第6章钢的热处理

钢回火时的组织转变



钢的回火
钢回火时的 性能变化
硬度变化 强度与塑性 的变化

硬度变化

各种钢在200℃；以下回火时，硬度变化不大，保 持淬火马氏体的高硬度。200-300℃；回火后，由 于马氏体分解造成的硬度降低已由残余奥氏体转变 为下贝氏体带来的硬度升高所补偿，所以硬度的降 低不大。对于高碳钢，因为淬火后残余奥氏体量较 多，回火后有时还可使硬度略有提高。回火温度继 续升高，钢的硬度很快下降。对于碳钢，回火温度 每升高100℃，硬度约下降HRCl0。 40钢的机械性能随回火温度变化的规律如图6-35所 示。强度随回火温度升高而降低，塑性随回火温度 升高而升高，但超过650℃时反而降低。这是由于 回火温度增高，马氏体中的碳不断析出，位错密度 下降，内应力减小以及粒状渗碳体粗化等原因。回 火温度大于650℃时，由于组织过分粗化而使塑性 下降。

淬透性的测定与淬透性曲线

淬透性的应用
钢的淬透性
钢的淬透性
钢的回火
回火的定义 回火的目的

获得所要求的力学性能 稳定组织和尺寸 消除内应力 马氏体分解 主要发生在100-200℃， 一直进行到350℃ 残留奥氏体的转变 主要发生在200-300℃ 碳化物转变为Fe3C 主要发生在250-400℃ 渗碳体的聚集长大及相再结晶 400℃以上
强度与塑性的变化

回火的分类
低温回火
150-250℃
回火马氏体 回火屈氏体 回火索氏体
中温回火
350-500℃
高温回火
500-650℃
回火脆性
在250-400℃和450-650℃两个区间存在冲击韧性 明显下降的脆化现象，称为钢的回火脆性。


淬火钢在250～350℃回火时出现的脆性称为低温回火 脆性，也称第一类回火脆性。几乎所有淬火后形成马 氏体的钢在该温度范围内回火时，都程度不同地产生 这种脆性。目前尚无有效办法完全消除这类回火脆性， 所以一般都不在250—350℃范围内进行回火。 淬火钢在500～650℃范围内回火后出现的脆性称为高 温回火脆性，又称第二类回火脆性。这类回火脆性主 要发生在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的结构钢中。 当淬火钢在上述温度范围内长时间保温或以缓慢的速 度冷却时，便发生明显的脆化现象。但快速冷却时， 脆化现象消失或受到抑制。
钢的化学热处理
钢的化学热处理
氮化



氮化方法 氮化工艺 氮化件的 组织和性 能 氮化的应 用
表面热处理新技术
激光加热表面热处理

激光加热表面淬火是利用高功率密度的激光束扫描工件表面， 将其迅速加热到钢的相变点以上，然后依靠零件本身的传热， 来实现快速冷却淬火的表面热处理工艺。 离子氮化是将零件放在真空容器(离子氮化炉)内，并将零件接 在阴极，将容器壁接于阳极。氮化时向真空容器内通入含氮 气体(例如NH3)，保持真空压强1.3-13Pa，并在阴极、阳极间 加400-800V的直流电压。在电场作用下，稀薄气体被击空而 发生辉光，气体被电离成N、H的正离子和电子。正离子高速 地冲击阴极的工件表面，将动能转换成热能，使工件表面加 热到氮化温度。氮的正离子在阴极(零件)夺取电子还原成氮原 子，并被工件吸收、渗入零件表面，形成氮化层。
钢的冷却转变
冷却方式 过冷奥氏体的等温转变
共析钢过冷奥氏体等温 转变图——C曲线 共析钢过冷奥氏体等温 转变规律

钢的冷却转变
共析钢等温转变产物的组织和特性

珠光体类转变(高温转变)
转变温度：A1-550℃ 珠光体转变是一种扩散型相变（Fe、C） A1-650℃ 珠光体、650℃-600℃ 索氏体 600-550℃ 屈氏体（如图示 ×3800）
钢的表面热处理
钢的表面淬火

感应加热表面淬火 的原理和工艺
高频表面淬火的组织和性能 特点

加热时有很大的过热度 淬火后钢件表层造成较大的压 应力 加热速度快，表面无氧化脱碳 加热温度和淬硬层厚度容易控 制。
感应加热表面淬火的应用
钢的化学热处理
渗碳

气体渗碳 固体渗碳

渗碳后的热处理
第6章 钢的热处理
本章主要内容

钢的加热转变 钢的冷却转变 钢的退火与正火 钢的淬火与回火 钢的表面热处理 表面热处理新技术
基本概念
热处理 热处理工艺的分类

普通热处理

退火、正火、淬火、回火
表面淬火、化学热处理 可控气氛热处理、真空热处理、形变热处理

表面热处理


其他热处理
离子氮化

表面热处理新技术
离子注入

离子注入是将欲注入金属表面的某种元素在放电室 中电离(离子化)后，以小于107eV的高电压将离子加 速，然后注入金属表面，注入深度可达几百埃至一 千埃。 气相沉积主要分化学气相沉积(CVD)和物理气相沉 积(PVD)两种。 化学气相沉积是使挥发性化合物气体发生分解或化 学反应，并在工件上沉积成膜的方法。利用多种化 学反应，可得到不同的金属、非金属或化合物镀层。 物理气相沉积包括真空蒸发、溅射、离子镀三种方 法，因为它们都是在真空条件下进行，因此也称为 真空镀膜法。

钢的冷却转变
亚共析钢和过共析钢的等温转变
影响过冷奥氏体等温转变的因素
碳含量 合金元素 加热温度和时间

过冷奥氏体的连续冷却转变
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线—CCT曲线

K线 转变开始线 转变终了线 临界冷却速度
钢的退火与正火
退火

1)退火的定义 2)退火的目的： 改善钢的铸造、锻造、焊接后粗大而不均 匀的 组织，从而改善力学性能； 降低硬度，提高塑性，从而改善切削加工 和冷压加工性能等的工艺性； 改善组织，消除成分不均匀性，消除内应 力，为零件的后续热处理作组织准备。

基本概念
临界点

加热时

Ac1、Ac3、Accm
Ar1、Ar3、Arcm

冷却时

钢的加热转变
奥氏体的形成过程


奥氏体晶核形成 奥氏体晶核长大 剩余渗碳体溶解 奥氏体均匀化
钢的加热转变
奥氏体晶粒大小及其影响因素 晶粒度的概念



实际晶粒度 起始晶粒度 本质晶粒度

把钢加热到930℃±10℃ 保温8小时冷却后测得的 晶粒度称为本质晶粒度。
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钢的冷却转变
马氏体转变(Ms-Mf)
马氏体是碳在-Fe中过饱和固溶体(间隙固 溶体)。该转变是无扩散相变。 马氏体的形态


0.3％时，基本上可获得全部的板条马氏体 ；当 含碳量大于1.0％时，可获得全部的片状(针状)马 氏体 ；而在0.3％-1.0％之间时为板条马氏体和 片状(针状)马氏体的混合组织。
钢的退火与正火
退火正火 工艺规范
钢的退火与正火
正火

正火的定义 正火的目的：
作为最终热处理，可以细化晶粒，使组织均匀 化；减少亚共析钢中铁素体的含量，使珠光体数 量增多并细化。对于过共析钢可消除网状二次渗 碳体； 作为预先热处理 改善切削加工性能，针对低碳钢和低碳合金钢退 火后硬度太低，不利于切削加工，通过正火适当 提高硬度，可改善切削加工性能。
表面气相沉积


淬火方法 淬火缺陷及其预防措施
钢的淬透性
概念

淬透性、淬透层深度和淬硬性 淬透性：表征钢淬火时获得马氏体的能力。 淬硬性：淬火后获得的马氏体的最高硬度。 淬透层深度：实际工件在具体条件下淬火后表层到 半马氏体层的厚度。 碳含量、合金元素、奥氏体化温度 端淬实验法、临界直径法
影响淬透性的因素
钢的冷却转变
马氏体转变(Ms-Mf)

马氏体的性能 高硬度是马氏体的 力学性能的主要特 点。马氏体的硬度 主要受其含碳量的 影响，如图6-17所 示。
钢的冷却转变
马氏体转变(Ms-Mf)

马氏体转变的特点
马氏体相变是非扩散型相变； 马氏体形成速度极快(<10-7s)； 马氏体转变的不彻底性，总有一定的残留奥氏体； 马氏体转变时伴随着体积的膨胀。

钢的冷却转变
片状珠光体形 成机制示意图
钢的冷却转变
共析钢等温转变产物的组织和特性
贝氏体类转变(中温转变) 550℃-350℃ 上贝氏体、 350℃-Ms 下贝氏体 贝氏体类转变是一种半扩散相变（C） 上贝氏体形成示意图

钢的冷却转变
共析钢等温转变产物 的组织和特性
下贝氏体形成示意图 下贝氏体形组织如图

钢的淬火与回火
淬火工艺 淬火加热温度
亚共析钢为：Ac3＋30-50℃ 过共析钢为：Ac1＋30-50℃

淬火加热时间 ]

加热时间受钢件成分、尺寸和形状、装炉量、 加热炉类型、炉温和加热介质等因素的影响。 一般钢的碳含量和合金元素含量越高，零件 尺寸越大，淬火加热时间越长。
钢的淬火与回火
钢的淬火与回火