课件-工程材料 第三章(3) 钢的热处理及金属表面处理
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第三章--钢的热处理PPT课件
• 如果加热温度过高，或者保温时间过长，将会促使奥氏体晶粒粗化。奥氏 体晶粒粗化后，热处理后钢的晶粒就粗大，会降低钢的力学性能。
04.03.2021
6
电厂金属材料
三、 晶粒度的评定
• 晶粒的大小，或叫晶粒的粗细，是用晶粒度来表示的。
1．起始晶粒度：指钢加热至奥氏体的过程中，当铁素体向奥氏体转变刚刚完了是所形成 的晶粒度，既当奥氏体成核长大时 ，奥氏体晶粒的边界刚刚相碰时的晶粒的大小。
04.03.2021
8
电厂金属材料
• 钢的本质晶粒度是由钢的成分和冶炼条件决定的。含有钛、钒、钨等合金元 素的钢，大多属于本质细晶粒钢。冶炼时采用铝脱氧的钢也为本质细晶粒钢， 而只用硅、锰脱氧的钢则为本质粗晶粒钢。
•这是因为钛、钒、钨及铝等合金元素在钢中能形成金属化合物，这些化合物微粒分 布在奥氏体晶界上能机械地阻止奥氏体晶粒的长大。但是，当温度升得较高时，这些 化合物微粒会发生聚集甚至溶入奥氏体，这样也失去了机械阻碍的作用，晶粒便会迅 速长大。
二、奥氏体化过程
珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的 机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏 体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
奥氏体化大致可分为四个过程，如图3－2所示。
04.03.2021
4
电厂金属材料
1．奥氏体形核
• 奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上的碳浓度处于中间 值，原子排列也不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量。同时位 错和空间密度较高 铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利 条件。
• 钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。
04.03.2021
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电厂金属材料
三、 晶粒度的评定
• 晶粒的大小，或叫晶粒的粗细，是用晶粒度来表示的。
1．起始晶粒度：指钢加热至奥氏体的过程中，当铁素体向奥氏体转变刚刚完了是所形成 的晶粒度，既当奥氏体成核长大时 ，奥氏体晶粒的边界刚刚相碰时的晶粒的大小。
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电厂金属材料
• 钢的本质晶粒度是由钢的成分和冶炼条件决定的。含有钛、钒、钨等合金元 素的钢，大多属于本质细晶粒钢。冶炼时采用铝脱氧的钢也为本质细晶粒钢， 而只用硅、锰脱氧的钢则为本质粗晶粒钢。
•这是因为钛、钒、钨及铝等合金元素在钢中能形成金属化合物，这些化合物微粒分 布在奥氏体晶界上能机械地阻止奥氏体晶粒的长大。但是，当温度升得较高时，这些 化合物微粒会发生聚集甚至溶入奥氏体，这样也失去了机械阻碍的作用，晶粒便会迅 速长大。
二、奥氏体化过程
珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。由于珠光体是铁素体和渗碳体的 机械混合物，铁素体与渗碳体的晶包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏 体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。
奥氏体化大致可分为四个过程，如图3－2所示。
04.03.2021
4
电厂金属材料
1．奥氏体形核
• 奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的。由于界面上的碳浓度处于中间 值，原子排列也不规则，原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量。同时位 错和空间密度较高 铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利 条件。
• 钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。
工程材料—钢的热处理课件
。
02
热处理工艺优化
通过深入研究材料的热处理行为，优化现有热处理工艺，提高材料性能
。
03
热处理与其它加工技术的结合
研究热处理与其它材料加工技术的结合应用，如焊接、切割、表面处理
等。
THANK YOU
感谢各位观看
03
钢的热处理效果
钢的硬度变化
总结词
随着热处理温度的升高，钢的硬度先升高后降低。
详细描述
在加热过程中，钢内部的原子或分子的运动速度会增加，导致原子之间的平均距 离变大，使钢的硬度降低。而在冷却过程中，原子或分子的运动速度会减慢，原 子之间的平均距离变小，使钢的硬度升高。
钢的抗拉强度变化
总结词
热处理可以显著提高钢的抗拉强度。
02
钢的热处理工艺
预处理
01
02
03
清理
去除钢材表面的污垢、锈 迹和其他杂质，确保热处 理的均匀性和质量。
矫直
将钢材进行矫直处理，消 除其弯曲、扭曲等形变， 保证热处理过程中的均匀 加热。
装炉
将预处理后的钢材按照工 艺要求装入热处理炉中， 确保加热的均匀性和质量 。
加热
温度控制
根据不同的钢种和热处理工艺要求，控制加热温 度，确保钢材充分奥氏体化。
组织转变
在保温过程中，钢材内部的组织 逐渐发生转变，如奥氏体向铁素 体的转变，为后续冷却过程做好 准备。
冷却
冷却方式
根据不同的热处理工艺要 求，选择适当的冷却方式 ，如空冷、水冷或油冷等 。
冷却速度
控制冷却速度，使钢材内 部的组织转变得以控制， 获得所需的组织和性能。
冷却均匀性
确保钢材在整个冷却过程 中均匀冷却，防止出现裂 纹、变形等问题，保证热 处理的质量和稳定性。
金属工艺学 第3章 钢的热处理
再结晶退火：消除冲压件冷变形所产生的加工硬化（再结晶温度以上150— 250℃），降低硬度，恢复塑性。
11/12/2020
正火
将钢加热到Ac3 线以上30—50 ℃ （亚共析钢）或 Accm以上30——50 ℃ （过共析钢） ，保温后在空气中 冷却。得到的是细 珠光体组织（索氏 体）。
应用：（1）取代部分完全退火； （2）用于普通结构件的最终热处理； （3）用于过共析钢，减少或消除网状二次渗碳体， 为球化处理作准备。
11/12/2020
复习思考题
1 某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：下料→ 锻造→正火①→切削加工→渗碳②→淬火③→低温回 火④→喷丸→磨削。请说明①、②、③、④四项热处 理工艺的目的。
2 说明固溶强化的强化原理。
第4章 非金属材料
11/12/2020
自学
目的：
Ø降低硬度，便于机加工。 Ø细化晶粒，提高塑性和韧性。 Ø消除应力。
应用：铸件、锻件、焊接及其它毛
坯的热处理。
1、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线以上20—30℃，保温后缓慢冷却. 2、球化退火: 将过共析钢加热到Ac1线以上20—30℃，保温后缓慢冷却. 3、低温退火: 将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却.
11/12/2020
钢的热处理
3.2 化学热处理
1 渗碳 2 渗氮 3 碳氮共渗
基本程序： （1）将工件加热到一定的温度，使有利 于吸收渗入元素活性原子。 （2）由化合物分解或离子转化而得到渗 入元素的活性原子。 （3）活性原子被吸附，并溶入工件表面， 形成固溶体，在活性原子浓度很高时，还 可形成化合物。 （4）渗入原子在一定温度，由表层向内 扩散，形成一定的扩散层。
工程材料导论
11/12/2020
正火
将钢加热到Ac3 线以上30—50 ℃ （亚共析钢）或 Accm以上30——50 ℃ （过共析钢） ，保温后在空气中 冷却。得到的是细 珠光体组织（索氏 体）。
应用：（1）取代部分完全退火； （2）用于普通结构件的最终热处理； （3）用于过共析钢，减少或消除网状二次渗碳体， 为球化处理作准备。
11/12/2020
复习思考题
1 某汽车齿轮选用20CrMnTi制造，其工艺路线为：下料→ 锻造→正火①→切削加工→渗碳②→淬火③→低温回 火④→喷丸→磨削。请说明①、②、③、④四项热处 理工艺的目的。
2 说明固溶强化的强化原理。
第4章 非金属材料
11/12/2020
自学
目的：
Ø降低硬度，便于机加工。 Ø细化晶粒，提高塑性和韧性。 Ø消除应力。
应用：铸件、锻件、焊接及其它毛
坯的热处理。
1、完全退火：将亚共析钢加热到Ac3线以上20—30℃，保温后缓慢冷却. 2、球化退火: 将过共析钢加热到Ac1线以上20—30℃，保温后缓慢冷却. 3、低温退火: 将钢加热到Ac1线以下，保温后缓慢冷却.
11/12/2020
钢的热处理
3.2 化学热处理
1 渗碳 2 渗氮 3 碳氮共渗
基本程序： （1）将工件加热到一定的温度，使有利 于吸收渗入元素活性原子。 （2）由化合物分解或离子转化而得到渗 入元素的活性原子。 （3）活性原子被吸附，并溶入工件表面， 形成固溶体，在活性原子浓度很高时，还 可形成化合物。 （4）渗入原子在一定温度，由表层向内 扩散，形成一定的扩散层。
工程材料导论
钢的热处理-金属工艺学PPT课件
空冷 → S 过共析钢正火加热温度 必须高于Accm。 其目 的是消除网状渗碳体。 应用：
1) 钢的最终热处理
细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P%（S%） → 强度、韧性、硬度↑
2) 预先热处理 —— 淬火、球化退火前改善组织。 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。
钢的淬火
• 一、淬火的目的 • 获得马氏体组织 • 二、淬火的一般工艺
§2 钢在加热和冷却时的转变
珠光体转变：扩散相变 (A1～550℃, A→P（F+Fe3C）)
3）在600～550℃形成片层间距极小的珠光体 ( 0.2m) ，在光学显微镜下高倍放大已无法分 辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很薄 的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的复 相组织，称为极细珠光体或托氏体，用字母T表 示（以法国金相学家L•Troost的名字命名）。
1.淬火温度的选择 2.保温时间的确定 3.淬火冷却介质
1.淬火温度的选择
• (1) 亚共析钢： Ac3+30～50℃——细小均匀M
温度过低：残余F 温度过高：粗大马氏体
• (2) 过共析钢: Ac1+30～50℃——细小均匀M+粒状Fe3C
温度过低：残余F 温度过高(大于Accm)：得到粗大马氏体，引起变形 或开裂；二次渗碳体全部溶解，降低Ms点，AR增多。
平衡临界点：
A1、 A3、 Acm
加热临界点：
Ac1、Ac3、Accm
冷却临界点：
Ar1、Ar3、Arcm
பைடு நூலகம்
§2 钢在加热和冷却时的转变
1、奥氏体的形成(PA)
钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化。以 共析钢的奥氏体形成过程为例。
1) 钢的最终热处理
细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P%（S%） → 强度、韧性、硬度↑
2) 预先热处理 —— 淬火、球化退火前改善组织。 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。
钢的淬火
• 一、淬火的目的 • 获得马氏体组织 • 二、淬火的一般工艺
§2 钢在加热和冷却时的转变
珠光体转变：扩散相变 (A1～550℃, A→P（F+Fe3C）)
3）在600～550℃形成片层间距极小的珠光体 ( 0.2m) ，在光学显微镜下高倍放大已无法分 辨出其内部构造，在电子显微镜下可观测到很薄 的铁素体层和碳化物（渗碳体）层交替重叠的复 相组织，称为极细珠光体或托氏体，用字母T表 示（以法国金相学家L•Troost的名字命名）。
1.淬火温度的选择 2.保温时间的确定 3.淬火冷却介质
1.淬火温度的选择
• (1) 亚共析钢： Ac3+30～50℃——细小均匀M
温度过低：残余F 温度过高：粗大马氏体
• (2) 过共析钢: Ac1+30～50℃——细小均匀M+粒状Fe3C
温度过低：残余F 温度过高(大于Accm)：得到粗大马氏体，引起变形 或开裂；二次渗碳体全部溶解，降低Ms点，AR增多。
平衡临界点：
A1、 A3、 Acm
加热临界点：
Ac1、Ac3、Accm
冷却临界点：
Ar1、Ar3、Arcm
பைடு நூலகம்
§2 钢在加热和冷却时的转变
1、奥氏体的形成(PA)
钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化。以 共析钢的奥氏体形成过程为例。
钢的热处理及金属的表面处理PPT共57页
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话1、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
Thank you
第3章钢的热处理ppt课件
第二节 退火与正火
.
第三节 淬火与回火
第三节 淬火与回火
.
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。
分类方法
整体热处理
表面热处理
退火 正火 淬火 淬火和回火 调质 稳定化处理 固溶处理 时效
第一节 热处理概述
表面淬火和回火 物理气相沉积 化学气相沉积
等离子体化气相沉积
.
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。
工件加热奥
氏体化后浸入温 度稍高或稍低于 Ms点的碱浴或盐 浴中保持适当时 间，在工件整体 达到介质温度后 取出空冷以获得 马氏体的淬火。
工件加热奥
氏体化后快冷到 贝氏体转变温度 区间等温保持， 使奥氏体转变为 贝氏体的淬火。
第三节 淬火与回火
.
一、淬火
2、淬火方法和应用
种类
工艺 特点
单介质淬火 双介质淬火 马氏体分级淬火 贝氏体等温淬火
Ac1+(1020)℃
Ac1 － (100- Ac3+(150200)℃ ， 一 般 200)℃，一般在 在500－600℃ 1050－1150℃
第二节 退火与正火
.
一、退火
2、退火的方法和应用
钢的热处理表面热处理【共48张PPT】
2)目的: 获得具有表硬里韧性能的零件。
3)用钢:
低碳钢和低碳合金钢。
4)方法: 固体、气体、液体渗碳。
程晓宇
固体渗碳法示意图
—程晓宇
气体渗碳法示意图
程晓宇
5)工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
二) 性质:是一种不改变钢表层分,但改变 表层组织的局部热处理工艺。
工程材料与热加工基础—程晓宇
五)表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
六)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火 焰加热、电接触加热法等。
第三章钢的热处理表面热处理
工程材料与热加工基础程晓宇
一) 定义:指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺
三) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。四) 工艺要求:淬火前—工件应正火或调质 淬火后—应低温回火 目的
M回+Fe3C+A残
低碳钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
工程材料与热加工基础—程晓宇
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。
工程材料与热加工基础—
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。 长厘米， 剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。
工程材料与热加工基础程晓宇
渗碳与渗氮的工艺特点
工程材料与热加工基础—
3)用钢:
低碳钢和低碳合金钢。
4)方法: 固体、气体、液体渗碳。
程晓宇
固体渗碳法示意图
—程晓宇
气体渗碳法示意图
程晓宇
5)工艺: 加热温度为900～950℃; 渗碳时间一般为3～9小时;
二) 性质:是一种不改变钢表层分,但改变 表层组织的局部热处理工艺。
工程材料与热加工基础—程晓宇
五)表面淬火用钢:
选用中碳或中碳低合金钢。40、45、40Cr、40MnB等。
六)表面淬火加工的方法: 感应加热( 高、中、工频 )、火 焰加热、电接触加热法等。
第三章钢的热处理表面热处理
工程材料与热加工基础程晓宇
一) 定义:指将工件表面快速加热到淬火温度，迅速冷却，使工件表面得到一定深度的淬硬层，而心部仍保持未淬火状态组织的热处理工艺
三) 工艺特征:通过快速加热使钢的表层奥氏体化,然后急冷,使表层形成马氏体组织,而心部仍保持不变。四) 工艺要求:淬火前—工件应正火或调质 淬火后—应低温回火 目的
M回+Fe3C+A残
低碳钢
9)常用的钢种: 15、20、20Cr、20Mn2、 20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。
工程材料与热加工基础—程晓宇
2.钢的渗氮 ( Nitridation of steel )
1)定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。
2)目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能 的零件。
工程材料与热加工基础—
越王勾践剑
春秋晚期越国青铜兵器,出土于湖北江陵楚墓。 长厘米， 剑锷锋芒犀利，锋能割断头发。
工程材料与热加工基础程晓宇
渗碳与渗氮的工艺特点
工程材料与热加工基础—
《模具材料与热处理》课件——第三章 钢的表面热处理
应用氧—乙炔(或其他可燃气体)火焰对零件表面进行快 速加热并随后快速冷却的工艺称为火焰加热表面淬火。
特点：加热温度及淬硬层深度 不易控制，易产生过热和加热不均 匀，淬火质量不稳定。不需要特殊 设备，适用于单件或小批量生产。
火焰淬火
作业：大家进入学习通完成线上作业
说明：课后我会推送线上作业到学习通，大家要认真 完成哦，我已设置系统自动改题、统计分数并排名。 大家必须按时完成作业哦！！！
（2）渗氮
渗氮——在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的 化学热处理工艺。
目的：提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。
1）渗氮与渗碳相比具有以下特点： 渗氮层具有很高的硬度和耐磨性 渗氮层具有渗碳层所没有的耐蚀性 渗氮比渗碳温度低，工件变形小 渗氮工件的工艺路线：
2）渗氮的方法 ① 气体渗氮 工件在气体介质中进行渗氮称为气体渗氮。它是将工 件放入密闭的炉内，加热到500~600℃，通入氨气(NH3)， 利用氨气分解出活性氮原子进行渗氮的方法。
二、化学热处理
化学热处理——将工件置于一定温度的活性介质中保温 ，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织
和性能的热处理工艺。
1. 化学热处理的基本过程
化学热处理
（1）分解 （2）吸收 （3）扩散
根据渗入元素分：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。
2. 化学热处理方法
（1） 渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原
渗氮层的显微组织 a)渗氮层及维氏硬度测试压痕 b)渗氮层中致密的针状氮化物(白色)
② 离子渗氮 在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件（阴极）和阳 极之间产生的辉光放电现象进行渗氮的工艺称为离子渗氮。
等离子渗氮
特点：加热温度及淬硬层深度 不易控制，易产生过热和加热不均 匀，淬火质量不稳定。不需要特殊 设备，适用于单件或小批量生产。
火焰淬火
作业：大家进入学习通完成线上作业
说明：课后我会推送线上作业到学习通，大家要认真 完成哦，我已设置系统自动改题、统计分数并排名。 大家必须按时完成作业哦！！！
（2）渗氮
渗氮——在一定温度下，使活性氮原子渗入工件表面的 化学热处理工艺。
目的：提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。
1）渗氮与渗碳相比具有以下特点： 渗氮层具有很高的硬度和耐磨性 渗氮层具有渗碳层所没有的耐蚀性 渗氮比渗碳温度低，工件变形小 渗氮工件的工艺路线：
2）渗氮的方法 ① 气体渗氮 工件在气体介质中进行渗氮称为气体渗氮。它是将工 件放入密闭的炉内，加热到500~600℃，通入氨气(NH3)， 利用氨气分解出活性氮原子进行渗氮的方法。
二、化学热处理
化学热处理——将工件置于一定温度的活性介质中保温 ，使一种或几种元素渗入其表层，以改变其化学成分、组织
和性能的热处理工艺。
1. 化学热处理的基本过程
化学热处理
（1）分解 （2）吸收 （3）扩散
根据渗入元素分：渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗金属等。
2. 化学热处理方法
（1） 渗碳 钢的渗碳是将钢件置于渗碳介质中加热并保温，使碳原
渗氮层的显微组织 a)渗氮层及维氏硬度测试压痕 b)渗氮层中致密的针状氮化物(白色)
② 离子渗氮 在低于一个大气压的渗氮气氛中，利用工件（阴极）和阳 极之间产生的辉光放电现象进行渗氮的工艺称为离子渗氮。
等离子渗氮
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又称临界淬火速度
T℃ 800
600
400
Ms
200 0
A1
21
3
4 5 V临 t(秒)
V临：临界冷却速度
• V实际> V临时,冷却 全部得到马氏体。
• V实际< V临′时,冷却 组织非全马氏体。
• 在连续冷却条件下， 不发生贝氏体转变。
T A1
Ms 0
连续冷却转变曲线 等温冷却转变曲线
t
5. 亚共析钢和过共析钢的C曲线
常用热处理工艺： 普通热处理：退火、正火、淬火和回火。 表面热处理：表面淬火、渗碳、渗氮和
碳氮共渗等。 （渗碳、渗氮和碳氮共渗又叫化学热
处理）。
3.2 钢的热处理原理 3.2.1钢在加热时的组织转变 T℃
加热工序的目的： 是要得到均匀
的奥氏体。
C%
A1、A3、Acm-------平衡条件下测定的临界温 度的位置
(3)马氏体型组织
高碳马氏体（针叶状）由于含有大量过饱和的碳， 其晶格发生严重畸变，内应力高，位错移动困难。所 以高碳马氏休的硬度很高，而塑性韧性极差。
低碳马氏体（板条状）的晶格畸变较小，内应力 较小。所以硬度比高碳马氏体低。但其强度、塑性和 韧性都较好。
组织
含
机械性能
碳
量量 HRC σb (MN/ m2 ） ak（J/cm2 ） y（%）
Ac1、Ac3、Accm---实际加热时的位置 Ar1、Ar3，Arcm----实际冷却时的位置
加热不当易产生的缺陷：
过热：由于加热温度过高，使奥氏体晶粒过 分长大，冷却后组织粗大，机械性能变坏。
过烧：由于加热温度太高，致使晶界发生氧 化，甚至熔化，工件报废。
氧化和脱碳：保温时间过长则易产生
其它：而保温时间不足，工件不能热透或奥 氏体成分不均匀，淬火后将出现软点甚至淬 不硬。
淬火应力的影响。在满足使用要求的前提 下：
#零件的结构形状应
尽量对称，
#壁厚均匀，
#必要时可增加工艺
孔或采用组合结构。
#避免出现尖角、盲孔。 #在截面变化时应有过渡。 #孔与边缘和尖角的距离不能太近。 #对某些易变形的零件，还可在淬火前 留筋，淬火后切除。
2. 回火 将淬火后 的钢加热到Ac1以下的某一
稍高于Ms点的冷却介质中(如盐浴或碱浴槽
内)，停留2-5分钟，然后取出空冷，叫做分
级淬火。
d. 等温淬火法: 类似分级淬火。
以获得高强度 和高韧性。
奥氏体转变是在 稍高于Ms点温
T A1
度的盐浴槽中完
成，得到的组织
不是马氏体而是 下贝氏体，然后
Ms
3
4
在空气中冷却。
t
e. 冷处理：将钢加热到淬火温度并保温后的 淬火冷却继续到零度以下温度的处理工艺。
下贝氏体：针状
(c)低温转变产物（240～－50℃） 马氏体：碳在α-铁中的过饱和固溶体。
板条状马氏体
针状马氏体
3. 奥氏体等温转变产物的性能
(1)珠光体型组织 珠光体的强度、硬度较低，塑性、韧
性较好。随着转变温度降低，珠光体片层 变细，强度、硬度提高。
组织名称 HB σb δ
珠光体 索氏体 170~230 230~320 820~880 900~1100
主要用途：各种高碳钢工具、模具、滚动轴 承及渗碳件和表面淬火的零件，
(2)中温回火（ 350～500℃ ）
回火组织：回火屈氏体。
性 能：较高的弹性极限和屈服极限， 内应力大大降低。
硬度为HRC35～45。 主要用途：弹簧元件、锻模等
(3)高温回火（ 500～600℃ ）（ “调质处理” 回火组织：回火索氏体。 性 能：良好的综合性能。
T℃ 1100 1000
800
600 400
0
扩散退火
再结晶退火 低温退火
0.4
0. 8
球化退火 1. 2
C%
3.3.2 钢的淬火与回火
1. 淬火 将钢加热至Ac3线或Ac1线以上某一温度，
保温一定时间，迅速冷却至室温，从而获得 马氏体组织的工艺。
目的： 在于提高钢的硬度，或得到马氏体,以便
通过回火调整组织、性能。
目的：消除残余奥氏体，提高淬火硬度， 稳定零件的尺寸。
精密量具、滚动轴承等都应进行冷处理。
淬硬性与淬透性
淬硬性：是指钢在理想条件下进行淬 火硬化所能达到最高硬度的能力—— 取决于马氏体中的含碳量。
淬透性：是指钢获得深层马氏体的能力 ——是钢本身固有的属性。
影响因素：奥氏体成分及奥氏体化条件。
(3) 淬火零件的结构工艺性 在设计零件时，应考虑到零件结构对
3.2.2 钢在冷却时的组织与性能转变
钢的热处理工艺有两种冷却方式：等 温冷却和连续冷却。
T℃
等温冷却方
800
式对研究冷却过
600
程中的组织转变 400
较为方便，现以
共析钢为例作冷
200
却实验。
0
A1
21
t(秒）
1. 共析钢等温转变曲线的建立（也称作“C—曲线”
T℃ 700 600 500 400 300 200
5~10 10~20
屈氏体 330~400 1400~1500 10~20
(2)贝氏体型组织
上贝氏体的形成温度较高，其铁素体条 较宽，变形抗力小，渗碳体排列在铁素体 条之间，容易引起脆性。所以，上贝氏体 的强度和塑性、韧性都很差。热处理时不 希望得到上贝氏体。
下贝氏体形成温度较低，晶粒较细， 其针叶状的铁素体中含有过饱和的碳，均 匀分布的细小碳化物有着较大的弥散强化 作用。因此下贝氏体有较高的强度和塑性 韧性。上贝氏体硬度HRC40～50，下贝氏 体硬度为HRC50～60。
退火的目的： 降低硬度，以利于切削加工。 细化晶粒，改善组织，提高机械
性能。 消除内应力，为下一道淬火工序
作好准备。 提高钢的塑性和韧性，便于进行
冷冲压或冷拉拔加工。
(1)完全退火
将钢件加热到Ac3以 T℃ 上30～50℃，保温后随炉 缓慢冷却。 目的：晶粒细化，便于切 削加工，消除内应力
C%
适用范围：亚共析钢和共 析钢。
应用：主要用于奥氏体比较稳定的合金工 具钢和高合金钢 特点：与完全退火相比，可以大大缩短整 个退火时间。此外，由于奥氏体分解是在 恒温下进行的，所以工件截面上的结构和 性能也较均匀一致
(4)去应力退火 将钢加热到Ar1以下的某一温度(约
500～600℃)，保温后缓慢冷却。 一般用于消除铸件、锻件和焊接件等
(1)淬火加热温度
亚共析钢: Ac3以上30～50℃，
共析钢和过共析钢: Ac1以上30～50℃。
T（℃）
1000 900 800 700 600 0 0.2 0.6 1 1.4 C%
(2)淬火冷却方式 快冷是手段，得到马氏体是目的，
冷速太慢得不到马氏体，太快将产生变 Nhomakorabea形与开裂。
T
常用的淬火方法：
1 10 102 103 104 105 106 t(Ãë)
珠光体的强度、硬度较低，塑 性、韧性较好。随着转变温度降低， 珠光体片层变细，强度、硬度提高。
P 3800x
组织名称 HB σb δ
S 8000x
珠光体 索氏体 170~230 230~320 820~880 900~1100
5~10 10~20
T℃ 700 600 500
A正
常
P
S
T
(1)高温转变产物（A1～ 550℃）等温转变的产物， 珠光体型组织。 珠光体：（727℃～650℃）
400
A过冷
B上
索氏体： （650℃～600℃）
300
Ms (240℃)
200
M+A残
B下
又叫细珠光体
屈氏体： （600℃～550℃）
0
M
Mf (-55℃)
又叫极细珠光体
温度，保温一定时间，然后取出空冷或油 冷的热处理工艺过程称为回火。
目的：稳定组织， 降低了淬火钢的脆性，提高韧性， 消除淬火内应力稳定零件尺寸和性能。
(1)低温回火（ 150～250℃ ）
回火组织：回火马氏体。
性 能：高硬度和耐磨性（这种回火主要 是为了降低钢中的残余应力和脆性）。 HRC58～64。
(2)球化退火(不完全退火)
将钢件加热到Ac1以上20～30℃， 保温后缓冷，或在Ar1以下20℃等温， 使渗碳体成为颗粒状的热处理工艺叫 球化退火。
目的：使片状或网状渗碳体球状化。 适用范围：过共析钢。
T℃
C%
(3)等温退火
将钢件加热，保温后即较快地冷却到稍 低于Ar1的温度，再进行等温，当奥氏体，转 变结束后，取出在空气中冷却。
A1
a.普通淬火法(单液淬火
法)：
Ms
碳钢的淬火剂一般 1
用水，合金钢的淬火剂
一般用油。
t
b. 双液淬火法：
钢件先放入冷却
能力较强的介质
中冷却到300℃左
右，后再放入冷 T A1
却能力较弱的介
质中冷却。
例如，先在水中
淬火后油冷，但 应恰当地掌握好
Ms 2
1
在水中的停留时
t
间。
c. 分级淬火法: 将钢件加热后迅速投入温度
热处理
σb (MN/ m2 σs (MN/ m2
δ(%)
y（% ak（J/cm2 ）
正火 565
307
19.9
36.3
67
调质 583
339
30.0
65.4 136
3.4 钢的表面热处理和化学热处理
机械制造业中，很多机器零件要求 表面耐磨损，不易产生疲劳破坏，而心 部则要求有足够的韧性，如齿轮、轴、 凸轮等。
T℃ 800
600
400
Ms
200 0
A1
21
3
4 5 V临 t(秒)
V临：临界冷却速度
• V实际> V临时,冷却 全部得到马氏体。
• V实际< V临′时,冷却 组织非全马氏体。
• 在连续冷却条件下， 不发生贝氏体转变。
T A1
Ms 0
连续冷却转变曲线 等温冷却转变曲线
t
5. 亚共析钢和过共析钢的C曲线
常用热处理工艺： 普通热处理：退火、正火、淬火和回火。 表面热处理：表面淬火、渗碳、渗氮和
碳氮共渗等。 （渗碳、渗氮和碳氮共渗又叫化学热
处理）。
3.2 钢的热处理原理 3.2.1钢在加热时的组织转变 T℃
加热工序的目的： 是要得到均匀
的奥氏体。
C%
A1、A3、Acm-------平衡条件下测定的临界温 度的位置
(3)马氏体型组织
高碳马氏体（针叶状）由于含有大量过饱和的碳， 其晶格发生严重畸变，内应力高，位错移动困难。所 以高碳马氏休的硬度很高，而塑性韧性极差。
低碳马氏体（板条状）的晶格畸变较小，内应力 较小。所以硬度比高碳马氏体低。但其强度、塑性和 韧性都较好。
组织
含
机械性能
碳
量量 HRC σb (MN/ m2 ） ak（J/cm2 ） y（%）
Ac1、Ac3、Accm---实际加热时的位置 Ar1、Ar3，Arcm----实际冷却时的位置
加热不当易产生的缺陷：
过热：由于加热温度过高，使奥氏体晶粒过 分长大，冷却后组织粗大，机械性能变坏。
过烧：由于加热温度太高，致使晶界发生氧 化，甚至熔化，工件报废。
氧化和脱碳：保温时间过长则易产生
其它：而保温时间不足，工件不能热透或奥 氏体成分不均匀，淬火后将出现软点甚至淬 不硬。
淬火应力的影响。在满足使用要求的前提 下：
#零件的结构形状应
尽量对称，
#壁厚均匀，
#必要时可增加工艺
孔或采用组合结构。
#避免出现尖角、盲孔。 #在截面变化时应有过渡。 #孔与边缘和尖角的距离不能太近。 #对某些易变形的零件，还可在淬火前 留筋，淬火后切除。
2. 回火 将淬火后 的钢加热到Ac1以下的某一
稍高于Ms点的冷却介质中(如盐浴或碱浴槽
内)，停留2-5分钟，然后取出空冷，叫做分
级淬火。
d. 等温淬火法: 类似分级淬火。
以获得高强度 和高韧性。
奥氏体转变是在 稍高于Ms点温
T A1
度的盐浴槽中完
成，得到的组织
不是马氏体而是 下贝氏体，然后
Ms
3
4
在空气中冷却。
t
e. 冷处理：将钢加热到淬火温度并保温后的 淬火冷却继续到零度以下温度的处理工艺。
下贝氏体：针状
(c)低温转变产物（240～－50℃） 马氏体：碳在α-铁中的过饱和固溶体。
板条状马氏体
针状马氏体
3. 奥氏体等温转变产物的性能
(1)珠光体型组织 珠光体的强度、硬度较低，塑性、韧
性较好。随着转变温度降低，珠光体片层 变细，强度、硬度提高。
组织名称 HB σb δ
珠光体 索氏体 170~230 230~320 820~880 900~1100
主要用途：各种高碳钢工具、模具、滚动轴 承及渗碳件和表面淬火的零件，
(2)中温回火（ 350～500℃ ）
回火组织：回火屈氏体。
性 能：较高的弹性极限和屈服极限， 内应力大大降低。
硬度为HRC35～45。 主要用途：弹簧元件、锻模等
(3)高温回火（ 500～600℃ ）（ “调质处理” 回火组织：回火索氏体。 性 能：良好的综合性能。
T℃ 1100 1000
800
600 400
0
扩散退火
再结晶退火 低温退火
0.4
0. 8
球化退火 1. 2
C%
3.3.2 钢的淬火与回火
1. 淬火 将钢加热至Ac3线或Ac1线以上某一温度，
保温一定时间，迅速冷却至室温，从而获得 马氏体组织的工艺。
目的： 在于提高钢的硬度，或得到马氏体,以便
通过回火调整组织、性能。
目的：消除残余奥氏体，提高淬火硬度， 稳定零件的尺寸。
精密量具、滚动轴承等都应进行冷处理。
淬硬性与淬透性
淬硬性：是指钢在理想条件下进行淬 火硬化所能达到最高硬度的能力—— 取决于马氏体中的含碳量。
淬透性：是指钢获得深层马氏体的能力 ——是钢本身固有的属性。
影响因素：奥氏体成分及奥氏体化条件。
(3) 淬火零件的结构工艺性 在设计零件时，应考虑到零件结构对
3.2.2 钢在冷却时的组织与性能转变
钢的热处理工艺有两种冷却方式：等 温冷却和连续冷却。
T℃
等温冷却方
800
式对研究冷却过
600
程中的组织转变 400
较为方便，现以
共析钢为例作冷
200
却实验。
0
A1
21
t(秒）
1. 共析钢等温转变曲线的建立（也称作“C—曲线”
T℃ 700 600 500 400 300 200
5~10 10~20
屈氏体 330~400 1400~1500 10~20
(2)贝氏体型组织
上贝氏体的形成温度较高，其铁素体条 较宽，变形抗力小，渗碳体排列在铁素体 条之间，容易引起脆性。所以，上贝氏体 的强度和塑性、韧性都很差。热处理时不 希望得到上贝氏体。
下贝氏体形成温度较低，晶粒较细， 其针叶状的铁素体中含有过饱和的碳，均 匀分布的细小碳化物有着较大的弥散强化 作用。因此下贝氏体有较高的强度和塑性 韧性。上贝氏体硬度HRC40～50，下贝氏 体硬度为HRC50～60。
退火的目的： 降低硬度，以利于切削加工。 细化晶粒，改善组织，提高机械
性能。 消除内应力，为下一道淬火工序
作好准备。 提高钢的塑性和韧性，便于进行
冷冲压或冷拉拔加工。
(1)完全退火
将钢件加热到Ac3以 T℃ 上30～50℃，保温后随炉 缓慢冷却。 目的：晶粒细化，便于切 削加工，消除内应力
C%
适用范围：亚共析钢和共 析钢。
应用：主要用于奥氏体比较稳定的合金工 具钢和高合金钢 特点：与完全退火相比，可以大大缩短整 个退火时间。此外，由于奥氏体分解是在 恒温下进行的，所以工件截面上的结构和 性能也较均匀一致
(4)去应力退火 将钢加热到Ar1以下的某一温度(约
500～600℃)，保温后缓慢冷却。 一般用于消除铸件、锻件和焊接件等
(1)淬火加热温度
亚共析钢: Ac3以上30～50℃，
共析钢和过共析钢: Ac1以上30～50℃。
T（℃）
1000 900 800 700 600 0 0.2 0.6 1 1.4 C%
(2)淬火冷却方式 快冷是手段，得到马氏体是目的，
冷速太慢得不到马氏体，太快将产生变 Nhomakorabea形与开裂。
T
常用的淬火方法：
1 10 102 103 104 105 106 t(Ãë)
珠光体的强度、硬度较低，塑 性、韧性较好。随着转变温度降低， 珠光体片层变细，强度、硬度提高。
P 3800x
组织名称 HB σb δ
S 8000x
珠光体 索氏体 170~230 230~320 820~880 900~1100
5~10 10~20
T℃ 700 600 500
A正
常
P
S
T
(1)高温转变产物（A1～ 550℃）等温转变的产物， 珠光体型组织。 珠光体：（727℃～650℃）
400
A过冷
B上
索氏体： （650℃～600℃）
300
Ms (240℃)
200
M+A残
B下
又叫细珠光体
屈氏体： （600℃～550℃）
0
M
Mf (-55℃)
又叫极细珠光体
温度，保温一定时间，然后取出空冷或油 冷的热处理工艺过程称为回火。
目的：稳定组织， 降低了淬火钢的脆性，提高韧性， 消除淬火内应力稳定零件尺寸和性能。
(1)低温回火（ 150～250℃ ）
回火组织：回火马氏体。
性 能：高硬度和耐磨性（这种回火主要 是为了降低钢中的残余应力和脆性）。 HRC58～64。
(2)球化退火(不完全退火)
将钢件加热到Ac1以上20～30℃， 保温后缓冷，或在Ar1以下20℃等温， 使渗碳体成为颗粒状的热处理工艺叫 球化退火。
目的：使片状或网状渗碳体球状化。 适用范围：过共析钢。
T℃
C%
(3)等温退火
将钢件加热，保温后即较快地冷却到稍 低于Ar1的温度，再进行等温，当奥氏体，转 变结束后，取出在空气中冷却。
A1
a.普通淬火法(单液淬火
法)：
Ms
碳钢的淬火剂一般 1
用水，合金钢的淬火剂
一般用油。
t
b. 双液淬火法：
钢件先放入冷却
能力较强的介质
中冷却到300℃左
右，后再放入冷 T A1
却能力较弱的介
质中冷却。
例如，先在水中
淬火后油冷，但 应恰当地掌握好
Ms 2
1
在水中的停留时
t
间。
c. 分级淬火法: 将钢件加热后迅速投入温度
热处理
σb (MN/ m2 σs (MN/ m2
δ(%)
y（% ak（J/cm2 ）
正火 565
307
19.9
36.3
67
调质 583
339
30.0
65.4 136
3.4 钢的表面热处理和化学热处理
机械制造业中，很多机器零件要求 表面耐磨损，不易产生疲劳破坏，而心 部则要求有足够的韧性，如齿轮、轴、 凸轮等。