金属材料与钢的热处理
2、金属材料与热处理---钢铁热处理
A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。
螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。
⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。
下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。
主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体
⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
金属材料热处理方法有几种
金属材料热处理方法有几种？各有什么特点？金属材料热处理方法有退火、谇火及回火，渗碳、氮化及氰化等。
(1) 退火处理退火处理按工艺温度条件的不同，可分为完全退火、低温退火和正火处理。
①完全退火是把钢材加热到Ac3 (此时铁素体开始溶解到奥氏体中，指铁碳合金平衡图中Ac3，即临界温度）以上20〜30℃，保温一段时间后，随炉温缓冷到400〜500(，然后在空气中冷却。
完全退火适用于含碳量小于0.83%的铸造、锻造和焊接件。
目的是为了通过相变发生重结晶，使晶粒细化，减少或消除组织的不均匀性，适当降低硬度，改善切削加工性，提高材料的韧性和塑性，消除内应力。
② 低温退火是一种消除内应力的退火方法。
对钢材进行低温退火时.先以缓慢速度加热升温至500〜600匸，然后经充分的保温后缓慢降温冷却。
低温退火（消除内应力退火）主要适用于铸件和焊接件，是为了消除零件铸造和焊接过程中产生的内应力，以防止零件在使用工作中变形。
采用这种退火方法，钢材的结晶组织不发生变化。
③ 正火是退火处理中的一种变态，它与完全退火不同之处在于零件的冷却是在静止的空气中，而不是随炉缓慢降温冷却。
正火处理后的晶粒比完全退火更细，增加了材料的强度和韧性，减少内应力，改善低碳钢的切削性能。
正火处理主要适合那些无需调质和淬火处理的一般零件和不能进行淬火和调质处理的大型结构零件。
正火时钢的加热温度为753〜900°C。
(2) 淬火及回火处理淬火可分整体淬火和表面淬火，淬火后的钢一般都要进行回火。
回火是为了消除或降低淬火钢的残余应力，以使淬火后的钢内纟且织趋于稳定。
钢材淬火后为了得到不同的硬度，回火温度可采用几种温度段。
① 淬火后低温回火目的是为了降低钢中残余应力和脆性、而保持钢淬火后的高硬度和耐磨性，硬度在HRC58〜64范围内。
适合于各种工具、渗碳零件和滚动轴承。
回火温度为150〜250匸。
② 淬火后中温回火目的是为了保持钢材有一定的韧性、在此基础上提高其弹性和屈服极限。
钢金属材料热处理的过热与过烧
钢金属材料热处理的过热与过烧1过热显微组织特征过热组织包括：①结构钢的晶粒粗大、马氏体粗大、残留奥氏体过多、出现魏氏组织；②高速钢的网状碳化物、共晶组织（莱氏体组织）、萘状断口；③马氏体型不锈钢的铁素体过多；④黄铜合金脱锌，使表面出现白灰，酸洗后呈麻面等。
按照正常热处理工艺消除的难易程度，可将过热组织分为稳定过热和不稳定过热两种类型。
一般过热组织可通过正常热处理消除，称为不稳定过热组织。
稳定过热组织是指经一般正火、退火和淬火不能完全消除的过热组织。
过热的重要特征是晶粒粗大，它将降低钢的屈服强度、塑性、冲击韧性和疲劳强度，提高钢的脆性转变温度；过热的另一个重要特征是淬火马氏体粗大，它将降低冲击韧性和耐磨性能，增加淬火变形和开裂倾向。
过热缺陷还有魏氏组织、网状碳化物、石墨化、共晶组织、萘状断口、石状断口等，这些缺陷不仅大大降低钢的力学性能和使用性能，而且很容易同时产生淬火开裂。
图1 45钢过热组织400X图1所示为45钢在930℃加热保温15min水淬的显微组织，由灰色粗大淬火中碳马氏体、灰白色残留奥氏体和马氏体基体组成，右上角的黑色条状是沿晶界的淬火裂纹。
由于淬火加热温度远远超过正常淬火加热温度，导致奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体，组织应力增加，钢的脆性也增加，淬火后在试样中产生了和轴线平行的单条纵向裂纹。
图2 T10A钢过热组织400X图2所示为T10A钢工件淬火开裂后近裂纹处的显微组织，由沿晶界的黑色托氏体、粗大的高碳片状马氏体、白色残留奥氏体以及极少量的颗粒碳化物组成。
高碳钢过热组织除了粗大马氏体及较多的残留奥氏体外，还会使碳化物的数量减少，硬度降低。
图3 高速钢轻度过热组织400X图3所示为W18Cr4V钢的轻度淬火过热组织，在灰白色隐针马氏体和残留奥氏体基体上分布着白色粒状二次碳化物及沿晶界的块状共晶碳化物，过热程度为2级。
晶粒粗大，棱角状碳化物以及针状马氏体的出现，都是钢材过热的特征。
热处理对金属零件硬度的提高方法
热处理对金属零件硬度的提高方法热处理是一种广泛应用于金属制造工艺中的技术，通过控制金属材料的加热和冷却过程，可以显著改善金属零件的硬度和性能。
本文将介绍几种常见的热处理方法，以及它们对金属零件硬度提高的影响。
1. 淬火处理淬火是一种常见且有效的热处理方法，适用于大多数钢材和铸铁材料。
在淬火过程中，将金属材料加热至临界温度以上，并迅速冷却。
这种急速冷却的过程能使材料的组织发生变化，从而提高硬度。
淬火可以通过多种介质实现，例如水、油或空气。
不同的介质冷却速度会对最终的硬度产生影响，需要根据具体材料和要求进行选择。
2. 回火处理回火是一种通过对淬火后的金属材料进行加热处理来降低其脆性的方法。
在淬火后，金属零件的硬度通常会过高，容易产生脆性。
通过回火处理，可以减轻内部应力，消除组织中的一些不良相，从而提高材料的韧性。
回火的温度和时间是影响材料性能的关键参数，需要进行精确控制。
3. 热处理与合金元素在金属材料的制备过程中，合金元素的添加可以显著影响材料的硬度。
例如，在钢材中添加适量的碳元素可以提高其硬度和强度。
同时，通过合理调整合金元素的含量，也可以控制材料的韧性和延展性。
因此，在进行热处理之前，需要对材料的合金元素进行深入分析和研究，以确定最佳的硬度提高方法。
4. 热处理与处理温度热处理过程中的加热温度是影响材料硬度的重要因素之一。
对于同一种材料而言，不同的加热温度会导致不同的硬度。
较高的温度可以提高固溶体的浓度，促使非均匀分布的合金元素重新溶解，从而提高硬度。
然而，过高的温度可能会导致晶粒长大，降低材料的硬度。
因此，需要根据具体材料和要求进行温度的选择和控制。
总而言之，热处理是一种有效的提高金属零件硬度的方法。
通过采用淬火、回火、合金元素调整以及处理温度控制等措施，可以获得理想的硬度提高效果。
然而，在实际应用中，必须根据具体材料和要求的不同，选择合适的热处理方法和参数，以最大程度地提高金属零件的硬度和性能。
钢铁材料的热处理介绍
(1)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
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
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)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
金属材料及热处理(最新版)
8、屈氏体：同上是珠光体的一种，更细片状铁素体+更细片状渗碳体叫之为屈氏体， 形成温度 600－550oC。HB330－400（HRC32－38）。
6
生产中防止回火脆性的方法主要有： z 回火后进行快速冷却（油或水冷）为消除重新产生的热应力，则在回火后可再进行
Ms， γ Fe转变为α Fe，碳原子全部被保留在α Fe中，形成一种过饱和的固溶体组织，这就
是马氏体。这种转变也称非扩散形转变。马氏体金相显微组织呈针状，黑色针状物为马氏 体，白色基体称为残余奥氏体。性能十分脆硬。HB可达 600－700（HRC60－65）。淬火即可 获得这种组织。硬度取决于C含量，低C钢淬不硬，含C量高于 0.8％，硬度几乎不再增加了。 马氏体的转变随C含量增高而降低含碳量 0.5％时Mz约 0oC，Ms290oC随着含C增Ms下降，C量 小于 0.8％时Mz也随C ↑ 而下降，0.9 以上时Mz在-100oC附近下降不大。奥氏体向马氏体的转 变有一个很大的特点：奥氏体不能百分之百转化为马氏体总有较少的奥氏保留下来，称保 留下来的为残氏奥氏体。因奥氏体为γ Fe面心产方晶格，比容（单位重量的体积）较小，约 只有 0.122—0.125，而马氏体为α Fe过饱和固溶体，比容较大，约有 0.127－0.130，可见， 在转变过程中，在马氏体形成的同时还伴随着体积的膨胀，从而会对尚未转变的奥氏体造 成一内压力，合使其不易发生向马氏体的转变而被保留下来。Ms Mz点越低剩余奥氏体量也 就越多。
金属材料与热处理
一、金属材料及热处理
金属材料和热处理基本概念及基础知识-热处理工艺
淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布曲 线和端淬硬度分布曲线等表示。由于钢中化学成分的 波动，表示钢淬透性硬度曲线有一个波动范围，被称 为淬透性带。 钢材的淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。 淬火硬度高的不一定淬透性好，而硬度低的钢材也可 能具有高的淬透性。 一般机械制造行业大多以心部获得50％ 马氏体为 淬火临界直径标准，对于重要机加及军工行业则以心 部获得90 ％马氏体作为临界直径标准，以保证零件整 个截面都获得较高力学性能。
2.加热与保温时间
五、钢的回火与回火工艺
将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷 却到室温的热处理工艺称回火。
1、回火的目的
• ⑴ 降低淬火钢的脆性，消除或减少淬火钢的内应力。 • ⑵ 提高钢的塑性和韧性，获得所要求的性能。
• ⑶ 稳定工件尺寸，降低硬度，便于切削加工。
第四节 钢的表面淬火
将钢加热到临界点以上（某些退火也可在临界点以下） 保温一定时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的 热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。
• 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。
一、钢的渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态下，于富碳介质 中长时间加热，使碳原子渗入表层，增加钢件表层的 含碳量，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，达 到提高强度、耐磨性及疲劳强度的目的。 渗碳一般用含碳0.1～0.25%的低碳钢。 渗碳—淬火+低温回火
1、渗碳方法
⑴ 气体渗碳（煤油、苯、甲醇+丙酮） 渗碳介质的分解—吸收—扩散三个基本过程。 主要应控制好加热温度（930 º C）和保温时间。 温度越高，渗速越大，扩散层越厚，但晶粒越大，使 钢变脆。保温时间取决于渗层厚度，但时间越长，扩 散速度减慢。钢件渗碳几小时到几十小时，可得到 0.5~2mm的渗碳层深度。 ⑵ 固体渗碳 ⑶ 液体渗碳
《金属材料与热处理》钢在加热及冷却时的组织转变课程教案
课题
钢在加热及冷却时的组织转变
教学目标
知识目标
1、了解钢加热时相转变；
2、掌握等温冷却及其产物；
3、学会C曲线分析。
课型
理论型
课时
2
教学重点
1、了解钢加热时相转变；
2、掌握等温冷却及其产物。
教学难点
学会C曲线分析。
教学方法
讲授法、展示法
教学过程
备注
第一课时
组织教学
复习并引入
分析总结
本次课介绍了钢在加热时的转变（奥氏体化）和冷却时的转变（多种产物），而冷却时所得产物的性能以及连续冷却（低温转变）的内容在下次课时进行介绍。
课件演示
重难点
重难点
作业处理
1、热处理目的？
2、热处理概念？
3、热处理使钢性能发生变化的原因？
板书设计
钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
冷却方法
Rel/MPa
Rm/MPa
A/％
Z/％
HRC
随炉冷却
530
280
32.5
49.3
15～18
空气中冷却
670～720
340
15～18
45～50
18～24油中冷却900Fra bibliotek620
18～20
48
40～50
水中冷却
1100
720
7～8
12～14
52～60
2、冷却方式的分类
等温冷却
冷却方式
连续冷却
1等温（处理）冷却
1、热处理目的？
2、热处理概念？
3、热处理使钢性能发生变化的原因？
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：杨泽荣学号： 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 (1)2.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)1.1淬火 (4)1.2回火 (5)2.试样硬度测定 (5)3.显微组织观察与拍照记录 (5)3.1样品的制备 (5)3.2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 (6)2.淬火温度、淬火介质对钢组织和性能的影响 (6)2.1淬火温度的影响 (6)2.2淬火介质的影响 (7)3回火温度对钢组织与性能的影响 (7)3.1回火温度对45钢组织的影响 (7)3.2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)4.1合金元素对钢的淬透性的影响 (8)4.2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。
2.研究加热条件、保温时间、冷却条件与钢性能的关系。
3.分析淬火及回火温度对钢性能的影响。
4.观察钢经热处理后的组织，熟悉碳钢经不同热处理后的显微组织及形态特征。
5.了解金相照相的摄影方法，培养学生独立分析问题和解决问题的能力。
二、实验原理钢的热处理就是利用钢在固态范围内的加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要的物理、化学、机械和工艺性能的一种操作。
一般热处理的基本操作有退火、正火、淬火、回火等。
进行热处理时，加热温度、保温时间和冷却方式是最重要的三个基本工艺因素。
正确选择这三者的规范，是热处理成功的基本保证。
金属材料及热处理的基本知识
金属材料及热处理的基本知识金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁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。
金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。
这些过程互相衔接，不可间断。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。
根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。
同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。
钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
“表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。
为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。
表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。
化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。
常见金属热处理参考
一、常见热处理方法名称操作方法目的应用退火将钢件加热到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。
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。
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。
正火将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。
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。
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。
淬火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。
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。
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。
回火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。
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。
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。
材料的热处理
材料的热处理
材料的热处理是指通过加热和冷却等一系列工艺对材料进行处理，以改变其结构和性能的方法。
常见的热处理工艺包括退火、淬火、正火和回火等。
下面将对这些热处理工艺进行介绍。
1. 退火：将材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，目的是消除材料内部的应力和晶界缺陷，提高材料的塑性和韧性。
退火工艺常用于冷加工后的金属材料，如钢材。
2. 淬火：将材料加热到高温，然后迅速冷却，使材料快速从奥氏体变成马氏体。
这样可以使材料的硬度和强度得到提高，但韧性会减少。
淬火常用于制造刀具、弹簧等需要高硬度和强度的金属材料。
3. 正火：将材料加热到一定温度，然后在空气中冷却，使材料的组织细化，提高材料的韧性。
正火常用于中碳钢和中合金钢等材料的热处理。
4. 回火：将材料先淬火再加热到一定温度，然后冷却。
通过回火可以改变淬火过硬的材料的组织和性能，降低硬度和强度，提高韧性。
回火常用于制造工具和机械零件等材料。
除了上述几种常见的热处理工艺，还有一些特殊的热处理工艺，如表面处理、固溶处理等。
表面处理是指对材料的表面进行加热处理，以形成一层具有特殊功能或特殊性能的表面层，如渗碳、氮化、氧化等。
固溶处理是对某些金属合金进行加热到固溶温度进行溶解处理，然后快速冷却，目的是消除合金中的过饱和相，提高合金的强度和硬度。
总之，材料的热处理是一种重要的金属材料加工工艺，可以通过改变材料的结构和性能，提高材料的塑性、韧性、硬度和强度。
通过选择合适的热处理工艺，可以使材料适应不同的使用要求，延长材料的使用寿命，提高材料的性能。
钢的热处理
钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。
一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。
工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。
在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。
钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。
一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。
一、钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。
（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。
因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）、优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%）、高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。
碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。
根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。
所以低碳钢的强度、硬度低、塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。
工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。
（a）碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。
根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。
碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。
Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。
金属材料与热处理钢的热处理解析.pptx
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学习情境五：钢的热处理 5.2钢在冷却时的组织转变
思考题
1、影响C曲线的因素主要是（ ）和（ ）。 2、共析钢的过冷奥氏体等温转变的产物有哪些？
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学习情境五：钢的热处理 5.2钢在冷却时的组织转变
二、过冷奥氏体连续 冷却转变 T曲线
➢ 连续冷却过程不会发 生贝氏体转变 ； ➢ 存在转变终止线KK’ ➢ 连续冷却，产物不可 能是单一均匀物质
强硬度高 低碳M 塑韧性较好，高碳M ，塑韧性差，并且存在显微裂纹。 尽可能细化奥氏体粒度，是细化马氏体晶粒提高马氏体韧性的 有效手段
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学习情境五：钢的热处理 5.2钢在冷却时的组织转变
2. 马氏体转变的特点
马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散 分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。 1）马氏体转变特征 ➢ 在Ms点以下，过冷奥氏体（A）→ 马氏体（M） ➢ 马氏体转变的无扩散性
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学习情境五：钢的热处理 5.2钢在冷却时的组织转变
2）、中温转变
钢的过冷奥氏体在550°C--Ms的温度范围内， 发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变。转 变产物贝氏体，通常用字母B表示。
过冷奥氏体（A）→ 贝氏体（B） ➢ 半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间 ；
Fe原子不扩散，切变完成晶格改组 ； C原子扩散，析出碳化物
1）高温转变
在A1～550 ℃之间，过冷奥氏体（A）→ 珠光体（P：F+Fe3C） 这种转变称为珠光体转变。 过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的；
➢ 共析钢成分易在奥氏体晶界处形核 ➢ 亚、过共析钢在先析相上形核
金属材料及热处理
金属材料及热处理金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容之一。
金属材料是广泛应用于工业生产中的一类材料，其具有优良的导电、导热和机械性能。
而热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。
金属材料的分类主要有两种，一是通过成分分类，即根据其成分的不同来区分，如铜、铝、铁、钢等；二是通过性质分类，即根据其物理性质和化学性质来区分，如有色金属和黑色金属。
根据材料的成分和性质，我们可以选择合适的金属材料来满足具体的工程要求。
金属材料的性能可以通过热处理来改善。
热处理是指将金属材料加热到一定温度，保持一段时间后再进行冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。
热处理的主要目的有三个方面：一是改善金属材料的力学性能，如提高强度、硬度和韧性等；二是改善金属材料的物理性能，如提高导电性和导热性等；三是改善金属材料的化学性能，如提高耐蚀性和耐磨性等。
常用的热处理方法有淬火、回火、正火、退火等。
淬火是将金属材料加热到临界温度，然后迅速冷却，使其产生马氏体组织，从而提高材料的硬度和强度。
回火是将已经淬火的金属材料再次加热到一定温度，然后缓慢冷却，以减轻淬火的脆性，提高韧性和塑性。
正火是将金属材料加热到一定温度，然后保持一段时间，然后缓慢冷却，以使材料的组织均匀化，提高材料的强度和韧性。
退火是将金属材料加热到一定温度，然后缓慢冷却，以改变材料的组织结构，提高材料的延展性和塑性。
热处理工艺的选择要根据具体的材料和工程要求进行。
在选择热处理方法时，需要考虑到材料的成分和性质、所需的性能和组织结构等因素。
此外，热处理的参数也需要控制得当，包括温度、时间和冷却速度等。
只有合理选择热处理工艺和控制好热处理参数，才能最大程度地改善金属材料的性能。
综上所述，金属材料及热处理是材料科学与工程学科中的重要内容。
金属材料具有优良的导电、导热和机械性能，在工业生产中广泛应用。
热处理是对金属材料进行加热和冷却处理，以改善其性能和组织的一种工艺。
《金属材料与热处理》教学中钢热处理方法探析
摘 要 ： 《 金 属材料 与 热处理》 是技校 理论教 学课 程 中的一 门 与生产 实验联 系 较 为密切 的课 程 ， 涉及 面广 原理概念 多． 教 学 内容 丰 富， 些教 学 问题往往 与看不 见摸 不 着的微 观组 织有关 。 这种情 况下 ， 教 师如何 对这 门课 程进 行教 学， 提 高课 堂教 学效率显得 尤 为重 要 。 因 此 ，本文根 据《 金 属材 料 与热处理 》 的教 学难 点 ， 提 出了一 些教 学方 法 与策略 ，以期增 强 学生对 它的 学 习兴 趣 。 关键 词 ： 《 金 属材料 与热处理 》 教 学 钢 的热处理 中图分类 号 ： Ｇ ４ ２ １ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ —９ ７ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ （ ａ ） －０ ０ ３ ８ － ０ ２
发 学 生 对 此 门 课 程 的 学 习兴 趣 ， 教 师 应尽
纷 复 杂 的 知识 点 连 成 一 条 知识 链 和 一 个 系
面淬 火 （ 水冷） 和 低 温 回火 达 到 目的 。 可 是 使
量 增强此段 内容的教学特 色 ， 利 用 自己 丰 统 的知 识 结 构 ， 教 师 应 进 行 有 效 的 归 纳 总 用 过 程 中 却 发 现 摩 擦 部 分 严 重磨 损 ， 不 具
方法 。 由于 课 程 本 身 的 教 学 内容 较 为 晦 涩 须 强 调 教 学 目的 ， 使 学 生 清 楚 明 白学 习 的
重点 。
第二 ， 重 点 分 析 Ｃ曲 线 的 建立 过 程 和 与
身 的 学 习效 果 。 为 了 提 高 此 门 课 程 的 课 堂 ＣＣ Ｔ曲线的 关 系 。 要 想 学 生清 楚理 解 Ｃ曲线 行 自我 总 结 、 自我 评价 以 及 小 组 评 价 。 教 学 效果 ， 有 必 要结 合 教 学 实 际 ， 采 取 一切 的 建 立 过 程 和 与 ＣＣ Ｔ曲线 的 关 系 ， 只 靠 教 有 效 的 教 学 手 段 提 高 课 堂 教 学 的 有 效性 ，
热处理加工方法
热处理加工方法热处理加工方法热处理加工是指通过加热和冷却的过程来改变材料的物理性质和力学性质的一种加工方法。
热处理加工广泛应用于钢铁、铜、铝等金属材料，以及陶瓷、玻璃等非金属材料中。
本文将详细介绍几种常见的热处理加工方法。
一、淬火淬火是一种通过快速冷却来改变钢铁等金属材料组织结构和性能的方法。
淬火可以使钢铁具有高硬度、高强度和耐磨性能。
淬火分为油淬、水淬和气体淬三种方式。
1.油淬油淬是将高温钢件浸入温度在50℃~80℃之间的油中，使其快速冷却。
这种方式适用于低合金钢或者一些特殊合金钢，可以使其获得较高的硬度。
2.水淬水淬是将高温钢件浸入水中，使其快速冷却。
这种方式适用于大部分普通碳素钢或者低合金钢，可以获得较高的硬度。
3.气体淬气体淬是将高温钢件浸入高压气体中，使其快速冷却。
这种方式适用于一些特殊的合金钢，可以获得较高的硬度和强度。
二、回火回火是一种通过加热和冷却来改变钢铁等金属材料组织结构和性能的方法。
回火可以使钢铁具有较好的韧性和塑性。
回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种方式。
1.低温回火低温回火是将淬硬后的钢件加热至200℃~300℃左右，保持一定时间后冷却。
这种方式适用于要求有较好韧性和塑性的零部件，可以使其获得较好的韧性和塑性。
2.中温回火中温回火是将淬硬后的钢件加热至400℃~500℃左右，保持一定时间后冷却。
这种方式适用于要求既有硬度又有韧性和塑性的零部件，可以使其获得较好的韧性、塑性和硬度。
3.高温回火高温回火是将淬硬后的钢件加热至600℃~700℃左右，保持一定时间后冷却。
这种方式适用于要求有较好韧性和塑性的大型零部件，可以使其获得较好的韧性和塑性。
三、正火正火是一种通过加热和冷却来改变钢铁等金属材料组织结构和性能的方法。
正火可以使钢铁具有较好的强度和硬度。
正火分为低温正火、中温正火和高温正火三种方式。
1.低温正火低温正火是将钢件加热至700℃~750℃左右，保持一定时间后冷却。
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一、铁碳合金的组织结构
1、金属的组 织与结构
在金相显微镜 下看到的金 属的晶粒， 简称组织
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电子显微镜观察到金属原子各种规则排列， 称为金属的晶体结构，简称结构
不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格
体心立方晶格塑性比面心立方晶格的 好，而后者的强度高于前者。
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2、淬火和回火
加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)， 并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。
淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、 强度和耐磨性。
淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能 力递增。
碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中 淬火。
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回火是淬火后进行的一种较低温度的 加热与冷却热处理工艺。
这三种不同的存在形式，形成了不同 的碳钢组织。
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（1）铁素体
碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温
下0.006％），强度和硬度低，但塑 性和韧性很好。
低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧 的性能。
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（2）奥氏体
碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。
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四、加工工艺性能
1、可铸性：收缩与偏析 2、可锻性 3、焊接性 4、可切削加工性
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第三节 碳钢与铸铁
“铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4 ％碳及1％左右杂质元素所组成合金
一般含碳量0.02％～2％称为钢； 大于2％称为铸铁； 当含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3％的铸铁极脆
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4、冲击韧性
冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸 收的能除以试件的截面面积
低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2
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二、物理性能
密度、熔点、比热容、热导率、线膨 胀系数、导电性、磁性、弹性模量 与泊松比等。
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三、化学性能
1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力 2、抗氧化性 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料
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1、退火和正火
退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度， 保温一段时间，随炉缓慢冷却。
目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬 度、提高塑性、便于冷加工；消除部分 内应力，防止工件变形。
正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性 可显著提高。
铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。
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二、 铁 碳 合 金 状 态 图
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钢在加热时形成单一的奥氏体组织。
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所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石 墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。
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三、钢的热处理
钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却 方式，改变金相组织以满足所要求的 物理、化学与力学性能，称为热处理。
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铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同 的组织形貌。
球墨铸铁强度最高；细片状石墨次之； 粗片状石墨最差。
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2、纯铁的同素异构转变
体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方 晶格的铁称为g-Fe。
a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的gFe冷却可变为a-Fe。
压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度 (HRC、HRB)和维氏硬度(HV)
低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB
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3、塑性
延伸率 δ
P
100%
L1 L 100% L
断面收缩率 ψ A A1 100%
A
化工设备材料一般要求δ5=10%-20%
g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe 中大得多，如在723℃时可溶解0.8％， 在1147℃时可达最大值2.06％。
奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变 时产生的。由于奥氏体有较大的溶解 度，故塑性、韧性较好，且无磁性。
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（3）渗碳体
碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。 铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在
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常温强度指标：
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屈服强度和抗拉(压)强度
n
屈强比适当
蠕变极限σn 疲劳极限σr , σr= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比 σ-1,以106-107次不被破坏的应力
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2、硬度
局部抵抗能力
弹性、强度与塑性的综合性能指标
回火可以降低或消除零件淬火后的内 应力，提高韧性。
在固态下晶体构造随温度发生变化的现 象，称“同素异构转变”。
纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下
完成的。在固态下重新排列、结晶过 程。是钢进行热处理的依据。
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3、碳钢的基本组织
碳在铁中的存在形式有固溶体、化合 物和混合物三种。
固溶体：两种或两种以上的元素在固 态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶 格原来形式的物体
铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。
含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存 在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢 低。但铸铁具有一定消震能力。
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（4）珠光体
铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，
即其强度、硬度比铁素体显著提高； 塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳 体要好得多。
第二章 金属材料 第一节 概 述
根据物料与适宜工作条件选材 物料腐蚀性：铸铁抗硫化氢 压力与温度 蠕变、氢腐蚀、低温脆性等
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第二节 材料的性能
力学性能、物理性能、化学性能和加 工性能
一、力学性能 决定许用应力 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等
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1、强度
是指材料抵抗外加载荷而不致失效破 坏的能力
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（5）莱氏体
珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的
金相组织，存在于白口铸铁、高碳 钢中。
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（6）马氏体
钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳 原子在a-Fe中过饱和的固溶体。
具有很高的硬度，但很脆，延伸性低， 几乎不能承受冲击载荷。