钢的热处理原理
钢的热处理(原理及四把火)
钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。
热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。
其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。
第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。
在铁素体和渗碳体的相界面上形成。
有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。
1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。
2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。
（F比Fe 3 C先消失）3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。
（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。
分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。
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。
钢的热处理原理和工艺
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
钢在加热和冷却时的临界温度
2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体 ——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下）
形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
奥
4秒
氏
体
6秒
形
成
示
8秒
意
图
15秒
对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体ห้องสมุดไป่ตู้过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
一、表面淬火 1.定义
是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍 保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。 2.方法（快速加热）
火焰加热、感应加热、电接触加热、激光加热等 表面淬火方法。 目前生产上最常用是：
钢的热处理原理
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调控方法，为工业生产提供更好的材料支持。
同时，也可以更好地利用钢材的性能，满足不同领域的需求。
希望本文能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
钢的热处理原理及工艺
6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C
C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
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
钢的热处理原理与方法论文
钢的热处理原理与方法论文摘要：热处理是指通过加热和冷却来改变金属材料的组织和性能。
钢的热处理是钢加工过程中重要的一步，可以显著改善钢材的强度、韧性和耐磨性等性能，提高其使用寿命和使用范围。
本文将介绍钢的热处理原理与方法，包括淬火、回火、正火等常用的热处理方法，以及热处理的影响因素和应用范围。
一、热处理原理钢的热处理是基于钢材的相变规律和组织变化规律来进行的。
钢材在加热过程中，会出现固溶、析出和相变等现象，从而改变钢材的组织和性能。
通过合理的加热和冷却过程，可以使钢材达到理想的组织状态，进而实现理想的力学性能。
钢材的相变规律是钢材热处理的基础。
一般来说，钢材的相变包括固溶相变和析出相变。
固溶相变是指固溶体中的一种化学成分在加热过程中溶解或析出的现象，如奥氏体相变和铁素体相变等。
析出相变是指固溶体中的化学成分在冷却过程中析出或析出的现象，如马氏体相变等。
钢材的组织变化规律是钢材热处理的另一个重要方面。
钢材的组织包括组织类型和组织形态两个方面。
组织类型是指钢材中各种物相的分布和比例，如奥氏体、铁素体、珠光体等；组织形态是指物相在钢材中的形状和大小，如粗大晶粒、细小晶粒等。
通过控制钢材的加热和冷却过程，可以控制钢材的组织类型和组织形态，从而实现理想的力学性能。
二、热处理方法1.淬火淬火是指将高温钢材迅速冷却到室温以下，使其产生马氏体相变。
马氏体具有高硬度和脆性的特点，可以显著提高钢材的硬度和强度，但降低了韧性。
因此，淬火一般需要进行回火处理来改善钢材的韧性。
2.回火回火是指将淬火后的钢材加热到较低温度并保温一段时间，然后冷却到室温。
回火可以消除淬火时产生的内应力和组织不均匀性，通过分解马氏体改善钢材的韧性，同时适当降低硬度和强度。
3.正火正火是指将低碳钢材加热到临界温度以上，保温一段时间，然后冷却至室温。
正火可以使铁素体相变为奥氏体，改善钢材的塑性和韧性，适用于需要保持一定塑性和耐久性的工件。
三、热处理的影响因素钢材的热处理效果和性能会受到多种因素的影响。
钢的热处理原理
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
3、剩余Fe3C的溶解： 保温时间延长，剩余渗碳体不断溶解。
4、奥氏体的均匀化，其中C浓度的均匀化
完全奥氏体化和不完全奥氏体化
亚共析钢和过共析钢
钢加热时的组织转变
二、影响奥氏体化的因素
1、转变温度
有何影响，为什么？
·T越高，△G越大，转变推动力大 ·T越高，原子扩散快，Fe的晶格重组和C的均匀化越快
钢的热处理原理简介
第一章
→
钢的热处理原理
钢的热处理：把钢在固态下加热到预定的温度，保温预定的时间，然后以预
定的方式冷却下来。通过这一过程使钢的性能发生预期变化。
（为了达到这一预期的变化，任何一个热处理过程都有严格的工艺制度）（就图解释）
保温
热处理工艺曲线
时间
第一章
钢的热处理原理
工艺性能和使用性能
合金钢的奥氏体均匀化时间比C钢长得多。
影响奥氏体化的因素
４、原始组织的影响：相界形核，组织决定相界
面的多少 原始组织为淬火状态最快，正火态次之，球化退 火态最慢
→淬火态钢在Ａ１点以下升温时形成微细粒状珠光体（回火索 氏体或回火屈氏体），组织最弥散，相界最多，最有利于奥 氏体的形核长大。 →正火态：细片状珠光体，其相界面积也大，转变也快。 →球化退火状态的粗粒状珠光体，相界面积最小，奥氏体化最 慢。（何为粒状珠光体？）
T,℃
Fe-C相图
G P S
Ac1 A1 Ar1
C, wt.%
加热或冷却速度对临界温度的影响
钢加热时的组织转变
一、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
1、形核：γ相界面形核（C浓度不均匀，原子排列不规 则，浓度和结构条件）珠光体结构，相组成？
2、长大：α→γ 转变，Fe3C不断溶入γ。α→γ 快，首先完成。α消失，可认为P向γ转化 完成，但仍有部分Fe3C未溶解。
钢的热处理—钢的热处理原理(航空材料)
二、奥氏体的形成过程
1、奥氏体晶核的形成
奥氏体的晶核易于在F和Fe3C渗碳体相界面上形成。这是因为在两相的相界上原子排列不
规件则。，空位和位错密度高；成分不F均匀，处于F和Fe3C的中F间e值3C，为形核提供了良好的条 A
A形核
2、奥氏体晶核的长大
连续冷却转变 使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变
温 度
热 加
保温
临界温度A1
连续冷却
等温冷却 时间
时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。
2）合理选择原始组织 随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向也增大。当wc>1.2%时，奥氏体
晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。
3）加入一定量的合金元素 若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。锰和磷是促进奥氏体晶
粒长大倾向的元素。
到Ac3或Accm以上，才能获得单一的奥氏体 组织，这个过程称为完全奥氏体化。
三、影响奥氏体转变的因素
1.加热温度和加热速度的影响 提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体 形成温度升高（Ac1越高），形成所需的时间缩短。
2.化学成分的影响 随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多， 有利于奥氏体的形成。
未溶Fe3C A
F向A转变和Fe3C溶解
3、残余渗碳体溶解
在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗
碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全
部消失。
残余Fe3C
A
残余Fe3C溶解
4.奥氏体均匀化
4.1钢的热处理原理
用以表明奥氏体晶粒长大倾向的晶粒度称为本质晶粒度。 通常采用标准试验方法，即将钢加热到930±10℃，保温3～8h后 测定奥氏体晶粒大小，如晶粒大小级别在1～4级，称为本质粗晶粒 钢；如晶粒大小在5～8级，则称为本质细晶粒钢。
晶粒度的测定方法：930±10℃保温3~8小时(100×)
作碳钢的淬火。
②油 在300℃~200℃间冷却速度比水 小，
用于合金钢的淬火。
2.淬火方法 （1）单液淬火 ——形状简单的碳钢件 在水中淬火，合金钢和 小尺寸碳钢件在油 中淬火。 （2）双液淬火——形状复杂的高碳钢 工件和尺寸较大的合金钢件。 （3）分级淬火——尺寸较小、形状复 杂工件的淬火。 （4）等温淬火——形状复杂，尺寸要 求较精确，强韧性要求较高的小型工模具 及弹簧等的淬火。
vk---临界冷却速度vk
§2.2 钢 的 普 通 热 处 理
一、退火和正火 1.退火 加热到适当的温度，保温后缓慢冷却。 第一类退火（扩散退火、再结晶退火、去 应力退火）是不以组织转变为目的的工艺方法， 由不平衡状态过渡到平衡状态。 第二类退火（完全退火、不完全退火、等 温退火、球化退火）是以改变组织和性能为目 的，改变钢中珠光体、铁素体和碳化物等组织 形态及分布。
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。
2 .正火 加热到AC3（或ACcm ）以上30℃~50℃， 保温后在空气中冷却。 区别：冷却速度比退火稍快，组织较细， 强度硬度稍有提高。 目的：亚共析钢细化晶粒，提高硬度； 过 共析钢消除二次渗碳体网。 应用：一般作为预备热处理，也可作大型 或形状复杂零件的终热处理。
金属学原理与热处理 第七章
1. 掌握等温转变曲线和连续冷却转变曲线 2.掌握碳钢在加热和冷却时的组织转变过程
和转变产物的性能 3.掌握合金的时效和调幅分解过程 二、热处理工艺 掌握退火、正火、淬火和回火工艺的目的、
温度和冷却方式，正确制定工艺
第七章钢在加热和冷却时的转变
§7.1 概述 §7.2 钢在加热时的转变 §7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
入γ的终了温度 Arcm---冷却时γ开始析出二次渗
碳体的开始温度
推荐钢号
40Cr 45﹟钢 GCr6 GCr15 65Mn 60Si2Mn
T8A T10A 9SiCr CrWMn 5CrMnMo
典型零件用钢的化学成分及临界温度
C 0.37～0.45 0.42～0.50 1.05～1.15 0.95～1.05 0.57～0.65 0.62～0.70 0.75～0.84 0.95～1.04 0.85～0.95 0.90～1.05 0.50～0.60
改变钢的临界点，从而改变过热度 本身扩散系数低，均匀化过程显著减缓。
奥氏体形成速度的因素
加热温度 原始组织 化学成分
扩散速度，相变驱动力 形核位置，碳扩散距离
碳，合金元素
§7.2 钢在加热时的转变
奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒的大小。
1-4级：粗晶 5-8级：细晶
§7.2 钢在加热时的转变
起始晶粒度 实际晶粒度
概述
概述
热处理作用（P177）：
1. 改变钢的内部组织、结构，以改善其性能，延长零件 使用寿命；
2. 消除铸造、锻压、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷， 细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能 更加均匀。
3. 预备热处理可以可以为后序加工及最终热处理作好 组织准备。
钢的热处理原理
三、钢的珠光体转变
（A1 ～550℃）
• 1 珠光体的组织形态 片状珠光体与球(粒)状珠光体
a）片状珠光体
b）球状珠光体
(1)
片状珠光体
• A1～650℃ 粗珠光体P S0=0.6 -1.0μm • 650～600℃ 索氏体S S0=0.25-0.3μm • 600～550℃ 屈氏体T S0=0.1 -0.15μm 转变温度↓（即过冷度△T↑）， 片层间矩（S0）↓。 P片层间距↓，相界面↑，塑性变形抗 力↑，故强度和硬度↑。塑性、韧性↑。
• 临界点温度
• 1．平衡临界点：A1、A3、Acm • 2． 加热临界点：A c1、Ac3、Accm
• 3． 冷却临界点：Ar1、Ar3、Arcm
三、固态相变的特点
（一）相变阻力大
新旧两相比体积不同 相界面不匹配引起的弹性畸变 扩散速度慢
（二）新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位向关系
（三）母相晶体缺陷对相变起促进作用 （四）易于出现过渡相
• 测定方法: • ① • ② • ③ 制成许多小试样（Φ10×1.5）； 加热到Ac1以上A化； 取出投到Ar1以下某一温度等温；
• ④
• ⑤
每隔一定时间取出一个试样淬火；
在金相显微镜下进行金相分析；
• ⑥ 观察组织，凡在等温时未转变的A水冷后变成马氏体 和残余A，在组织中呈白亮色，而等温转变产物在水冷后 被原样保留下来。以转变产物量为1%，作为转变开始， 转变产物量为99%时作为转变终了。
共析钢中奥氏体形成示意图
上一级
5 亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程
亚共析钢：F + P → F + A → A
过共析钢： Fe3C + P → Fe3C + A → A
钢的热处理原理
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
200
100 Mf 0
-100 01
M+A'
10 102 103 时间/s
100
0 Mf
-100
104
01
M+A'
10 102 103 104 时间/s
T/℃ 800
700
600
Acm A
A1
A→Fe3CⅡ
A→P
A+Fe3CⅡ P+Fe3CⅡ
500
400
A→B
B
300
200 Ms
100
M+A'
0
Mf
相变的热滞现象
E
△T
△T P A
T1 A1 T2 T 奥氏体的概念 完全奥氏体化 不完全奥氏体化
加热的目的及重要性
奥氏体的形成（奥氏体化过程）
共析钢的奥氏体化（P A）
① 奥氏体晶核的形成 ② 奥氏体晶粒的长大 T加
dc
Cγ-α Cγ-k
③ 残余渗碳体的溶解
④ 奥氏体成分的均匀化
钢的热处理原理和工艺
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。
3.2 正火正火是指将钢材加热到显微组织转变温度区间的一个温度段，保温一段时间后冷却到室温。
正火的目的是调整钢材的组织和硬度，提高钢材的抗拉强度和硬度。
3.3 淬火淬火是指将钢材加热到显微组织转变温度区间的一个温度段，保温一段时间后迅速冷却，使钢材的组织转变为奥氏体。
钢的热处理原理及工艺
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。
（6）固溶处理：固溶处理是将含有合金元素的钢材加热到一定温度，使合金元素溶解在钢基体中，然后快速冷却的热处理方法。
固溶处理可以提高钢的硬度和强度，并改善钢的耐磨性和耐腐蚀性。
总之，钢的热处理通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢的组织结构得到改善，从而达到提高钢的性能的目的。
钢的热处理工艺选择应根据钢材的组成、要求和使用条件等因素进行合理的确定。
钢的热处理原理
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缺的一部分，对于提高钢的硬度、强度和韧性起着至关重要的作用。
因此，在实际生产中，需要根据具体要求合理选择热处理工艺，以确保钢材具有优良的性能。
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§1热处理概述
定义：
T(℃) T加
保温
t
热处理工艺曲线
t(h)
目的及重要性：
大型铸钢件的热处理炉
真空淬火炉
改善材料的组织结构 提高性能 提高工件使用寿命 减低成本
分类：
热处理
普通热处理（四火：退火、正火、淬火、回火 ） 表面热处理 （表面淬火、化学热处理）
§2 钢在加热时的转变
相变的热滞现象
M的性能
硬度：与wc（%）有关
钢在冷却时的转变
板条状M： 强度高、有一定的塑性和韧性
片状M 硬而脆
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
40~45 45~55
下贝氏体 500 ×
性能 综合性能差（强、 塑、韧）
韧性好、综合性能好
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 马氏体转变（低温转变）
温度范围： 230 ～ -50℃（Ms～Mf） 转变特征：非扩散型转变 转变过程：
A
fcc 0.77%C
快速共格切变 50m/s
钢在冷却时的转变
➢ 共析钢 C 曲线简介
点、线、面分析 关于孕育期（τ）
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
钢在冷却时的转变
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
ε
转变产物：B （F 和 碳化物的机械混合物）
贝氏体转变
钢在冷却时的转变
上贝氏体 500 ×
上贝氏体
下贝氏体
组织名称
形成温度（℃）
显微组织特征
硬度（HRC）
上贝氏体 下贝氏体
350~550 230~350
铁素体呈平行扁平状，细小渗碳体条断续分布在铁素体 之间，在光学显微镜下呈暗灰色羽毛状特征。
铁素体呈针叶状，细小碳化物呈点状分布在铁素体中， 在光学显微镜下呈黑色针叶状特征。
等温冷却曲线（TTT) 连续转变曲线（CCT）
目的及重要性 转变类型
钢在冷却时的转变
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：
贫碳区
转变产物：P（片层状 F 和 Fe3C 的机械混合物）
富碳区
➢ 影响奥氏体晶粒度的因素 （控制奥氏体晶粒大小的措施）
① TA、VA、tA
② 成分
C：两方面的影响 Me：除Mn、P，均阻碍A长大
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu
强
弱
③ 原始组织 ④ 新工艺
钢在加热时的转变
§3 钢在冷却时的转变
基本概念：
过冷奥氏体 奥氏体的冷却转变 过冷奥氏体转变曲线
钢在加热时的转变 奥氏体的形成（奥氏体化过程）
➢ 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化
过共析钢 亚共析钢
➢ 影响奥氏体转变过程的因素
① 加热温度和加热速度
T1
② 含碳量
T2
③ 原始组织
④ 合金元素
△T2 △T1
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 ② 实际晶粒度 ③ 本质晶粒度
珠光转变
P 3800×
S 8000×
T 8000×
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 贝氏体转变（中温转变）
温度范围： 550～230℃（Ms） 转变特征：半扩散型转变 转变过程：分步进行
首先：
A
切变 fcc bcc
F
然后：C 从 F 中析出
550～350℃ B上
350～230℃ B下
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：板条马氏体及针状马氏体，为典型中碳马 氏体
[×500 正常淬火组织：隐晶马氏体 高速钢
M的组织特征
产生体积膨胀（浮凸现象）
钢在冷却时的转变
产生组织应力
bcc
M
在 Ms～Mf 之间进行
M转变 开始温度
M转变 终止温度
不能进行到底
产生残余奥氏体 （Ar、AR、A′）
E
△T
△T P A
T1 A1 T2 T
奥氏体化的概念
➢ 完全奥氏体化 ➢ 不完全奥氏体化
加热的目的及重要性
奥氏体的形成（奥氏体化过程）
➢ 共析钢的奥氏体化（P A）
① 奥氏体晶核的形成 ② 奥氏体晶粒的长大 T加
dc
Cγ-α Cγ-k
③ 残余渗碳体的溶解
④ 奥氏体成分的均匀化
钢在加热时的转变
v=v4：水冷， A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A′
v4 vk′ v3
vk′：淬火临界冷却速度（M临界冷却速度
） ——获得 100% M 的最小冷却速度
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线）
➢ CCT曲线的建立 ➢ CCT曲线的分析 ➢ 与C曲线比较 ➢ CCT曲线的应用
v2 a3′
v=v1：炉冷， a1 —开始点 ， b1 —终了点 ，
转变在一温度区间内（△T1）进行，转变产物—P
v=v2：空冷， a2 —开始点 ， b2 —终了点 ，
转变温度降低，温度区间变大，转变产物—S
v=v3：油冷， a3—开始点 ， a3′— 无意义，
转变分段进行，转变产物—T+M+ A′
M
bcc 0.77%C
转变产物：M
马氏体是碳溶于α-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体
M的形貌
板条状M
钢在冷却时的转变
片状M（针叶状）
M的形貌
M形态与含碳量的关系
Wc（%） M形态
混合M
＜0.3 板条状
0.3～1.0 混合M
隐晶M
＞1.0 片状
材料：40Cr（800X） 工艺情况：淬火、回火