第五章 钢的热处理
金相知识-钢的热处理基础
钢的热传递基本方式
热传递 方式
定义
传导传热
热量由零件（包括于其接 触的零件）的一处传到另 一处，物体的质点没有移动。 Nhomakorabea对流传热
流体中不同部分的质点发 生了相对位移、或混合， 或流体质点与固体表面
辐射传热
由物体表面直接向外界 发射可见的和不可见的 射线，在空间传递热量
高温回火 ( 》500℃） 称调质，获得回火索氏体组织，强 韧性恰当配合，广泛用于各种结构零件。
Fe Fe3C
零件淬火后产生的应力分类 热应力 零件在加热和冷却中不同部位温度有差异，
热胀冷缩不一致导致的应力；通常表面为压应力； 心部为拉应力。只占总应力的5－10％。 组织应力 零件冷却时不同部位组织转变不一样， 引起的内应力。一般表面为拉应力，心部为压应力。
第五节 钢的热处理基础
5.1 钢的热传递 1. 基本方式 传导 对流 辐射 2. 传热一般规则 a. 先决条件存在温差. b. 通常三种传热方式同时存在 工件通过辐射和对流从加热炉中获得热量，又
以传导方式传给心部。
c. 工件的传热方式取决于加热温度和加热设备 ＞600 ºc时，辐射传热过程最强烈，试验以辐
铁碳相图中，共有五种不同形态的渗碳体，请根据
形成温度的高低依次写出。
在Fe-Fe3C相图，五种形态渗碳体以温度从高到低
为：
Fe3C I
(A＋Fe3C)共晶
Fe3C II
(F ＋Fe3C)共
5.2 钢在加热时的转变 奥氏体形核＋长大过程；取决于加热温度、原始
组织和化学成分。 用晶粒度评定加热质量。
5.3 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体的等温转变曲线 称为C-曲线，或 TTT图。
钢的热处理
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。
• 4.奥氏体均匀化 • 渗碳体完全溶解后，奥
氏体中碳的浓度分布并 不均匀 ,原先是渗碳体 地方碳浓度高,原先铁 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。
共析钢奥氏体化过程
二、奥氏体晶粒大小及其控制
• 奥氏体的晶粒大小对钢随后的冷却转变及转变产 物的组织和性能都有重要影响。
• 粗大的奥氏体晶粒往往导致热处理后钢的强度与 韧性降低，并容易导致工件的变形和开裂，工程 上往往希望得到细小而成分均匀的奥氏体晶粒， 因此应在热处理加热时控制奥氏体的晶粒大小。
• 5.热处理分类 • 根据加热、冷却方式及钢组织性能变
化特点不同，将热处理工艺分类如下：
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
热处理的三要素： 加热温度 保温时间 冷却方式
式中: n表示放大100倍时，1平方英寸（6.45cm2） 上的晶粒数。n越大，晶粒越细，晶粒度等级越 高。
2.实际晶粒度和本质晶粒度
✓ 某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体 的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性 能。
• 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质 晶粒度来表示。
• 钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却 后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得 的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢， 反之叫本质粗晶粒钢。
钢的热处理
钢的热处理热处理是将固态金属或合金采用适当的方式加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
热处理工艺它能提高零件的使用性能，充分发挥钢材的潜力，延长零件的使用寿命，此外，热处理还可改善工件的工艺性能﹑提高加工质量﹑减小刀具磨损。
钢的热处理方法可分为：退火、正火、淬火、回火及表面热处理等五种。
热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是由加热、保温和冷却三个阶段所组成的，因此，热处理工艺过程可用在温度一时间坐标系中的曲线图表示，如下图所示，这种曲线称为热处理工艺曲线。
退火与正火一、退火将钢加热到适当温度，保持一定时间，然後缓慢冷却（一般随炉冷却）的热处理工艺称为退火。
退火的主要目的是：（1）降低钢的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷变形加工。
（2）细化晶粒，均匀钢的组织及成分，改善钢的性能或为以後的热处理作准备。
（3）消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂。
常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等几种。
（1）完全退火完全退火是将钢加热到完全奥氏体化（AC3以上30～50℃），随之缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺方法。
在完全退火加热过程中，钢的组织全部转变为奥氏体，在冷却过程中，奥氏体变为细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体），从而达到降低钢的硬度、细化晶粒、充分消除内应力的目的。
完全退火主要用於中碳钢及低、中碳合金结构钢的铸件、锻件、热轧型材等，有时也用於焊接结构件，过共析钢不宜采用完全退火，因过共析钢完全退火需加热到AC CM以上，在缓慢冷却时，钢中将析出网状渗碳体，使钢的力学性能变坏。
（2）球化退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，以不大於50℃/H的冷却速度随炉冷却下来，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。
球化退火适用於共析钢及过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。
这些钢在锻造加工後进行球化退火，一方面有利於切削加工，同时为最後的淬火处理作好组织准备。
第5章 模具钢料的热处理-模具表面处理技术
第二节模具表面处理工艺概述模具是现代工业之母。
随着社会经济的发展，特别是汽车、家电工业、航空航天、食品医疗等产业的迅猛发展，对模具工业提出了更高的要求。
如何提高模具的质量、使用寿命和降低生产成本，成为各模具厂及注塑厂当前迫切需要解决的问题。
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。
这些表面性能指：耐磨损性能、耐腐蚀性能、摩擦系数、疲劳性能等。
这些性能的改善，单纯依赖基体材料的改进和提高是非常有限的，也是不经济的，而通过表面处理技术，往往可以收到事半功倍的效果；模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。
从表面处理的方式上，又可分为：化学方法、物理方法、物理化学方法和机械方法。
在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
◆提高模具的表面的硬度、耐磨性、摩擦性、脱模性、隔热性、耐腐蚀性；◆提高表面的高温抗氧化性；◆提高型腔表面抗擦伤能力、脱模能力、抗咬合等特殊性能；减少冷却液的使用；◆提高模具质量，数倍、几十倍地提高模具使用寿命。
减少停机时间；◆大幅度降低生产成本与采购成本，提高生产效率和充分发挥模具材料的潜能。
◆减少润滑剂的使用；◆涂层磨损后，还退掉涂层后，再抛光模具表面，可重新涂层。
在模具上使用的表面技术方法多达几十种，从表面处理的方式上，主要可以归纳为物理表面处理法、化学表面处理法和表面覆层处理法。
模具表面强化处理工艺主要有气体氮化法、离子氮化法、点火花表面强化法、渗硼、TD法、CVD化学气相淀积、PVD物理气相沉积、PACVD离子加强化学气相沉积、CVA铝化化学气相沉积、激光表面强化法、离子注入法、等离子喷涂法等等。
下面综述模具表面处理中常用的表面处理技术：一、物理表面处理法：表面淬火是表面热处理中最常用方法，是强化材料表面的重要手段，分高频加热表面淬火、火焰加热表面淬火、激光表面淬火。
第五章 钢的热处理7.8节
二、钢的渗碳 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 是指向钢的表面渗入碳原子的过程。 1、渗碳目的 、 提高工件表面硬度、 提高工件表面硬度、 耐磨性及疲劳强度， 耐磨性及疲劳强度， 同时保持心部良好 的韧性。 的韧性。 2、渗碳用钢 、 为含0.1-0.25%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 的低碳钢。碳高则心部韧性降低。 为含 的低碳钢
与表面淬火相比， 与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组 织，还改变其化学成分。 还改变其化学成分。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 化学热处理也是获得表硬里韧性能的方法之一。 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、氮 根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、 渗碳 化、多元共渗、渗其他元素等。 多元共渗、渗其他元素等
火 感 应 器 传 动 轴 连 续 淬
感应加热表面淬火齿轮的截面图
② 中频感应加热 频 率 为 25008000Hz， 淬硬层 ， 深度2-10mm。 。 深度
各种感应器 中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴
③ 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬 淬硬 频率为 层深度10-15 mm 层深度
感应穿透加热
气体渗碳 法示意图
⑵ 固体渗碳法
将工件埋入渗剂中， 将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳 渗剂为木炭。 渗剂为木炭。 优点：操作简单； 优点：操作简单； 缺点：渗速慢，劳动条件差。 缺点：渗速慢，劳动条件差。
⑶ 真空渗碳法
将工件放入真空渗碳炉中， 将工件放入真空渗碳炉中，抽真空后 通入渗碳气体加热渗碳。 通入渗碳气体加热渗碳。 优点: 表面质量好, 渗碳速度快。 优点 表面质量好 渗碳速度快。
轴 的 感 应 加 热 表 面 淬 火
机床导轨
钢的热处理(含答案)
第五章钢的热处理〔含答案〕一、填空题〔在空白处填上正确的内容〕1、将钢加热到，保温肯定时间，随后在中冷却下来的热处理工艺叫正火。
答案：Ac 或Ac 以上50℃、空气3 cm2、钢的热处理是通过钢在固态下、和的操作来转变其内部，从而获得所需性能的一种工艺。
答案：加热、保温、冷却、组织3、钢淬火时获得淬硬层深度的力量叫，钢淬火时获得淬硬层硬度的力量叫。
答案：淬透性、淬硬性4、将后的钢加热到以下某一温度，保温肯定时间，然后冷却到室温，这种热处理方法叫回火。
答案：淬火、Ac15、钢在肯定条件下淬火时形成的力量称为钢的淬透性。
淬透层深度通常以工件到的距离来表示。
淬透层越深，表示钢的越好。
答案：马氏体〔M〕、外表、半马氏体区、淬透性6、热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本缘由是由于铁具有转变，从而使钢在加热和冷却过程中，其内部发生变化的结果。
答案：同素异构、组织7、将钢加热到，保温肯定时间，随后在中冷却下来的热处理工艺叫正火。
答案：Ac 或Ac 以上30℃～50℃、空气3 cm8、钢的渗碳是将零件置于介质中加热和保温，使活性渗入钢的外表，以提高钢的外表的化学热处理工艺。
答案：渗碳、碳原子、碳含量9、共析钢加热到Ac 以上时，珠光体开头向转变，通常产生于铁素体和1渗碳体的。
答案：奥氏体〔A〕、奥氏体晶核、相界面处10、将工件放在肯定的活性介质中，使某些元素渗入工件外表，以转变化学成分和，从而改善外表性能的热处理工艺叫化学热处理。
答案：加热和保温、组织11、退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温肯定时间，然后冷却，以获得接近组织的热处理工艺。
答案：缓慢〔随炉〕、平衡状态12、将钢加热到温度，保温肯定时间，然后冷却到室温，这一热处理工艺叫退火。
答案：适当、缓慢〔随炉〕13、V 是获得的最小冷却速度，影响临界冷却速度的主要因素是。
临答案：全部马氏体〔全部M〕、钢的化学成分14、钢的热处理是将钢在肯定介质中、和，使它的整体或外表发生变化，从而获得所需性能的一种工艺。
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理三个基本过程
钢的化学热处理包括三个基本过程：分解、吸收和扩散。
分解是指渗剂中生成能渗入钢表面的活性原子的化学反应，通常包括分解反应、置换反应和还原反应。
化学反应速度除取决于反应物的本性外，还与温度、压力、浓度、催化剂有关。
一般增加浓度和升高温度，能增加反应速度。
添加催化剂可以使反应速度剧增。
吸收是指一切固体都能或多或少地把周围介质中的分子、原子或离子吸附到自己的表面上来。
粗糙的表面比平滑的表面吸附作用强，晶界比晶内吸附作用强。
扩散是指活性原子从工件表层向内部的扩散，这是化学热处理过程中的重要环节。
扩散速度与温度和浓度梯度有关，通常温度越高，扩散越快。
以上三个过程是相互联系、相互影响的，必须同时进行，以保证化学热处理的顺利进行。
1/ 1。
第五章 钢的热处理-3.4.5.6节
淬硬性是指钢淬火
后所能达到的最高
硬度，即硬化能力.
M量和硬度随 深度的变化
四、淬透性的测定及其表示方法
1、淬透性的测定常用末端淬火法
不同冷却条件下的转变产物
细A 温 度
均匀A
A1
退火 正火 (空冷)
等温退火 (炉冷)
？ 淬火 (油冷)淬火？ 分级淬火等温淬火
MS
P Mf
(水冷)
P P
？
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 为最终热处理作组织准备。
2、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。 ⑴ 完全退火 将工件加热到 Ac3+30~50℃保 温后缓冷的退 火工艺，主要 用于亚共析钢 .
却到略低于 Ar1 的温
度下保温，使珠光体
中的渗碳体球化后出
炉空冷。主要用于共
析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基 体上分布着颗粒状渗碳体的 组织，称球状珠光体, 用P球 表示。
球状珠光体
对于有网状二次渗碳体的
过共析钢，球化退火前应
先进行正火，以消除网状.
二、正火
正火是将亚共析钢加热到Ac3+30~ 50℃，共析钢加热 到Ac1+30~50℃，过共析钢 加热到Accm+30~ 50℃保温 后空冷的工艺。 正火比退火冷却速度大。 1、正火后的组织： ● <0.6%C时，组织为F+S； ● 0.6%C时，组织为S 。
生马氏体转变的方法。
如水淬油冷，油淬空冷.
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第五章钢的热处理
选择题
1. 钢的淬透性主要取决于 __c_____ 。
A．碳含量 B．冷却介质 C．钢的临界冷却速度
2.除Co外，所有溶入奥氏体的合金元素都使C曲线右移，使钢的淬透性（ b ）。
A．降低 B．提高 C．不变 D．出现极大值
3.完全退火主要适用于（ a ）。
A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．白口铸铁
4.过共析钢正火的目的是（ c ）。
A．调整硬度，便于切削加工 B．细化晶粒，为最终热处理作组织准备
C．消除网状二次渗碳体 D．消除残余内应力，防止发生变形和开裂
5. 马氏体的硬度主要取决于（ c ）。
A．过冷奥氏体的冷却速度 B．过冷奥氏体的转变温度
C．马氏体的含碳量 D．马氏体的亚结构
6.奥氏体向珠光体的转变是（ a ）。
A．扩散型转变 B．非扩散型转变 C．半扩散型转变
7. 过共析钢在球化退火前需进行（d）。
A．调质 B．去应力退火 C．再结晶退火 D．正火
8. 淬硬性好的钢 ____b___ 。
A．具有高的合金元素含量 B．具有高的碳含量 C．具有低的碳含量
9.钢的渗碳温度范围是（c）。
A．600～650℃ B． 800～850℃ C．900～950℃ D．1000～1050℃
10. 钢的回火处理是在 ___c____ 。
A ．退火后进行 B．正火后进行 C．淬火后进行
11.T12钢正常淬火组织是（d）。
A．马氏体+残余奥氏体 B．马氏体+颗粒状碳化物
C．马氏体+铁素体 D．马氏体+残余奥氏体+颗粒状碳化物
12.制造手锯条应采用（ c ）。
A．45钢调质 B．65Mn 淬火+中温回火
C．T12钢淬火+低温回火 D．9SiCr淬火+低温回火
是非题
1.本质细晶粒钢是指在任何加热条件下晶粒均不发生粗化的钢。
（ x ）。
2.为了提高硬度，便于切削加工，低碳钢和低碳合金钢在锻造后应采用正火处理。
（√）。
3.处于临界点A1温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体。
（√）。
4.表面淬火既能改变钢的表面组织，也能改善心部的组织和性能。
（ x ）。
5.不论碳含量高低，马氏体都是硬而脆的。
（ x ）。
隐藏答案
选择题
1.C
2.B
3.A
4.C
5.C
6.A
7.D
8.B
9.C 10.C 11.D 12.C
是非题
1.×
2.√
3.√
4.×
5.×
第一章材料的性能
选择题
1.在设计拖拉机缸盖螺钉时应选用的强度指标是（ a ）。
A．σb B．σs C．σ0.2 D．σp
2.有一碳钢支架刚性不足，解决的办法是（c）。
A.通过热处理强化
B.选用合金钢
C.增加横截面积
D.在冷加工状态下使用
3.材料的使用温度（ a ）。
A.应在其韧脆转变温度以上
B. 应在其韧脆转变温度以下
C.应与其韧脆转变温度相等
D. 与其韧脆转变温度无关
4.在作疲劳试验时，试样承受的载荷为 ___c___ 。
A．静载荷 B．冲击载荷 C．交变载荷
5.洛氏硬度 C 标尺使用的压头是 __b___ 。
A．淬硬钢球 B．金刚石圆锥体 C．硬质合金球
是非题
1.所有金属材料均有明显的屈服现象。
（ x ）
2.碳的质量分数越高，焊接性能越差。
（ v ）
3.钢的铸造性能比铸铁好，故常用来铸造形状复杂的工件。
（ x ）
4.材料的强度高，其硬度就高，所以刚度大。
（ x ）
隐藏答案
选择题
1.A
2.C
3.A
4.C
5.B
是非题
1.×
2.√
3.×
4.×
第四章金属的塑性变形与再结晶
选择题
1.体心立方晶格金属与面心立方晶格金属在塑性上的差别主要是由于两者的（）。
A．滑移面数不同 B．每个滑移面上的滑移方向数不同
C．滑移系数不同 D．滑移面和滑移方向的指数不同
2.金属多晶体的晶粒越细，则其（ a ）。
A．强度越高，塑性越好 B．强度越高，塑性越差
C．强度越低，塑性越好 D．强度越低，塑性越差
3.随冷塑性变形量增加，金属的（ d ）。
A．强度下降，塑性提高 B．强度和塑性都下降
C．强度和塑性都提高 D．强度提高，塑性下降
4.铝的熔点是660.4℃，它的最低再结晶温度为（b）。
A．-8.8℃ B．100.4℃ C．264.2℃ D．373.4℃
5.变形金属再结晶后 _______ 。
A．形成等轴晶，强度增大 B．形成柱状晶，塑性下降
C．形成柱状晶，强度升高 D．形成等轴晶，塑性升高
是非题
1.由于再结晶过程是一个形核和长大的过程，因而是相变过程。
（ x ）
2.因为bcc晶格和fcc晶格具有相同数量的滑移系，所以两种晶体的塑性变形能力完全相同。
（ x ）
3.孪生变形所需要的切应力要比滑移变形时所需的小得多。
（）
4.再结晶后金属的强度硬度下降，塑性、韧性提高。
（√）
5.滑移变形不会引起金属晶体结构的变化。
（）
隐藏答案
选择题
1.B
2.A
3.D
4.B
5.D
是非题
1.×
2.×
3.×
4.√
5.√
第八章有色金属及其合金
选择题
1．ZSnSb4Cu4是（ d ）。
A．铸造铝合金 B．铸造黄铜 C．铸造青铜 D. 滑动轴承合金
2.LF5的（ b ）。
A．铸造性能好 B．耐蚀性能好
C．热处理强化效果好 D. 强度高
3.对于可热处理强化的铝合金，其热处理方法为（ d ）。
A．淬火 + 低温回火 B．正火
C．水韧处理 D. 固溶处理 + 时效
是非题
1.所有铝合金都可以通过热处理进行强化。
（ x ）
2.所有钛合金都不能通过热处理进行强化。
（ x ）
3.ZPbSb16Sn16Cu2是在软基体上分布硬质点的滑动轴承合金。
（√）
隐藏答案
选择题
1.D
2.B
3.D
是非题
1.×
2. ×
3.√
第七章铸铁
选择题
1．铸铁如果第一、第二阶段石墨化都完全进行，其组织为（a）。
A． F＋G B． F＋P＋G C． P＋G D.Le＋P＋G
2.现有HT250、KTH350-10、QT600-3三种铸铁，请按用途选材。
①制造机床床身选用 ___ht250_____
②制造汽车前后轮壳选用 ___kth350-10_____
③制造柴油机曲轴选用 ________
3.为提高灰铸铁的表面耐磨性，应进行（ b ）。
A．整体淬火处理 B．表面淬火处理 C．变质处理 D.球化处理
4.用灰铸铁铸造磨床床身时，在薄壁处出现白口组织，造成切削加工困难。
解决的办法是（c）。
A．改用球墨铸铁 B．进行正火处理
C．进行消除白口组织退火 D．进行消除内应力退火
5.铸造机床床身、机器底座应选用（ c ）。
A．白口铸铁 B．麻口铸铁 C．灰铸铁 D.铸钢
是非题
1.可锻铸铁可在高温下进行锻造加工。
（ x ）
2.热处理可以改变铸铁的基体组织和石墨形态。
（ x ）
3.球墨铸铁可通过热处理来提高其综合力学性能。
（√）
4.采用整体淬火的热处理方法，可显著提高灰铸铁的力学性能。
（ x ）
5.灰铸铁的减振性能比碳钢好。
（√）
隐藏答案
选择题
1.A
2. HT250、KTH350-10、QT600-3
3. B
4.C
5.C
是非题
1.×
2. ×
3.√
4. ×
5. √。