钢铁材料的普通热处理与表面处理

第三十三页，共73页。
第二节 钢铁(gāngtiě)的普通热 处理
退火 正火 淬火(cuì huǒ) 回火
加热速度 冷却速度 加热温度 (wēndù) 保温时间 处理次数 处理次序
……
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一、钢的退火(tuì huǒ)
概念：将钢件加热到适当温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
3、等温退火
● 工 艺 ： A化 后快 冷至Ar1以 下(yǐxià)等 温 转变 为 P， 再空冷 。 ● 目 的 (mùdì)： 缩短退 火时间 。
等温退火与普通退火的比较
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3．扩散退火（均匀化退火） ●工艺：1050-1150℃，10-20h, P+F或
P+Fe3CII ●目的：消除偏析
目的: 消除应力(yìnglì);调整硬度;细化晶粒; 均匀成分;为最终热处理作好组织准备。
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● 工艺(gōngyì)：
加热至 钢件
亚共析钢AC3+30-50℃ 共析钢AC1+30-50℃ 过共析钢Accm +30-50℃
保温 空冷
亚共析钢F+S 共析钢S 过共析钢S+Fe3CⅡ
退火(tuì huǒ)、正火的选择
1．切削加工 低、中碳钢→正火 中高碳钢，合金工具钢→完全(wánquán)退火，球化退火
2．作为(zuòwéi)最终热处理→正火
3．为最终热处理提供良好的组织状态 工具钢→正火+球化退火
结构钢→正火
返修件→退火
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三、钢的淬火(cuì huǒ)
温度 (℃)
800
700
600
500
400 300 Ms
200
100 0 Mf
-100 0
过共析钢的TTT曲线(qūxiàn)
ACM
Fe3CⅡ
A1
A
B
M + A残
1
10
102
103
104 时间(s)
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IV、影响(yǐngxiǎng)等温转变曲线的因素
i、含碳量
●亚共析钢、过共析钢：C曲线(qūxiàn)上各多了一条线
——强度高（～50HRC） 塑、韧性较好
C%>1.0%，针状M
——硬而脆（60～65HRC）
塑、韧性很差
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700 600 500
温度 ℃
400
300 Ms
200 100
0
Mf
-100
-200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wc 100
●亚共析钢：C%↑→C曲线(qūxiàn)右移 ●过共析钢：C%→C曲线(qūxiàn)左移
● C%↑→ MS、Mf ↓
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ii、合金(héjīn)元素的影响
●除Co以外(yǐwài)，所有合金元素溶入A中，增大过冷A稳定性——右移 ●非碳化物形成元素，Si，Ni，Cu不改变C曲线形状 ●强碳化物形成元素，Cr，Mo，W，V，Nb，Ti 改变C曲线形状 ●除Co、Al 外，均使Ms，Mf 下降，残余A↑
表面强化： 热喷涂、气相沉积、高能束强化
表面
(biǎomiàn)
处理
表面防护： 发蓝、磷化、电镀、化学镀、着色装饰
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钢的热处理
将钢在固态下进行适当(shìdàng)的加热、保温和冷却， 以改变其组织和性能的工艺。
热处理特点
只改变组织和性能，不改变其形状。
热处理的应用： 机床( jīchuáng)、汽车零件
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III、奥氏体晶粒大小的控制(kòngzhì)
加热温度(wēndù)和保温时间 T↑，t ↑ →A粗化
原始组织 细→形成快→性能好 化学成分 C%↑→ A晶粒长大倾向↑
合金元素(yuán sù)％ ↑（除Mn和P外） →阻 碍晶粒长大
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3、钢在冷却(lěngquè)时的组织转 变
瞬时性 ——在MS→Mf之间温度范围内连续冷却完成 不完全性——M 转变是不彻底的，A过冷→M+A ’残 体积膨胀——形成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂
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ii、马氏体的形态及性能(xìngnéng)特点 硬度(yìngdù)高， C%↑→HRC↑
C%<0.25%，板条状(tiáo zhuànɡ)M
起始晶粒度——珠光体刚刚转变成奥氏体的晶粒大小。 实际晶粒度——热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 本质(běnzhì)晶粒度——度量钢本身晶粒在930℃以下， 随温度升高，晶粒长大的程度。
1～4级——本质(běnzhì)粗晶粒钢 5～8级——本质(běnzhì)细晶粒钢
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钢的本质晶粒度示意图
400
300 Ms 200
100
0 Mf
-100
0
1
稳定的奥氏体区
10 102 103
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A1
CCT曲线 TTT曲线
104 时间(s)
III、
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转变(zhuǎnbiàn)产物
v1—炉冷（退火(tuì huǒ)） ——P v2 —空冷（正火）——S v3 —油冷（油淬）——T+M+A残 v4 ＞ vk ——水冷（水淬）——M+A残
目的: 消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀 (jūnyún)成分;为最终热处理作好组织准备。
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种类(zhǒnglèi)
完全退火
重结晶
退火
扩散退火
退火(tuì huǒ)
球化退火
低温(dīwēn) 再结晶退火 退火
去应力退火
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普通退火
等温退火 普通球化退火
等温球化退火
Cooling
Transformation
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共析碳钢 CCT 曲线建立(jiànlì)过程示意图
温度℃
A1
A+P
Pf
Ps
炉冷
K Ms
空冷
Mf
水冷
Vk 油冷
Vk1
时间( lg τ )
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II、共析碳钢 TTT 曲线(qūxiàn)与CCT曲线(qūxiàn
温度 (℃) 800 700 600 500
概念: 把零件加温到AC3、AC1相变温度以 上一定温度,保温一段时间,然后(ránhòu)快 速冷却 ( 水冷 )。
1．完全(wánquán)退火
●工艺： 亚共折钢
●目的：
加热(jiā
保温
rè)至 Ac3+30-50℃ (bǎo
wēn)
①细化晶粒→提高力学性能
②降低硬度→改善切削性能
③消除内应力
炉冷（ P+F）
●应用范围：
亚共折钢和合金钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接结构；也 可作为一些不重要件的最终热处理
第三十七页，共73页。
第四十五页，共73页。
●应用： （1）预先热处理
a. 细化组织→为淬火(cuì huǒ)、调质作准备 b. 使过共析钢中Fe3CII↓→使其不形成连续网状，为 （2）作普通结构钢零件的最终热处理 冷却较快，组织细化，提高力学性能→强度，韧性， （3）改善切削加工性能
球化作准备 硬度↑
第四十六页，共73页。
奥氏体含碳量对马氏体转变(zhuǎnbiàn)温度的影
第二十二页，共73页。
第二十三页，共73页。
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 Ms 200 100
0 Mf
-100 0
亚共析钢的TTT曲线(qūxiàn)
A3
F
A1
A
B
M + A残
1
10
102
103
104 时间(s)
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10
102
103
104 时间(s)
第十五页，共73页。
III、过冷奥氏体等温转变产物(chǎnwù)的组织和特征
I）高温转变区（扩散(kuòsàn)型转变） 晶格改组和Fe，C原子的扩散(kuòsàn)过程 遵循形核、长大规律
组织 名称 珠光体 索氏体
屈氏体
代 形成温度 层片间距 Σb δ 硬度
号 ／℃
A
+
A转变产终止线Fra bibliotek物A转变
区
(zhuǎnbiàn)
开始线
100
0 Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转
变区; 非扩散型转变;
马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
1
第十七页，共73页。
II）中温区转变——贝氏体转变（半扩散型转变） Fe不扩散 ，C原子(yuánzǐ)有一定的扩散能力
组织 代 形成温度 形 名称 号 ／℃ 状
组织
性能
成束平行的过饱
上贝
羽毛
强度、韧性差
氏体 B上 550~350
状
和F+片间断续分 布的细条状Cm
（40～45HRC）
下贝 氏体 B下
350~MS
黑色 过饱和针状 F+ 片内弥散分布的
针状 ε-Fe2.4C小片
硬度高，韧性 高，综合机械 性能好（50～ 60HRC）
第十八页，共73页。
上贝氏体（B上）
下贝氏体（B下）
第十九页，共73页。
III）低温(dīwēn)区转变——马氏体转变
i、马氏体转变(zhuǎnbiàn)的特点
非扩散(kuòsàn)型转变 ——碳在α-Fe中的过饱 和固溶体
第四节 钢铁(gāngtiě)材料改性 处理
钢铁的热处理原理 钢铁的普通(pǔtōng)热处理 钢铁的表面处理
第一页，共73页。
普通热处理：四把火
热处理
改性处理 (chǔlǐ)
表面热处理
表面淬火 渗碳、氮 化学热处理 多元共渗 形变热处理 渗其它元素
特殊(tèshū)热 真空热处理 处理
可控气氛热处理
2．球化退火(tuì huǒ)
●工艺：
加热(jiā rè)
过共析钢 至
Ac1+20-30℃
片状Fe3C或网状Fe3CⅡ球化
保温 (bǎow ēn)
炉冷（F+球状Cm）
●目的： ①使Cm球化→HRC↓，韧性↑→改善切削性
②为淬火作准备
第三十八页，共73页。
第三十九页，共73页。
第四十页，共73页。
iii、加热温度与保温(bǎowēn)时间
● A化温度↑，时间↑（成分均匀，晶粒大，形核率降低）
→A稳定性↑，C曲线右移
第二十七页，共73页。
第二十八页，共73页。
2）过冷奥氏体的连续(liánxù)冷却转变
I、建立共析钢过冷奥氏体连续冷却(lěngquè)转
变曲线
—— CCT 曲
线
Continuous
1）奥氏体化过程(guòchéng)——共析钢为例
Ac1温度(wēndù)下， F(b.c.c.,0.0218)+Fe3C(6.69)------>A (f.c.c., 0.77)
第六页，共73页。
亚共析钢的加热(jiā rè)过程：
F P Ac1 F A Ac3 A
过共析钢的加热(jiā rè)过程：
第十二页，共73页。
1）过冷奥氏体的等温冷却(lěngquè)转 变
I、 建立(jiànlì)共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲 线
——TTT曲线 ( C 曲线 )
Time Temperature Transformation
第十三页，共73页。
共析碳钢 TTT 曲线建立(jiànlì)过
程温示度意图
P Fe3C Ac1 A Fe3C Accm A
即：P→A后，先共析F、Fe3CⅡ溶解(róngjiě)
第七页，共73页。
2）奥氏体晶粒大小及控制 (kIò、n晶gz粒h大ì)小的表示(biǎoshì)方法——标准金相图片（标准评级图）
第八页，共73页。
II、奥氏体晶粒度的概念 (gàiniàn)
火4．消●去除后应）果力(h退ò火ug(utuǒì)：hu粗ǒ)大晶粒（再应用完全退 500-650℃ 炉冷；消除应力
5．再结晶退火(tuì huǒ) T再+150-250℃；消除加工硬化
第四十二页，共73页。
第四十三页，共73页。
二、钢的正火
概念: 把零件加温到临界温度以上30～50℃, 在空气中冷却
模60具-(m80új%ù)、经滚过动轴热承处10理0%。需热处理。
第三页，共73页。
一、钢铁(gāngtiě)的热处理原理
钢在加热/冷却时转变温度(wēndù) 钢在加热时组织转变 钢在冷却时的组织转变
第四页，共73页。
1、钢在加热(jiā rè)/冷却时转变温度
第五页，共73页。
2、钢在加热时的组织(zǔzhī)转变
／μm ／MPa ／% ／HBS
P A1~650 ＞0.4 550 5 170~230
S 650~600 0.4~0.2 870 15 230~320
T 600~550 ＜0.2 1100 10 330~400
第十六页，共73页。
珠 光 体
索 氏 体
屈 氏 体
光镜形貌(xínɡ mào)
电镜形貌(xínɡ mào)
(℃)
800
A1
700
600
500
400 300 200 100
0
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
第十四页，共73页。
II、 共析碳钢 TTT 曲线(qūxiàn)的分析
产物区 过冷奥氏体区
温度 (℃)
800
700
600
500
400
300 Ms 200
稳定(wěndìng)的奥 氏体区