第六章钢的热处理工艺
钢的热处理基础知识
• （c）T8钢淬火工艺过程及组织转变
• T8
• （c）T8钢淬火工艺过程及组织转变
• T8
• （d）T12钢淬火工艺过程及组织转变
• T12
• （d）T12钢淬火工艺过程及组织转变
• T12
第五节 淬火钢的回火
• 一、回火：钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下的某一温度， 保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。 • 二、回火目的：减小或消除淬火残余应力，稳定钢件的 组织和尺寸，并与淬火配合，使零件达到使用性能要求。 • 三、回火的分类： • 1．低温回火：淬火钢件在250℃以下回火一般得到回火 马氏体组织,即由ωc较低的马氏体与极细的碳化物(Fe2.4C) 组成的组织。目的是在保持淬火高硬度的前提下，适当 提高钢的韧性和减小淬火内应力。常用于各种工具及高 硬度零件。 • 2．中温回火：淬火钢件在250～500℃之间回火一般得到 回火托氏体组织，即针状特征的铁素体与细小粒状渗碳 体的混合物。目的是获得高的强度、弹性和较高的韧性。 主要用于弹性零件、锻模和要求淬硬的扳手、销钉和螺 钉等工件。
二、过冷奥氏体的连续冷却转变
• • • •
1．过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物
二、过冷奥氏体的连续冷却转变
• • • •
1．过冷奥氏体的连续冷却转变图 共析钢连续转变曲线和产物 亚共析钢连续转变曲线和产物 过共析钢连续转变曲线和产物
• 共析钢不同转变温度下的产物
第六节 钢的淬透性及淬硬性
• 一、淬透性的概念 • 淬透性：在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分 布的特性。在同一淬火条件下，获得淬硬层愈深的钢 淬透性愈好。
• 淬透性试验
第六章 热处理简答题
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答:快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加,得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。
细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。
第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
第六章钢热处理分析
第六章钢的热处理、名词解释1热处理： _______________________________________________________________ 2等温转变： _____________________________________________________________ 3连续冷却转变： _________________________________________________________ 4马氏体： _______________________________________________________________ 5退火： _________________________________________________________________ 6正火： _________________________________________________________________ 7淬火： _________________________________________________________________ 8回火： _________________________________________________________________ 9表面热处理： ___________________________________________________________ 10渗碳：________________________________________________________________二、填空题1、整体热处理分为________ 、____________ 、 _________ 、和___________ 等。
2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有____________________ 表面淬火、_________________ 表面淬火、______________ 表面淬火、 _______ 表面淬火等。
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
《钢的热处理》PPT课件
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
钢的热处理——钢的回火转变
四 碳化物转变(250~400℃) ——转变第三阶段
（一）高碳马氏体
碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍 具有一定的正方度。形成两种比ε-FexC更加稳定 的碳化物： 一种是c-Fe5C2——单斜晶系
一种是θ-Fe3C——正交晶系
(1)碳化物转变取决于回火温度，也和时间有关， 随着回火时间的延长，转变温度可以降低。 (2)是否出现χ-Fe5C2与钢的C%有关，C%增加有利 于χ-Fe5C2产生(板条马氏体不易产生χ-Fe5C2)。
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874
1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004
碳含量 (%) 1.4
1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
0.06
2. 马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳原子扩散能力 加大，a-Fe中不同浓度可通过长程扩散消 除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳 原子而长大。故在分解过程中，不再存在 两种不同碳含量的a相，碳含量和正方度不 断下降，当温度达300℃时，正方度c/a接 近 1。
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的 组织： 250℃以下回火，得到α+碳化物(ε,η)， 即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)， 记作M‘ ----低温回火 350~500℃回火，得到α （0.25%C）+θ 碳 化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状 α )， 记作T‘。----中温回火 500~650℃回火，得到平衡态等轴α+θ碳 化物，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴 α)，记作S‘。-----高温回火
金属工艺第5-7章答案
作业第六章钢的热处理一、名词解释1、钢的热处理—是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。
2、等温冷却转变—工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间等温保持时，过冷奥氏体发生的相变。
3、连续冷却转变—工件奥氏体化后，以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生的相变。
4、马氏体—碳或合金元素在α—Fe中的过饱和固溶体。
5、退火—将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
6、正火—工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7、淬火—工件加热奥氏体化后，以适当方式冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
8、回火—工件淬硬后，加热到Ac1以下的某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
9、表面热处理—为了改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
10、真空热处理—在低于一个大气压（10-1～10-3Pa）的环境中加热的热处理工艺。
11、渗碳—为了提高工件表面碳的质量分数，并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。
12、渗氮—在一定温度下，与一定介质中，使氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺。
二、填空题1、整体热处理分为退火、正火、淬火和回火等。
2、表面淬火的方法有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、接触电阻加热表面淬火、电解液表面淬火等。
3、化学热处理包括渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗硼等。
4、热处理工艺过程由加热、保温和冷却三个阶段组成。
5、共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P(珠光体) 、 S(索氏体) 和 T(托氏体) 。
6、贝氏体分上贝氏体和下贝氏体两种。
7、淬火方法有：单液淬火、双液淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火等。
8、常用的退火方法有：完全退火、球化退火和去应力退火等。
9、常用的冷却介质有油、水、空气等。
10、常见的淬火缺陷有过热与过烧、氧化与脱碳、硬度不足与软点、变形与开裂等11、感应加热表面淬火，按电流频率的不同，可分为高频感应加热、中频感应加热和工频感应加热三种。
第六章钢的回火转变
一、合金元素对马氏体分解的影响
• 在马氏体分解阶段要发生马氏体中过饱和 碳的脱溶和碳化物粒子的析出与聚集长大， 同时基体α相中的碳含量下降。
• 合金元素的作用主要在于通过影响碳的扩 散而影响马氏体的分解过程以及碳化物粒 子的聚集长大速度，从而影响α相中碳浓度 的下降速度。这种作用的大小因合金元素 与碳的结合力的大小不同而异。
一、马氏体中C 原子偏聚(＜100℃)
• 当碳含量超过0.2%时，偏聚于位错等晶体缺陷处 的碳原子已经达到饱和状态，多余的碳原子只能 处于无缺陷晶格的扁八面体间隙位置，即处于非 偏聚状态，从而导致对电阻率有较大贡献。
• 用碳原子在晶体缺陷处偏聚的观点能够较圆满地 解释碳含量小于0.2%时，马氏体不呈现正方度， 为立方点阵结构，而当碳含量高于0.2%时，才可 能测出正方度的现象。
• （1）马氏体的双相分解
125-150℃以下，随碳化物的析出，出现两 种正方度不同的α相，即具有高正方度的保持原 始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的 碳已部分析出的α相。
随着回火时间的延长，即随着碳化物析出， 两种α相的碳含量均不发生改变，只是高碳区愈 来愈少，低碳区愈来愈多。
（1）马氏体的单相分解
(2)再结晶： 回火温度高于600℃发生再结晶，板条马氏体形成
位错密度很低的等轴α相取代板条α晶粒——再结晶；
片状马氏体回火温度高于400℃孪晶全部消失，出 现胞块组织，温度高于600℃发生再结晶。这一过程也 是形核(亚晶界为核心)、长大过程。
(3)碳化物长大： 温度高于400℃，碳化物已与α相脱离共格关系而
• 板条状马氏体
• 低碳(＜0.2%C)板条马氏体在100-200℃回 火，C原子仍偏聚在位错线附近处于稳定状 态，不析出ε-FexC。
12热处理和表面处理简介(第六部分)
6.2表面处理简介
镀铬特点：铬在潮湿的大气中、碱、硝酸、 硫化物、碳酸盐的溶液中以及有机酸中非常 稳定,易溶于盐酸及热浓的硫酸. 在钢铁零件表面直接镀铬作防腐层是不理想 的, 一般是经多层电镀(镀铜→镍→铬)才能 达到防锈、装饰的目的. 目前广泛应用在为提高零件的耐磨性、修复 尺寸、光反射以及装饰等方面.
6.2表面处理简介
镀锌特点：锌在干燥空气中,比较稳定,不易 变色,在水中及潮湿大气中则与氧或二氧化 碳作用生成氧化物或碱性碳酸锌薄膜, 可以 防止锌继续氧化.起保护作用. 锌在酸及碱、硫化物中极易遭受腐蚀. 镀锌层一般都要经钝化处理, 在铬酸或在铬 酸盐液中钝化后, 由于形成的钝化膜不易与 潮湿空气作用, 防腐能力大大加强.
6.1热处理简介
2．正火：指将钢材或钢件加热到或 （钢的 上临界点温度）以上，30～50℃保持适当 时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工 艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的 力 学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除 组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。
6.1热处理简介
3．淬火：指将钢件加热到 Ac3 或 Ac1（钢 的下临界点温度）以上某一温度，保持一 定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马 氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见 的淬 火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火， 贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。 淬火的目 的：使钢件获得所需的马氏体组 织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后 道热处理作好组 织准备等。
6.2表面处理简介
镀铜特点：铜具有较高的导电性,铜镀层紧 密细致,与基体金属结合牢固,有良好的抛光 性能等.铜比铁的电位较高. 对铁来说是阴极 性镀层. 一般是用来提高其他材料的导电性,作其他 电镀的底层,防止渗碳的保护层,在轴瓦上用 来减少摩擦或作装饰等点：镀银层很容易抛光，有很强的反光本 领和良好的导热、导电、焊接性能。银镀层最早 应用于装饰。 镀金特点：镀金层延展性好、易抛光、耐高温， 具有很好的抗变色性能。在银层上镀金可以防止 银的变色；金合金镀层可呈现多种色调，故常用 作装饰性镀层，如镀首饰、钟表零件、艺术品等。 镀金具有较低的接触电阻、导电性能良好、易于 焊接、耐腐蚀性强、并具有一定的耐磨性（指硬 金），因而在精密仪器仪表、印制电路板、集成 电路、管壳、电接点等方面有着广泛的应用。
机械制造基础第六章合金钢及其热处理习题解答
第六章合金钢及其热处理习题解答6-1 什么是合金元素?按其与碳的作用如何分类?答：1、为了改善钢的组织和性能，在碳钢的基础上，有目的地加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。
常用的合金元素有锰、铬、镍、硅、钼、钨、钒、钛、锆、钴、铌、铜、铝、硼、稀土(RE) 等。
2、合金元素按其与钢中碳的亲和力的大小，可分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素两大类。
常见的非碳化物形成元素有：镍、钴、铜、硅、铝、氮、硼等。
它们不与碳形成碳化物而固溶于铁的晶格中，或形成其它化合物，如氮可在钢中与铁或其它元素形成氮化物。
常见的碳化物形成元素有：铁、锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等(按照与碳亲和力由弱到强排列) 。
通常钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素；锰为弱碳化物形成元素；铬、钼、钨为中强碳化物形成元素。
钢中形成的合金碳化物主要有合金渗碳体和特殊碳化物两类。
6-2 合金元素在钢中的基本作用有哪些?答：合金元素在钢中的基本作用有：强化铁素体、形成合金碳化物、阻碍奥氏体晶粒长大、提高钢的淬透性和提高淬火钢的回火稳定性。
6-3 低合金结构钢的性能有哪些特点?主要用途有哪些?答：低合金结构钢的性能特点是：①具有高的屈服强度与良好的塑性和韧性；②良好的焊接性；③较好的耐蚀性。
低合金结构钢—般在热轧空冷状态下使用，被广泛用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
6-4 合金结构钢按其用途和热处理特点可分为哪几种?试说明它们的碳含量范围及主要用途。
答：合金结构钢是指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。
主要包括低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢等。
1、低合金结构钢的成分特点是低碳(w C < 0.20％)，—般在热轧空冷或正火状态下使用，用于制造桥梁、船舶、车辆、建筑、锅炉、高压容器、输油输气管道等。
2、合金渗碳钢的平均w C一般在0.1％～0.25％之间，以保证渗碳件心部有足够高的塑性与韧性。
工程材料第六章热处理
第三节 热处理常见缺陷
1. 氧化和脱碳 ：工件加热时，钢表层的铁及合金与 元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气
等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。
2. 过烧和过热 ：过热是指加热温度过高或在高温下保 温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化。过烧是指加热 温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局 部出现氧化或熔化，导致晶界弱化。
（3）去应力退火。是将工件加热到500℃～ 600℃，经保温一定时间炉冷至300℃左右后 空冷至室温，又称低温退火。
二、正火
正火是将工件加热到适当温度，保温一定时间， 然后空冷的一种热处理工艺。正火与退火相比，由 于冷速较快，其强度和硬度比退火高，而塑性和韧 性稍有降低。生产中主要应用于改善低碳钢和某些 低合金钢的切削加工性能；消除铸钢件内部粗大的 晶粒，提高其力学性能；对要求不太高的普通构件， 正火可作为最终热处理。
3. 变形和开裂：由于淬火过程中快速冷却，在工件内 部产生内应力，而导致工件形状尺寸的变化或开裂。
4. 硬度不足：硬度不足产生的原因很多，可能是加热 温度过低，保温时间短，淬火介质的冷却能力差， 操作不当等。
第六章 金属热处理
概述
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其 他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和 整体的化学成分，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。
钢的热处理工艺方法很多，常用的有普通热处理 （退火、正火、淬火、回火）及表面热处理（表面 淬火、化学热处理）等。任何一种热处理工艺过程， 都由下列三个阶段组成。
把工件的加热、保温和冷却过程绘制在温度时间坐标图上，就可以得到如图6-1所示的热 处理工艺曲线。改变其加热温度和冷却方式， 可以获得不同的热处理工艺。
第六章 钢的热处理
第六章钢的热处理一、解释下列名词1、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体2、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体3、临界冷却速度4、退火、正火、淬火、回火、冷处理、时效5、调质处理6、淬透性、淬硬性7、回火马氏体、回火索氏体、回火屈氏体8、第一类回火脆性、第二类回火脆性10、表面淬火、化学热处理二、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下、和的操作来改变其，从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P→A 的转变过程伴随着铁原子的，因而是属于型相变。
3、钢加热时的各临界温度分别用、和表示；冷却时的各临界温度分别用、和表示。
4、加热时，奥氏体的形成速度主要受到、、和的影响。
5、在钢的奥氏体化过程中，钢的含碳量越高，奥氏体化的速度越，钢中含有合金元素时，奥氏体化的温度要一些，时间要一些。
6、一般结构钢的A晶粒度分为级, 级最粗，级最细。
按930℃加热保温 3～8h 后，晶粒度在级的钢称为本质粗晶粒钢，级的钢称为本质细晶粒钢。
7、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的和的机械混合物，其差别仅在于。
8、对于成分相同的钢，粒状珠光体的硬度、强度比片状珠光体，但塑性、韧性较。
9、影响C曲线的因素主要是和。
10、根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属转变，贝氏体转变属转变，马氏体转变属转变。
11、马氏体的组织形态主要有两种基本类型，一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是；另一种为马氏体，是由含碳量的母相奥氏体形成，其亚结构是。
12、上贝氏体的渗碳体分布在，而下贝氏体的渗碳体较细小，且分布在，所以就强韧性而言，B下比B上。
13、钢的 C 曲线图实际上是图，也称图，而CCT曲线则为。
14、过冷奥氏体转变成马氏体，仅仅是的改变，而没有改变，所以马氏体是碳在α-Fe 中的。
15、其他条件相同时，A中的C% 愈高，A→M的Ms温度愈，A 量也愈。
16、马氏体晶格的正方度( c/a )表示了，c/a的值随而增大。
热处理工程基础第六章钢的过冷奥氏体转变图
A: 奥氏体
钢的过冷奥氏体转变图
P: 珠光体 B: 贝氏体
扩散型相变 （C曲线）
2300C
M: 马氏体
非扩散型相变
（直线型）
第一节 过冷奥氏体等温转变图
一、过冷奥氏体等温转变图的建立 过冷 A 等温转变：将 A 迅速冷到临界温度以下某
一温度，等温所发生的相变。 过冷 A 等温转变图：综合反映过冷 A 在不同过冷 度下的等温转变过程：开始和终了时间、产物类型 及转变量与温度和时间的关系等。常呈“C”形，又
不同温度下等温转变开始、转变一定量的时间、 终了时间，绘制在温度 — 时间半对数坐标系中 → 不同 温度下相同意义的点分别连接成曲线，最终形成过冷 奥 氏 体 等 温 转 变 图 （ Temperature-TimeTransformation Diagram) ABCD ：不同温度下转变开始（通常取转变量为 2%左右）时间， EFGH：转变50%的时间 JK、LM：转变100%（常为98%左右）的时间。
图6-12 只有碳化物析出的C曲线
影响奥氏体等温图的因素
1. 合金元素的影响 一种是使曲线右移；另一种是使珠光体与贝 氏体的曲线分开。其规律是： • 除 Co 之外溶入奥氏体的合金元素均使 C 曲 线右移； • 溶入奥氏体中的碳化物形成元素往往使C曲 线形状变化，出现两条曲线； • Mo与W的影响，它们使珠光体的转变曲线 大大右移，但是对贝氏体的曲线右移的不多。 • 微量B足以使F和P转变显著推迟。
2. C 曲线形状除与钢的化学成分有关外， 还与热处理规程有关： (1). 细化A晶粒，加速过冷A→P转变。 (2). 原始组织越细，奥氏体易均匀，A稳定 性高，C曲线右移。 (3). 原始组织相同时，提高A化温度、延长 时间，促使碳化物溶解、成分均匀和 A 晶粒长 大，C曲线右移。 3. A在高温或低温变形会显著影响P转变动 力学。形变量越大，P转变孕育期越短，使C曲 线左移。
第六章 钢的奥氏体转变图
●亚共析钢和过共析钢的 C曲线（图 4）
图4 亚共析钢、共析钢及过共析钢的C曲线比较
四. IT图的应用 1.是制定钢材热处理工艺规范的基本依据之一：
①大致估计出工件在某种冷却介质中冷却得到的组织； ②制定等温淬火和分散淬火的工艺； ③估计钢接受淬火的能力。 2 实际热处理中采用连续冷却，其转变规律与等温冷却有 相当大的差异。 因此，IT图只能对连续冷却的热处理工艺提供定性数据， 它的直接应用受到很大的限制。
Fe、C原子扩散速度的制约。
2）过冷A在不同温度范围内的转变产物各不相同 从图6-1可见有三个相变区域: P相变区、B相变区和M
相变区。以T8钢为例，同温度的转变产物如图 2所示：
图2 T8钢 过冷 奥氏 体等 温转 变图
①P转变区域（高温转变） 从A1～550℃范围内，A等温分解为片状F＋片状
五.过冷奥氏体连续转变图
IT图的主要反映了过冷A等温转变的规律，主要用于
研究相变机理、
组织形态等。在一般热处理生产中，多为连续冷却，
所以难以直接应用，CCT图（连续转变图，Continuous、
Cooling、Fransformation）能比较接近实际热处理冷却
条件，应用更方便有效。
（一）共析碳钢的连续冷却转变图 (图6)
图1 共析碳钢IT 曲线测试示意图
图1 共析碳钢IT 图
二、过冷A等温转变图的基本形式
1. 结构: 1）A1是临界点； 2）转变开始线左方是过冷 A区； 3）转变结束线右方是转变结束区（ P或B）； 4）两线之间是转变过渡区：
A→P转变的 A＋P区； A→B转变的 A＋B区。
5）水平线 Ms为马氏体转变开始温度， 其下方为马氏体转变区。这是一幅比 较简单的过冷 A等温转变图。
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淬火温度 亚共析钢淬火加热温度：Ac3以上30℃～50℃； 共析钢、过共析钢淬火加热温度：Ac1以上 30℃～50℃。
1.亚共析碳钢：
在淬火温度加热，为晶粒细小的奥氏体， 淬火后为细小的马氏体组织。 （1）加热温度过高：奥氏体晶粒粗化，淬 火得到粗大马氏体，钢脆化。 （2）加热温度过低：如在Ac1～Ac3之间， 加热时为奥氏体+铁素体。淬火后为马氏体 +铁素体(+残余奥氏体)，淬火硬度不足。
奥氏体化后碳浓度分布不均匀，过冷后渗碳 体形核，并长大，形成球状球状珠光体。
扩散退火 （均匀化退火） 将钢锭、铸件加热到略低于固相线温度(钢的熔点 以下100℃～200℃)，长时间保温并缓冷，使钢锭 等化学成分和组织均匀化。 加热温度高 Ac3或者Accm以上150-300℃ 退火时间：t=8.5+Q/4(Q为装炉量），一般扩散 退火时间为10-15小时。
2. 再结晶退火 （1）消除冷变形加工(冷轧、冷拉、冷冲)产生的畸 变组织； （2）消除加工硬化。 （3）加热温度为再结晶温度以上150 ℃ ～250 ℃ 。 （4）使冷变形后被拉长的晶粒重新形核长大为等轴 晶，消除加工硬化效果。
把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保温适当 时间，使新的等轴晶粒代替原来的变形晶粒，从而 消除加工硬化的热处理工艺。
扩散退火高温长时间加热奥氏体晶粒粗大，需要 进行完全退火或正火来细化晶粒。或消除过热的 缺陷
生产周期长，消耗能量大，成本高。所以 只适用于优质合金钢，存在严重偏析的合 金钢铸件。
去应力退火、再结晶退火 1.去应力退火 又称低温退火。它是将钢加热到500℃～650 ℃(Ac1 温度以下)，保温一段时间，然后缓慢冷却到室温 的工艺方法。 目的：消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形加工造 成的内应力。去应力退火温度低、不改变工件原 来的组织。 钢的保温时间为3min/mm，铸铁：6min/mm 冷却过程要缓慢以免产生新的应力。
回火分为低温、中温和高温回火。
低温回火
1.低温回火温度：150℃～250 ℃ 。 2. 低温回火后组织： 亚共析钢低温回火后组织：回火M； 过共析钢低温回火后组织：回火M+碳化物+残余A。 3.低温回火的目的：保持高硬度(58HRC～64HRC)、强度和 耐磨性的情况下，适当提高淬火钢的韧性，同时显著降低 钢的淬火应力和脆性。 4. 低温回火钢：高碳钢和高合金钢。应用于工具、量具、 滚动轴承、渗碳工件、表面淬火工件等。 5. 人工时效或稳定化处理（120 ℃ ～250 ℃ 、保温几十小 时）：精密量具、轴承、丝杠等零件为了减少在最后加工 工序中形成的附加应力，增加尺寸稳定性。
常用的淬火冷却介质：（主要是水、油。） （1）水： 水在650 ℃ ～550 ℃高温区冷却能力较强，在300℃ ～200 ℃低温区冷却能力也强，淬火零件易变形开裂。 适用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。 水温升高，在高温区的冷却能力显著下降，低温区的冷却 能力仍然很强。 淬火时水温不应超过30℃。 （2）盐水、碱水：（冷却能力比清水更强） 例如浓度为10％NaCl或10％NaOH的水溶液可使高温区 (650 ℃ ～550 ℃的冷却能力显著提高。
（4）盐浴淬火：
为减少工件的变形，熔融状态的盐也常用 作淬火介质，称作盐浴淬火。 1其特点是沸点高，冷却能力介于水、油之 间； 2常用于等温淬火和分级淬火， 3处理形状复杂、尺寸小、变形要求严格的 工件等。
有机水溶液： 美国：15%聚乙烯醇+0.4%抗粘附剂+ 0.1% 防泡剂 国内：水玻璃-碱水溶液、过饱和硝酸盐水 溶液
淬火加热保温时间 加热保温时间的影响因素：加热炉的类型、 钢种、工件尺寸大小等有关，一般根据热 处理手册中的经验公式确定。
淬火过程中工件截面各部分冷却速度不同， 只有冷却速度大于临界淬火速度才能得到 马氏体，工件心部可能得到珠光体，贝氏 体等非马氏体组织。这就涉及到一个“淬 透性”的问题。
正火的目的： 1．作为最终热处理 （1）对强度要求不高的零件，正火可以作为最终热处理。 （2）正火可以细化晶粒，使组织均匀化。 （3）减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增多并 细化。 2．作为预先热处理 （1）截面较大的结构钢件，消除魏氏组织和带状组织， 获得细小均匀的组织，为淬火或调质处理作组织准备。 （2）碳素工具钢和合金工具钢，消除网状渗碳体，为球 化退火作组织准备。 3．改善切削加工性能 正火可改善低碳钢(含碳量低于0.25％)的切削加工性能。 低碳钢，退火后硬度过低，切削加工时容易“粘刀”，表面 粗糙。通过正火使硬度提高至140HB～190HB，改善切削 加工性能。
淬火与回火
钢的热处理中最重要，应用最广泛 为消除淬火应力，和得到不同强度，硬度 和韧性需要进行回火处理，淬火与回火密 不可分
淬火
将钢加热到Ac3或Ac1线以上(30～50℃)保温 一段时间，然后以大于临界冷却速度冷却， 获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。 目的：获得尽量多的马氏体并结合不同温 度的回火获得需要的性能：弹簧钢经淬火+ 中温回火可获得很高的弹性极限。工具钢 经淬火+低温回火可获得很高的硬度和耐磨 性。
2.共析钢和过共析钢： 在淬火加热之前球化退火，加热到Acl以上30℃～ 50℃不完全奥氏体化后，其组织：奥氏体+部分 未溶的细粒状渗碳体颗粒。 淬火后，马氏体+未溶渗碳体颗粒。不降低淬火 钢的硬度，提高它的耐磨性。 （1）加热温度过高（在Accm以上）: A的含碳量增加，淬火残余奥氏体量增多，降低钢 的硬度与耐磨性。 A晶粒粗大。淬火后片状马氏体粗大，显微裂纹多， 增加脆性。 淬火内应力增加，极易引起工件的淬火变形和开裂。
消除热加工缺陷
消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退 火
退火和正火的选原则
含碳量≤0.25%的低碳钢，采用正火取代退火。 较快的冷去速度避免三次渗碳体的析出， 从而提高强度。 中碳钢0.25%-0.5%，用正火代替退火，正火 成本低，生产率高。 0.5%-0.75%，采用完全退火，降低硬度，改 善切削加工性。 高碳钢≥0.75%采用球化退火 综合考虑：使用性能和经济性能
球化退火 球化退火：将钢件或毛坯加热到略高于 Acl的温度（20-30℃），经长时间保温，使 钢中二次渗碳体自发转变为颗粒状(或称球 状)渗碳体，然后以缓慢的速度冷却到室温 的工艺方法。 保温时间：2-4小时
1.球化退火的目的 降低硬度，改善切削加工性能；均匀组织， 为淬火作组织准备。 2.球化退火的适用范围 碳素工具钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和合 金工具钢等共析钢和过共析钢(含碳量大于 0.77％)。
（3）油： 油也是一种常用的淬火介质。如矿物油，如锭子油、机油 等。 优点：在300 ℃ ～200℃低温区的冷却速度比水小得多， 从而可大大降低淬火工件的相变应力，减小工件变形和开 裂倾向。 油在6500C～5500C高温区间冷却能力低是其主要缺点。 提高油温可以降低黏度，增加流动性，提高高温区间的冷却 能力。但是油温过高，容易着火，应控制在600C～800C。 适用于形状复杂的合金钢工件；小截面、形状复杂的碳钢工 件的淬火。
淬火应力 热应力（各部分冷却速度不同）
组织应力（奥氏体，珠光体，贝氏体，马氏 体） 含碳量，合金元素，工件尺寸，淬火介质都 影响着淬火应力的大小
淬火冷却方式
冷却介质应保证工件得到马氏体，同时变 形小，不开裂。
1.理想的淬火曲线：650℃以上缓冷，降低 热应力。650℃～400℃快速冷却，保证奥氏 体不分解。400 ℃以下缓冷，减少马氏体转 变时的相变应力
第六章 钢的热处理工艺
钢的热处理工艺：根据钢在加热和冷却过 程中的转变规律制定的钢在热处理时具体 的加热、保温和冷却的工艺参数。
热处理工艺
6 . 1 钢的普通热处理
普通热处理:退火、正火、淬火和回火，热 处理的“四把火”。 退火
退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到预定 的某一温度，保温后缓慢冷却 (一般为随炉 冷却或埋入石灰中)，以获得接近平衡状态 组织的热处理工艺。
适用范围 含碳量为0.25％～0.77％的亚共析成分的碳 钢、合金钢和工程铸件、锻件和热轧型材。 过共析钢不宜采用完全退火。 ?
网状二次渗碳体的析出使钢的强度，韧性和冲击韧 性显著降低 缺点：需要很长的时间
等温退火 将钢件或毛坯加热至Ac3(或Acl)以上20℃～30 ℃ ，保温一定时间后，较快地冷却至珠光 体转变区保温，使奥氏体转变为珠光体后， 再缓冷。 等温退火的目的与完全退火相同。 等温退火时的转变容易控制，能获得均匀 的预期组织，适宜大型制件及合金钢制件， 可缩短退火周期。
回火
将淬火后的零件加热到低于Acl的某一温度 并保温，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火是紧接淬火的一道热处理工艺，大多 数淬火钢都要进行回火。
回火的目的
稳定工件组织和尺寸，减小或消除淬火应 力，提高钢的塑性和韧性，获得工件所需 的力学性能，以满足不同工件的性能要求。
回火可分为四个阶段。 第一阶段(100℃以下)：马氏体中碳的骗聚 过饱和M中碳偏聚到位错线附近的间隙位置 第二阶段(200℃以下)：马氏体分解。 从过饱和M析出弥散的ε-碳化物 第三阶段(200 ℃ ～300 ℃)：残余奥氏体分解。 残余奥氏体分解为α和ε-碳化物的机械混合物（回火M或B下） 第四阶段(250 ℃ ～400℃)：碳化物的转变。 ε-碳化物转变为稳定的x-碳化物,θ-碳化物 第五阶段(400℃以上)：渗碳体的聚集长大与α相的再结晶。