机械工程材料第五章 钢的热处理
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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。
gc05-1钢的热处理
奥氏体 形核 奥氏体 核长大 残余渗碳 体溶解 奥氏体成 分均匀化
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
加热、冷却时材料内部的微观结构如 何变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何 应用？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
加热、冷却时材料内部的微观结构如 何变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何 应用？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
机械工程材料钢的热处理实验报告
实验报告院系：课程名称: 日期:班级: 组号：学号：实验室：专业：姓名：教师签名：实验名称：钢的热处理实验成绩评定：实验仪器材料:箱式电炉若干，洛氏硬度计一台，45钢、T12钢试样若干(直径1.5CM)、淬火水槽-个. 实验目的要求：1.初步掌握普通热处理的基本工艺方法2、掌握成分(含碳量)、工艺（加温温度)对钢组织和性能的影响。
实验原理：热处理是将钢加热到一定温度、经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。
普通热处理分为退火、正火，淬火和回火。
钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。
奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到共析铁素体（或渗碳体）加珠光体。
过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火，得到马氏体组织。
淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。
随冷却速度赠加，钢的硬度升高。
通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A c3+30~50℃，过失析钢的球化退火及淬火加热温度是A c1 +30~50℃，过共析钢的正火温度是A cⅢ+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。
表格 1 碳钢普通热处理的加热温度、冷却方式、组织性能及应用范围表格 2 实验参数设计实验步骤：根据实验对45钢进行正淬火和回火热处理，并测定硬度，分析工艺对钢性能的影响。
结果分析:1.热处理条件加热温度、冷却速度、回温度等)对实验和性能的影响。
答：不同的条件下的材料组织和性能也会有所不同。
《钢的热处理》PPT课件
231形成当a过冷到a1线以下时a产生了变化在晶界处产生了fe3c晶核长大使侧a的含量下降当fe3c长大时使到原有的a的c含量达到f时fe3c两侧形成的晶核当f长大时cmax0006向周围的a排出多原子增加了两侧a的c含量促进了fe3c片的形成如此反复24形成f与fe3c层片相间的混合组织与此同时在晶界其他部位又可能产生新的晶核fe3c小片并不断交替生核长大直到各种不同取向的p晶团群彼此相遇a全部转变为p
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : A1～650℃ : P ; 5～25HRC; 片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
屈 氏 体 形 貌 像
光镜形貌
电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能
2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 50 40 30 20 10 0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Wc 100
电子课件-《机械加工基础》-A02-25849 第五章 工程材料及金属热处理
第五章 工程材料及金属热处理
２. 铸铁 铸铁的含碳量一般在 2.5％ ~ 4.0％ 之间。 (１) 铸铁的分类 １) 白口铸铁。 ２) 灰铸铁。 ３) 可锻铸铁。 ４) 球墨铸铁。 ５) 合金铸铁。
第五章 工程材料及金属热处理
(２) 灰铸铁 １) 灰铸铁的优点。 ①优良的铸造性。 ②良好的切削加工性。 ③优良的减摩性。 ④良好的消振性。 ⑤较低的缺口敏感性。 ２) 灰铸铁的牌号。 灰铸铁的牌号由 “ HT” + 数字表示。
(２) 合金钢的分类 １) 按用途不同，合金钢可分为合金结构钢、 合金工具钢和特殊性能 钢。 ２) 按合金元素总含量不同，合金钢可分为低合金钢、 中合金钢和高 合金钢。 (３) 合金钢的牌号 １) 合金结构钢。 其采用两位数字 ( 含碳量) + 元素 ( 或汉字) + 数字表 示。 ２) 合金工具钢。 其采用一位数字 + 元素符号 + 数字表示。 ３) 特殊性能钢。 其特殊性能钢的牌号与合金工具钢的表示方法相同。
第五章 工程材料及金属热处理
３. 碳素钢的牌号及用途 (１) 碳素结构钢的表示方法 碳素结构钢的牌号由字母 “ Q” 、 屈服强度数值、 质量等级符号、 脱氧方法符号四部分组成。 (２) 优质碳素结构钢 优质碳素结构钢的牌号用该钢平均含碳量的万分数来表示，如果钢中 的含锰量较高(wMn ＝ 0.7％ ~ 1.2％ ) ，要在牌号后面标出元素符号 “ Mn” 。 (３) 碳素工具钢 碳素工具钢的牌号以汉字 “ 碳” 的汉语拼音字母 “ T” 及后面含碳 量的千分数表示。
第五章 工程材料及金属热处理
３. 常用硬质合金 (１) 钨钴类硬质合金 主要成分为碳化钨及钴。 其代号用 “ YG” + 钴含量的百分数表示。 (２) 钨钴钛类硬质合金 它的主要成分为碳化钨、 碳化钛及钴。 其代号用 “ YT” + 碳化钛的 百分数表示。 (３) 通用硬质合金 以碳化钽或碳化铌取代 YT 类硬质合金中的一部分碳化钛制成。 万能硬质合金代号用 “YW” + 顺序号表示。
机械工程材料及钢的热处理
磷化是在金属表面生成一层不溶于水的 磷酸盐薄膜，可以保护金属。
常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
常用金属材料
1、铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合 金。
性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及 切削加工性能，而且价格低廉，生产设备简单。 因此，它是应用最多的一种金属材料。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
回火：将淬火后的工件加热到临界温度 以下，保温一定时间后在空气或水或油 中冷却。
目的：硬度、强度略有降低，但消除了 内应力和脆性。
调质：淬火＋高温回火，可以使钢材获 得良好的综合机械性能。
表面化学热处理
化学热处理是将钢件放在某种化学介质 中，通过加热、保温、冷却的方法使介 质中的某些元素渗入钢件表面，改变了 表面层的化学成分，从而使其表面具有 与内部不同的特殊性能。一般都是使表 面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、 防腐蚀性能。
钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高 钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。
热处理方法：
1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30
度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石 灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然 后在空气中冷却。
常用金属材料
铸铁 碳素钢 合金钢 有色金属材料
常用金属材料
1、铸铁：铸铁是含碳量大于2.11%的铁碳合 金。
性能：具有良好的铸造性、耐磨性、吸振性及 切削加工性能，而且价格低廉，生产设备简单。 因此，它是应用最多的一种金属材料。
高速铣削给落地式铣镗床带来了结构 上的变 化，主 轴箱居 中的结 构较为 普遍， 其刚性 高，适 合高速 运行。 滑枕驱 动结构 采用线 性导轨 ，直线 电机驱 动，这 种结构 是高速 切削所 必需的 ，国外 厂家在 落地式 铣镗床 上都已 采用， 国内同 类产品 还不
多见，仅在中小规格机床上采用线性 导轨。 高速加 工还对 环境、 安全提 出了更 高的要 求，这 又产生 了宜人 化生产 的概念 ，各厂 家都非 常重视 机床高 速运行 状态下 ，对人 的安全 保护与 可操作 性，将 操作台 、立柱 实行全 封闭式 结构， 既安全 又美观 。
回火：将淬火后的工件加热到临界温度 以下，保温一定时间后在空气或水或油 中冷却。
目的：硬度、强度略有降低，但消除了 内应力和脆性。
调质：淬火＋高温回火，可以使钢材获 得良好的综合机械性能。
表面化学热处理
化学热处理是将钢件放在某种化学介质 中，通过加热、保温、冷却的方法使介 质中的某些元素渗入钢件表面，改变了 表面层的化学成分，从而使其表面具有 与内部不同的特殊性能。一般都是使表 面获得高硬度、高疲劳极限，以及耐磨、 防腐蚀性能。
钢的热处理可以改善钢的加工工艺性能、提高 钢的机械性能、增加寿命、耐磨性等。
热处理方法：
1、退火：将钢件加热到临界温度以上20－30
度，经保温一段时间后随热处理炉（或埋入石 灰石、沙中冷却）缓慢冷却至500度以下，然 后在空气中冷却。
机械工程材料与热处理-精品
第一章金属材料的力学性能•工程上将材料抵抗弹性变形的能力称为刚度。
•强度是指金属材料在静力作用下，抵抗永久变形和断裂的性能。
•抗拉强度。
b是材料在破断前所承受的最大应力值。
•塑性是指金属材料在静力作用下，产生塑性变形而不破坏的能力。
•塑性指标：伸长率和断面收缩率。
•硬度是衡量金属材料软硬程度的指标。
•硬度包括：布氏硬度（HBW）、维氏硬度（HV）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）第二章金属与合金的晶体结构•在晶体中，原子（或分子）按一定的几何规律作周期性地排列。
•这种抽象的、用于描述原子在晶体中排列形式的几何空间格架，简称晶格。
•能够完全反应晶格特征的、最小的几何单元称为晶胞。
•原子半径：晶胞中原子密度最大方向上相邻原子间距地一半。
•配位数：晶格中与任一原子距离最近且相等的原子数目。
•致密度：K二箸（n为原子个数）V照•晶面指数确定方法：（工）设坐标（2）求截距（3）取倒数（4）化整数（5）列括□•晶向指数确定方法：（1）设坐标（2）求坐标值（3）化整数（5）列括号•晶体缺陷包括：点缺陷（空位、间隙、置换）、线缺陷（刃型位错、螺型位错）、面缺陷（晶界、亚晶界）第三章金属与合金的结晶•金属的实际结晶温度Tn低于理论结晶温度T。
的现象，称为过冷现象。
理论结晶温度与实际结晶温度的差4T称为过冷度，过冷度△!'二To・Tn•实践证明，金属总是在一定的过冷度下结晶的，过冷是结晶的必要条件。
同一金属，结晶时冷却速度越大，过冷度越大，金属的实际结晶温度越低。
•纯金属的结晶过程是在冷却曲线上平台所经历的这段时间内发生的。
它是不断形成晶核和晶核不断长大的过程。
•细化晶粒的方法：在增加过冷度②变质处理③附加振动•共晶反应和a+B相互转化（恒温下由一个液相同时结晶出两个成分结构不同的固相）⑦渗碳体+奥氏体一莱氏体•共析反应：、和a+B相互转化（恒温下由一个固相同时析出两个成分结构不同的固相）/铁素体+渗碳体一珠光体•包晶反应：L+a和B相互转化（恒温下由一个液相包着一个固相生成另一个新的固相）•过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？答：过冷度和冷却速度是两个不同的概念。
机械工程材料 第五、六章 工业用钢和铸铁
相当于是在Q235的基础上多添加了0.6～0.8%的 Mn。 3应用 桥梁钢构、船用钢板、车用钢板等。
5-3
南京长江大桥中的钢结构
上海卢浦大桥
5-3
5-3
“利丰南海”—2005年温州地区造 船企业在本土建造的第一艘万吨级 （11000T）国际航线集装箱船
温州船舶建造企业制造—2.3万吨散货 船瑞盛10号，2007年12月25日上午在乐清市 七里港顺利下水
5-1
合金工具钢
用“数字＋元素符号＋数字”表示
例：
9 Mn 2
表示该钢含有钒元素，平均wV小于 1.5% 表示该钢含有锰元素，平均wMn为2%
V
表示wC的千分之几
滚动轴承钢
用“G＋数字”表示
例： G
Cr 1 5
表示该钢含有铬元素，平均wCr为1.5%
“滚动轴承钢”的汉语拼音字头
5-1
不锈钢
第五章 工业用钢
钢的分类、编号、杂质元素 结构钢、工具钢、特殊性能钢
5-1
钢 ：以铁为主要元素，碳一般在2.11%以下并含有其他元素的材料
工业用钢中的元素： 主要元素：碳； 常存元素：锰、硅、硫、磷； 偶存元素：铜、钛、钒、稀土元素； 隐存元素：氧、氢； 合金元素：铬、镍、钨、钼、钒、钛、锰、硅、铜、磷 等。 （Si、Mn、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、Al、Cu、Co、 N、B、RE；）
wMn对区的影响
wCr对区的影响
5-2
3、合金元素对钢的热处理的影响
①对奥氏体化的影响 除Ni、Co外，大多数合金元素都延缓钢的奥氏体化过程。 它们阻碍C、Fe的扩散，因此合金钢的A化温度较高、时间较长。 ②对奥氏体晶粒度的影响 除Mn外，几乎所有合金元素都细化晶粒。 以碳化物的细化晶粒效果最显著，阻碍晶界的迁移，从而阻止晶粒长大。 ③对钢的淬透性的影响 除Co外，大多数合金元素，都提高淬透性。 ④对钢的回火稳定性的影响
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图5-1 热处理工艺曲线
第一节 钢在加热时的转变
图4-2 Fe-Fe3C相图
由Fe-Fe3C相图得知, 碳钢在缓慢加热或冷却过
程中，在PSK线、GS线和
ES线上都要发生组织转变。
通常把PSK线称为A1线； GS线称为A3线；ES线称为 Acm线。而该线上的相变点， 则相应地用A1点、A3点、 Acm点来表示。
欲使钢在热处理加热时，奥氏体晶粒不粗化，除了在冶炼时采用Al 脱氧和加入Nb、Ti、V等合金元素外，还必须制定合理的热处理加热制度：
1．加热温度 一般都是将钢加热到相变点以上某一适当温度。
2．保温时间 确定钢热处理时的保温时间，除考虑相变需要外，还要考虑工件穿
透加热的需要。 3．加热速度
采用快速加热和短时间保温的方法来细化晶粒。
越大，片层间距越小。 在680～600℃范围内，形成片层间距较小的珠光体，称为细珠光体
或索氏体，用符号“S”表示。 在600～550℃范围内形成的片层间距极小的珠光体，称为及细珠光
体或托氏体，用符号“T”表示。
图5-10 珠光体 a）光学显微组织（500x） b）电子显微组织（8000x）
图5-11 索氏体 a）光学显微组织（1000x） b）电子显微组织（19000x）
奥氏体化必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散，其转变过程遵 循形核和长大的基本规律，并通过下列三个阶段来完成。
图5-3 共析碳钢的奥氏体化示意图 a) A形核 b) A长大 c) 残余Fe3C溶解 d) A氏体均匀化
1.奥氏体晶核的形成和长大
实践表明，奥氏体晶核是适当的方式进行加热、保温和冷却 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理方法大致分类如下：
普通热处理
退火 正火 淬火 回火
热处理
表面淬火
感应加热淬火 火焰加热淬火 激光加热淬火及其它表面热处理
化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗及其它
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。
第二节 钢在冷却时的转变
等温冷却：是把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到Ar1以下某一温 度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。 连续冷却：是把加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度连续冷却到 室温。
图5-5 两种冷却方式示意图 a）等温冷却 b)连续冷却
一、过冷奥氏体的等温转变
图5-16 贝氏体形成示意图 a）上贝氏体 b）下贝氏体
图5-14 上贝氏体 a）光学显微组织（600x） b）电子显微组织（4500x）
图5-15 下贝氏体 a）光学显微组织（500x） b）电子显微组织（8500x）
第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节 钢的退火与正火 第四节 钢的淬火 第五节 钢的回火 第六节 钢的淬透性 第七节 钢的表面淬火 第八节 钢的化学热处理 第九节 表面气相沉积 第十节 影响热处理件质量的因素 第十一节 热处理技术条件的标注及工序位置的安排
(一)奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点以上某一温度并保温给定时间 所得到的奥氏体晶粒大小。
(二)奥氏体晶粒长大
在加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏体晶粒，称为奥氏 体起始晶粒，其大小称为起始晶粒度。钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为 实际晶粒，其大小称为实际晶粒度。
(三)奥氏体晶粒度的控制
图5-7 共析碳钢过冷奥氏体在750℃ 的等温不同时间后水冷所得的显微组织
2．过冷奥氏体等温转变曲线的分析
由图5-8可知： （1）A1以上是奥氏体稳定区域；
A1以下、转变开始线以左的区域是 过冷奥氏体区
（2）过冷奥氏体在各个温度下 等温转变时，都要经 过一段孕育 期
（3）在三个不同温度区间， 共析碳钢的过冷奥氏体可以发生三 种不同的转变
（一）过冷奥氏体等温转变曲线
奥氏体在相变点A1以下不立即发生转变，而经过一个孕育期后才开 始转变，这种在孕育期暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过 冷奥氏体”。
1．过冷奥氏体等温转变曲线的建立 过冷奥氏体等温转变曲线是利用
过冷奥氏体转变产物的组织形态和性 能的变化来测定的。
图5-6 共析碳钢过冷奥氏体 等温转变曲线建立示意图
2.残余渗碳体的溶解
未溶的残余渗碳体将随时间的增长，继续不断地向奥氏体溶解， 直至全部消失为止。
3.奥氏体的均匀化
热处理加热的保温阶段，不仅为了使零件穿透加热和相变完全， 且还为了获得成分均匀的奥氏体，以便冷却后能得到良好的组织与性 能。
二、奥氏体晶粒长大及其控制
奥氏体晶粒的长大是大晶粒吞并小晶粒的过程，其结果是使晶界总 面积减小，从而降低了表面能。因此，它是一个自发的过程。
A1、A3和Acm点都是平衡相变点。在实际生产中将加热时的各相变点 用Ac1、 Ac3、 Accm表示；冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示。
图5-2 加热和冷却时碳钢的相变点在Fe-Fe3C相图上的位置
一、钢的奥氏体化
热处理时首先要加热，任何成分的碳钢加热到A1点以上时,其组织 中的珠光体均转变为奥氏体，这种加热到相变点以上获得奥氏体组织的 过程称为“奥氏体化”。
图5-8 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线
（二）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能
1．珠光体转变 （1）珠光体的形态及其形成
奥氏体过冷到A1以下温度，首先在奥氏体晶界处形成渗碳体晶核， 然后依靠渗碳体片的不断分枝，向奥氏体晶粒内部平行长大。
图5-9 层状珠光体形成示意图
（2）珠光体的性能 层状珠光体的性能主要取决于片层间距。转变温度越低，即过冷度
图5-12 托氏体 a）光学显微组织（200x） b）电子显微组织（19000x）
图5-13 共析碳钢珠光体的力学性能与片层间距和转变温度的关系
2.贝氏体转变 贝氏体是由含过饱和碳的铁素体与弥散分布的渗碳体（或碳化物）
组成的非层状两相组织，用符号“B”表示。 （1）贝氏体的形态及其形成
贝氏体形成过程与珠光体不同，它是先在过冷奥氏体晶界或晶内贫 碳区形成过饱和碳的铁素体，随后在铁素体生长过程中，通过碳原子扩 散，在铁素体中陆续析出极细的渗碳体或ε 碳化物。
第一节 钢在加热时的转变
图4-2 Fe-Fe3C相图
由Fe-Fe3C相图得知, 碳钢在缓慢加热或冷却过
程中，在PSK线、GS线和
ES线上都要发生组织转变。
通常把PSK线称为A1线； GS线称为A3线；ES线称为 Acm线。而该线上的相变点， 则相应地用A1点、A3点、 Acm点来表示。
欲使钢在热处理加热时，奥氏体晶粒不粗化，除了在冶炼时采用Al 脱氧和加入Nb、Ti、V等合金元素外，还必须制定合理的热处理加热制度：
1．加热温度 一般都是将钢加热到相变点以上某一适当温度。
2．保温时间 确定钢热处理时的保温时间，除考虑相变需要外，还要考虑工件穿
透加热的需要。 3．加热速度
采用快速加热和短时间保温的方法来细化晶粒。
越大，片层间距越小。 在680～600℃范围内，形成片层间距较小的珠光体，称为细珠光体
或索氏体，用符号“S”表示。 在600～550℃范围内形成的片层间距极小的珠光体，称为及细珠光
体或托氏体，用符号“T”表示。
图5-10 珠光体 a）光学显微组织（500x） b）电子显微组织（8000x）
图5-11 索氏体 a）光学显微组织（1000x） b）电子显微组织（19000x）
奥氏体化必须进行晶格的改组和铁、碳原子的扩散，其转变过程遵 循形核和长大的基本规律，并通过下列三个阶段来完成。
图5-3 共析碳钢的奥氏体化示意图 a) A形核 b) A长大 c) 残余Fe3C溶解 d) A氏体均匀化
1.奥氏体晶核的形成和长大
实践表明，奥氏体晶核是适当的方式进行加热、保温和冷却 以获得所需要的组织结构与性能的工艺。
根据加热和冷却方法不同，常用的热处理方法大致分类如下：
普通热处理
退火 正火 淬火 回火
热处理
表面淬火
感应加热淬火 火焰加热淬火 激光加热淬火及其它表面热处理
化学热处理
渗碳 渗氮 碳氮共渗及其它
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。
第二节 钢在冷却时的转变
等温冷却：是把加热到奥氏体状态的钢，快速冷却到Ar1以下某一温 度，并等温停留一段时间，使奥氏体发生转变，然后再冷却到室温。 连续冷却：是把加热到奥氏体状态的钢，以不同的冷却速度连续冷却到 室温。
图5-5 两种冷却方式示意图 a）等温冷却 b)连续冷却
一、过冷奥氏体的等温转变
图5-16 贝氏体形成示意图 a）上贝氏体 b）下贝氏体
图5-14 上贝氏体 a）光学显微组织（600x） b）电子显微组织（4500x）
图5-15 下贝氏体 a）光学显微组织（500x） b）电子显微组织（8500x）
第一节 钢在加热时的转变 第二节 钢在冷却时的转变 第三节 钢的退火与正火 第四节 钢的淬火 第五节 钢的回火 第六节 钢的淬透性 第七节 钢的表面淬火 第八节 钢的化学热处理 第九节 表面气相沉积 第十节 影响热处理件质量的因素 第十一节 热处理技术条件的标注及工序位置的安排
(一)奥氏体晶粒度
奥氏体晶粒度是指将钢加热到相变点以上某一温度并保温给定时间 所得到的奥氏体晶粒大小。
(二)奥氏体晶粒长大
在加热转变中，新形成并刚好互相接触时的奥氏体晶粒，称为奥氏 体起始晶粒，其大小称为起始晶粒度。钢开始冷却时的奥氏体晶粒称为 实际晶粒，其大小称为实际晶粒度。
(三)奥氏体晶粒度的控制
图5-7 共析碳钢过冷奥氏体在750℃ 的等温不同时间后水冷所得的显微组织
2．过冷奥氏体等温转变曲线的分析
由图5-8可知： （1）A1以上是奥氏体稳定区域；
A1以下、转变开始线以左的区域是 过冷奥氏体区
（2）过冷奥氏体在各个温度下 等温转变时，都要经 过一段孕育 期
（3）在三个不同温度区间， 共析碳钢的过冷奥氏体可以发生三 种不同的转变
（一）过冷奥氏体等温转变曲线
奥氏体在相变点A1以下不立即发生转变，而经过一个孕育期后才开 始转变，这种在孕育期暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过 冷奥氏体”。
1．过冷奥氏体等温转变曲线的建立 过冷奥氏体等温转变曲线是利用
过冷奥氏体转变产物的组织形态和性 能的变化来测定的。
图5-6 共析碳钢过冷奥氏体 等温转变曲线建立示意图
2.残余渗碳体的溶解
未溶的残余渗碳体将随时间的增长，继续不断地向奥氏体溶解， 直至全部消失为止。
3.奥氏体的均匀化
热处理加热的保温阶段，不仅为了使零件穿透加热和相变完全， 且还为了获得成分均匀的奥氏体，以便冷却后能得到良好的组织与性 能。
二、奥氏体晶粒长大及其控制
奥氏体晶粒的长大是大晶粒吞并小晶粒的过程，其结果是使晶界总 面积减小，从而降低了表面能。因此，它是一个自发的过程。
A1、A3和Acm点都是平衡相变点。在实际生产中将加热时的各相变点 用Ac1、 Ac3、 Accm表示；冷却时的各相变点用Ar1、Ar3、Arcm表示。
图5-2 加热和冷却时碳钢的相变点在Fe-Fe3C相图上的位置
一、钢的奥氏体化
热处理时首先要加热，任何成分的碳钢加热到A1点以上时,其组织 中的珠光体均转变为奥氏体，这种加热到相变点以上获得奥氏体组织的 过程称为“奥氏体化”。
图5-8 共析碳钢过冷奥氏体等温转变曲线
（二）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能
1．珠光体转变 （1）珠光体的形态及其形成
奥氏体过冷到A1以下温度，首先在奥氏体晶界处形成渗碳体晶核， 然后依靠渗碳体片的不断分枝，向奥氏体晶粒内部平行长大。
图5-9 层状珠光体形成示意图
（2）珠光体的性能 层状珠光体的性能主要取决于片层间距。转变温度越低，即过冷度
图5-12 托氏体 a）光学显微组织（200x） b）电子显微组织（19000x）
图5-13 共析碳钢珠光体的力学性能与片层间距和转变温度的关系
2.贝氏体转变 贝氏体是由含过饱和碳的铁素体与弥散分布的渗碳体（或碳化物）
组成的非层状两相组织，用符号“B”表示。 （1）贝氏体的形态及其形成
贝氏体形成过程与珠光体不同，它是先在过冷奥氏体晶界或晶内贫 碳区形成过饱和碳的铁素体，随后在铁素体生长过程中，通过碳原子扩 散，在铁素体中陆续析出极细的渗碳体或ε 碳化物。