钢的热处理工艺知识

五、钢的普通热处理
五、钢的普通热处理
3.热处理工艺的目的：
退火：降低硬度，改善加工性能，消除内应力。 正火：低中碳钢代替退火，性能要求不高的零件作 为最终热处理。 淬火：提高钢的硬度和耐磨性。
回火：降低马氏体硬度，消除内应力，获得良好的 最终组织性能。
五、钢的普通热处理
小结： 通过学习，了解钢的金相组织的结构和性 能，以及碳与合金对钢的影响作用，了解钢的普 通热处理工艺方法对钢的最终性能的影响。

三、碳元素对钢的影响作用
2. 铁碳合金相图 铁与碳的合金在缓慢加热和缓慢冷却时不同温度 下的组织结构总结成一幅图，称为铁碳合金相图 ，也称为铁碳合金平衡相图，是用来研究钢铁材 料的组织转变的基本工具。
三、碳元素对钢的影响作用
亚共析钢 含碳量 <0.77% 共析钢 含碳量 =0.77% 过共析钢 含碳量 0.77% ～2.11%
三、碳元素对钢的影响作用
1. 相变强化： 不含杂质的纯铁强度很低，金相组织为铁素体。 在铁基中加入碳元素可形成含碳的组织，如铁素 体、渗碳体、珠光体，即可提高铁的原始强度。 具有一定含碳量的铁就称为钢。钢再经过组织转 变成强度硬度更高的马氏体组织，即可将钢的强 度提得更高，此方法称为相变强化。
均匀A
温 度
A1
A
退火
P+F
(炉冷)
正火
(空冷)
淬火
MS
P+F Mf
(水冷)
M
细P+F
P+F
时间
五、钢的普通热处理
（4）回火：将淬火马氏体加热+保温后空冷或油冷 低温回火（150～250C） 中温回火（350～500C） 高温回火（>500C） 调质 = 淬火 + 高温回火 回火马氏体，硬度降低1～3HRC 回火屈氏体，硬度降低至35～45HRC 回火索氏体，硬度降低至23～35HRC
二、钢的金相组织
钢铁材料通过热处理的工艺方法能改变其性能，或 使其强度提高，或使其硬度降低，以达到使用目的 。但是并不改变其外部形状，而是通过改变其内部 的组织结构来达到目的。 这些组织结构肉眼难以看见，必须制成金相试样通 过金相显微镜放大后才能看见，钢的这些组织叫金 相组织。 钢的金相组织有许多种类，不同的 金相组织因其结构、形态和化学成 分的不同具有不同的性能，类似于 人的各种器官组织，如心肌细胞、 肝细胞、表皮细胞等。
三、碳元素对钢的影响作用
四、合金元素对钢的影响作用
碳素钢在不锈耐酸、耐热、耐磨、高强度等性能 方面不能满足使用要求时，必须在钢中加入一定 量的一种或几种合金元素，这种合金化的钢称为 合金钢。 如不锈耐酸钢1Cr13、耐热钢1Cr17Ni7、耐磨钢 NM550、高强度钢4Cr5MoSiV等。 钢中常用的合金元素有：硅、锰、铬、镍、钼、 钨、钒、钛、铌、硼、铝、铜、稀土等。
热处理工艺过程如下：


a) 加热至相变温度： 奥氏体转变开始 b）保温： 奥氏体化 c）冷却 按所需转变的组织控制冷却速度。
五、钢的普通热处理
1. 钢的热处理过程
五、钢的普通热处理
2.

钢的普通热处理工艺
钢的普通热处理工艺有四种：退火、正火、淬火 、回火 以45钢（含碳0.45%）为例说明热处理工艺方法 。 45钢原始组织：珠光体+铁素体
•
一、热处理的作用
• 3.冲压模的模具、军事上穿甲弹的弹头、高铁的轮 轨、坦克和挖掘机的履带、切削刀具等均为特殊钢 材制造，均需要经过热处理强化提高耐磨、耐冲击 性能后才能使用。 4.某些钢材材料太硬，难以进行切削加工，必须通 过热处理降低硬度以便于加工。
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一、热处理的作用
在机械制造行业，包括汽车、 航空航天等行业，大多数机 械零件需要通过热处理加工 才能满足使用性能和要求。 热处理在机械制造中是不可 或缺的一环，是一种重要的 特殊工 艺方法 ，具有 极为重 要的作 用。
γ-Fe 面心立方晶格
二、钢的金相组织
5. 马氏体： 代号 M，是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，由高 温奥氏体快速冷却至室温转变形成，硬度很高， 35 ～65HRC ，金相显微镜下呈板条状、叶片状、 细针状，硬度随含碳量增加而升高，脆性增加， 含碳量达 0.6%时硬度为最高，脆性大，应力大, 易脆裂，需及时回火。是强化钢的重要手段。
三、碳元素对钢的影响作用
3. 钢与铸铁： 含碳量小于 2.11% 的铁合金称为钢，含碳量 大于 2.11% 的铁合金称为铸铁，仅含铁碳两种元 素的钢称为碳素钢。 （1）钢按金相组织状态分类： 亚共析钢 含碳量<0.77% 铁素体+珠光体 共析钢 含碳量=0.77%，珠光体 过共析钢 含碳量0.77%～2.11% 珠光体+渗碳体 （2）钢按含碳量分为 低碳钢 含碳量<0.25% Q235A 、20 中碳钢 0.25%<含碳量<0.65% 35、45、65 高碳钢 0.65%<含碳量<2.11% T7、T8
钢的普通热处理工艺知识
• • • • • • 学习内容： 1.热处理的作用 2.钢的金相组织 3.碳元素对钢的影响作用 4.合金元素对钢的影响作用 5.钢的普通热处理工艺
一、热处理的作用
• 1.在日常生活中钢铁制成的菜刀、裁剪用的剪刀、 砍骨头的砍刀，如不进行热处理就容易卷口不能使 用，刀口都必须要经过热处理提高刀口的硬度，并 保持一定的韧性，使其既耐用又不易崩口和卷口。 2.汽车变速箱内钢制齿轮，如不经过热处理强化， 使用后会快速磨损失效，使用寿命大为降低，齿轮 经过热处理强化后，使齿轮表面的硬度提高，心部 保持一定的韧性，齿轮的耐磨性和疲劳强度大为提 高。
α-Fe 体心立方晶格
二、钢的金相组织
2. 渗碳体： 代号 C ，含碳量为 6.67% ，是铁与碳的化合物（ Fe3C），金相显微镜下呈白亮色的片状、粒状等 ，硬度高，硬度70 ～75HRC ，脆性大，而塑性及 冲击韧性几乎为零，不单独使用。
二、钢的金相组织
3. 珠光体： 代号P，是铁素体与渗碳体的机械混合物，其中 铁素体与渗碳体之比为 88:12, 含碳量 0.77% ，金 相显微镜下呈层片状，具有较好的力学性能，硬 度 200 ～ 280HB ，抗拉强度 750 ～ 900MPa 。常温下 存在于经正火、退火、高温回火处理的钢铁材料 中。
二、钢的金相组织
8. 回火索氏体： 是在 450℃～ 650℃对马氏体进行高温回火所形 成的组织，碳在α-Fe 中析出，硬度降低至 23 ～ 35HRC ，硬度和强度降低，韧性提高，综合机械 性能较好。金相显微镜下组织为铁素体和粒状渗 碳体。钢调质处理获得的组织。
二、钢的金相组织
小结： 金相组织按硬度大小排列： 渗碳体>马氏体>回火马氏体>回火屈氏体>回火索 氏体>珠光体>奥氏体>铁素体
二、钢的金相组织
4. 奥氏体： 代号 A ，是碳溶于γ-Fe 的间隙固溶体，（γFe是铁的另一种晶格形式），最大含碳量为4.3% ，金相显微镜下呈明亮的多边形，硬度低，塑性 好，硬度 170 ～ 220HB ，没有磁性。通常存在于 727℃～ 1495℃的温度区间，是一种高温相，常 温下也存在于高铬、高猛钢及奥氏体不锈钢中。


二、钢的金相组织
金相组织有： 铁素体、渗碳体、珠光体、奥氏体、马氏体、回火 马氏体、回火屈氏体、回火索氏体、莱氏体、下贝 氏体、上贝氏体、魏氏体、磷共晶、碳化物等。 前8种组织在钢材使用中比较常见，下面对这几种 组织进行简要介绍。

二、钢的金相组织
1. 铁素体： 代号 F，是碳溶于α-Fe的间隙固溶体，（α-Fe 是铁的一种晶格形式），最大含碳量为 0.0218% ，金相显微镜下呈明亮的多边形，硬度低，塑性 好，硬度80～120HB，抗拉强度180～250MPa。常 温下存在于经正火或退火处理的中低碳钢中。

五、钢的普通热处理
（1）退火：加热+保温+ 缓慢冷却（随炉冷，冷速慢） 珠光体+铁素体 硬度≤197HBS
（2）正火：加热+保温+空冷（出炉，冷速一般） 细珠光体+细铁素体 硬度197～ 220 HBS （3）淬火：加热+保温+盐水冷却（冷速极快） 马氏体 硬度 50～55HRC
• 亚共析钢不同冷却条件下的转变产物
二、钢的金相组织
6. 回火马氏体： 是在 150℃～ 250℃对马氏体进行低温回火所形 成的组织，碳在α-Fe中少量析出，硬度降低1～ 3HRC，脆性和应力略有降低，仍具有较高的硬度 和耐磨性，金相显微镜下组织颜色较原马氏体深 。
二、钢的金相组织
7. 回火屈氏体： 是在 250℃～ 450℃对马氏体进行中温回火所成 的组织，碳在α-Fe 中析出较多，硬度降低至 35 ～ 48HRC，具有较高的硬度和韧性，金相显微镜 下组织颜色较原马氏体更深。


四、合金元素对钢的影响作用
四、合金元素对钢的影响作用
合金元素通过与铁和碳元素的相互作用来影响钢 的性能。 合金钢分为 低合金钢 中合金钢 高合金钢 合金含量<5% 5%<合金含量<10% 合金含量>10%

五、钢的普通热处理
1.
热、保温和冷却三个过程 ，以改变其内部组织结构，获得所需的组织性能。 钢从室温加热到相变温度(亚共析钢Ac3或过共析钢Ac1)以 上并转变成奥氏体组织，此过程称为钢的奥氏体化。达不 到相变温度，钢的组织不能转变。（变换器）