钢的热处理原理

合集下载

钢的热处理原理

钢是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产和日常生活中。钢的性能可以通过热处理来改善，热处理是利用加热和冷却的方式，改变钢的组织结构和性能。热处理原理是钢材加热至一定温度，然

后保温一段时间，最后进行冷却。下面将详细介绍钢的热处理原理

及其影响。

首先，钢的热处理原理包括加热、保温和冷却三个过程。加热

是将钢材加热至一定温度，通常高于其临界温度，使其组织发生相变。保温是在一定温度下保持一段时间，使组织结构得以稳定。冷

却是以一定速度使钢材迅速冷却至室温，使其组织结构得以固定。

这三个过程相互联系，共同影响着钢材的性能。

其次，热处理原理对钢材的性能有着重要影响。加热可以改变

钢材的组织结构，使其晶粒长大，晶界清晰，提高了塑性和韧性。

保温可以使钢材内部的相变得以充分进行，进一步改善了钢材的组

织结构。冷却的速度和方式也会对钢材的性能产生影响，快速冷却

可以得到马氏体组织，提高了钢的硬度。

另外，热处理原理还受到材料成分、加热温度、保温时间和冷

却速度等因素的影响。不同的钢材成分会影响相变温度和组织结构，加热温度和保温时间的选择也会直接影响到钢材的性能。冷却速度

的选择则会影响到钢材的硬度和韧性，不同的冷却方式也会得到不

同的组织结构。

总之，钢的热处理原理是通过加热、保温和冷却三个过程，改

变钢材的组织结构和性能。热处理原理对钢材的性能有着重要影响，同时受到材料成分、加热温度、保温时间和冷却速度等因素的综合

影响。因此，在实际生产中，需要根据具体的要求和条件，合理选

择热处理工艺参数，以达到最佳的效果。

通过对钢的热处理原理的了解，我们可以更好地掌握钢的性能

钢的热处理原理

片状M 硬而脆
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线
TTT曲线的建立
（以金相硬度法为例）
制成金相试样并奥氏体化分组快冷至A1以下不同温度保温
每隔一定时间取出一试样水淬观察显微组织（辅以硬度测定）
确定相变点连接具有相同意义的点
共析钢 C 曲线简介
点、线、面分析关于孕育期（τ）
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线
影响TTT曲线（C 曲线）的因素
含碳量的影响合金元素的影响加热条件的影响
T/℃
800 A3
A
700 A1
A→F
A+F
T/℃
800
A1
A
700
600
A→P
P+F
600
A→P
P
500
400
A→B
B
Ms
300
200
500
400
A→B
B
300
Ms
10-5100 0
1
10 102 103 104 105 时间/s
钢在冷却时的转变
用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢的连续转变过程
△T1 △T2
a2 a3
b2
a1 b1 v1
v2 a3′
v=v1：炉冷， a1 —开始点， b1 —终了点，

钢的热处理原理

等温淬火法
机械工程导论
分级淬火法
机械工程导论
四、淬水钢的回火将淬火后的钢加热至Ac1以下某一温度，保温一定时间，冷至室温的热处理工艺。
消除或减少淬火应力
Байду номын сангаас
目的
稳定工件尺寸，防止工件变形与开裂获得工件所需的组织和性能
机械工程导论
根据回火温度可将钢的回火分为三类:
机械工程导论
淬透性钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。淬硬性钢的淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，主要取决于马氏体的含碳量。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
机械工程导论
单液淬火法
机械工程导论
双液淬火法
机械工程导论
机械工程导论
第三章钢的热处理
§1 概述
热处理：将金属在固态下通过加热、保温和冷却的方
式，改变合金的内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。
机械工程导论
§2
钢的热处理基本原理
一、钢在加热时的组织转变
奥氏体的转变温度
机械工程导论
奥氏体的形成
奥氏体形核
奥氏体长大
剩余渗碳体溶解
奥氏体均匀化
机械工程导论

钢的热处理原理

热处理原理：钢中组织转变的规律是热处理的理论基础，称为
热处理原理。
热处理原理的内容：包括钢的加热转变、珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变和回火转变。根据热处理原理制定的具体的加热温度、保温时间、冷却
方式等参数就是热处理工艺。
4
钢为什么能够进行热处理？
原则上只有在加热或冷却时发生溶解度的显著变化或发生固态
延长。特别是高合金钢，如W18Cr4V高速钢的淬火温度需要提高到
1270－1280‴，超过Acl(820-840‴)数百度。
20
奥氏体的晶粒大小及其控制
A形成后继续加热或保温，晶粒将长大，在热力学上是一种自发趋势。加热时形成的A晶粒大小，对钢的冷却转变及转变产物的组织和性能都有重要的影响。
（1）晶粒大小的表示方法
氏体的自由能相等。只有当温度高
当温度等于A1时，珠光体与奥
于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱
珠光体和奥氏体的自由能随温度变化的曲线
动力才能克服界面能和应变能的相变阻力，使奥氏体的自由能低于珠光体的自由能，奥氏体才能自发形核。
8
1. 奥氏体的形成过程
共析钢为例
Fe3C 6.69％C 复杂晶格
α-Fe
相变的合金才能进行热处理。
根据Fe-Fe3C相图，钢在高温和低温时具有不同的结构状态：
共析钢在加热和冷却过程中经过PSK线（A1）时，发生珠光体和奥氏体之间的相互转变；亚共析钢经过GS线（A3）时，发生铁素体与奥氏体之间的相互转变；过共析钢经过ES线（Acm）时，发生渗碳体与奥氏体之间的相互转变。钢在加热和冷却过程中越过上述临界点就要发生固态相变，所以能进行热处理。

钢的热处理原理

钢的热处理是通过改变钢材的组织和性能来达到所需的机械性能和使用性能的目的。钢的热处理原理主要涉及钢材的加热、保温、冷却等过程。

首先，钢材需要被加热到一定的温度。加热过程中，钢材的晶粒会逐渐长大，同时在晶界上也会出现一些微小的结构变化。这个温度是根据钢材材质和所需性能来确定的。

接下来，钢材需要保温一段时间。保温时间通常是根据钢材的厚度和加热温度来确定的。保温时间越长，晶粒长大得越好，但过长的保温时间可能会导致晶粒长大过大，从而影响钢材的性能。

最后，钢材需要快速冷却。冷却速度的选择取决于钢材的成分和所需性能。快速冷却可以产生较细的晶粒，从而提高钢材的强度和韧性。常用的冷却方式包括水冷、油冷和空冷等。

钢的热处理原理基于钢材的金相组织变化规律。通过调整钢材的加热、保温和冷却过程，可以改变钢材的晶粒尺寸、相对总面积和晶粒形态等结构特征，从而改变钢材的性能。不同的热处理方法可以使钢材具有不同的组织和性能，例如，调质可以提高钢材的强度和韧性，而退火可以改善钢材的加工性能和韧性。

钢的热处理原理

4、奥氏体的稳定化奥氏体陈化稳定，在马氏体转变温度
范围内，如冷却中止于某温度，停顿一段时间后再继续冷却时，马氏体转变不立即开始，而是经过一段时间后转变才重新开始，并导致残A量增加。 • 冷却中断温度愈低，中断时间越长，陈化稳定现象越严重。
第二节
三、马氏体转变
钢在冷却时的转变
四、贝氏体转变：
一、回火转变和组织（以C钢为例）
→350℃以下回火，过饱和α固溶体+ε碳化物组成的复相组织，称为回火马氏体。
室温—150℃附近，过饱和α固溶体析出弥散的ε碳化物，薄片状，并与之共格。 150℃—350℃，C原子活动能力增强，ε碳化物长大，α中C 浓度降低，α 相接近饱和成份，马氏体分解结束。
回火转变和组织
随温下降而增加，某一温度下恒温停留不会引起马氏体量增加。
马氏体转变结束时，总有残余A（A'），不能进行到底。
马氏体转变
100 Mf
Ms 温度
Ms 和Mf与钢的成分有关：
碳含量：C%↑，Ms、Mf↓ 合金元素，Ms、Mf↓（A1、Co除外），合金钢Ms、Mf点低，有时必须进行冷处理。
马氏体转变
结论：原始组织越弥散，相界面越大，奥氏体化速度越快。
钢加热时的组织转变
三、奥氏体晶粒大小
1、奥氏体晶粒大小对性能的影响
→影响淬火回火钢的屈服强度，σs= σ0 + Kd-1/2, σ0 为单晶体屈服强度

热处理原理及工艺

同学们，今天咱们来一起琢磨琢磨热处理的原理及工艺，这可是个很有意思的话题！

咱们先来说说热处理的原理。简单来讲，热处理就是通过改变材料的温度，然后控制冷却速度，来改变材料的内部组织结构，从而改善它的性能。

这就好比给材料做了一次“健身训练”，让它变得更强更厉害！比如说，把一块钢加热到一定温度，然后以不同的速度冷却，它的硬度、强度、韧性这些性能都会发生变化。

那热处理都有哪些工艺呢？常见的有退火、正火、淬火和回火。

退火就像是让材料“放松休息”一下。把材料加热到一定温度，然后慢慢冷却。这样可以降低材料的硬度，改善它的切削加工性能，还能消除内部应力，让材料更稳定。

正火呢，和退火有点像，但冷却速度稍快一些。它能提高材料的硬度和强度，让材料的性能更均匀。

淬火可就比较“激烈”啦！把材料加热到高温，然后快速放到水或者油里冷却。这就像给材料来了个“魔鬼训练”，能让材料变得特别硬，但是也会比较脆。

淬火之后通常还会进行回火。回火就像是给经过“魔鬼训练”的材料做个“按摩放松”。把淬火后的材料再次加热到一定温度，然后冷却。这样可以降低材料的脆性，提高韧性，让材料既有高硬度又有好的韧性。

再比如说，有时候为了得到特殊的性能，还会进行表面热处理，像渗碳、渗氮这些。

渗碳就是让材料表面吸收碳元素，提高表面的硬度和耐磨性，而内部仍然保持较好的韧性。

渗氮呢，则是让材料表面吸收氮元素，能让材料的表面更耐磨、耐腐蚀。

给大家举个例子，比如说制造一把刀。先对钢材进行

退火处理，让它容易加工。然后进行淬火，让刀刃变得坚硬锋利。最后再回火，让刀既有硬度又不容易折断。

钢的热处理原理

钢的热处理原理
第三种类型
含碳量高的马氏体的塑性、韧性差。马氏体转变是强化钢铁材料的有效手段。但马氏体形成时要伴随体积膨胀，因而产生内应力，组织也不稳定。
钢的热处理原理
连续冷却时
钢的热处理原理
连续冷却时
在实际生产中，钢一般是以一定的降温速度连续冷却的。测定连续冷却转变的曲线（称为CCT曲线）时，可把各组试样奥氏体化，选用若干不同的冷却速度进行冷却，然后测定各冷却速度下奥氏体转变的开始点（温度与时间）和终了点，并将其绘在“温度－时间”坐标图中，最后把开始转变点和终了点连接起来便可得到该钢的CCT由线。
钢的热处理原理
共析钢的CCT 曲线为便于应用，在很多钢的CCT曲线中，均标出了一系列冷却速度下转变终了时组织组成物所占体积分数和室温组织的平均硬度值。由CCT曲线可以看出，不同的冷却速度下可以得到不同的组织。
钢的热处理原理
冷却速度小于vc′（称为下临界冷却速度）时，得到珠光体型组织冷却速度大于vc（称为上临界冷却速度）时，得到马氏体组织冷却速度在vc ′与vc之间时，得到珠光体与马氏体的混和组织。
工程材料及热处理
钢的热处理原理
第三种类型
在Ms温度以下冷却，得到马氏体组织。马氏体组织是碳在α－Fe中的过饱和固溶体，用M表示。
钢的热处理原理

钢的热处理原理

第九章钢的热处理原理

内容提要：

热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。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，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。根据热处理后所要求的性能的不同，热处理的类型有多种多样，但所有的热处理工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段。根据热处理时加热和冷却的规范及组织性能变化的特点，热处理可分为普通热处理、表面热处理、化学热处理、可控气氛热处理、真空热处理和变形热处理等。

基本要求：

（1）掌握钢在加热和冷却时的转变——奥氏体、珠光体、马氏体、贝氏体转变的特点、三种组织形态及性能及影响因素。

（2）掌握淬火钢回火的组织转变过程和与之相对应的基本组织；掌握并区分相似名称的各种显微组织(如淬火马氏体和回火马氏体；奥氏体、过冷奥氏体和残余奥氏体；索氏体和回火索氏体；屈氏体和回火屈氏体。

第一节概述

1 热处理的作用

热处理是改善金属材料的使用性能和加工性能的一种非常重要的工艺方法。在机械工业中，绝大部分重要的机件都必须经过热处理。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，以改变其整体或表面组织，从而获得所需性能的一种工艺。

1 热处理与相图

金属材料的特点之一是可以用热处理方法较大幅度地调整与改变其性能，这是由于金属材料在加热与冷却过程中内部组织结构发生了各种类型的变化的缘故。为了使钢件在热处理后获得所需要的性能，大多数热处理工艺（如淬火、正火和普通退火等）都要将钢件加热到高于临界点温度，以获得全部或部分奥氏体组织并使之均匀化，这个过程称为奥氏体化。然后通过不同的冷却制度，使奥氏体转变为不同的组织（包括平衡组织与不平衡组织），从而获得所需的性能。

4.1钢的热处理原理

3.淬硬性与淬透性淬硬性是钢在理想条件下淬火硬化所能达到的最高硬度。淬透性是指在规定条件下，决定钢淬硬深度和硬度分布的特性。动画\金工动画\ 末端淬火法.swf 影响淬透性的因素是：奥氏体成分、淬火加热温度、钢的原始组织
三、回火
回火是将钢淬硬后，再加热到AC1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
（2）转变速度极快；（3）转变时体积发生膨胀，产生很大的内应力，工件易裂、变形；（4）转变不完全性，在Mf
以下仍有A残（使硬度、耐磨性↓）。
• 3）、M组织形态：针状M一般为C >1.0 %的钢淬火后所获得→高碳M，硬度高、
脆性大。板条M --- 一般为C <0.2 %的钢淬火后所获得→低碳M 良好бb,较好韧性. 当C =0.2 % ～ 1.0 %的钢淬火后可获得---针状M+板条M.
亚共析钢的加热过程： F P AC1 F A AC3 A 过共析钢的加热过程： P Fe3CⅡ AC1 A Fe3CⅡ ACcm A
2、奥氏体晶粒的长大
奥氏体晶粒度的概念晶粒度：表示晶粒大小的尺度。
钢进行加热时，当珠光体刚刚全部转变为奥氏体时，在一般情况下，奥氏体晶粒是比较细小而均匀的，此时的晶粒大小称为奥氏体的起始晶粒度。
3)含碳量对等温转变图的影响
由图可见，亚共析钢和过共析钢C曲线的上部各多出了一条先共析相析出线，它表示在发生珠光体转变之前，亚共析钢中要先析出铁素体，过共析钢中要先析出渗碳体。

钢的热处理原理精华版解读

钢是机械工业中应用最广的材料，钢的显微组织复
杂，可以通过热处理予以控制，所以钢的热处理是金
属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其
合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性
能，以获得不同的使用性能。
3
早在公元前770～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。
固态相变时，为了减小新、旧两相之间的界面能，新相与母相晶体之间往往存在一定的晶体学位向关系，常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶面和晶向相互平行。并且，新相往往在母相某一特定晶面上形成，母相的这个晶面称为惯习面，这种现象叫做惯习现象。
11
（三）母相晶体缺陷对相变起促进作用固态相变时，新相晶核往往优先在母相中的各种晶
铁素体向奥氏体的转变速度比渗碳体溶解的速度快得多，因此，珠光体中的铁素体总是首先消失。
18
（三）剩余渗碳体的溶解
铁素体消失后，仍有未溶解渗碳体存在。继续保温或继续加热时，未溶渗碳体不断向奥氏体中溶解，直至全部消失。
（四）奥氏体成分均匀化
当渗碳体刚刚全部溶解完时，原渗碳体存在的地方含碳量比原铁素体存在的地方含碳量要高，所以需要继续延长保温时间或继续加热，让碳原子充分扩散，才能获得成分均匀的奥氏体。
6
二、热处理与相图
原则上只有在加热或冷却时发生溶解度显著变化或者发生类似纯铁的同素异构转变，即有固态相变发生的合金才能进行热处理。纯金属、某些单相合金等不能用热处理强化。

钢的热处理原理

2．影响A晶粒长大的因素
1250℃
• （1）加热温度和保温时间
T↑、 t↑ ，A 晶粒长大； T 的影响远大于 t。
（2）加热速度
晶粒度
1050 ℃
900 ℃
保温时间 t
——常规加热速度下影响不大
——快速加热，短时保温的超细化工艺如高频加热，激光加热等
⑶ 成分强烈阻碍：Al、V、Ti、Zr、Nb 原因：机械阻碍理论 ——形成难溶碳、氮化物中等阻碍：Cr、W、Mo 促进长大： Mn、P、溶入 A 的 C ┖降低铁原子的结合力，促进铁的扩散 (4) 钢的原始组织
图6-4片状珠光体的片间距表示法
B上 B下
珠光体晶团
(2)
粒状珠光体
a）过冷A直接分解 b）片状P球化 C）淬火组织回火
粒状P形成机理
a）过冷A直接分解非均匀形核
b）片状P球化实际生产中
四、马氏体转变
•
V>VK
淬火
转变式：A(f.c.c , 0.77C%)→M(b.c.c or b.c.t （体心立方）, 0.77C%) • • ﹂只有晶格改组而无成分变化无扩散型相变
• 一、过冷奥氏体的等温转变
• 1．过冷A 等温转变曲线
• ① 过冷A：不稳定的，暂时存在的A。
• ② C曲线：综合反映A在不同温度下等温时，

钢的热处理原理

钢是一种重要的金属材料，广泛应用于机械制造、建筑工程、汽车制造等领域。而钢的性能很大程度上取决于其热处理过程。热处理是通过加热和冷却来改变钢的组织结构和性能的工艺过程。下面将介绍钢的热处理原理。

首先，钢的热处理包括退火、正火、淬火和回火四个基本工艺。退火是将钢加

热到一定温度，然后缓慢冷却到室温，目的是消除残余应力和改善加工硬化组织。正火是将钢加热到一定温度，然后在空气中冷却，以提高钢的硬度和强度。淬火是将钢加热到临界温度以上，然后迅速冷却到介质中，以获得马氏体组织，提高钢的硬度。回火是在淬火后，将钢加热到较低的温度，然后冷却，以降低硬度和提高韧性。

其次，钢的热处理原理是基于固溶、析出和相变的原理。在加热过程中，钢中

的合金元素和碳元素会溶解在钢基体中，形成固溶体。在冷却过程中，这些元素会析出，形成新的组织结构。同时，钢的相变也会发生，如奥氏体转变为马氏体，从而改变钢的硬度和强度。

另外，钢的热处理过程中需要控制加热温度、保温时间和冷却速度。加热温度

应该根据钢的成分和要求的性能来确定，一般应该高于临界温度。保温时间则是保证合金元素和碳元素充分溶解和扩散的时间。冷却速度则决定了钢的组织结构和性能，快速冷却可以得到马氏体组织，从而提高硬度。

最后，钢的热处理还需要考虑材料的预处理和后处理。预处理包括去除表面氧

化层、清洁和退火，以保证热处理的效果。后处理则包括除去淬火和回火产生的残余应力、调质和表面处理，以提高钢的综合性能。

综上所述，钢的热处理原理是基于固溶、析出和相变的原理，通过控制加热温度、保温时间和冷却速度来改变钢的组织结构和性能。热处理是钢材加工中不可或

钢的热处理原理及工艺

钢热处理是指通过加热和冷却工艺来改变钢的组织结构和性能的方法。钢的热处理可以使钢的硬度、强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性等性能得到提高，从而满足不同工程需求。下面将详细介绍钢的热处理原理及工艺。

1. 钢的热处理原理

钢的热处理是基于钢的相变规律和固溶体的形成原理进行的。钢的相变主要包括相变温度、相变点和相变组织的变化。根据钢材的成分和热处理工艺的不同，钢的相变主要包括铁素体转变为奥氏体、奥氏体转变为马氏体、回火和淬火等。

2. 钢的热处理工艺

（1）退火：退火是将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温的热处理方法。退火可以消除钢内部的应力，恢复钢材的塑性和韧性，并改善钢的加工性能。常见的退火工艺有全退火、球化退火和正火等。

（2）淬火：淬火是将钢加热到一定温度，然后迅速冷却的热处理方法。淬火可以使钢的组织变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。淬火的冷却介质可以选择水、油或空气等。

（3）回火：回火是将淬火后的钢再加热到一定温度，然后冷却的热处理方法。回火可以消除淬火的残余应力，减轻和改变马氏体的形成，从而提高钢的韧性和耐脆性。常见的回火温度通常在300-700之间。

（4）正火：正火是将钢加热到一定温度，然后在空气中冷却的热处理方法。正火可以消除钢的残余应力，改善钢的韧性和塑性，并提高钢的强度。正火的温度通常在700-900之间。

（5）调质：调质是将已经淬火或正火的钢加热到低于共析线或乳状奥氏体线的温度，然后冷却的热处理方法。调质可以使钢的硬度和强度得到进一步提高，并保持一定的韧性和塑性。

钢的热处理原理和工艺

1. 引言

热处理是指通过加热和冷却等一系列控制过程，对金属材料进行组织和性能的变化，达到改善材料性能的目的。钢的热处理是一种常见的金属热处理方法，具有广泛的应用领域。本文将介绍钢的热处理原理和常用的热处理工艺。

2. 钢的热处理原理

钢的热处理是指通过加热和冷却等工艺手段，改变钢的组织结构和性能。钢的热处理原理基于钢的相变规律和材料的热力学性质。

2.1 钢的相变规律

钢在加热过程中会发生相变，包括固相组织的相变和奥氏体的相变。固相组织的相变主要包括铁素体相变和铁碳体相变。奥氏体的相变主要包括奥氏体的析出和奥氏体的变质。

•铁素体相变：在约720℃以下，将奥氏体加热到过共饱和温度800℃以上，冷却后会发生铁素体相变，即奥氏体转变为铁素体。

•铁碳体相变：在约720℃以下，将铁素体加热到过共饱和温度800℃以上，冷却后会发生铁碳体相变，即铁素体转变为奥氏体。

•奥氏体析出：在约720℃以上，奥氏体中的碳溶解度增加，冷却过程中会发生奥氏体析出。

•奥氏体变质：在较低温度下，奥氏体中的碳溶解度减小，会发生奥氏体的变质。

2.2 热力学性质

钢材的热力学性质主要包括材料的固相平衡线和相似线。固相平衡线是指材料在一定条件下的相变温度和温度范围，影响钢材在热处理过程中的相组织变化。相似线是指材料在加热和冷却过程中的相变特征线，对控制材料的相变过程具有重要意义。

3. 常用的热处理工艺

钢的热处理包括多种工艺，常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火等。

3.1 退火

退火是指将钢材加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却的过程。退火的目的是消除应力，改善钢材的塑性和韧性。退火方式包括全退火、球化退火、等温退火等。