机械工程材料与热加工工艺第四章钢的热处理
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机械制造基础-钢的热处理-加热和冷却过程
同冷速下过冷奥氏体的转变量获得的。可用TTT曲线定性说明 连续冷却时的组织转变情况。
共析钢CCT曲线
(Continuo机u械s-制C造o基o础冷li-却钢n过g的-程热T处r理a-n加s热fo和rmation)
细A
均匀A
A1
650℃ 600℃ 550℃
淬火 (油冷)
正火 (空冷)
退火 (炉冷)
淬火
之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧 性略有改善。
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
（2） 贝氏体转变 贝氏体用符号B表示。
根据其组织形态不同， 贝 氏体又分为上贝氏体(B上)和 下贝氏体（B下）。
上贝氏体强度与塑性都较 低，无实用价值。
上贝氏体
下贝氏体具有良好的综合
马氏体形态与含碳量的关系
机械制造基础0-.钢2%的C热处理-加热和 0.45%C 冷却过程
1..2%C
马氏体的性能
高硬度是马氏体组织 性能的主要特点。
马氏体的硬度主要取
决于其含碳量。
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
3、间
4、热处理工艺分类如下（根据加热、冷却方式及钢组织性能变
化特点不同）
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理 机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
等温冷却 时间
二、过冷奥氏体的等温冷却转变
共析钢CCT曲线
(Continuo机u械s-制C造o基o础冷li-却钢n过g的-程热T处r理a-n加s热fo和rmation)
细A
均匀A
A1
650℃ 600℃ 550℃
淬火 (油冷)
正火 (空冷)
退火 (炉冷)
淬火
之分，因此其界限也是相对的。
片间距越小，钢的强度、 硬度越高，而塑性和韧 性略有改善。
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
（2） 贝氏体转变 贝氏体用符号B表示。
根据其组织形态不同， 贝 氏体又分为上贝氏体(B上)和 下贝氏体（B下）。
上贝氏体强度与塑性都较 低，无实用价值。
上贝氏体
下贝氏体具有良好的综合
马氏体形态与含碳量的关系
机械制造基础0-.钢2%的C热处理-加热和 0.45%C 冷却过程
1..2%C
马氏体的性能
高硬度是马氏体组织 性能的主要特点。
马氏体的硬度主要取
决于其含碳量。
C%
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
3、间
4、热处理工艺分类如下（根据加热、冷却方式及钢组织性能变
化特点不同）
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理 机械制造基础-钢的热处理-加热和 冷却过程
等温冷却 时间
二、过冷奥氏体的等温冷却转变
钢的热处理工艺课件
渗碳与渗氮的工艺特点
名称 处理温度 处理时 处理后是否 ( ℃ ) 间 ( h ) 需要热处理
渗碳 900～950 3～9 需要 渗氮 500～600 20～50 不需要
热处理新技术简介
可控气 氛热处
理电子束 表面淬火 Nhomakorabea真空热处 理
激光热处 理
形变热处 理
化学热处 理
1.可控气氛热处理
在炉气成分可控的热处理炉内进行的热处理称为可控 气氛热处理。在热处理时实现无氧化加热是减少金属氧 化损耗，保证制件表面质量的必备条件。
3)生产特点: 淬火件的质量好; 工件变 形小;不易氧化及脱碳;淬火层容易 控制;生产率高。设备投资大,不适 于复杂形状零件和小批量生产。
2.火焰加热表面淬火
1)火焰加热表面淬火的基本方法
2)火焰加热表面淬火的特点:
•设备简单, 操作方便, 成本低。 •淬火质量不稳定。 •适于单件、小批量及大型零件的生产。
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020 天生我材必有用，千金散尽还复来。1 0:36:33 10:36:3 310:36 12/8/20 20 10:36:33 AM 安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 12.810:36:3310 :36Dec -208-D ec-20 得道多助失道寡助，掌控人心方位上 。10:36:3310:3 6:3310:36Tues day , December 08, 2020 安全在于心细，事故出在麻痹。20.12. 820.12. 810:36:3310:3 6:33De cember 8, 2020 加强自身建设，增强个人的休养。202 0年12 月8日上 午10时 36分20 .12.820 .12.8 扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年12 月8日星 期二上 午10时 36分33 秒10:3 6:3320. 12.8 做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 2月上 午10时3 6分20. 12.810:36December 8, 2020 时间是人类发展的空间。2020年12月8 日星期 二10时 36分33 秒10:3 6:338 December 2020 科学，你是国力的灵魂；同时又是社 会发展 的标志 。上午1 0时36 分33秒 上午10 时36分1 0:36:33 20.12.8 每天都是美好的一天，新的一天开启 。20.12. 820.12. 810:36 10:36:3 310:36:33Dec- 20 人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月8日 星期二 10时36 分33秒 Tuesday , December 08, 2020 感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 12.8202 0年12 月8日星 期二10 时36分 33秒20 .12.8
机械基础课件：钢的热处理
连续冷却: 使奥氏体化后的钢在温度连续下降的过程中发生 组织转变，包括水冷、 油冷、炉冷、空冷等。
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
工程材料及热加工—钢的热处理原理
钢的热处理原理
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
机械工程材料及热加工基础资料
《机械工程材料及热加工基础》第一章金属的性能1.强度：金属材料在静载荷（大小和方向不变或逐渐变化的载荷）作用下，抵抗永久变形和断裂的能力。
2.塑性：断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。
3.硬度：金属材料表面抵抗其他更硬物体压入的能力。
4.韧性：冲击载荷（以较高速度作用于零件上的载荷）作用下，金属在断裂前吸收变形能量的能力。
5.疲劳：材料在循环应力（大小、方向随时间发生周期性变化的载荷）和应变作用下，在一处或几次产生局部永久性累计损伤，经一定循环次数产生裂纹或发生断裂的过程。
疲劳极限用σ-1表示。
6.屈服点（屈服强度）σs：材料在实验过程中，载荷不增加（保持恒定）试样仍能继续伸长时代应力。
σs﹦试样发生屈服时代载荷/试样原始横截面积。
[不是所有的金属在拉伸试验中都会出现显著的屈服现象]7.抗拉强度σb=试样拉断前所承受的最大载荷/试样原始横截面积。
8.伸长率δ，数值上准确地反映材料的塑性变形。
9.断面收缩率ψ：缩颈处横截面积德最大缩减量与原始横截面积的百分数。
10.硬度的测定：①布氏硬度（压入法）：HBS（压头分淬火钢球）和HBW（压头硬质合金）②洛氏硬度HR(测定淬火钢件的硬度用此方法)③维氏硬度HV。
第二章金属的结构与结晶1.晶体:指其组成微粒（原子、分子或离子）按一定次序作有规律重复排列的物质。
2.晶格：描述原子在晶体中排列方式的空间格架。
3.晶胞：晶格中一个能完整反映晶格特征的最小几何单元。
4.金属晶体结构：体心立方结构；面心立方结构；密排立方结构。
5.晶体缺陷：点缺陷（原子的热震动引起晶格畸变），使材料的强度、硬度提高；线缺陷（主要指位错），起到强化金属的目的；面缺陷（晶界、亚晶界引起），阻碍金属的塑性变形发生。
6.细化晶粒度方法：增加过冷度；变质处理（加入难溶物）；附加震动。
7.金属的铸态组织：表面细晶粒区，柱状晶粒区，中心等轴晶粒区（穿晶）。
8.铸锭的缺陷：缩孔及缩松，气孔及裂纹，偏析，非金属夹杂物。
第四章-钢的热处理ppt课件(全)
3.碳化物的转变（250~450℃） 250℃以上回火时， ε碳化物将逐渐转变为稳定的渗碳体组织，到450℃时全 部转变为高度弥散分布的渗碳体。α固溶体中的含碳量已 降到平衡含量而成为铁素体，但其形态仍为针状。由针 状铁素体和高度弥散分布的渗碳体组成的组织——回火 托氏体。
4.渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶（450~700℃） 450℃以上，在渗碳体球化、长大的同时，铁素体在 500~600℃开始再结晶，铁素体由板条状或针状转变为 多边形晶粒。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状 渗碳体的组织——回火索氏体 。
（2）加热速度 加热速度越快，转变温度越高， 转变时间越短，转变速度越快。
（3）钢的原始组织 原始组织越细，晶核的形 成速度就越快，形成速度较快。
（二）奥氏体晶粒长大及其影响因素
1.奥氏体晶粒度 两种表示方法：用晶粒的平均尺寸 表示；另一种是用晶粒度N来表示。
2.奥氏体晶粒的长大
奥氏体起始晶粒，奥氏体起始晶粒度，实际晶粒，实际晶 粒 度，本质晶粒度，本质粗晶粒钢，本质细晶粒钢
②下贝氏体 在350℃~Ms温度范围内形成的，由含 碳过饱和的针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化 物组成。
下贝氏体组织具有 较高的强度、硬度，同 时具有良好的塑性和韧 性。常用等温淬火的方 法获得。
（3）低温转变（马氏体型转变） 在Ms线以下，过冷 奥氏体将转变成马氏体组织，在过冷奥氏体的连续冷 却转变中介绍。
理想的淬火冷却曲线
生产中常用的淬火冷却介质 （1）水及水溶液
（2）油 机械油、变压器油、柴油、植物油等
（二）淬火方法
1.单介质淬火 将奥氏体 化的工件投入一种淬火冷却介 质中，一直冷却到室温的淬火 方法。
一般碳钢在水或水溶液中 淬火，合金钢在油中淬火等均 属单液淬火。
4.渗碳体的聚集长大和铁素体的再结晶（450~700℃） 450℃以上，在渗碳体球化、长大的同时，铁素体在 500~600℃开始再结晶，铁素体由板条状或针状转变为 多边形晶粒。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状 渗碳体的组织——回火索氏体 。
（2）加热速度 加热速度越快，转变温度越高， 转变时间越短，转变速度越快。
（3）钢的原始组织 原始组织越细，晶核的形 成速度就越快，形成速度较快。
（二）奥氏体晶粒长大及其影响因素
1.奥氏体晶粒度 两种表示方法：用晶粒的平均尺寸 表示；另一种是用晶粒度N来表示。
2.奥氏体晶粒的长大
奥氏体起始晶粒，奥氏体起始晶粒度，实际晶粒，实际晶 粒 度，本质晶粒度，本质粗晶粒钢，本质细晶粒钢
②下贝氏体 在350℃~Ms温度范围内形成的，由含 碳过饱和的针片状铁素体和铁素体片内弥散分布的碳化 物组成。
下贝氏体组织具有 较高的强度、硬度，同 时具有良好的塑性和韧 性。常用等温淬火的方 法获得。
（3）低温转变（马氏体型转变） 在Ms线以下，过冷 奥氏体将转变成马氏体组织，在过冷奥氏体的连续冷 却转变中介绍。
理想的淬火冷却曲线
生产中常用的淬火冷却介质 （1）水及水溶液
（2）油 机械油、变压器油、柴油、植物油等
（二）淬火方法
1.单介质淬火 将奥氏体 化的工件投入一种淬火冷却介 质中，一直冷却到室温的淬火 方法。
一般碳钢在水或水溶液中 淬火，合金钢在油中淬火等均 属单液淬火。
机械工程材料与热加工工艺试题与答案
一、名词解释：１、固溶强化：固溶体溶入溶质后强度、硬度提高，塑性韧性下降现象。
２、加工硬化：金属塑性变形后，强度硬度提高的现象。
２、合金强化：在钢液中有选择地加入合金元素，提高材料强度和硬度４、热处理：钢在固态下通过加热、保温、冷却改变钢的组织结构从而获得所需性能的一种工艺。
５、细晶强化：晶粒尺寸通过细化处理，使得金属强度提高的方法。
二、选择适宜材料并说明常用的热处理方法三、（20分）车床主轴要求轴颈部位硬度为HRC54—58，其余地方为HRC20—25，其加工路线为：下料锻造正火机加工调质机加工（精）轴颈表面淬火低温回火磨加工指出：1、主轴应用的材料：45钢2、正火的目的和大致热处理工艺细化晶粒，消除应力；加热到Ac3＋50℃保温一段时间空冷3、调质目的和大致热处理工艺强度硬度塑性韧性达到良好配合淬火＋高温回火4、表面淬火目的提高轴颈表面硬度5．低温回火目的和轴颈表面和心部组织。
去除表面淬火热应力，表面M＋A’心部S回四、选择填空（20分）１．合金元素对奥氏体晶粒长大的影响是（d）（a）均强烈阻止奥氏体晶粒长大（b）均强烈促进奥氏体晶粒长大（c）无影响（d）上述说法都不全面２．适合制造渗碳零件的钢有（c）。
（a）16Mn、15、20Cr、1Cr13、12Cr2Ni4A （b）45、40Cr、65Mn、T12（c）15、20Cr、18Cr2Ni4WA、20CrMnTi３．要制造直径16mm的螺栓，要求整个截面上具有良好的综合机械性能，应选用（c ）（a）45钢经正火处理（b）60Si2Mn经淬火和中温回火（c）40Cr钢经调质处理4．制造手用锯条应当选用（a ）（a）T12钢经淬火和低温回火（b）Cr12Mo钢经淬火和低温回火（c）65钢淬火后中温回火5．高速钢的红硬性取决于（b ）（a）马氏体的多少（b）淬火加热时溶入奥氏体中的合金元素的量（c）钢中的碳含量6．汽车、拖拉机的齿轮要求表面高耐磨性，中心有良好的强韧性，应选用（c ）（a）60钢渗碳淬火后低温回火（b）40Cr淬火后高温回火（c）20CrMnTi渗碳淬火后低温回火7．65、65Mn、50CrV等属于哪类钢，其热处理特点是（c ）（a）工具钢，淬火+低温回火（b）轴承钢，渗碳+淬火+低温回火（c）弹簧钢，淬火+中温回火8. 二次硬化属于（d）（a）固溶强化（b）细晶强化（c）位错强化（d）第二相强化9. 1Cr18Ni9Ti奥氏体型不锈钢，进行固溶处理的目的是（b）（a）获得单一的马氏体组织，提高硬度和耐磨性（b）获得单一的奥氏体组织，提高抗腐蚀性，防止晶间腐蚀（c）降低硬度，便于切削加工１０.推土机铲和坦克履带板受到严重的磨损及强烈冲击，应选择用（b ）（a）20Cr渗碳淬火后低温回火（b）ZGMn13—3经水韧处理（c）W18Cr4V淬火后低温回火五、填空题(20分)1、马氏体是碳在a-相中的过饱和固溶体，其形态主要有板条马氏体、片状马氏体。
钢的热处理原理
形核部位；在快速加热时，由于过热度大， 也可以在铁素体亚晶边界上形核。
F
A
(2) 奥氏体晶核长大
Fe3C
奥氏体晶核形成后即开始长大， A晶核
奥氏体和铁素体中碳的扩散是 奥氏体吞噬渗碳体和铁素体而 长大的驱动力……
10
奥氏体长大机制
由于在铁素体内， 铁素体与渗碳体和 铁素体与奥氏体接 触的两个界面之间 也存在着碳浓度差 Cα-C—Cα-γ ，因此碳 在在铁素体中也进 行着扩散， 扩散破坏了该温度下相界面的平衡浓度，为了恢复平衡， 渗碳体势必 由于 Cγ-C > Cγ-α，在奥氏 体中出现碳的浓度梯度，并引 C ，与此同时，另一个界 溶入奥氏体，使它们相邻界面的碳浓度恢复到 γ-C 起碳在奥氏体中不断地由高浓 面上，发生奥氏体碳原子向铁素体的扩散，促使 铁素体转变为奥氏体， 度向低浓度的扩散。 使它们之间界面的碳浓度恢复到Cγ-α。这样，奥氏体的两个界面就向铁素体 和渗碳体两个方向推移，奥氏体便长大。 始 形成，这段时 间称为孕育 期。温度 ↑ 孕育期 →
亚共析钢或过共析钢奥氏体等温形成图
当珠光体全部转变为奥氏体后，还有过剩相铁素体或渗碳体的继续转 变，也需要碳原子在奥氏体中的扩散及奥氏体与过剩相之间相界面的推移 来进行。与共析钢相比，过共析钢的渗碳体溶解和奥氏体的均匀化所需时 间要长得多。
氏体的自由能相等。只有当温度高
当温度等于A1时，珠光体与奥
于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱
珠光体和奥氏体的自由能 随温度变化的曲线
动力才能克服界面能和应变能的相变 阻力，使奥氏体的自由能低于珠光体 的自由能，奥氏体才能自发形核。
8
1. 奥氏体的形成过程
共析钢为例
Fe3C 6.69％C 复杂晶格
F
A
(2) 奥氏体晶核长大
Fe3C
奥氏体晶核形成后即开始长大， A晶核
奥氏体和铁素体中碳的扩散是 奥氏体吞噬渗碳体和铁素体而 长大的驱动力……
10
奥氏体长大机制
由于在铁素体内， 铁素体与渗碳体和 铁素体与奥氏体接 触的两个界面之间 也存在着碳浓度差 Cα-C—Cα-γ ，因此碳 在在铁素体中也进 行着扩散， 扩散破坏了该温度下相界面的平衡浓度，为了恢复平衡， 渗碳体势必 由于 Cγ-C > Cγ-α，在奥氏 体中出现碳的浓度梯度，并引 C ，与此同时，另一个界 溶入奥氏体，使它们相邻界面的碳浓度恢复到 γ-C 起碳在奥氏体中不断地由高浓 面上，发生奥氏体碳原子向铁素体的扩散，促使 铁素体转变为奥氏体， 度向低浓度的扩散。 使它们之间界面的碳浓度恢复到Cγ-α。这样，奥氏体的两个界面就向铁素体 和渗碳体两个方向推移，奥氏体便长大。 始 形成，这段时 间称为孕育 期。温度 ↑ 孕育期 →
亚共析钢或过共析钢奥氏体等温形成图
当珠光体全部转变为奥氏体后，还有过剩相铁素体或渗碳体的继续转 变，也需要碳原子在奥氏体中的扩散及奥氏体与过剩相之间相界面的推移 来进行。与共析钢相比，过共析钢的渗碳体溶解和奥氏体的均匀化所需时 间要长得多。
氏体的自由能相等。只有当温度高
当温度等于A1时，珠光体与奥
于A1时，珠光体向奥氏体转变的驱
珠光体和奥氏体的自由能 随温度变化的曲线
动力才能克服界面能和应变能的相变 阻力，使奥氏体的自由能低于珠光体 的自由能，奥氏体才能自发形核。
8
1. 奥氏体的形成过程
共析钢为例
Fe3C 6.69％C 复杂晶格
机械工程材料及选用第四章热处理2
机械工程材料及选用第四章热处理2
9
4.4.3.3 淬火介质
淬火冷却速度必须大于临界冷却速度，才能得到马氏体。
理想淬火冷却介质应满足在高温区冷速快、低温区冷速 慢的要求。
常用的介质有水、矿物油及新型淬火剂。
1. 水：最常用的淬火介质，适用于小截面的碳钢工件。
水介质的优点：冷却能力强、成本低、无污染；
24
4.4.3.5 淬火冷却方式
5. 冷处理 将淬火钢件继续冷到室温以下，使残余奥氏体转
变为马氏体的热处理工艺。 目的：提高硬度，增加尺寸稳定性。 冷处理适用于量具及精密件等。
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机械工程材料及选用第四章热处理2
25
第四节 钢的常规热处理工艺
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4.4.1 退火 4.4.2 正火 4.4.3 淬火 4.4.4 回火
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机械工程材料及选用第四章热处理2
27
4.4.4 回火
4.4.4.1 淬火钢回火转变过程 4.4.4.2 回火工艺的分类
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机械工程材料及选用第四章热处理2
28
4.4.4.1 淬火钢回火转变过程
淬火共析钢在不同回火温度时将发生以下变化：
1. 马氏体分解
100~200C，马氏体开始分解，部分碳原子脱溶析
喷水端冷却速度最大，沿轴向随距离增大，冷却速 度逐渐减小，组织及硬度亦逐渐变化。
从末端开始，每隔一定距离测量一个硬度值，得到 试样沿长度方向上的硬度变化，绘制出曲线，称为 淬透性曲线。
曲线上硬度变化最剧烈处即为50%马氏体处。
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机械工程材料淬硬性
2) 粒状碳化物消失，淬火组织耐磨性降低。
3) 钢发生严重氧化、脱碳，降低表面质量；
工程材料-第四章-钢的热处理
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
4.4.3 淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却， 使奥氏体转变为马氏体
淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.
淬火组织： 亚共析钢：马氏体+残余奥氏体 共析钢：马氏体+残余奥氏体 过共析钢：马氏体+残余奥氏体+渗碳体
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
工程材料
第四章 钢的热处理
材料工程学院
学习内容
4.1 热处理的概念与分类
4.2
钢的加热转变
4.3 钢的冷却转变
4.4
钢的普通热处理
工程材料第4章
4.1 热处理的概念与分类
4.1.1 热处理的概念
热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变钢的组 织结构，获得所需要性能的一种工艺。 只通过改变工件的组织来改 变性能，而不改变其形状。 只适用于在固态下能够发生 相变的材料
4.4.1 退火
将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。 退火目的 ⑴调整硬度，便于切削加工。适合加工 的硬度为170-250HB。 ⑵ 消除内应力，防止加工中变形。 ⑶ 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等 温退火、球化退火、扩散退火、去应力退 火、再结晶退火。 退火组织：P+F，P，P+Fe3C
工程材料第4章
4.4 钢的普通热处理
球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退 火工艺。 主要用于共析、过共析钢。
填空 亚共析钢退火后的组织是（），相是（） 共析钢退火后的组织是（），相是（） 过共析钢退火后的组织是（），相是（）
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• 转变温度 • 奥氏体的形成 • 奥氏体晶粒的长大及其影响因素
一、转变温度
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
图4-2加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变点的位置
二、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)
3）加入一定量的合金元素 若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的
作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。
第二节 钢在冷却时的转变
• 过冷奥氏体的等温冷却转变 • 过冷奥氏体的连续冷却转变
在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。
温度
保温
热 加
临界温度A1
连续冷却
等温冷却 时间
第四章 钢热时组织的转变 • 钢在冷却时组织的转变 • 钢的整体热处理工艺 • 钢的表面热处理和化学热处理工艺 • 热处理工艺的应用
概
述
1、钢的热处理定义:
将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得 所需组织和性能的工艺过程。
保温
临界温度
温度
热
加
冷
产
转变终止线
物
A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
（三）转变产物的组织和性能 1、珠光体型转变—高温转变（A1~ 550 ℃） A1 ~ 650 ℃ 层片状珠光体 < 25HRC
650℃~ 600℃ 细片状珠光体（索氏体 S） 25HRC~35HRC
600℃~ 550 ℃ 极细片状珠光体（托氏体 T） 35HRC~42HRC
珠光体性能 ： 珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑
• 加热工序的目的：得到奥氏体
P 结构
( F + Fe3C ) → A 体心 复杂 面心
含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.77
• 可见:珠光体向奥氏体转变,是由成分相差悬殊、晶格 截然不同的两相混合物转变成单相固溶体的过程。因 此在奥氏体的形成过程必定发生晶格重构和铁、碳原 子的扩散。
1. 奥氏体晶核的形成
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
-100 0
共析钢 C曲线建立过程示意图
A1
1
10
102
103
104 时间(s)
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
（二）共析碳钢 C曲线的分析
产物区 过冷奥氏体区
稳定的奥氏体区
A
+
A向产物
一、过冷奥氏体的等温冷却转变
过冷奥氏体:在相变温度A1以下，未发生转变而处于不稳定状态的 奥氏体。 过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的 某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。
(一) 过冷奥氏体等温转变图( C曲线）的建立
现以金相硬度法测定共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明 等温转变图的建立过程。
3. 奥氏体晶粒大小的控制
1）合理选择并严格控制加热温度和保温时间 随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大
愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗 大。
2）合理选择原始组织 随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向
也增大。但当wc>1.2%时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体 能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。
2. 奥氏体晶粒度:
• 晶粒度——晶粒大小的量度。 • 晶粒的大小通常用晶粒度级别指数来表示;奥氏体的晶粒度一 般分为8级，l－4级为粗晶粒，5－8级为细晶粒。
•奥氏体实际晶粒度：是指钢在具体热处理或热加工条件下获 得的奥氏体晶粒度; 它的大小决定了钢件热处理或热加工后室温组织的晶粒大小， 直接影响到钢件的力学性能。因此，在钢材验收、零件技术要 求、热加工工艺评定、产品质量分析中所规定的“晶粒度检验 ”一般都是指依据 GB／T 63941986检验钢的奥氏体实际晶粒 度
F向A转变和Fe3C溶解
3. 残余渗碳体溶解
在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成 之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间 的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。
A 残余Fe3C
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体均匀化
渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀 ,原 先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必 须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。
A
A 均匀化
亚共析钢和过共析钢的A形 成过程与共析钢基本相似， 不同之处在于亚共析钢和过 共析钢需加热到Ac3或Accm以 上，才能获得单一的奥氏体 组织，这个过程称为完全奥 氏体化。
三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
1．奥氏体晶粒的长大
由于奥氏体在铁素体与渗碳体相界面上形核，形成的晶核多，因 而刚完成珠光体向奥氏体的转变时奥氏体的晶粒是比较细小的。 但是如果在形成奥氏体后继续升高温度，或者是在高温长时间保 温，就会引起奥氏体晶粒长大。 由于晶粒粗大，往往使钢的强韧性恶化，特别是冲击韧性将明 显下降，韧脆转变温度相应升高，脆性倾向加大。 Ø因此，钢在加热时应严格控制加热规范，以获得细小而均匀 的奥氏体晶粒。
奥氏体的晶核易于在F和Fe3C渗碳体相界面上形成。这是因为在两 相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高；为形核提供了 良好的条件。
F
Fe3C
A
A形核
2. 奥氏体晶核的长大
奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的F向A的 转变和Fe3C的不断溶解来完成的。A向F和Fe3C两个方向长大。
未溶Fe3C A
却
时间
2.热处理的主要目的:改善材料的使用、工艺性能 。
3.热处理的特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形 状和尺寸 。
4.按目的、加热条件和特点不同热处理分为
整体 热处理
退火;正火;
淬火;回火;
热处理
表面 热处理 (表面淬火)
感应加热淬火 火焰加热淬火
化学 热处理
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
第一节 钢在加热时的组织转变
一、转变温度
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
图4-2加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变点的位置
二、奥氏体的形成过程(以共析钢为例)
3）加入一定量的合金元素 若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的
作用。锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。
第二节 钢在冷却时的转变
• 过冷奥氏体的等温冷却转变 • 过冷奥氏体的连续冷却转变
在热处理生产中，常用的冷却方式：等温冷却和连续冷却。
温度
保温
热 加
临界温度A1
连续冷却
等温冷却 时间
第四章 钢热时组织的转变 • 钢在冷却时组织的转变 • 钢的整体热处理工艺 • 钢的表面热处理和化学热处理工艺 • 热处理工艺的应用
概
述
1、钢的热处理定义:
将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得 所需组织和性能的工艺过程。
保温
临界温度
温度
热
加
冷
产
转变终止线
物
A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
1
10
102
103
104 时间(s)
（三）转变产物的组织和性能 1、珠光体型转变—高温转变（A1~ 550 ℃） A1 ~ 650 ℃ 层片状珠光体 < 25HRC
650℃~ 600℃ 细片状珠光体（索氏体 S） 25HRC~35HRC
600℃~ 550 ℃ 极细片状珠光体（托氏体 T） 35HRC~42HRC
珠光体性能 ： 珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑
• 加热工序的目的：得到奥氏体
P 结构
( F + Fe3C ) → A 体心 复杂 面心
含碳量 0.77 0.0218 6.69 0.77
• 可见:珠光体向奥氏体转变,是由成分相差悬殊、晶格 截然不同的两相混合物转变成单相固溶体的过程。因 此在奥氏体的形成过程必定发生晶格重构和铁、碳原 子的扩散。
1. 奥氏体晶核的形成
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
-100 0
共析钢 C曲线建立过程示意图
A1
1
10
102
103
104 时间(s)
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
（二）共析碳钢 C曲线的分析
产物区 过冷奥氏体区
稳定的奥氏体区
A
+
A向产物
一、过冷奥氏体的等温冷却转变
过冷奥氏体:在相变温度A1以下，未发生转变而处于不稳定状态的 奥氏体。 过冷奥氏体的等温转变：指钢经奥氏体化后冷却到相变点以下的 某温度区间内等温时。过冷奥氏体所发生的转变。
(一) 过冷奥氏体等温转变图( C曲线）的建立
现以金相硬度法测定共析钢过冷奥氏体等温转变为例，来说明 等温转变图的建立过程。
3. 奥氏体晶粒大小的控制
1）合理选择并严格控制加热温度和保温时间 随着温度升高晶粒度将随之长大。温度愈高，晶粒长大
愈明显。在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗 大。
2）合理选择原始组织 随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向
也增大。但当wc>1.2%时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体 能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒度较小。
2. 奥氏体晶粒度:
• 晶粒度——晶粒大小的量度。 • 晶粒的大小通常用晶粒度级别指数来表示;奥氏体的晶粒度一 般分为8级，l－4级为粗晶粒，5－8级为细晶粒。
•奥氏体实际晶粒度：是指钢在具体热处理或热加工条件下获 得的奥氏体晶粒度; 它的大小决定了钢件热处理或热加工后室温组织的晶粒大小， 直接影响到钢件的力学性能。因此，在钢材验收、零件技术要 求、热加工工艺评定、产品质量分析中所规定的“晶粒度检验 ”一般都是指依据 GB／T 63941986检验钢的奥氏体实际晶粒 度
F向A转变和Fe3C溶解
3. 残余渗碳体溶解
在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成 之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间 的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。
A 残余Fe3C
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体均匀化
渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀 ,原 先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必 须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。
A
A 均匀化
亚共析钢和过共析钢的A形 成过程与共析钢基本相似， 不同之处在于亚共析钢和过 共析钢需加热到Ac3或Accm以 上，才能获得单一的奥氏体 组织，这个过程称为完全奥 氏体化。
三、奥氏体晶粒的长大及其影响因素
1．奥氏体晶粒的长大
由于奥氏体在铁素体与渗碳体相界面上形核，形成的晶核多，因 而刚完成珠光体向奥氏体的转变时奥氏体的晶粒是比较细小的。 但是如果在形成奥氏体后继续升高温度，或者是在高温长时间保 温，就会引起奥氏体晶粒长大。 由于晶粒粗大，往往使钢的强韧性恶化，特别是冲击韧性将明 显下降，韧脆转变温度相应升高，脆性倾向加大。 Ø因此，钢在加热时应严格控制加热规范，以获得细小而均匀 的奥氏体晶粒。
奥氏体的晶核易于在F和Fe3C渗碳体相界面上形成。这是因为在两 相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高；为形核提供了 良好的条件。
F
Fe3C
A
A形核
2. 奥氏体晶核的长大
奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的F向A的 转变和Fe3C的不断溶解来完成的。A向F和Fe3C两个方向长大。
未溶Fe3C A
却
时间
2.热处理的主要目的:改善材料的使用、工艺性能 。
3.热处理的特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形 状和尺寸 。
4.按目的、加热条件和特点不同热处理分为
整体 热处理
退火;正火;
淬火;回火;
热处理
表面 热处理 (表面淬火)
感应加热淬火 火焰加热淬火
化学 热处理
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
第一节 钢在加热时的组织转变