工程材料03金属热处理
金属热处理的基本知识
金属热处理的基本知识金属热处理是通过对金属材料进行加热、冷却和变形等一系列工艺步骤，以改变材料的结构和性能的过程。
它是一种重要的金属加工方法，广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。
本文将介绍金属热处理的基本知识，包括热处理的目的、方法和常见的热处理工艺。
1. 热处理的目的热处理的主要目的是改变金属材料的组织结构和性能，以满足不同工业领域的需求。
具体来说，热处理可以实现以下几个方面的目标：•改善材料的硬度、强度和韧性；•改变材料的晶粒大小和形态，提高材料的显微组织稳定性；•消除金属材料中的内部应力，减少材料的变形和裂纹等缺陷；•提高材料的耐腐蚀性能和抗疲劳性能；•调整材料的磁性、导电性等特性。
2. 常见的热处理方法热处理方法根据加热和冷却的方式可以分为几种常见形式：2.1 退火退火是最常用的热处理方法之一。
退火的目的是通过加热和缓慢冷却来改善金属材料的结构和性能。
退火有多种类型，包括完全退火、球化退火、正火退火等。
完全退火是将材料加热到足够高的温度，然后缓慢冷却，使材料的晶粒重新长大，从而改善材料的韧性和塑性。
2.2 硬化硬化是通过加热和快速冷却来提高金属材料的硬度和强度。
硬化可以通过淬火、间歇冷却等方式实现。
淬火是将材料迅速冷却到室温以下，使材料的组织结构发生相变，形成硬质的马氏体或贝氏体，从而增加材料的硬度和强度。
2.3 回火回火是在淬火后，将材料再次加热到适当的温度，然后缓慢冷却。
回火可以消除材料的内部应力，提高材料的塑性和韧性。
回火温度和时间的选择对材料的性能有着重要的影响。
2.4 化学热处理除了上述常见的热处理方法外，还有一些特殊的热处理方法，如表面渗碳和氮化等化学热处理方法。
这些方法可以在金属材料的表面形成硬质的保护层，提高材料的耐磨损和耐腐蚀性能。
3. 常见的热处理工艺在金属热处理过程中，常用的工艺包括以下几种：3.1 加热加热是热处理过程中的关键步骤之一。
加热温度和时间的选择对于保证金属材料的性能起着至关重要的作用。
金属热处理正火
金属热处理正火金属热处理是一种通过加热和冷却的方式改变金属材料的物理和化学性质的工艺。
其中，正火是一种常用的金属热处理方法之一。
正火的目的是通过控制加热温度和冷却速率，使金属材料达到理想的组织和性能。
正火的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段。
在加热阶段，金属材料被加热到一定温度，以使其组织发生相应的变化。
保温阶段是为了保持材料在一定温度下的一段时间，使其达到热平衡。
最后，在冷却阶段，金属材料以一定的速率冷却，形成理想的组织结构。
正火的主要目的是改变金属材料的组织结构和性能。
通过正火处理，可以增加材料的强度、硬度和耐磨性，提高其抗蠕变性和抗疲劳性能。
此外，正火还可以改善材料的可加工性，并减少内应力和变形。
正火的关键是控制加热温度和冷却速率。
加热温度应根据金属材料的组织和性能要求进行选择。
过高的加热温度会导致晶粒长大、晶界清晰度下降，从而降低材料的强度和硬度。
过低的加热温度则可能导致组织不均匀，影响性能。
冷却速率的选择也十分重要，过快或过慢的冷却速率都会对材料的性能产生负面影响。
正火的应用广泛，特别是在钢铁行业。
钢材经过正火处理后，可以改变其组织，提高其硬度和强度，从而满足不同领域的需求。
例如，汽车制造业常用正火处理来提高车辆零部件的耐磨性和强度，以保证其在复杂工况下的可靠性。
机械制造业也广泛应用正火处理来改善机械零件的性能，提高其使用寿命和可靠性。
在正火处理中，除了控制加热温度和冷却速率外，还需要注意一些其他因素。
首先，材料的初始状态和化学成分会对正火效果产生影响。
不同的金属材料和不同的合金元素对正火处理的响应是不同的，需要根据具体情况进行选择和调整。
其次，正火的时间也是一个重要的参数。
保温时间过长或过短都会影响组织的形成和性能的改善。
此外，正火后的材料还需要进行适当的回火处理，以消除残余应力和提高材料的稳定性。
金属热处理正火是一种重要的工艺方法，通过控制加热温度和冷却速率，可以改善金属材料的组织和性能。
工程材料及金属热处理知识
工程材料及金属热处理知识工程材料是指用于机械、建筑、电气等领域的材料。
它们通常需要具有高强度、耐腐蚀、耐磨损等特性。
工程材料可以分为金属材料、非金属材料和复合材料。
金属材料是最常见的工程材料，包括铁、钢、铜、铝、镁等金属以及它们的合金。
金属材料具有良好的导电性、导热性、高强度和塑性。
常见的金属材料处理方法有退火、淬火、回火、冷作等。
其中，淬火是加热金属到一定温度后迅速冷却，目的是增加材料的硬度和强度；回火则是通过再次加热金属来减轻淬火后的内应力，使得金属具有更好的韧性。
非金属材料包括塑料、橡胶、陶瓷等。
它们通常具有较低的密度、化学稳定性、耐腐蚀和绝缘性。
热处理方法主要包括退火、烧结和化学处理。
复合材料是将不同材料组合在一起形成的新材料，如碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料等。
这种材料结合了各种材料的优点，因此在许多领域都有广泛的应用。
金属的热处理是一种改变金属结构和性质的方法。
经过热处理，金属可以获得更高的硬度、强度和耐蚀性。
以下是一些金属热处理方法的描述：退火：将金属加热到适当温度，保持一段时间后缓慢冷却。
该方法可使金属软化、去除内部应力，并提高延展性和冲击性能。
淬火：将金属加热到一定温度，然后迅速冷却。
这会使金属的组织产生变化，从而提高硬度和强度。
回火：通过在较低的温度下将金属加热一段时间，以达到减轻淬火后产生的内部应力的目的。
正火：将金属加热到适当的温度，然后在空气中自然冷却。
这样的过程可以增加材料的硬度和强度。
淬化：使用醇类或水溶液使淬火后的金属变脆，然后在热水中浸泡一段时间来恢复其硬度和强度。
热处理对于工程材料的重要性不言而喻。
能够正确选择和使用热处理方法将有助于确保材料能够耐用、稳定地运行，并具有所需的物理和化学性质。
金属热处理原理
金属热处理原理1. 简介金属热处理是通过加热和冷却金属材料来改变其物理和化学性质的一种工艺。
其目的是改善金属的力学性能、物理性能和化学性能，以满足工程要求。
金属热处理广泛应用于诸如航空航天、汽车制造、机械工具等领域。
金属热处理原理是基于金属材料晶体结构、晶粒尺寸和物理性质的变化。
热处理中的加热和冷却阶段对于金属结构和性质的改变至关重要。
本文将重点介绍金属热处理中的原理和相关过程。
2. 金属的晶体结构金属的晶体结构是影响热处理结果的重要因素之一。
晶体结构的稳定性和排列方式会影响金属的物理和化学性质。
•立方晶体结构：包括面心立方、体心立方和简单立方三种类型。
各种不同的金属具有不同的晶格结构。
•其他晶体结构：如六方、四方、正交、单斜和三斜等。
不同的晶体结构会对金属的硬度、延展性和韧性产生影响。
热处理过程可以通过改变晶体结构来改善或调整金属的性质。
3. 金属热处理过程金属热处理过程通常包括加热、保温和冷却三个步骤。
具体操作步骤可能因不同的金属材料和热处理要求而有所不同。
3.1 加热加热是金属热处理中的首要步骤。
通过加热金属材料，可以改变其晶体结构，从而调整其物理和化学性质。
加热温度和时间是关键因素，不同金属材料和热处理目标需要不同的加热参数。
3.2 保温保温是将加热的金属材料在一定温度下保持一段时间，以使其晶体结构和性质得到充分改变。
保温时间的长短决定了金属材料的最终性能。
3.3 冷却冷却是热处理过程中的最后一个步骤。
通过控制冷却速率，可以影响金属材料的晶体尺寸和硬度。
冷却速率快时，晶体结构会变得细小，从而提高金属的硬度和强度。
4. 常见的金属热处理方法4.1 淬火淬火是一种快速冷却金属材料的方法，通过迅速冷却可以使材料达到高硬度。
淬火过程中，金属材料通常被浸泡在冷却介质中，如水、油或空气。
淬火后的材料硬度高，但韧性相对降低。
4.2 回火回火是通过加热淬火过的金属材料来减轻其脆性并提高韧性。
具体的加热温度和时间会影响材料的硬度和强度。
金属热处理知识课件
历史与发展
历史
金属热处理起源于古代，人类在长期实践中逐渐摸索出了金 属材料的加热、冷却和改变性能的方法。随着工业革命的发 展，金属热处理逐渐成为一门独立的学科，并得到了广泛的 应用。
发展
现代金属热处理技术不断发展，新的工艺和方法不断涌现， 如真空热处理、激光热处理、化学热处理等。同时，计算机 技术和自动化技术的应用也推动了金属热处理技术的进步， 提高了生产效率和产品质量。
PART 06
金属热处理安全与环保
安全操作规程
操作人员需经过专业培训 ，熟悉热处理设备及工艺 流程，掌握安全操作技能 。
设备运行前应检查电源、 水源、热源等是否正常， 确保设备处于良好状态。
ABCD
操作过程中应穿戴防护服 、手套、鞋帽等个人防护 用品，防止烫伤、触电等 事故发生。
操作过程中应保持注意力 集中，随时观察设备运行 情况，发现异常及时处理 。
节能减排技术
01
采用新型的热处理技术和设备， 提高能源利用效率和热处理效果 。
02
对现有设备进行技术改造和升级 ，降低能耗和减少污染物排放。
开发和应用新型的环保材料和工 艺，替代传统的高污染材料和工 艺。
03
加强科研和创新能力，推动热处 理技术的进步和创新，为节能减
排提供技术支持和保障。
04
2023 WORK SUMMARY
THANKS
感谢观看
REPORTING
测温仪
用于测量金属件的温度，确保热处理工艺的 准确性。
热处理吊具
用于吊装金属件，便于在加热和冷却设备中 移动。
热处理辅助材料
如保护气氛、脱氧剂等，用于改善热处理效 果和保护金属件。
PART 05
金属热处理应用
金属热处理基本知识
金属热处理基本知识热处理是一种加工金属的过程，通过改变金属的晶体结构和力学性能来应对各种需求。
金属热处理分为几个阶段，包括加热、保温和冷却。
本文将介绍金属热处理的基本知识，包括热处理的目的、热处理的类型、热处理的影响因素以及如何进行热处理实验。
热处理的目的热处理的主要目的是调整金属的物理和机械性能，使其适应不同的工程需求。
具体来说，热处理可以改变金属的硬度、塑性、耐蚀性、强度、韧性、磁性和导电性等性质，并使之达到最佳状态，以适应各种加工和使用要求。
热处理的类型热处理分为几种类型，包括退火、正火、淬火、回火、表面强化和时效等。
1. 退火退火是把金属加热到一定温度后，慢慢降温使其达到一种晶体结构更稳定、更均一以及更柔软的热处理方式。
退火可用于软化金属、改善可加工性、减少残余应力、优化晶粒尺寸并消除缺陷等。
2. 正火正火是把金属加热到一定温度，将其保温一段时间，然后进行适当的冷却。
这种方法常用于提高金属的强度、硬度和弹性模量等性能。
3. 淬火淬火是将金属加热到一定温度后迅速冷却到室温以下，以获得高硬度和高强度的一种热处理方式。
淬火对金属的晶粒尺寸会有一定的影响，在钢铁行业，淬火非常重要，因为它可以产生非常高的硬度和强度，同时保持较高的持久性能。
4. 回火回火是将已经淬火的金属加热到一定温度，然后以适宜方式冷却。
这种方法可以使金属达到合适的硬度和韧性。
回火可以提高淬火后的金属中弯曲问题的韧性和强度。
5. 表面强化表面强化是将金属表面加热并冷却以改善金属表面强度和硬度。
这种方法常用于硬化和淬火表面层的非平衡组织的金属。
6. 时效时效是通过一种持续时间的加热和冷却操作来改变金属的物理和化学性质。
针对不同的合金，其时效工艺也有不同，相应的性质也会有较大的变化。
热处理的影响因素金属热处理的影响因素主要包括金属类型、加热温度、保温时间、冷却速度等。
1. 金属类型不同类型的金属具有不同的性质，因此不同的金属对热处理的需求也不同。
金属热处理的操作方法
金属热处理的操作方法金属热处理是通过改变金属的晶体结构和组织来改善金属材料的力学性能和其他性能的一种加工方法。
它主要包括退火、正火、淬火、回火以及固溶处理等工艺。
下面我将详细介绍金属热处理的操作方法。
1. 退火退火是通过加热金属至一定温度，持温一段时间，然后缓慢冷却至室温的过程。
退火的目的是消除金属内部的应力，改善金属材料的塑性和可加工性。
具体的操作步骤如下：1) 清洗金属表面，除去污垢和油脂。
2) 将金属放入退火炉中，提高温度至退火温度，一般退火温度为材料的临界温度。
3) 保温时间受材料的厚度和结构复杂程度等因素影响，一般为0.5-4小时。
4) 缓慢冷却至室温，可用炉内冷却或空气冷却等方法。
2. 正火正火是通过加热金属至临界温度，保温一段时间后，以水或油冷却的过程。
正火的目的是使金属材料具备一定的硬度和强度。
具体操作步骤如下：1) 清洗金属表面，除去油脂等污垢。
2) 将金属放入正火炉中，加热至临界温度，保温时间一般为30分钟至1小时。
3) 以快速速度将金属从炉中取出，放入水或油中进行冷却。
3. 淬火淬火是将金属材料加热到临界温度以上并保温一段时间，然后迅速冷却以形成马氏体的过程。
通过淬火，可以使金属材料具备高硬度和较高的抗拉强度。
具体操作步骤如下：1) 清洗金属表面，除去污垢和油脂。
2) 将金属放入淬火炉中，加热至临界温度，保温时间一般为15-30分钟。
3) 迅速将金属取出，放入冷却介质中进行淬火。
常用的冷却介质包括水、油和盐溶液等。
4. 回火回火是将已经淬火的金属材料重新加热至介于临界温度和淬火温度之间的温度区域，然后以适当速度冷却的过程。
回火的目的是消除淬火产生的内部应力，提高材料的韧性和可塑性。
具体操作步骤如下：1) 清洗金属表面，除去污垢和油脂。
2) 将金属放入回火炉中，加热至回火温度，保温时间一般为1-2小时。
3) 以适当速度冷却至室温，可用炉内冷却或空气冷却等方法。
5. 固溶处理固溶处理是将合金金属加热至固溶温度以上，然后保温一段时间，最后迅速冷却的过程。
汽车工程材料-金属材料的热处理
获得的组织为回火托氏体，硬度为58～64 适用于处理各种弹性零件和热 HRC；钢件具有较高的弹性和一定的韧性 锻模具，如弹簧等
获得的组织为回火索氏体，硬度为25～35 HRC；能够使钢件具有较高的强度、良好的 塑性和韧性，提高钢件的综合力学性能
适用于各种重要的受力零部件， 如传动轴、连杆、齿轮、丝杠等
回火具有以下方面的目的： ① 提高组织稳定性，避免钢件在使用过程中发生组织转变，从而造成开裂和变形。 ② 消除内部应力，以稳定钢件几何尺寸并改善切削加工性能。 ③ 适当降低钢件硬度和强度，提高韧性和塑性，以获得良好的综合力学性能。
回火
3.回火方法的分类
回火的温度越高，获得的钢件硬度、强度越低，塑性和韧性越高。
正火
1.概念
正火是将钢件加热到Ac3（对于亚共析钢）或Acm（对于过共析钢）以上30～50 ℃， 经过一段时间保温后，在空气中冷却以得到珠光体组织的热处理工艺。由于正火比退 火的加热温度略高，冷却速度也较快，故正火后钢件的强度和硬度较高。
2.目的及应用
① 提高低碳钢、低碳合金钢的硬度，改善切削加工性能。 ② 细化晶粒，消除组织缺陷，为后续热处理工艺做好组织准备。 ③ 提高强度、硬度和韧性，可作为对力学性能要求不高的机械零部件的最终热处理。
热处理分为加热、保温、 冷却三个过程。对于不同的金属 材料、不同的外形尺寸和不同的 加热介质，为了不同的目的，最 终加热温度的高低、加热速度、 保温时间长短、冷却介质及冷却 速度和方式各有不同。
热处理工艺曲线
金属材料热处理概述
热处理工艺分类：
根据热处理的目的和工艺方法不同：
热处理
整体热处理——退火、正火、淬火、回火等热处理
2.淬火介质
钢件进行淬火时所使用的冷却介质称为淬火介质。按照冷却能力从高到低的顺序，常 用的淬火介质包括水及水溶液、各种矿物油、硝盐浴、碱浴及空气等。通常情况下， 对钢件进行淬火，在较高温度区间内，需要快速冷却以获得较高的硬度。
金属热处理的工艺过程介绍
金属热处理的工艺过程介绍金属热处理是指通过加热和冷却来改变金属材料的化学和物理性质的过程。
金属热处理可以改变材料的硬度、强度、韧性、耐磨性、耐蚀性等性能，使其达到设计要求，同时还可以提高材料的加工性能和使用寿命。
下面将对金属热处理的工艺过程进行详细介绍。
1.加热：金属热处理的第一步是将金属材料加热至一定温度。
加热温度取决于金属的种类和具体的处理要求。
常用的加热方法有电阻加热、火焰加热和感应加热等。
2.保温：在将金属材料加热到所需温度后，需要使其保持一定时间，以确保温度均匀分布，使金属内部结构逐渐达到热平衡状态。
保温时间的长短也取决于金属的种类和要求。
3.冷却：在保温后，需要将金属材料迅速冷却，以固定金属的结构状态和性能。
冷却方法有多种，如油冷、水冷、气体冷却等，具体取决于金属的种类和处理要求。
不同冷却速度将导致不同的组织和性能变化。
4.退火：退火是一种常用的金属热处理方法，通过加热和适当冷却，可以降低金属材料的硬度，增加其韧性。
退火可分为完全退火和回火两种形式。
完全退火是指将金属材料加热至一定温度，然后缓慢冷却至室温。
这种方法可消除应力，改善材料的韧性和塑性，减少晶粒大小，提高机械性能。
回火是指将钢件先加热至一定温度，然后进行适当冷却。
回火可以分为多种类型，如低温回火、中温回火和高温回火等，不同回火温度将产生不同的效果，如提高强度、韧性、抗冲击性等。
5.高温热处理：高温热处理是指将金属材料加热至较高温度，然后进行适当冷却，以改变材料的晶体结构和组织状态。
高温热处理可以提高金属的强度、硬度、耐磨性和抗腐蚀性等性能。
常见的高温热处理方法包括正火、球化退火、奥氏体化、固溶处理等。
这些方法可以调整金属的化学成分、晶体结构和组织状态，以改变其性能。
6.淬火：淬火是将金属材料快速冷却至室温，以快速固化其晶体结构和组织状态。
淬火可以极大地提高材料的硬度和强度，但同时也会增加其脆性。
因此，在进行淬火处理时需要根据具体要求进行适当的调节和控制。
金属热处理-工程材料及其热处
2021/9/10
材料成形基础
29
正常加热条件下,亚共析钢的C曲线随含碳量的增加而右移,过共析钢的C曲线随含碳量 的增加而左移,因此,共析钢的A最为稳定。
由于过冷A的转变是一个形核与长大的过程,形核的作用更关键,亚共析钢与过共析钢 先共析相的析出促进了向P转变的形核,而且由于亚共析钢含碳量越高,先共析F析出变慢；
2021/9/10
材料成形基础
22
M是单相的亚稳组织,是以德国冶金学家A.Martens的名字命名的。 M具有体心正方晶格,当发生M型转变时,过冷A中的碳全部保留在M中,形成过饱和的固 溶体,产生严重的晶格畸变。 M的组织形态因其成分和形成条件而异，通常分为板条M和片状M两种基本类型。
板条M在光学显微镜下所看到的只是边缘不规则的块状,故亦称为块状M。
9/10
材料成形基础
5
钢热处理时先要加热,任何成分的碳钢加热到A1(PSK线)点以上时,其组织都要发 生P向A的转变,这种转变称为奥氏体化A化。
转变过程是通过铁原子和碳原子的扩散进行的,因此P向A的转变是一种扩散型相变。 加热是热处理的重要阶段,下面以共析钢为例,研究钢在加热时的组织转变规律。
第3章
金属 的热 处理
2021/9/10
材料成形基础
1
教学基本要求：
1.了解强化金属基本途径。
2.具有分析和应用C曲线的初步能力，熟悉金属
热处理基本概念。
3.熟练掌握热处理工艺知识,熟知整体热处理方
法中退火、正火、淬火、回火特点与应用。
4.掌握热处理在零件加工工艺流程中的位置和作
用等基本知识。
5.了解热处理工件的结构工艺性及热处理新工艺
过共析钢含碳量越高,先共析渗碳体越容易析出,使得共析钢的过冷奥氏体最为稳定。
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小结：各种热处理组织比较
球化退火
奥氏体
快冷（淬火） 马氏体 较快冷 重新加热 缓冷
加热回火
回火马氏体
珠光体
贝氏体
§3-3 钢的表面热处理
3.3.1表面淬火
目的：表层有较高硬度、耐磨性，而心部保持着 原来的塑性、韧性。(退火、正火或调质 状态的组织) 目前生产中常用感应加热，其次是火焰加热。 通常：淬火前正火或调质，淬火后低温回火。 淬火后深度和电流频率有关，频率低 深度大些。 常用于中碳钢、中碳低合金钢、高碳工具钢、铸铁等， 硬度可比普通淬火高2～3HRC
一、退火
退火：将钢加热保温，然后随炉冷却或埋 入灰中缓慢冷却。
退火种类： (1)完全退火
• 方法：亚共析钢加热到Ac3以上30～50℃---保温--- 炉冷 炉冷＋空冷(快些) • 用途：主要用于具有亚共析组织的碳钢、合金钢的铸件、锻件、热 轧型材等，有时也用于淬火返修件。 • 注意：“完全”是退火件加热获得完全的奥氏体组织，也就是钢的 组 织全部进行了重结晶，所以，原来的晶粒组大，组织不匀， 有内应力，塑性、韧性差，易裂，变形可以解决，但必须控 制退火加热温度，否则晶粒仍粗大。 (2)不完全（球化）退火 • 方法：加热到Ac1以上20～30℃，保温，再冷却。 • 用途：主要用于过共析钢，经球化退火后，把珠光体中片状渗碳体 和网状渗碳体组织都转变为球状。 • 目的：降低硬度，改善切削加工性，并为淬火做好准备，以减少最 终热处理时工件变形和开裂倾向。
根据回火温度分成三种
(1)低温回火(150～250℃) 目的是消除内应力和脆性，保持较高硬度(56～64HRC)， 多用于高碳钢、合金钢制作的工具、模具，或渗碳工 件，或表面淬火工件等。 (2)中温回火(350～500℃) 弹性较高，硬度(35～50HRC)，主要用于弹簧、锻模。 (3)高温回火(500～600℃)，又称调质处理。 硬度20～35HRC，强度和韧性都好的性能轴、齿轮等 常用调质处理。 在300℃左右回火会出现脆性，称第一类回火脆性。原因不 明，目前无法消除。 在500～650℃回火会出现第二类脆性。回火后大多数采用空 冷，为防止第二类脆性可快冷(水冷，油冷)
二、化学热处理
1、渗碳 ◆ 向低碳钢或低碳合金钢渗入碳原子的过程。 加热到900～950℃，长期保温---渗碳 ◆ 渗碳后要淬火和低温回火 ◆ 主要用于承受较大冲击载荷和严重磨损的零件，硬度 HRC58～64左右 2、氮化（渗氮） ◆ 向钢表层渗氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲劳强度、 耐蚀性等。 ◆ 氮化后不需淬火，氮化生产周期长，不能承受冲击。
热处理
化学热处理 形变 特殊热处理 真空 其他
渗碳 氮化 碳氧共渗 其他
在Fe---Fe3C相图知， A1、 A3、 Acm是在极缓慢的加热或冷却时的 转变温度，即平衡临界温度。 实际热处理生产中，加热和冷却并不是极 其缓慢的，和状态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，转变才能充分进行。 加热时： Ac1、 Ac3、 Accm 冷却时： Ar1、 Ar3、 Arcm
第三章 金属热处理及材料改性
本章重点： 1. 钢在加热和冷却时的组织转变 2. 四把火的工艺、目的和应用 3. 表面热处理的特点 4. 其他材料的强化方法和表面处理
§3-1 钢的热处理原理 钢的热处理：钢的热处理就是将钢在固态下， 通过加热、保温和冷却，以改变钢的内部组织 或表面组织，从而获得所需性能的工艺方法。
二、回火
定义：将淬火钢重新加热到Ac1以下某温度， 保温后冷却的热处理工艺，称为回火。 淬火钢不经回火一般不能直接使用 原因是：淬火马氏体和残余奥氏体是不稳定组织； 且淬火马氏体极脆；淬火工件中有很大内 应力，回火后可消除内应力，降低脆性， 防止产生裂纹。 经回火后，将马氏体中过饱和的碳，以碳 化物形式析出，析出后，钢的强度、硬度 下降，塑性、韧性升高。
• 马氏体的比容比奥氏体大 ◎ 比容：单位质量物质的体积。 马氏体的比容较大，奥氏体比容较小。 ◎ 奥氏体向马氏体转变是不完全的，总有少 量残余奥氏体留下。 当冷却速度较快时，工件内外不能同时向 马氏体转变，造成组织应力。 ◎ 马氏体含碳量愈高，脆性愈大，易产生裂 纹，变形。
三、等温曲线的应用
目前生产中还常应用 过冷奥氏体等温转变曲线 来分析奥氏体在连续冷却 时的转变。图4-10即是在 共析钢等温冷却的转变曲 线上估计连续冷却时的转 变情况。
冷却速度V1相当于退火时的冷却速度，根据与C 曲线相交的位置在650℃以上，估计奥氏体将转变成 珠光体； V2相当于正火时的冷却速度(在空气中冷却)，它与C曲 线相交的位置约在600～650℃之间，可估计转变成索 氏体； V3相当于在油中淬火，其中有一部分奥氏体转变成屈 氏体，剩余的奥氏体冷到Ms以下转变成马氏体和少量 残余奥氏体，最后将得到屈氏体、马氏体和少量残余 奥氏体的混合组织(因贝氏体孕育期长，连续冷却时得 不到贝氏体)； V4相当于水中淬火，它不与C-曲线相交，一直过冷到 Ms以下转变成马氏体和少量残余奥氏体。 VK′是进行马氏体转变的最低冷却速度，它是选择淬火 剂的根据，对淬火工艺和零件质量有着十分重要的影 响。
共析钢奥氏体等温转变曲线建立
• 又称C曲线。 • 将共析钢加热到A1温度以上，以不同过冷度测 出过冷奥氏体在恒温下开始转变和转变终了时， 画在时间---温度坐标中去，可得C曲线。
例：较慢的冷却速度，相当于炉冷，对应退火，组织P 稍快些冷却，相当于空冷，对应正火，组织S，硬度HRC25～35 更快冷却，相当于油冷，油淬，组织(M+T)，硬度HRC45～55 再更快冷却，相当于水冷，水淬，M+A′,HRC55~65
§3.2.2 淬火和回火
一、淬火
淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上30～50℃， 保温后在介质中快速冷却，以获得马氏体、 贝氏体等非平衡组织的热处理工艺。 目的：为了提高钢的强度、硬度和耐磨性。 淬火质量：取决于淬火的加热温度和冷却方 式。
（1）淬火的加热温度
淬火温度即钢奥氏体化温度，是淬火的主要工艺 参数。为了防止奥氏体晶粒长大，保证获得细马氏体 组织，淬火温度一般规定在临界点以上30～50℃ 。
二、正火
• 方法：将亚共析钢加热到Ac3以上30～50 ℃，过共析钢Accm以上 30～50 ℃ ，保温后空冷。 • 用途：正火主要用于以下方面 1)对低碳钢和低碳合金钢尽量以正火代退火，可提高 硬度(140～190HBS)，改善切削加工对中碳合金钢、 高碳钢复杂件仍以退火为宜，对过共析钢，减少或 消除网状二次渗碳体为球化退火作准备。 2)作普通结构体的最终热处理 作为有淬火开裂危险的零件作最终热处理
• 为防止内应力、易裂、易变形，采取措施
(1)严格控制淬火温度
温度不足，不能完全奥氏体化，有少量铁素体，使淬火后硬度 不足。 温度过高，奥氏体晶粒过大，也会增加脆性，使工件易裂，易 变形。 (2)合理选择淬火介质 水：冷却能力强，易于得M，但工件内应力大，易裂，易变形。 油：冷却能力低于水，不易裂，变形，难以使马氏体转变充分。 通常碳素钢水淬，合金钢油淬。 (3)正确选择淬火方法，以防裂、变形 常用是单介质淬火法 对易裂易变形工件，有时可用先水后油方法(不能与C曲线相交)
3.1.1 钢在加热时的组织转变
碳钢在室温下组织基本是由铁素体与渗碳体两种 相构成的。热处理加热工序的目的是要得到均匀的奥 氏体。随后才能通过不同的冷却方式使其转变为不同 的组织和性能。 1.奥氏体的形成 钢件加热到临界点温度A1以上，获得全部或部分 奥氏体组织并使之均匀化的过程称为奥氏体化。 由铁碳合金状态图可知，共析钢被缓慢地加热到 A1温度以上时，钢的组织就由珠光体转变为奥氏体， 如图4.2所示。转变过程遵从结晶的普遍规律。奥氏体 的形成过程可分为四个阶段：奥氏体晶核在铁素体和 渗碳体界面上的形成，奥氏体晶核的长大，剩余渗碳 体的溶解和奥氏体的均匀化。
马氏体硬度决定于马氏体中含碳量，含碳量高，硬度也增高， 晶格畸变大，淬火内应力也大，往往有显微裂纹，所以塑性、 韧性很差。
二、连续冷却
在实际生产中，多数热处理是在钢奥氏体化后，采取 连续冷却方式来完成的，如空冷、油冷和水冷都是在一定冷 却速度下，温度和时间不断变化的连续冷却过程。 连续冷却曲线 （CCT曲线）
§3-2 退火和正火
退火和正火是毛坯热处理工艺，它们主要用在铸件、 锻件之后，切削(粗)加工之前，用于消除前一工序 所带来的某些缺陷(如残余应力，组织粗大，不均匀， 成分偏析等)。为随后的工序做准备。 钢退火和正火的目的是： ①调整硬度以便进行切削加工（最佳切削硬度为 170-250 HBS）。 ②消除残余内应力，以减少钢件在淬火时产生变形 或开裂。 ③细化晶粒，改善组织，提高机械性能。 ④为最终热处理(淬火、回火)作好组织准备。
3.1.2 钢在冷却时的组织转变
室温时钢的机械性能，与加热、保温获得的奥 氏体晶粒大小有关，决定于奥氏体经冷却后所 获得组织。 奥氏体的组织转变与冷却方式、冷却速度有 直接关系。 钢的热处理工艺有两种冷却方式 一、等温冷却
• 奥氏体化的钢 较快地冷却 A1线以下，产生过冷奥 氏体 保温 奥氏体转变 冷却到室温 得所需组织 发生A向P转变。 • 过冷奥氏体，被冷却到A1温度以下，尚未发生 转变而暂时存在的奥氏体。
加热时奥氏体形成
加热到Ac1以上时，P A，此时组织为F＋A • 继续升温，F向A转变，超过Ac3时，F消失，组 织为细而单一的A。 过共析钢 • 转变情况与上述相似，只是晶粒较粗大。
亚共析钢 •
影响奥氏体化因素 共析钢
1）加热温度和加热速度。 加热温度高，转变较快 加热速度快，转变起始温度高，终了温度也高 2）含碳量 含碳量高，渗碳体也较多，F与Fe3C的界面也 多，利于A形成 3）钢原始组织 原始组织愈细愈有利于A的形成