金属热处理工艺学
金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
金属热处理正火
金属热处理正火金属热处理是一种通过加热和冷却的方式改变金属材料的物理和化学性质的工艺。
其中，正火是一种常用的金属热处理方法之一。
正火的目的是通过控制加热温度和冷却速率，使金属材料达到理想的组织和性能。
正火的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段。
在加热阶段，金属材料被加热到一定温度，以使其组织发生相应的变化。
保温阶段是为了保持材料在一定温度下的一段时间，使其达到热平衡。
最后，在冷却阶段，金属材料以一定的速率冷却，形成理想的组织结构。
正火的主要目的是改变金属材料的组织结构和性能。
通过正火处理，可以增加材料的强度、硬度和耐磨性，提高其抗蠕变性和抗疲劳性能。
此外，正火还可以改善材料的可加工性，并减少内应力和变形。
正火的关键是控制加热温度和冷却速率。
加热温度应根据金属材料的组织和性能要求进行选择。
过高的加热温度会导致晶粒长大、晶界清晰度下降，从而降低材料的强度和硬度。
过低的加热温度则可能导致组织不均匀，影响性能。
冷却速率的选择也十分重要，过快或过慢的冷却速率都会对材料的性能产生负面影响。
正火的应用广泛，特别是在钢铁行业。
钢材经过正火处理后，可以改变其组织，提高其硬度和强度，从而满足不同领域的需求。
例如，汽车制造业常用正火处理来提高车辆零部件的耐磨性和强度，以保证其在复杂工况下的可靠性。
机械制造业也广泛应用正火处理来改善机械零件的性能，提高其使用寿命和可靠性。
在正火处理中，除了控制加热温度和冷却速率外，还需要注意一些其他因素。
首先，材料的初始状态和化学成分会对正火效果产生影响。
不同的金属材料和不同的合金元素对正火处理的响应是不同的，需要根据具体情况进行选择和调整。
其次，正火的时间也是一个重要的参数。
保温时间过长或过短都会影响组织的形成和性能的改善。
此外，正火后的材料还需要进行适当的回火处理，以消除残余应力和提高材料的稳定性。
金属热处理正火是一种重要的工艺方法，通过控制加热温度和冷却速率，可以改善金属材料的组织和性能。
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。
金属工艺学(热)压力加工
4. 胎模锻 是在自由锻设备上使用 胎膜生产模锻件的工艺 方法。 胎膜种类：扣模、筒模 和合模
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图 考虑内容： 1 敷料、余量和公差 为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属， 称为敷料。 在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸，称为余量。 锻件公差是锻件名义 尺寸的允许变动量。
（4）应避免深孔或多孔结构。 （5）模锻件的整体结构应力求简单。
作业： 111页 （2）、（3）、（5）、（9）、（11）
第二节 锻造工艺规程的制订
2 分模面 上下锻模在模锻件上的分界面。 确定原则： （1）应保证模锻件能从模膛中取出来。 （2）应保证制成锻模后，上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。 （3）应选在使模膛深度最浅的位置上。 （4）应使零件上所加敷料最少。 （5）最好是一个平面。
第二节 锻造工艺规程的制订
第一节 锻造方法
1. 自由锻工序 分为基本工序、辅助工序和精整工序 （1）基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求，达到或 基本达到锻件所需尺寸和形状的工序。 镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的工序 拔长 使坯料横截面积减小、长度增大的工序 冲孔 使坯料具有通孔或盲孔的工序 弯曲 使坯料轴线产生一定曲率的工序 扭转 使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序 错移 使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序 切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序 （2）辅助工序 是指进行基本工序之前的预变形工序。 （3）精整工序 完成基本工序后，提高锻件尺寸及位置精 度的工序。
金属工艺学（热）
金属热处理工艺学-有色金属的热处理-1
再结晶退火后合金的强度、硬度降低，塑性变形能力显著提高。因此在 材料冷变形加工过程中，当加工硬化使变形难以继续进行时，常对材料进行 再结晶退火，使其软化，这种便于继续变形加工的退火称为中间退火。
再结晶退火
图 加热温度对冷塑性变形金属的性能和组织的影响
均匀化退火
浇注铸件和铸锭时，由于冷速过快，会使结晶在不平衡状态下进行。常常 出现偏析、不平衡共晶体、第二相晶粒粗大以及硬脆相沿晶界分布等缺陷，使 合金的强度、硬度及抗腐蚀性严重降低。为消除此类缺陷，必须进行均匀化退 火。即将合金加热到接近熔点的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却。 在均匀化退火过程中，温度高，原子扩散快，枝状偏析消失，沿晶界分布 的不平衡共晶体和不平衡相被溶解。在均匀化温度下是过饱和固溶体，保温过 程中将析出过剩相。有的过剩相可能被球化，从而显著提高合金的塑性以及组 织稳定性。合金化程度较高的变形合金铸锭，一般都进行均匀化退火，以提高 它们的塑性变形能力。 均匀化过程是一个原子扩散过程。因此又称为扩散退火。影响均匀化退火 质量的因素主要是加热温度和保温时间。对某些合金，冷却速度也有重要影响。
有色金属的强化途径
过剩相强化
过剩相强化在有色金属合金中应用广泛，几乎所有在退火状态使用的两相合 金都应用了过剩相强化，或者是固溶强化与过剩相强化的联合应用。
过剩相强化与沉淀强化有相似之处。 区别在于，沉淀强化时，强化相极为细小，弥散度大，在光学显微镜下观 察不到；而在过剩相强化合金时，强化相粗大，用光学显微镜低倍既能看到。
有色金属的强化途径
组织细化强化 铸造合金的组织细化可采用变质处理，即浇注前在合金溶液中加入被称为变 质剂的元素或化合物，使金属溶液的结晶过程受到影响，结晶为细密组织。 （1）加入适当难熔质点作为非自发晶核。晶核数目大量增加，结晶晶粒细小； （2）在金属熔液中加入微量、易熔表面活性物质，吸附在所形成的微小晶体表 面，把晶体与熔液隔开，阻碍晶体长大。 （3）加入微量的、对初生晶体有化学作用从而改变其结晶性能的物质，可以使 初生晶体的形状改变。
金属学与热处理原理中的时效处理
金属学与热处理原理中的时效处理时效处理作为金属学与热处理原理中的一种重要工艺，广泛应用于诸多金属材料的制备与加工过程中。
它通过合理的时效参数设置，能够显著改善金属材料的力学性能与耐腐蚀性能，同时增强材料的整体结构稳定性。
本文将详细介绍时效处理的原理、工艺及其在金属学中的应用。
一、时效处理原理时效处理是指通过在高温下加热金属材料，使其过饱和固溶体中的析出相重新分布，形成更为稳定的强化相。
从而改变材料的晶粒结构，提高材料的强度、硬度和耐磨性能。
在时效处理过程中，主要通过以下几个步骤来实现：1. 固溶处理：将金属样品加热到高温区，使其形成过饱和固溶体。
过饱和固溶体具有较高的扩散速率，为后续析出相的形成提供了条件。
2. 快速冷却：将经过固溶处理的样品急冷至室温，以防止析出相的形成。
这一步骤非常关键，能够保持材料的均匀性和一定的过饱和度。
3. 时效处理：将冷却后的样品再次加热到较低的温度区域，保持一定的时间。
在时效处理过程中，过饱和固溶体中的溶质原子开始扩散聚集，形成纳米尺度的强化相。
4. 冷却：将时效处理后的样品冷却至室温，保持析出相的稳定性。
冷却过程中不应出现过快的降温速度，以免破坏析出相的结构。
时效处理的本质是通过对金属材料的热处理，改变其晶格结构和相组织，从而调控材料的性能。
二、时效处理的工艺时效处理的具体工艺参数根据不同的材料和要求而有所不同，通常包括时效温度、时效时间和冷却速率等。
1. 时效温度：时效温度是指进行时效处理时的加热温度。
不同材料和不同的强化相有着各自的最佳时效温度范围。
通过控制时效温度，可以控制强化相的粒径和分布，从而调节材料的力学性能。
2. 时效时间：时效时间是指在维持一定的时效温度下，样品所需要保持的时间。
时效时间与强化相的形成和生长速率密切相关。
通过合理选择时效时间，可以使强化相的分布均匀，并有效提高材料的强度和韧性。
3. 冷却速率：冷却速率指的是时效处理后的样品在冷却过程中的速度。
金属热处理工艺学有色金属的热处理3
铜及铜合金的热处理
黄铜
良好的机械性能、耐蚀性、导电性和导热性等。与纯铜和其它铜合金相比 ，价格较低，是重有色金属中应用最广的合金材料。分为二元黄铜（普通黄铜 ）和多元黄铜（复杂黄铜、特殊黄铜）。
Cu>50%
H70 H62
图 Cu-Zn合金相图
铜及铜合金的热处理
黄铜
从铜锌合金相图可以看出黄铜有 和+’ 两种组织，分别称单相黄铜 和两相黄铜。
铜及铜合金的热处理
一、纯铜（紫铜）
（1）导电性好、导热性好。（导线、电缆、散热管、热交换器等），任何杂 质元素的加热都会降低铜的导电性和导热性；
冷变形对铜导电性能影响不大，纯铜经80%冷变形，导电率降低不到3% ，因此铜导线可在冷作硬化状态使用。冷作硬化是提高铜及铜合金强度的常用 方法。
图 杂质元素对铜导电和导热性影响
铜及铜合金的热处理
锡青铜
铜与锡的合金称为锡青铜。锡青铜的应用在我国已有两千多年历史，最主 要特点是耐蚀、耐磨、弹性好和铸件体积收缩率很小。
锡青铜的用途： （1）高强弹性材料：弹簧、 弹片、弹性元件； （2）耐磨材料：轴承套、齿 轮等； （3）艺术铸件，铜像等。
图 Cu-Sn合金相图
铜及铜合金的热处理
单相黄铜
两相黄铜
铜及铜合金的热处理
黄铜的性能
图 Zn含量对铸态Cu合金力学性能的影响
铜及铜合金的热处理
黄铜的应用
• 单相黄铜塑性好。
• H96和H85具有良好导热性和耐蚀性，一定强度和良 好塑性。大量用于冷凝器和散热器。
• H70和H68强度较高，塑性特别好，用于冷冲压或深 拉伸法制造复杂零件。枪弹壳、炮弹筒，有“弹壳黄 铜”之称。
锡青铜
金属热处理工艺学-表面淬火
钢表面淬火后的残余应力
图12. 不同钢材硬化层深度与残余压应力的关系 1----45号钢；2----18Cr2Ni4W； 3----40CrMnMo；4----40CrNiMo
钢表面淬火强化层应与工件负载匹配
x
o
图13. 表面强化与承载应力匹配示意图 1.截面为圆形的工件负载时的应力分布情况 2.表面淬火较浅时，沿表面向内部的应力承载能力曲线 3.表面淬火较深时，沿表面向内部的应力承载能力曲线
特点3.提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒。
形核处增加：铁素体与碳化物相界、铁素体亚晶界； 形核时间短、晶粒来不及长大。
特点4.快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响。
奥氏体成分不均及晶粒细化，减小了过冷奥氏体稳定性，C曲线左移； 成分不均使马氏体转变点和形态都不相同，出现低碳、高碳马氏体。
知识回顾
图 Fe-C相图及其平衡组织
钢表面淬火的金相组织
钢经过表面淬火后的金相组织与钢的成分、淬火前的原始组织以及淬火 加热时截面的温度梯度分布有关。
图3. 共析钢表面淬火沿截面温度分布(a) 及淬火后金相组织(b)
原始材料：退火态共析钢
钢表面淬火的金相组织
图4. 45钢表面淬火沿截面温度分布(a) 及淬火后金相组织(b)
图 感应加热原理示意图
感应加热基本原理
感应电势的瞬时值：
d e d
e
-感应电势的瞬时值，V；
-感应线圈电流回路包围面积内的总磁通,Wb，随交变电流强度 和零件磁导率增加而增加，并于零件与感应器之间的间隙有关；
感应电流（涡流）值： Z
I
e e Z R X
2
2
X
-自感电抗，Ω； -零件材料的电阻，Ω；
金属学及热处理 第八章 钢的热处理工艺
8.1 钢的退火和正火
8.1.7 正火
正火是将钢加热到Ac3（Acm）以上适当温度，保温一定 时间，完全奥氏体化，空冷，得到珠光体组织。
加热温度：高于退火加热温度， Ac3(Acm)以上30-50℃。
保温时间：与完全退火相同，工件心部达到加热温度。
冷却方式：空冷，大件可用风冷或喷雾冷。
正火适用于碳素钢和低、中合金钢，不适用于高合金钢， 高合金钢空冷易发生马氏体转变。
8.1 钢的退火和正火
8.1.1 完全退火
将奥氏体化后的钢快冷至稍低于Ac1温度，等温一定 时间，使奥氏体发生等温转变，得到珠光体后，再空 冷至室温，可以缩短退火时间，使退火组织更加均匀。 这种退火方法称为等温退火。
等温退火适用于高碳钢、合金工具钢、高合金钢等。 对于大截面工件和大批量炉料，工件内部不易达到等 温程度，不适合进行等温退火。
8.1.5 去应力退火
去应力退火的目的：消除铸件、锻件、焊接件、机加 件的残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形 和开裂，在精加工或淬火之前，将工件加热至AC1以 下某一温度，保温一定时间，缓慢冷却。 加热温度：碳钢500-650℃，弹簧钢250-300℃。 保温时间：钢件：3min/mm，铸铁件：6min/mm。 冷却方式：缓冷至250-300℃出炉空冷。
8.1.7 正火
正火工艺较简单，有以下几方面应用： （1）改善低碳钢的切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷。 （3）消除过共析钢的网状渗碳体。 （4）提高普通结构件的机械性能。 20#钢，正火温度为：920~950℃； 45#钢，正火温度为，850℃，抗拉强度≥600MPa
小结
处理工艺：
完全退火，不完全退火，球化退火，扩散退火，去应力 退火，再结晶退火，正火。
金属材料力学性能与热处理工艺
金属材料力学性能与热处理工艺金属材料力学性能是指金属材料在外加载荷作用下或载荷与环境因素（温度、介质和加载速率）联合作用下表现出来的行为。
常见的金属力学性能下表所示：金属力学性能常用金属力学性能指标强度屈服强度、抗拉强度、断裂强度塑性延伸率、断面收缩率、应变强化指数弹性弹性模量（刚度）、弹性极限、比例极限硬度布氏硬度、维氏硬度、洛氏硬度韧性静力韧度、冲击韧度、断裂韧度疲劳疲劳强度、疲劳寿命、疲劳缺口敏感度应力腐蚀应力腐蚀临界应力场强度因子、应力腐蚀裂纹扩展速率低碳钢单向静载拉伸应力―应变曲线低碳钢拉伸力―伸长曲线1、oa段：弹性变形2、ab段：弹性变形+塑性变形3、bcd段：明显塑性变形，出现屈服现象，作用力基本不变情况下，试样连续伸长。
4、dB段曲线：弹性变形+均匀塑性变形5、B点：出现缩颈现象，试样局部截面明显缩小试样承载能力降低，拉伸力达到最大值，试样即将断裂。
强度指标强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
1、屈服强度σs = Fs/SF s：试样屈服时所承受的拉伸力（N）；S0：试样原始横截面积（mm）。
2、抗拉强度试样拉断前所承受的最大拉应力，反映了材料的最大均匀变形的抗力。
σb =Fb/Sσb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
塑性指标塑性是材料在静载荷作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
1、断后伸长率试样拉断后标距的伸长量与原标距长度的百分比。
δ=(L1-L0)/L *100%L:标距；L1:拉断后的试件标距。
2、断面收缩率试样拉断后缩项处横截面积的最大缩减量与原始横截面积的百分比。
Ψ=(A0-A1)/A*100%A0:试件原横截面积；A1:断裂后颈缩处的横截面积。
强度指标强度指材料抵抗塑性变形和断裂的能力。
1、屈服强度σs = Fs/SF s：试样屈服时所承受的拉伸力（N）；S0：试样原始横截面积（mm）。
2、抗拉强度试样拉断前所承受的最大拉应力，反映了材料的最大均匀变形的抗力。
σb =Fb/Sσb常用作脆性材料的选材和设计的依据。
金属学原理与热处理 第七章
1. 掌握等温转变曲线和连续冷却转变曲线 2.掌握碳钢在加热和冷却时的组织转变过程
和转变产物的性能 3.掌握合金的时效和调幅分解过程 二、热处理工艺 掌握退火、正火、淬火和回火工艺的目的、
温度和冷却方式，正确制定工艺
第七章钢在加热和冷却时的转变
§7.1 概述 §7.2 钢在加热时的转变 §7.3 钢的过冷奥氏体转变曲线
入γ的终了温度 Arcm---冷却时γ开始析出二次渗
碳体的开始温度
推荐钢号
40Cr 45﹟钢 GCr6 GCr15 65Mn 60Si2Mn
T8A T10A 9SiCr CrWMn 5CrMnMo
典型零件用钢的化学成分及临界温度
C 0.37～0.45 0.42～0.50 1.05～1.15 0.95～1.05 0.57～0.65 0.62～0.70 0.75～0.84 0.95～1.04 0.85～0.95 0.90～1.05 0.50～0.60
改变钢的临界点，从而改变过热度 本身扩散系数低，均匀化过程显著减缓。
奥氏体形成速度的因素
加热温度 原始组织 化学成分
扩散速度，相变驱动力 形核位置，碳扩散距离
碳，合金元素
§7.2 钢在加热时的转变
奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒的大小。
1-4级：粗晶 5-8级：细晶
§7.2 钢在加热时的转变
起始晶粒度 实际晶粒度
概述
概述
热处理作用（P177）：
1. 改变钢的内部组织、结构，以改善其性能，延长零件 使用寿命；
2. 消除铸造、锻压、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷， 细化晶粒，消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能 更加均匀。
3. 预备热处理可以可以为后序加工及最终热处理作好 组织准备。
9材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第九章__退火与正火
正火→球化退火→淬火→低温回火
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正火与退火的常见缺陷
1、硬度偏高 2、网状组织 3、脱碳 4、退火石墨碳
金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
40钢正火组织
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四、正火与退火的正确选用
改善切削加工性
改善冷变形性能 球化退火和再结晶退火
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改善组织缺陷并为淬火作组织准备
亚共析钢：完全退火或正火 过共析钢：正火＋球化退火 去应力、均匀成分等主要用退火 不重要件最终热处理主要用正火 问题：用T10（1％C）钢制造手工锯条，请给出热处理工 艺路线，及各处理工序后的组织。
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分类：完全退火、球化退火、去应力退火、
扩散退火等。
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1. 扩散退火 目的：改善和消除在冶金过程中形成的成分不均匀性 规范：在较高的加热温度下长时间保温，然后缓慢冷却到室温 Ac3或Accm以上150～300℃，长时间保温（10h以上） 应用：脱氢退火 （在高温下使有害气体脱溶析出） 均匀化退火 （改善铸造偏析、轧制偏析）
特点：加热温度范围广； 慢冷 得到珠光体类组织 目的：降低硬度，便于切削加工 消除内应力或冷作硬化 改善组织（铸、锻、焊时 的缺陷）； 细化晶粒为最终热处理做 组织准备
金属热处理工艺学
1.碳势：纯铁在一定温度下于加热炉气中加热时达到既部增碳也不脱碳并与炉气保持平衡时表面的含碳量.2.脱碳：钢中的碳也会和气氛作用，使钢的表面失去一部分碳，含碳量降低,这种现象成为脱碳。
3.过烧：加热温度过高，出现晶界氧化，甚至晶界局部熔化，造成工件报废。
4.放热式气体：原料气与较充足的空气混合，仅靠其本身的不完全燃烧所放出的热量就能维持其反应时，所制成的气体。
5.光亮热处理：是指在热处理过程中（主要是淬火和退火），采用气体保护或者是真空状态，避免或减少被热处理的工件表面与氧气接触而发生氧化，从而达到工件表面的光亮或相对光亮。
6.淬火烈度：淬火介质的冷却能力。
7.淬透性：钢材淬火时获得马氏体的能力的特性.8.淬硬性：淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量。
9.自回火：当淬火后尚未完全冷却，利用在工件内残留的热量进行回火。
10.退火：将组织偏离平衡状态的金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以达到接近平衡状态组织的热处理工艺。
11.表面淬火：被处理工件在表面有限深度范围内加热至相变点以上，然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺。
12.连续加热法：对工件需淬火部位中的一部分同时加热，通过感应器与工件之间的相对运动，把已加热部位逐渐移到冷却位置冷却，待加热部位移至感应器中加热，如此连续进行，直至需硬化的全部部位淬火完毕。
13.化学热处理：将工件放置于某种渗入元素的活性介质中，通过加热、保温和冷却，使渗入元素被吸附并扩散渗入工件表面层，以改变表面层化学成分和组织，从而使其表面具有与心部不同的特殊性能的一种工艺。
14.淬火：把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大于临界冷却速度(Vc)冷却，以得到介稳状的M或B下组织的热处理工艺。
15.反应扩散：由溶解度较低的固溶体转变成浓度更高的化合物，这种扩散称为反应扩散。
金属热处理基本知识
金属热处理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。
金属组织金属：具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。
金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。
合金：由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。
相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。
固溶体：是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
固溶强化：由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
化合物：合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
机械混合物：由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
铁素体：碳在aFe（体心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
奥氏体：碳在gFe（面心立方结构的铁）中的间隙固溶体。
渗碳体：碳和铁形成的稳定化合物（Fe3c）。
珠光体：铁素体和渗碳体组成的机械混合物（F+Fe3c含碳0.8%）莱氏体：渗碳体和奥氏体组成的机械混合物（含碳4.3%）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。
材料科学与工程专业金属热处理原理及工艺马氏体转变精选全文
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
共析碳钢C曲线分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+
产
A A向产物 转变终止线
产 物 区
体 区 A向产
物
Ms 物转变开始线
区
M+AR 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;
A
M （α’ ） 成分不变
fcc
体心正方 结构变化
由于碳的过饱和作用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正 方晶格。致使马氏体具有体心正方晶格（a = b ≠c）
c
—C原子
—Fe原子
a
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碳择优分布在c轴方向上的八面体间隙位置。这使得c 轴伸长，a轴缩短，晶体结构变为体心正方。
5.2 马氏体的组织形态
一. 马氏体形态 板条，片状，蝴蝶状、薄板状及薄片状 1、板条马氏体
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组织单元：群—束—板条 取向关系：K-S, 惯习面：{111}
马氏体群
马氏体束
光镜下
马氏体群：同惯习面，形态上呈平行排列的板条集团 马氏体束：同惯习面，同取向（晶面平行关系）的板条集团 马氏体板条：马氏体的最基本单元，窄而细长。
5、ε马氏体 点阵结构： 密排六方（其它马氏体均为体心立方或体心正 方点阵结构）
特征：薄片状 亚结构：高密度层错
原因：奥氏体的层错能较低形成 (书中P96页图4.24)
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金属热处理工艺学金属热处理工艺学第一类退火扩散化退火球化退火完全退火正火再结晶退火去应力退火马氏体分级淬火等温淬火淬透性淬硬性表面淬火分级淬火碳势调质处理传导传热化学热处理临界淬火冷却速度热应力组织应力反应扩散渗氮二次硬化离子氮化软氮化预热加热随炉加热到温入炉加热高温入炉加热第二类1、化学热处理一般常将它看成由渗剂中的反应，渗剂中的扩散，渗剂与被渗金属表面的界面反应，被渗元素原子的扩散和扩散过程中相变等过程所构成。
2、钢的热处理工艺由、、三个阶段所组成。
3、利用铁碳相图确定钢完全退火的正常温度范围是，它只适应于钢。
4、球化退火的主要目的是，它主要适用于。
5、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是，，对过共析钢是。
6、淬火钢进行回火时回火温度越高，钢的强度与硬度越低。
7、汽车板簧淬火后，应采用中温回火，获得回火屈氏体组织，具有较高的弹性极限和塑性、韧性性能。
8、钢的表面淬火是为了满足表硬里韧的性能要求，最常用的表面淬火工艺是感应加热表面淬火。
9、钢的淬透性主要决定于钢的过冷奥氏体稳定性，钢的淬硬性主要决定于马氏体中的含碳量。
10、一般热处理加热方式根据热处理目的不同有随炉加热，预热加热，到温入炉加热和高温入炉加热等数种。
11、实现淬火过程的必要条件是加热温度必须高于临界点以上获得奥氏体组织，其后的冷却速度必须大于临界冷却速度得到马氏体，或下贝氏体组织。
12、常用淬火介质有水及其溶液、油、乳化液以及低熔点熔盐。
13、淬透性的实验测定方法临界直径法，端淬法等。
14、工件淬火冷却时，如其瞬时内应力超过该时钢材的断裂强度，则将产生淬火裂纹。
15、确定感应圈几何形状时必须考虑邻近效应、环状效应、尖角效应等几种效应。
16、渗碳后的热处理有直接淬火，一次加热淬火，两次淬火等。
17、强化渗氮中典型渗氮工艺有等温渗氮、两段渗氮，三段渗氮。
18、心部要求较好综合机械性能的结构钢零件，感应加热表面淬火前的预先热处理为调质处理。
第三类1、完全退火主要适用于： 1）亚共析钢 2) 共析钢 3)过共析钢2、扩散退火的目的：1）消除和改善晶内偏析2)消除冷塑性变形后产生的加工硬化 3)降低硬度便于加工3、钢的回火处理是在： 1）退火后进行 2)正火后进行 3)淬火后进行4、钢的渗碳温度： 1) 600－650℃ 2) 800－850℃3)900－950℃4)1000－1050℃5、过共析钢正火的目的是：1）调整硬度改善切削加工性能 2)细化晶粒为淬火作组织准备 3)消除网状二次渗碳体6、直径为10mm的45钢钢棒，加热到850℃投入水中，其显微组织为：1）马氏体2)铁素体＋马氏体 3) 马氏体＋残余奥氏体4)马氏体＋珠光体7、若要提高淬火时淬硬层深度，应采取：1)选择高淬透性钢 2)增大工件截面尺寸 3)选用比较缓和的冷却介质8、除Co外，所有合金元素都使C曲线右移，则钢的淬透性：1）降低 2）提高 3）不改变9、过共析钢球化退火以前需进行：1）调质处理 2）正火 3）去应力退火 4）再结晶退火10、再结晶退火的目的：1）消除和改善晶内偏析2)消除冷塑性变形后产生的加工硬化 3)降低硬度便于加工11、钢氮化前的预先热处理一般是：1）退火 2)正火 3)淬火 4）调质处理12、钢的渗碳温度是，渗氮温度是是，1) 500－570℃ 2) 800－850℃ 3)900－950℃ 4)1000－1050℃13、高速钢淬火后于560℃三次回火，其目的是消除大量的残余奥氏体使大量的碳化物溶解消除二次淬火应力14、化学热处理与其他热处理方法的主要区别是_________。
A．加热温度 B．组织变化 C．改变表面化学成分15、淬透性越好的钢，淬火后获得的马氏体数量越多，得到的硬度也越高。
16、热应力造成的残余应力的特点：表层拉应力，心部压应力。
17、钢均可通过再结晶退火恢复塑性，降低硬度。
18、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。
（）19、钢的淬透性越高，则C曲线越左移，临界冷却速度越小。
20、不论含碳量高低，马氏体都硬而脆。
调质处理是淬火加低温回火。
（）21、同一钢材，在相同的加热条件下，水冷比油冷的淬透性好，小件比大件的淬透性好。
（）22、为了调整硬度便于机加工，低碳钢、中碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理。
（）23、淬火时组织应力造成的残余应力的特点是表层压应力、心部拉应力。
（）24、当钢中发生奥氏体向马氏体转变时，原奥氏体中含碳量越高，Ms越低，转变后的残余奥氏体量越多。
（）25、过共析钢的正火温度和淬火温度都是Ac1+30~50℃。
（）26、在正常热处理条件下，随碳含量的增高，过共析钢的过冷奥氏体越稳定。
27、高合金钢既有良好的淬透性，也具有良好的淬硬性。
28、经退火后再高温回火的钢，能得到回火索氏体组织，具有良好的综合机械性能。
29、钢的淬透性高，则其淬透层的深度也越大。
30、钢中未溶碳化物的存在，将使钢的淬透性降低。
31、在正常淬火条件下，亚共析钢的淬透性随碳的增高而增大，过共析钢的淬透性随碳的增高而减小。
32、表面淬火既能改变钢的表面化学成分，也能改善心部的组织和性能。
33、奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高。
34、除Ti、Zr、Co外，所有合金元素都提高钢的淬透性。
第四类1、车床主轴要求轴颈部位硬度56~58HRC，其余部位为20~24HRC，选用45钢，其加工路线为：锻造——（）——机加工——（）——（）——磨削试写出空白处的热处理工序的名称、作用，并写出轴颈表面和内部的显微组织。
2、用9SiCr钢制作板牙，其工艺路线如下：下料→锻造→球化退火→机械加工→淬火→低温回火试分析各热处理工序的作用，并说明各热处理后的组织。
3、用15钢制作一要求耐磨的小轴（直径20mm），其工艺路线为：下料－锻造－热处理1－机加工－热处理2－热处理3－热处理4－磨削加工。
试补充各热处理工序的名称、目的及使用状态下的组织。
4、某型号柴油机的凸轮要求具有高强度（HRC>50），而心部具有更好的韧性，本来采用45号钢经调质处理后再在凸轮表面上进行高频淬火。
最后进行低温回火。
现因工厂中库存的45钢已用完，只有15号钢，试说明：1)原来45钢各热处理工序的目的及组织上的变化2)改用15钢后，仍按45钢的上述工艺路线进行处理，能否满足性能要求？为什么？3)改用15钢后，如不满足性能要求，应采用什么样的热处理方案才能满足上述性能要求？为什么？5、T10A钢含碳量约为 1.0%，Ac1=730℃，Accm=800℃，Ms=175℃，该钢的原始组织为片状珠光体加网状渗碳体，若用此钢制作冷冲模的冲头，说明需要经过那些热处理工序才能满足零件的性能要求，写出具体热处理工艺名称、加热温度参数、冷却方式以及各工序加热转变完成后和冷却至室温时得到的组织。
6、110型柴油机曲轴用QT600－3球墨铸铁制造，其加工路线为：铸造成型－正火－去应力退火－切削加工－轴颈表面淬火＋低温回火－磨削。
说明各热处理工序的作用。
7、下列场合宜采用何种热处理方法（解释原因）•提高低碳钢的切削加工性能•降低高碳工模具钢的硬度，以便切削加工，且为最终淬火作组织准备。
•为表面淬火工件（要求心部具有良好的综合机械性能）作组织准备。
•纠正60钢锻造过热的粗大组织，为切削加工作准备。
•降低冷冲压件的硬度，提高塑性，以便进一步拉伸。
•消除某量规在研磨过程中产生的应力，稳定尺寸•经冷轧后的15钢钢板，要求降低硬度8．重载汽车变速箱齿轮选用20CrMnTi钢制造，其工艺路线为：下料－锻造－正火－机加工－渗碳－预冷淬火－低温回火－喷丸－精磨。
说明各热处理工序的目的和处理后的组织。
9、解答下列有关45钢的几个问题：①45钢的淬火温度是多少？其确定依据是什么？淬火后得到什么组织？②假如把某个45钢工件加热到750℃后淬火，则将得到什么组织？为什么？( 45钢Ac1=730℃，Ac3=780℃ ) 10、调质处理后的45钢齿轮，经高频感应加热后的温度分布如图所示，试分析高频感应加热水淬后，轮齿由表面至中心各区（1、2、3）的组织变化过程，并画出各区组织示意图。
11、指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的显微组织：（1）20钢齿轮（2）45钢小轴（3）T12钢锉刀12、淬火的目的是什么？亚共析碳钢及过共析碳钢淬火加热温度的一般原则应如何选择？试从获得的组织及性能等方面加以说明。
13、说明45钢试样（Ф10mm）经下列温度加热、保温并在水中冷却得到的室温组织：700℃，760℃，840℃，1100℃14、指出下列工件的淬火及回火温度，并说明其回火后获得的组织和大致硬度：（1）60钢弹簧（2）45钢小轴（要求综合机械性能）（3）T12钢锉刀15、氮化的主要目的是什么？说明氮化的主要特点。
16、渗碳和氮化都是提高钢件表面硬度、强度和耐磨性的化学热处理手段，试问它们的强化机制有何不同？17、为什么钢淬火后要及时回火？18、简述离子氮化的特点。
19、选择下列零件的热处理方法，并编写简明的工艺路线（各零件均选用锻造毛坯，且钢材具有足够的淬透性）①某机床变速箱齿轮，要求齿面耐磨，心部强度和韧性要求不高，材料选用45钢；②某机床主轴，要求有良好的综合机械性能，轴颈部分要求耐磨（50～55HRC），材料选用45钢；③镗床镗杆，在重载荷下工作，精度要求极高，并在滑动轴承中运转，要求镗杆表面有极高的硬度，心部有较高的综合机械性能，材料选用38CrMoAlA。
20、低碳钢（0.2％C）小件经930℃，5h渗碳后，表面含碳量增至1.0％，试分析以下处理后表层和心部的组织：①渗碳后慢冷②渗碳后直接淬火并低温回火③由渗碳温度预冷至820℃，保温后水淬，再低温回火④渗碳后慢冷至室温，再加热到780℃，保温后水淬，再低温回火。