第四讲淬火与回火剖析
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（3）马氏体型转变—M martensite
△T极大，Fe、C原子不能扩散，C全部溶于α—Fe中，体积↑，产生应力。
硬度很高：62HRC—65HRC，耐磨性好。
二、过冷 A 连续冷却转变
1、连续冷却转变曲线
又称“C C T ”曲线
Continuous Cooling Transform
VK—临界冷却速度
550℃
V1→P 170—220HBS Ms V2→S 25HRC—35HRC
V3→T+M 45HRC—55HRC V4→M+A' 55HRC—65HRC
A1
P
S T
V1炉冷 V2空冷
V3油冷
V4 水冷
VK
2、马氏体的形态、性能 ②形态、性能：片状M ，WC≥1%，
①晶体结构：体心立方 HB高，δ、ak差。板条状M， →体心正方，体积增大。 WC≤0.6%,良好σ，较高ak,强韧性。
提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中的充分 溶解和均匀化，以获得较好的淬火效果
工艺因素
（1）工件尺寸大小和形状 ❖ 尺寸小的工件，淬火温度应适当降低 ； ❖ 对于形状复杂、容易变形或开裂的工件，应采用较低的
淬火温度。 （2）淬火介质和淬火方法 ❖ 水淬要比油淬时的淬火温度低10-20℃； ❖ 采用硝酸盐等温淬火或分级淬火时，由于热浴的冷却能
第四章 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 ➢定义
将钢加热到温临界点以上，保温后以大于临界冷却
速度，使奥度氏体转变为奥马氏体氏体的热处理工艺
G
碳在α—Fe中的过饱和固溶体，A称cc为m 马氏体。
Ac3
奥氏体+渗碳体
奥氏体+
铁素体
Ac1
P
S
铁素体+珠光体
珠光体+渗碳体
Q
C%
等温转变曲线
t
850—900
700
A1
P
B
Ms
M
τ
过冷 A 等温转变产物的组织与性能
（1）珠光体型转变——产物 P
面心立方：
由于冷却速度不等，得到的P 层片厚薄不同，三种：
①、A1—650℃，△T小，P 粒粗，
160HBS—250HBS “ P”表示。
②、650—600℃， △T 稍大，P 粒较细，
薄F与Fe3C，”S”表示，sarbite 索氏体， 25—35HRC。 ③、600—550℃，△T大，P 粒很细， 用 T 表示，troostite 托氏体；
硬度不足
淬火组织
含碳量≤0.5％ 含碳量﹥0.5％
马氏体
马氏体+少量的 残余奥氏体
45钢(含0.45%C)正常淬火组织
65MnV钢(0.65%C) 淬火组织
2） 共析钢 淬火温度 Ac1+30-50℃ 淬火组织 M+A’。
3）过共析钢的淬火
淬火温度 Ac1 + 30-50℃ 淬火后的组织
细马氏体+颗粒状渗碳体 +少量残余奥氏体
减少热应力作用
Ms
Mf
钢的理想淬火冷却速度 时间
2）在C曲线“鼻尖”处应尽快
温 度
A1
冷却，以保证过冷奥氏体不在
此处转变
3）避开“鼻尖”后，又应缓慢 冷却。因为此后发生马氏体转 变时将产生较大的相变应力
注：较大的相变应力和热应力 容易导致工件的变形和开裂
Ms Mf 钢的理想淬火冷却速度 时间
力较低，应适当提高淬火温度，以保证工件能被淬硬。 （3）加热设备 ❖ 采用箱式或井式电炉的加热温度可以比盐浴炉高10-20℃。
➢ 淬火加热时间的确定
影响
淬火加热时间长短
奥氏体均匀化 实际晶粒度大小
加热 时间
升温时间 保温时间
从工件装炉后上升到淬火温度所需时间
从达到淬火温度开始至完成奥氏体 均匀化所需的时间
分散分布的颗粒状渗碳体对 钢的硬度和耐磨性有利
T12钢（含1.2%C）正常淬火组织
过共析钢加热到Accm以上
奥氏体晶粒粗大
淬火后的马氏体也粗大
含碳量提高
残余奥氏体量增加
降低钢的硬度、耐磨性和韧性
增大变形和开裂的倾向
4）合金钢的淬火
大多数合金元素(Mn，P除外)有阻碍奥氏体晶粒长大 的作用，淬火温度在临界点以上50—100℃
➢ 淬火的目的
获得马氏体组织，提高 钢的性能。
➢淬火温度
钢的化学成分 工艺因素 选择淬火温度的原则
获得均匀细小的奥 氏体组织，以便淬火后 获得细小马氏体
钢的化学成分
1) 亚共析钢的淬火
淬火温度 Ac3+30～50℃
若加热温度过高
出现粗大马氏体组织
导致淬火钢严重变形
若加热温度过低
淬火组织中出现铁素体
生产中常用公式来确定保温时间
α 加热系数，与钢种及加热介质有关
τ=αKD K 装炉量有关的系数，K=1-1.5
D 工件有效厚度，一般指尺寸最小的部位
加热设备类型 盐浴炉
空气电阻炉
钢材品种
碳素结构钢 碳素工具钢与合金结构钢 合金工具钢 碳素钢 合金钢
经验公式，t（min）
t＝（0.2～0.4）D t＝（0.3～0.5）D t＝（0.5～0.7）D t＝（1～1.2）D t＝（1.2～1.5）D
4、炉温
❖ 提高炉温可以缩短加热时间。 5、装炉情况
❖ 工件放置的间隔大，则加热快而均匀；工件放置间隔 小甚至紧密放置，则相应的加热时间较长。
➢淬火介质
控制钢件冷却速度保证淬 火质量的重要媒介物质
温 度
A1
理想淬火介质的冷却速度
1）在650℃以上保证过冷奥氏
体不转变为珠光体型组织的前
提下，应尽量减慢冷却速度以
650
时间—温度—组织转变关系 600 曲线 ，简称“T T T ”线。 550
500
450
Time—Temperature—Transform
230
200
按温度划分三个区：
O
高温区：A1—550℃ → 珠光体型转变 P
中温区：550℃—Ms →贝氏体型转变B
低温区：Ms（230）以下 →马氏体型转变M
❖ 影响保温时间的因素：
1、钢的成分
❖ 在实际生产中高碳钢比低碳钢，合金钢比碳素钢，高 合金钢比低合金钢的保温时间要长一些。
2、工件尺寸及装炉量
❖ 工件尺寸越大，装炉量越多，则加热时间应越长。 3、加热设备
❖ 铅浴炉加热速度最快，盐浴炉次之，空气电阻炉最慢。 当其它条件相同时，三者的加热时间之比约为 1/3:1/2:1。
35HRC—48HRC。
（2）贝氏体型转变 -- B bainite
γ—Fe
727
650
600
P
550
350
B
Ms M+A'
M T+M+A'
A1
P
S T
百度文库B上
B下
体心立方 α—Fe
——奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体”。
分B上、B下，B上硬脆无使用价值，B下力学性能较好。——生产中常用。
△T极大，Fe、C原子不能扩散，C全部溶于α—Fe中，体积↑，产生应力。
硬度很高：62HRC—65HRC，耐磨性好。
二、过冷 A 连续冷却转变
1、连续冷却转变曲线
又称“C C T ”曲线
Continuous Cooling Transform
VK—临界冷却速度
550℃
V1→P 170—220HBS Ms V2→S 25HRC—35HRC
V3→T+M 45HRC—55HRC V4→M+A' 55HRC—65HRC
A1
P
S T
V1炉冷 V2空冷
V3油冷
V4 水冷
VK
2、马氏体的形态、性能 ②形态、性能：片状M ，WC≥1%，
①晶体结构：体心立方 HB高，δ、ak差。板条状M， →体心正方，体积增大。 WC≤0.6%,良好σ，较高ak,强韧性。
提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中的充分 溶解和均匀化，以获得较好的淬火效果
工艺因素
（1）工件尺寸大小和形状 ❖ 尺寸小的工件，淬火温度应适当降低 ； ❖ 对于形状复杂、容易变形或开裂的工件，应采用较低的
淬火温度。 （2）淬火介质和淬火方法 ❖ 水淬要比油淬时的淬火温度低10-20℃； ❖ 采用硝酸盐等温淬火或分级淬火时，由于热浴的冷却能
第四章 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 ➢定义
将钢加热到温临界点以上，保温后以大于临界冷却
速度，使奥度氏体转变为奥马氏体氏体的热处理工艺
G
碳在α—Fe中的过饱和固溶体，A称cc为m 马氏体。
Ac3
奥氏体+渗碳体
奥氏体+
铁素体
Ac1
P
S
铁素体+珠光体
珠光体+渗碳体
Q
C%
等温转变曲线
t
850—900
700
A1
P
B
Ms
M
τ
过冷 A 等温转变产物的组织与性能
（1）珠光体型转变——产物 P
面心立方：
由于冷却速度不等，得到的P 层片厚薄不同，三种：
①、A1—650℃，△T小，P 粒粗，
160HBS—250HBS “ P”表示。
②、650—600℃， △T 稍大，P 粒较细，
薄F与Fe3C，”S”表示，sarbite 索氏体， 25—35HRC。 ③、600—550℃，△T大，P 粒很细， 用 T 表示，troostite 托氏体；
硬度不足
淬火组织
含碳量≤0.5％ 含碳量﹥0.5％
马氏体
马氏体+少量的 残余奥氏体
45钢(含0.45%C)正常淬火组织
65MnV钢(0.65%C) 淬火组织
2） 共析钢 淬火温度 Ac1+30-50℃ 淬火组织 M+A’。
3）过共析钢的淬火
淬火温度 Ac1 + 30-50℃ 淬火后的组织
细马氏体+颗粒状渗碳体 +少量残余奥氏体
减少热应力作用
Ms
Mf
钢的理想淬火冷却速度 时间
2）在C曲线“鼻尖”处应尽快
温 度
A1
冷却，以保证过冷奥氏体不在
此处转变
3）避开“鼻尖”后，又应缓慢 冷却。因为此后发生马氏体转 变时将产生较大的相变应力
注：较大的相变应力和热应力 容易导致工件的变形和开裂
Ms Mf 钢的理想淬火冷却速度 时间
力较低，应适当提高淬火温度，以保证工件能被淬硬。 （3）加热设备 ❖ 采用箱式或井式电炉的加热温度可以比盐浴炉高10-20℃。
➢ 淬火加热时间的确定
影响
淬火加热时间长短
奥氏体均匀化 实际晶粒度大小
加热 时间
升温时间 保温时间
从工件装炉后上升到淬火温度所需时间
从达到淬火温度开始至完成奥氏体 均匀化所需的时间
分散分布的颗粒状渗碳体对 钢的硬度和耐磨性有利
T12钢（含1.2%C）正常淬火组织
过共析钢加热到Accm以上
奥氏体晶粒粗大
淬火后的马氏体也粗大
含碳量提高
残余奥氏体量增加
降低钢的硬度、耐磨性和韧性
增大变形和开裂的倾向
4）合金钢的淬火
大多数合金元素(Mn，P除外)有阻碍奥氏体晶粒长大 的作用，淬火温度在临界点以上50—100℃
➢ 淬火的目的
获得马氏体组织，提高 钢的性能。
➢淬火温度
钢的化学成分 工艺因素 选择淬火温度的原则
获得均匀细小的奥 氏体组织，以便淬火后 获得细小马氏体
钢的化学成分
1) 亚共析钢的淬火
淬火温度 Ac3+30～50℃
若加热温度过高
出现粗大马氏体组织
导致淬火钢严重变形
若加热温度过低
淬火组织中出现铁素体
生产中常用公式来确定保温时间
α 加热系数，与钢种及加热介质有关
τ=αKD K 装炉量有关的系数，K=1-1.5
D 工件有效厚度，一般指尺寸最小的部位
加热设备类型 盐浴炉
空气电阻炉
钢材品种
碳素结构钢 碳素工具钢与合金结构钢 合金工具钢 碳素钢 合金钢
经验公式，t（min）
t＝（0.2～0.4）D t＝（0.3～0.5）D t＝（0.5～0.7）D t＝（1～1.2）D t＝（1.2～1.5）D
4、炉温
❖ 提高炉温可以缩短加热时间。 5、装炉情况
❖ 工件放置的间隔大，则加热快而均匀；工件放置间隔 小甚至紧密放置，则相应的加热时间较长。
➢淬火介质
控制钢件冷却速度保证淬 火质量的重要媒介物质
温 度
A1
理想淬火介质的冷却速度
1）在650℃以上保证过冷奥氏
体不转变为珠光体型组织的前
提下，应尽量减慢冷却速度以
650
时间—温度—组织转变关系 600 曲线 ，简称“T T T ”线。 550
500
450
Time—Temperature—Transform
230
200
按温度划分三个区：
O
高温区：A1—550℃ → 珠光体型转变 P
中温区：550℃—Ms →贝氏体型转变B
低温区：Ms（230）以下 →马氏体型转变M
❖ 影响保温时间的因素：
1、钢的成分
❖ 在实际生产中高碳钢比低碳钢，合金钢比碳素钢，高 合金钢比低合金钢的保温时间要长一些。
2、工件尺寸及装炉量
❖ 工件尺寸越大，装炉量越多，则加热时间应越长。 3、加热设备
❖ 铅浴炉加热速度最快，盐浴炉次之，空气电阻炉最慢。 当其它条件相同时，三者的加热时间之比约为 1/3:1/2:1。
35HRC—48HRC。
（2）贝氏体型转变 -- B bainite
γ—Fe
727
650
600
P
550
350
B
Ms M+A'
M T+M+A'
A1
P
S T
百度文库B上
B下
体心立方 α—Fe
——奥氏体转变成过饱和铁素体和极细小的渗碳体的混合物，称 “贝氏体”。
分B上、B下，B上硬脆无使用价值，B下力学性能较好。——生产中常用。