热处理原理与工艺第10章 表面热处理及热处理新工艺
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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。
10钢的热处理工艺
形变热处理
高温形变热处理是把钢加热至奥氏体化，保温一段时间，在该温度下进行塑性变形，随后淬火处理，获得马氏体组织。
高温形变热处理的应用？？碳钢、低合金结构钢及机械加工量不大的锻件或轧材。
根据性能要求，高温形变热处理在淬火后，还需要进行回火。高温形变热处理的塑性变形是在奥氏体再结晶温度以上的范围内进行的，因而强化程度（一般在10％～30％之间）不如低温形变热处理大。
1.过热
2.过烧
3.氧化
4.脱碳
由于加热温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷
淬火加热温度太高造成奥氏体晶界出现局部熔化或发生氧化的现象
淬火加热时工件与周围的氧等发生的化学反应
淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧等发生反应生成含碳气体逸出
第三节 其他类型热处理
钢的表面热处理
化学热处理
形变热处理
（2）渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为：过共析组织（珠光体+碳化物）、共析组织（珠光体）、亚共析组织（珠光体+铁素体）的过渡区，直至心部的原始组织。
（3）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。
从经济性原则考虑，正火的生产周期短，操作简单，工艺成本低，在满足使用和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。
第二节 钢的淬火与回火
一、淬火 将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速（大于临界冷却速度）冷却以获得马氏体（下贝氏体）组织的热处理工艺称为淬火。
1.淬火应力
与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，所以工件变形小。 为了提高渗碳工件的心部强韧性，需要在渗氮前对工件进行调质处理。
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。
热处理基本知识及工艺原理
4. 回火
将淬火后的金属材料加热到适当温度，保温一定时间后冷 却至室温。回火可以消除淬火产生的内应力，提高金属材 料的韧性和塑性。
02
热处理工艺原理
加热与冷却
加热
热处理过程中，将金属材料加热至所 需温度，以实现所需的相变和组织转 变。加热方式包括电热、燃气热、微 波加热等。
冷却
热处理过程中，金属材料在加热后需 进行冷却，以控制相变和组织转变的 过程。根据冷却速度的不同，可分为 缓慢冷却和快速冷却。
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热处理的分类
1. 退火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却至 室温。退火可以提高金属材料的塑性和韧性，消除内应力 。
3. 淬火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后快速冷却至 室温。淬火可以提高金属材料的硬度和耐磨性，但可能导 致内应力增大。
2. 正火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后在空气中自 然冷却。正火可以提高金属材料的强度和韧性，细化组织 结构。
离子注入技术
将具有特定能量的离子注 入材料表面，改变其物理 和化学性质，提高耐磨、 耐腐蚀等性能。
提高热处理效率与节能减排
高效加热方式
采用电磁感应、微波加热 等高效加热方式，缩短加 热时间，提高热处理效率。
余热回收利用
对热处理过程中的余热进 行回收和再利用，减少能 源浪费，降低碳排放。
环保材料与工艺
热处理基本知识及工艺艺原理 • 常见热处理工艺 • 热处理的应用 • 热处理的发展趋势与挑战
01
热处理基本概念
热处理的定义
热处理：通过加热、保温和冷却等工 艺手段，改变金属材料的内部组织结 构，以达到改善其性能、满足使用要 求的一种工艺方法。
将淬火后的金属材料加热到适当温度，保温一定时间后冷 却至室温。回火可以消除淬火产生的内应力，提高金属材 料的韧性和塑性。
02
热处理工艺原理
加热与冷却
加热
热处理过程中，将金属材料加热至所 需温度，以实现所需的相变和组织转 变。加热方式包括电热、燃气热、微 波加热等。
冷却
热处理过程中，金属材料在加热后需 进行冷却，以控制相变和组织转变的 过程。根据冷却速度的不同，可分为 缓慢冷却和快速冷却。
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热处理的分类
1. 退火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却至 室温。退火可以提高金属材料的塑性和韧性，消除内应力 。
3. 淬火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后快速冷却至 室温。淬火可以提高金属材料的硬度和耐磨性，但可能导 致内应力增大。
2. 正火
将金属材料加热到适当温度，保温一定时间后在空气中自 然冷却。正火可以提高金属材料的强度和韧性，细化组织 结构。
离子注入技术
将具有特定能量的离子注 入材料表面，改变其物理 和化学性质，提高耐磨、 耐腐蚀等性能。
提高热处理效率与节能减排
高效加热方式
采用电磁感应、微波加热 等高效加热方式，缩短加 热时间，提高热处理效率。
余热回收利用
对热处理过程中的余热进 行回收和再利用，减少能 源浪费，降低碳排放。
环保材料与工艺
热处理基本知识及工艺艺原理 • 常见热处理工艺 • 热处理的应用 • 热处理的发展趋势与挑战
01
热处理基本概念
热处理的定义
热处理：通过加热、保温和冷却等工 艺手段，改变金属材料的内部组织结 构，以达到改善其性能、满足使用要 求的一种工艺方法。
热处理原理与工艺ppt
1 2
空气冷却器
利用空气作为冷却介质，通过换热器将热量带 走。
水冷装置
利用水作为冷却介质，通过循环水将热量带走 。
3
油冷装置
利用油作为冷却介质，通过油循环将热量带走 。
辅助设备
输送装置
包括输送带、辊道等， 用于工件的输送和定位 。
装料装置
包括料仓、料斗、抓斗 等，用于工件的装料和 卸料。
加热元件
包括电热丝、硅碳棒等 ，用于加热设备中的加 热元件。
热处理质量控制
为了保证热处理效果的一致性和可靠性，需要对热处理过 程进行严格的质量控制，包括温度控制、时间控制和气氛 控制等。
展望
01
新技术的发展
随着科技的不断进步，新的热处理技术也不断涌现。例如，真空热处
理、保护气氛热处理和激光热处理等新技术的应用，将进一步提高热
处理质量和效率。
02
节能减排的需求
Байду номын сангаас
04
热处理的应用
工业应用
航空航天领域
为了提高航空航天构件的强度、硬度、韧性和疲劳性能，通常 需要进行热处理。
汽车工业
汽车零部件如齿轮、轴、弹簧等需要进行热处理，以提高其耐 磨性和抗疲劳性能。
机械制造
在机械制造过程中，对金属材料进行热处理可以改变其内部结 构，提高材料的使用性能。
日常生活应用
餐具
THANKS
热处理原理应用
广泛应用于机械制造业、 冶金工业、电子工业等领 域。
热处理的过程
加热
将金属材料加热到一定温 度，使其发生相变或奥氏 体化。
保温
保持一定时间，使金属材 料充分吸收热量，达到预 期的组织结构。
冷却
钢的热处理原理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。
钢的热处理原理及工艺
6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C
C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
第9-10章钢的热处理原理及工艺
第9,10章：钢的热处理及工艺 序 返回
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
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
金属热处理及表面处理工艺
一、热处理工艺简解1、退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50°C或Acl+30~50°C或Acl以下的温度（能够查阅有关材料）后，通常随炉温缓慢冷却。
意图：1.下降硬度，进步塑性，改进切削加工与压力加工功能；2.细化晶粒，改进力学功能，为下一步工序做准备：3.消除冷、热加工所发生的内应力。
运用关键：1.适用于合金布局钢、碳素东西钢、合金东西钢、高速钢的锻件、焊接件以及供给状况不合格的原材料；2.通常在毛坯状况进行退火。
2、正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm以上30~50"C,保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。
意图：1.下降硬度，进步塑性，改进切削加工与压力加工功能：2.细化晶粒，改进力学功能，为下步工序做准备：3.消除冷、热加工所发生的内应力。
运用关键：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。
关于功能需求不高的低碳的和中碳的碳素布局钢及低合金钢件，也可作为最终热处理。
关于通常中、高合金钢，空冷可致使彻底或部分淬火，因而不能作为最终热处理工序。
3、淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Acl以上，保温-段吋刻，然后在水、硝盐、油、或空气中疾速冷却。
意图：淬火通常是为了得到高硬度的马氏体安排，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单-•均匀的奥氏体安排，以进步耐磨性和耐蚀性。
运用关键：1.通常用于含碳量大于百分Z零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但一起会构成很大的内应力，下降钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的归纳力学功能。
4、回火操作方法：将淬火后的钢件从头加热到Acl以下某■温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。
意图：1.下降或消除淬火后的内应力，削减工件的变形和开裂；2.调整硬度，进步塑性和耐性，取得作业所需求的力学功能；3.安稳工件尺度。
运用关键：1.坚持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在坚持必定韧度的条件下进步钢的弹性和屈从强度时用中温回火：以坚持高的冲击韧度和塑性为主，又有满足的强度时用高温回火：2.通常钢尽量防止在230-280 °C ＞不锈钢在400~450°C 之间回火，因为这时会发生一次回火脆性。
热处理原理及工艺-马氏体转变讲课文档
马氏体相变的含义很广泛，不仅金属材料，在陶瓷材料中也发 现马氏体相变。因此，凡是相变的基本特征属于切变共格型的 相变都称为马氏体相变，其相变产物都称为马氏体。
第三页，共95页。
一、马氏体的晶体结构和转变特点为什么？
（一）马氏体的晶体结构
马氏体为碳在a-Fe中的过饱和固溶体，通常用M 表示；
马氏体的成分与奥氏体的成分完全相同；
第十七页，共95页。
2、西山关系
西山（Nishiyama）在Fe-30Ni合金单晶中发现，在室温以上形成的马氏体与奥氏体间 具有K-S关系，而在-70℃以下形成的马氏体则具有西山关系。
{11}1 //{01}1a' 211 //011a'
西山关系与K-S关系相比，两者的晶面平行关系相同，但晶 向平行关系却相差5°16′。
马氏体的长大是靠母相中原子作有规则的迁移（切变）使界面 推移而不改变界面上共格关系；
共格界面的弹性应变能较大，随着马氏体的形成，会在其周围 奥氏体点阵中产生一定的弹性应变，积蓄一定的弹性应变能， 当马氏体长大到一定尺寸，使界面上奥氏体中弹性应力超过其 弹性极限时，两相间的共格关系即遭到破坏，马氏体便停止长 大。
第十六页，共95页。
1、K-S关系
Kurdjumov和Sachs采用X射线极图法测出1.4%C钢中马氏体与奥氏体之间存 在下列位向关系，即K-S关系 母相奥氏体的密排面{111}与马氏体的密排面{110}相平行； 奥氏体的密排方向<110>与马氏体的密排方向<111>相平行。
{11}1 //{11}0a' 110 //111a'
第十四页，共95页。
无扩散性
有两个方面的证据 转变可在温度很低的温度下进行； 马氏体中的碳含量与原奥氏体完全一致。
第三页，共95页。
一、马氏体的晶体结构和转变特点为什么？
（一）马氏体的晶体结构
马氏体为碳在a-Fe中的过饱和固溶体，通常用M 表示；
马氏体的成分与奥氏体的成分完全相同；
第十七页，共95页。
2、西山关系
西山（Nishiyama）在Fe-30Ni合金单晶中发现，在室温以上形成的马氏体与奥氏体间 具有K-S关系，而在-70℃以下形成的马氏体则具有西山关系。
{11}1 //{01}1a' 211 //011a'
西山关系与K-S关系相比，两者的晶面平行关系相同，但晶 向平行关系却相差5°16′。
马氏体的长大是靠母相中原子作有规则的迁移（切变）使界面 推移而不改变界面上共格关系；
共格界面的弹性应变能较大，随着马氏体的形成，会在其周围 奥氏体点阵中产生一定的弹性应变，积蓄一定的弹性应变能， 当马氏体长大到一定尺寸，使界面上奥氏体中弹性应力超过其 弹性极限时，两相间的共格关系即遭到破坏，马氏体便停止长 大。
第十六页，共95页。
1、K-S关系
Kurdjumov和Sachs采用X射线极图法测出1.4%C钢中马氏体与奥氏体之间存 在下列位向关系，即K-S关系 母相奥氏体的密排面{111}与马氏体的密排面{110}相平行； 奥氏体的密排方向<110>与马氏体的密排方向<111>相平行。
{11}1 //{11}0a' 110 //111a'
第十四页，共95页。
无扩散性
有两个方面的证据 转变可在温度很低的温度下进行； 马氏体中的碳含量与原奥氏体完全一致。
第十章-淬火与回火要点
却速度降低，特别是蒸汽膜阶段延长，特性温度 降低。 2）水的冷却速度快，400~100℃温度范围内的冷 却速度特别快。 3）循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。特 别是蒸汽膜阶段的冷却能力提高得更多。
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。
31
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
9
第10章 淬火与回火 10
第10章 淬火与回火
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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。
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第10章 淬火与回火
Ms Mf
理想淬火曲线示意图
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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。
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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？
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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
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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；
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5.高频感应淬火工艺
(1) 预备热处理 表面淬火前必须进行预备热处理，其目的是：①提供均匀的原始组 织，为表面淬火做好组织准备；②赋予心部良好的综合力学性能。 (2) 淬火加热温度及方式的选择 (3) 电流频率及单位表面功率的选择 根据工件尺寸及硬化层深度要求，合理选择电 流频率和单位表面功率，确定合适的加热时间。 (4) 高频感应淬火的冷却 高频感应淬火时多数情况下都采用喷射冷却，淬火介质从 零件周围喷射器的小孔中喷向零件，使之快速冷却。 (5) 高频感应淬火后的回火 高频感应淬火后应进行适当的回火，以减小内应力，达 到所要求的力学性能。
1.感应加热的基本原理及特点
图10-1 感应淬火装置示意图
2.高频感应加热时钢的相变特点
(1) 奥氏体转变的临界温度升高 高频感应加热时加热速度很快，使奥氏体转变的临 界温度Ac1、Ac3、Accm升高。 (2) 奥氏体晶粒较细 感应加热时速度很快，奥氏体的晶粒变细。 (3) 奥氏体成分不均匀 加热速度升高时，奥氏体相变温度升高。
图10-6 T10钢加热温度、加热速度 和所得组织的关系图
(3) 电流频率及单位表面功率的选择
根据工件尺寸及硬化层深度要求，合理选择 电流频率和单位表面功率，确定合适的加热时 间。
(4) 高频感应淬火的冷却
高频感应淬火时多数情况下都采用喷射冷却， 淬火介质从零件周围喷射器的小孔中喷向零件， 使之快速冷却。
第10章 表面热处理及热处理新工艺
10.1 表面热处理 10.1.1 高频感应淬火 10.1.2 激光表面处理 10.1.3 火焰表面处理 10.2 形变热处理 10.2.1 高温形变热处理 10.2.2 低温形变热处理 10.2.3 控轧控冷 10.3 其它热处理 10.3.1 真空热处理 10.3.2 淬火-分配(Q-P)工艺［10］
2.高频感应加热时钢的相变特点
表10-1 感应加热的分类及应用
电流频率 高频 200～300kHz 超音频 30～60kHz
中频 2～8kHz 工频ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ50Hz
淬硬层深度/mm 0．5～2．0 2．5～3．5
2～10 10～15
应用
中小模数齿轮及中小尺寸 轴类零件
用于齿轮（m=3～6）、花 键轴表面轮廓淬火，以及凸 轮轴、曲轴等表面淬火
第10章 表面热处理及热处理新工艺
5.6.1已经述及，将中碳高硅钢先经淬火至Ms～Mf之间一定的温度，形成 一定数量的马氏体和残留奥氏体，再在Ms～Mf间或在Ms以上一定的温度 等温，由于钢中含Si、Al(甚至P)元素，能阻碍Fe3C的析出，使碳由马氏 体向奥氏体中分配，形成富碳残留奥氏体，这种工艺称为马氏体型钢热 处理的新工艺——淬火-分配工艺 (Quenching and Partitioning Process， “Q-P”工艺)。该工艺是由美国科罗拉多州矿业学院的Speer等人研究提 出的。与淬火-回火的传统工艺不同，Q-P新工艺为了稳定残留奥氏体， 利用钢中Si、Al(甚至P)等能阻碍Fe3C析出的元素，使碳自马氏体分配到 奥氏体中，奥氏体因为富碳，在再次冷却时不会转变为马氏体，为高强 度钢兼具韧性提供了新的途径。 10.3.3 亚共析钢的亚温淬火［12-14］ 10.3.4 超细化热处理(循环热处理）［12⁃15］
(1) 预备热处理
表面淬火前必须进行预备热处理，其目的是： ①提供均匀的原始组织，为表面淬火做好组织 准备；②赋予心部良好的综合力学性能。
(2) 淬火加热温度及方式的选择
1) 加热温度的确定。 2) 加热方式的选择。
图10-5 40钢加热温度、加热速度与表面 硬度之间的关系(原始组织为调质状态) Ⅰ、Ⅲ—允许规范 Ⅱ—最佳规范
(1) 表面硬度及耐磨性 。
图10-4 不同碳含量的钢经普通淬火与高频 感应淬火后表面硬度的差别
(2) 疲劳强度
高频感应淬火可有效地提高零件的弯曲及扭转 疲劳强度，通常小型零件可提高2～3倍，而大 型零件可提高20%～30%。
(3) 冲击韧性和强度
高频感应加热细化了组织，可显著提高零件的 冲击吸收能量，这主要是通过降低材料的脆性 转变温度而达到目的的。
加热速度升高时，奥氏体相变温度升高。
3.高频感应淬火后的组织
图10-3 45 (x为淬硬层深度)
4.高频感应淬火后工件的力学性能
(1) 表面硬度及耐磨性 高频感应淬火后工件的表面硬度要比普通淬火后高2～5HRC， 耐磨性比普通淬火也要高。 (2) 疲劳强度 高频感应淬火可有效地提高零件的弯曲及扭转疲劳强度，通常小型零 件可提高2～3倍，而大型零件可提高20%～30%。 (3) 冲击韧性和强度 高频感应加热细化了组织，可显著提高零件的冲击吸收能量， 这主要是通过降低材料的脆性转变温度而达到目的的。
较大尺寸轴和大中模数的 齿轮等的表面淬火
较大直径零件的穿透加热 及大直径零件（如轧辊、火 车车轮等）的表面淬火
(1) 奥氏体转变的临界温度升高
高频感应加热时加热速度很快，使奥氏体转 变的临界温度Ac1、Ac3、Accm升高。
(2) 奥氏体晶粒较细
图10-2 不同加热速度对奥氏体晶粒大小的影响
(3) 奥氏体成分不均匀
10.1 表面热处理
零件表面很容易受到各种类型的损伤，许多破 坏往往是从表面开始的。例如，表面疲劳裂纹 的扩展会导致整个零件破坏；不均匀磨损或腐 蚀造成的表面沟痕会引起应力集中，成为断裂 的起源。
10.1.1 高频感应淬火
1.感应加热的基本原理及特点 2.高频感应加热时钢的相变特点 3.高频感应淬火后的组织 4.高频感应淬火后工件的力学性能 5.高频感应淬火工艺 6.表面淬火适用材料
(5) 高频感应淬火后的回火
高频感应淬火后应进行适当的回火，以减小 内应力，达到所要求的力学性能。
6.表面淬火适用材料
表面淬火的零件常要求表面具有较高的硬度和 耐磨性，心部具有良好的塑性和韧性。因此， 一般常选用碳的质量分数为0.4%～0.5%的中碳 钢和球墨铸铁。
10.1.2 激光表面处理
1. 激光热处理特点［2］ 2. 激光热处理的硬化机理［3］ 3.激光热处理工艺简介 4.激光热处理后的组织与硬度 5.激光热处理的优点