工程材料 第五章 钢的热处理
工程材料及热加工—钢的热处理工艺
2.2.4钢的淬透性 • 定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据 之一。
• 影响因素：钢的临界冷却速度； 过冷奥氏体的稳定性。 • 评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。 ⑴淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。 半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。 ⑵指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。 • 测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。
•
三、钢的回火
• • 定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。 目的： 减小或消除淬火应力； 提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； 稳定组织和工件尺寸。 分类及应用： ⑴低温回火(150~250℃) 组织为回火马氏体。 （ 58～64HRC ） 部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。 广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。
2.2.2淬火冷却介质 最常用的是水、盐水、油、熔盐。 水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。 油：合金钢或小尺寸碳钢件。 （高温太慢，低温慢） 熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。
2.2.3淬火方法 • 单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。 操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。 • 双液淬火：先后在两种介质中冷却。 操作复杂，难以控制。 • 分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。 减少应力和变形，适用于小件。 • 等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。 强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小， 多用于形状复杂、要求高的工件。
工程材料及热加工—钢的热处理原理
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
gc05-1钢的热处理
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
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？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
《钢的热处理》PPT课件
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
钢的整体热处理
4．淬火方法
常用的淬火方法有单介质淬火、 双介质淬火、分级淬火和等温淬火 等，如图4-18所示。
1—单介质淬火；2—双介质淬火；3—分级 淬火；4—等温淬火
图4-18 不同淬火方法示意图
➢ 单介质淬火：是指奥氏体化后的工件在一种介质（水或油）中连续冷却至室温 的淬火方法。此法操作简单，易于实现机械化和自动化，但淬火应力大，工件 容易变形和开裂。对碳素钢而言，单介质淬火只适用于形状较简单的工件。
（四）扩散退火
扩散退火又称为均匀化退火，是指将铸件加热至钢熔点以下 100～200℃， 长时间保持（一般为 10～15 h），然后随炉缓慢冷却至 600℃（高合金钢为 350℃） 左右出炉空冷的退火工艺。
扩散退火的目的是消除晶内偏析，使化学成分和组织均匀化。扩散退火后， 钢的晶粒很粗大，因此一般还需再进行完全退火或正火处理。
（a）加热温度范围
（b）工艺曲线
图4-14 各种退火的加热温度范围和工艺曲线
（一）完全退火
完全退火是指将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火 工艺，其加热温度为 Ac3 (30～50)℃。完全退火后的组织一般为 F P 。
完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑 性和韧性，为随后的切削和淬火做好组织准备。
三、钢的淬火
淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以 适当的速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火是钢最重要的 强化方法。
（一）淬火工艺 1．淬火加热温度
淬火加热温度是淬 火工艺的主要参数。一 般情况下，淬火加热温 度应限制在临界点以上 30～50℃范围内，如图 4-16所示。
图4-16 碳钢的淬火加热温度范围
工程材料的答案
第一章金属材料的力学性能一、判定1.对同一机器中受力不同的零件，材料强度高的一般可不能变形，材料强度低的一般先产生变形。
×；2.对没有明显屈服现象的材料，其屈服强度可用条件屈服强度表示。
√；3.对同一金属材料，短试样的伸长率大于试样的伸长率。
√；4.布氏强度试验具有测定数据正确、稳定性高等优点，因此要紧用于各种成品件的硬度测定。
×；5.洛氏实验时，一般测试三次读数的算术平均值作为硬度值。
√；二、选择1.拉伸实验测定材料的AB;2.有一淬火钢成品零件，需进行硬度测定，应采纳D;三、咨询答题1.讲明拉伸曲曲折折曲曲折折折折线的绘制原理，画出低碳钢的拉伸曲曲折折曲曲折折折折线图，并标出开始出现屈服时的我载荷荷断裂前承受的最大载荷载曲曲折折曲曲折折折折线中的相应位置？答：试验时，将标准试样装夹在拉伸试验机上，缓慢地进行拉伸，使试样承受轴向拉力，直至拉断为止。
试验机自动记录装置可将整个拉伸过程中的拉伸力和伸长量描绘在以拉伸力F为纵坐标，伸长量l 为横坐标的图上，即得到力一伸长量曲曲折折曲曲折折折折线，如图示。
2.比立讲明布氏硬度实验和洛氏硬度实眼的优缺点及其应用？答：布氏硬度：优点：压痕大，能反映出较大范围内被测试金属的平均硬度，结果正确；缺点：因压痕大，不宜测试成品或薄片金属的硬度。
洛氏硬度：优点：操作迅速简便，由于压痕小，故可在工件外表或较薄的金属上进行试验；同时，采纳不同标尺，可测出从极软到极硬材料的硬度。
缺点：因压痕较小，对组织比立粗大且不均匀的材料，测得的硬度不够正确。
四、应用题一批用同一钢号制成的规格相同的紧固螺栓，用于A\B两种机器中，使用中A机器中的出现了明显的塑性变形，B机器中产生了裂纹试从实际承受的应力值讲明出现上述咨询题的缘故，并提出解决该咨询题的两种方案？答：A机器中螺栓出现了塑性变形的缘故是实际受到的应力接近屈服极限即σ≧σs；B机器中出现裂纹的缘故是实际受到的应力接近强度极限即σ≧σb；解决该咨询题的两种方案(1)更换强度更高的螺栓材料；〔2〕增大螺栓的截面直径。
工程材料 第2版课件PDF 版05
钛 合 金 中 的 魏 氏 组 织
亚
素 体 魏 氏 组 织
共 析 碳 钢 中 片 状
铁
5.4 钢的普通热处理
5.4.1 退火与正火
2 完全退火
将亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃， 保 温 后 随 炉 缓 冷 到 600℃ 出 炉 空 冷 。 组 织为α+P 。
目的
利用相变细化晶粒； 利用高温扩散消除组织缺陷； 利用缓冷去除应力； 降低硬度，改善加工性能。
均匀、且未过分长大。
组 织
工程材料学——第5章 钢的热处理
5.4 钢的普通热处理
AC3 AC1
5.4.2 淬火
淬火介质
理想的淬火介质应具有在中温区 冷却快，低温区冷却慢的特性。
温度
Ms
水
油
时间（对数）
工程材料学——第5章 钢的热处理
淬火介质
成分
特点
过饱和硝酸 盐水溶液
Na2CO3、 NaOH、KNO3
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.2 过冷A连续冷却转变曲线
温度
Ps Pf
K' K
水冷
vk 油冷
vk′
临界点A1
炉冷
空冷
Ms
Mf
时间
工程材料学——第5章 钢的热处理
注意
KK′线为P转变终止线 Pf线为P转变终了线
共析碳钢连续冷却 时没有贝氏体形成（无 贝氏体转变区） 。
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.3 过冷奥氏体转变
分级 淬火
在Ms点附近的热 减小了应力，防止变形、开
态介质中保温， 裂。适用于尺寸较小而形状
取出空冷或油冷。
复杂的高碳工具钢。
等温 淬火
钢的热处理习题与思考题参考答案
《钢的热处理》习题与思考题参考答案（一）填空题1．板条状马氏体具有高的强度、硬度及一定的塑性与韧性。
2．淬火钢低温回火后的组织是 M回（+碳化物+Ar），其目的是使钢具有高的强度和硬度；中温回火后的组织是 T回，一般用于高σe 的结构件；高温回火后的组织是S回，用于要求足够高的强度、硬度及高的塑性、韧性的零件。
3．马氏体按其组织形态主要分为板条状马氏体和片状马氏体两种。
4．珠光体按层片间距的大小又可分为珠光体、索氏体和托氏体。
5．钢的淬透性越高，则临界冷却却速度越低；其C曲线的位置越右移。
6．钢球化退火的主要目的是降低硬度，改善切削性能和为淬火做组织准备；它主要适用于过共析（高碳钢）钢。
7．淬火钢进行回火的目的是消除内应力，稳定尺寸；改善塑性与韧性；使强度、硬度与塑性和韧性合理配合。
8．T8钢低温回火温度一般不超过 250℃，回火组织为 M回+碳化物+Ar ，其硬度大致不低于 58HRC 。
（二）判断题1．随奥氏体中碳含量的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减小，板条状马氏增多。
（×）2．马氏体是碳在a-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体。
当发生奥氏体向马氏体的转变时，体积发生收缩。
（×）3．高合金钢既具有良好的淬透性，又具有良好的淬硬性。
（×）4．低碳钢为了改善切削加工性，常用正火代替退火工艺。
（√）5．淬火、低温回火后能保证钢件有高的弹性极限和屈服强度、并有很好韧性，它常应用于处理各类弹簧。
（×）6．经加工硬化了的金属材料，为了基本恢复材料的原有性能，常进行再结晶退火处理。
（√）（三）选择题1．钢经调质处理后所获得的组织的是 B 。
A．淬火马氏体 B．回火索氏体 C．回火屈氏体 D．索氏体2．若钢中加入合金元素能使C曲线右移，则将使淬透性 A 。
A．提高 B．降低 C．不改变 D．对小试样提高，对大试样则降代3．为消除碳素工具钢中的网状渗碳体而进行正火，其加热温度是 A 。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
工程材料与热处理第5章作业题参考答案
1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。
（1）加热温度和保温时间。
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。
（2）加热速度。
加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。
（3）钢的化学成分。
在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。
（4）钢的原始组织。
钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。
传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。
显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。
然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。
所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。
奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。
2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。
3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。
等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。
高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。
05钢的热处理-《工程材料》机械专业教学内容
取向不同的马氏体束。
电镜下
光镜下
➢在电镜下，板条内的亚
结构主要是高密度的位错，
=1012/cm2 ， 又 称 位 错 马
氏体。
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆马氏体转变——马氏体的形态
针状马氏体： 在光镜下，针状、竹叶状、凸透镜状； 在电镜下，亚结构主要是孪晶； 高碳针状马氏体又称孪晶马氏体。
因而先消失；残余的Fe3C随保温时间延长继续溶解直至消失； 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。
5.2 钢的加热转变——(1)奥氏体形成过程
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。
◆贝氏体的机械性能
上贝氏体强度与塑性都较 低，无实用价值；
上贝氏体
下贝氏体除了强度、硬度 较高外，塑性、韧性也较 好，即具有良好的综合力 学性能，是生产上常用的 强化组织之一。
下贝氏体
贝氏体组织的透射电镜形貌
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆马氏体转变
马氏体组织
强 化 钢 的 重 要 途径之一；
非扩散型转变。
5.3 钢的冷却转变——(1)过冷奥氏体的等温转变 ②共析钢等温转变产物的组织和特性
◆马氏体转变——马氏体的形成
➢当奥氏体过冷到Ms以下将转变为马氏 体类型组织； ➢碳在-Fe中的过饱和固溶体； ➢马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保 留到马氏体中； ➢铁原子微调整，使原来奥氏体的面心 立方晶格改组成体心立方晶格。
机械工程材料试题及答案
机械工程材料A卷标准答案一、名词解释：（１０分）１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法（30分）三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
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第一节 钢在加热时的转变 第二节 过冷奥氏体转变曲线 第三节 钢的普通热处理 第四节 钢的表面淬火与化学热处理
精选.
1
基本的热处理工艺
温度/℃
实际的热处理工艺曲线 W18Cr4V钢热处理工艺曲线
预备热处理
精选.
最终热处理
时间2
第一节 钢在加热时的转变
一、临界温度与实际转变温度
精选.
弹簧热处理
广泛用于各种结构件如轴、 齿轮等热处理。也可作为 要求较高精密件、量具等 预备热处理。
淬火加高温回火的热处理称为调质处理，简称调质。
精选.
43
弹 簧 热 处 理
精选.
44
五、钢的淬透性 淬透性的测定
精选.
45
淬透性的表示方法 （1）用淬透性曲线表示
精选.
46
（2）用临界淬透直径表示
（2）残余奥氏体分解
回火马氏体
精选.
38
（3）碳化物转变
回火托氏体
精选.
39
（4）渗碳体颗粒长大并形成球状
电镜下
回 火 索 氏 体
光镜下
精选.
40
2. 回火时性能的变化
40钢力学性能与回火温度的关系
淬火钢硬度随回火温度的变化
精选.
41
3. 回火脆性
精选.
42
4. 回火的种类及应用
低温回火 中温回火
（共析和过共析钢）
33
2. 淬火介质
Ms Mf
理想淬火曲线示意图
精选.
34
3. 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
各种淬火方法示意图
精选.
35
淬 火 方 法
精选.
36
四、钢的回火
1. 回火时组织的变化
（1）马氏体的分解阶段
透射电镜下的回火马氏体形貌
精选.
37
奥
转变终了线
氏
B
体
A→B
转变开始线
MS
A→M
温转变特点
Mf
M 时间
精选.
9
2. 过冷奥氏体等温转变过程及产物
（1） 珠光体转变―高温转变
珠光体的组织为铁素体 与渗碳体片层相间的机 械混合物，根据片层间 距细分为三类。
珠光体
托精氏选体.
索氏体 10
珠光体形成过程
Fe3温回火
回火温度 150-250℃ 350-500℃
500-650℃
回火组织
M回
T回
S回
回火目的
在高耐保磨留性高的硬同度时、，提 同高 时使e工及件s具， 降低内应力。 有一定韧性 。
获得良好的综合力学性能， 即在保持较高的强度同时， 具有良好的塑性和韧性。
应用
适用于各种高碳 钢、渗碳件及表
适用于
面淬火件。
正
淬火
火
正火
的
目
球化退火
的
50钢正火组织 合适切削加工硬度范围
C,%
热处理与硬度关系
正火的组织
精选.
31
T12钢正火组织
正 火
精选.
32
三、钢的淬火
1. 碳钢
Ac3+30~50℃
（亚共析钢）
Ac1+30~50℃
（共析和过共析钢）
精选.
碳钢的淬火温度
合金钢
Ac3+50~100℃
（亚共析钢）
Ac1+50~100℃
马氏体组织
板条状
片状
精选.
17
马氏体的形态与含碳量的关系
板条马氏体量
马氏体形态与含碳量的关系
C，%
体积，%
0.2%C
精选.
18
0.45%C
1..2%C
马 氏 体 转 变 观 察
精选.
19
马氏体转变的特点 （1）无扩散性 （2）共格切变性
马氏体转变 切变示意图
精选.
马氏体转变产生的表面浮 凸
20
3
二、共析钢的奥氏体形成过程
精选.
4
共析钢奥氏体化过程
精选.
5
• 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.
精选.
6
三、奥氏体晶粒大小及影响因素
起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
亚共析钢CCT曲线
共析精钢选C.CT曲线
过共析钢CCT曲线
24
1. 共析钢的CCT曲线
共析温度
连续冷却转 变曲线
完全退火 正火
油淬
等温转 变曲线
水淬
200
100
Vk’ Vk
M+A’
M+T+A’
S
P
共析钢的CCT图
精时选间. /s
25
水油 冷冷
炉冷 空冷
P S
M+A’
T+M+A’
用TTT曲线定性的说组精明织选共转. 析变钢连续冷却时
12
珠 光 体 转 变 过 程 观 察
精选.
13
（2）贝氏体转变―中温转变 光学显微镜贝氏体的形貌
上贝氏体
下贝氏体
上贝氏体呈羽毛状，下贝氏体呈竹叶状
上贝氏体强度和塑性都低，无实用价值
精选.
14
上贝氏体转变过程 下贝氏体转变
精选.
15
上 贝 氏 体 转 变 过 程 观 察
精选.
16
（3）马氏体转变―低温转变
本质粗晶粒钢
加热温度
本质细晶粒钢 930~950℃
保温时间
Ac1
温度，℃
化精选学. 成分
奥氏体晶粒大小
7
第二节 过冷奥氏体转变曲线
一、过冷奥氏体等温转变曲线
1. 曲 线 的 测 定
精选.
8
等温转变曲线分析
温 度
A1
A
（1）各条线的含义
过 冷
A→P
P
（2）各区域组织 （3）孕育期 （4）过冷奥氏体等
（3）无孕育期及变温转变 （4）转变不完全
Ms
M(50%) M(90%)
Mf
’
精选.
21
3. 影响C曲线的因素
（1）含碳量对C曲线的影响
精选.
22
（2）合金元素对 C曲线的影响
（3）奥氏体化条 件对C曲线的 影响
精选.
23
Cr对C曲线的影响
二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线
又称CCT曲线，是通过测定不同冷速下过冷 奥氏体的转变量获得的。
26
精选.
27
细A
均匀A
A1
650℃ 600℃ 550℃
淬火 (油冷)
正火 (空冷)
退火 (炉冷)
淬火 (水冷)
MS
P
Mf
M+A’ T+M+A’
精选.
P S
时28间
45钢850℃油冷组织
M+T
精选.
29
第三节 钢的普通热处理
一、钢的退火
精选.
30
正火温度
二、钢的正火
正火的温度范围
硬度HV HRC
感应加热
表面淬火
精选.
示意图
49
高 频 感 应 加 热 表 面 淬 火
精选.
50
2. 火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火示意图
精选.
51
二、钢的化学热处理
1. 钢的渗碳 （1）渗碳方法
气体渗精碳选. 法示意图
真空渗52碳炉
（2）渗碳后的热处理 淬火+低温回火，回火温度为160-180℃.淬火 方法： ① 直接淬火 ② 一次淬火 ③ 二次淬火
临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被 淬成半马氏体的最大直径，用D0表示。
马氏体 马氏体 索氏体
精选.
47
淬透性的应用 预 测 硬 度 分 布
精选.
进 行 选 材
48
第四节 钢的表面淬火与化学热处理
一、表面淬火
1. 感应加热表面淬火 利用交流电流在工件表面感 应巨大涡流，使工件表面迅 速加热的方法。