金属热处理原理与工艺课件
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金属热处理知识课件
历史与发展
历史
金属热处理起源于古代，人类在长期实践中逐渐摸索出了金 属材料的加热、冷却和改变性能的方法。随着工业革命的发 展，金属热处理逐渐成为一门独立的学科，并得到了广泛的 应用。
发展
现代金属热处理技术不断发展，新的工艺和方法不断涌现， 如真空热处理、激光热处理、化学热处理等。同时，计算机 技术和自动化技术的应用也推动了金属热处理技术的进步， 提高了生产效率和产品质量。
PART 06
金属热处理安全与环保
安全操作规程
操作人员需经过专业培训 ，熟悉热处理设备及工艺 流程，掌握安全操作技能 。
设备运行前应检查电源、 水源、热源等是否正常， 确保设备处于良好状态。
ABCD
操作过程中应穿戴防护服 、手套、鞋帽等个人防护 用品，防止烫伤、触电等 事故发生。
操作过程中应保持注意力 集中，随时观察设备运行 情况，发现异常及时处理 。
节能减排技术
01
采用新型的热处理技术和设备， 提高能源利用效率和热处理效果 。
02
对现有设备进行技术改造和升级 ，降低能耗和减少污染物排放。
开发和应用新型的环保材料和工 艺，替代传统的高污染材料和工 艺。
03
加强科研和创新能力，推动热处 理技术的进步和创新，为节能减
排提供技术支持和保障。
04
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
测温仪
用于测量金属件的温度，确保热处理工艺的 准确性。
热处理吊具
用于吊装金属件，便于在加热和冷却设备中 移动。
热处理辅助材料
如保护气氛、脱氧剂等，用于改善热处理效 果和保护金属件。
PART 05
金属热处理应用
金属热处理原理与工艺(第1章)
性能取决于组织形态
高硬、高强、高耐磨
1-16
珠光体(纯铁、铁素体)的机械性能 抗拉强度σb: 1000(176~274)MN/m2 屈服强度σ0.2: 600(98~166)MN/m2 延伸率δ: 10%(30~50%) 断面收缩率ψ: 12-15%(70~80%) 硬度HB: 241(50~80)
Chapter 1: Introductions
1-15
组织 奥氏体
比容 (cm3/g-1)
0.1212
线膨胀系数 (106K-1)
14.5
力学性能
低硬度、低屈服强度，高塑性
铁素体 0.1271
渗碳体 0.130
珠光体
-
莱氏体
-
23.0 12.5
-
低强度、低硬度，高塑形和韧 性
高硬、高强、高耐磨，低塑性 、低韧性
Chapter 1: Introductions
1-25
1-12
计算相及组织含量
【例】计算珠光体中F和Fe3C的含量。 WF=SK/PK=(6.69-0.77/6.69-0.0218)×100% =88.7%
WFe3c=100%-88.7%=11.3%
【课堂练习】分析wc=1.5%的铁碳合金在室温下 的相及组织，并分别计算其含量。
Chapter 1: Introductions
正火(normalizing)
处
三阶段：加热、保温、冷却
理 淬火(quenching ) 回火(tempering)
分
五要素：介质、V加、T、t 、V冷 类 固溶时效(aging treatment)
Chapter 1: Introductions
1-7
热处理与相图
高硬、高强、高耐磨
1-16
珠光体(纯铁、铁素体)的机械性能 抗拉强度σb: 1000(176~274)MN/m2 屈服强度σ0.2: 600(98~166)MN/m2 延伸率δ: 10%(30~50%) 断面收缩率ψ: 12-15%(70~80%) 硬度HB: 241(50~80)
Chapter 1: Introductions
1-15
组织 奥氏体
比容 (cm3/g-1)
0.1212
线膨胀系数 (106K-1)
14.5
力学性能
低硬度、低屈服强度，高塑性
铁素体 0.1271
渗碳体 0.130
珠光体
-
莱氏体
-
23.0 12.5
-
低强度、低硬度，高塑形和韧 性
高硬、高强、高耐磨，低塑性 、低韧性
Chapter 1: Introductions
1-25
1-12
计算相及组织含量
【例】计算珠光体中F和Fe3C的含量。 WF=SK/PK=(6.69-0.77/6.69-0.0218)×100% =88.7%
WFe3c=100%-88.7%=11.3%
【课堂练习】分析wc=1.5%的铁碳合金在室温下 的相及组织，并分别计算其含量。
Chapter 1: Introductions
正火(normalizing)
处
三阶段：加热、保温、冷却
理 淬火(quenching ) 回火(tempering)
分
五要素：介质、V加、T、t 、V冷 类 固溶时效(aging treatment)
Chapter 1: Introductions
1-7
热处理与相图
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
金属热处理工艺课件.pptx
2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章 金属热处理工艺
§9.1.2 钢的正火
❖ 正火概念：将钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析 钢)和Accm(对于过共析钢)以上30℃50℃，保温 适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热 处理工艺。
❖ 正火组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析 钢为 S+Fe3CII
2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章 金属热处理工艺
四、球化退火 ➢球化退火：使钢中碳化物球状化的热处理工艺 ，是不完全退火的一种。 ➢目的：使 Fe3CⅡ 及 P 中的渗碳体球状化（退 火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度， 改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准 备。 ➢适用性：主要用于共析钢和过共析钢。
2021/1/12
材料科学与工程学院多媒体课
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第九章 金属热处理工艺
退火工艺总结：
加热、保温后，缓冷(炉冷)→近平衡组织 P(+F 或 Fe3CII)
扩散退火 加热至略低于固相线
目的：使成分、组织均匀 再结晶退火：
加热温度 TR + 30～50℃ 目的：消除加工硬化 去应力退火:
加热温度＜ Ac1 ，一般为 500～650℃ 目的：消除冷热加工后的内应力
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材料科学与工程学院多媒体课
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第九章 金属热处理工艺
二、不完全退火
➢ 不完全退火：将钢加热至Ac1Ac3（亚共析钢）或 Ac1Accm （过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以
获得近于平衡组织的热处理工艺。 ➢ 目的：
降低硬度，消除内应力，改善切削加工性能。 ➢ 适用性
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属热处理原理与工艺
金属热处理原理与工艺金属热处理是指对金属材料进行加热处理来改变其组织结构和性质的一种方法。
这种方法可以通过控制加热温度和保温时间等参数来实现不同的处理效果。
金属热处理可以改善金属的硬度、强度、韧性、延展性、耐磨性、耐腐蚀性等性能，从而满足不同的工业应用需求。
金属热处理的原理金属热处理的原理基于金属的组织结构和性质随温度的变化而变化。
当金属材料受到热加工时，温度升高会导致金属晶粒的尺寸增加，晶粒之间的间距变大，这使得金属的塑性和韧性增加。
而当金属材料受到冷加工时（如锻造、轧制），由于冷加工过程中金属材料处于冷却状态，因此晶粒不会发生明显的变形，而是保持原来的晶粒组织。
这种组织结构会使金属变得更加硬而脆，但相应的韧性和延展性会降低。
金属热处理的工艺金属热处理的工艺包括加热、保温和冷却等步骤。
根据不同的处理效果，这些步骤的温度和时间可以做出相应的调整。
以下是几种常见的金属热处理方法：1. 灭火处理：灭火处理是指将金属加热至高温后迅速冷却至室温的处理过程。
这种处理可以改变金属的组织结构，从而提高其硬度和强度。
灭火处理通常适用于需要较高硬度和强度的金属制品。
2. 固溶处理：固溶处理是指将金属加热至一定温度后进行保温，使固态的金属中的固溶体中的扰动原子可以逸出到基体里。
这种处理可以改变金属的组织结构，从而提高其韧性和延展性。
固溶处理通常适用于需要具有良好机械性能和耐腐蚀性的金属制品。
3. 时效处理：时效处理是指将金属加热至一定温度进行保温，然后迅速冷却后再进行再加热保温的过程。
这种处理可以使金属的晶粒长大并沉淀出一些固相化合物，从而提高金属的强度和硬度。
时效处理通常适用于需要高强度和高韧性的金属制品。
4. 钝化处理：钝化处理是指将金属制品加热至一定温度后，在空气或氧化性环境中，使其表面形成一层韧性较强的氧化皮。
这种处理可以使金属制品具有较好的耐腐蚀性。
金属热处理是一种重要的金属加工工艺，可以通过控制加热温度、保温时间和冷却速率等参数来实现不同的处理效果，以满足不同的工业应用需求。
11材料科学与工程专业《金属热处理原理及工艺》课件-第十一章 表面
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6、感应加热淬火举例
45钢轴的热处理工艺。
调质处理：淬火加高温回火
淬火加热温度810 ～830℃，回火加热温度560℃，
获得回火索氏体组织
感应加热淬火：
淬火加热温度830 ～870℃，喷水冷却
T/ ℃
HRC
Ac3
Ac1
f
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50300 f
ρ—工件电阻率 μ——工件的相对导磁率 f——电流频率 可见： 1）f愈高， δ越小，淬硬层深度越浅。 2） ρ愈大， μ愈小，δ越大。
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（加热方式、感应器形状、应用状况等P133图4—8）
➢ 冷却： 水，油，有机溶液 喷射冷却，浸淬
➢ 后处理： 表面淬火后，一般要对零件进行低温（160～200 ℃）回火 处理，以降低淬火应力和脆性。
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5、工艺特点
加热速度快，热效率高达60%以上，生产率高； 产品质量高，工件变形小，不易氧化及脱碳； 易实现批量产品的机械化和自动化，清洁无污染。 设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。
2、分类（按电源频率）
工频：50Hz，功率密度0.1～100W/cm2；δ = 10～15mm 中频：＜10kHz，功率密度＜ 5 W/cm2； δ >2mm 高频、超高频：20 ～1000kHz，功率密度2 ～10 W/cm2；
δ = 0.5～2mm
一般地：淬火硬化层厚度随感应加热器频率↗而↘； 但感应电流随感应加热器频率↗而↗ ，即表面加热热效率高
6、感应加热淬火举例
45钢轴的热处理工艺。
调质处理：淬火加高温回火
淬火加热温度810 ～830℃，回火加热温度560℃，
获得回火索氏体组织
感应加热淬火：
淬火加热温度830 ～870℃，喷水冷却
T/ ℃
HRC
Ac3
Ac1
f
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50300 f
ρ—工件电阻率 μ——工件的相对导磁率 f——电流频率 可见： 1）f愈高， δ越小，淬硬层深度越浅。 2） ρ愈大， μ愈小，δ越大。
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（加热方式、感应器形状、应用状况等P133图4—8）
➢ 冷却： 水，油，有机溶液 喷射冷却，浸淬
➢ 后处理： 表面淬火后，一般要对零件进行低温（160～200 ℃）回火 处理，以降低淬火应力和脆性。
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5、工艺特点
加热速度快，热效率高达60%以上，生产率高； 产品质量高，工件变形小，不易氧化及脱碳； 易实现批量产品的机械化和自动化，清洁无污染。 设备投资大,不适于复杂形状零件和小批量生产。
2、分类（按电源频率）
工频：50Hz，功率密度0.1～100W/cm2；δ = 10～15mm 中频：＜10kHz，功率密度＜ 5 W/cm2； δ >2mm 高频、超高频：20 ～1000kHz，功率密度2 ～10 W/cm2；
δ = 0.5～2mm
一般地：淬火硬化层厚度随感应加热器频率↗而↘； 但感应电流随感应加热器频率↗而↗ ，即表面加热热效率高
金属热处理知识课件
金属材料与金属热处理
1
热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却, 使 金属或合金的组织结构发生变化, 从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。
工件热处理的目的是通过热处理这一重要手 段, 来改变(或改善)工件内部组织结构, 从而获得所 需要的性能并提高工件的使用寿命。
●去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的热处理 工艺称为去应力退火。
目的: 消除铸、锻、焊的内应力。
11
●正火是将钢加热到 Ac3或 Accm以上30～50℃, 保温后 空气中冷却的热处理工艺。
●正火具有以下几方面的应用: ① 含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。 ② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
7
3 钢的热处理基本工艺及应用
四把火: 退火、正火、淬火、回火 1） 钢的退火与正火
● 退火与正火的目的 ① 调整硬度以便进行切削加工 ② 消除残余应力 ③ 细化晶粒, 改善组织 ④ 为最终热处理做好组织上的准备
8
●退火: 将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。 退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力
① 马氏体分解: 主要发生在 100～200℃， 马氏体中的碳 以ε碳化物（FexＣ）的形式析 出，析出的碳化物以极小片状 分布在马氏体基体上，这种组 织称为回火马氏体，用Байду номын сангаасM回” 表示。如图所示。
图12 回火马氏体
25
② 残余奥氏体分解 主要发生在200～300℃, 残余奥 氏体分解 为ε碳化物和过饱和α, 但组织仍是回火马 氏体。
获得均匀细小的奥氏体。 如图所示，一般淬火温度 在临界点以上。
1
热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却, 使 金属或合金的组织结构发生变化, 从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。
工件热处理的目的是通过热处理这一重要手 段, 来改变(或改善)工件内部组织结构, 从而获得所 需要的性能并提高工件的使用寿命。
●去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的热处理 工艺称为去应力退火。
目的: 消除铸、锻、焊的内应力。
11
●正火是将钢加热到 Ac3或 Accm以上30～50℃, 保温后 空气中冷却的热处理工艺。
●正火具有以下几方面的应用: ① 含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。 ② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
7
3 钢的热处理基本工艺及应用
四把火: 退火、正火、淬火、回火 1） 钢的退火与正火
● 退火与正火的目的 ① 调整硬度以便进行切削加工 ② 消除残余应力 ③ 细化晶粒, 改善组织 ④ 为最终热处理做好组织上的准备
8
●退火: 将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。 退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力
① 马氏体分解: 主要发生在 100～200℃， 马氏体中的碳 以ε碳化物（FexＣ）的形式析 出，析出的碳化物以极小片状 分布在马氏体基体上，这种组 织称为回火马氏体，用Байду номын сангаасM回” 表示。如图所示。
图12 回火马氏体
25
② 残余奥氏体分解 主要发生在200～300℃, 残余奥 氏体分解 为ε碳化物和过饱和α, 但组织仍是回火马 氏体。
获得均匀细小的奥氏体。 如图所示，一般淬火温度 在临界点以上。
金属热处理优秀课件
二、化学热处理
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
钢的分类
按化学成分分类 可分为碳素钢和合金钢 碳素钢按含碳量多少可分为 低碳钢、中碳钢和高碳钢 合金钢按合金元素的含量又可分为 低合金钢 、中合金钢和高合金钢 合金钢按合金元素的种类可分为 锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等
常用热处理方法的工艺曲线示意图
1. 退火
退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋 入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平 衡状态组织的一种热处理工艺。
退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 细化晶粒，改善组织，提高机械性能；
一、cd..退消提除火高内金应属力材，料为的下塑一性道、热韧处性理，作便好于准进备行；冷
正火的效果同退火相似，只是得到的组织 更细，常用于改善材料的切削性能，也有 时用于对一些要求不高的零件作为最终热
处理。
将工件加热保温后，在水、油或 其他无机盐、有机水溶液等淬冷
介质中快速冷却。
使钢件变硬，但同时变脆。
将淬火后的钢件在高于室温而低 于650℃的某一适当温度进行长 时间的保温，再进行冷却，这种
按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%） 优质钢（S%、P%≤0.040%） 高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%） 按冶炼时脱氧程度，可将钢分为： 沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完 全）和半镇静钢三类。
按用途分类 按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特 殊性能钢
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
钢的分类
按化学成分分类 可分为碳素钢和合金钢 碳素钢按含碳量多少可分为 低碳钢、中碳钢和高碳钢 合金钢按合金元素的含量又可分为 低合金钢 、中合金钢和高合金钢 合金钢按合金元素的种类可分为 锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等
常用热处理方法的工艺曲线示意图
1. 退火
退火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在炉中或埋 入导热性较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平 衡状态组织的一种热处理工艺。
退火的目的： a. 降低硬度，以利于切削加工； b. 细化晶粒，改善组织，提高机械性能；
一、cd..退消提除火高内金应属力材，料为的下塑一性道、热韧处性理，作便好于准进备行；冷
正火的效果同退火相似，只是得到的组织 更细，常用于改善材料的切削性能，也有 时用于对一些要求不高的零件作为最终热
处理。
将工件加热保温后，在水、油或 其他无机盐、有机水溶液等淬冷
介质中快速冷却。
使钢件变硬，但同时变脆。
将淬火后的钢件在高于室温而低 于650℃的某一适当温度进行长 时间的保温，再进行冷却，这种
按冶金质量分类 按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢（S%≤0.055%，P%≤0.045%） 优质钢（S%、P%≤0.040%） 高级优质钢（S%≤0.030%，P%≤0.035%） 按冶炼时脱氧程度，可将钢分为： 沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完 全）和半镇静钢三类。
按用途分类 按钢的用途可分为：结构钢、工具钢和特 殊性能钢
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
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正火→球化退火→淬火→低温回火
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金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
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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。
金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
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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
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
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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。
金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT
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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
热处理原理和工艺培训课件
刀具热处理
刀具热处理
01
刀具的热处理可以提高其硬度和耐磨性，从而提高切削效率和
刀具寿命。
高速钢刀具
02
高速钢刀具在热处理后具有较高的硬度和良好的耐磨性，适用
于加工硬度较高的材料。
硬质合金刀具
03
硬质合金刀具的热处理可以进一步提高其硬度和耐热性，适用
于高速切削和加工高温合金等难加工材料。
模具热处理
模具热处理
模具的热处理可以提高其硬度和耐磨性，延长模具使用寿命，保 证产品质量。
冷冲模具
冷冲模具需要进行表面强化处理，以提高其耐磨性和抗冲击性。
塑料模具
塑料模具需要进行适当的热处理，以提高其抗腐蚀性和耐热性。
精密零件热处理
精密零件热处理
精密零件的热处理可以提高其尺寸稳定性和机械性能，保证产品 质量和精度。
热处理质量检测与评估
硬度检测
采用硬度计对热处理后 的产品进行硬度检测，
以评估热处理效果。
金相组织分析
通过金相显微镜观察热 处理后的产品组织结构， 分析热处理对组织的影
响。
力学性能测试
对热处理后的产品进行 拉伸、冲击、弯曲等力 学性能测试，以评估其
机械性能。
不合格品处理
对不合格的热处理产品 进行追溯和处理，分析 原因并采取相应的纠正
工艺中具有重要意义。
03
应力与应变原理
金属材料在加热和冷却过程中会产生热应力、组织应力和相变应力等。
这些应力会导致材料变形和开裂。因此，在热处理过程中需要采取措施
控制应力与应变，以获得良好的热处理效果。
02 热处理工艺
预处理工艺
01
02
03
清理
去除工件表面的油污、锈 迹和氧化皮，确保工件表 面干净，以便进行后续的 热处理工艺。
金属热处理原理与工艺课件第一章金属热处理3
2. 正火
正火是将金属制件加热到高于或低于这种金属 的临界温度，经保温一定时间，随后在空气中冷 却，以获得更细组织的一种热处理工艺。 正火的作用与退火相似，与退火不同之处是：
a. 正火是在空气中冷却，冷却速度快，所获 得的组织更细。 b. 正火后的强度、硬度较退火后的稍高，而 塑性、韧性则稍低。 c. 不占用设备；生产率高。
1.4.5高碳钢
特点： 具有高硬度和高耐磨性，焊接性能差。
热处理： 1.预先热处理采用球化退火； 2.采用不完全（加热到两相区得到奥氏体加 未溶碳化物）淬火加低温回火的热处理工艺。
（1）低温回火：回火温度为150～250℃。低温回火能消 除一定的内应力，适当地降低钢的脆性，提高韧性，同时工 件仍保持高硬度、高耐磨性，应用于各种量具和刃具。 （2）中温回火：回火温度为350～500℃。中温回火可大 大减小钢的内应力，提高了弹性、韧性，但硬度有所降低， 应用于弹簧和热锻模等。 （3）高温回火：回火温度为500～650℃。高温回火可以 消除内应力，硬度有显著的下降，可获得具有强度、塑性、 韧性等综合机械性能，应用于齿轮、连杆、曲轴等。
1.4.3低碳钢
特点： 塑性好、韧性好、硬度强度低（软刚）、耐 磨性差。 热处理： 通常情况下将其进行渗碳，然后淬：
1.提高心部强度（加入Mn、Cr、Ni等） 2.提高淬透性 3.细化奥氏体晶粒（加入Ti、Mo、W等）
1.4.4中碳钢
特点： 热加工及切削性能良好，强度硬度比低碳钢 高，韧性塑性低于低碳钢，焊接性能较差。 热处理： 通常采用完全（加热到单相奥氏体区得到单 相均匀奥氏体）淬火加中温或高温回火的热 处理工艺。
2、S和P的影响（热脆、冷脆）
合金元素在钢中的作用
合金元素在钢中的存在形式 两种形式存在：一是溶解于碳钢原有的相中（固溶 体），另一种是形成某些碳钢中所没有的新相（化合 物） 按与碳亲合力的大小，可将合金元素分为弱碳化物形 成元素、强碳化物形成元素与非碳化物形成元素三大 类 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B； 弱碳化物形成元素：Mn； 强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。
金属热处理(共9张PPT)
§2 退火和正火
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
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面心立方
A形成包括四个阶段：
A晶核 A形核 长大 剩余 Fe3C溶解 A 均匀化
未溶Fe3C
未溶Fe3C
奥氏体形成动力学可分为等温形成动力学和连续加热 形成动力学。 奥氏体等温形成动力学 等温形成动力学即在一定温度下的转变量和转变时间 的关系（即在一定温度下的转变速度）。
奥氏体等温形成动力学的分析 （1）奥氏体的形核率
第一章 金属热处理概述
使用性能
材 料 的 性 能
物理性能 化学性能 力学性能 焊接性 铸造性 锻造性 热处理工艺性 原材料费 加工费 热处理
工艺性能
经济性
金属材料的强化机制
1. 固溶强化
2. 细晶强化 3. 位错强化 4. 沉淀相颗粒强化
普通（整体）热处理
退火 正火 淬火 回火 固溶时效 感应加热表面淬火
固态相变的根本动力： 新相与旧相的自由焓差。 固态相变的阻力: 界面能和应变能。
第二章 金属的加热
传热的基本方式 1.热传导 2.热对流 3、热辐射
加热温度和时间
零件加热曲线示意图
金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛 中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属 被氧化。 脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使 表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧 化过程。
（2）奥氏体晶体的长大速度G
影响奥氏体形成速度的因素
（1）温度
（2）碳含量
（3）原始组织的影响
（4）合金元素的影响
连续加热时奥氏体的形成
实验表明连续加热时奥氏体形成的基本过程和等 温转变相似，也是由奥氏体的形核、长大、残留碳化 物溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段组成。
奥氏体晶粒度
晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。 1、起始晶粒度： 2、实际晶粒度：
过 A 冷 A向产物 产 + 奥 转变终止线 物 产 氏 区 物 体 400 区 区 A向产 300 Ms 物转变开始线 200
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
100 0
-100 0
钢的临界转变温度 平衡 转变温度：
A1、 A3、Acm
实际加热时转变温度： Ac1、 Ac3、Accm 实际冷却时转变温度：
Ar1、Ar3、Arcm
共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：
P（α＋ Fe3C） >Ac1 As（ ）
碳含量C% 0.0218
晶格类型 体心立方
6.69
复杂斜方
0.77
热 处 理
表面热处理
表面淬火
火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火等 渗碳
表面化学热处理
渗氮
碳氮共渗
渗金属等
钢的分类方法 按化学成分分类 碳素钢按含碳量多少可分为 合金钢按合金元素的含量又可分为 合金钢按合金元素的种类可分为 ……
合金元素在钢中的作用
非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、 N、B； 弱碳化物形成元素：Mn； 强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。
Mf
1
10
102
103
104
时间(s)
奥氏体等温转变图的特点： 1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个 孕育期。
2、在不同温度下等温具有不同的转变产物。
影响奥氏体等温转变图的因素 1、化学成分
（1）碳含量的影响
（2）合金元素的影响 2、奥氏体晶粒尺寸的影响 3、原始组织、加热温度和保温时间的影响 4、塑性变形的影响
连续析出与不连续析出的区别 （1）基体浓度变化，连续与不连续； （2）析出过程有无再结晶； （ 3 ）析出物分散于晶粒内，较均匀。析出物 集中在晶界逐步向晶内发展； （4）扩散性质，长程扩散，短程扩散； （5）析出物组织形态不同。
影响析出过程的因素：
溶质浓度的影响 微量元素的影响 固溶处理工艺的影响 固溶处理后时效处理前的冷加工变形 时效处理的温度与持续时间
第四章 钢中奥氏体的形成
钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥
氏体被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。
奥氏体的结构
奥氏体是碳溶于 γ-Fe 所形成的固溶体。在合金钢中， 除了碳原子外，溶于γ-Fe中的还有合金元素原子。
奥氏体的组织
在一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒 所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。 奥氏体的性能
影响钢脱碳的因素。 要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取的措施
第三章 合金的时效
定义： 1. 固溶处理 2. 析出 3. 时效 4. 时效硬化 5. 时效合金
Al-Cu合金的析出过程为： α相（Al基过饱 和固溶体）、G.P.区、θ″相、θ′相、θ相（平 衡相CuAl2) 。 析出的类型：局部析出、连续析出、不连续 析出。
合金元素对加热转变的影响 合金元素对冷却转变的影响 合金碳钢 Wc < 0.25% 中碳钢 Wc = 0.25%—0.6% 高碳钢 Wc > 0.6%
固态相变的定义：
固体材料的组织、结构在温度、压力、成 分改变时所发生的转变统称为固态相变。
共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较
3、本质晶粒度：
影响奥氏体晶粒度的因素 1、加热温度和保温时间 2、加热速度 3、钢的含碳量的影响
4、脱氧剂及合金元素
第五章 过冷奥氏体转变动力学
平衡冷却
冷 却 条 件
等温冷却 非平衡冷却 恒速冷却 变速冷却
温度 ( ℃) 800 700 600 500
共析碳钢 TTT 曲线
稳定的奥氏体区 A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
A形成包括四个阶段：
A晶核 A形核 长大 剩余 Fe3C溶解 A 均匀化
未溶Fe3C
未溶Fe3C
奥氏体形成动力学可分为等温形成动力学和连续加热 形成动力学。 奥氏体等温形成动力学 等温形成动力学即在一定温度下的转变量和转变时间 的关系（即在一定温度下的转变速度）。
奥氏体等温形成动力学的分析 （1）奥氏体的形核率
第一章 金属热处理概述
使用性能
材 料 的 性 能
物理性能 化学性能 力学性能 焊接性 铸造性 锻造性 热处理工艺性 原材料费 加工费 热处理
工艺性能
经济性
金属材料的强化机制
1. 固溶强化
2. 细晶强化 3. 位错强化 4. 沉淀相颗粒强化
普通（整体）热处理
退火 正火 淬火 回火 固溶时效 感应加热表面淬火
固态相变的根本动力： 新相与旧相的自由焓差。 固态相变的阻力: 界面能和应变能。
第二章 金属的加热
传热的基本方式 1.热传导 2.热对流 3、热辐射
加热温度和时间
零件加热曲线示意图
金属在含有氧气、二氧化碳、水蒸气等氧化气氛 中加热时都会不同程度的发生氧化反应，使金属 被氧化。 脱碳是指钢件表层部分碳被加热气氛氧化，而使 表层碳质量分数降低的现象。脱碳也是材料的氧 化过程。
（2）奥氏体晶体的长大速度G
影响奥氏体形成速度的因素
（1）温度
（2）碳含量
（3）原始组织的影响
（4）合金元素的影响
连续加热时奥氏体的形成
实验表明连续加热时奥氏体形成的基本过程和等 温转变相似，也是由奥氏体的形核、长大、残留碳化 物溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段组成。
奥氏体晶粒度
晶粒度：是表示晶粒大小的一种尺度。 1、起始晶粒度： 2、实际晶粒度：
过 A 冷 A向产物 产 + 奥 转变终止线 物 产 氏 区 物 体 400 区 区 A向产 300 Ms 物转变开始线 200
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变; 贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
100 0
-100 0
钢的临界转变温度 平衡 转变温度：
A1、 A3、Acm
实际加热时转变温度： Ac1、 Ac3、Accm 实际冷却时转变温度：
Ar1、Ar3、Arcm
共析钢从珠光体向奥氏体转变的转变方程：
P（α＋ Fe3C） >Ac1 As（ ）
碳含量C% 0.0218
晶格类型 体心立方
6.69
复杂斜方
0.77
热 处 理
表面热处理
表面淬火
火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火等 渗碳
表面化学热处理
渗氮
碳氮共渗
渗金属等
钢的分类方法 按化学成分分类 碳素钢按含碳量多少可分为 合金钢按合金元素的含量又可分为 合金钢按合金元素的种类可分为 ……
合金元素在钢中的作用
非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、 N、B； 弱碳化物形成元素：Mn； 强碳化物形成元素：Cr、Mo、W、V、Ti、 Nb、Zr。
Mf
1
10
102
103
104
时间(s)
奥氏体等温转变图的特点： 1、过冷奥氏体在不同温度等温分解都有一个 孕育期。
2、在不同温度下等温具有不同的转变产物。
影响奥氏体等温转变图的因素 1、化学成分
（1）碳含量的影响
（2）合金元素的影响 2、奥氏体晶粒尺寸的影响 3、原始组织、加热温度和保温时间的影响 4、塑性变形的影响
连续析出与不连续析出的区别 （1）基体浓度变化，连续与不连续； （2）析出过程有无再结晶； （ 3 ）析出物分散于晶粒内，较均匀。析出物 集中在晶界逐步向晶内发展； （4）扩散性质，长程扩散，短程扩散； （5）析出物组织形态不同。
影响析出过程的因素：
溶质浓度的影响 微量元素的影响 固溶处理工艺的影响 固溶处理后时效处理前的冷加工变形 时效处理的温度与持续时间
第四章 钢中奥氏体的形成
钢在加热过程中，由加热前的组织转变为奥
氏体被称为钢的加热转变或奥氏体化过程。
奥氏体的结构
奥氏体是碳溶于 γ-Fe 所形成的固溶体。在合金钢中， 除了碳原子外，溶于γ-Fe中的还有合金元素原子。
奥氏体的组织
在一般的情况下奥氏体的组织是由多边形的等轴晶粒 所组成，在晶粒内部有时可以看到相变孪晶。 奥氏体的性能
影响钢脱碳的因素。 要在热处理时不发生氧化脱碳，可采取的措施
第三章 合金的时效
定义： 1. 固溶处理 2. 析出 3. 时效 4. 时效硬化 5. 时效合金
Al-Cu合金的析出过程为： α相（Al基过饱 和固溶体）、G.P.区、θ″相、θ′相、θ相（平 衡相CuAl2) 。 析出的类型：局部析出、连续析出、不连续 析出。
合金元素对加热转变的影响 合金元素对冷却转变的影响 合金碳钢 Wc < 0.25% 中碳钢 Wc = 0.25%—0.6% 高碳钢 Wc > 0.6%
固态相变的定义：
固体材料的组织、结构在温度、压力、成 分改变时所发生的转变统称为固态相变。
共析碳钢的等温和连续冷却转变图的比较
3、本质晶粒度：
影响奥氏体晶粒度的因素 1、加热温度和保温时间 2、加热速度 3、钢的含碳量的影响
4、脱氧剂及合金元素
第五章 过冷奥氏体转变动力学
平衡冷却
冷 却 条 件
等温冷却 非平衡冷却 恒速冷却 变速冷却
温度 ( ℃) 800 700 600 500
共析碳钢 TTT 曲线
稳定的奥氏体区 A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。