第10章 热处理工艺
钢的化学热处理
3. 渗氮的特点 （1）高硬度和高耐磨性 渗氮： 70HRC 500℃ 渗碳：60~62HRC 200℃ （2）高的疲劳强度 残余压应力 （3）变形小而规律性强 铁素体状态下进行 无需热处理 变形原因只有渗氮层的体积膨胀
（4）较好的抗咬合能力 高硬度 高温硬度 （5）较高的抗蚀性能 ε化合物层（化学稳定性高而且非常致密） 缺点： 处理时间长：生产成本高 渗氮层薄：不能承受太高的接触应力和冲 击载荷，脆性大
3. 硬度法 取样并进行表面处理 垂直于渗碳表面测量维氏硬度（试验力为 9.8N），做出硬度与至表面距离关系曲线， 以硬度大于550HV之层深作为有效渗碳层 深度。 优点：测量便捷、结果精确、设备简单
七．渗碳件的常见缺陷 1. 表面硬度偏低 原因：表面脱碳或出现了非马氏体组织 2. 渗碳层深度不足或不均匀 原因：渗碳温度偏低、渗碳时间过短、炉内 碳势偏 低 不均匀：炉气循环不良或温度不均
（2）二次加热淬火 定义：工件渗碳冷却后两次加热淬火。 淬火温度的选择：一次淬火加热温度一般为心部 成分的Ac3以上，目的是细化心部组织，消除表层 网状碳化物；二次淬火一般加热到Ac1以上，使渗 层获得细小粒状碳化物和隐晶马氏体，以保证获 得高强度和高耐磨性。 缺点：工艺复杂、成本高、效率低，变形大 适用：要求表面高耐磨性和心部高韧性的重要零 件
四．渗氮用钢及渗氮强化机理 1. 38CrMoAl 普通碳钢渗氮后无法获得高硬度高耐磨性 铬、钼、铝合金元素在渗氮时可形成硬度 很高，弥散分布的合金氮化物 38CrMoAl缺点：加工性差；淬火温度较高； 易于脱碳；渗氮后脆性较大
2. 强化机理 氮和合金元素原子在α 相中偏聚，形成混合G.P区， 成盘状，与基体共格，引起较大点阵畸变，从而使 硬度提高。 Fe16 N2 型过渡氮化物析出，也会引起硬度的强 烈提高。
第九章钢的热处理原理第十章钢的热处理工艺课后题答案
第九章钢的热处理原理第十章钢的热处理工艺1,.金属固态相变有哪些主要特征？哪些因素构成相变阻力？答：金属固态相变主要特点：1、不同类型相界面，具有不同界面能和应变能2、新旧相之间存在一定位向关系与惯习面 3、相变阻力大4、易于形成过渡相5、母相晶体缺陷对相变起促进作用6、原子的扩散速度对固态相变起有显著影响…..阻力：界面能和弹性应变能2、何为奥氏体晶粒度？说明奥氏体晶粒大小对钢的性能的影响。
答：奥氏体晶粒度是指奥氏体晶粒的大小。
金属的晶粒越细小,晶界区所占的比例就越大，晶界数目越多（则晶粒缺陷越多，一般位错运动到晶界处即停），在金属塑变时对位错运动的阻力越大，金属发生塑变的抗力越大，金属的强度和硬度也就越高。
晶粒越细，同一体积内晶粒数越多，塑性变形时变形分散在许多晶粒内进行，变形也会均匀些，虽然多晶体变形具有不均匀性，晶体不同地方的变形程度不同，位错塞积程度不同，位错塞积越严重越容易导致材料的及早破坏，晶粒越细小的话，会使金属的变形更均匀，在材料破坏前可以进行更多的塑性变形，断裂前可以承受较大的变形，塑性韧性也越好。
所以细晶粒金属不仅强度高，硬度高，而且在塑性变形过程中塑性也较好。
3..珠光体形成时钢中碳的扩散情况及片,粒状珠光体的形成过程?4、试比较贝氏体转变、珠光体转变和马氏体转变的异同。
答：从以下几个方面论述：形成温度、相变过程及领先相、转变时的共格性、转变时的点阵切变、转变时的扩散性、转变时碳原子扩散的大约距离、合金元素的分布、等温转变的完全性、转变产物的组织、转变产物的硬度几方面论述。
试比较贝氏体转变与珠光体转变的异同点。
对比项目珠光体贝氏体形成温度高温区（A1以下）中温区（Bs以下）转变过程形核长大形核长大领先相渗碳体铁素体转变共格性、浮凸效应无有共格、表面浮凸转变点阵切变无有转变时扩散Fe、C均扩散Fe不扩散、C均扩散转变合金分布通过扩散重新分布不扩散等温转变完全性可以不一定转变组织α+Fe3C α+Fe3C （上贝氏体）α+ε—Fe3C（下贝氏体）转变产物硬度低中5..珠光体、贝氏体、马氏体的特征、性能特点是什么？片状P体，片层间距越小，强度越高，塑性、韧性也越好；粒状P体，Fe3C颗粒越细小，分布越均匀，合金的强度越高。
热处理工艺
３、不完全退火： 亚共析钢在Ａc１～Ac3之间或过共析钢在Ａc１～
4、球化退火：是使钢中的碳化物球化，获 得粒状珠光体的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ种热处理工艺。
用途：主要应用于共析钢、过共析钢和高碳合金工具钢。 目的：降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬 火做准备。 工艺参数： 加热温度：Ａc1＋20～30℃；过高-过低过共析钢球化退火后的组织：铁素体和球状渗碳体的混 合物，叫做球状珠光体或粒状珠光体，用P粒表示； 加热时间：一般为2～4小时或按公式计算 冷却速度：炉冷或Ar1以下〒20℃长时间等温，600 ℃ Q 8 .5 以后出炉空冷。 4
二、钢的正火（正常化或常化）
１、定义：是指将钢加热到Ａc3（或ＡCcm）以上约 30~50℃，保温，完全Ａ化后，从炉中取出空冷以得 到珠光体类型组织的热处理工艺，称为正火。 ２、应用： ①改善切削加工性能：预备热处理 （含碳低于0.25%的---HB140-190）低碳钢 ②消除热加工缺陷，为淬火做组织准备：（中碳结构钢 铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状 组织） ③消除过共析钢中的Fe3CⅡ，有利于球化退火的进行 （抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。） ④提高普通结构件的机械性能：作为最终热处理，代替 调质处理，力学性能要求不高的 中低碳钢和中低合金钢件
过共析钢的室温平衡组织为： P+Fe3CⅡ，不 仅硬度高，而且增大了钢的脆性，所以切削加 工困难，淬火时易变形、开裂；； 加热温度为Ac1以上20~30℃，在A中保留大 量的未溶渗碳体质点，并造成A的碳浓度分布 不均匀，在随后的缓冷过程中，或以原有的渗 碳体质点为核心，或在A富碳区产生新的核心， 均匀的形成颗粒状渗碳体； 球化退火前，若二次渗碳体网较厚，可先正火。
热处理习题
第9章热处理原理(一)填空题1 起始晶粒度的大小决定于及。
2 在钢的各种组织中，马氏体的比容，而且随着w(C)的增加而。
3．热处理后零件的力学性能决定于奥氏体在不同过冷度下的及其。
4．板条状马氏体具有高的及一定的与。
它的强度与奥氏体有关，越细则强度越高。
5. 淬火钢低温回火后的组织是和；中温回火后的组织是，一般用于高的结构件；高温回火后的组织是，用于要求足够高的及高的的零件。
6．钢在加热时，只有珠光体中出现了和时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。
7．马氏体的三个强化包括强化、强化、强化。
8．第二类回火脆性主要产生于含、、等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界的增加的结果，这种脆性可用冷来防止，此外在钢中加入和Mo及热处理等方法也能防止回火脆性。
9．共析钢加热至稍高于727℃时将发生的转变，其形成过程包括、、等几个步骤。
10 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为、、三个转变区。
11 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属于转变，贝氏体转变属于转变，马氏体转变属于转变。
12．马氏体按其组织形态主要分为和两种。
13．马氏体按其亚结构主要分为和两种。
14．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为和两种。
15．珠光体按其组织形态可分为珠光体和珠光体；按片间距的大小又可分为体、体和体。
16 描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有和两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者，转变所需的时间前者比后者，临界冷却速度前者比后者。
17 当钢发生奥氏体向马氏体组织的转变时，原奥氏体中w(c)越高，则Ms点越，转变后的残余奥氏体量越。
18 钢的淬透性越高，则临界冷却速度越；其C曲线的位置越。
（二)判断题1．相变时新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因为晶界处能量高。
（）2．随奥氏体中W (C)的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。
（）3．合金元素使钢的过冷奥氏体转变延慢的原因是合金元素在奥氏体中扩散很慢，另一原因是合金元素的存在使碳的扩散速度减慢。
金属学与热处理复习题
第一章 复习题晶向指数相同，符号相反的为同一条直线原子排列相同但空间位向不同的所有晶向晶面指数的数字和顺序相同，符号相反则两平面互相平行晶面的空间位向不同但原子排列相同的所有晶面当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）平行时hu+kv+lw=0当一个晶向[uvw]与一个晶面（hkl ）垂直时h=u ，K=v ，l=w晶体的各向异性原因: 在不同晶面上的原子紧密程度不同纯铁冷却时在912 发生同素异晶转变是从 结构转变为 结构，配位数 ，致密度降低 ，晶体体积 ，原子半径发生 。
面心立方晶胞中画出）（211晶面和]211[晶向刃型位错的四个特征（作业）螺型位错的四个特征（作业）面心立方（FCC ） 体心立方（BCC ） 密排六方（HCP ）晶胞原子数原子半径配位数致密度同素异构转变定义--18页晶体缺陷的分类：常见的点缺陷：常见的面缺陷：第二章 复习题一、填空1、金属结晶两个密切联系的基本过程是 和2 、金属结晶的动力学条件为3 、金属结晶的结构条件为4 、铸锭的宏观组织包括5、如果其他条件相同，则金属模浇注的铸件晶粒比砂模浇注的晶粒更细 ，高温浇注的铸件晶粒比低温浇注的晶粒 粗大 ，采用振动浇注的铸件晶粒比不采用振动的晶粒更细，薄铸件的晶粒比厚铸件晶粒更细 。
二、问答1、金属的结晶形核45页2、金属的长大的要点52页2、铸锭三晶区名称及形成过程（柱状晶为重点）3、影响柱状晶生长的因素56-57页三、名词解释：1、细晶强化2、变质处理3、铸造织构第三章二元合金的相结构与结晶作业题（复习题）1、概念合金、相、固溶体、固溶强化、、离异共晶、伪共晶2、填空1）固溶体按照溶质原子在晶格中所占位置分为和。
2）固溶体按照固溶度不同分为和。
3）置换固溶体溶解度的影响因素有、、、、和温度。
4）置换固溶体中原子半径相对差别Δr 8%且两者的晶体结构相同时才有可能形成无限固溶体。
5）间隙固溶体形成无限固溶体（填“有可能”“不可能”）6）正温度梯度下：随成分过冷程度增大分别形成、和。
金属学与热处理课后答案(崔忠圻版)
第二章纯金属的结晶2-3 为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：（1）因为金属结晶时存在过冷现象，是为了满足结晶的热力学条件，过冷度越大，固、液两项的自由能差越大，相变驱动力越大。
（2）过冷度随金属的纯度不同和本性不同，以及冷却速度的差异可以再很大范围内变化。
金属不同，过冷度也不同；金属的纯度越高，则过冷度越大；冷却速度越大，过冷度越大，反之，越小。
（3）会，当液态金属的自由能低于固态时，这时实际结晶温度高于理论结晶温度T m，此时，固态金属才能自发的转变为液态金属，称为过热。
2-4试比较均匀形核与非均匀形核的异同点。
答;均匀形核是指：若液相中各区域出现新相晶核的几率是相同的；非均匀形核：液态金属中存在微小的固相杂质质点，液态金属与型壁相接触，晶核可以优先依附现成的固体表面形核。
在实际的中，非均匀形核比均匀形核要容易发生。
二者形核皆需要结构起伏，能量起伏，过冷度必须大于临界过冷度，晶胚的尺寸必须大于临界晶核半径。
2-5说明晶体成长形状与温度梯度的关系？答;正温度梯度下以平面状态的长大形态，服温度梯度下以树枝状长大。
2-6简述铸锭三晶区形成的原因及每个晶区的性能特点？（1）表层细晶区形成原因：①型壁临近的金属液体产生极大过冷度满足形核的热力学条件；②型壁可以作为非均匀形核的基地。
该晶区特点：组织细密，力学性能较好，但该晶区较薄，一般没有多大的实际意义。
（2）柱状晶区的形成原因：①液态金属结晶前沿有适当的过冷度，满足形核要求；②垂直于型壁方向散热最快，晶体向相反的方向生长；③外因是散热的方向性；④内因是晶体晶体生长的各向异性。
该晶区的特点：相互平行的柱状晶接触面及相邻垂直的柱状晶区的交界面较为脆弱，并常聚集着易熔杂质和非金属夹杂物，使铸锭在热压力加工时，容易沿着这些脆弱面开裂，组织比较致密。
（3）中心等轴晶区形成特定：①中心液体达到过冷，加上杂质元素的作用，满足形核的要求；②散热失去方向性，晶核自由生长，长大速度差不多，长成等轴区。
第9-10章钢的热处理原理及工艺
9.1 钢在加热时的转变
1、奥氏体的形成过程 2、影响A形成的因素(T、v、成分、原始组织等) 3、A晶粒大小及其影响因素
9.5 钢的回火
1、淬火钢的回火转变与回火组织 2、回火钢的性能 3、回火种类 4、回火脆性
9.6 钢的淬透性
9.2 钢在冷却时的转变
1、淬透性的概念
转变终了线
4——T+M；
5——M+少量AR； 6——M+少量AR
Vk
Ms
*对于碳钢而言， 条件3及4也难以得 到B组织。
⑥⑤ ④
③
②
①
时间
图5.24 共析钢的连续冷却速度对其组织与性能的影响
P、B、M相变参见（P244-264）
• 1 P相变—高温相变
• 要点：珠光体形核的本质、领先相、相间沉淀等的机理（解释）----普遍认可 在A晶界上优先形核。
• 普遍被认可的相变机理： 1.1 渗碳体和铁素体均可成为相变的领先相； 1.2 过共析钢以渗碳体为领先相，亚共析钢则为F，共析钢则两相均可； 1.3 过冷度小时以渗碳体为领先相; 过冷度大时铁素体为领先相.
• 因未能直接实验验证，尚无定论。 • 也有人认为P相变是两个共析共生，其出发点是
两相以相界面有机结合、有序配合；彼此间存在晶体学位向关系；相对量上具 有一定的比例关系。认为P是个整合体，P晶核是两相，否认领先相的存在。 其P的形成可描述： • A(贫碳区+富碳区）晶核P（F+Fe3C)P团。
C曲线与CCT曲线的区别： 1、CCT曲线的位置比C曲线靠右下方，过冷A转变的孕育区长，转变温度也低； 2、在高温转变区，连续冷却转变往往得到混合组织，组织晶粒外细内粗，而等温转变的
第十章 可控气氛热处理炉
§１０－2 可控气氛的控制方法
一、气氛的选择与搭配
实现可控气氛热处理，除必要的热处理炉外，选择合理的可 控气氛及其控制是十分重要的。 针对具体工艺科学地设计和选用适当的炉用气氛通常的出发 点： 加速工艺过程 提高产品质量
1、气氛的选择
热处理气氛已有很多，选择时应考虑： 1）选择能加速化学热处理过程的气氛 渗碳过程中，碳的传递系数随 CO ％×H2 ％的含量而增大， 因此，适宜的渗碳气氛要求含有足够数量的 CO和H2，能满足该 要求的渗碳气氛常用的有吸热式气氛、甲醇裂化气、煤油和空 气等。
可控气氛主要由CO、H2、N2和少量的CO2，H20和CH4、CnHm 等气体组成。其中， CO、H2、 CH4、CnHm属还原形气体；CO2， H20属氧化性气体，会引起钢的脱碳；N2属中性气体。 体系中氧化性气体与还原性气体、增碳性气体与脱碳性气 体组分间的数量关系，即CO/ CO2、 H2/ H20、CH4/ H2、（CO） ×（H2）/ H20等，决定了体系中反应进行的方向。 碳势控制，也就是控制这些炉气组分间的相对量。
Fe氧化生成FeO，CO2浓度降低，同时CO浓度增加，钢件氧化。 KP>2.486，即 (CO)／(CO2)>2.486 ；反应向左进行，发生还原作用，钢件不氧 化。
结论：钢在CO2－CO气氛中是否发生氧化，取决于(CO)／(CO2) 的比值，即CO和CO2的相对量，并不是绝对含量。
3、钢在H2－H2O气氛中的氧化—还原反应
2）选择资源丰富和少无公害的气氛
能满足这一要求的最佳气氛就是氮气。
注意，纯氮是惰性气体，主要应用于密封性很好的炉子或应用于低温保护或 工件允许形成很薄的氧化膜，而该膜能起保护自身作用的工艺，如铝的退火。 氮气常应用于使炉子维持正压，以防炉外空气侵入。 事实上，高纯氮难以获取，成本很高，工业用氮又含有0.5～5％O2，，会使 加热工件氧化，所以一般不能单独用于热处理保护，而且，对从炉缝等处侵 入的空气没有反应消除的能力，因此，通常的做法是：根据处理工件的要求 和工艺参数，在炉气中添加某些还原性气体组成氮基气氛。
第十章 钢的热处理工艺(金属学与热处理崔忠圻课后答案)
第十章钢的热处理工艺10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？答：钢的退火：退火是将钢加热至临界点AC1以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度AC1以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。
退火用途：完全退火：完全退火是将钢加热至AC3以上20-30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。
不完全退火：不完全退火是将钢加热至AC1- AC3（亚共析钢）或AC1-ACcm（过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。
对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。
球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。
主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。
其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。
均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。
再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。
第10章 热扩渗技术-用
能进行热扩渗的材料包括：碳、氮、硼、锌、铝、铬、钒、铌、钛、硅、 硫等和这些元素的多元共渗。
10.1 热扩渗的基本原理 及分类
一、热扩渗层形成的基本条件
渗入元素的原子存在于扩渗层的形式：
与基体金属形成：固溶体或金属间化合物层，或固溶体+化 合物的复合层
形成渗层基本条件：
1.渗入元素必须能够与基体金属形成固溶体或金属间化合物。 2.欲渗元素与基材之间必须有直接接触。 3.被渗元素在基体金属中要有一定的渗入速度。 4.(对靠化学反应提供活性原子的热扩渗工艺)该反应必须满 足热力学条件。 (产生活性原子；反应平衡常数>1%。)
三、热扩渗速度的影响因素
热扩渗层的形成速度是由形成渗层的三个过程中最慢的一个来制约。 在初始阶段：化学介质分解化学反应速度 在中后期：扩散速度 能影响化学反应速度和扩散速度的因素，均将影响热扩渗层的形成速 度：增加反应物浓度、提高反应温度、加入适当催化剂等均能使反应 速度成倍提高。在扩散过程中，升高温度就更有效。
基材心部
10.1.2 热扩渗工艺的分类
按热扩渗温度：高温（高于910℃）、中温和低温（低于720℃）热扩渗 按渗入元素：非金属元素热扩渗、金属元素热扩渗、金属一非金属元素多元共渗、扩
散退火(均匀化退火)。
按渗剂在工作温度下物质状态：
气体热扩渗 液体热扩渗 固体热扩渗 等离子体热扩渗 复合热扩渗
热浸镀：
常见：钢铁制品的热浸锌、热浸铝、热浸锡等。 2. 特点：生产效率高。渗层厚度不易均匀，且只适于浸 渗熔点较低的金属。
1.
10.2.1
热浸镀原理
热浸镀时，被镀的基体材料与熔融金属的接触面上发生界面 反应，是一个冶金过程，按相应的相图形成不同相构成的合 金层，所以热浸镀层是由合金层和浸镀金属构成的复合镀层。 钢铁的热浸镀过程
热处理工艺
使二次渗碳体或珠光体中的渗碳体球化，以降低硬度，改善切削加工性能。
蔓延退火
熔点以下100~200℃
减少化学成份和组织的不匀称
去应力退火
Ac1线以下(普通为500~600℃)
消除工件中残留内应力
正火（空冷）
加热温度
组织
目的
亚共析钢
Ac3+30~50℃
F+S
（1）作为总算热处理：细化晶粒、匀称组织
（2）作为预先热处理：对结构较大的合金结构钢前，淬火或调质前常举行正火，消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而匀称的组织。
（3）改善切削加工性能：调节硬度
过共析钢
Accm+30~50℃
S+ Fe3CⅡ
热处理工艺
组织
目的
彻低退火
(重结晶退火)
亚共析钢：Ac3+20 Nhomakorabea30℃F+P
组织匀称化和细化，得到临近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。因为冷却速度缓慢，还可消除内应力。
等温退火
亚共析钢：高于Ac3
过共析钢：高于Ac1
快冷到A1~550℃之间，保温，然后再缓慢冷却。
同上
球化退火
过共析钢：高于Ac1
金属学与热处理课后习题答案(崔忠圻版)-7-10章
金属学与热处理课后习题答案 (崔忠圻版 )第十章钢的热处理工艺10-1 何谓钢的退火？退火种类及用途如何？答：钢的退火：退火是将钢加热至临界点 AC1 以上或以下温度，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
退火种类：根据加热温度可以分为在临界温度 AC1 以上或以下的退火，前者包括完全退火、不完全退火、球化退火、均匀化退火，后者包括再结晶退火、去应力退火，根据冷却方式可以分为等温退火和连续冷却退火。
退火用途：1、完全退火：完全退火是将钢加热至AC3 以上 20-30℃，保温足够长时间，使组织完全奥氏体化后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
其主要应用于亚共析钢，其目的是细化晶粒、消除内应力和加工硬化、提高塑韧性、均匀钢的化学成分和组织、改善钢的切削加工性能，消除中碳结构钢中的魏氏组织、带状组织等缺陷。
2、不完全退火：不完全退火是将钢加热至 AC1- AC3（亚共析钢）或 AC1-ACcm （过共析钢）之间，保温一定时间以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。
对于亚共析钢，如果钢的原始组织分布合适，则可采用不完全退火代替完全退火达到消除内应力、降低硬度的目的。
对于过共析钢，不完全退火主要是为了获得球状珠光体组织，以消除内应力、降低硬度，改善切削加工性能。
3、球化退火：球化退火是使钢中碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺。
主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢。
其目的是降低硬度、改善切削加工性能，均匀组织、为淬火做组织准备。
4、均匀化退火：又称扩散退火，它是将钢锭、铸件或锻轧坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是消除铸锭或铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分和组织均匀化。
5、再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当时间，然后缓慢冷却至室温的热处理工艺。
其目的是使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，使钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。
第十章-淬火与回火要点
12
第10章 淬火与回火 13
第10章 淬火与回火
2．碱或盐的水溶液 水中溶入盐碱等物质，减少了蒸汽膜的稳定性，使
光体转变区）具有较快的冷却速度，而在MS附 近的温度区域冷速比较缓慢，它可以减少淬火 内应力。避免淬火变形开裂；
分类：固态、 液态、 气态。
6
第10章 淬火与回火
Ms Mf
理想淬火曲线示意图
7
第10章 淬火与回火
一、淬火介质的冷却作用
淬火介质有固态、液态、气态。对固态 介质，或者是静止接触(热传导问题)，如 是沸腾床冷却，则主要与其冷却特性有 关。气态，则是气体介质加热的逆过程。
43
第10章 淬火与回火 例1，有一圆柱形工件，直径35mm，要求油淬（H=0.4)后
心部硬度大于HRC45，试问能否采用40Cr钢？ 例2，有40Cr钢，直径50mm圆柱，求油淬后沿截面硬度？
44
第10章 淬火与回火 45
第10章 淬火与回火
第四节 淬火应力、 变形及开裂
一、淬火时工件的内应力
30
第10章 淬火与回火
4．钢的原始组织的影响
钢的原始组织中，由于珠光体的类型（片状或 粒状）及弥散度的不同，在奥氏体化时，将会 影响到奥氏体的均匀性，从而影响到高钢的淬透性。
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第10章 淬火与回火
二、淬透性的试验测定方法 1．计算法：根据钢材的主要成分，与奥氏
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第10章 淬火与回火 10
第10章 淬火与回火
金属学与热处理--第十章
3、影响奥氏体晶粒大小的因素 （1）加热温度与保温时间
加热温度越高，晶粒长大速度 越快，最终晶粒尺寸越大。 在每一温度下加热，晶粒都存 在一加速长大期。奥氏体晶粒 长大到一定尺寸后，再延长加 热时间，晶粒将不再长大而趋 于一个稳定尺寸。 加热温度对奥氏体晶粒长大起 主要作用。
3、影响奥氏体晶粒大小的因素 （2）加热速度
奥氏体起始晶粒度：奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界 刚刚相互接触时的晶粒度。 奥氏体实际晶粒度：在某一实际热处理加热条件下所得 到的晶粒度。 奥氏体本质晶粒度：在930±10℃保温足够实时间（3—8 小时）后测定得到的晶粒度。本质晶粒度为1—4级的钢 称为本质粗晶粒钢，5—8级为本质细晶粒钢。
六、奥氏体晶粒长大及其控制 1、奥氏体的晶粒度
本质晶粒度反应奥氏 体在一定条件下的长 大趋势，并不表明一 定获得细小奥氏体晶 粒。
六、奥氏体晶粒长大及其控制 2、奥氏体晶粒长大与 第二相颗粒
奥氏体在高温下保持可 自发长大，其驱动力为 长大前后界面能的降低。 第二相颗粒的存在可阻 止奥氏体的晶粒长大， 其效果取决于第二相颗 粒的尺寸和数目。
2、奥氏体晶粒长大与第二相颗粒
1、共析碳钢奥氏体等温形成分析
1、共析碳钢奥氏体等温形成分析
在高于A1温度保温，奥氏体并不立即形成，而是需经过 一定孕育期之后才开始。温度越高，孕育期越短。 奥氏体开始形成速度较慢，以后逐渐加快，至50%形成量 达到最大值，其后又逐渐减慢。 温度越高，奥氏体形成速度越快，形成奥氏体所需时间 越短。 奥氏体刚刚形成后，还需要一段时间使残留碳化物溶解 和奥氏体成分均匀化。
2、影响奥氏体形成速度的因素 （1）温度和碳含量
温度升高，奥氏体形成速 度加快； 钢中碳含量越高，则碳化 物数量越多，奥氏体形核 部位越多、碳的扩散距离 越短、碳和铁的扩散系数 增大，奥氏体形成速度越 快；
《金属学与热处理》课程教学大纲
金属学与热处理课程代码：1013003总学时：96先修课程：普通化学、材料力学、物理化学、机械制造基础开课对象：金属材料工程专业一、课程的性质、目的与任务：1、性质：金属学与热处理是金属材料工程专业的一门主要技术基础课程，是该专业学生学习和研究工程材料及其工程技术的重要理论基础课程，其为进行进一步的专业课程学习打下理论和实验基础。
2、目的与任务：使学生掌握研究材料微观的方法，建立微观组织与宏观特性和性能间的联系与对应关系并通过实验掌握基本的金相实验方法。
二、教学基本内容与基本要求：3^基本内容(1)金属的晶体结构。
(2)纯金属结晶。
(3)二元合金的相结构与结晶。
(4)铁碳合金。
(5)三元合金相图。
(6)金属及合金的塑性变形与断裂。
(7)金属及合金的回复与再结晶。
(8)扩散。
(9)钢的热处理原理。
(10)钢的热处理工艺。
(11)工业用钢。
(12) 铸铁。
(13)有色金属及合金。
4、基本要求(1)掌握材料的基本结构、组织及与性能的联系。
(2)掌握材料的结晶过程及结晶过程组织变化的分析。
(3)利用相图分析材料的组织及组织转变。
(4)掌握金属的塑性变形过程及机理。
(5) 了解材料的强化途径及强化理论。
(教学要求：A -熟练掌握；B -掌握；C - 了解)本课程实验安排项目：16学时五、教学方法与教学手段1、教学方法采用启发式教学，鼓励学生自学，培养学生的自学能力；以扩大学生的知识面为原则，增加课堂讨论内容，调动学生学习的主动性与积极性。
2、教学手段采用黑板教学、幻灯教学、挂图讲解等教学方法相结合，并开展电子教案、CAI课件的研制、引进和应用、研制多媒体教学系统。
六、建议教材与参考书目1、金属学与热处理，崔忠圻，机械工业出版社，2000.2、金属学原理，侯增寿，上海科学技术出版社，1990。
3、金属学与热处理，丁建生，机械工业出版社，20044、金属材料与热处理原理，赵忠，丁仁亮，周而康，哈尔滨工业大学出版社，2000o 七、大纲编写的依据与说明本课程教学大纲，是根据金属材料工程专业本科生培养目标与教学计划要求，结合本课程的性质、教学的基本任务和基本要求编写的。
金属学与热处理 10.1
2
钢的正火
正火是将亚共析钢加热到Ac3+30-50℃，共析钢加热
到Ac1+30-50℃，过共析钢
加热到Accm+30-50℃保温
后空冷的工艺。
正火比退火冷却速度大。
正火后的组织：
<0.6%C时，组织为F+S；
0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火的目的
⑴ 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷. ⑵ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑶ 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。 ⑷ 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正 火,高碳钢用球化退火。
合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（） （a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大 （b）均强烈促进奥氏体晶粒长大 （c）无影响 （d）上述说法都不全面
二次硬化属于（ ） （a）固溶强化 （b）细晶强化 （c）位错强化 （d）第二相强化
对奥氏体本质晶粒度的描述中错误的是（）
A.晶粒度在5－8级者称为本质细晶粒钢；
工艺路线:铸造→ห้องสมุดไป่ตู้造→
球化退火→机加工→ 淬火+多次回火→ 喷丸→磨削
T10钢完全退火与球化退火后组织与性能比较
状态
σb(Mpa)
δ(%)
ψ(%)
HB
完全退火 球化退火
810 620
15 20
30 40
230 160
T10钢球化退火与完全退火的性能比较： 球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物 对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工
与退火的区别：
①正火 ②退火
热处理工艺流程
热处理工艺流程
《热处理工艺流程》
热处理工艺是一种通过加热和冷却金属材料来改变其结构和性能的方法。
这种工艺通常用于提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和强度，以及改善其加工性能和机械性能。
热处理工艺流程通常包括加热、保温和冷却三个基本步骤，具体流程取决于材料的类型、形状和要求的性能。
首先是加热步骤。
材料通常在固态或液态介质中进行加热，以使其达到所需的温度。
加热过程的目的是改变材料的结构，并且可以在固态、液态或气态条件下进行。
接下来是保温步骤。
此步骤是将材料保持在所需的温度下足够长的时间，以确保其结构达到理想状态。
最后是冷却步骤。
在完成热处理后，材料需要进行适当的冷却以达到所需的性能。
在热处理工艺中，还有一些特殊的工艺流程，如淬火、回火、正火、退火等。
这些不同的工艺流程可以通过控制材料的加热温度、保温时间和冷却速度，来实现不同的材料性能改善。
总的来说，热处理工艺是一种重要的金属加工方法，可以显著改善材料的性能，提高其在工程领域的应用价值。
通过理解和掌握热处理工艺流程，可以更好地实现材料的性能优化和改进。
第十章 钢的热处理工艺
，苛性钠(NaOH)水溶液浓度
15．淬火内应力主要包括
和
两种。
1
16．淬火时，钢件中的内应力超过钢的
强度时，便会引起 钢件的
变形；超过钢的
强度时，钢件便会发生裂纹。
17．热应力的大小主要与冷却速度造成零件截面上的
，截面温差
，产生的热应力愈大。
有关，冷却速度
18．热处理变形主要是指工件在热处理时所产生的几何形状的 。
A．HB、σb减小，δ、αk增加 C．HB、σb增加，δ、αk增加 20.某钢的淬透性为J45/15，其含义是
B．HB、σb减小，δ、αk减小 D．HB、σb增加，δ、αk减小 。
A 15 钢的硬度为 40HRC
B．40 钢的硬度为 15HRC
C 该钢离试样末端 15mm 处硬度为 40HRC ,D 该钢离试样末端 40mm 处 硬度为 15HRC
C 单液淬火，分级淬火 D．分级淬火，等温淬火
14.退火碳钢随w(C)增加，其室温相组成的变化是
A．Fe3C量不断增加 B．Fe3C量不断减少
C Fe3C量不变化
D．Fe3C量先减少后增加
15.要求某钢件淬硬层深度为 0．6mm时，应选用的感应加热设备是
A．工频设备 B 超音频设备 C 中频设备 D 高频设备
是D0 水>D0 油。 (
)
(三)选择题
1．钢经调质处理后所获得的组织是
。
A．淬火马氏体 B．回火索氏体
3
C 回火屈氏体 D 索氏体
2．淬火钢产生时效硬化的原因是
。
A．在室温或小于 100℃的温度下，碳原子向晶格中的缺陷偏聚从而使该处 碳浓度升高，使马氏体的晶格畸变加大的结果。
B．时效时析出高硬度碳化物的结果
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硬度、耐磨性下降，脆性、
变形开裂倾向增加。
T12钢（含1.2%C）正常淬火组织
淬火组织: M+Fe3C颗粒+A’。
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• 2、合金钢 • 由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻
碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 • ⑴ 亚共析合金钢淬火温度为Ac3+ 50~100℃。 • ⑵ 共析钢、过共析合金钢淬火温度为Ac1+50~100℃。
加热到再结晶 变形晶粒变成 温度，再空冷 细小的等轴晶
加热到500～650 ℃缓冷至200 ℃ 空冷
组织无变化
合金钢铸锭 及大型铸钢 件或铸件
冷变形加工 的制品
铸、锻、焊、 冷压件及机 加工件
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• 二、正火
• 正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~ 50℃，共析钢加热 到Ac1+30~50℃，过共析钢 加热到Accm+30~ 50℃保温 后空冷的工艺。
35钢（含0.35%C）亚温淬火组织
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• ⑵ 共析钢 • 淬火温度为Ac1+30-50℃；淬火组织为M+A’。
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• ⑶ 过共析钢
• 淬火温度: Ac1+30-50℃. • 温度高于Accm，则 • ① 奥氏体晶粒粗大、淬火
后马氏体组织粗大；
• ② A含碳量高,Ms下降，A’ 量增多。
粒状珠光体
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.
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名称
目的
工艺制度
常用退火工艺制度
组织
应用
完全 退火
球化 退火
细化晶粒，消除铸 加热到AC3＋ 造偏析，降低硬度，20～50℃，炉冷
提高塑性
至550 ℃后空冷
F＋P
降低硬度，改善切 削性能，提高塑性 韧性，为淬火作组 织准备
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第十章
钢据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工
艺分类如下：
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
热处理 表面热处理 其他热处理
表面淬火—感应加热、火焰加热、 电接触加热等
化学热处理—渗碳、氮化、碳氮 共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理 真空热处理 形变热处理 激光热处理
M相变温度范围内冷却时组织应力较大。
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三、淬火介质
• 正火比退火冷却速度大。 • 1.正火后的组织 • 正火后可得到索氏体组织
正火温度
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• 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。
要改善切削性能，低 碳钢用正火，中碳钢 用退火或正火,高碳钢 用球化退火.
高速钢等温退火与普通退火的比较
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• ⑶ 球化退火 • 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。
它是将工件加热到Ac1+ 30-50℃ 保温后缓冷， 或者加热后冷却到略低 于 Ar1 的温度下保温， 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。
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• 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， 称粒状珠光体, 用P粒表示。
淬火应力受到钢件化学成分、尺寸和冷却方式等因素 影响。 1. 低碳钢淬火，热应力起主导作用，随着含碳量增加，
组织应力逐渐增大。 2. 合金元素使钢的导热率下降，增加了内外温差，使热
应力和组织应力都增大。 3. 工件尺寸越大，内外温差越大，应力增大。 4. 淬火介质的影响：在鼻尖以上快冷时热应力较大，在
钢坯加热
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二、淬火应力
淬火过程中产生热应力和组织应力（相变 Ms
应力）
热应力：由于内外温差导致的热胀冷
缩不一致而产生的内应力。
组织应力：由于内外温差造成的组织
转变不同时，引起内外比体积的不同变化
而产生的内应力。
表面
热应力
压应力
组织应力 拉应力
心部 拉应力 压应力
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淬火应力的影响因素
加热到AC1＋20～ 40℃，然后缓冷 （炉冷）
片状珠光体和
网状渗碳体组 织转变为球状
亚共析钢的 铸、锻、轧 件，焊接件
共析、过共 析钢及合金 钢的锻件、 轧件等
均匀化 退火
再结晶 退火 去应力 退火
改善或消除枝晶偏 析，使成分均匀化
消除加工硬化，提 高塑性
消除残余应力，提 高尺寸稳定性
加热到Tm-100～ 粗大组织（组 200 ℃，先缓冷， 织严重过烧） 后空冷
Ac3+30~50℃保温 后缓冷的退火工艺， 主要用于亚共析钢 .
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• ⑵ 等温退火 • 亚共析钢加热到Ac3+30~50℃, 共析、过共析钢加热到
Ac1+30~50℃，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停 留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉 内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢。
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第一节 钢的退火与正火
• 机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）→预 备热处理→机加工→ 最终热处理。
退火与正火主要用于 预备热处理，只有当 工件性能要求不高时 才作为最终热处理。
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一、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。
• 1、退火目的
真空退火炉
⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-
250 HB。
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。
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• 2、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、均匀化退火、去应力退火、再结晶退火。 • ⑴ 完全退火 将工件加热到
合适切削加工硬度
热处理与硬度关系
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第二节 钢的淬火与回火
• 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 为马氏体的热处理工艺.
淬火是应用最广的热处 理工艺之一。
淬火目的是为获得马氏 体组织，提高钢的性能。 真空淬火炉
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一、淬火温度 • 1、碳钢 • ⑴ 亚共析钢
淬火温度为Ac3+3050℃。
预备热处理组织为退 火或正火组织。
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• 亚共析钢淬火组织： • 0.5%C时为M • 0.5%C时为M+A’。
45钢(含0.45%C)正常淬火组织
65MnV钢(0.65%C) 淬火组织
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• 在Ac1~ Ac3之间的加热淬
火称亚温淬火。
•
亚温淬火组织为 F+M，强硬度 低，但塑韧性好。