工程材料学第四章 钢的热处理及材料改性
工程材料第四章( 材料的改性)
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等温淬火法 钢件加热保温后，迅速放入温度稍高于Ms点的 盐浴或碱浴中，保温足够时间，使奥氏体转变 成下贝氏体后取出空冷。 等温淬火可大大降低钢件的内应力，下贝氏体 又具有较高的强度、硬度和塑、韧性，综合性 能优于马氏体。 适用于尺寸较小、形状复杂，要求变形小，且 强、韧性都较高的工件，如弹簧、工模具等。 等温淬火后一般不必回火。
钢坯加热
5
应用：强化钢材的重要工艺 – 机床业中，有60%~70% 的零件要进行热处理； – 汽车、拖拉机业中，有 70%~80%的零件要进行 热处理； – 滚动轴承和各种工模具 几乎是100%地要进行热 处理。
6
热处理分类： – 预备热处理 安排在加工（冷拔、冲压、切削）前，改善材 料的加工工艺性能，为后续工序作组织和性 能准备。 – 最终热处理 提高金属材料的使用性能，发挥金属材料的 性能潜力。
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2）正火
定义： 将钢件加热至Ac3（亚共析钢）或Accm（共析或过共 析钢）以上30~50℃，保温适当时间后在静止的空 气中均匀冷却的热处理工艺。 目的： ① 细化晶粒，提高力学性能 对普通结构零件(最终热处理) 。 ② 调整合适硬度 对低碳钢避免切削加工中“粘 刀”现象，改善切削加工性。 ③ 消除网状二次渗碳体 对共析、过共析钢用来为球 化退火作好组织上的准备。
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过共析钢 加热温度：Ac1+(30~50)℃ 淬火组织：均匀细小的马氏 体和粒状二次渗碳体。 – 加热温度过高：则获得粗 片状马氏体组织，同时引 起较严重变形，淬火开裂 倾向增大；还由于渗碳体 溶解过多，淬火后钢中残 余奥氏体量增多，降低钢 的硬度和耐磨性。 – 如果淬火温度过低：则可 能得到非马氏体组织，钢 的硬度达不到要求。
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淬火冷却介质 水 – 冷却能力很强，在650~500℃时冷 却能力强。易严重变形和开裂， 主要应用于淬透性较小的碳素钢。 盐(碱)水（含盐5%~10%） – 冷却能力比水强，工件硬度高而 均匀，表面光洁。易产生变形和 开裂。常用于形状简单、淬硬层 较深、变形要求不严、截面尺寸 较大的碳钢零件。 油 – 冷却能力低，减少变形和开裂， 容易造成淬不硬，不宜用于碳 钢，主要应用于合金钢的淬火。
工程材料-第四章-钢的热处理
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
4.4.3 淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却， 使奥氏体转变为马氏体
淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.
淬火组织： 亚共析钢：马氏体+残余奥氏体 共析钢：马氏体+残余奥氏体 过共析钢：马氏体+残余奥氏体+渗碳体
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
工程材料
第四章 钢的热处理
材料工程学院
学习内容
4.1 热处理的概念与分类
4.2
钢的加热转变
4.3 钢的冷却转变
4.4
钢的普通热处理
工程材料第4章
4.1 热处理的概念与分类
4.1.1 热处理的概念
热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组 织结构，获得所需要性能的一种工艺。 只通过改变工件的组织来改 变性能，而不改变其形状。 只适用于在固态下能够发生 相变的材料
4.4.1 退火
将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。 退火目的 ⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工 的硬度为170-250HB。 ⑵ 消除内应力，防止加工中变形。 ⑶ 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等 温退火、球化退火、扩散退火、去应力退 火、再结晶退火。 退火组织：P+F，P，P+Fe3C
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退 火工艺。 主要用于共析、过共析钢。
填空 亚共析钢退火后的组织是（），相是（） 共析钢退火后的组织是（），相是（） 过共析钢退火后的组织是（），相是（）
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。
工程材料与机械制造基础课后习题答案
《工程材料及机械制造基础》习题答案齐乐华主编第一章材料的种类与性能（P7）１、金属材料的使用性能包括哪些？力学性能、物理性能、化学性能等。
２、什么是金属的力学性能？它包括那些主要力学指标？金属材料的力学性能：金属材料在外力作用下所表现出来的与弹性和非弹性反应相关或涉及力与应变关系的性能。
主要包括：弹性、塑性、强度、硬度、冲击韧性等。
３、一根直径10mm的钢棒，在拉伸断裂时直径变为8.5mm，此钢的抗拉强度为450Mpa，问此棒能承受的最大载荷为多少？断面收缩率是多少？F=35325N ψ=27.75%４、简述洛氏硬度的测试原理。
以压头压入金属材料的压痕深度来表征材料的硬度。
5、什么是蠕变和应力松弛？蠕变：金属在长时间恒温、恒应力作用下，发生缓慢塑性变形的现象。
应力松弛：承受弹性变形的零件，在工作过程中总变形量不变，但随时间的延长，工作应力逐渐衰减的现象。
6、金属腐蚀的方式主要有哪几种？金属防腐的方法有哪些？主要有化学腐蚀和电化学腐蚀。
防腐方法：1）改变金属的化学成分；2）通过覆盖法将金属同腐蚀介质隔离；3）改善腐蚀环境；4）阴极保护法。
第二章材料的组织结构（P26）1、简述金属三种典型结构的特点。
体心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的中心和每个顶角各有一个原子。
每个体心立方晶格的原子数为：2个。
塑性较好。
面心立方晶格：晶格属于立方晶系，在晶胞的8个顶角和6个面的中心各有一个原子。
每个面心立方晶格的原子数为：4个。
塑性优于体心立方晶格的金属。
密排六方晶格：晶格属于六方棱柱体，在六棱柱晶胞的12个项角上各有一个原子，两个端面的中心各有一个原子，晶胞内部有三个原子。
每个密排六方晶胞原子数为：6个，较脆2、金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？存在点缺陷、线缺陷和面缺陷。
使金属抵抗塑性变形的能力提高，从而使金属强度、硬度提高，但防腐蚀能力下降。
3、合金元素在金属中存在的形式有哪几种？各具备什么特性？存在的形式有固溶体和金属化合物两种。
工程材料—钢的热处理课件
。
02
热处理工艺优化
通过深入研究材料的热处理行为，优化现有热处理工艺，提高材料性能
。
03
热处理与其它加工技术的结合
研究热处理与其它材料加工技术的结合应用，如焊接、切割、表面处理
等。
THANK YOU
感谢各位观看
03
钢的热处理效果
钢的硬度变化
总结词
随着热处理温度的升高，钢的硬度先升高后降低。
详细描述
在加热过程中，钢内部的原子或分子的运动速度会增加，导致原子之间的平均距 离变大，使钢的硬度降低。而在冷却过程中，原子或分子的运动速度会减慢，原 子之间的平均距离变小，使钢的硬度升高。
钢的抗拉强度变化
总结词
热处理可以显著提高钢的抗拉强度。
02
钢的热处理工艺
预处理
01
02
03
清理
去除钢材表面的污垢、锈 迹和其他杂质，确保热处 理的均匀性和质量。
矫直
将钢材进行矫直处理，消 除其弯曲、扭曲等形变， 保证热处理过程中的均匀 加热。
装炉
将预处理后的钢材按照工 艺要求装入热处理炉中， 确保加热的均匀性和质量 。
加热
温度控制
根据不同的钢种和热处理工艺要求，控制加热温 度，确保钢材充分奥氏体化。
组织转变
在保温过程中，钢材内部的组织 逐渐发生转变，如奥氏体向铁素 体的转变，为后续冷却过程做好 准备。
冷却
冷却方式
根据不同的热处理工艺要 求，选择适当的冷却方式 ，如空冷、水冷或油冷等 。
冷却速度
控制冷却速度，使钢材内 部的组织转变得以控制， 获得所需的组织和性能。
冷却均匀性
确保钢材在整个冷却过程 中均匀冷却，防止出现裂 纹、变形等问题，保证热 处理的质量和稳定性。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
第四章工程材料基本知识
用标准试样的冲击吸收功Ak表示
5）疲劳强度
材料在无数次重复“交变应力”作用下，而不引起断裂的最 大应力值
6）耐磨性
材料在一定工作条件下抵抗磨损的能力 用体积磨损量、质量磨损量和长度磨损量来评定
退出
回 章 首
（2）工程材料的物理、化学及工艺性能 物理性能：指材料在重力、电磁场、热力等物理因素作用
下所表现出来的性能或属性，包括材料的密度、熔点、导 电性、磁性能、导热性、热膨胀性等
1) 金属材料 : 包括黑色金属（钢铁）和有色金属材料 2) 工程陶瓷 : 由金属和非金属元素的化合物所构成的
各种无机非金属材料 3) 有机高分子材料 ：工程中常见的有塑料、橡胶和胶
粘剂 4) 复合材料 ：将上述两种或多种单一材料人工合成到
一起的材料
退出
2. 工程材料的主要性能
（1）工程材料的力学性能 1）强度 2）塑性 3）硬度 4）冲击韧性 5）疲劳强度 6）耐磨性
化学性能：主要指材料的抗氧化性、耐蚀性和耐酸性等， 反映了材料在常温或高温环境下抵抗各种化学作用的能力。
材料工艺性能：指材料对各种加工工艺的适应性
退出
§4-2常用金属材料
1 . 碳素钢和合金钢
碳素钢 碳素钢工具钢 合金钢 合金钢工具钢
2 . 铸铁
灰铸铁 球墨灰铸铁 可锻铸铁 合金铸铁
3 . 有色金属材料
KT 200, KT 350,
保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
应用 发动机曲轴、连杆等
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• 合金铸铁
代号
KT + H + 数字 + 数字
最小抗拉强度 断后延长率
特点
KT 200, KT 350, 保留灰铸铁优点，具有中碳钢优点
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
钢的热处理实验报告
钢的热处理实验报告热处理是一种通过控制材料的加热和冷却过程来改变材料的性能和结构的方法。
在工程实践中，热处理常常被用来改善材料的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性。
本实验旨在通过对不同钢材料进行热处理，观察其微观组织和力学性能的变化，从而深入了解热处理对钢材料性能的影响。
首先，我们选取了三种常见的钢材料，碳素钢、合金钢和不锈钢。
这三种钢材料分别代表了低碳钢、中碳钢和不锈钢，在工程中应用广泛。
我们将对这三种钢材料进行正火、回火和淬火等热处理工艺，以及未经热处理的原始状态进行对比实验。
在实验过程中，我们首先对钢材进行加热处理，然后根据不同的热处理工艺要求进行保温和冷却。
在保温过程中，我们控制了不同的保温时间和温度，以模拟实际工程中的热处理工艺。
接着，我们对经过热处理和未经热处理的钢材进行金相显微镜观察和硬度测试。
通过金相显微镜观察，我们可以清晰地看到钢材的晶粒结构和相变情况，而硬度测试则可以直观地反映钢材的硬度变化。
实验结果表明，经过热处理的钢材在显微组织上发生了明显的变化。
在正火和回火过程中，钢材的晶粒得到细化，晶界清晰，硬度有所提高；而在淬火过程中，钢材的组织发生马氏体变换，硬度显著提高。
相比之下，未经热处理的钢材晶粒粗大，硬度较低。
这些结果充分表明了热处理对钢材料性能的显著影响。
综上所述，本实验通过对不同钢材料进行热处理，观察了其微观组织和力学性能的变化。
实验结果表明，热处理能够显著改善钢材料的性能，使其具有更高的硬度和强度。
因此，在工程实践中，热处理技术具有重要的应用价值，能够满足不同工程材料对性能的需求。
希望本实验能够为相关领域的研究和工程实践提供一定的参考价值。
材料力学第四章钢的热处理
本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所
对应的组织。
本章练习1
5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77％的钢片加热至727℃以上，分别以不同 方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。 试问图中①、②、③、④点各是什么组织?定性地比较②、④点组织的 硬度大小。
a)A1～650℃：P，5～25HRC，片间距为0.6～0.7μm，( 500× )。 b)650℃ ～600℃：细片状P---索氏体(S)，片间距为0.2～0.4μm，25～36HRC。 c)600℃ ～550℃：极细片状P---托氏体(T)，片间距为＜0.2μm，35～40HRC。
a)
b)
c)
第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550℃～Ms，根据其组织形态不同，分为：
铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保温时间长(10h以上) 去应力退火
用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 ～ 200 ℃)，经一段时间保温后随炉
除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间
加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。
钢的热处理和表面改性资料.pptx
(a)光学显微照片 1300×
(b) 电子显微照片 5000×
第26页/共28页
<=中温转变区
下贝氏体
• 组织特点是渗碳体以细 小颗粒分布于针状铁素 体的内部，显微镜下的 整体形貌呈针状组织
• 铁素体针状细小，没有 方向性，位错密度大， 碳化物分布均匀
• 具有较好的综合机械性 能，热处理中常常用等
钢在加热时的组织转变
• 实际转变温度与相图有所区别
加热时相变温度=>
• 相图只是平衡状态的情况，就是在及其缓慢的冷却或者加热过程中才能达到的状态，在实际钢铁生产 和热冷加工过程中的温度变化较快的条件下
• 实际加热温度都偏高、冷却温度都偏低，加热和冷却速度越大，这种差别越大，这使得钢在热处理时 的临界点偏离了相图中的临界点
• 淬硬性指钢淬火能够达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量
• “鼻尖”离纵坐标越远，淬透性越好
• 合金元素
• 含碳量
• 加热温度
淬火温度
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冷却介质
淬透性及影响因素
温 度
时间
(a)完全淬透; (b)淬透较大厚度; (c)淬透较小厚度
第18页/共28页
钢的回火
• 钢件淬火后, 为了消除内应力并获得所要求的组织和性能, 将其加热到Ac1以下某一温度, 保温一定时间, 然 后冷却到室温 • 低温回火（150～250℃） • 中温回火（350～500℃） • 高温回火（500～650℃）
• 影响奥氏体形成速度的因素
• 加热速度与加热温度：温度；速度 温
奥氏体化越快
度
• 含碳量和合金元素：C 转变
• 合金元素不影响基本过程，但影响转变速 度
机械制造基础12_金属的热处理及材料改性
机械制造基础12_金属的热处理及材料改性金属的热处理是指通过控制金属的温度和加热和冷却速率来改善其物理和机械性能的过程。
金属的热处理可以通过改变金属的晶体结构、颗粒结构和相变来实现。
金属的热处理主要包括退火、正火、淬火、回火和低温处理等过程。
退火是将金属加热至恰当的温度，然后在适当的速率下冷却，以使金属的晶体结构发生变化，消除应力和硬化。
退火可以提高金属的塑性和韧性。
正火是将金属加热至适当温度，然后在空气中冷却。
正火可以提高金属的硬度和强度。
淬火是将金属加热到一定温度，然后迅速以较快的速度冷却至室温。
淬火可以使金属产生硬脆性，提高金属的硬度和强度，但会减少其韧性。
回火是将金属在淬火后加热至一定温度，然后在适当速率下冷却。
回火可以消除金属的内应力，改善其硬度和韧性的平衡。
低温处理是将金属在低于室温的温度下处理一段时间。
低温处理可以提高金属的硬度和强度，改善金属的耐磨和耐腐蚀性。
金属的热处理可以在一定程度上改变其物理、化学和机械性能。
例如，通过退火处理，过热退火可以使金属的晶体粗大化，提高金属的塑性和韧性；通过正火处理，可以使金属的组织细化，提高金属的硬度和强度；通过淬火处理，可以使金属产生马氏体，提高金属的硬度和强度，但会降低其韧性；通过回火处理，可以消除金属的内应力，提高金属的韧性和抗冲击性。
材料改性是指利用各种物理和化学方法，通过改变材料的结构和组织，使其获得更好的性能和适应特定应用的过程。
材料改性主要包括合金化、快速凝固、化学改性等方法。
合金化是将两种或两种以上的金属或非金属元素混合在一起，并经过一系列的加热、冷却和处理工序，形成合金。
合金化可以改变金属的晶体结构、晶粒大小和相变，以提高金属的硬度、强度和耐腐蚀性。
快速凝固是将金属液体迅速冷却至较低温度，使其形成非晶态结构或细小的晶体结构。
快速凝固可以提高金属的硬度、韧性和磁、电等性能。
化学改性是通过在材料表面形成化学层或化学反应，使材料获得新的性能。
工程材料及热加工基础 第四章 金属热处理与表面改性
①奥氏体中含碳量的影响:
亚共析钢随含碳量的增加，C曲线右移， 过共析钢随含碳量的增加，C曲线左移； 出现先共析析出线
随着含碳量的增加，Ms下降。
温 度
A1
亚共 析钢
过共 析钢
共析 钢
时间
§4.1 钢的热处理原理 ②奥氏体中含合金元素的影响:
A1
向右移
Ms 向 下 移
除Co外,所有 合金元 素溶 入奥氏体中, 会引起C曲线 右移, Ms下降。
§4.1 钢的热处理原理
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
-100 0
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
A1
Ms
Mf
1
10
102 103 104 时间(s)
共析碳钢 TTT 曲线的分析
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
AA转向变产终物止线产物区
体 区
A向产
物
Ms 物转变开始线
区
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。
•索氏体具有良好的综合机械性能。
➢600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
§4.1 钢的热处理原理
珠光体形貌像
光镜下形貌
工程材料之钢的热处理ppt课件
工程材料
常见心律失常心电图诊断的误区诺如 病毒感 染的防 控知识 介绍责 任那些 事浅谈 用人单 位承担 的社会 保险法 律责任 和案例 分析现 代农业 示范工 程设施 红地球 葡萄栽 培培训 材料
〔二〕奥氏体的形成过程 〔以共析钢为例〕 1.奥氏体的构造特点
工程材料
奥氏体是碳 在γ-Fe中的 固溶体。碳 的最大溶解 度为2.11%
工程材料
2.钢在加热和冷却时的相图
钢在加热时，实际转变温度往往要偏离平衡的临界 温度，冷却时也是如此。随着加热和冷却速度的增加， 滞后现象将越加严重。
通常把加热时的临界温度标以字母“C〞，如AC1、 AC3、ACm等；把冷却时的临界温度标以字母“r〞，如 Ar1、Ar3、Arm等。
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4.奥氏体晶粒大小的影响因素
⑴加热温度与保温时间 加热温度越高，保温时间越 长，奥氏体晶粒越粗大，因为这与原子扩散密切相关。
⑵加热速度 加热速度越快，过热度越大，奥氏体 实际形成温度越高，可获得细小的起始晶粒。
⑶钢的化学成分 碳全部溶于奥氏体时，随奥氏体 中含碳量的增加，晶粒长大倾向增大。
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第四章材料的强化、改性及表面技术
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按章操作莫乱改，合理建议提出来。2020年10月上 午12时42分20.10.2400:42October 24, 2020
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3.离子注入
离子注入是将预先选择 的元素原子电离，经电场加 速，获得高能量后注入工件 的表面改性工艺。
4.激光表面处理
激光表面处理包括激光 表面强化、激光表面合金化 及激光表面气相沉积。
5.钢的氧化和磷化
（1）钢的氧化处理
钢的氧化处理是将钢件 在空气、水蒸气和化学药物 中加热到适当温度，使其表 面形成一层蓝或黑色氧化膜， 以改善钢的耐蚀性和外观， 这种工艺称为氧化处理，又 叫发蓝处理。
回火S × 7500
M 低倍
T × 1000
S × 1000
淬火钢回火时，其冲击韧性在250～ 400℃和450～650℃两个温度区间内出现 明显下降，这种脆化现象称为钢的回火 脆性。
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黑色针片状 贝氏体组织：是由含碳过饱和的F与渗碳体组成的两相 混合物。
A转变成B包含――晶格改组和碳原子扩散，铁原子 只能做很小的位移。
B组织的性能： B上和B下比较，B下具有较高的
硬度和耐磨性，韧性和塑性均高 于B上。 等温淬火--B下组织。
过冷A连续冷却转变曲线ＣＣＴ）
（1）、过冷奥氏体的等温转变曲线
过冷奥氏体（A）的概念：
加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后，A处于不稳定状 态，并不立即发生转变，而是经过一个孕育期后才开始转变 。
A1线下，处于不稳定状态的A， “过冷A”
共析碳钢过冷A等温曲线的建立
共析钢由A冷却到750ºC，并经不同等温时间再水冷到的显微组织，亮白色 是M（过冷A转变所生成），黑色是A等温转变产物（A 冷 >P）。
马氏体型转变――低温转变 Ms Mf 马氏体类型组织形态：由高温A中C％和冷却速度确定
C在α―Fe中过饱和固溶体 板条马氏体：呈细小的板条状 C％↓ αK↑ 图4－8 针状马氏体：呈双凸透镜状 C％↑ 微裂纹 残余A：未转变的过冷A。
（4）、影响C曲线的因素 C％ 影响 先析出线 C曲线 Ms点 合金元素 C曲线→ Ms点↓
（5）、过冷A的连续转变曲线（CCT）
PS：A→P开始线 Pf：A→P终止线 K：珠光体型转变终止线 Vk：上临界冷却速度（马氏体临界冷却速度）→M最小冷速
连续冷却转变曲线和等温转变曲线的比较 （1）CCT位于TTT曲线右下方 A→P转变温度低一些，t长一些 （2）CCT无A→B转变 C曲线的应用 （1）根据工件要求，确定热处理工艺。 （2）确定工件淬火时的临界冷速。 （3）可以指导连续冷却操作 V1:炉冷（退火） P V2: 空冷，S，T V3：空冷，S，T V4：油冷，T+M+A' V5 ：M+A' （4）选择钢材的依据 （5）C曲线对选择淬火介质与淬火方法有指导。
（3）、过冷A等温转变产物的组织与性能
珠光体型转变――高温转变
A过冷到A1线以下后，在A晶界处形成渗碳体晶核，然后渗碳体片不 断分枝，并且向A晶粒内部平行长大，与它相临的A的C％不断降低，促 使部分A转变为F，形成了由层片状渗碳体与F组成的P。
随过冷度的增加，P中F和渗碳体的片间距离越来越小。
①过冷度较小时，获得片层间距离较大的珠光体组织，“P”；
T超过Acm点后，过共析碳钢的A化全部结束，获取单 一的A组织。
2．钢在冷却时的组织转变
冷却的方式：
连续冷却 A状态 以不同的冷却速度 连续冷却到室温
等温冷却 A状态 快速冷却到低于Ar1某一温度 等温 组 织转变
冷却方法 随炉冷却 空气冷却 油中冷却 水中冷却
45钢经840℃加热后，不同条件冷却后的机械性能
且Fe3C的溶解速度远比F转变A晶格速度慢得多 。
奥氏体的均匀化――残余渗碳体全部溶解后， 原子不断扩散，A中的含碳量逐渐均匀。
（2）、影响A晶粒的因素 A的晶粒度 晶粒度：是表示晶粒大小的尺度。
奥氏体大小对钢机械性能的影响
A晶粒越细， 热处理后机械性能好， 特别是冲击韧性高， 希望获得细小而均匀的A晶粒。 过热的概念：温度过高A晶粒会长大（粗化）， 粗化的晶粒 降低材料的机械性能。
σb,MN/m2 530
σs,MN/m2 280
δ，% 32.5
670～720
340
15～18
900
620
18～20
1100
720
7～8
பைடு நூலகம்
ψ，% 49.3 45～50
48 12～14
HRC 15～18 18～24 45～60 52～6
同种钢，加热相同，采用不同的冷却条件，钢的机械性能不 同。
非平衡冷却 过冷A等温转变曲线（ＴＴＴ）和
奥氏体化过程：晶格的改组＋铁，碳原子扩散
晶格的改组――BCC（F）＋复杂（Fe3C） ――FCC（A）
铁，碳原子扩散――0.0218%（F）＋6.69%（ Fe3C）――0.77%（A）
A化过程――分成四个阶段：
A晶核的形成和长大――A晶核是在F与Fe3C的界 面形成。
残余渗碳体的溶解――A吞吃F转变为A晶格结构 ，溶解Fe3C补充含碳量，
（2）、过冷奥氏体等温转变曲线的分析 转变开始线：由过冷奥氏体（A）开始转变点连接起来的线； 转变终了线：由转变终了点连接起来的线； A稳定区域 ：A1以上是奥氏体稳定区域； 过冷A区域 ：A1以下是转变开始以左的区域； 转变产物区：A1以下是转变终了线以右和Ms点以上的区域； 过冷A与转变产物共存区：转变开始线和转变中了线之间。 孕育期 C曲线 鼻尖 A最不稳定 共析碳钢的过冷A在三个不同温度区间，发生三种不同的转变 珠光体——A1点到C曲线鼻尖区间，转变产物是P，又称珠光体型转变； 贝氏体——C曲线鼻尖到Ms点区间，转变产物是B，又称贝氏体型转变； 马氏体——Ms点以下，转变产物是M，又称马氏体型转变。
第四章 金属热处理及材料改性
Steel Heat Treatment
一、钢的热处理原理 二、钢的退火与正火 三、钢的淬火 四、钢的回火 五、钢的表面热处理
一．热处理原理
1．钢在加热 时的组织转变
加热与冷却时钢的临界点位置
从Fe-Fe3C相图分析，碳钢在缓慢加热或冷却过程中， PSK －－A1线, 平衡临界点 GS －－A3线 ES――Acm 例：S点, 冷却到S点温度时A 转 化> P，
②过冷度梢大时，获得片层间距离较小的珠光体组织，又称索氏体 ，“S”；
③过冷度更大时，获得片层间距离更小的珠光体组织，又称屈氏体 ，“T”；
珠光体的性能：P的性能取决于片层间的距离，片层间距离越小↓，塑性变 形，抗力能力↑，强度，硬度越高↑。
贝氏体型转变――中温转变 上贝氏体：大约在C曲线鼻尖至350℃范围内
加热到S点时P 转 化> A
实际生产中，选用较大的过冷度和加热度，碳钢不可能恰好在平衡临 界点上发生转变； 加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大。 实际加热 临界点 Ac1，Ac3，Accm表示，
冷却 临界点 Ar1， Ar3，Arcm表示。
（1）、共析钢的A化过程
钢在热处理时， 加热到A1以上温时，开始了P 转 化 > A，由 加热获得的A组织。
（3）、亚、过共析钢加热A化
亚共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A，
Ac1-Ac3点升温过程中， 共析铁素体F 转 化> A，
T到达Ac3点时，亚共析钢A化过程会结束，获取单一 的A组织。
过共析钢 加热到AC1线以上后P 转 化> A， 在Ac1-Acm升温过程中，先共析Fe3CⅡ 转化>A,