第五章 钢的热处理-《金属材料与热处理》中职通用第七版
《金属材料与热处理(第七版)》第五章钢的热处理课件
一、表面热处理
钢的表面热处理是指仅对钢件表面进行热处理，以改 变表面层组织，满足使用性能要求的热处理工艺。
表面淬火是表面热处理中最常用的方法，是强化材料 表面的重要手段。
目前，表面淬火的方法很多，如火焰加热表面淬火、 感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面 淬火等。生产中最常用的方法主要是火焰加热表面淬火和 感应加热表面淬火。
(5)钢的淬火缺陷
2. 回火 回火是将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，
保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
(1)回火时的组织转变
钢(45钢)的回火组织 a)回火马氏体 b)回火屈氏体 c)回火索氏体
40钢的力学性能与回火温度的关系
(2)回火的分类及应用
§5-4 钢的表面热处理与化学热处理
化学热处理的过程示意图
2. 钢的渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使
碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 根据渗碳介质的工作状态，渗碳方法可分为固体渗
碳、盐浴渗碳和气体渗碳三种，应用最广泛的是气体渗 碳。
气体渗碳是将工件置于气体渗碳剂中进行渗碳的工 艺。
气体渗碳示意图
一般零件渗碳后，其表面含碳量控制在0.85%~1.05%， 含碳量从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来的含碳量。 图示为低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织，图中渗碳层 的组织由表面向中心依次为过共析组织、共析组织、亚共 析组织(过渡层)，中心仍为原来的亚共析组织。
钢在加热和冷却时的临界点
2. 奥氏体的形成
共析钢中奥氏体形成过程示意图 a)形核 b)长大 c)残余Fe3C溶解 d)均匀化
如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，
《金属材料与热处理》教材习题答案：第五章 合金钢
《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。
2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。
由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。
二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。
三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。
四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。
五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。
在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。
3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。
一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。
其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。
合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。
特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。
二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。
4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。
其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。
钢的热处理课件
热处理的工艺要素是温度和时间。任何热处理过程都是 由加热、保温和冷却三个阶段组成的。因此，要掌握钢的热 处理原理，主要就是要掌握钢在加热和冷却时的组织转变规 律。
温 度 加热 保 温 冷却
0 图3-1 热处理工艺曲线
时间
热处理的任务是通过改变钢材的组织，来改变钢材的性 能，以满足使用要求的。一般都有将钢加热到相变温度以上， 使常温组织变为高温组织--奥氏体。然后在冷却过程中使它 向要求的组织转变。因此，奥氏体在形成过程中，其成份、 晶粒大小等，将直接影响热处理的效果。为此，了解奥体的 形成过程和影响因素是很重要的。 以共析钢为例，说明奥氏体的转变(形成)过程。 其转变过程可归纳为四个阶段。 1．奥氏体（A）晶核的形成 2．奥氏体（A）晶核的长大 3．残余渗碳体（Fe3C）的溶解
② 改善低碳钢的可切削性 。
③ 作为中碳钢的预备热处理（可以替代部分退火热处理）。
三 、淬火
方法： 将钢加热到AC3(亚共析钢)或ACcm(共析钢或过共析钢)以上 30～50℃，保温一定时间使其奥氏体化，然后在冷却介质中迅速 冷却。 目的： 是获得均匀细小的马氏体组织，再经过回火处理，提高钢的 力学性能。 注意： ①淬火的关键是：确定淬火温度和冷却方式。 ②它是最常用的一种热处理，是决定产品质量的关键。
目前应用较广的是气体氮化法。把工件放在专门氮化的炉 子里，加热到500～600℃，同时通入氨气(NH3)，氨气加热到 450℃，就分解出活性氨原子，扩散渗入工件表层，形成氮化 层。 氮化的要素是温度和时间，用时间控制渗层厚度。
氮化处理的缺点是：时间长 , 一般要用合金钢 , 所以 成本高。只用于机床中高速传动轴；精密齿轮等。 一般氮化零件的工艺路线为： 锻造→退火→粗加工→调质→精加工→除应力退火→磨 削→氮化→精磨。 3．碳氮共渗 把碳和氮同时渗入零件表层的过程称为氰化 。 根据处理温度的不同分为高温、中温和低温氰化。 4．其它化学热处理方法 (1) 渗铝 目的：是使钢的表面具有高的抗氧化性能。 (2) 渗铬 目的：是增加零件抗蚀性能，还可提高碳钢 的硬度和耐磨性。
《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
金属材料与热处理第五章-铁-碳-合-金ppt课件
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图5-21 铁碳合金组织、性能与成分的对应关系
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五、铁碳相图的应用
铁碳相图从客观上反映了钢铁材料的组织随 化学成分和温度变化的规律, 因此,在工程上为选材 及制定铸造、锻造、焊接、热处理等热加工工 艺提供了重要的理论依据。
1.在选材方面的应用
31
铁碳相图揭示了合金的性能与成分之间的关系,为合理 选择材料提供了依据。 2.在制定热加工工艺方面的应用
AC线和DC线为液相线,铁碳合金在液相线温度以上处于 液态,用符号L表示。
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表5- 1 Fe-Fe3C相图中的特性点
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表5-2 Fe-Fe3C相图中的特性线
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3.相图中各相区分析 Fe-Fe3C相图中各相区的相组分见表5-3。
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表5-4 铁碳合金的分类
二、铁碳合金的分类 在Fe-Fe3C相图中,按碳的质量分数和室温平衡组织
碳溶于α-Fe中所形成的间隙固溶体称为铁素体,用符号 F表示。
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图5-5 渗碳体的晶体结构示意图
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二、奥氏体
碳溶于γ-Fe中所形成的间隙固溶体称为奥氏 体,用符号A表示。 三、渗碳体
渗碳体的分子式为Fe3C,它是一种具有复杂 晶体结构的金属化合物,其晶体结构如图5-5所示。
8
第二节 铁 碳 相 图 Fe-Fe3C相图是指在极其缓慢的冷却条件下,
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5.叙述铁碳合金的平衡组织、性能随碳的质量分数变化的规
律。
6.为什么铸铁适于铸造成形,而钢适于压力加工成形?
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8.铁碳相图有哪几个方面的应用?
练习题 1.现有三种铁碳合金,一种合金的显微组织中珠光体量占80 %,铁素体量占20%;第二种合金的显微组织中全部为珠光体; 第三种合金的显微组织中珠光体量占95%,二次渗碳体量占5 %。问这三种合金各属于哪一类合金?其碳的质量分数各是 多少?
中职金属材料与热处理教案
晶格：表示原子在晶体中排列规律的空间格架。
晶胞：能完整地反映晶格特征的最小几何单元。
提示：晶胞是可以反应金属圆子排列规律的最小单元，所以一般都是取晶胞来研究金属晶格结构的。
二、常见晶格类型（表1-2）
1、体心立方晶格：晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。如钨、钼、钒等。
细化晶粒的根本途径是控制形核率及长大速度。
增加过冷度
1、常用细化晶粒的方法：变质处理
振动处理
⑴增加过冷度能使晶粒细化：这种方法的适应范围：中、小型铸件。
⑵变质处理：在熔液中加一些变质剂（形核剂）这种方法可使晶粒显著增加，或者降低晶核的长大速度。加入哪些元素可细化晶粒：钢：钛（Ti）硼（P）铝（Al）铸铁：硅铁（SiFe）硅钙（SiCa）等
四、晶体的缺陷
晶体缺陷：晶体中原子紊乱排列的现象。可分为：点缺陷、线缺陷和面缺陷。具体如下：（表1-3）
1、点缺陷
晶体在三维的方向尺寸很小，不超过几个原子直径的缺陷
常见的有晶格空位和间隙原子、宏观上，影响材料的强度、硬度和导电性，同时出现在缺陷处的原子容易移动。
2、线缺陷
晶体在某一平面中呈线性分布的缺陷，典型的有刃型位错
2、面心立方晶格：晶胞是个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的六个面的中心。如金、银等。
3、密排六方晶格：晶胞是个正六棱柱。原子除排列在柱体的每个顶点和上下两个面的中心外，正六棱柱的中心还有三个原子。如：镁、铬、锌等
提示：即使是相同的原子构成的晶体，只要原子排列的晶格形式不同，则它的之间的性能存在很大的差别，如金刚石和石墨（同素异形体）
混合物两种或两种以上的相按一定质量分类组成课堂小结点出重点分析难点预习下一节容word资料32铁碳合金的基本组织与性能新授课课时教具学具电教设施挂图知识教学点铁碳合金基本组织的种类及性能能力培养点理解铁碳合金基本组织的种类及其性能德育渗透点培养学生的职业道德观及互相协作的精神重点铁碳合金基本组织的性能及特点难点铁碳合金基本组织的性能及特点学法引导1讲授法2讨论法word资料教与学互动设计教师活动容学生活动容时间教学容更新补充删节补充金属材料与热处理相关容参考资料金属学与热处理课后体会教与学互动设计word资料组织教学点名考勤稳定学生情绪准备上课32铁碳合金的基本组织与性能fe中形成的间隙固溶体称为铁素体
第5章金属的热处理课件(1)
(二)奥氏体晶粒长大及其影响因素
奥氏体晶粒长大，伴随着晶界总面积的减 少，使体系自由能降低，高温下奥氏体晶粒长 大是一个自发过程。
1.温度:奥氏体化温度越高,晶粒长大越明显。
2.碳：随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体 晶粒的长大倾向也增大。当奥氏体晶界上存在 未溶的残余渗碳体时，奥氏体晶粒就会长得慢， 故奥氏体实际晶粒较小。
1．含碳量的影响 在正常加热条件下，亚共 析钢的C曲线随含碳量的增加而向右移，过共析 钢的C曲线则随含碳量的增加而向左移。故在碳 钢中以共析钢的过冷奥氏体最为稳定。
与共析钢C曲线相比，亚共析钢和过共析钢的 C曲线上部，还各多一条先共析相的析出线，在 转 素体变，为过珠共光析体钢之中前A，过要亚先共析析出钢渗中碳A体过要。先析出铁
因曲线形状像“C”，称为“C”曲线，也称TTT 曲线。
（二）C曲线分析（孕育期、转变区、转变产物）
（三）影响C曲线的因素
C曲线的形状和位置不仅对奥氏体等温转变速 度及转变产物的性质具有十分重要的意义，同时 对钢的热处理工艺及淬透性等问题的考虑也有指 导性的作用。
影响C曲线形状和位置的因素有：
2．合金元素的影响
除钴以外，所有溶于奥氏体的合金元素都增 加A过的稳定性，推迟转变及降低转变速度，使C 曲线右移。碳化物形成元素含量较多时，C曲线 的形状将会发生变化。
3．原始组织，加热温度和保温时间的影响
钢在相同加热条件下，原始组织愈细，愈容易 得到均匀的奥氏体，使等温转变曲线右移，Ms点 降低。
(二)钢的成分 钢中碳含量愈高，奥氏体形成速度愈快。 因为碳含量高，碳化物数量多，增加了铁素 体与渗碳体的相界面，增加了奥氏体形核部位， 因而在相同加热温度下奥氏体的形核率增加。加 之碳原子扩散距离的减小，因此增加了奥氏体的 形成速度，钢中加入合金元素并不改变奥氏体形 成的基本过程，但显著影响奥氏体的形成速度。
5章钢的热处理要点课件
• 由A面心立方转变为体心立方的F和Fe3C，
转变前后各项晶格类型、成分不同，转变 过程中必然有晶格的改组和铁、碳原子的 扩散。因此，过冷奥氏体向珠光体的转变 属于扩散型相变，是在固态下形核与长大 的过程。
• 1）珠光体的形态及其形成
• 在A1线以下，在奥氏体晶界形成Fe3C晶
• 由于转变温度很低，转变过程中只有
γ-Fe向α-Fe晶格的改组,铁、碳原子不能 扩散,全部固溶在α-Fe晶格中。这种在αFe中的过饱和固溶体组织称为马氏体，用 符号“Ｍ”表示，属于单相的亚稳组织。
• 1、马氏体的晶体结构
• 过饱和的碳原子强制地分布在晶胞的
某一轴的间隙处，使其晶格常数增大，其 它两轴晶格常数减小。
• 4、亚共析钢和过共析钢过冷奥氏体的等温
转变
• (1) C曲线的形状与位置 • 位置：与共析钢C曲线比较，亚共析钢随含
碳量增加右移。过共析钢共析钢随含碳量 增加左移。
• 形状：亚共析钢在冷却过程中，首先析出F，
然后的过程与共析钢相同。
• 过共析钢首先析出Fe3CⅡ，其它与共析
钢相同。
• (2) 先析相得量与形态
合组织。
• ｖ4相当于淬火(水冷)。它与Ｃ曲线不
相交，直接冷却到Ms线以下，转变为马氏 体＋少量残余奥氏体。
• 图中ｖC与Ｃ曲线的“鼻尖”相切，称
为临界冷却速度。
• 三、马氏体转变 • 高温奥氏体获得极大过冷时(淬火)，
将转变为马氏体类型组织。
• 冷却速度大于该材料的马氏体临界冷
却速度，并过冷到Ms以下，就开始发生马 氏体转变。
• 体层片间，固其塑性、 • 韧性较差，强度也比 • 较低。一般无使用价 • 值。
习题册参考答案-《金属材料与热处理(第七版)习题册》-A02-3671
金属材料与热处理（第七版）习题册参考答案绪论一、填空题1.石器青铜器铁器水泥钢铁硅新材料2.材料能源信息3.405% 金属材料4.金属材料的基本知识金属的性能金属学基础知识热处理的基本知识金属材料及其应用5.成分热处理用途二、选择题1.A2.B3.C三、思考与练习1.答：为了能够正确地认识和使用金属材料，合理地确定不同金属材料的加工方法，充分发挥它们的潜力，就必须熟悉金属材料的牌号，了解它们的性能和变化规律。
为此，需要比较深入地去学习和了解有关金属材料的知识。
2.答：3.答：要弄清楚重要的概念和基本理论，按照材料的成分和热处理决定其性能，性能又决定其用途这一内在关系进行学习和记忆；注意理论联系实际，认真完成作业和试验等教学环节，是完全可以学好这门课程的。
第一章金属的结构与结晶§1—1 金属的晶体结构1.非晶体晶体晶体2.体心立方面心立方密排六方体心立方面心立方密排六方3.晶体缺陷点缺陷线缺陷面缺陷二、判断题1．√ 2．√ 3．×4．×三、选择题1．A 2．C 3．C四、名词解释1．答：晶格是假想的反映原子排列规律的空间格架；晶胞是能够完整地反映晶体晶格特征的最小几何单元。
2．答：只由一个晶粒组成的晶体称为单晶体；由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的晶粒所组成的晶体称为多晶体。
五、思考与练习答：三种常见的金属晶格的晶胞名称分别为：（体心立方晶格）（面心立方晶格）（密排六方晶格）§1—2 纯金属的结晶一、填空题1.液体状态固体状态2.过冷度3.冷却速度冷却速度低4.形核长大5.强度硬度塑性二、判断题1．×2．×3．×4．√ 5．√6．√1．CBA 2．B 3．A 4．A四、名词解释1．答：结晶指金属从高温液体状态冷却凝固为原子有序排列的固体状态的过程。
在结晶的过程中放出的热量称为结晶潜热。
2．答：在固态下，金属随温度的改变由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为金属的同素异构转变。
《金属材料与热处理》说课PPT
有色金属材料的用途
铝及铝合金广泛应用于航空、建筑、包装等领域；铜及铜合金用于电力、电子、 建筑等领域；其他有色金属材料也各自在工业、科技、生活中发挥重要作用。
其他金属材料的分类与用途
其他金属材料的分类
除了钢铁和有色金属外，还有一些稀 有金属和贵金属，如金、银、铂等。
培养学生的创新思维和解决问 题的能力。
课程内容
金属材料的性能特点
包括力学性能、物理性能和化学性能等。
金属材料的应用
介绍不同金属材料在工业、建筑、交通等领 域的应用。
金属材料的分类
如钢铁、有色金属、贵金属等。
金属热处理原理及技术
包括加热、冷却、保温等工艺过程及对金属 材料性能的影响。
02
金属材料的性质
生物医用金属材料
具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，在医疗器械、 人工关节等领域有广泛应用。
热处理工艺的改进与创新
真空热处理
01
可有效防止金属材料的氧化和脱碳，提高热处理质量，降低能
耗。
激光热处理
02
具有高能量密度和快速加热冷却的特点，可实现金属材料的快
速熔凝和表面强化。
化学热处理
03
通过化学反应改变金属材料的表面成分和组织结构，提高其耐
04
金属材料的分类与用途
钢铁材料的分类与用途
钢铁材料的分类
钢铁材料主要分为生铁、铸铁和 钢三大类，其中钢又可以根据碳 含量和其他合金元素进一步细分 。
钢铁材料的用途
钢铁材料广泛应用于建筑、机械 、交通、能源等各个领域，是现 代工业和基础设施建设的支柱材 料。
有色金属材料的分类与用途
四川交通技校金属材料与热处理教案：第5章钢的热处理(中职教育).docx
四川交通技校金属材料与热处理教案：第五章钢的热处理概论：1、热处理：热处理是将固态金屈或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需妾的组织结构与性能的工艺。
2、热处理的目的:①、提高零件的使用性能；②、充分发挥钢材的潜力；③、延长零件的使用寿面；④、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的濟损。
3、钢的热处理方法：退火、正火、淬火、冋火及表面热处理等五种。
4、热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同索异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。
第一节钢在加热时的转变在热处理工艺屮，钢加热的口的是为了获得奥氏体。
―、钢的奥氏体化1、奥氏体晶核的形成及长大；2、残余渗碳件的溶解；3、奥氏体的均匀化；在热处理工艺屮，钢保温的口的是：①、为了使工件热透；②、使组织转变完全；③、使奥氏体成分均匀。
一、奥氏体晶粒的长大：加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大F：小结G：布置作业: P82 1~3第三^一、三十二教案A：课题：钢在冷却时的转变B：课型：新课C：教学目的与要求：1、掌握过冷奥氏体的等温转变图建立；2、掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。
D：教学重点与难点：同2E：教学过程：第二节钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的等温转变1、等温转变图的建立2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能1）珠光体转变:温度：A】〜550°C-珠光体HRCA】〜650°C -珠光体一P<25650°C 〜600°C -索氏体一S25 〜35600°C-*550°C-> 屈氏体一T35-402）贝氏体型转变：550°C〜Ms-贝氏体一B 40〜45550°C->350°C->上贝氏体一B 上350°C~Ms—下贝氏体一B下45〜553、马氏体转变①碳在a—Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号M表示，体心正方品格。
《金属材料与热处理》教学中钢热处理方法探析
摘 要 ： 《 金 属材料 与 热处理》 是技校 理论教 学课 程 中的一 门 与生产 实验联 系 较 为密切 的课 程 ， 涉及 面广 原理概念 多． 教 学 内容 丰 富， 些教 学 问题往往 与看不 见摸 不 着的微 观组 织有关 。 这种情 况下 ， 教 师如何 对这 门课 程进 行教 学， 提 高课 堂教 学效率显得 尤 为重 要 。 因 此 ，本文根 据《 金 属材 料 与热处理 》 的教 学难 点 ， 提 出了一 些教 学方 法 与策略 ，以期增 强 学生对 它的 学 习兴 趣 。 关键 词 ： 《 金 属材料 与热处理 》 教 学 钢 的热处理 中图分类 号 ： Ｇ ４ ２ １ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ —９ ７ ９ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ （ ａ ） －０ ０ ３ ８ － ０ ２
发 学 生 对 此 门 课 程 的 学 习兴 趣 ， 教 师 应尽
纷 复 杂 的 知识 点 连 成 一 条 知识 链 和 一 个 系
面淬 火 （ 水冷） 和 低 温 回火 达 到 目的 。 可 是 使
量 增强此段 内容的教学特 色 ， 利 用 自己 丰 统 的知 识 结 构 ， 教 师 应 进 行 有 效 的 归 纳 总 用 过 程 中 却 发 现 摩 擦 部 分 严 重磨 损 ， 不 具
方法 。 由于 课 程 本 身 的 教 学 内容 较 为 晦 涩 须 强 调 教 学 目的 ， 使 学 生 清 楚 明 白学 习 的
重点 。
第二 ， 重 点 分 析 Ｃ曲 线 的 建立 过 程 和 与
身 的 学 习效 果 。 为 了 提 高 此 门 课 程 的 课 堂 ＣＣ Ｔ曲线的 关 系 。 要 想 学 生清 楚理 解 Ｃ曲线 行 自我 总 结 、 自我 评价 以 及 小 组 评 价 。 教 学 效果 ， 有 必 要结 合 教 学 实 际 ， 采 取 一切 的 建 立 过 程 和 与 ＣＣ Ｔ曲线 的 关 系 ， 只 靠 教 有 效 的 教 学 手 段 提 高 课 堂 教 学 的 有 效性 ，
第五章钢的热处理
第五章钢的热处理一、名词解释1.过冷：结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。
2.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内不均匀的现象叫做枝晶偏析。
3.二次相：由已有固相析出的新固相称为二次相或次生相。
4.铁素体：碳在α—Fe中的固溶体称为铁素体。
5.奥氏体：碳在γ—Fe中的固溶体称为奥氏体。
6.莱氏体：转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。
7.珠光体：转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。
8.变质处理：又称为孕育处理，是一种有意向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒的方法。
9.共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程。
10.包晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应。
二、填空题1、金属的结晶过程由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成。
2、金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有控制过冷度、变质处理和振动、搅拌3、当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的高熔点组元。
4、在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到奥氏体相区。
5、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度低强度低。
三、选择题1.铸造条件下，冷却速度越大，则（A.过冷度越大，晶粒越小）2.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（B.越低）3.如果其他条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？（A.金属模铸造B.低温铸造A.铸成薄片A.浇注时振动）4.同素异构体转变伴随着体积的变化，其主要原因是（致密度发生变化）5.实际金属结晶时，可通过控制形核N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用（A.增大N/G值）6.二元合金在发生共晶转变时，各相组成是（D.三相共存）7.二元合金在发生共析转变时，各相的（B.质量固定，成分发生变化）10.产生枝晶偏析的原因是由于（D.液、固相线间距大，冷却速度也大）11.二元合金中，铸造性能最好的是（B.共晶合金）14.在下列方法中，可使晶粒细化的方法是（D.变质处理）四、判断题1。
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强化零件表面常用的热处理方法有表面热处理和化学 热处理两种。
一、表面热处理
钢的表面热处理是指仅对钢件表面进行热处理，以改 变表面层组织，满足使用性能要求的热处理工艺。
表面淬火是表面热处理中最常用的方法，是强化材料 表面的重要手段。
目前，表面淬火的方法很多，如火焰加热表面淬火、 感应加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面 淬火等。生产中最常用的方法主要是火焰加热表面淬火和 感应加热表面淬火。
三、典型零件或工具的热处理分析
1. 锉刀 锉刀的加工工艺路线为: 备料→锻造→正火、球化退火→机械粗加工→锉身局 部淬火、回火→机械精加工
2. 汽车变速齿轮
加工工艺路线为: 备料→锻造→正火→机械加工→渗碳→淬火、低温回火 →喷丸→校正花键孔→磨齿
3. 汽车传动齿轮轴 加工工艺路线为: 备料→锻造→正火→机械粗加工→调质处理→机械半精 加工→花键齿廓和齿轮齿廓部分表面淬火、回火→精磨
冷却(冷却速度大于v临)，以获得马氏体或下贝氏体组织的热 处理工艺称为淬火。
钢的淬火温度范围
(1)淬火加热温度的选择
(2)淬火介质的选择
(3)常用的淬火方法
(4)钢的淬透性与淬硬性 淬透性是在规定条件下，钢在淬火冷却时获得
马氏体组织深度的能力。 淬硬性指钢在理想的淬火条件下，获得马氏体
后所能达到的最高硬度。
温度低，零件变形小，生产周期短，而且渗层具有较高 的硬度、耐磨性和疲劳强度。
§5-5 零件的热处理分析
一、热处理的技术条件
工件热处理后的组织、应当达到的力学性能、精度和 工艺性能等要求，统称为热处理的技术条件。热处理的技 术条件是根据零件工作特性提出的。一般零件均以硬度作 为热处理的技术条件，对渗碳零件应标注渗碳层深度，对 某些性能要求较高的零件还需标注力学性能指标或金相组 织要求。
第五章 钢的热处理
§5-1 热处理的原理与分类
热处理是对固态的金属或合金采用适当的方式进行加 热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 热处理工艺过程可用以温度—时间为坐标的曲线图表示。
热处理工艺曲线
§5-2 钢在加热与冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
1. 钢在加热和冷却时的相变温度
钢在加热和冷却时的临界点
2. 奥氏体的形成
共析钢中奥氏体形成过程示意图 a)形核 b)长大 c)残余Fe3C溶解 d)均匀化
如果在形成奥氏体后继续升温或延长保温时间，
会使奥氏体晶粒逐渐长大。晶粒的长大是依靠较大晶 粒吞并较小晶粒和晶界迁移的方式进行的。
二、钢在冷却时的组织转变
在实际生产中，钢的热处理工艺有两种。
1. 火焰加热表面淬火 应用氧—乙炔(或其他可燃气体)火焰对零件表面进行
快速加热并随后快速冷却的工艺称为火焰加热表面淬火。 2. 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面受
到局部加热，并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热表 面淬火。
二、化学热处理
将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种 元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理 工艺称为化学热处理。 1. 化学热处理的过程 (1)分解 (2)吸收 (3)扩散
(5)钢的淬火缺陷
2. 回火 回火是将淬火后的钢重新加热到Ac1点以下的某一温度，
保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
(1)回火时的组织转变
钢(45钢)的回火组织 a)回火马氏体 b)回火屈氏体 c)回火索氏体
40钢的力学性能与回火温度的关系
(2)回火的分类及应用
§5-4 钢的表面热处理与化学热处理
2. 最终热处理 最终热处理包括淬火、回火及表面热处理等。零件经
这类热处理后，获得所需的使用性能，因其硬度较高，除 磨削外，不宜再进行其他形式的切削加工，故其工序位置 一般安排在半精加工之后。
有些零件性能要求不高，对其毛坯进行退火、正火或
调质处理即可满足使用要求，这时退火、正火或调质处理 也可作为最终热处理。
中致密的针状氮化物(白色)
2)离子渗氮 在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件(阴极)和 阳极之间产生的辉光放电现象进行渗氮的工艺称为离子 渗氮。
4. 碳氮共渗 在一定温度下，将碳、氮原子同时渗入工件表层奥
氏体中，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗。 碳氮共渗与渗碳相比，具有很多优点。它不仅加热
3)渗氮比渗碳温度低(一般约570℃)，所以工件变形小。
(2)渗氮的方法 1)气体渗氮 工件在气体介质中进行渗氮称为气体渗氮。它是将工 件放入密闭的炉内，加热到500~600℃，通入氨气(NH3)， 利用氨气分解出活性氮原子进行渗氮的方法。
渗氮层的显微组织 a)渗氮层及维氏硬度测试压痕 b)渗氮层
冷却(一般随炉冷却)的热处理工艺。
2. 正火 正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30~50℃，保温适当的
时间后，在空气中冷却的工艺方法。
退火和正火的加热温度范围及热处理工艺曲线 a)加热温度范围 b)热处理工艺曲线
1—完全退火 2—球化退火 3—去应力退火 4—正火
二、淬火与回火
1. 淬火 将钢件加热到Ac3或Ac1以上的适当温度，经保温后快速
低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织
3. 钢的渗氮 在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的化学热
处理工艺称为渗氮。 (1)渗氮的特点 1)渗氮层具有很高的硬度和耐磨性，钢件渗氮后表层
中形成稳定的金属氮化物，具有极高的硬度，所以渗氮后 不用淬火就可达到高硬度，而且具有较高的红硬性。
2)渗氮层具有渗碳层所没有的耐腐蚀性，可防止水、 蒸气、碱性溶液的腐蚀。
化学热处理的过程示意图
2. 钢的渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使
碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。 根据渗碳介质的工作状态，渗碳方法可分为固体渗
碳、盐浴渗碳和气体渗碳三种，应用最广泛的是气体渗 碳。
气体渗碳是将工件置于气体渗碳剂中进行渗碳的工 艺。
气体渗碳示意图
一般零件渗碳后，其表面含碳量控制在0.85%~1.05%， 含碳量从表面到心部逐渐减少，心部仍保持原来的含碳量。 图示为低碳钢渗碳后缓冷的渗碳层显微组织，图中渗碳层 的组织由表面向中心依次为过共析组织、共析组织、亚共 析组织(过渡层)，中心仍为原来的亚共析组织。
二、热处理的工序位置
1. 预备热处理 预备热处理包括退火、正火、调质处理等。退火、
正火的工序位置通常安排在毛坯生产之后、切削加工 之前，以消除毛坯的内应力，均匀组织，改善切削加 工性能，并为以后的热处理做好组织准备。对于精密 零件，为了消除切削加工的残余应力，在半精加工以 后还要安排去应力退火。调质处理工序一般安排在粗 加工之后、精加工或半精加工之前，目的是获得良好 的综合力学性能，为以后的热处理做好组织准备。调 质处理一般不安排在粗加工之前，以免表面调质层在 粗加工时大部分被切削，失去调质处理的作用，这一 点对于淬透性差的碳素钢零件尤为重要。
1. 奥氏体的等温转变
等温转变曲线图
(1)珠光体型转变区———高温等温转变
(2)贝氏体型转变区———中温等温转变
(3)马氏体型转变区———低温连续转变2. 奥氏Fra bibliotek的连续冷却转变
用等温转变曲线分析奥氏体的连续冷却转变
§5-3 热处理的基本方法
一、退火与正火
1. 退火 退火是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢