热处理金相基础知识
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。
金属材料和热处理基本概念及基础知识-热处理工艺
淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布曲 线和端淬硬度分布曲线等表示。由于钢中化学成分的 波动，表示钢淬透性硬度曲线有一个波动范围，被称 为淬透性带。 钢材的淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。 淬火硬度高的不一定淬透性好，而硬度低的钢材也可 能具有高的淬透性。 一般机械制造行业大多以心部获得50％ 马氏体为 淬火临界直径标准，对于重要机加及军工行业则以心 部获得90 ％马氏体作为临界直径标准，以保证零件整 个截面都获得较高力学性能。
2.加热与保温时间
五、钢的回火与回火工艺
将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷 却到室温的热处理工艺称回火。
1、回火的目的
• ⑴ 降低淬火钢的脆性，消除或减少淬火钢的内应力。 • ⑵ 提高钢的塑性和韧性，获得所要求的性能。
• ⑶ 稳定工件尺寸，降低硬度，便于切削加工。
第四节 钢的表面淬火
将钢加热到临界点以上（某些退火也可在临界点以下） 保温一定时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的 热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。
• 1、退火的目的 • 1）降低钢件硬度，便于切削加工。 • 2）消除工件内应力，稳定尺寸。
• 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。 • 4）为最终热处理做好组织准备。
一、钢的渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态下，于富碳介质 中长时间加热，使碳原子渗入表层，增加钢件表层的 含碳量，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，达 到提高强度、耐磨性及疲劳强度的目的。 渗碳一般用含碳0.1～0.25%的低碳钢。 渗碳—淬火+低温回火
1、渗碳方法
⑴ 气体渗碳（煤油、苯、甲醇+丙酮） 渗碳介质的分解—吸收—扩散三个基本过程。 主要应控制好加热温度（930 º C）和保温时间。 温度越高，渗速越大，扩散层越厚，但晶粒越大，使 钢变脆。保温时间取决于渗层厚度，但时间越长，扩 散速度减慢。钢件渗碳几小时到几十小时，可得到 0.5~2mm的渗碳层深度。 ⑵ 固体渗碳 ⑶ 液体渗碳
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2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
金相组织和热处理
Ac1 线又叫做共析线，是指含碳量在0.77%~2.11%的铁碳合金冷却到此线时，在727 度恒温下发生共析转变，即A0.77%→F0.0218%+Fe3C。
Ac3 是加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度。
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms（马氏转变温度）以下（或Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。
工艺过程包括加热、保温、冷却3 个阶段。
回火是工件淬硬后加热到AC1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火一般紧接着淬火进行，其目的是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。
因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。
按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。
(1)低温回火(1) 低温回火工件在250℃以下进行的回火。
目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。
力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。
应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。
(2)中温回火(2) 中温回火工件在250～500 ℃之间进行的回火。
目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。
1 预先热处理回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。
力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。
应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。
(3)高温回火(3) 高温回火工件在500℃以上进行的回火。
热处理后金相组织变化
热处理后金相组织变化
热处理是一种通过加热和冷却材料来改变其金相组织的过程。
通过热处理，可以改变材料的晶粒尺寸、晶粒形状和相组成，从而使材料具有不同的力学、物理和化学性质。
常见的热处理方法包括退火、正火、淬火和回火。
在退火过程中，材料会被加热至一定温度，然后缓慢冷却。
这种热处理方式可用于消除应力、提高材料的塑性和延展性，并使晶粒得到再结晶。
正火是将材料加热至一定温度后迅速冷却，以增加材料的硬度和强度。
淬火将材料加热至高温后迅速浸入冷却介质中，通过产生快速冷却速率来形成马氏体组织，从而获得高硬度和脆性。
回火是将淬火材料加热至较低温度，然后再缓慢冷却，以减轻淬火过程中的应力和脆性，提高材料的韧性。
热处理后，金相组织会发生变化。
在退火过程中，晶粒尺寸会增大，晶界和初生相会消失，同时晶粒内部会形成新的晶界。
在正火过程中，材料表面形成强化层，并出现马氏体组织。
淬火过程中，材料会形成马氏体组织，该组织具有高硬度和脆性。
在回火过程中，马氏体会分解为更稳定的相，从而减轻应力和改善材料的韧性。
总之，通过热处理可以改变材料的金相组织，从而使材料具有不同的力学和化学性质。
不同的热处理方法和工艺参数会产生不同的金相组织变化，这对材料的性能和应用有重要影响。
热处理及金相检验培训
目录
• 热处理基础知识 • 金相检验基础知识 • 热处理工艺 • 金相检验技术 • 热处理及金相检验的应用 • 实际操作与实验
01
热处理基础知识
热处理定义
热处理定义：热处理是将金属材料加热 到一定的温度，并保持一段时间，然后 以适当的速度冷却，以改变其内部结构， 从而达到改善其机械性能或耐腐蚀性能
形貌和成分信息。
透射电子显微镜（TEM）
02
利用高能电子束穿透样品，通过分析样品的衍射和干涉现象，
获得样品的晶体结构和相组成信息。
观察内容
03
观察金属材料的微观形貌、晶体结构和相组成等。
X射线衍射分析技术
X射线衍射仪
利用X射线照射样品，通过分析X射 线的衍射角度和强度，确定样品的晶 体结构和相组成。
金相样品的制备
学员应学会如何制备金相样品，包括切割、磨削、抛光和蚀刻等步骤， 以确保样品表面质量和观察效果。
金相组织观察与识别
学员应能够观察和识别不同金属材料的金相组织，了解其特征和变化 规律。
金相检验实验结果分析
学员应能够根据实验结果分析金属材料的组织形貌、相组成和晶体结 构等，并能够提出相应的工艺改进建议。
失效分析
在机械零件失效时，可以通过金相 检验分析其组织和结构，找出失效 原因，为改进和优化设计提供依据。
热处理及金相检验的未来发展
1 2 3
智能化发展
随着科技的不断进步，热处理和金相检验将逐渐 实现智能化，通过自动化和智能化的设备和技术， 提高检测效率和精度。
绿色环保
未来的热处理和金相检验将更加注重环保和可持 续发展，采用环保材料和工艺，降低能耗和减少 废弃物排放。
实验报告与总结
热处理铸件金相
热处理铸件金相
热处理是一种通过加热和冷却的过程来改变铸件的组织结构和性能的方法。
在热处理过程中，铸件的金相组织会发生变化，具体的变化取决于材料的化学成分、加热温度、保温时间和冷却方式等因素。
以下是一般情况下热处理铸件金相的变化：
1. 铸态组织：铸件刚铸造完毕时的金相组织通常呈现出粗大的晶粒和板状或柱状的铸态组织。
2. 固溶处理：固溶处理是一种常见的热处理方法，旨在溶解固溶体中的溶质并使其均匀分布。
在固溶处理过程中，铸件经过加热到一定温度保持一段时间，使溶质原子溶解在基体中。
这样可以提高铸件的塑性和韧性，并减少晶界的碳化物沉淀。
3. 相变：在热处理过程中，一些固溶体中的溶质会发生相变，形成新的相组织。
相变可以通过调整加热和冷却条件来实现，以控制金相组织的形成。
4. 冷却速率的影响：不同的冷却速率会导致不同的金相组织。
快速冷却会导致细小的晶粒和奥氏体或马氏体的形成，从而提高硬度和强度。
而缓慢冷却则有利于晶粒的生长和相变的发生，形成较大的晶粒和稳定的相组织。
需要注意的是，热处理的具体参数和过程会根据不同的铸件材料和要求而有所不同。
对于特定的铸件热处理金相分析，最好参考相关的热处理规范和金相测试方法，或咨询专业的材料工程师或金相实验室。
做热处理的人都要知道的金相组织图
做热处理的人都要知道的金相组织图搞热处理和材料这么多年，下面这15个金相组织搞不清楚，等于白混了！！1.奥氏体定义：碳与合金元素溶解在γ-Fe中的固溶体，仍保持γ-Fe的面心立方晶格特征：奥氏体是一般钢在高温下的组织，其存在有一定的温度和成分范围。
有些淬火钢能使部分奥氏体保留到室温，这种奥氏体称残留奥氏体。
奥氏体一般由等轴状的多边形晶粒组成，晶粒内有孪晶。
在加热转变刚刚结束时的奥氏体晶粒比较细小，晶粒边界呈不规则的弧形。
经过一段时间加热或保温，晶粒将长大，晶粒边界可趋向平直化。
铁碳相图中奥氏体是高温相，存在于临界点A1温度以上，是珠光体逆共析转变而成。
当钢中加入足够多的扩大奥氏体相区的化学元素时，Ni,Mn等，则可使奥氏体稳定在室温，如奥氏体钢。
2.铁素体定义：碳与合金元素溶解在a-Fe中的固溶体特征：亚共析钢中的慢冷铁素体呈块状，晶界比较圆滑，当碳含量接近共析成分时，铁素体沿晶粒边界析出。
3.渗碳体定义：碳与铁形成的一种化合物特征：渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。
渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。
•在液态铁碳合金中，首先单独结晶的渗碳体（一次渗碳体）为块状，角不尖锐，共晶渗碳体呈骨骼状•过共析钢冷却时沿Acm线析出的碳化物（二次渗碳体）呈网结状，共析渗碳体呈片状•铁碳合金冷却到Ar1以下时，由铁素体中析出渗碳体（三次渗碳体），在二次渗碳体上或晶界处呈不连续薄片状4.珠光体定义：铁碳合金中共析反应所形成的铁素体与渗碳体的机械混合物特征：珠光体的片间距离取决于奥氏体分解时的过冷度。
过冷度越大，所形成的珠光体片间距离越小。
•在A1~650℃形成的珠光体片层较厚，在金相显微镜下放大400倍以上可分辨出平行的宽条铁素体和细条渗碳体，称为粗珠光体、片状珠光体，简称珠光体。
•在650~600℃形成的珠光体用金相显微镜放大500倍，从珠光体的渗碳体上仅看到一条黑线，只有放大1000倍才能分辨的片层，称为索氏体。
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热处理金相基础知识 RUSER redacted on the night of December 17,2020
一、目的
（1）观察碳钢经不同热处理后的基本组织。
（2）了解热处理工艺对钢组织和性能的影响。
（3）熟悉碳钢几种典型热处理组织的形态及特征。
二、概述
碳钢经退火、正火可得到平衡或接近平衡组织，经淬火得到的是非平衡组
织。
因此，研究热处理后的组织时，不仅要参考铁碳相图，而且更主要的是参考钢的等温转变曲线（C曲线）。
铁碳相图能说明慢冷时合金的结晶过程和室温下的组织以及相的相对量，C 曲线则能说明一定成分的钢在不同冷却条件下所得到的组织。
C曲线适用于等温冷却条件；而CCT曲线（奥氏体连续冷却曲线）适用于连续冷却条件。
在一定的程度上可用C曲线，也能够估计连续冷却时的组织变化。
1、共析钢等温冷却时的显微组织
共析钢过冷奥氏体在不同温度等温转变的组织及性能列于表4－1中。
2、共析钢连续冷却时的显微组织
为了简便起见，不用CCT曲线，而用C曲线（图4－1）来分析。
例如共析钢奥氏体，在慢冷时（相当于炉冷，见图4－1中的υ
1
）应得到100%的珠光
体；当冷却速度增大到υ
2
时（相当于空冷），得到的是较细的珠光体，即索氏
体或屈氏体；当冷却速度增大到υ
3
时（相当于油冷），得到的为屈氏体和马氏
体；当冷却速度增大至υ
4、υ
5
（相当于水冷），很大的过冷度使奥氏体骤冷到
马氏体转变开始点（Ms）后，瞬时转变成马氏体，其中与C曲线鼻尖相切的冷却速度（υ
4
）称为淬火的临界冷却速度。
3、亚共析钢和过共析钢连续冷却时的显微组织
亚共析钢的C曲线与共析钢相比，只是在其上部多了一条铁素体先析出线，如图4－2所示。
当奥氏体缓慢冷却时（相当于炉冷，如图4－2中υ
1
），转变产物接近平
衡组织，即珠光体和铁素体。
随着冷却速度的增大，即υ
3>υ
2
>υ
1
时，奥氏体
的过冷度逐渐增大，析出的铁素体越来越少，而珠光体的量逐渐增加，组织变得更细，此时析出的少量铁素体多分布在晶粒的边界上。
表4－1
800
700
600
500
400
300
200
100
-100
0 1
10 102 103 104 105
时间秒
图4－1 共析钢C曲线 800
600
400
200
100
-100
0 1 10 102 103 104 105
时间秒
图4－2 亚共析钢的C曲线
因此，v 1的组织为铁素体+珠光体；v 2的组织为铁素体+索氏体；v 3的组织为铁素体+屈氏体。
当冷却速度为v 4时，析出很少量的网状铁素体和屈氏体（有时可见到少量贝氏体），奥氏体则主要转变为马氏体和屈氏体（如图4-3）；当冷却速度v 5超过临界冷却速度时，钢全部转变为马氏体组织（如图4-6，4-7）。
过共析钢的转变与亚共析钢相似，不同之处是后者先析出的是铁素体，而前者先析出的是渗碳体。
4、各组织的显微特征
（1）索氏体（s ）：是铁素体与渗碳体的机械混合物。
其片层比珠光体更细密，在高倍（700倍以上）显微放大时才能分辨。
（2）托氏体（T ） 也是铁素体与渗碳体的机械混合物，片层比索氏体还细密，在一般光学显微镜下也无法分辨，只能看到如墨菊状的黑色形态。
当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状，包围着马氏体；当析出量较多时，呈大块黑色团状，只有在电子显微镜下才能分辨其中的片层（见图4－3）；
（3）贝氏体（B ） 为奥氏体的中温转变产物，它也是铁素体与渗碳体的两相混合物。
在显微形态上，主要有三种形态：
A 、上贝氏体是由成束平行排列的条状铁素体和条间断续分布的渗碳体所组成的非层状组织。
当转变量不多时，在光学显微镜下为与束的铁素体条向奥氏体晶内伸展，具有羽毛状特征。
在电镜下，铁素体以几度到十几度的小位向差相互平行，渗碳体则沿条的长轴方向排列成行，如图4－4。
B 、下贝氏体是在片状铁素体内部沉淀有碳化物的两相混合物组织。
它比淬火马氏体易受浸蚀，在显微镜下呈黑色针状（如图4－5）。
在电镜下可以见到，在片状铁素体基体中分布有很细的碳化物片，它们大致与铁素体片的长轴成55~60o 的角度。
C 、粒状贝氏体是最近十几年才被确认的组织。
在低、中碳合金钢中，特别是连续冷却时（如正火、热轧空冷或焊接热影响区）往往容易出现，在等温冷
图4－3 托氏体＋马氏体 图4－4 上贝氏体＋马氏体
却时也可能形成。
它的形成温度范围大致在上贝氏体转变温度区的上部，由铁素体和它所包围的小岛状组织所组成。
(1)马氏体（M）：是碳在aFe中的过饱和固溶体。
马氏体的形态按含碳量主要分两种，即板条状和针状（如图4－6、4－7所示）
A、板条状马氏体一般为低碳钢或低碳合金钢的淬火组织。
其组织形态是由尺寸大致相同的细马氏体条定向平行排列组成马氏体束或马氏体领域。
在马氏体束之间位向差较大，一个奥氏体晶粒内可形成几个不同的马氏体领域。
板条马氏体具有较低的硬度和较好的韧性。
B、针状马氏体是碳量较高的钢淬火后得到的组织。
在光学显微镜下，它呈竹叶状或针状，针与针之间成一定的角度。
最先形成的马氏体较粗大，往往横穿整个奥氏体晶粒，将奥氏体晶粒加以分割，使以后形成的马氏体的大小受到限制。
因此，针状马氏体的大小不一。
同时有些马氏体有一条中脊线，并在马氏体周围有残留奥氏体。
针状马氏体的硬度高而韧性差。
(5)残余奥氏体（A
残
）是含碳量大于%的奥氏体淬火时被保留到室温不转变的那部分奥氏体。
它不易受硝酸酒精溶液的浸蚀，在显微镜下呈白亮色，分布在马氏体之间，无固定形态。
在图8表示含碳%的碳钢正常淬火（780℃加热），其组织为马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体。
（6）钢的回火组织与性能
A、回火马氏体。
是低温回火（150~250℃）组织。
它保留了原马氏体形态特征。
针状马氏体回火析出了极细的碳化物，容易受到浸蚀，在显微镜下呈黑图4－5 下贝氏体图4－6 回火板条马
氏体
图4－7 针状马氏体＋残余奥氏体图4－8 马氏体＋粒状
渗碳体
色针状。
体温回火后马氏体针变黑，而残余奥氏体不变仍呈白亮色。
低温回火后可以部分消除淬火钢的内应力，增加韧性，同时仍能保持钢的高硬度。
B、回火屈氏体。
是中温回火（350~500℃）组织。
回火屈氏体是铁素体与粒状渗碳体组成的极细混合物。
铁素体基体基本上保持了原马氏体的形态（条状或针状），第二相对渗碳体则析出在其中，呈极细颗粒状，用光学显微镜极难分辨（如图4－9所示）。
中温回火后有很好的弹性和一定的韧性。
C、回火索氏体：是高温回火（500~650℃）组织。
回火索氏体是铁素体与较粗的粒状渗碳体所组成的机械混合物。
碳钢回火索氏体中的铁素体已经通过再结晶，呈等轴细晶粒状。
经充分回火的索氏体已没有针的形态。
在大于500倍的光镜下，可以看到渗碳体微粒（如图4－10所示）。
回火索氏体具有良好的综合机械性能。
应当指出，回火屈氏体、回火索氏体是淬火马氏体回火时的产物，它们的渗碳体是颗粒状的，且均匀地分布在铁素体基体上；而淬火索氏体和淬屈氏体是奥氏体过冷时直接形成的，其渗碳体是呈片状。
回火组织较淬火组织在相同硬度下具有较高的塑性与韧性。
（1）观察表4－2所列试样的显微组织。
（2）描绘出所观察样品的显微组织示意图，并注明材料、处理工艺、放大倍数、组织名称及浸蚀剂等。
2．实验方法
1）实验材料及设备
（1）金相显微镜；
（2）金相图谱及放大的金相图片；
（3）经各种不同热处理的金相试样；
2）实验步骤
（1）对各类不同热处理工艺的组织观察时可采用对比的方式进行分析。
例如：正常与不正常淬火；水淬与油淬；淬火马氏体与回火马氏体等；
（2）对各种不同温度回火后的组织，可采用高倍放大进行观察，可以参考有关金相图谱。
3．实验报告
（1）写出实验目的；
（2）画出所观察样品的显微组织示意图；
（3）说明所观察样品中的组织；
（4）比较并讨论直接冷却得到的M、T、S和淬火、回火得到的M
回火、T
回
火、S
回火
的组织形态和性能差异。