热处理原理与工艺解读

C含量高-相界面积大-A形核率高； 合金元素影响相图、C等的扩散、碳化物稳 定性等；

原始组织


细小，碳化物分散度大，A形成容易； 片比球界面积更大；
1.1.4 奥氏体的晶粒度





奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。 在100X时，1 in2内晶粒个数n与晶粒度 等级G之间符合n=2G-1. 冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分 为8级。1级最粗，8级最细（可拓展）。 起始晶粒度：奥氏体化刚完成时 实际晶粒度：实际加热条件下 本质晶粒度：规定加热条件下
低温转变产物－马氏体


马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体？ 马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。 很强的固溶强化效应，同时M内又存在大 量晶体缺陷，与同成分其他组织相比具 有较高的强度和硬度。
马氏体的性能



M的强度、硬度较高。强化机制：固溶 强化、相变（亚结构）强化及时效强化。 M的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量 越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性 也越低。 M的塑性和韧性主要取决于其亚结构。
1.1.1 钢的临界温度
A1、A3、Acm为相图上的平衡转变温度线。 实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。
为了区分加热、冷却时的 临界点，加热冠以“c”， 冷却冠以“r”。如AC1表示 加热时由P→A的开始温度 线 AC1是常数吗？ AC3是常数吗？
1.1.2 奥氏体的形成


奥氏体的形成是形核长大过程。 共析钢的原始组织为P，当加热到Acl以上温度时，发 生P转变。 在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。 包括如下四个基本环节
奥氏体形核
奥氏体长大
残余渗碳体的溶解
奥氏体均匀化



对于非共析钢，在继 续升温时，先共析产 物也会转化为A； 加热温度不同时，得 到的组织、奥氏体的 组成（含碳量）不同； 完全奥氏体化后，合 金成分与奥氏体相同
1.1.3 影响奥氏体化速度的因素

加热条件：温度高，速度快；速度快? 合金成分
考试大纲要求


掌握钢的热处理原理 掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸 铁、有色金属）热处理工艺的知识与技 能 能够分析现场出现的一般工艺问题
来自百度文库 钢的热处理原理

钢在加热时的转变 钢在冷却时的转变 回火转变
1.1 钢在加热时的组织转变



加热是热处理的第一步，加热温度依据 相图和热处理目的而定。 (钢)加热一般是为了获得晶粒细小、适当 成分的奥氏体 加热以后得到的组织接近平衡组织—— 基本上可以根据相图来确定。


位错马氏体：高强度、良好的韧性，脆性转 变温度低，缺口敏感性小； 孪晶马氏体：硬而脆(本质、速率，方向)。
中温转变产物－贝氏体

两相混合物(过饱和F,粒状碳化物) 与M相比，上贝氏体强度低，不用。下 贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好，等 温转变变形小。
粒状贝氏体


形成时：由块状的铁素体和高碳岛状奥 氏体组成； 岛状奥氏体在随后的冷却过程中转变成 黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体 的形式存在。

化学成分



1.2 钢在冷却时的组织转变


实际生产当中冷却速度较快，转变在较 大过冷度下进行，不能用相图来分析。 转变的方式通常有两种
保 温 临界点
温度
等温冷却
加热
却 冷 续 连
保 温 时 间
1.2.1 过冷奥氏体的等温转变

共析钢的TTT曲线（C，S曲线） 转变温度不同，产物不同，性能不同
亚共析钢和过共析钢的C曲线


亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢 相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线 渐近线
魏氏组织


魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的 具有几何学特征的冷却转变组织，德国 魏德曼施泰登(A．J．Widmannstatten) 首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏 体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。 它是一种先共析转变组织。 铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组 织与母相之间保持严格的晶体学关系， 并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。
本质晶粒度的测定方法：930±10℃保温3~8小时 (100×示意图)
本质粗
本质细




实际晶粒度与本质晶 粒度、加热条件有关。 本质细晶粒钢，加热 温度超过950℃可能 得到粗大晶粒； 本质粗晶粒钢，加热 温度较低时，可能得 到很细的晶粒。 实际用途？
影响奥氏体晶粒大小的因素

加热条件


热处理原理与工艺
河北工业大学 教授 金属材料系 主任
武建军 博士
热处理工艺


材料的组织和性能受成分、加工工艺的 影响，改善钢的性能主要有合金化、热 处理、塑性变形等途径。 热处理是将固态金属或合金在一定介质 中加热、保温和冷却，改变材料的组织 结构，从而获得所需性能的加工工艺。 比较重要的部件一般都需要进行热处理， 比如汽车、拖拉机工业中70~ 80%的 零件、工具模具等都需要进行热处理。
170~230 HBS 25~35 HRC 35~40 HRC
珠光体类型组织的性能




珠光体的片层间距=F和Fe3C片的厚度之 和； 珠光体的片层间距取决于形成温度（冷 却速度）； 珠光体的片层间距越小，P的力学性能越 好－与细化晶粒类似。 片状珠光体相比，粒状P的强度硬度较低， 但是塑性韧性较好。
加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。其中 加热温度是主要因素 加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒 随着奥氏体含碳量的增加，Fe、C原子的扩散速度 增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。 强碳化物元素Nb、Ti等元素碳化物不易溶解、阻止 C扩散等原因强烈阻止A晶粒粗化，可细化晶粒 Mn，P，O等促进晶粒长大（界面能）
10000
100000 1000000
时 间 / s
高温转变产物－珠光体类型

珠光体
组织名称 珠光体 索氏体 屈氏体
2500
符号 P S T
索氏体
5000
硬度
屈氏体
5000
形成温度/℃ A1~650 650~600 600~500
片层间距/m >0.4 0.4~0.2 <0.2
能分辨片层的 放大倍数 <500 >1000 >2000
800 700 600
A1
奥 氏体
P A
AB
过冷A区
粗珠光体 5~20 HRC 细珠光体 30~40 HRC 上贝 氏体 40~45 HRC 下贝 氏体 50~60 HRC
温度/ oC
500 400 300 200 100 0
Ms
Mf
马氏体+残余奥 氏体 60~65 HRC
-100
1
10
100
1000