钢的热处理及组织转变
钢热处理时的组织转变
5) 马氏体的硬度取决于马氏体中碳的过饱和度
硬度 ( HRC )
抗拉强度 ( Mpa )
70
2000
60
1800
50 1400
40 1000
30
600 20
10
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
马氏体的碳浓度 Wc 100%
温度 (℃)
二、钢的正火 1、定义:将钢件加温到A3或Acm以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷却。 2、目的:消除应力，调整硬度，为最终热处理做准备。
3、工艺参数:
第三节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 1、定义: 将钢件奥氏体化后以＞Vk的冷速快冷，以获得M组织的热处理工艺。 2、目的: 获得高硬度的 M 或 B下 组织。 3、工艺参数:
水冷
Vk
油冷
Vk1 时间(lgτ)
2) 在连续冷却过程中TTT曲线的应用
温度
800 700 600 500
稳定的奥氏体区
400
300 Ms
200
100
0 Mf V4 Vk
V3
-100
0
1
10
102
103
A1
V1 炉冷 V1=5.5℃/s P
V2
空冷 V2=20℃/s S
油冷 V3=33℃/s T+M+Ar 水冷 V4≥138℃/s M+Ar
温
保温
度
加热
临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
4.1 钢热处理时的组织转变
T/℃
2、过冷奥氏体等温冷却转变
800
钢在加热时的组织转变
钢在加热时的组织转变
1. 钢在加热过程中的组织变化
钢是一种具有高强度和韧性的金属材料，广泛用于机械制造、建筑、船舶、桥梁等领域。
在钢材加工过程中，热处理是一项重要的工艺步骤，可以改善钢的力学性能、提高其使用寿命。
而钢在加热过程中的组织变化，是影响其热处理效果和性能表现的关键因素之一。
2. 软化和晶粒长大
钢材经过冷加工和热加工后，其组织结构会发生变化。
加热可以使钢材发生软化，原因是钢的晶界杂质和碳化物颗粒会被空气中的氧化物气体消耗掉，在高温下形成低能量状态的组织结构，从而改变了材料的硬度和韧度，有利于加工和使用。
同时，钢材在加热时晶粒也会长大，因为温度升高会使晶界能量降低，晶界的迁移和改变也会导致晶粒的长大。
3. 相变和组织重构
除了软化和晶粒长大，加热还可以使钢材发生相变和组织重构。
钢材中的相是指金属组织的多种形态和状态，在不同的温度下会发生相变。
例如，铁素体（ferrite）和奥氏体（austenite）是钢中常见的相，钢的性能也与其相的形态和含量密切相关。
因此，在加热过程中应该控制温度和时间，以使钢材中的相变完成，并尽量避免相的不均匀分布。
4. 总结
总之，钢材在加热时会产生多种组织变化，包括软化、晶粒长大、相变和组织重构等。
这些变化会影响钢材的力学性能、延展性和可加
工性，同时也决定了热处理工艺的制定和实施。
因此，在进行热处理
之前，应该准确了解材料的组织结构和特性，并选择合适的工艺参数
和方式，以使钢材发挥最佳性能。
淬火钢回火时组织转变介绍
淬火钢回火时组织转变介绍淬火钢回火是一种常见的热处理工艺，通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以改善淬火后的钢材组织和性能。
淬火后的钢材通常具有硬度高、脆性大等特点，回火处理可以使其获得一定的韧性和塑性，提高其综合性能。
淬火钢回火的基本原理是通过加热淬火后的钢材到一定温度，然后进行恒温保温一段时间，最后再进行冷却。
在这个过程中，钢材的组织会发生转变，主要表现为马氏体分解、析出出现和晶粒长大。
以下将详细介绍这些组织转变的过程。
淬火后的钢材主要为马氏体，而马氏体是一种脆性组织，回火时需要改变其组织形态。
在回火过程中，钢材受热到一定温度，马氏体开始分解成为一种较为稳定的组织形态，称为回火组织。
回火组织主要由贝氏体、残余奥氏体和回火渗碳体组成。
其中，贝氏体是一种具有韧性和塑性的组织，可以提高钢材的韧性。
残余奥氏体主要是未完全转变的马氏体，其含有适量的碳和合金元素，也具有一定的韧性和塑性。
回火渗碳体是在回火温度下，一部分由马氏体转变而来，富含碳元素，具有一定的韧性。
在回火过程中，马氏体析出出现也是重要的组织转变现象。
大部分马氏体靠较高的回火温度和长时间的回火使其尽量析出出现，以增加钢材的韧性。
马氏体析出的主要方式有两种：一种是基于长时间回火，由于较高温度使马氏体逐渐转变为贝氏体和残余奥氏体，从而使马氏体开始析出出现；另一种是基于高回火温度和短时间回火，使马氏体内部的残余奥氏体转变为贝氏体，从而使马氏体开始析出出现。
无论是哪种方式，都可以通过在适当的时间和温度下进行回火处理来增加马氏体的析出出现，提高钢材的韧性。
晶粒长大是淬火钢回火过程中的另一种组织转变。
在淬火过程中，钢材的晶粒会因快速冷却而变小，而小晶粒往往与碳化物结合更紧密，导致材料更加脆性。
回火时，由于较高的温度和较长的时间，晶粒开始重新长大，形成较大的晶粒。
较大的晶粒可以形成多个晶界，使得材料更加具有韧性。
总结起来，淬火钢回火时组织转变主要包括马氏体分解、马氏体析出出现和晶粒长大。
球化退火过程中的组织转变
球化退火过程中的组织转变
球化退火是一种热处理技术，其主要目的是将钢中珠光体转变为球状组织，以便改善钢的塑性和切削性。
这个过程中发生的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，通常由三个阶段组成：
1. 奥氏体转变：将钢材加热到适当的温度，使其处于奥氏体状态。
这通常需要一个特定的温度范围，根据不同钢材和应用，通常在725℃至1050℃之间。
2. 等温球化：将钢材置于特定温度下进行处理，以促进球状体的形核和生长。
这个过程的时间通常是根据钢材的种类和规格而定的，从数分钟到数小时不等。
3. 退火：将钢材从等温球化处理的温度冷却到室温，这通常需要数小时到数天的时间，以便使钢材内部的组织转变充分完成。
在整个球化退火过程中，还会发生其他一些组织转变，如高温下的马氏体转变、低温下的马氏体和贝氏体转变等。
然而，球化退火过程中的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，这种转变可以提高钢材的塑性和切削性，从而使其更加适合各种应用。
钢的热处理及组织转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
一、钢的热处理
钢的退火：
⑴ 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下 来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。 ⑵ 退火的目的
① 降低硬度，提高塑性和韧性；
② 消除残余内应力，减轻变形和防止开裂； ③ 均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备； ④ 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。
降低钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软 点，降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0 C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除
形变强化效应和残余应力的退火工艺。
目的：
温度 再结晶温度
消除加工硬化
提高塑性
改善切削加工性能
时间
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。
上贝氏体 （羽毛状）
500
下贝氏体 （针叶状）
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
性能上看上贝氏体的脆性较大，无实用价值；而下贝 氏体则是韧性较好的组织，是热处理时（如采用等温淬火） 常要求获得的组织。
原因：上贝氏体中的碳 化物呈较粗的片状，分
布在铁素体板条间，且
不均匀，使板条容易发 生脆废；
获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现，
钢的热处理要点
１．３钢的热处理钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。
热处理的目的是提高工件的使用性能和寿命。
还可以作为消除毛坯〔如铸件、锻件等〕中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。
钢的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：钢在加热时的组织转变在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中，共析钢加热超过ＰＳＫ线〔Ａ１〕时，其组织完全转变为奥氏体。
亚共析钢和过共析钢必须加热到ＧＳ线〔Ａ３〕和ＥＳ线〔Ａｃｍ〕以上才能全部转变为奥氏体。
相图中的平衡临界点Ａ１、Ａ３、Ａｃｍ是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。
但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的。
加热转变在平衡临界点以上进行，冷却转变在平衡临界点以下进行。
加热和冷却速度越大，其偏离平衡临界点也越大。
为了区别于平衡临界点，通常将实际加热时各临界点标为Ａｃ１、Ａｃ３、Ａｃｃｍ；实际冷却时各临界点标为Ａｒ１、Ａｒ３、Ａｒｃｍ，任何成分的碳钢加热到相变点Ａｃ１以上都会发生珠光体向奥氏体转变，通常把这种转变过程称为奥氏体化。
１．奥氏体的形成共析钢加热到Ａｃ１以上由珠光体全部转变为奥氏体第一阶段是奥氏体的形核与长大，第二阶段是剩余渗碳体的溶解，第三阶段是奥氏体成分均匀化。
亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢根本相同，不同处在于亚共析钢、过共析钢在Ａｃ１稍上温度时，还分别有铁素体、二次渗碳体未变化。
所以，它们的完全奥氏体化温度应分别为Ａｃ３、Ａｃｃｍ以上。
２．奥氏体晶粒的长大及影响因素钢在加热时，奥氏体的晶粒大小直接影响到热处理后钢的性能。
加热时奥氏体晶粒细小，冷却后组织也细小；反之，组织那么粗大。
钢材晶粒细化，既能有效地提高强度，又能明显提高塑性和韧性，这是其它强化方法所不及的。
〔１〕奥氏体晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的一种量度。
（2〕、影响奥氏体晶粒度的因素1〕加热温度和保温时间：加热温度高、保温时间长，A晶粒粗大。
钢的热处理钢在加热和冷却时组织转变课件
钢在冷却时的组织转变
珠光体的形成
总结词
珠光体是钢在冷却过程中形成的一种组织，由铁素体和渗碳体的层片状交替排 列构成。
详细描述
当钢在冷却时，奥氏体中的碳原子开始扩散并偏聚在铁素体和渗碳体的界面处， 形成富碳的铁素体和贫碳的渗碳体。随着温度的降低，这些富碳的铁素体和贫 碳的渗碳体会逐渐形成层片状结构，最终形成珠光体。
马氏体的转变
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的一种组织，其特点是具有较 高的硬度和强度。
详细描述
当钢在冷却时，如果冷却速度足够快，奥氏体中的碳原子来 不及扩散，就会形成一种过饱和的固溶体，即马氏体。马氏 体的硬度高、强度大，因此在制造高强度、耐磨性好的刀具、 模具等产品时具有重要的应用。
贝氏体的转变
奥氏体的形成是一个扩 散过程，需要一定的时 间和温度。
04
奥氏体的形成与钢的成 分、加热速度和温度等 因素有关。
奥氏体晶粒的长大
01
02
03
04
随着温度的升高，奥氏体晶粒 逐渐长大。
晶粒的大小对钢的性能有重要 影响，晶粒越细，钢的强度和
韧性越好。
加热温度和时间是影响奥氏体 晶粒大小的主要因素。
为了获得细小的奥氏体晶粒， 通常采用快速加热和短时间保
回火
总结词
回火是一种将淬火后的金属重新加热至低温 并保持一段时间的过程，主要用于消除淬火 过程中产生的内应力、提高金属的韧性和塑 性。
详细描述
回火的主要目的是通过低温加热使金属内部 组织结构发生转变，消除淬火过程中产生的 内应力，提高金属的韧性和塑性。回火工艺 通常包括将淬火后的金属加热到低温回火温
开裂
是指热处理过程中，由于内应力过大 或组织转变不均匀，导致钢的表面出 现裂纹。开裂可以通过优化热处理工 艺、控制冷却速度和改善材料成分来 减少。
钢的热处理
• 无论是上贝氏体还是下贝氏体，其中的铁素体与 母相奥氏体之间的晶体学位向关系均遵循K-S关 系。上贝氏体中铁素体的惯习面为{111}γ；下贝 氏体中铁素体的惯习面为{225}γ。
片状珠光体的片层间距和珠光体团的示意图
a) 珠光体的片层间距；b) 珠光体团
片状珠光体形核与长大过程示意图 珠光体团直径和片层间距越小，强度、硬度越高，塑性也越好。
根据片层间距的大小，可将片状珠光体细分为以下三类： (1) 珠光体：在A1~650℃范围内形成，层片较粗，片层间 距平均大于0.3μm，在放大400倍以上的光学显微镜下便可分 辨出层片，硬度10～20HRC；
2. 不完全退火
将亚共析钢在 Ac1~Ac3 之间或过共析钢在 Ac1~Accm之间 两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺，称 为不完全退火。 不完全退火的目的是：改善珠光体组织，消除内应力， 降低硬度以便切削加工。 亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780℃，其优点 是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。 3. 球化退火
针片状马氏体的立体形态呈凸透镜状，显微组织常呈片 状或针状。针片状马氏体之间交错成一定角度。最初形成的 马氏体针片往往贯穿整个奥氏体晶粒，较为粗大；后形成的 马氏体针片则逐渐变细、变短。由于针片状马氏体内的亚结 构主要为孪晶，故又称它为孪晶马氏体。
高 碳 马 氏 体 的 形 成 过 程
2、性能特征 高硬度是马氏体的主要特点。马氏体的硬度主要受含碳 量的影响，在含碳量较低时，马氏体硬度随着含碳量的增加 而迅速上升；当含碳量超过0.6％之后，马氏体硬度的变化 趋于平缓。含碳量对马氏体硬度的影响主要是由于过饱和碳 原子与马氏体中的晶体缺陷交互作用引起的固溶强化所造成。 板条马氏体中的位错和针片状马氏体中的孪晶也是强化的重 要因素，尤其是孪晶对针片状马氏体的硬度和强度的贡献更 为显著。 一般认为马氏体的塑性和韧性都很差，实际只有针片状 马氏体是硬而脆的，而板条马氏体则具有较好的强度和韧性。
钢在加热及冷却时的组织转变
2．奥氏体的形成
钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。
物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。
因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。
原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。
二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。
热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。
等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A
线以下不同温度进行等温转变
1
所获的产物。
根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。
～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。
[ 高温转变]：转变温度范围为A
1
依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。
其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度
炉冷V
：比较缓慢，相当于随炉冷却（退火的冷却方式），它分别与C曲线的
1
转变开始和转变终了线相交于1、2点，这两点位于C曲线上部珠光体转变区域，估计它的转变产物为珠光体，硬度170~220HBS。
空冷V
：相当于在空气中冷却（正火的冷却方式），它分别与C曲线的转变开
2
始线和转变终了线相交于3、4点，位于C曲线珠光体转变区域中下部分，故可判断。
钢的热处理及组织观察
实验2 钢的普通热处理及组织观察一、实验目的1．掌握退火、正火、淬火热处理工艺的操作方法，掌握根据零件硬度要求来选择回火温度的原则。
2. 熟悉连续冷却转变速度对钢的组织和硬度的影响规律；熟悉回火温度对淬火马氏体分解产物及硬度的影响。
3. 了解淬火钢回火脆性发生的温度范围，理解回火后采用不同冷却方式的涵义。
4.对钢热处理后的组织进行金相观察。
二、实验原理钢的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。
最基本的热处理工艺包括退火、正火、淬火及回火。
热处理后组织的分析，要借助于等温转变曲线。
以图1-1共析碳钢的等温转变曲线为例，图中的V1连续冷却速度相当于炉冷，叫作退火。
获得粗片状的珠光体。
V2相当于空冷，为正火。
获得较细片状的索氏体。
V3相当于油冷，为淬火。
获得了托氏体加马氏体的混合组织。
V4相当于水冷，为淬火。
其冷却速度大于马氏体临界冷速，获得马氏体。
图1-1 共析钢等温冷却曲线由获得的组织可分析判断硬度的大小。
显而易见，炉冷后的硬度小于空冷后的硬度，油冷后的硬度小于水冷后的硬度。
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。
一般情况下，亚共析钢加热至A c3+（30～50）℃（完全退火）；共析钢和过共析钢加热至A c1+（10～20）℃（球化退火）；2. 正火其方法是将钢加热到相变点以上完全奥氏体化后，在空气中冷却。
正火的加热温度比退火高，一般为Ac3或Ac cm以上（30～50）℃。
保温时间主要取决于工件有效厚度和加热炉的型式，如在箱式炉中加热时，可以每毫米有效厚度保温一分钟计算。
保温后一般可在空气中冷却。
3. 淬火将钢加热到相变点以上，使钢发生奥氏体化，然后保温一定时间，以大于马氏体临界冷却速度Vc的速度进行快冷，使过冷奥氏体发生马氏体转变的热处理工艺，称为淬火。
钢的热处理与组织
第一章钢的热处理组织与性能1 概述热处理之所以能使钢的性能发生巨大的变化，主要是由于钢制工件在适当的介质中，经不同的加热与冷却过程，使刚的内部组织发生了变化，化学热处理还改变钢件表层的化学成分，使其表面和基体具有不同的组织，获得所需表里不一的性能。
1.1 钢加热时的组织转变在进行退火、正火和淬火等热处理时，一般将钢加热到临界温度以上，以获得奥氏体。
加热时形成的奥氏体对冷却转变过程，以及冷却时转变产物的组织、性能有显著影响。
奥氏体的形成过程以共析钢为例，加热至AC1以上，钢中珠光体向奥氏体转变，包括以下四个阶段：（如图1—1）1）形核：在温度AC1以上珠光体不稳定。
在铁素体和渗碳体界面上碳浓度不均匀，原子排列不规则从浓度和机构上为奥氏体晶核的形成提供了有利条件，因此优先在界面上形成奥氏体晶核。
2）长大：奥氏体形核后的长大依靠铁素体继续转变为奥氏体和渗碳体的不断溶解。
前者比后者快，所以转变基本完成后仍有部分剩余奥氏体未溶解。
3）剩余渗碳体的溶解：随着时间延长，剩余渗碳体不断溶入奥氏体中。
4）奥氏体的均匀化：渗碳体溶解后，奥氏体中碳浓度不均匀，需要通过碳原子扩散获得均匀的奥氏体。
对亚共析钢和过共析钢而言，温度刚超过AC1只能使珠光体转变为奥氏体，只有在AC1或Acm以上保温足够时间，才能使先共析铁素体或先共析渗碳体完全溶入奥氏体中，获得单项奥氏体组织。
1.2 过冷奥氏体的转变冷至临界温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体。
它的分解是一个点阵重构和碳原子扩散再分配的过程。
过冷奥氏体转变分为三种基本类型：珠光体转变（扩散型），贝氏体转变（过渡型），马氏体转变（无扩散型）。
过冷奥氏体等温转变曲线(C—曲线或TTT图)过冷奥氏体等温转变曲线形如拉丁字母中的“C”，故称为C-曲线，亦称TTT（Time Temperature Transformation）图，如图1-2所示。
共析钢C-曲线如图1-2所示，图中最上面的一根水平虚线为钢的临界点A1，下方的一根水平线Ms为马氏体转变开始温度，另一根水平线M f为马氏体转变终了温度。
45钢热处理后表面和心部组织
热处理是45钢的一项重要工艺，通过对钢材进行加热、保温和冷却等操作，可以改变钢材的组织结构和性能，提高其机械性能和使用寿命。
在45钢热处理后，其表面和心部组织的变化对于钢材的性能和用途有着重要影响。
本文将就45钢热处理后表面和心部组织的变化进行讨论。
1. 热处理工艺对45钢表面组织的影响1.1 晶粒细化热处理过程中的加热、保温和冷却等操作，可以使45钢的晶粒得到细化，晶粒细化可以提高钢材的强度和韧性。
1.2 渗碳层形成对于经过渗碳处理的45钢，在热处理后会形成一层较厚的渗碳层，这一层渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 热处理工艺对45钢心部组织的影响2.1 调质组织热处理可以使45钢的贝氏体和马氏体转变，从而形成调质组织，提高钢材的强度和韧性。
2.2 残余奥氏体在45钢的热处理过程中，如果冷却速度过慢，会导致钢材中出现残余的奥氏体，从而降低钢材的强度和硬度。
3. 热处理工艺对45钢性能的影响3.1 提高钢材的硬度和强度通过热处理工艺，可以提高45钢的硬度和强度，使其适用于高强度要求的工程结构中。
3.2 提高钢材的耐磨性渗碳层的形成和晶粒的细化，可以明显提高45钢的耐磨性，使其适用于需要耐磨性能的零部件加工中。
4. 热处理工艺对45钢的应用领域4.1 机械制造工业通过热处理可以提高45钢的强度和韧性，使其适用于制造机械零部件、轴承等产品。
4.2 模具制造通过热处理可以提高45钢的硬度和耐磨性，使其适用于模具制造中，提高模具的使用寿命。
45钢热处理后的表面和心部组织的变化对于钢材的性能和用途有着重要影响。
热处理可以提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性，使其适用于不同的工程领域和产品制造中。
热处理工艺在45钢的生产和加工中具有重要意义，为提高钢材的性能和使用寿命提供了技术支持。
由于热处理工艺可以显著改善45钢材料的性能，因此在工业制造、机械加工和模具制造等领域得到了广泛的应用。
下面将更加详细地介绍45钢材料经过热处理后在不同领域的具体应用。
轴承钢的热处理与组织演变实验结论
轴承钢的热处理与组织演变实验结论
1. 固溶处理：固溶处理是常用的热处理方法之一，可以通过加热轴承钢至其固溶温度，然后迅速冷却，以使固溶体形成。
固溶处理可以消除轴承钢中的析出物和晶体缺陷，提高材料的韧性和塑性。
实验结果表明，适当的固溶处理可以显著改善轴承钢的力学性能。
2. 淬火处理：淬火是在固溶处理后的热处理中常用的方法之一。
通过迅速冷却轴承钢，使其经历马氏体转变，从而提高材料的硬度和强度。
实验结果表明，淬火处理可以显著增加轴承钢的硬度，但也会导致材料脆性增加。
因此，在选择淬火工艺时需要根据具体应用需求进行权衡。
3. 回火处理：回火处理是对淬火后的轴承钢进行加热处理，以减轻淬火过程中产生的内部应力和改善材料的韧性。
回火温度和时间的选择对于轴承钢的性能具有重要影响。
实验结果表明，适当的回火处理可以使轴承钢的硬度略微降低，但能够显著提高其韧性和抗冲击性能。
钢在加热和冷却时的转变
第七章钢在加热和冷却时的转变§7.1 钢的热处理概述一、钢的热处理1.热处理的定义钢的热处理是指在固态下，将钢加热到一定的温度、保温一定的时间，然后按照一定的方式冷却到室温的一种热加工工艺。
具体的热处理工艺过程可用热处理工艺曲线表示（图7.1）。
从该曲线可以看出：热处理过程由加热、保温、冷却三阶段组成，影响热处理的因素是温度和时间。
2.热处理的原理钢能进行热处理，是由于钢在固态下具有相变。
通过固态相变，可以改变钢的组织结构，从而改变钢的性能。
钢中固态相变的规律称为热处理原理，它是制定热处理的加热温度、保温时间和冷却方式等工艺参数的理论基础。
热处理原理包括钢的加热转变、冷却转变和回火转变，在冷却转变中又可分为：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。
3.热处理的作用1)热处理通过改变钢的组织结构，不仅可以改善钢的工艺性能，而且可以提高其使用性能，从而充分发挥钢材的潜力。
2)热处理还可以部分消除钢中的某些缺陷，细化晶粒，降低内应力，使组织和性能更加均匀。
4.热处理的分类1)根据加热、冷却方式的不同，热处理可分为：普通热处理，表面热处理和特殊热处理。
普通热处理又包括退火、正火、淬火和回火，俗称四把火。
表面热处理又包括：表面淬火和化学热处理。
特殊热处理又包括形变热处理和真空热处理。
2)根据生产流程，热处理可分为：预备热处理和最终热处理。
前者是指为满足工件在加工过程中的工艺性能要求进行的热处理，主要有退火和正火。
而后者是指工件加工成型后，为满足其使用性能要求进行的热处理，主要有淬火和回火。
5. 热处理的重要性热处理在冶金行业和机械制造行业中占有重要的地位。
常用的冷、热加工工艺只能在一定程度上改变工件的性能，而要大幅度提高工件的工艺性能和使用性能，必须进行热处理。
例如，热轧后的合金钢钢材要进行热处理，汽车中70%——80%的零件也要进行热处理。
如果把预备热处理也包括进去，几乎所有的工件和零件都要进行热处理。
钢的热处理原理及工艺
钢的热处理原理及工艺钢热处理是指通过加热和冷却工艺来改变钢的组织结构和性能的方法。
钢的热处理可以使钢的硬度、强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性等性能得到提高，从而满足不同工程需求。
下面将详细介绍钢的热处理原理及工艺。
1. 钢的热处理原理钢的热处理是基于钢的相变规律和固溶体的形成原理进行的。
钢的相变主要包括相变温度、相变点和相变组织的变化。
根据钢材的成分和热处理工艺的不同，钢的相变主要包括铁素体转变为奥氏体、奥氏体转变为马氏体、回火和淬火等。
2. 钢的热处理工艺（1）退火：退火是将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温的热处理方法。
退火可以消除钢内部的应力，恢复钢材的塑性和韧性，并改善钢的加工性能。
常见的退火工艺有全退火、球化退火和正火等。
（2）淬火：淬火是将钢加热到一定温度，然后迅速冷却的热处理方法。
淬火可以使钢的组织变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。
淬火的冷却介质可以选择水、油或空气等。
（3）回火：回火是将淬火后的钢再加热到一定温度，然后冷却的热处理方法。
回火可以消除淬火的残余应力，减轻和改变马氏体的形成，从而提高钢的韧性和耐脆性。
常见的回火温度通常在300-700之间。
（4）正火：正火是将钢加热到一定温度，然后在空气中冷却的热处理方法。
正火可以消除钢的残余应力，改善钢的韧性和塑性，并提高钢的强度。
正火的温度通常在700-900之间。
（5）调质：调质是将已经淬火或正火的钢加热到低于共析线或乳状奥氏体线的温度，然后冷却的热处理方法。
调质可以使钢的硬度和强度得到进一步提高，并保持一定的韧性和塑性。
（6）固溶处理：固溶处理是将含有合金元素的钢材加热到一定温度，使合金元素溶解在钢基体中，然后快速冷却的热处理方法。
固溶处理可以提高钢的硬度和强度，并改善钢的耐磨性和耐腐蚀性。
总之，钢的热处理通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢的组织结构得到改善，从而达到提高钢的性能的目的。
钢的热处理工艺选择应根据钢材的组成、要求和使用条件等因素进行合理的确定。
钢在热处理时的组织转变
钢在热处理时的组织转变
1.2钢在冷却时的组织转变
图 2-29 共析钢过冷奥氏体等温转变图的建立
钢在热处理时的组织转变
1.2钢在冷却时的组织转变
图2-30为共析钢过冷奥氏体等温转变图。两条C曲线中，左边的一条 为过冷奥氏体转变开始线，右边一条为转变终了线，其右侧为转变产 物区，两条C曲线之间为过冷奥氏体部分转变区。从图看出：A1以上 是奥氏体稳定区域；在A1以下，转变开始线以左，由于过冷现象， 奥氏体仍能存在一段时间，这段时间称为孕育期。孕育期的长短标志 着过冷奥氏体的稳定性的大小。曲线的拐弯处（550℃左右）俗称 “鼻尖”，孕育期最短，过冷奥氏体稳定性最小。鼻尖将曲线分为上 下两部分，上部称为高温转变区，下部称为中温转变区。
图 2-32 上贝氏体
图 2-33 下贝氏体
钢在热处理时的组织转变
1.2钢是碳在⑶在冷马γ却氏-F体e时中型的所转组形变成。织在的转过M变饱s 以和下固温溶度体范，围用内符冷号却M，表转示变。产硬物度主取要决为于马碳氏的体过。马饱氏和体程
度，即随碳的质量分数增加，强度明显增高。 3）亚共析钢和过共析钢的等温转变图 亚共析钢和过共析钢的过冷奥氏体在转变为珠光体之前，要分别析出先析铁素体
钢的热处理
第五章钢的热处理热处理——固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。
•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸•目的：改善材料的使用、工艺性能•基本过程：加热→保温→冷却•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火2、表面热处理——表面淬火、化学热处理第一节钢在加热时的组织转变实际加热和冷却时的相变点：平衡时—— A1 A3 Acm加热时—— Ac1 Ac3 Accm冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm一、奥氏体的形成加热工序的目的：得到奥氏体F + Fe3C → A结构体心复杂面心含碳量 0.0218 6.69 0.77共析钢奥氏体形成过程：1、形核（在 F / Fe3C相界面上形核）2、晶核长大（F→ A晶格重构，Fe3C溶解，C→ A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散对亚共析钢： P + F → A + F → A对过共析钢： P + Fe3CⅡ→ A + Fe3CⅡ→ A二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒度•晶粒度——晶粒大小的尺度。
•本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al脱氧）•本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si脱氧)2、影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快（2）加热速度↑→ A晶粒细（3）加入合金元素→ A晶粒细（4）原始组织细→ A晶粒细第二节钢在冷却时的组织转变冷却方式：等温冷却和连续冷却。
45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。
冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。
一、过冷奥氏体等温转变1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线或TTT线）的建立•过冷奥氏体：在A1以下，未发生转变的不稳定奥氏体。
•孕育期——表示过冷A 的稳定程度•四个区域——奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区•三种转变类型：高温转变（A1~550℃）：A → P中温转变（550~230℃）：A → B低温转变（230℃以下）：A → M2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能(1)珠光体转变•珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是扩散型相变•形态：A1~650℃：珠光体 P 20HRc 片状650~600℃：索氏体 S（细P）…600~550℃：托氏体 T（极细P又称屈氏体）40HRc 球状—— Fe3C 呈球状•珠光体性能珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑C%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑(2)贝氏体转变•贝氏体组成：过饱和F 和碳化物的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是半扩散型相变•形态：550~350℃：上贝氏体（B上）羽毛状组织塑性差40-45HRc 350℃~ Ms：下贝氏体（B下）针片状组织综合性能好45-50HRc过冷奥氏体在Ms点以下，A→M属连续冷却转变。
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一、钢的热处理
钢的淬火：
冷却介质有：油、水、盐水、碱水等，其冷却能力依次 加强，这些冷却介质都不能完全满足上述理想的淬火冷却 条件。
一、钢的热处理
钢淬火的方法：
单液淬火法：工件易变形和开裂 双液淬火法：减小了马氏体转变的相变应力 分级淬火法： Ms 线附近的盐槽或碱槽中，保温一段时 间，大大减小相变应力 等温淬火法：温度高于 Ms 的盐槽或碱槽中，保温一段 时间，发生下贝氏体转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
回火屈氏体（350 0C～500 0C）
由针状（或条状）铁素 体与粒状渗碳体组成的混 合物。具有较高的屈服强 度和弹性极限，并保持一 定的硬度（40HRC）和韧 性。
应用于弹簧和热锻模具。
二、钢在加热及冷却时的组织转变
回火索氏体（500 0C～650 0C）
由多边形的铁素体与粒 状渗碳体组成的混合物。 具有高强度，兼有高韧性， 硬度：187 HBS。有优良 的综合机械性能。
一、钢的热处理
淬火钢回火时组织转变： ③ 碳化物的转变
在 300 0C ～ 400 0C 温度回火时，ε 碳化物将转变为 Fe3C。400 0C时，过饱和的碳基本完全析出，钢的内应力 基本消除。
转变的过程是以 ε 碳化物重新溶入 α 固溶体，而稳定的 渗碳体相不断地析出的方式进行的。
一、钢的热处理
二、钢在加热及冷却时的组织转变
钢在加热及冷却时的组织转变：
一、钢在加热时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变 三、钢在回火时的转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
⑴ 奥氏体形核－钢在加热到 A1 时，奥氏体晶核优先在 铁素体和渗碳体的相界面上形成。
奥氏体晶核形成Leabharlann 二、钢在加热及冷却时的组织转变
在热处理工艺中常采用等温冷却和连续冷却两种冷却方 式。
二、钢在加热及冷却时的组织转变
二、钢在冷却时的组织转变
等温冷却－将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的 某一个温度保温，进行等温转变，然后再冷却到室温。
温度
保温 加热
临界点
过冷奥氏体 冷却
在 A1 温度以 下暂时存在的、 处于不稳定状 态的奥氏体
马氏体分解后最终形成过“过饱和 程度较低的马氏体+ 高度弥散的 ε 碳化物”的组织，称为回火马氏体。
一、钢的热处理
淬火钢回火时组织转变： ② 残余奥氏体的分解
当温度超过200℃时，马氏体继续分解，同时，残余奥 氏体也开始分解，转变为下贝氏体或回火马氏体，到 300℃时，残余奥氏体的分解基本结束；
随温度的继续升高，下贝氏体将进一步转变为铁素体和 渗碳体的二相混合物，即珠光体型产物。
一、钢的热处理
不完全退火
概念：将钢加热到 AC1～Accm（或AC1～Acc3），保温后
缓慢冷却的退火方法，主要用于过共析钢。
温度
温度范围
A1
含碳量
不完全退火存在意义： 若将过共析钢加热到Accm以上，则在缓 冷过程中析出网状二次渗碳体，使钢的 强韧性大大下降，所以过共析钢不能采
用完全退火。
一、钢的热处理
钢的热处理及组织转变
一、热处理的概念、类型、作用 二、钢在加热时的组织转变 三、钢在冷却时的组织转变
一、钢的热处理
热处理的概念：钢在固态下加热、保温和冷却，改变其 组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
热处理的作用：提高和改善钢的性能。 热处理的分类：
退火、正火、淬火、回火、表面热处理等。
一、钢的热处理
去应力退火
概念：将钢加热到略低于 AC1 的温度，约 500～650℃ ，
经保温后缓慢冷却的退火方法，称为去应力退火。
目的： 消除残余应力
一、钢的热处理
再结晶退火（中间退火）
概念：将冷塑性变形加工的工件加热到再结晶温度以上， 保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除 形变强化效应和残余应力的退火工艺。
开裂倾向；由于渗碳体溶解过多，增加了残余奥氏体量，降低 钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软点， 降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
⑴ 定义： 将钢加热至临界温度Ac1或Ac3以上30 ～ 50℃，保温
一定时间，然后以大于临界冷却速度的冷却速度冷至室温， 获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。
⑵ 淬火的目的 获得马氏体组织，提高钢的硬度和强度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
亚共析钢：Ac3+（30 ～ 50）℃ 正常温度淬火应得到细小均匀的马氏体组织，在光学
温 度 A1
过 冷
奥 氏
A
A→P
P
转变终了线
体 A→B
B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
珠光体型转变 贝氏体型转变 马氏体型转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
① 珠光体型转变:转变温度范围为 A1 ～ 500 0C，又叫高
温转变，是由奥氏体向珠光体的转变，产物形态多数为片
状，特殊情况下为粒状。
温度
二、钢在加热及冷却时的组织转变
等温转变曲线的‘五线六区’示意图
奥氏体区
过
冷
奥 氏 体
过冷奥氏体 与转变产物 共存区
转变产物区
区
马氏体与残余奥氏体共存区 马氏体区
A1线
转变开始线 转变终了线 马氏体转变开始线 马氏体转变终了线
二、钢在加热及冷却时的组织转变
共析钢的过冷奥氏体在冷却过程中会发生三种不同的转 变，即：珠光体型转变，贝氏体型转变和马氏体型转变。
后缓慢冷却，获得球状珠光体组织的退火方法，称为球化 退火。
目的： 使渗碳体球化，降低硬度， 改善切削性能，并为淬火 作组织准备。
一、钢的热处理
球化退火的基本工艺 ①普通（缓冷）球化退火：试用于工件截面大情况 ②等温球化退火：缩短周期，组织均匀，应用广泛 ③周期球化退火：特点是加热到AC1-AR1上下周期摆动， 获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现， 很少使用。
一、钢的热处理
钢的退火： ⑶退火种类： 完全退火、等温退火、球化退火、再结晶退火、去应
力退火、扩散退火等。
一、钢的热处理
完全退火
概念：将亚共析钢加热到 AC3+ 30～50℃，保温一定时 间，随炉缓冷至 600℃ 以下，再出炉空冷的热处理工艺，
称为完全退火。
目的： ① 细化晶粒 ② 消除内应力 ③ 降低硬度便于切削加工 ④ 为最终热处理作准备
等温退火
概念：将钢加热到 AC3+ 30～50℃ 或 AC1～Accm 之间某
一温度，适当保温后，以较快速度冷却到 Ar1 以下，等温 一定时间，使奥氏体在等温中完成转变，以降低硬度的退 火，称为等温退火。
相比与完全退火： ①节省组织转变时 ②细化晶粒
一、钢的热处理
球化退火
概念：将钢加热到 AC1+ 20～50℃，保温一定时间，然
④ 碳化物的聚集球化和 a →F 的再结晶 当温度超过 400 0C 后，渗碳体发生明显的聚集长大和球化。
根据混合物中渗碳体颗粒大小，可将回火组织分为： 1、350 0C～500 0C，形成由针状（或条状）铁素体与粒状渗碳 体组成的混合物，称为回火屈氏体； 2、500 0C～650 0C ，得到多边形晶粒的铁素体与球粒状渗碳体 组成的混合物，称为回火索氏体； 3、650 0C～A1 回火时，由多边形铁素体与更大球粒状渗碳体组 成，与球化退火后组织相似，称为回火珠光体；
温度
再结晶温度 时间
目的： 消除加工硬化 提高塑性 改善切削加工性能
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。 ⑵ 正火的目的 ① 细化晶粒，提高力学性能；
② 对WC ＜ 0．25%的钢，可适当提高硬度，改善切削性能；
显微镜下看不见组织形态，称为隐晶马氏体。 温度过高奥氏体晶粒粗大，淬火后马氏体晶粒也随之粗
大；若选择在Ac1～Ac3之间，则组织中有一部分先共析 铁素体，淬火后会造成钢的强度和硬度不高。
一、钢的热处理
钢的淬火：
共析钢和过共析钢：Ac1+（30 ～ 50）℃ 淬火后得到的组织是均匀细小马氏体和粒状渗碳体。 温度过高得到粗针状马氏体，同时引起工件严重变形， 增大
③ 消除过共析钢中二次渗碳体网，便于球化退火；
一、钢的热处理
正火与退火的不同 正火冷却速度稍快，正火后的组织比退火细，硬度和
强度有所提高。 非共析钢正火时发生伪共析转变，使组织中珠光体量增
多，片间距变小，通常获得索氏体组织；退火时通常获得 珠光体组织。
正火力学性能高，操作简便，生产周期短，能量消耗 少，应优先考虑采用正火处理。
一、钢在加热时的组织转变
⑵ 奥氏体晶核长大－伴随着铁素体晶格改变成奥氏体晶 格和渗碳体的溶解。
奥氏体晶粒长大
二、钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
⑶ 残余渗碳体的溶解－渗碳体晶格较复杂，其溶解速度 小于铁素体晶格向奥氏体晶格的转变；在铁素体全部消失 后，仍需一段时间才能完成渗碳体的全部溶解。
片层
珠光体
厚度 减小；
强度
550
硬度
索氏体
增加；
塑性
韧性
屈氏体
略有 改善；
时间
二、钢在加热及冷却时的组织转变
C 曲线的分析 ⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。 • 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小. • 孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度