第四章 钢的热处理
钢丝拉拔生产(第四章)-钢丝热处理
理论计算法，经验归纳法、实验法等。
4.2连续式索氏体化处理
（1）理论计算法
所得结果与实际情况误差很大，工厂生产所定的钢丝加热时间，多 不用理论计算方法。
（2）经验归纳法
钢丝加热时间主要与钢丝直径、钢丝加热温度、炉子的形式和炉温曲线等有关。 为此，按不同炉型和温度制度，分析总结归纳大量实际资料，建立一些经验公 式或图表，可用来估算所需的加热时间。
目的：
(1)消除热轧线材中组织缺陷、非平衡组织和粗大晶粒，使机械性
能均匀。
(2)消除由于拉拔过程所引起的硬化和脆性，提高其塑性和韧性，
以利于加工过程继续进行。
(3)保证成品钢丝获得所需要的机械性能和金相组织。
分类：球化退火、再结晶退火、低温退火等。
4.1钢丝热处理的目的和种类
（1）球化退火 钢丝加热到一定的温度(通常取Acl与Ac3或Acm之间的温度)，保温一段时间后，再以不大
例如：对盘条进行退火或正火处理。
4.1钢丝热处理的目的和种类
二、钢丝热处理的种类
1、正火处理 2、等温淬火处理 3、退火处理 4、回火处理
5、调质处理
4.1钢丝热处理的目的和种类
1、正火处理 定义：将钢丝或线材加热到Ac3（亚共析钢）或
Acm（过共析钢）以上一定的温度，保温一段时间， 随后在空气中进行冷却，以获得珠光体组织的热处 理方式，称为正火处理。 用途：正火处理往往作为碳素钢丝的中间处理过程， 而不作为钢丝拉制的成品处理。 主要目的：软化钢丝。
（大于加热钢丝的破断拉力），使钢丝发生断裂。遇到这种情况应减慢 热处理速度，并适当降低炉温，以防止钢丝过热。
4.2连续式索氏体化处理
经验公式一：
按上式计算表明，钢丝直径愈大，钢丝热处理速度则愈小。但该式所得
附录-1综合练习答案-河北轨道运输职业技术学院函授教育
河北轨道运输职业技术学院函授教育课程作业年级：层次：专业名称：课程名称：作业序号：学号：姓名：第四章钢的热处理一、填空题1．热处理工艺过程由、和三个阶段组成。
2．整体热处理分为、、和等。
3．共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、以及。
4．贝氏体分为和两种。
5．常用的退火方法有：、和等。
6．根据淬火介质不同，淬火方法有：淬火、淬火、淬火和淬火等。
7．常用的淬火冷却介质有、等。
8．按回火温度范围可将回火分为回火、回火和回火三种。
9．化学热处理是由、和三个基本过程组成。
10．化学热处理包括、和等。
11．目前常用的渗氮方法主要有渗氮和渗氮两种。
二、单项选择题1．过冷奥氏体是温度下存在，尚未转变的奥氏体。
A．Ms； B. M f； C. A1。
2．为了改善高碳钢（W C＞0.6%）的切削加工性能，一般选择作为预备热处理。
A．正火； B. 淬火； C.退火；D．回火。
3．过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢的淬火加热温度则应选择在。
A. Ac1+30℃～50℃；B．Ac cm以上；C．Ac3+30℃～50℃。
4．调质处理就是的热处理。
A．淬火+低温回火；B．淬火+中温回火；C．淬火+高温回火。
5．化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。
A．加热温度；B．组织变化；C．改变表面化学成分。
6．零件渗碳后，一般需经处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性目的。
A．淬火+低温回火；B．正火；C．调质。
三、判断题1．高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。
( )2．淬火后的钢，随回火温度的提高，其强度和硬度也提高。
( )3．钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。
( ) 4．钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。
( )四、简答题1．指出Ac1、Ac3、Ac cm；Ar1、Ar3、Ar cm及A1、A3、A cm之间的关系。
2．控制奥氏体晶粒长大的措施有哪些？3．简述共析钢过冷奥氏体在A1～M f温度之间，不同温度等温时的转变产物及基本性能。
金属材料和热处理基本概念及基础知识-热处理工艺
淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布曲 线和端淬硬度分布曲线等表示。由于钢中化学成分的 波动，表示钢淬透性硬度曲线有一个波动范围，被称 为淬透性带。 钢材的淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。 淬火硬度高的不一定淬透性好，而硬度低的钢材也可 能具有高的淬透性。 一般机械制造行业大多以心部获得50％ 马氏体为 淬火临界直径标准，对于重要机加及军工行业则以心 部获得90 ％马氏体作为临界直径标准，以保证零件整 个截面都获得较高力学性能。
2.加热与保温时间
五、钢的回火与回火工艺
将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷 却到室温的热处理工艺称回火。
1、回火的目的
• ⑴ 降低淬火钢的脆性，消除或减少淬火钢的内应力。 • ⑵ 提高钢的塑性和韧性，获得所要求的性能。
• ⑶ 稳定工件尺寸，降低硬度，便于切削加工。
第四节 钢的表面淬火
将钢加热到临界点以上（某些退火也可在临界点以下） 保温一定时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的 热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。
• 1、退火的目的 • 1）降低钢件硬度，便于切削加工。 • 2）消除工件内应力，稳定尺寸。
• 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。 • 4）为最终热处理做好组织准备。
一、钢的渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态下，于富碳介质 中长时间加热，使碳原子渗入表层，增加钢件表层的 含碳量，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，达 到提高强度、耐磨性及疲劳强度的目的。 渗碳一般用含碳0.1～0.25%的低碳钢。 渗碳—淬火+低温回火
1、渗碳方法
⑴ 气体渗碳（煤油、苯、甲醇+丙酮） 渗碳介质的分解—吸收—扩散三个基本过程。 主要应控制好加热温度（930 º C）和保温时间。 温度越高，渗速越大，扩散层越厚，但晶粒越大，使 钢变脆。保温时间取决于渗层厚度，但时间越长，扩 散速度减慢。钢件渗碳几小时到几十小时，可得到 0.5~2mm的渗碳层深度。 ⑵ 固体渗碳 ⑶ 液体渗碳
钢的热处理复习与思考及答案
第四章 钢的热处理?复习与思考一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。
2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。
3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。
4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。
5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。
6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7.淬火 钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体 组织的热处理工艺。
8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。
9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。
10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。
11.渗氮在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。
二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。
2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。
3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。
4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。
5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。
6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。
7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火 和 贝氏体等温 淬火等。
材料学习题第6章-钢的热处理
第四章钢的热处理一、名词概念解释1、再结晶、重结晶2、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体4、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体5、临界冷却速度6、退火、正火、淬火、回火7、调质处理8、淬透性、淬硬性二、思考题1、何谓热处理? 热处理有哪些基本类型? 举例说明热处理与你所学专业有何联系?2、加热时, 共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程? 而亚共析钢和过共析钢奥氏体形成有什么主要特点?3、奥氏体形成速度受哪些因素影响?4、如何控制奥氏体晶粒大小?5、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?6、何谓淬火临界冷却速度VK ? VK的大小受什么因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?7、试述退火、正火、淬火、回火的目的, 熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。
8、正火与退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火及退火?9、常用的淬火方法有哪几种? 说明它们的主要特点及应用范围。
10、常用的淬火冷却介质有哪些? 说明其冷却特性、优缺点及应用范围。
11、为什么工件经淬火后往往会产生变形, 有的甚至开裂? 减少变形及防止开裂有哪些途径?12、常用的回火操作有哪几种? 指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P A的转变过程伴随着铁原子的＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3、加热时, 奥氏体的形成速度主要受到＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的影响。
4、在钢的奥氏体化过程中, 钢的含碳量越高, 奥氏体化的速度越＿＿＿＿＿, 钢中含有合金元素时, 奥氏体化的温度要＿＿＿＿＿一些, 时间要＿＿＿＿＿一些。
5、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
金属工艺学电子教学教案——第四章 钢的热处理02(高教版 王英杰主编)
第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。
2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。
教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。
♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。
♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。
马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。
马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。
一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。
(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。
3以上30℃～50℃。
共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。
3．淬火方法(1)单液淬火。
♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。
例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。
单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。
(2)双液淬火。
♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。
例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。
双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。
(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。
马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理包括三个基本过程：分解、吸收和扩散。
分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应，通常包括分解反应、置换反应和还原反应。
化学反应速度除取决于反应物的本性外，还与温度、压力、浓度、催化剂有关。
一般增加浓度和升高温度，能增加反应速度。
添加催化剂可以使反应速度剧增。
吸收是指一切固体都能或多或少地把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上来。
粗糙的表面比平滑的表面吸附作用强，晶界比晶内吸附作用强。
扩散是指活性原子从工件表层向内部的扩散，这是化学热处理过程中的重要环节。
扩散速度与温度和浓度梯度有关，通常温度越高，扩散越快。
以上三个过程是相互联系、相互影响的，必须同时进行，以保证化学热处理的顺利进行。
1/ 1。
钢的热处理
均匀化退火 Ac3
Ac1
完全退火 球化退火 去应力 再结晶退火 正火 退火
时间
正火的应用
① 作为低、中碳结构钢 的预备热处理，可获 得合适硬度，改善切 削加工性能，为淬火 作组织准备
温 度
② 消除过共析钢中的网 状二次渗碳体，为球 化退火作组织准备
③ 作为普通结构零件的 最终热处理
均匀化退火 Ac3
三.钢在冷却时的转变
1. 过冷奥氏体的转变产物 过冷奥氏体：处于临界点A1以下的奥氏体
不稳定组织
随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变
珠光体转变 过冷奥氏体 贝氏体转变 马氏体转变
2.过冷奥氏体转变图
等温冷却 冷却 连续冷却 将钢迅速冷却至临界点A1以下的某 一温度，使奥氏体在该温度下转变 将钢以某种速度不停顿地冷却，使 奥氏体在连续降温过程中转变
新平科培训
钢的热处理
学习内容
热处理的原理
钢 的 热 处 理
钢的加热和冷却
钢的热处理
第一节 概
一。热处理的目的
述
通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善 其工艺性能和使用性能。充分挖掘钢材的潜力，延长零 件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源。
二。热处理的原理
钢中组织转变的规律是热处理的理论基础，称为 “热处理原理” 。
固溶体 合金的构造 化合物
间隙固溶体 置换固溶体
金属化合物
金属与非金属化合物
机械混合物
固溶体是在固态下，以一种 金属元素的晶格为溶剂，其 他元素的原子为溶质，在一 定条件下，溶质原子溶入溶 剂晶格中，构成的均匀固体。 分为间隙固溶体和臵换固溶 体。譬如铁素体
化合物：是构成合金 的元素相互化合而生 成的新物质。譬如渗 碳体
材料力学第四章钢的热处理
本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所
对应的组织。
本章练习1
5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77％的钢片加热至727℃以上，分别以不同 方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。 试问图中①、②、③、④点各是什么组织?定性地比较②、④点组织的 硬度大小。
a)A1～650℃：P，5～25HRC，片间距为0.6～0.7μm，( 500× )。 b)650℃ ～600℃：细片状P---索氏体(S)，片间距为0.2～0.4μm，25～36HRC。 c)600℃ ～550℃：极细片状P---托氏体(T)，片间距为＜0.2μm，35～40HRC。
a)
b)
c)
第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550℃～Ms，根据其组织形态不同，分为：
铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150~200℃)，保温时间长(10h以上) 去应力退火
用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 ～ 200 ℃)，经一段时间保温后随炉
除Co、Al (＞2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间
加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。
第四章 钢的热处理及表面强化技术讲解
2．化学镀镍磷
化学镀是指在无外加电流条件下，利用化学方法在金属表面沉积其他金 属或合金的工艺方法。化学镀镍磷合金可提高工件表面的硬度、抗粘着性、 减摩性，从而提高其耐磨性。
2 气相沉积TiN和TiC
气相沉积是指在一定成分的气体中加热至一定温 度，通过化学或物理作用在钢件表面沉积其他金属或 金属化合物的工艺方法。在钢件表面沉积TiN、TiC等 超硬金属化合物，能大大提高其表面的硬度、耐磨性、 耐蚀性和高温抗氧化性。
表 面 热处理
钢加热时的组织转变
钢的预备热处理——退火与正火
钢的最终热处理（一）——淬火与回火 钢的最终热处理（二）——表面热处理 钢的表面强化技术
本 章 要 点
钢的热处理是指将钢在固态下进行 加热、保温和冷却，以获得所需的组织 和性能的工艺方法。通过适当的热处理， 能显著提高钢的力学性能，以满足零件 的使用要求和延长零件的使用寿命；能 改善钢的加工工艺性能（如切削加工性 能、冲压性能等），以提高生产率和加 工质量；还能消除钢在加工（如铸造、 焊接、切削、冷变形等）过程中产生的 残余内应力，以稳定零件的形状和尺寸。
淬火加热后组织 钢种
亚共析钢 Wc≤0.5%
亚共析钢 Wc＞0.5%
淬火温度(℃) Ac3+30～50
Ac3+30～50 Ac1+30～50 Ac1+30～50
残
最终组织 M
M + A残 M + A残 M+Fe3C+A
共析钢 过共析钢
单液淬火 将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。 优点：操作简单，容易实现自动化 缺点：易产生淬火缺陷， 水中淬火易产生变形和 裂纹，油中淬火易产生硬度不足或硬度不均匀等 现象。 应用：碳钢一般用水作冷却介质，合金钢可用油 作冷却介质。
钢的热处理ppt课件
滚动轴承
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3.1 概述
3.1.1 热处理的概念
为什么热处理后材料性能会改变？
热处理后材料内部的微观结构（组织）发生变化，使材料性能 改变。
问题1：
加热、冷却时材料内部的微观结构如何变化（热处理原理）？
问题2：
热处理工艺有哪些？工程实际中有何应用？
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3.1 概述
3.1.1 热处理的概念
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
11
第3章 钢的热处理
3.适用范围 3.1.3 热处理分类 3.1.4 临界温度与实际转变温度
3.2 钢在加热时的组织转变 3.3 钢在冷却时的组织转变 3.4 钢的基本热处理工艺 3.5 钢的表面热处理 3.6 钢的其它热处理
钢加热时的实际转变温度分别用 Ac1、Ac3、Accm表示。
冷却时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
因加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册中的数 据是以30-50℃/h的速度加热或冷却时测得的。
18
第3章 钢的热处理
3.1 概述 3.2 钢在加热时的组织转变
目录
第0章：绪论 第1章：工程材料的结构与性能 第2章：金属材料的结晶与二元相图 第3章：钢的热处理 第4章：工程材料 第5章：金属的液态成形 第6章：金属的塑性成形 第7章：金属的焊接成形 第8章：非金属材料成形 第9章：新材料及其新工艺 第10章：机械零件材料及成形工艺的选用
1
第3章 钢的热处理
改善钢的性能，主要有 两条途径： 一是合金化，这是 第4章研究的内容。 二是热处理，这是 本章要研究的内 容。
供应窄带钢行业热处理设备
2
第3章 钢的热处理
金属工艺学电子教学教案——第四章钢的热处理03(高教版王英杰主编).doc
第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。
2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。
教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。
其中表面淬火是最常用的表面热处理。
♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。
其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。
依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。
(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。
1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。
2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。
奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。
工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。
(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。
(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。
3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。
生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。
根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。
感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。
感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。
第4章 钢的化学热处理
第4章钢的化学热处理化学热处理是将工件在特定的介质中加热、保温，使介质中的某些元素渗入工件表层，以改变其表层化学成分和组织，获得与心部不同性能的热处理工艺。
工业技术的发展，对机械零件提出了各式各样的要求。
例如，发动机上的齿轮和轴，不仅要求齿面和轴颈的表面硬而耐磨，还必须能够传递很大的转矩和承受相当大的冲击负荷；在高温燃气下工作的涡轮叶片，不仅要求表面能抵抗高温氧化和热腐蚀，还必须有足够的高温强度等。
这类零件对表面和心部性能要求不同，采用同一种材料并经过同一种热处理是难以达到要求的。
而通过改变表面化学成分和随后的热处理，就可以在同一种材料的工件上使表面和心部获得不同的性能，以满足上述的要求。
化学热处理与一般热处理的区别在于：前者有表面化学成分的改变，而后者没有表面化学成分的变化。
化学热处理后渗层与金属基体之间无明显的分界面，由表面向内部其成分、组织与性能是连续过渡的。
4.1 化学热处理的分类与基本过程一、化学热处理的分类由表4-1可见，依据所渗入元素的不同，可将化学热处理分为渗碳、渗氮、渗硼、渗铝等。
如果同时渗入两种以上的元素，则称之为共渗，如碳氮共渗、铬铝硅共渗等。
渗入钢中的元素，可以溶人铁中形成固溶体，也可以与铁形成化合物。
表4-1 按渗入元素分类的化学热处理根据渗入元素对钢表面性能的作用，又可分为提高渗层硬度及耐磨性的化学热处理（如渗碳、渗氮、渗硼、渗钒、渗铬），改善零件间抗咬合性及提高抗擦伤性的化学热处理（如渗硫、渗氮），使零件表面具有抗氧化、耐高温性能的化学热处理（如渗硅、渗铬、渗铝）等。
表4-2列出了常用化学热处理的特征。
二、化学热处理的基本过程化学热处理过程分为分解、吸收和扩散三个基本过程。
分解是指零件周围介质中的渗剂分子发生分解，形成渗入元素的活性原子。
例如热处理工艺及设备CH42H2＋[C]，2NH33H2＋2[N]，其中[C]和[N]分别为活性碳原子和活性氮原子。
所谓活性原子是指初生的、原子态（即未结合成分子）的原子，只有这种原子才能溶人金属中。
钢的热处理
第四章钢的热处理一、判断题1. 实际加热时的临界点总是低于像图上的临界点。
( ×)2. 珠光体向奥氏体转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的。
( √)3. 渗透性好的钢,淬火后温度一定高。
( ×)4. 淬火后的钢,回火时随温度的变化组织会发生不同的转变。
( √)5. 下贝氏体是热处理后一种比较理想的组织。
( √)6. 马氏体组织是一种非稳定的组织。
( ×)7. A1线以下仍未转变的奥氏体称为残余奥氏体。
( ×)8. 珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体混合物所以他们的力学性能相同。
( √)9. 贝氏体具有较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。
( √)10. 钢的晶粒因过热而粗化时,就有变脆倾向。
( √)11. 索氏体和回火索氏体的性能没有多大的区别。
( ×)12. 完全退火不适用于高碳钢。
( √)13. 在去应力退火过程中,刚的组织不发生变化。
( √)14、钢的最高淬火硬度,只要取决于钢中奥氏体的含碳量。
( √)15、淬火后的钢其回火温度越高,回火后的强度和硬度也越高。
( ×)16、钢回火的加热温度在Ac1以下,因此在回火过程中无组织变化。
( √)17、感应加热表面淬火,淬硬层深度取决于电流频率;频率越低,淬硬层越浅;反之频率越高,硬层越深。
( ×)18、钢渗氮后,无需淬火既有很高的硬度及耐磨性。
( √)19、高速钢的热硬性可达600℃,常用于制造切削速度较高的刀具,且在切削时能长期保持刀口锋利,故又称锋钢。
( √)20、白口铸铁中的碳绝人多数足以渗碳体的形式存在,所以其具有高硬度、抗磨性和低脆性。
( √)21、在切削加工前先排预先热处理,一般说来低碳钢采用正火,而高碳钢及合金钢正火硬度太高,必须采用退火。
( √)22、一般清况下碳钢淬火用油,合金钢淬火用水。
( ×)23、双介质淬火就是将钢奥氏体化历,先浸入一种冷却能力弱的介质,在钢件还未达到该淬火介质温度之前即取出,马上浸入另一种冷却能力强的介质中冷却。
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• • • • 概述 钢的普通热处理工艺 钢的表面热处理工艺 机械制造过程中的热处理
第一节 概述
• 1、热处理: 是指将金属材料(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.
为简明表示热处理 的基本工艺过程， 通常用温度—时间 坐标绘出热处理工
（2）球化退火
①、工艺规范：加热温度 ：Ac1+10~30℃
②、保温时间：以充分使二次渗碳体球化为原则。 ③、冷却方式：经过保温后采用空气中冷却。 使用于共析钢和过共析钢。 ④、球化原因 ：使钢中的网状二次渗碳体和珠光体中的片 状渗碳体球化，降低材料硬度，改善切削加工性，为最终 热处理做准备。 球化退火 保温时间较长，以保证二次渗碳体球化。为了获 得较好的球化效果，对于含碳量高、网状渗碳体严重的钢， 应在退火前用正火消除网状渗碳体。
2.常用的淬火冷却介质
最大冷却速度时
平均冷却速度/(℃•s-1) 300～ 200 ℃ 450 410 185 1000 775 65
所在温 冷却速度 650～ 度/ ℃ /( ℃ • s-1) 550 ℃ 340 775 135 20℃静止水 285 545 110 40℃静止水 220 275 80 60℃静止水 10%NaCl 溶液 580 2000 1900 10%NaOH 溶液 560 2830 2750 430 230 60 20℃10号机 油 430 230 70 80℃10号机
名
称
55
三、淬火方法 • 采用不同的淬火方法
1—单液淬火法 2—双液淬火法 3—分级淬火法 4—等温淬火法
可弥补介质的不足。
• 1、单液淬火法
• 加热工件在一种介质
中连续冷却到室温的 淬火方法。 • 操作简单，易实现自 动化。
各种淬火方法示意图
• 2、双液淬火法 • 工件先在一种冷却能力
强的介质中冷，却躲过
艺处理后钢材的硬度最高，那种工艺处理后硬度最低？
7．确定碳钢淬火加热温度的基本依据是 -A C曲线 B Fe－Fe3C相图 C 钢的Ms 线 D CCT曲线 判断正误 1.过共析钢完全退火后能消除网状渗碳体。 2. 完全退火主要应用于过共析钢。 3.去应力退火的温度一般在500℃~650℃,因此退火过 程是没有相变的。 4．去应力退火可以细化钢的晶粒。
淬火工艺的选择对淬火工件的质量影响较大，如果选择不当， 容易使淬火件力学性能不足或产生过热，马氏体晶粒粗大和 变形开裂等缺陷，严重的会造成零件报废。因此，对淬火工 艺提出更为严格的要求
一、淬火温度和加热时间 • 碳钢
• ⑴ 亚共析钢
淬火温度为 Ac3+30~50℃。 淬火后的组织为均 匀细小的马氏体。
T10钢球化退火组织 ( 化染 )
500
（3）扩散退火
①、工艺规范：
加热温度： Ac3+150~200℃ 以上（1050~1150 ℃ ）， 长时间保温（10~15h）后随炉冷却。 主要使用合金钢大型铸、锻件。目的是为了消除其化学 成分的偏析和组织的不均匀性。
缺点：扩散退火容易使钢的晶粒粗大，影响力学性能，
• 加热温度小于 Ac3。淬火组
织为马氏体和铁素体，强度、 硬度低。 35钢(含0.35%C)亚温淬火组织
• 加热温度大于 Ac3。
将导致马氏体晶粒
粗大并引起工件变 形。
• ⑶ 过共析钢
• 淬火温度: Ac1+30~50℃. • 淬火组织: M+Fe3C颗粒+A’。
T12钢（含1.2%C）正常淬火组织
3.调整性能 淬火后得到的马氏体在含碳量较高时， 材料的硬度高，脆性大，通过回火处理，控制回 火的温度和时间，达到需要的强度、塑性和韧性。
未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置 使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行 回火
温度高于Accm，则奥氏 体晶粒粗大、含碳量 高,淬火后马氏体晶 粒粗大、A’量增多。 使钢硬度、耐磨性下 降，脆性、变形开裂 倾向增加。
• 2、合金钢
• 由于多数合金元素 (Mn 、 P 除外 ) 对奥氏体晶粒长 大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 • ⑴ 亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50~100℃。 • ⑵ 共析钢、过共析钢淬火温度为 Ac1+50~100℃。
连续冷却转 变曲线 完全退火
等温转 变曲线
进行马氏体转变，但
冷却速度过快又不可 避免地造成很大内应 力，使工件产生变形 和开裂。
200
100
水淬
Vk’Vk
M+A’ M+T+A’ S P
共析钢的CCT图
时间/s
• 理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms 附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小 内应力的目的。但目前 还没有找到理想的淬火
因此，一般扩散退火后仍需进行完全退火或正火，以细 化扩散退火中因高温和长时间的保温所产生的粗大组织。
（3）、去应力退火
①、工艺规范：加热温度：Ar1以下，通常为Ar1以下，一 般为 500 ℃ ～650℃，充分保温后缓慢冷却至200℃出炉空冷。 去应力退火 加热温度低，在退火过程中无组织 变化。目的是为了消除毛坯 和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在 切削加工和使用过程中的变形和开裂倾向。 ②、保温时间：一般保温时间都较短 ③、冷却方式：随炉缓冷至200℃左右出炉。
4.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后 采用的冷却方式是（ ）。 A．随炉冷却；B．在油中冷却 ； C．在空气中冷却 D．在水中冷却
5．亚共析钢加热到AC1～AC3之间某温度，水冷后组 织为 . A 马氏体+珠光体；B 马氏体+铁素体；C 马氏体+残余 奥氏体；D 铁素体+渗碳体 6．常用淬火冷却介质有 、 、 、和 。 7．常用淬火方法有 淬火、 淬火、 淬 火和 淬火。 8. 含碳量为0.4%的碳钢分别经过退火、正火和淬火后，那种工
• 将工件在稍高于 Ms 的盐 浴或碱浴中保温足够长时 间，从而获得下贝氏体组 织的淬火方法。
• 经等温淬火零件具有良好
的综合力学性能，淬火应
力小.
• 适用于形状复杂及要求较 高的小型件。
1.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间， 然后采用的冷却方式是（ ）。 A．随炉冷却 B．在风中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却 2.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷 却方式是（ ）。 A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却 3.完全退火主要用于（ ）。 A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．所有钢种
表 面 热处理 化 学 热处理
火焰加 热淬火
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
一.钢的退火(Annealing of steel)
一)定义: 把钢加温到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却后 （通常随炉冷却），获得接近于平衡组织的热处理工艺． 二)目的: 消除应力;降低硬度;细化晶粒;均匀成分;为最终热处 理 作好组织准备。
二)回火的目的:
1.消除内应力 钢在淬火后，存在较大的内应力，加上淬火马 氏体性能较脆时，容易出现开裂，有的零件淬火当时未裂， 在大的内应力作用下，放置或稍有受力就开裂。利用回火可 以消除或减小内应力，达到防止以后变形开裂。
2.稳定组织和尺寸 淬火后的组织为马氏体加残余奥氏体，它 们都是不稳定组织，使用过程中温度发生变化，它们都会发 生转变，会带来零件的尺寸和性能的变化。利用回火让可能 的变化的热处理时发生，得到的亚稳组织在使用过程中不再 发生变化，达到稳定零件的组织性能和尺寸。
二、 正火
把零件加温到Ac3（亚共析钢）或Accm以上30～50℃,保温一段 时间，然后在空气中冷却。 目的： （1）对普通碳、低合金钢和力学性能要求不高的结构件，可 作为最终热处理。 （2）对低碳素钢用来调整硬度，避免切削加工中“粘刀” 现象，改善切削性能 （3）对共析钢、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为球化 退火作好组织准备。
钢坯加热
五)淬火加热时间 ( τ ) 的选择:
τ = α K D
工件有效厚度 (尺寸最小部位)
装炉量有关系数 一般 K = 1～1.5
加热系数,与钢种 及加热介质有关
二、淬火介质
• 冷却是决定钢的淬火
质量的关键。根据 Vk CCT曲线可知，冷却 速度必须大于临界冷 却速度才能获得全部
正火
油淬 共析温度
鼻尖后，再在另一种冷
却能力较弱的介质中发
生马氏体转变的方法。 如水淬油冷，油淬空冷. • 优点是冷却理想，缺点 是不易掌握。用于形状 复杂的碳钢件及大型合金钢件。
• 3、分级淬火法
• 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后 再取出缓冷。
可减少内应力，用于小尺 寸工件。
盐浴炉
• 4、等温淬火法
介质。
常用淬火介质是水和油.
水的冷却能力强，但低
温却能力太大，只使用 于形状简单的碳钢件。
Ms Mf
理想淬火曲线示意图
• 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太
小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 • 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间, 用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 • 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.
5．钢的含碳量愈高，淬火加热温度愈高。
简答题 1．在C曲线上画出常用的几种淬火方法，并说明单液 淬火方法的优缺点。
四.钢的回火 ( Tempering of steel )
为什么钢要进行回火？ 钢在淬火后一般很少直接使用，因为淬火后的组 织马氏体和残余奥氏体，马氏体虽然强度、硬度高， 但塑性差，脆性大，在交变载荷和冲击载荷作用下 极易断裂；此外，淬火后组织是不稳定的，在室温 下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。 因此，淬火后的零件必须进行回火才能使用。 回火的定义 一)定义: 把淬火后的零件重新加热到低于Ac1的某个 温度,保温一段时间,然后冷却到窒温的热处理工艺。