钢的热处理原理和工艺

4.奥氏体晶粒大小的实际意义：
钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能。 奥氏体晶粒细小，则其转变产物的组织也较细小，性能较好； 反之，转变产物的组织则粗大，而且其性能也较差。
晶粒号的标准等级图(100×)
二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式：等温冷却；连续冷却。
1.奥氏体的等温转变
1）定义 不稳定的过冷奥氏体经过一段时间的等温
——碳原子
低碳马氏体
组织特征： 呈 一束一束相互平行的 细条状板条。
性能特点： 硬度可达 HRC 45~50 ， 具有较高的强度 及良好的韧性。
M板条
M板条束
低碳马氏体组织形态
高碳马氏体
组织特征： 断面呈针状或片状
性能特点： 硬度均在≥ HRC 60， 表现为硬度高而脆性大。
③马氏体的性能特点 1、硬度高，且随C%的增加而增加； 2、强度高，亦随C%的增加而增加。
A3—Ac3—Ar3
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
钢在加热和冷却时的临界温度
2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
奥氏体形成示意图
4秒 6秒 8秒 15秒
对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体化过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体 ——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下）
形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
第五章
钢的热处理原理和工艺
热处理是改善金属材料使用性能和工艺性 能的一种非常重要的工艺方法。
热处理是机械零件及工具制造过程中的重 要工序。它担负着改善工件的组织和性能，充 分发挥材料潜力，从而提高产品质量延长使用 寿命的重要任务。
重要的机械零件必须经热处理才能获得良 好的使用性能。
§1.钢的热处理原理及分类
形成组织不稳定； f）过冷A转变为马氏体所需的最小冷却速度称为
临界冷却速度（用Ѵc表示）。
指出：
每一种钢的临界冷却速度都不同。要想获得马氏 体组织，必须使其冷却速度 > Ѵc 。这种操作叫淬火。
获得马氏体是强化钢材的一种重要组织。
二、奥氏体的连续冷却转变（CCwenku.baidu.com）
在实际热处理生产中， 过冷奥氏体转变多数是 在连续冷却过程中进行 的，除了等温转变获得 贝氏体组织；另外常采用 连续冷却曲线（CCT）与 等温转变曲线（TTT） 叠加，近似地分析连续 冷却转变的组织和性能。
二、热处理的分类
常见热处理车间
加热
保温
冷却
§2.钢在加热及冷却时的组织转变
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 加热温度选择的理论依据——铁碳合金状态图； 但实际转变温度（相变温度）比状态图上的
临界温度（A1、A3、Acm ）有一定的滞后现象，
采用代号表示。即：加热(c) 和冷却(r)
索氏体组织 8000×
a）形成温度范围
600℃ ~ 550℃
b）组织——屈氏体（T）
极细片状珠光体
片层间距< 0.2μm
C）性能
硬度为330 ~ 400HBW
屈氏体组织 8000 ×
综合力学性能优于索氏体。
规律：形成温度↓；片层间距↓ ；硬度↑。
2）贝氏体型转变区（550℃ ~Ms ）
——中温等温转变
保持，转变为稳定的新相的过程。 2）转变产物
珠光体（粗珠光体、索氏体、屈氏体） 贝氏体（上贝氏体、下贝氏体） 马氏体（低碳马氏体、高碳马氏体）
共析钢等温冷却转变曲线图（C曲线或为TTT曲线） 表示：过冷奥氏体的等温
转变温度~转变时间~转变产物 的关系。
1）珠光体型转变区（ A1 ~ 550℃ ）
——高温等温转变
a）形成温度范围
A1 ~ 650℃ b）组织——珠光体（P）
粗片状珠光体
片层间距 > 0.4 μm C）性能
强度比较高，硬度适中
170 ~ 220HBW 有一定的塑性，具有较
珠光体组织 3800×
好的综合 力学性能。
a）形成温度范围
650℃ ~ 600℃ b）组织——索氏体（S）
细片状珠光体 片层间距0.4 ~ 0.2μm C）性能 硬度为230 ~ 320HBW 综合力学性能优于 粗珠光体。
④马氏体转变特点 a）过冷 A 转变为马氏体是一种非扩散型转变； b）马氏体转变是在一定温度范围内（Ms ~ Mf）的
连续冷却过程中进行的； c）马氏体的转变速度极快，产生很大的内应力，转
变时发生体积膨胀； d）马氏体转变的不彻底性，仍有少量未转变的A
被保留下来，成为残余奥氏体（用AR表示）。
e）马氏体中溶入过多的碳而使α-Fe晶格发生畸变，
一、热处理原理 1.定义
将钢在固态范围内，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
与性能的工艺方法。
2.工艺曲线
注明： 临界温度（A1、A3、Acm）
3.原理：
热处理不改变工件的形状和尺寸，只改变 工件的内部组织和性能的一种非常重要的工艺 方法。
根本原因：是由于铁具有同素异构转变特 性，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和 结构上的变化，从而可以改善和提高获得所需 要的使用性能。
采用等温淬火方法可获得B下，是各种复杂模具、 量具、刀具热处理后的一种理想组织。
2）马氏体型转变区（Ms ~ Mf）
——低温连续转变
①定义
碳在α-Fe中的过饱和固溶体
——称为马氏体（用M表示）
②分类 根据碳含量不同分为： 低碳马氏体—— < 0.20%C 高碳马氏体—— > 0.25%C
c
b a
a = b≠c
形成上贝氏体组织。 组织组成：
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成板条状大致平行分布
渗碳体 ——呈粒状或短杆状分布在铁素体板条之间。
a）形成温度范围
550℃ ~ 350℃ b）组织——上贝氏体（B上）
形态呈典型羽毛状 C）性能
硬度为40 ~ 45HRC 强度低，塑性很差，
基本上没有使用价值。
下贝氏体组织 组织组成：