
回火的主要目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。
4.退火：将钢加热至适当温度并保温一段时间后缓慢冷却。
退
火的主要目的是调整硬度以方便切削加工，消除内应力，稳定尺寸，防止加工中变形。
退火还能细化晶粒，改善组织。
5.表面热处理：包括表面淬火和火焰加热表面淬火等。
表面热
处理的主要目的是提高材料表面的硬度和耐磨性。
6.化学热处理：包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
化学热处理的
主要目的是改变材料表面的化学成分，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。
钢铁材料的一般热处理
2010-8-26 14:55:44
名称
热处理过程
热处理目的
1．退火
将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温。
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细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备；
③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂。
4．回火
将淬火后的钢件加热到临界温度以下，保温一段时间，然后在空气或油中冷却。回火是紧接着淬火以后进行的，也是热处理的最后一道工序。
①获得所需的力学性能。在通常情况下，零件淬火后的强度和硬度有很大提高，但塑性和韧性却有明显降低，而零件的实际工作条件要求有良好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后，可以获得所需的力学性能；
退火类别
(1)完全退火
将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—960oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)。
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件。
②稳定组织，稳定尺寸；
③消除内应力。
回火类别
(1)低温回火
将淬硬的钢件加热到150-50oC,并在这个温度保温一定时间，然后在空气中冷却,低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等。
消除钢件因淬火而产生的内应力。
(2)中温回火
将淬火的钢件加热到350～450％，经保温一段时间冷却下来,一般用于各类弹簧及热冲模等零件。
使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度。
(3)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650oC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等。
项目五 钢的热处理
一、过冷奥氏体等温转变曲线
奥氏体在临界点A1以上是稳定的，不会发生转变。当奥氏体冷却到临界点以下， 处于不稳定状态，必定要发生转变。但并不是一冷却到临界点温度以下立即发生转变， 这种在临界温度以下存在的奥氏体叫做过冷奥氏体。
将经奥氏体化后的钢冷却到相变点以下的温度区间内等温保持时，过冷奥氏体所 发生的转变称为等温转变。
金属材料与热处理
项目五 钢的热处理
项目导入
热处理是提高机械产品质量，充分发挥材料潜力的重要工艺方法， 是钢热处理原理在生产实践中的具体应用。钢的热处理是通过将钢在 固态下加热、保温和冷却来改变其内部组织，从而获得所需的组织结 构与性能的一种工艺方法。根据使用条件和性能的要求，结合热加工 工艺过程，采用合理的热处理手段，是提高零件力学性能、使用寿命 的必要条件。
四、奥氏体的晶粒度及其影响因素
3.奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响 奥氏体晶粒细小时，冷却后产物组织的晶粒也细。其强度与塑性、韧性都较 高，冷脆转变温度也较低;反之粗大的奥氏体晶粒，冷却转变后仍获得粗晶粒组织， 使钢的力学性能较低，甚至在淬火时产生变形。因此，钢在加热时，为了获得细小 而均匀的奥氏体晶粒，必须严格控制加热温度和保温时间。
目录
CONTENT
CONTENT
01 认识钢的热处理 02 认识“C”曲线 03 钢的退火和正火 04 钢的淬火和回火 05 钢的表面淬火 06 钢的化学热处理 07 零件的热处理分析
任务一
认识钢的热处理
热处理可以强化材料，充分发挥钢材的潜力， 提高或改善工件的使用性能和加工工艺性，是 提高加工质量，延长工件和刀具使用寿命、节 约材料、降低成本的重要手段。
四、奥氏体的晶粒度及其影响因素
4.影响奥氏体晶粒度大小的因素 （1）加热温度和保温时间 加热温度越高、保温时间越长，形核率越大，长 大速度越大，奥氏体晶界迁移速度越大，其晶粒越粗大。因此，必须严格控制加热 温度，当加热温度一定时，随保温时间的延长，晶粒不断长大，但长大的速度越来 越慢，不会无限长大下去，所以延长保温时间的影响要比提高加热温度小得多。 （2）加热速度 当加热温度一定时，加热速度快，奥氏体实际形成温度高， 形核率增高，由于时间短奥氏体晶粒来不及长大，可获得细小的起始晶粒度。此外 加热速度越快，则加热时间越短，晶粒越来不及长大。所以，快速短时加热是细化 晶粒的重要手段之一。
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0
Mf
马氏体(M)转变区。
-100
16 0 调研学习 1
10
102
103
104 时间(s)
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆珠光体转变
过冷奥氏体在A1到 550℃间将
转变为珠光体类型组织；
珠光体
铁素体与渗碳体片层相间的机
械混合物；
转变温度越低，层间距越小；
10
调研学习
钢坯加热
5.2 钢的加热转变——(1)奥氏体形成过程
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：
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； 第三步剩余Fe3C溶解：铁素体的成分、结构更接近于奥氏体，
热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律； 热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介
质等参数。
(a)940淬火+220回火（板条M回+A’少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A’少）(e)940淬 火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A’少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）
奥氏体晶粒大小对钢的力学 性能的影响：
奥氏体晶粒均匀细小， 热处理后钢的力学性能 提高；
粗大的奥氏体晶粒在淬 火时容易引起工件产生 较大的变形甚至开裂。
14
调研学习
箱式可控气氛多用炉 真空热处理炉
5.3 钢的冷却转变
温 度
热 加
保温
临界温度
15
调研学习
连续冷却 等温冷却
时间
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变
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。
W18Cr4V钢热处理工艺曲线
8
调研学习 预备热处理
最终热处理
时间
5.1 概述——⑥临界温度与实际转变温度
铁碳相图中PSK、GS、 ES 线 分 别 用 A1 、 A3 、 Acm表示；
18 光调镜研下学习形貌
电镜下形貌
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆珠光体转变——索氏体
形成温度为650～600℃, 片 层 较 薄 ， 800 ～ 1000 倍光镜下可辨；
①共析钢C曲线
温度
(℃)
A1
稳定的奥氏体区
700 600 500
过 冷 奥 氏 体
A
+ 产
物
A向产物转 变终止线
产 物 区
A1～550℃ 高温转变区；P转变区。
550～230℃
400
区
区 A向产物
300 Ms 转变开始线
中温转变区； 贝氏体(B)转变区。
200
230～－50℃
100
低温转变区；
为简明表示热处理 的基本工艺过程， 通常用温度—时间 坐标绘出热处理工 艺曲线。
3
调研学习
5.1 概述——②热处理的重要性
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广
泛应用。
在 机床制造 中约 60-70%的零 件要经过热处理。
在汽车、拖拉机制造业中需热 处理的零件达70-90%。
4
调研学习
模具、滚动轴承100%需经过 热处理。
索氏体
根据片层厚薄不同,又细分为
珠光体(P)、索氏体(S)和屈氏
体(T)。
17
调研学习
屈氏体
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆珠光体转变——珠光体
形成温度为A1～650℃， 片层较厚，500倍光镜下 可辨；
用符号P表示。
三维珠光体如同放在水中的包心菜
，要获得全部奥氏体组织，必须相应加热到Ac3 12 或A调研cc学m习以上。
5.2 钢的加热转变 (2)奥氏体晶粒大小及其影响因素
珠光体向奥氏体转变完成时， 奥氏体的晶粒很细小，称此为 起始晶粒度；
随着加热温度升高和保温时间 延长，会出现晶粒长大现象， 在给定温度下的奥氏体晶粒度 称为实际晶粒度；
把钢加热到930±10℃保温8h，冷却后测得的晶粒度定为本质晶 粒度；
有些钢其奥氏体晶粒随温度的升高迅速长大，这种钢称为本质 粗晶粒钢；
有些钢其奥氏体晶粒长大倾向较小，只有加热到较高温度(93013 950℃调研以学习上)时，才显著长大——本质细晶粒钢。
5.2 钢的加热转变 (2)奥氏体晶粒大小及其影响因素
第五章 钢的热处理
1
调研学习
第5章 钢的热处理
改善钢的性能，主 要有两条途径：
一是合金化，这是 下几章研究的内容；
二是热处理，这
是本章要研究的内 容。
2
调研学习
5.1 概述——①什么是热处理？
热处理(heat treatment)：将固态金属或合金在
一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表 面组织，从而获得所需材料性能的工艺过程。
总之，重要零件都需适当热处 理后才能使用。
5.1 概述——③热处理的特点及适用范围
热处理区别于其他加工工 艺如铸造、压力加工等的特 点是只通过改变工件的组
织来改变性能，而不改变
其形状。
铸造
适用于固态下发生组织转
变的材料，不发生固态相
变的材料不能用热处理来
轧制
5
调研学习
强化。
5.1 概述——④热处理的分类
因而先消失；残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失； 第四步奥氏体均匀化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高 11 ，通调研过学长习 时间保温使奥氏体成分趋于均匀。
5.2 钢的加热转变——(1)奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢
基本相同。但由于先共析或二次Fe3C的存在
实际加热或冷却时存 在着过冷或过热现象。
钢加热时的实际转变温度分别用Ac1、 Ac3、Accm表示；冷却时的实际转变温 9 度调分研学别习 用Ar1、Ar3、Arcm表示。
5.2 钢的加热转变
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。
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
6
调研学习
5.1 概述——④热处理的分类
根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不 同，将热处理工艺分类如下：
退火
正火
热 普通热处理 淬火
处
回火
理 表面淬火——感应加热、火焰加热等
表面热处理
化学热处理——渗碳、渗氮、碳氮共渗等
7
调研学习
5.1 概述——⑤预备热处理与最终热处理