第四章 钢的热处理
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保温的时间与工件的尺寸和性能有关； • 3. 以预定的冷却速度冷却（冷却速度）。冷
却速度取决于所需的组织和性能。
h
4
热处理的应用
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛 应用。在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。 至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。
什么A容易
奥氏体化也是形核和长大的过程，在分晶为界四形步。现以
共析钢为例说明：
核？
h
13
第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形 核。
第二步：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩 散向 和Fe3C方向长大。
第三步：残余Fe3C溶解：铁素体在成分、结构上 比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失， 而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失
得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
h
10
一、钢的奥氏体化
大多数热处理工艺需要将钢 加热到临界温度以上才能进行， 所以加热转变主要就是奥氏体化 的过程。
铁碳相图中PSK、GS、ES线 分别用A1、A3、Acm表示。由于实 际加热或冷却时存在过冷或过热 现象，因此，将钢加热时的实际 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。
h
11
过热与过冷 在实际加热和冷却时，存在过热和过冷现象，如图所示。
① 过热：加热时高于合金相图临界温度才发生相变的现象。
② 如过图冷所：示冷A却C时1 、低A于C3、合A金Cm相为图加临热界时温钢度的才临发界生温相度变；的现象。
如图所示AΥ1 、AΥ2、AΥcm为冷却时钢的临界温度。
h
12
（1）奥氏体的形成的基本过程 思考：为
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
Q
0
0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
h
2
第四章 钢的热处理
将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部 组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
h
3
三个要素：
• 1. 加热到预定的温度（最高加热温度） • 2. 在预定的温度下适当保温（保温时间），
h
8
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理
h
9
1.3.1 钢在加热时的为组什织么转热处变理能够
使钢的性能发生变 加热是热处理的第一道工序。在化临？界点以上加热，目的是获
1.3.2 钢在冷却时的转变
一。过冷奥氏体 处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，
迟早要发生转变。
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式示意图 1— 过冷奥氏体的等温转 变图是表示奥氏体急速 冷却到临界点A1 以下在 各不同温度下的保温过 程中转变量与转变时间 的关系曲线。又称C 曲 线或TTT曲线。
铸造
h
轧制
7
热处理与的分类
• （1）按热处理在零件整个生产过程的位置和作
用不同，可将热处理工艺分为预备热处理和最终热 处理。 • ① 预备热处理：为随后的加工和进一步热处理做准 备。 • ② 最终热处理：赋予工件所需使用性能的热处理。
（2）根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不
同，将热处理工艺分类。
（5）原始组织 片状，片间距小→相界面多→碳弥散度大→碳原子
扩散距离短→奥氏体形核长大快 >粒状
h
17
• 2）奥氏体晶粒大小的控制 • ⑴ 加热温度和保温时间：
加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 • ⑵ 加热速度：
加热速度越快，过热度越大，形核率越高， 晶粒越细。
h
18
⑶ 合金元素： 阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、 Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成元素。 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。
复习旧课：典型成分铁碳合金的结晶过程及
其在室温下的组织
• 本节重点：1、热处理的基本概念 2、钢在加热时的组织转变
h
1
1538
A
1227
D
L
温度/℃→
A
912
G
F+A
P
S
L+A
E
1148 L+Fe3CІ
F
C
Fe3CⅡ+A
Ld
Ld+Fe3CⅡ+A
Ld+Fe3CІ
727
K
F F+P P
Fe3CⅡ+P
Ld’
总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使 用。
h
5
热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的目的。
热处理的过程：任何一种热处理都要经过加热，保温，冷却三 个过程，因此，最高加热温度，保温时间，冷却速度就成为热 处理工艺的三大要素。
h
6
热处理与其它加工工艺的区别： 不改变工件的形状，只改变工件的组织。
1）影响奥氏体形成的因素
（1）加热温度 T↑→A化↑ (D↑→浓度梯度大） （2）含碳量 C%↑→界面多→核心多 →转变快
h
16
（3）加热速度
V↑→转变开始温度↑，转变时间↓
（4）合金元素 a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素， ↓奥氏体形成速度 b. C0、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不大
⑷ 原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力 学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶 粒是热处理的关键问题之一。
h
19
复习旧课：热处理的基本概念、钢 在加热时的组织转变
本节要点：1、钢在冷却时的组织转变 2、常见的四种热处理方式
h
20
第四步：奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部 位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分 趋于均匀。
h
14
• 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。 但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体 组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。
h
15
2. 奥氏体晶粒的长大及其控制
h
22
• A1-Ms 间及转 变开始线以左 的区域为过冷 奥氏体区。
• 转变终了线以 右及Mf以下为 转变产物区。
• 两线之间及Ms 与Mf之间为转 变区。
温 度
A1
A
过 A→P
P
冷
A
转变终了线
B
A→B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
h
23
• 2、C 曲线的分析
却速度取决于所需的组织和性能。
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热处理的应用
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛 应用。在机床制造中约60-70%的零件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热处理的零件达70-80%。 至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。
什么A容易
奥氏体化也是形核和长大的过程，在分晶为界四形步。现以
共析钢为例说明：
核？
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第一步：奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形 核。
第二步：奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩 散向 和Fe3C方向长大。
第三步：残余Fe3C溶解：铁素体在成分、结构上 比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失， 而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失
得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
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一、钢的奥氏体化
大多数热处理工艺需要将钢 加热到临界温度以上才能进行， 所以加热转变主要就是奥氏体化 的过程。
铁碳相图中PSK、GS、ES线 分别用A1、A3、Acm表示。由于实 际加热或冷却时存在过冷或过热 现象，因此，将钢加热时的实际 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。
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过热与过冷 在实际加热和冷却时，存在过热和过冷现象，如图所示。
① 过热：加热时高于合金相图临界温度才发生相变的现象。
② 如过图冷所：示冷A却C时1 、低A于C3、合A金Cm相为图加临热界时温钢度的才临发界生温相度变；的现象。
如图所示AΥ1 、AΥ2、AΥcm为冷却时钢的临界温度。
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（1）奥氏体的形成的基本过程 思考：为
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
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0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
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第四章 钢的热处理
将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部 组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
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三个要素：
• 1. 加热到预定的温度（最高加热温度） • 2. 在预定的温度下适当保温（保温时间），
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退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理
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1.3.1 钢在加热时的为组什织么转热处变理能够
使钢的性能发生变 加热是热处理的第一道工序。在化临？界点以上加热，目的是获
1.3.2 钢在冷却时的转变
一。过冷奥氏体 处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥氏体是非稳定组织，
迟早要发生转变。
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式示意图 1— 过冷奥氏体的等温转 变图是表示奥氏体急速 冷却到临界点A1 以下在 各不同温度下的保温过 程中转变量与转变时间 的关系曲线。又称C 曲 线或TTT曲线。
铸造
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轧制
7
热处理与的分类
• （1）按热处理在零件整个生产过程的位置和作
用不同，可将热处理工艺分为预备热处理和最终热 处理。 • ① 预备热处理：为随后的加工和进一步热处理做准 备。 • ② 最终热处理：赋予工件所需使用性能的热处理。
（2）根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不
同，将热处理工艺分类。
（5）原始组织 片状，片间距小→相界面多→碳弥散度大→碳原子
扩散距离短→奥氏体形核长大快 >粒状
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• 2）奥氏体晶粒大小的控制 • ⑴ 加热温度和保温时间：
加热温度高、保温时间长，晶粒粗大。 • ⑵ 加热速度：
加热速度越快，过热度越大，形核率越高， 晶粒越细。
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⑶ 合金元素： 阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、 Mo、Cr、Al等，多为碳化物和氮化物形成元素。 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。
复习旧课：典型成分铁碳合金的结晶过程及
其在室温下的组织
• 本节重点：1、热处理的基本概念 2、钢在加热时的组织转变
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温度/℃→
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F+A
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L+A
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C
Fe3CⅡ+A
Ld
Ld+Fe3CⅡ+A
Ld+Fe3CІ
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Fe3CⅡ+P
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总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使 用。
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热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的目的。
热处理的过程：任何一种热处理都要经过加热，保温，冷却三 个过程，因此，最高加热温度，保温时间，冷却速度就成为热 处理工艺的三大要素。
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热处理与其它加工工艺的区别： 不改变工件的形状，只改变工件的组织。
1）影响奥氏体形成的因素
（1）加热温度 T↑→A化↑ (D↑→浓度梯度大） （2）含碳量 C%↑→界面多→核心多 →转变快
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（3）加热速度
V↑→转变开始温度↑，转变时间↓
（4）合金元素 a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素， ↓奥氏体形成速度 b. C0、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不大
⑷ 原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常温力 学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的奥氏体晶 粒是热处理的关键问题之一。
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复习旧课：热处理的基本概念、钢 在加热时的组织转变
本节要点：1、钢在冷却时的组织转变 2、常见的四种热处理方式
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第四步：奥氏体均匀化。Fe3C溶解后，其所在部 位碳含量仍很高，通过长时间保温使奥氏体成分 趋于均匀。
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• 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢基本相同。 但由于先共析 或二次Fe3C的存在，要获得全部奥氏体 组织，必须相应加热到Ac3或Accm以上。
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2. 奥氏体晶粒的长大及其控制
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• A1-Ms 间及转 变开始线以左 的区域为过冷 奥氏体区。
• 转变终了线以 右及Mf以下为 转变产物区。
• 两线之间及Ms 与Mf之间为转 变区。
温 度
A1
A
过 A→P
P
冷
A
转变终了线
B
A→B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
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• 2、C 曲线的分析