钢的热处理原理
钢的热处理(原理及四把火)
钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。
热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。
其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。
第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。
热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。
在铁素体和渗碳体的相界面上形成。
有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。
1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。
2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。
（F比Fe 3 C先消失）3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。
（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。
分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。
工程材料及热加工—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。
钢的热处理原理和工艺
A1—Ac1—Ar1
Acm —Accm —Arcm
钢在加热和冷却时的临界温度
2.奥氏体的形成（以共析钢为例）
(1)奥氏体晶核的形成； (2)奥氏体晶核的长大；
（基本过程）
(3)残余渗碳体的溶解；
(4)奥氏体成分的均匀化。
共析钢中奥氏体形成过程示意图
a)形核；b)长大；c)残余渗碳体溶解；d)奥氏体均匀化
铁素体+渗碳体
组织特征：
铁素体 ——长成针片状，互不平行，有一定角度，形成分枝； 渗碳体 ——呈粒状或细小短条状分布在铁素体片内。
a）形成温度范围
350℃ ~ Ms
b）组织——下贝氏体（B下）
形态呈黑色针叶状
C）性能
硬度可达45 ~ 55HRC 具有较高的强度及
下贝氏体组织 630 ×
良好的塑性和韧性。
奥
4秒
氏
体
6秒
形
成
示
8秒
意
图
15秒
对于亚共析钢、过共析钢的奥氏体ห้องสมุดไป่ตู้过程： 1.亚共析钢：
F+P→F+A→A 2.过共析钢：
Fe3C + P → Fe3C + A → A
3.奥氏体晶粒的长大 晶粒的长大主要是依靠较大晶粒吞并较小
晶粒和晶界迁移的方式进行的。
晶粒的吞并与长大过程 为了防止晶粒长的粗大，严格控制加热温度和保温时间。
一、表面淬火 1.定义
是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部仍 保持未淬火前状态的一种局部淬火方法。 2.方法（快速加热）
火焰加热、感应加热、电接触加热、激光加热等 表面淬火方法。 目前生产上最常用是：
钢的热处理原理
钢的热处理原理钢是一种重要的金属材料，广泛应用于工业生产和日常生活中。
钢的性能可以通过热处理来改善，热处理是利用加热和冷却的方式，改变钢的组织结构和性能。
热处理原理是钢材加热至一定温度，然后保温一段时间，最后进行冷却。
下面将详细介绍钢的热处理原理及其影响。
首先，钢的热处理原理包括加热、保温和冷却三个过程。
加热是将钢材加热至一定温度，通常高于其临界温度，使其组织发生相变。
保温是在一定温度下保持一段时间，使组织结构得以稳定。
冷却是以一定速度使钢材迅速冷却至室温，使其组织结构得以固定。
这三个过程相互联系，共同影响着钢材的性能。
其次，热处理原理对钢材的性能有着重要影响。
加热可以改变钢材的组织结构，使其晶粒长大，晶界清晰，提高了塑性和韧性。
保温可以使钢材内部的相变得以充分进行，进一步改善了钢材的组织结构。
冷却的速度和方式也会对钢材的性能产生影响，快速冷却可以得到马氏体组织，提高了钢的硬度。
另外，热处理原理还受到材料成分、加热温度、保温时间和冷却速度等因素的影响。
不同的钢材成分会影响相变温度和组织结构，加热温度和保温时间的选择也会直接影响到钢材的性能。
冷却速度的选择则会影响到钢材的硬度和韧性，不同的冷却方式也会得到不同的组织结构。
总之，钢的热处理原理是通过加热、保温和冷却三个过程，改变钢材的组织结构和性能。
热处理原理对钢材的性能有着重要影响，同时受到材料成分、加热温度、保温时间和冷却速度等因素的综合影响。
因此，在实际生产中，需要根据具体的要求和条件，合理选择热处理工艺参数，以达到最佳的效果。
通过对钢的热处理原理的了解，我们可以更好地掌握钢的性能调控方法，为工业生产提供更好的材料支持。
同时，也可以更好地利用钢材的性能，满足不同领域的需求。
希望本文能够对大家有所帮助，谢谢阅读！。
钢的热处理原理及工艺
6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C
C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
钢的热处理原理与方法论文
钢的热处理原理与方法论文摘要：热处理是指通过加热和冷却来改变金属材料的组织和性能。
钢的热处理是钢加工过程中重要的一步，可以显著改善钢材的强度、韧性和耐磨性等性能，提高其使用寿命和使用范围。
本文将介绍钢的热处理原理与方法，包括淬火、回火、正火等常用的热处理方法，以及热处理的影响因素和应用范围。
一、热处理原理钢的热处理是基于钢材的相变规律和组织变化规律来进行的。
钢材在加热过程中，会出现固溶、析出和相变等现象，从而改变钢材的组织和性能。
通过合理的加热和冷却过程，可以使钢材达到理想的组织状态，进而实现理想的力学性能。
钢材的相变规律是钢材热处理的基础。
一般来说，钢材的相变包括固溶相变和析出相变。
固溶相变是指固溶体中的一种化学成分在加热过程中溶解或析出的现象，如奥氏体相变和铁素体相变等。
析出相变是指固溶体中的化学成分在冷却过程中析出或析出的现象，如马氏体相变等。
钢材的组织变化规律是钢材热处理的另一个重要方面。
钢材的组织包括组织类型和组织形态两个方面。
组织类型是指钢材中各种物相的分布和比例，如奥氏体、铁素体、珠光体等；组织形态是指物相在钢材中的形状和大小，如粗大晶粒、细小晶粒等。
通过控制钢材的加热和冷却过程，可以控制钢材的组织类型和组织形态，从而实现理想的力学性能。
二、热处理方法1.淬火淬火是指将高温钢材迅速冷却到室温以下，使其产生马氏体相变。
马氏体具有高硬度和脆性的特点，可以显著提高钢材的硬度和强度，但降低了韧性。
因此，淬火一般需要进行回火处理来改善钢材的韧性。
2.回火回火是指将淬火后的钢材加热到较低温度并保温一段时间，然后冷却到室温。
回火可以消除淬火时产生的内应力和组织不均匀性，通过分解马氏体改善钢材的韧性，同时适当降低硬度和强度。
3.正火正火是指将低碳钢材加热到临界温度以上，保温一段时间，然后冷却至室温。
正火可以使铁素体相变为奥氏体，改善钢材的塑性和韧性，适用于需要保持一定塑性和耐久性的工件。
三、热处理的影响因素钢材的热处理效果和性能会受到多种因素的影响。
钢的热处理原理
钢的热处理原理
钢的热处理是通过改变钢材的组织和性能来达到所需的机械性能和使用性能的目的。
钢的热处理原理主要涉及钢材的加热、保温、冷却等过程。
首先，钢材需要被加热到一定的温度。
加热过程中，钢材的晶粒会逐渐长大，同时在晶界上也会出现一些微小的结构变化。
这个温度是根据钢材材质和所需性能来确定的。
接下来，钢材需要保温一段时间。
保温时间通常是根据钢材的厚度和加热温度来确定的。
保温时间越长，晶粒长大得越好，但过长的保温时间可能会导致晶粒长大过大，从而影响钢材的性能。
最后，钢材需要快速冷却。
冷却速度的选择取决于钢材的成分和所需性能。
快速冷却可以产生较细的晶粒，从而提高钢材的强度和韧性。
常用的冷却方式包括水冷、油冷和空冷等。
钢的热处理原理基于钢材的金相组织变化规律。
通过调整钢材的加热、保温和冷却过程，可以改变钢材的晶粒尺寸、相对总面积和晶粒形态等结构特征，从而改变钢材的性能。
不同的热处理方法可以使钢材具有不同的组织和性能，例如，调质可以提高钢材的强度和韧性，而退火可以改善钢材的加工性能和韧性。
钢的热处理原理
3、剩余Fe3C的溶解： 保温时间延长，剩余渗碳体不断溶解。
4、奥氏体的均匀化，其中C浓度的均匀化
完全奥氏体化和不完全奥氏体化
亚共析钢和过共析钢
钢加热时的组织转变
二、影响奥氏体化的因素
1、转变温度
有何影响，为什么？
·T越高，△G越大，转变推动力大 ·T越高，原子扩散快，Fe的晶格重组和C的均匀化越快
钢的热处理原理简介
第一章
→
钢的热处理原理
钢的热处理：把钢在固态下加热到预定的温度，保温预定的时间，然后以预
定的方式冷却下来。通过这一过程使钢的性能发生预期变化。
（为了达到这一预期的变化，任何一个热处理过程都有严格的工艺制度）（就图解释）
保温
热处理工艺曲线
时间
第一章
钢的热处理原理
工艺性能和使用性能
合金钢的奥氏体均匀化时间比C钢长得多。
影响奥氏体化的因素
４、原始组织的影响：相界形核，组织决定相界
面的多少 原始组织为淬火状态最快，正火态次之，球化退 火态最慢
→淬火态钢在Ａ１点以下升温时形成微细粒状珠光体（回火索 氏体或回火屈氏体），组织最弥散，相界最多，最有利于奥 氏体的形核长大。 →正火态：细片状珠光体，其相界面积也大，转变也快。 →球化退火状态的粗粒状珠光体，相界面积最小，奥氏体化最 慢。（何为粒状珠光体？）
T,℃
Fe-C相图
G P S
Ac1 A1 Ar1
C, wt.%
加热或冷却速度对临界温度的影响
钢加热时的组织转变
一、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
1、形核：γ相界面形核（C浓度不均匀，原子排列不规 则，浓度和结构条件）珠光体结构，相组成？
2、长大：α→γ 转变，Fe3C不断溶入γ。α→γ 快，首先完成。α消失，可认为P向γ转化 完成，但仍有部分Fe3C未溶解。
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§1热处理概述
定义：
T(℃) T加
保温
t
热处理工艺曲线
t(h)
目的及重要性：
大型铸钢件的热处理炉
真空淬火炉
改善材料的组织结构 提高性能 提高工件使用寿命 减低成本
分类：
热处理
普通热处理（四火：退火、正火、淬火、回火 ） 表面热处理 （表面淬火、化学热处理）
§2 钢在加热时的转变
相变的热滞现象
M的性能
硬度：与wc（%）有关
钢在冷却时的转变
板条状M： 强度高、有一定的塑性和韧性
片状M 硬而脆
过冷奥氏体等温转变曲线
➢ TTT曲线的建立
（以金相硬度法为例）
制成金相试样并奥氏体化 分组快冷至A1以下不同温度保温
每隔一定时间取出一试样水淬 观察显微组织（辅以硬度测定）
确定相变点 连接具有相同意义的点
40~45 45~55
下贝氏体 500 ×
性能 综合性能差（强、 塑、韧）
韧性好、综合性能好
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 马氏体转变（低温转变）
温度范围： 230 ～ -50℃（Ms～Mf） 转变特征：非扩散型转变 转变过程：
A
fcc 0.77%C
快速共格切变 50m/s
钢在冷却时的转变
➢ 共析钢 C 曲线简介
点、线、面分析 关于孕育期（τ）
过冷奥氏体等温转变曲线
➢ 影响TTT曲线（C 曲线）的因素
含碳量的影响 合金元素的影响 加热条件的影响
钢在冷却时的转变
钢在冷却时的转变
用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢的连续转变过程
△T1 △T2
a2 a3
b2
a1 b1 v1
ε
转变产物：B （F 和 碳化物的机械混合物）
贝氏体转变
钢在冷却时的转变
上贝氏体 500 ×
上贝氏体
下贝氏体
组织名称
形成温度（℃）
显微组织特征
硬度（HRC）
上贝氏体 下贝氏体
350~550 230~350
铁素体呈平行扁平状，细小渗碳体条断续分布在铁素体 之间，在光学显微镜下呈暗灰色羽毛状特征。
铁素体呈针叶状，细小碳化物呈点状分布在铁素体中， 在光学显微镜下呈黑色针叶状特征。
等温冷却曲线（TTT) 连续转变曲线（CCT）
目的及重要性 转变类型
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 珠光体转变（高温转变）
温度范围： A1 ～550（Ar1 ～550℃） 转变特征：扩散型转变 转变过程：
贫碳区
转变产物：P（片层状 F 和 Fe3C 的机械混合物）
富碳区
➢ 影响奥氏体晶粒度的因素 （控制奥氏体晶粒大小的措施）
① TA、VA、tA
② 成分
C：两方面的影响 Me：除Mn、P，均阻碍A长大
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu
强
弱
③ 原始组织 ④ 新工艺
钢在加热时的转变
§3 钢在冷却时的转变
基本概念：
过冷奥氏体 奥氏体的冷却转变 过冷奥氏体转变曲线
钢在加热时的转变 奥氏体的形成（奥氏体化过程）
➢ 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化
过共析钢 亚共析钢
➢ 影响奥氏体转变过程的因素
① 加热温度和加热速度
T1
② 含碳量
T2
③ 原始组织
④ 合金元素
△T2 △T1
奥氏体晶粒的长大及控制
➢ 奥氏体晶粒度的概念
① 起始晶粒度 ② 实际晶粒度 ③ 本质晶粒度
珠光转变
P 3800×
S 8000×
T 8000×
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 贝氏体转变（中温转变）
温度范围： 550～230℃（Ms） 转变特征：半扩散型转变 转变过程：分步进行
首先：
A
切变 fcc bcc
F
然后：C 从 F 中析出
550～350℃ B上
350～230℃ B下
浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：板条马氏体及针状马氏体，为典型中碳马 氏体
[×500 正常淬火组织：隐晶马氏体 高速钢
M的组织特征
产生体积膨胀（浮凸现象）
钢在冷却时的转变
产生组织应力
bcc
M
在 Ms～Mf 之间进行
M转变 开始温度
M转变 终止温度
不能进行到底
产生残余奥氏体 （Ar、AR、A′）
E
△T
△T P A
T1 A1 T2 T
奥氏体化的概念
➢ 完全奥氏体化 ➢ 不完全奥氏体化
加热的目的及重要性
奥氏体的形成（奥氏体化过程）
➢ 共析钢的奥氏体化（P A）
① 奥氏体晶核的形成 ② 奥氏体晶粒的长大 T加
dc
Cγ-α Cγ-k
③ 残余渗碳体的溶解
④ 奥氏体成分的均匀化
钢在加热时的转变
v=v4：水冷， A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A′
v4 vk′ v3
vk′：淬火临界冷却速度（M临界冷却速度
） ——获得 100% M 的最小冷却速度
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线）
➢ CCT曲线的建立 ➢ CCT曲线的分析 ➢ 与C曲线比较 ➢ CCT曲线的应用
v2 a3′
v=v1：炉冷， a1 —开始点 ， b1 —终了点 ，
转变在一温度区间内（△T1）进行，转变产物—P
v=v2：空冷， a2 —开始点 ， b2 —终了点 ，
转变温度降低，温度区间变大，转变产物—S
v=v3：油冷， a3—开始点 ， a3′— 无意义，
转变分段进行，转变产物—T+M+ A′
M
bcc 0.77%C
转变产物：M
马氏体是碳溶于α-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体
M的形貌
板条状M
钢在冷却时的转变
片状M（针叶状）
M的形貌
M形态与含碳量的关系
Wc（%） M形态
混合M
＜0.3 板条状
0.3～1.0 混合M
隐晶M
＞1.0 片状
材料：40Cr（800X） 工艺情况：淬火、回火