钢铁材料的一般热处理,一个表全懂了
第2单元 钢铁材料热处理
三、奥氏体晶粒长大及其控制措施 合理选择加热温度和保温时间 1．合理选择加热温度和保温时间 选用含有合金元素的钢 2．选用含有合金元素的钢
模块二 钢在冷却时的组织转变
以45钢为例 钢为例
冷却 炉冷 空冷 水冷
过冷奥氏体
强度MPa 强度MPa 伸长率 硬度 目的 热处理名称 32.5% 180 HBW 软化 退回 530 700 16 210 HBW 强化 正火 1000 8 55 HRC 硬化 淬火
特点 冷速快， 化好， 冷速快，M化好，内应力大 冷速慢， 冷速慢，内应力小
适用 碳素钢 合金钢
适用 简单零件 丝锥等 合金钢
M分级淬火 减小温差
B等温淬火 综合性能好 模具
模块五 回火
韧化
一、钢材在回火时组织和性能的变化 M分解、A残分解、 分解、 分解、 形成新组织 二、回火方法及其应用 调质=淬火+ 调质=淬火+高回 硬度HRC 回火种类 回火温度 硬度HRC 性能特点 应用 低温回火 <250 ℃ 中温回火 <450 ℃ 高温回火 >500 ℃ 5858-62 3535-50 2525-35 硬度高 弹性好 韧性好 刃具、 刃具、量具 弹簧 运动零件
模块六 表面热处理与化学热处理
二、化学热处理 1.渗碳： 1.渗碳： 渗碳 用于低碳钢 Wc<0.25% 心部低碳， 心部低碳，表面高碳 渗碳+淬火+ 渗碳+淬火+回火 2.渗氮： 2.渗氮：氮化 渗氮 用于合金钢 表面生产硬度很高的氮化物 3.碳氮共渗： 3.碳氮共渗：氰化 碳氮共渗
表硬内韧
气体渗碳示意图 1.渗碳剂 2.风扇电动机 3.废弃火焰 4.炉盖 1.渗碳剂 2.风扇电动机 3.废弃火焰 4.炉盖 5.砂封 6.电阻丝 7.耐热罐 8.工件 9.炉体 5.砂封 6.电阻丝 7.耐热罐 8.工件 9.炉体
常用钢材热处理参数表
火 等温℃
炉冷
710
炉冷
正 温度℃ 火 冷却
900-950 900-950
900-950 870-880
空冷
930-950
温度℃ 980
880
840 820
淬
硬度
火
61-64 58-60 ＞62
65
HRC
840
860 800
800 840
53-58 62-66 62 62-64 62-65
150℃ 63
810-870 800-870 780-800 炉冷
850-870
正 温度℃ 820-860 820-860 830-860 850-880
火 冷却
空冷
温度℃ 淬
硬度 火
HRC
810 57-64
810 57-64
870 ＞60
860 56-62
880 54-56
880 950 1050 1130 58-60 60-62 62-63 42-45
各 150℃ 61
61
61
56
54
59
60
63
42
种 200℃ 58
58
60
55
52
58
59
62
42
不 300℃ 54
54
56
51
48
53
58
59
43
同 400℃ 47
47
51
49
42
48
57
57
44
温 500℃
39
39
43
45
39
42
54
55
48
钢铁材料的一般热处理,一个表全懂了
钢铁材料的一般热处理，一个表全懂了钢铁材料的一般热处理名称热处理过程热处理目的1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。
防止零件加工后变形及开裂退火类别(1)完全退火将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件(2)球化退火将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢(3)去应力退火将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和用过程中发生变形去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等2．正火将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时间，然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理③消除内应力3．淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等淬火类别(1)单液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。
淬火时，对于直径或厚度大于5～8mm的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却(2)双液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300—400oC，然后移人油中冷却(3)火焰表面淬火用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射, 火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等(4)表面感应淬火将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速加热(2一lOmin)到淬火温度，这时立即将水喷射到钢件表面。
常用材料及零件热处理
常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。
6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。
淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。
但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。
未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。
淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。
碳钢的淬透性低。
在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。
直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。
如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。
7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。
第3章钢的热处理
化学热处理
渗碳 碳氮共渗 渗氮 氮碳共渗 渗其它非金属 渗金属 多元共渗 溶渗
三、热处理的原理
铁碳合金相图是确定热处理工艺的重 要依据。它是表示平衡状态下不同化学成 分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织 和状态的图形。
热处理的过程
金属材料零件
加热至某一温度区间 保温
奥氏体组织
屈氏体组织
马氏体组织 索氏体组织 贝氏体组织
3、球化退火的应用范围为( A. 亚共析钢和合金钢件 C. 不能用于过共析钢
4. 比较正火与退火的异同点，生产中如何选用退火与正火？
一、淬火
1、淬火的概念和目的 淬火是将工件加热到奥氏体化后，保持一 定的时间，以适当方式冷却（水冷或油冷）， 获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺 马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱 和固溶体，硬度较高，用M表示，马氏体中 含碳量越高，其硬度也越高。
工艺 特点
应用 范围
一、淬火
2、淬火方法和应用
一、淬火
2、淬火方法和应用 淬火开裂现象
一、淬火
3、钢的淬透性 淬透性是以在规定条件下钢试样淬硬深度 和硬度分布表征的材料特性。 淬硬深度是从淬硬的工件表面量至规定硬 度值(一般为550HV)处的垂直距离。 淬硬深度愈深，淬透性愈好。 影响钢淬透性的决定因素是马氏体临界冷 却速度。大多数合金元素(除钴外)降低钢的马 氏体临界冷却速度，因而能显著提高钢的淬透 性。
用于淬火返修件，消除淬火应力，细化 组织，防止重新淬火后变形或开裂。
练习
1、用锻、铸、方法制造的零件毛坯，为消除毛坯内应力，均匀 组织，改善切削加工性能，为后序工作做准备，常采用（ A、调质 B、淬火 C、回火 D退火或正火 ）
2、为了细化晶粒提高力学性能改善切削加工性，常对低碳钢件 进行的热处理是( A. 完全退火 ) B. 球化退火 ) B. 过共析钢和合金工具钢等 D. 以上都对 C. 正火 D. 淬火
金属材料与热处理(最全)
典型铁碳合金的平衡结晶过程 及组织
A F+A F
L L+A
A+Fe3C
F+Fe3C
L+Fe3C
1.纯铁(﹤0.0218%C） 2.钢（0.0218%～2.11%C）
亚共析钢（ 0.0218%～0.77%C） 共析钢（0.77%C） 过共析钢（0.77%C ～2.11%C ）
3.5 铁碳相图在工业中的应用
1、在选材方面的应用 ： 根据零件的不同性能要求 来合理地选择材料。 2、在铸造生产上的应用： 参照铁碳相图可以确定钢 铁的浇注温度，通常浇注 温度在液相线以上 50－ 60℃。纯铁和共晶白口铸 铁的铸造性能最好。 3、在锻压生产上的应用： 锻扎温度控制在单相奥氏 体区。 4、在热处理生产上的应用 ：热处理工艺的加热温度 依据铁碳相图确定。
金属材料与热处理(最全)
工程材料的分类
工程材料
黑色金属材料：钢和铸铁
金属材料
有色金属材料
铝及铝合金 铜及铜合金 滑动轴承合金
高分子材料
非金属材料 陶瓷材料 复合材料
当今社会科学技术突飞猛进，新材料层出不穷，但到目前为止，在 机械工业中使用最多的材料仍然是金属材料，其主要原因是因为 它具优良的使用性能和加工工艺性能。
F（％）＝(6.69-0.77)÷6.69 ×100％＝88％
Fe3C（％）＝1－88％＝12％
主要转变线
GS线－不同含碳量的合金，有奥氏体开始析出铁素 体（冷去时）或铁素体全部溶于奥氏体（加热时 ）的转变线，常用A3表示
ES线－碳在奥氏体中的固溶体。常用A cm表示，含 碳量大于0.77％的铁碳合金，自1148°冷至727° 从奥氏体析出渗碳体，称二次渗碳体
常用钢材热处理硬度值参考表
。 用作冲压件、压延件，各类不承受载 荷的覆盖件、渗碳，渗氮、氰化件、制作 各类套筒、靠模、支架
强度、硬度较高，塑性好、焊接性尚 用于受力不大，温度<150℃的低载荷零
30 好，可在正火或调质后使用，适于热锻 件：如丝杆、拉杆、轴键、齿轮、轴套筒
、热压。被切削性良好
等，渗碳件表面耐磨性好，可作耐磨件
HRC55-62 强度韧性均好，承受高应力、耐磨件，齿轮、心轴。 8-12元/千克
HRC58-65 测力弹簧、一般机械的圆、方螺旋弹簧。
15-20元/千克
HRC45-50 小尺寸座垫脚石弹簧、发条、离合器簧片。
15-20元/千克
HRC55-62 强度耐磨性好，轴、万向接头轴等。
12-15元/千克
HRC60-64 硬度与耐磨性好，高碳铬轴承钢，轴承外圈。
最常用中碳调质钢，综合力学性能良 主要用于制造强度高的运动件，如透平机
优
45
好，淬透性低，水淬时易生裂纹。小型 叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗 件宜采用调质处理，大型件宜采用正火 杆等。焊接件注意焊前预热，焊后消除应
质
处理
力退火
碳
含碳量最高的高碳结构钢，强度、硬度
素
比其他高碳钢高，但弹性略低，其他性 铁道车辆、扁形板弹簧、圆形螺旋弹簧
50-68元/千克 日本
HRC58-64 凸凹模、低切削速刀具、量具、耐磨件(脆)。
9-15元/千克
HRC55-60 硬度低、韧性和塑性高，易拉延、弯曲等，套筒。 10-12元/千克
HRC42-55 塑性、韧性、焊接性能好，强度低，螺栓、螺钉。 5-6元/千克
HRC42-55 强度高、韧性中等，轴类、螺栓、螺钉、齿轮。 6-8元/千克
钢材的热处理方法和特性(精)
-- 钢材的热处理方法和特性※均质退火处理简称均质化处理(Homogenization,系利用在高温进行长时间加热,使内部的化学成分充分扩散,因此又称为『扩散退火』。
加热温度会因钢材种类有所差异,大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均质化处理,高碳钢在1100℃至1200℃之间,而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。
※完全退火处理完全退火处理系将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围,在该温度保持足够时间,使成为沃斯田体单相组织(亚共析钢或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后,在进行炉冷使钢材软化,以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。
※球化退火处理球化退火主要的目的,是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成为球状,使改善钢材之切削性能及加工塑性,特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。
常见的球化退火处理包括:(1在钢材A1温度的上方、下方反复加热、冷却数次,使A1变态所析出的雪明碳铁,继续附着成长在上述球化的碳化物上;(2加热至钢材A3或Acm温度上方,始碳化物完全固溶于沃斯田体后急冷,再依上述方法进行球化处理。
使碳化物球化,尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂,亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。
※软化退火处理软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内(A1温度下方,维持一段时间之后空冷,其主要目的在于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性,以便能再进一步加工。
此种热处理方法常在冷加工过程反复实施,故又称之为制程退火。
大部分金属在冷加工后,材料强度、硬度会随着加工量渐增而变大,也因此导致材料延性降低、材质变脆,若需要再进一步加工时,须先经软化退火热处理才能继续加工。
※弛力退火处理弛力退火热处理主要的目的,在于清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所产生的残留应力,这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形,并对材料韧性、延展性有不良影响,因此弛力退火热处理对于尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。
钢的热处理基本知识
2.正火
正火是将钢材或钢件加热到临界温度以上，保 温后空冷的热处理工艺。亚共析钢的正火加热 温度为Ac3＋30℃～50℃；而过共析钢的正火 加热温度则为Accm＋30℃～50℃。 正火的目的与退火相似，由于在空气中冷却， 冷却速度稍大，正火冷却速度较大，得到的珠 光体组织很细，因而强度和硬度也较高。 与退火相比，正火生产周期短、生产率高，所 以应尽量用正火替代退火。在生产中，低碳钢 常采用正火来提高切削性能，对一些不重要的 中碳钢零件可将正火作为最终热处理。
钢的热处理基本知识
新材料研究所 谷国华 2013年7月24日
定义
钢的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，以改变其组织，从而获得 所需性能的工艺方法。 为使工件满足使用条件下的性能要求的热处理 称为最终热处理，如淬火＋回火等工序； 为了消除前道工序造成的某些缺陷，或为随后 的切削加工和最终热处理作好组织准备的热处 理，称为预先热处理，如退火、正火工序。
3.1淬火温度的确定
淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的主要 工艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均 匀细小的奥氏体组织。 亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30℃～50℃， 淬火后获得均匀细小的马氏体组织。 如果温度过高，会因为奥氏体晶粒粗大而得 到粗大的马氏体组织，使钢的机械性能恶化， 特别是使塑性和韧性降低； 如果淬火温度低于Ac3，淬火组织中会保留 未溶铁素体，使钢的强度硬度下降。
3.淬火
淬火是将工件加热到一定温度，保温后，在水 或油中快速冷却。 将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析 钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温 后以大于Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为 马氏体的热处理工艺叫淬火。 马氏体强化是钢的主要强化手段，因此淬火的 目的就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。 淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理 中应用最广的工艺之一。 淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。
钢的热处理
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀 人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬 火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油 和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝 剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用 了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零 件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影 响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中 加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温 度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料 和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获 得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到 要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热 和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热 处理的保温时间往往较长 。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处 理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应 用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达 到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳 势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、 渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和 化学热处理方法。
热处理原理和工艺
高硬度和高耐磨性。
中温回火
温度：350 —500 °C ；得到的组织： T回；具有一定的韧性和高的弹性
极限及屈服极限 高温回火
温度： 500-650°C；组织： S回；具有适当的强度和足够的塑性和韧性。
淬火后高温回火称调质处理。
体化。铁碳合金相图是确定钢加热转变的重要理论依据。
2、奥氏体化过程
共析钢加热到 727 °C（ A1) 以上，珠光体转变成奥氏体，经历了奥
氏体形核、长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段。如 下图所示：
奥氏体 形核
转变步骤
奥氏体
核长大
残余渗碳
体溶解
奥氏体成 分均匀化
奥氏体晶粒长大及其控制
650 °C---600°C ：珠光体层片较细， S （索氏体） 600 ° C--560 °C： 珠光体层片极细， T (托氏体 )
珠光体
索氏体
托氏体
2、 马氏体转变
（1）转变温度： Ms（230 °C）－ Mf （2）产物：马氏体 （3）马氏体：碳在 a--Fe 中形成的过饱和铁
素体，具有体心正方结构。
速度冷却，使奥氏体转变为马氏体或下贝氏体的热处理工艺。
回火：将淬火后的钢加热至 Ac1以下的某一温度后进行冷却的热处理工艺。
退火与正火
退火 ：采用炉冷，冷却速度很低
分类：
完全退火 球化退火
等温退火
扩散退火（均匀化退火） 去应力退火（低温退火） 再结晶退火
正火（采用空冷，冷却速度较快）
主要应用 低碳钢：调整硬度（适当增加硬度），利于切削；
A1
700
钢的热处理(五火)
钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。
一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。
工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。
在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。
钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。
一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。
1.钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。
（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。
因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%），高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。
碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。
根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。
所以低碳钢的强度、硬度低，塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。
工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。
（a）碳素结构风该类钢主要用于各种结构件。
根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。
碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。
Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。
钢的热处理[1]
![钢的热处理[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/5fdce63f3968011ca30091fe.png)
钢的热处理目录❑钢铁材料热处理定义—————————————————— 1 ❑钢铁材料分类方法——————————————————— 1 ❑钢铁材料的编号方法—————————————————— 2 ❑典型金属的晶体结构——————————————————2 ❑典型的金属组织————————————————————6 ❑钢的普通热处理—————————————————————9 ❑钢的热处理原理—————————————————————14❑钢铁材料热处理定义钢铁材料热处理是通过加热、保温和冷却方式借以改变合金的组织与性能的一种工艺方法。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。
应用它可以控制工件的各种性能，如硬度、抗拉强度、冲击韧性、耐磨性、耐腐蚀性、磁性能等。
还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
钢铁材料的强韧化主要有两个途径：一是对钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。
本培训的基本内容包括钢铁材料的分类及编号、典型金属的晶体结构、热处理原理及普通热处理工艺四大方面。
❑钢铁材料分类方法钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。
为保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。
钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下六种：1、按品质分类(1) 普通钢（P≤0.045%，S≤0.050%）(2) 优质钢（P、S均≤0.035%）(3) 高级优质钢（P≤0.035%，S≤0.030%）2、按化学成份分类(1) 碳素钢：a.低碳钢（C≤0.25%）；b.中碳钢（C≤0.25~0.60%）；c.高碳钢（C≤0.60%）。
钢的热处理基本知识
钢的热处理基本知识吴则豹1、 概述1.1 热处理的定义 指将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部组织结构，从而获得需 要的性能的一种工艺。
1.2 热处理的特点 只通过改变工件的组织来改变性能，不改变其形状。
1.3 热处理的适用范围 只适用固态下发生相变的材料。
1.4 热处理分类 （1）根据加热、冷却方式的不同及钢的组织变化特点的不同，将热处理工 艺分类如下： 普通热处理：退火、正火、淬火和回火 表面热处理：表面淬火、化学热处理 其他热处理：真空热处理、形变热处理、激光热处理 （2）根据在零件生产过程中所处的位置和作用不同来分类 预备热处理：清除前道工序的缺陷，改善其工艺性能，确保后续加工顺利进 行。
最终热处理：赋予工件所要求的使用性能的热处理。
1PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 1.5 热处理原理 描述热处理时钢中组织转变的规律——铁碳相图。
1.6 钢铁材料中的各相 1.6.1 铁素体 A、 晶体结构类型：碳在 α 铁中的固溶体，bcc；溶碳能力最小,最大为0.02%; B、 ⑴、 ⑵、 C、 生成区间： 高温区：1395℃~1534℃，δ-铁素体 低温区：910℃以下；α-铁素体 性 能 ： HB=80-120,σb=250N/mm^2; 而 塑 性 和 韧 性 很2PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 好,δ=50%,ψ=70-80%.冷加工后由于晶格破碎， 位错密度增加极易产生加 工硬化现象。
1.6.2 奥氏体 A、 B、 晶体结构类型： 碳在 γ 铁中的固溶体， fcc； 最高溶碳量为 2.06%。
生成区间：碳素钢从 723~1493℃，在实际热处理生产过程中由于过冷度的作用会残存部分奥氏体，高碳高合金钢中尤其如此。
奥氏 体属于高温稳定相，室温下通常为亚稳态。
C、 性能：强度和硬度低,HB=170-220。
钢的热处理
对于亚共析钢 → F+P 共析钢 → P 过共析钢 → P+ Fe3CⅡ 加热目的：使钢发生同素异晶转变（得到奥氏
体A，消除铁素体F）
过热度与过冷度
对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条 件下的相变温度； 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条 件下的相变温度。 这个温差叫滞后度：加热转变 → 过热度 冷却转变 → 过冷度， 加热与冷却速度越大，导致过热度与过冷度越大。 此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动力 的增大，从而使相变容易发生。
根据热处理的目的和工艺 方法的不同，热处理可分为 三大类： 普通热处理：退火、正火、 淬火、回火 表面热处理：表面淬火、化 学热处理（渗碳、渗氮等） 其他热处理：形变热处理、 超细化热处理、真空热处理、 离子轰击热处理、激光热处 理、电子束热处理等
常用的热处理工艺方法
2. 钢在加热时的转变 钢在室温下的组织（即奥氏体化前的组织为平
亚共析钢和过共析钢加热（A形成）过程的转变 珠光体的转变：亚共析钢和过共析钢与共析钢的区 别是存在先析相。其奥氏体的形成过程是先完成珠 光体向奥氏体的转变，此转变过程同共析钢同。 先析相的溶解： 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 度时，P→A；在AC1～AC3的升温过程中，先析的F逐 渐溶入A。即 P + F → A + F → A 对于过共析钢，平衡组织Fe3CⅡ+P，当加热到AC1以 上时，P→A；在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 即P + Fe3CⅡ → A + Fe3CⅡ → A
马氏体性能：
硬度：主要取决于马氏体的含碳量（即母相奥氏体的含碳量） 低碳M（板条M）——强而韧 高碳M（片状M）——硬而脆 塑性和韧性： 低碳M ——塑性、韧性好 高碳M ——塑性、韧性差。
钢的热处理
第五章钢的热处理热处理——固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。
•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸•目的：改善材料的使用、工艺性能•基本过程：加热→保温→冷却•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火2、表面热处理——表面淬火、化学热处理第一节钢在加热时的组织转变实际加热和冷却时的相变点：平衡时—— A1 A3 Acm加热时—— Ac1 Ac3 Accm冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm一、奥氏体的形成加热工序的目的：得到奥氏体F + Fe3C → A结构体心复杂面心含碳量 0.0218 6.69 0.77共析钢奥氏体形成过程：1、形核（在 F / Fe3C相界面上形核）2、晶核长大（F→ A晶格重构，Fe3C溶解，C→ A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散对亚共析钢： P + F → A + F → A对过共析钢： P + Fe3CⅡ→ A + Fe3CⅡ→ A二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒度•晶粒度——晶粒大小的尺度。
•本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al脱氧）•本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si脱氧)2、影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快（2）加热速度↑→ A晶粒细（3）加入合金元素→ A晶粒细（4）原始组织细→ A晶粒细第二节钢在冷却时的组织转变冷却方式：等温冷却和连续冷却。
45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。
冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。
一、过冷奥氏体等温转变1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线或TTT线）的建立•过冷奥氏体：在A1以下，未发生转变的不稳定奥氏体。
•孕育期——表示过冷A 的稳定程度•四个区域——奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区•三种转变类型：高温转变（A1~550℃）：A → P中温转变（550~230℃）：A → B低温转变（230℃以下）：A → M2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能(1)珠光体转变•珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是扩散型相变•形态：A1~650℃：珠光体 P 20HRc 片状650~600℃：索氏体 S（细P）…600~550℃：托氏体 T（极细P又称屈氏体）40HRc 球状—— Fe3C 呈球状•珠光体性能珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑C%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑(2)贝氏体转变•贝氏体组成：过饱和F 和碳化物的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是半扩散型相变•形态：550~350℃：上贝氏体（B上）羽毛状组织塑性差40-45HRc 350℃~ Ms：下贝氏体（B下）针片状组织综合性能好45-50HRc过冷奥氏体在Ms点以下，A→M属连续冷却转变。
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回火是紧接着淬火以后进行的，也是热处理的最后一道工序
①获得所需的力学性能。在通常情况下，零件淬火后的强度和硬度有很大提高，但塑性和韧性却有明显降低，而零件的实际工作条件要求有良好的强度和韧性。选择适当的回火温度进行回火后，可以获得所需的力学性能
钢铁材料的一般热处理
名称
热处理过程
热处理目的
1．退火
将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温
①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工
②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备
③消除钢中的内应力。防止零件加工后变形及开裂
退
火
类
别
(1)完全退火
将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900ºC)以上30—50ºC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
淬
火
类
别
(1)单液淬火
将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却
使钢件获得较高的弹性、一定的韧性和硬度
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
(2)钢渗的氮
将氮原子渗入钢件表层
常用于重要的螺栓、螺母、销钉等零件
提高钢件表层的硬度、耐磨性、
耐蚀性
类
别
(3)钢的氰化
将碳和氮原子同时渗人到钢件表层适用于低碳钢、中碳钢或合金钢零件，也可用于高速钢刀具
提高钢件表层的硬度和耐磨性
8．发黑
将金属零件放在很浓的碱和氧化剂溶液中加热氧化，使金属零件表面生成一层带有磁性的四氧化三铁薄膜常用于低碳钢、低碳合金工具钢
单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。淬火时，对于直径或厚度大于5～8mm的碳素钢件，选用盐水或水冷却；合金钢件选用油冷却
(2)双液淬火
将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，先在水中快速冷却至300—400ºC，然后移人油中冷却
(3)火焰表面淬火
用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到零件表面，使零件迅速加热到淬火温度，然后立即用水向零件表面喷射,火焰表面淬火适用于单件或小批生产、表面要求硬而耐磨，并能承受冲击载荷的大型中碳钢和中碳合金钢件，如曲轴、齿轮和导轨等
(3)去应力退火
将钢件加热到500～650ºC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)
消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和用过程中发生变形
去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等
2．正火
将钢件加热到临界温度以上40～60ºC，保温一定时间，然后在空气中冷却
由于材料和其他因素的影响，发黑层的薄膜颜色有蓝黑色、黑色、红棕色、棕褐色等，其厚度为0.6～O．8µm
防锈、增加金属表面美观和光泽，消除淬火过程中的应力
(4)表面感应淬
火
将钢件放在感应器中，感应器在一定频率的交流电的作用下产生磁场，钢件在磁场作用下产生感应电流，使钢件表面迅速加热(2一lOmin)到淬火温度，这时立即将水喷射到钢件表面。
经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而心部保持着较好的强度和韧性。
表面感应淬火适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件
4．回火
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
细化晶粒，使钢件获得较高韧性和足够的强度，使其具有良好的综合力学性能
6．
时效处理
(1)人工时效
将经过淬火的钢件加热到100～160℃，经过长时间的保温，随后冷却
消除内应力，减少零件变形，稳定尺寸，对精度要求较高的零件更为重要
(2)自然时效
将铸件放在露天；钢件(如长轴、丝杠等)放在海水中或长期悬吊或轻轻敲打要经自然时效的零件，最好先进行粗加工
②稳定组织，稳定尺寸
③消除内应力
(1)低温回火
将淬硬的钢件加热到150-50ºC,并在这个温度保温一定时间，然后在空气中冷却,低温回火多用于切削刀具、量具、模具、滚动轴承和渗碳零件等
消除钢件因淬火而产生的内应力
类
别
(1)中温回火
将淬火的钢件加热到350～450％，经保温一段时间冷却下来,一般用于各类弹簧及热冲模等零件
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性