第九章 钢的热处理原理
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热处理工艺基本知识
9.2.5 钢的淬透性
1. 淬透性的概念
淬透层深度
当试样尺寸较大时, 从表面向内冷却速度逐渐减小, 当冷却速度低 于Vc, 就不能得到全部马氏体, 随着深度的加深, 马氏体的数量愈 来愈少, 到达一定的深度后, 冷却速度低于Vc’, 根本不能发生马 氏体相变。所以大尺寸试样想全部得到马氏体是不可能的, 随着 马氏体数量的减少, 对应的硬度也不断下降, 通常把淬火钢从表面 到马氏体组织占50％处的距离成为淬透层深度。实际淬透层的深 度除了与材料本身有关外, 还与试样的大小、冷却方式有密切的 关系。
9.2.2 淬火冷却介质
理想的淬火冷却速度 为保证得到多 的马氏体, 冷却速度应该大于临界冷 却速度Vc；为防止零件变形、开裂, 冷却应慢一些。所以理想的冷却速 度如图, 开始冷却慢一些, 在快要发 生组织转变时快冷, 以躲开鼻子尖, 随后又慢冷让马氏体转变慢慢的进
常行用。 淬火介质
盐水、碱水 10－15％的NaCl水溶液是最强的冷却介质。 清水 直接冷却和沸腾的蒸汽冷却, 冷却能力也很强。 碱浴、硝盐浴 熔融的氢氧化钠、硝酸盐、亚硝酸盐导热能力很强, 在
3. 却分,级躲淬开火鼻子淬温入度15,0估－计26温0℃度硝低盐于浴中躲过了鼻尖, 停留一 5段00时℃间时让立表即面转和入心油部中温, 放度慢均冷匀却, 热应力松弛。取出空冷。 速度继续冷却到室温。
4. 等温淬火 直接淬入硝盐浴中保温, 发生贝氏体转变。 5. 局部淬火 局部加热法或局部冷却法 6. 冷处理 冷却到室温以下的过程称为“冷处理”。
第九章 钢的热处理工艺
钢的退火和正火 钢的淬火和回火 其它热处理
9.1 钢的退火与正火
9.1.1 退火操作及其应用
退火: 将组织偏离平 衡状态的钢加热到适 当的温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却 (例如随炉冷却)，以 获得接近平衡状态组 织的热处理工艺叫做 “退火”。
第九章钢的热处理原理
第九章钢的热处理原理第九章钢的热处理原理(一)填空题1 起始晶粒度的大小决定于及。
2 在钢的各种组织中，马氏体的比容，而且随着w(C)的增加而。
3．热处理后零件的力学性能决定于奥氏体在不同过冷度下的及其。
4．板条状马氏体具有高的及一定的与。
它的强度与奥氏体有关，越细则强度越高。
5. 淬火钢低温回火后的组织是和；中温回火后的组织是，一般用于高的结构件；高温回火后的组织是，用于要求足够高的及高的的零件。
6．钢在加热时，只有珠光体中出现了和时，才有了转变成奥氏体的条件，奥氏体晶核才能形成。
7．马氏体的三个强化包括强化、强化、强化。
8．第二类回火脆性主要产生于含、、等合金元素的钢中，其产生的原因是钢中晶粒边界的增加的结果，这种脆性可用冷来防止，此外在钢中加入和Mo及热处理等方法也能防止回火脆性。
9．共析钢加热至稍高于727℃时将发生的转变，其形成过程包括、、等几个步骤。
10 根据共析钢转变产物的不同，可将C曲线分为、、三个转变区。
11 根据共析钢相变过程中原子的扩散情况，珠光体转变属于转变，贝氏体转变属于转变，马氏体转变属于转变。
12．马氏体按其组织形态主要分为和两种。
13．马氏体按其亚结构主要分为和两种。
14．贝氏体按其形成温度和组织形态，主要分为和两种。
15．珠光体按其组织形态可分为珠光体和珠光体；按片间距的大小又可分为体、体和体。
16 描述过冷奥氏体在A1点以下相转变产物规律的曲线有和两种；对比这两种曲线可看出，前者指示的转变温度比后者，转变所需的时间前者比后者，临界冷却速度前者比后者。
17 当钢发生奥氏体向马氏体组织的转变时，原奥氏体中w(c)越高，则Ms点越，转变后的残余奥氏体量越。
18 钢的淬透性越高，则临界冷却速度越；其C曲线的位置越。
（二)判断题1．相变时新相的晶核之所以易在母相的晶界上首先形成，是因为晶界处能量高。
（）2．随奥氏体中W (C)的增高，马氏体转变后，其中片状马氏体减少，板条状马氏体增多。
第9-10章钢的热处理原理及工艺
针状M：含C量>1.0%；介于0.2 1.0%为混合M。
组织形态图 返回
a
图5.19 上贝氏体与下贝氏体的光学金相组织
b
(a)上贝氏体（1000×）；(b)下贝氏体(500 ×)
a 图5.20 上贝氏体与下贝氏体的电子显组织
b
(a)上贝氏体（5000×）；(b)下贝氏体(10000 ×)
掌握影响C曲线的因素 返回
表面热处理、化学热处理、形变热处理等。
1、奥氏体的形成过程
返回
一、钢的临界温度
在缓慢加热和冷却 时，其固态转变 的临界温度是由 相图决定。
二、加热时组织转 变
A
AC3 A3
E ACcm
是从室温组织转变 为A组织的过程，
Ar3
故也称为奥氏体
化（A化）。
（详述）
P
Acm Arcm
A化一般包括四个连
续转变过程： F
3、残余Cm的不断溶入A，直至Cm全部消失； 4、A中含碳量逐渐均匀化。 二、亚共析钢、过共析钢的A化：
以及先共析F或二次Cm继续向A转变或溶解的过程，只有 加热温度超过A3或Acm后，才能全部转变或溶入A。
3、A晶粒大小及其影响因素 返回
一、奥氏体晶粒度（了解） A形成所需的时间较短，A成分均匀化所需的时间 二、较要影发长响生。A变A晶形化粒成，长后需大，要的在区因继素别续三加种热有过关程A晶中粒A晶度粒的大概小念：
热处理是一种与铸、锻、焊等加工过程密切相关的工艺，为了 能够消除或改善上述过程中出现的某些组织结构缺陷需要进 行一定的热处理。
热处理的目的：改善工件的使用性能及工艺性能，并能充分挖 掘材料的潜力，从而提高工件的寿命和力学性能，为缩小工 件尺寸、减轻重量提供可能性。
组织形态图 返回
a
图5.19 上贝氏体与下贝氏体的光学金相组织
b
(a)上贝氏体（1000×）；(b)下贝氏体(500 ×)
a 图5.20 上贝氏体与下贝氏体的电子显组织
b
(a)上贝氏体（5000×）；(b)下贝氏体(10000 ×)
掌握影响C曲线的因素 返回
表面热处理、化学热处理、形变热处理等。
1、奥氏体的形成过程
返回
一、钢的临界温度
在缓慢加热和冷却 时，其固态转变 的临界温度是由 相图决定。
二、加热时组织转 变
A
AC3 A3
E ACcm
是从室温组织转变 为A组织的过程，
Ar3
故也称为奥氏体
化（A化）。
（详述）
P
Acm Arcm
A化一般包括四个连
续转变过程： F
3、残余Cm的不断溶入A，直至Cm全部消失； 4、A中含碳量逐渐均匀化。 二、亚共析钢、过共析钢的A化：
以及先共析F或二次Cm继续向A转变或溶解的过程，只有 加热温度超过A3或Acm后，才能全部转变或溶入A。
3、A晶粒大小及其影响因素 返回
一、奥氏体晶粒度（了解） A形成所需的时间较短，A成分均匀化所需的时间 二、较要影发长响生。A变A晶形化粒成，长后需大，要的在区因继素别续三加种热有过关程A晶中粒A晶度粒的大概小念：
热处理是一种与铸、锻、焊等加工过程密切相关的工艺，为了 能够消除或改善上述过程中出现的某些组织结构缺陷需要进 行一定的热处理。
热处理的目的：改善工件的使用性能及工艺性能，并能充分挖 掘材料的潜力，从而提高工件的寿命和力学性能，为缩小工 件尺寸、减轻重量提供可能性。
钢的热处理原理
钢的热处理原理
§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
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。
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
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）
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
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′
v=v4：水冷， A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A′
§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
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。
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
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）
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
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′
v=v4：水冷， A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A′
金属学与热处理第九章钢的热处理原理
(一)奥氏体成分的影响
•含碳量 •合金元素
(二)奥氏体状态的影响
加热速度越快, 保温时间越短,奥氏体晶粒越小, 成分越不均匀, 未溶的
第二相越多, 则等温转变速度越快, C-曲线左移.
(三)应力和塑性变形的影响
三种典型的转变
•珠光体 (P) 转变: •马氏体 (M) 转变: •贝氏体 (B) 转变:
三.奥氏体晶粒大小及其影响因素 奥氏体对冷却后的钢的组织和性能影响很大.
(一)奥氏体晶粒度 表示方法: 单位面积内晶粒的数目或每个晶粒的平均面积(直径)描述.
三个概念: •起始晶粒度 •本质晶粒度 •实际晶粒度
(二) 影响奥氏体晶粒大小的因素 奥氏体晶粒长大, 晶界的迁移, 本质是原子在晶界的扩散. 1. 加热温度和保温时间 2.加热速度的影响
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 (共析钢) : CCT图
钢种:共析钢 虚线: TTT曲线 实线: CCT曲线
CCT曲线: 过冷奥氏体转变开始线 过冷奥氏体转变终了线 过冷奥氏体转变终止线 Vc’和Vc是不同产物的分界线. Vc: 上临界冷却速度或临界淬火速度. Vc’: 下临界冷却速度.
连续冷却转变过程====无数个温差很小的等温转变过程
二. 影响奥氏体形成速度的因素
(一) 加热温度和保温时间 • 孕育期:
加热速度越快(V2), 孕育期越短,奥氏体开始转变
的温度和转变终了的温度越高.
(二) 原始组织的影响
(三) 化学成分的影响
1.碳 碳含量的提高
2. 合金元素
奥氏体形成速度加快.
•影响碳在奥氏体中的扩散速度. •改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度. •合金元素的均匀化.
有F析出区和 B转变区.
数字的意义:例如: 以V2速度冷却
•含碳量 •合金元素
(二)奥氏体状态的影响
加热速度越快, 保温时间越短,奥氏体晶粒越小, 成分越不均匀, 未溶的
第二相越多, 则等温转变速度越快, C-曲线左移.
(三)应力和塑性变形的影响
三种典型的转变
•珠光体 (P) 转变: •马氏体 (M) 转变: •贝氏体 (B) 转变:
三.奥氏体晶粒大小及其影响因素 奥氏体对冷却后的钢的组织和性能影响很大.
(一)奥氏体晶粒度 表示方法: 单位面积内晶粒的数目或每个晶粒的平均面积(直径)描述.
三个概念: •起始晶粒度 •本质晶粒度 •实际晶粒度
(二) 影响奥氏体晶粒大小的因素 奥氏体晶粒长大, 晶界的迁移, 本质是原子在晶界的扩散. 1. 加热温度和保温时间 2.加热速度的影响
过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 (共析钢) : CCT图
钢种:共析钢 虚线: TTT曲线 实线: CCT曲线
CCT曲线: 过冷奥氏体转变开始线 过冷奥氏体转变终了线 过冷奥氏体转变终止线 Vc’和Vc是不同产物的分界线. Vc: 上临界冷却速度或临界淬火速度. Vc’: 下临界冷却速度.
连续冷却转变过程====无数个温差很小的等温转变过程
二. 影响奥氏体形成速度的因素
(一) 加热温度和保温时间 • 孕育期:
加热速度越快(V2), 孕育期越短,奥氏体开始转变
的温度和转变终了的温度越高.
(二) 原始组织的影响
(三) 化学成分的影响
1.碳 碳含量的提高
2. 合金元素
奥氏体形成速度加快.
•影响碳在奥氏体中的扩散速度. •改变钢的临界点和碳在奥氏体中的溶解度. •合金元素的均匀化.
有F析出区和 B转变区.
数字的意义:例如: 以V2速度冷却
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
Biblioteka 工 程 材 料 及 热 处 理
钢的热处理原理
第三种类型
含碳量高的马氏体的 塑性、韧性差。马氏体转变 是强化钢铁材料的有效手段。 但马氏体形成时要伴随体积 膨胀，因而产生内应力，组 织也不稳定。
钢的热处理原理
连续冷却时
钢的热处理原理
连续冷却时
在实际生产中，钢一般是以一定的降 温速度连续冷却的。测定连续冷却转变的曲 线（称为CCT曲线）时，可把各组试样奥氏 体化，选用若干不同的冷却速度进行冷却， 然后测定各冷却速度下奥氏体转变的开始点 （温度与时间）和终了点，并将其绘在“温 度－时间”坐标图中，最后把开始转变点和 终了点连接起来便可得到该钢的CCT由线。
钢的热处理原理
等温冷却时
钢的热处理原理
由C曲线可知，共析钢过 冷奥氏体的等温转变有三种类型。
第一种类型
在A1~550℃左右进行 等温冷却，得到珠光体 型组织。
钢的热处理原理
第一种类型
根据珠光体中铁素体和渗 碳体的片层大小和薄厚不同，分 为粗珠光体（也称珠光体，以P表 示）、细珠光体（也称索氏体， 以S表示）和极细珠光体（也称托 氏体，以T表示）三种。它们都是 由铁素体和渗碳体构成的机械混 合物，其硬度托氏体最高，索氏 体次之，珠光体最低。
奥氏体形核 奥氏体晶核长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化
钢的热处理原理
共析钢的奥氏体形成过程示意图
钢的热处理原理
钢在加热时获得的奥氏体晶粒大小，直接影 响到冷却后转变产物的晶粒大小和力学性能。
奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的晶粒也 细小，其强度、塑性和韧性较好 粗大的奥氏体晶粒冷却后转变产物也粗大，其 强度、塑性较差，特别是韧性显著降低。
钢的冷却方式有两种：
钢的热处理原理
第三种类型
含碳量高的马氏体的 塑性、韧性差。马氏体转变 是强化钢铁材料的有效手段。 但马氏体形成时要伴随体积 膨胀，因而产生内应力，组 织也不稳定。
钢的热处理原理
连续冷却时
钢的热处理原理
连续冷却时
在实际生产中，钢一般是以一定的降 温速度连续冷却的。测定连续冷却转变的曲 线（称为CCT曲线）时，可把各组试样奥氏 体化，选用若干不同的冷却速度进行冷却， 然后测定各冷却速度下奥氏体转变的开始点 （温度与时间）和终了点，并将其绘在“温 度－时间”坐标图中，最后把开始转变点和 终了点连接起来便可得到该钢的CCT由线。
钢的热处理原理
等温冷却时
钢的热处理原理
由C曲线可知，共析钢过 冷奥氏体的等温转变有三种类型。
第一种类型
在A1~550℃左右进行 等温冷却，得到珠光体 型组织。
钢的热处理原理
第一种类型
根据珠光体中铁素体和渗 碳体的片层大小和薄厚不同，分 为粗珠光体（也称珠光体，以P表 示）、细珠光体（也称索氏体， 以S表示）和极细珠光体（也称托 氏体，以T表示）三种。它们都是 由铁素体和渗碳体构成的机械混 合物，其硬度托氏体最高，索氏 体次之，珠光体最低。
奥氏体形核 奥氏体晶核长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化
钢的热处理原理
共析钢的奥氏体形成过程示意图
钢的热处理原理
钢在加热时获得的奥氏体晶粒大小，直接影 响到冷却后转变产物的晶粒大小和力学性能。
奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的晶粒也 细小，其强度、塑性和韧性较好 粗大的奥氏体晶粒冷却后转变产物也粗大，其 强度、塑性较差，特别是韧性显著降低。
钢的冷却方式有两种：
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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2.一把含碳量1.0%的高碳锯条不经过任何处理能使 用吗？
热处理是改变材料性能的另一重要手段。
待解决的问题：W-W-H
Why What How
1为什么要进行热处理?
2什么是热处理? 3如何进行热处理?
1. 为什么要进行热处理?
热处理是改变材料性能的一种加工工艺 热处理的作用
1、强化金属材料，充分发挥材料的潜力 2、热处理可以消除热加工工艺过程中的缺陷
③ 对Ms点的影响 Co、Al 使 Ms ↑ 其它合金元素使 Ms↓
2 奥氏体组织
愈细，成分及组织愈不均匀，未溶第二相愈多， A 稳定性越差— —左移
T↑、t↑，晶粒粗大，成分、组织均匀，A 稳定性↑ ——右移
3 其它： 应力和塑性变形
四、珠光体转变
1、珠光体的组织形态 • 过冷奥氏体在 A1到 550℃间将转变为珠光体类型组织，
1-4 级粗，5-8 级细，8级以上极细 计算式为n = 2 N-1
N：晶粒度级别 n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数
标准晶粒度级别图
2.奥氏体晶粒大小的控制
⑴加热温度与保温时间
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，因
为这与原子扩散密切相关。
1250℃
⑵加热速度 加热速度越快，过热 晶
• A1-Ms 间及转变开 始线以左的区域为 过冷奥氏体区。
• 转变终了线以右及 Mf以下为转变产物 区。
• 两线之间及Ms与Mf 之间为转变区。
温 度
A1
A
过 冷
A→P
P
奥
转变终了线
氏
B
体
A→B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
C 曲线的分析
⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小. 孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃
• 碳在-Fe中的过饱和固溶
体，用M表示。
马氏体组织
马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.
• 马氏体具有体心正方晶格（a=b≠c） • 轴比c/a 称马氏体的正方度。 • C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 • 当＜0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格.
马氏体的组织形态 • 马氏体的形态分板条 和针状两类。 C%<0.25%时，板条马 氏体 • 在光镜下板条马氏体 为一束束的细条组织。 板条内的亚结构主要是 高密度的位错，又称位 错马氏体。
3、是机械零件加工工艺过程中的重要工序
4、使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化 学性能
2. 什么是热处理?
热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却， 以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。
特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸
钢为什么可以进行热处理？ 是不是所有金属材料都能进行热处理？ 只有固态相变的合金才能进行热处理。
0.9C+1.2Mn 0.9+2.8Mn
0.5C 0.5C+2%Cr
T 0.5C+4%Cr
0.5C+8%Cr
τ
τ
① 除Co、Al（WAl>2.5%）外，其它合金元素Me%↑，C曲线右 移 ——须溶入 A 中
非碳化物形成元素
只改变C曲线位置： 如Co, Al, Ni, Cu, Si
T Si
Co,Al
金属学及热处理
第九章 钢的热处理原理
J
N
L+
GG
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
铁碳合金碳含量增加，组织按下列顺序变化： F、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+ Fe3CⅡ+ Ld′、Ld′、Ld′+ Fe3CⅠ、Fe3C 性能发生如图的变化：
问题的提出
1.改变成分可以改变材料的性能，还有没有其他手 段可以改变材料的性能呢？
中温转变产物——半扩散性
——Fe不扩散，C部分扩散
α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物 贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现
低温转变产物——非扩散型
Fe、C均不扩散
获得 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体 马氏体
——马氏体类型( M)
要点
① 不同温度下转变产物不同
高温转变产物(A1~550℃) 珠光体( P)——扩散型
电镜形貌
• 珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只 是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
2. 珠光体的力学性能
片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。
3 . 珠光体转变过程
珠光体转变也是形核和长大的过程。 珠光体转变是
扩散型转变。
五、 马氏体转变
• 当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 • 马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。 马氏体的晶体结构
度越大，奥氏体实际形成温度越高，
粒 度
可获得细小的起始晶粒。
1050 ℃
—常规加热速度下影响不大
—快速加热，短时保温的超细化工艺如 高频加热，激光加热等
900 ℃ 保温时间 t
⑶钢的化学成分 C、Mn和P是促进奥氏体晶粒长大的元素。 合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳定的
碳化物和氮化物时，由于分布在晶界上，因而阻碍晶界的 迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到本质细晶粒钢。
它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层 厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体.
⑴ 珠光体： 形用成符温号度P表为示A.1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，
光镜下形貌
电镜下形貌
⑵ 索氏体
形成温度为650-600℃,片 层较薄，800-1000倍光镜 下可辨，用符号S 表示。
⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层 极薄，电镜下可辨，用符号 T 表示。
光镜下 电镜下
C%>1.0%C时 针状马氏体
• 立体形态为双凸透镜形的
片状。显微组织为针状。
• 在电镜下，亚结构主要是
孪晶，又称孪晶马氏体。
电镜下
光镜下 电镜下
马氏体的性能 • 高硬度是马氏体性能的主要特点。 • 马氏体的硬度主要取决于其含碳量。 • 含碳量增加，其硬度增加。 当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。 马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。 此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针 状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性.
第三 节 钢在冷却时的转变
冷却过程—热处理工艺的关键部分，对控制热处理以 后的组织与性能起着极大作用，不同的冷却速度获不同的 组织与性能
一、概述
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式 示意图
1——等温冷却 2——连续冷却
过冷奥氏体等温转变图TTT图或C曲线是获得 等温转变组织的主要依据，是等温淬火获得马氏 体组织或贝氏体组织的主要依据。
产物。将其画入，使过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用
三、 影响 C 曲线的因素
与奥氏体状态有关
1 化学成分
（1） 含碳量
指溶入奥氏体中的C
理论:奥氏体中 C%↑，C 曲线右移
F 相难析出，珠光体转右移
过共析：C%↑，左移 （2） 合金元素
0.9%C T
0.9C+0.5Mn
(3) 转变不完全
即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体， 总
有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用
A’ 或’ 表示。
六、 贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态
• 过冷奥氏体在550℃-
230℃ (Ms)间将转变为贝氏 上贝氏体 体类型组织，贝氏体用符号
B表示。
• 根据其组织形态不同，贝
（一）（共析钢）奥氏体的形成过程
1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 2、晶核长大 （F→ A晶格重构，Fe3C 溶解，C→ A中扩 散） 3、残余Fe3C溶解 4、奥氏体均匀化
（二）影响奥氏体形成速度的因素
1、加热温度和保温时间的影响 2、原始组织的影响 3、化学成分的影响 ➢碳 ➢ 合金元素的影响
Ni,Si,Cu,Mn
Ni,Cu,Mn Ms
Co, Al 外所有合
金元素
τ
强碳化物形成元素的影响
W,Mo,V,Ti,Nb 等改变C 曲线位置和形态
T
中强碳化物形成 元素 Cr 的影响
τ
强碳化物形成元素
W,Mo,V,Ti,Nb 等的影
响
② 碳化物形成元素改变 C 曲线位置和形状 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等
马氏体转变的主要特点
• 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：
⑴ 无扩散性
铁和碳原子 都不扩散，因 而马氏体的含 碳量与奥氏体 的含碳量相同。
(2) 在一个温度范围内进行的
• 马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms 表示. 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf 表示. 只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变。 在Ms以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断,转变 停止。
热处理第一步 —加热奥氏体化
第二节钢在加热时的组织转变
钢加热的目的? 获得奥氏体!
钢加热的温度?
J
N
L+
G
+
L
+Fe3C
L+Fe3C
+Fe3C
实际加热和冷却时的相变点
平衡时—— A1 A3 Acm 加热时—— Ac1 Ac3 Accm 冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm
热处理是改变材料性能的另一重要手段。
待解决的问题：W-W-H
Why What How
1为什么要进行热处理?
2什么是热处理? 3如何进行热处理?
1. 为什么要进行热处理?
热处理是改变材料性能的一种加工工艺 热处理的作用
1、强化金属材料，充分发挥材料的潜力 2、热处理可以消除热加工工艺过程中的缺陷
③ 对Ms点的影响 Co、Al 使 Ms ↑ 其它合金元素使 Ms↓
2 奥氏体组织
愈细，成分及组织愈不均匀，未溶第二相愈多， A 稳定性越差— —左移
T↑、t↑，晶粒粗大，成分、组织均匀，A 稳定性↑ ——右移
3 其它： 应力和塑性变形
四、珠光体转变
1、珠光体的组织形态 • 过冷奥氏体在 A1到 550℃间将转变为珠光体类型组织，
1-4 级粗，5-8 级细，8级以上极细 计算式为n = 2 N-1
N：晶粒度级别 n：1平方英寸视场中所包含的平均晶粒数
标准晶粒度级别图
2.奥氏体晶粒大小的控制
⑴加热温度与保温时间
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大，因
为这与原子扩散密切相关。
1250℃
⑵加热速度 加热速度越快，过热 晶
• A1-Ms 间及转变开 始线以左的区域为 过冷奥氏体区。
• 转变终了线以右及 Mf以下为转变产物 区。
• 两线之间及Ms与Mf 之间为转变区。
温 度
A1
A
过 冷
A→P
P
奥
转变终了线
氏
B
体
A→B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
C 曲线的分析
⑴ 转变开始线与纵坐标之间的距离为孕育期。 孕育期越小，过冷奥氏体稳定性越小. 孕育期最小处称C 曲线的“鼻尖”。碳钢鼻尖处的温度为550℃
• 碳在-Fe中的过饱和固溶
体，用M表示。
马氏体组织
马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中.
• 马氏体具有体心正方晶格（a=b≠c） • 轴比c/a 称马氏体的正方度。 • C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。 • 当＜0.25%C时，c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格.
马氏体的组织形态 • 马氏体的形态分板条 和针状两类。 C%<0.25%时，板条马 氏体 • 在光镜下板条马氏体 为一束束的细条组织。 板条内的亚结构主要是 高密度的位错，又称位 错马氏体。
3、是机械零件加工工艺过程中的重要工序
4、使工件表面具有抗磨损、耐腐蚀等特殊物理化 学性能
2. 什么是热处理?
热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却， 以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的一种热加工工艺。
特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸
钢为什么可以进行热处理？ 是不是所有金属材料都能进行热处理？ 只有固态相变的合金才能进行热处理。
0.9C+1.2Mn 0.9+2.8Mn
0.5C 0.5C+2%Cr
T 0.5C+4%Cr
0.5C+8%Cr
τ
τ
① 除Co、Al（WAl>2.5%）外，其它合金元素Me%↑，C曲线右 移 ——须溶入 A 中
非碳化物形成元素
只改变C曲线位置： 如Co, Al, Ni, Cu, Si
T Si
Co,Al
金属学及热处理
第九章 钢的热处理原理
J
N
L+
GG
+
L
L+Fe3C
+Fe3C
+Fe3C
铁碳合金碳含量增加，组织按下列顺序变化： F、F+P、P、P+Fe3CⅡ、P+ Fe3CⅡ+ Ld′、Ld′、Ld′+ Fe3CⅠ、Fe3C 性能发生如图的变化：
问题的提出
1.改变成分可以改变材料的性能，还有没有其他手 段可以改变材料的性能呢？
中温转变产物——半扩散性
——Fe不扩散，C部分扩散
α(C过饱和的）+Fe3C的机械混合物 贝氏体类型( B) 化学成分的变化靠扩散实现
低温转变产物——非扩散型
Fe、C均不扩散
获得 C 在α-Fe 中的过饱和固溶体 马氏体
——马氏体类型( M)
要点
① 不同温度下转变产物不同
高温转变产物(A1~550℃) 珠光体( P)——扩散型
电镜形貌
• 珠光体、索氏体、托氏体三种组织无本质区别，只 是形态上的粗细之分，因此其界限也是相对的。
2. 珠光体的力学性能
片间距越小，钢的强度、硬度越高，塑性和韧性略有改善。
3 . 珠光体转变过程
珠光体转变也是形核和长大的过程。 珠光体转变是
扩散型转变。
五、 马氏体转变
• 当奥氏体过冷到Ms以下将 转变为马氏体类型组织。 • 马氏体转变是强化钢的重 要途径之一。 马氏体的晶体结构
度越大，奥氏体实际形成温度越高，
粒 度
可获得细小的起始晶粒。
1050 ℃
—常规加热速度下影响不大
—快速加热，短时保温的超细化工艺如 高频加热，激光加热等
900 ℃ 保温时间 t
⑶钢的化学成分 C、Mn和P是促进奥氏体晶粒长大的元素。 合金元素Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳定的
碳化物和氮化物时，由于分布在晶界上，因而阻碍晶界的 迁移，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到本质细晶粒钢。
它是铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物，根据片层 厚薄不同,又细分为珠光体、索氏体和托氏体.
⑴ 珠光体： 形用成符温号度P表为示A.1-650℃，片层较厚，500倍光镜下可辨，
光镜下形貌
电镜下形貌
⑵ 索氏体
形成温度为650-600℃,片 层较薄，800-1000倍光镜 下可辨，用符号S 表示。
⑶ 托氏体 形成温度为600-550℃，片层 极薄，电镜下可辨，用符号 T 表示。
光镜下 电镜下
C%>1.0%C时 针状马氏体
• 立体形态为双凸透镜形的
片状。显微组织为针状。
• 在电镜下，亚结构主要是
孪晶，又称孪晶马氏体。
电镜下
光镜下 电镜下
马氏体的性能 • 高硬度是马氏体性能的主要特点。 • 马氏体的硬度主要取决于其含碳量。 • 含碳量增加，其硬度增加。 当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。 马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。 此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。 马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针 状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性.
第三 节 钢在冷却时的转变
冷却过程—热处理工艺的关键部分，对控制热处理以 后的组织与性能起着极大作用，不同的冷却速度获不同的 组织与性能
一、概述
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式 示意图
1——等温冷却 2——连续冷却
过冷奥氏体等温转变图TTT图或C曲线是获得 等温转变组织的主要依据，是等温淬火获得马氏 体组织或贝氏体组织的主要依据。
产物。将其画入，使过冷奥氏体等温转变曲线更完备、实用
三、 影响 C 曲线的因素
与奥氏体状态有关
1 化学成分
（1） 含碳量
指溶入奥氏体中的C
理论:奥氏体中 C%↑，C 曲线右移
F 相难析出，珠光体转右移
过共析：C%↑，左移 （2） 合金元素
0.9%C T
0.9C+0.5Mn
(3) 转变不完全
即使冷却到Mf 点，也不可能获得100%的马氏体， 总
有部分奥氏体未能转变而残留下来，称残余奥氏体，用
A’ 或’ 表示。
六、 贝氏体转变
1、贝氏体的组织形态
• 过冷奥氏体在550℃-
230℃ (Ms)间将转变为贝氏 上贝氏体 体类型组织，贝氏体用符号
B表示。
• 根据其组织形态不同，贝
（一）（共析钢）奥氏体的形成过程
1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 2、晶核长大 （F→ A晶格重构，Fe3C 溶解，C→ A中扩 散） 3、残余Fe3C溶解 4、奥氏体均匀化
（二）影响奥氏体形成速度的因素
1、加热温度和保温时间的影响 2、原始组织的影响 3、化学成分的影响 ➢碳 ➢ 合金元素的影响
Ni,Si,Cu,Mn
Ni,Cu,Mn Ms
Co, Al 外所有合
金元素
τ
强碳化物形成元素的影响
W,Mo,V,Ti,Nb 等改变C 曲线位置和形态
T
中强碳化物形成 元素 Cr 的影响
τ
强碳化物形成元素
W,Mo,V,Ti,Nb 等的影
响
② 碳化物形成元素改变 C 曲线位置和形状 Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr 等
马氏体转变的主要特点
• 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：
⑴ 无扩散性
铁和碳原子 都不扩散，因 而马氏体的含 碳量与奥氏体 的含碳量相同。
(2) 在一个温度范围内进行的
• 马氏体转变开始的温度称上马氏体点，用Ms 表示. 马氏体转变终了温度称下马氏体点，用Mf 表示. 只要温度达到Ms以下即发生马氏体转变。 在Ms以下，随温度下降,转变量增加，冷却中断,转变 停止。
热处理第一步 —加热奥氏体化
第二节钢在加热时的组织转变
钢加热的目的? 获得奥氏体!
钢加热的温度?
J
N
L+
G
+
L
+Fe3C
L+Fe3C
+Fe3C
实际加热和冷却时的相变点
平衡时—— A1 A3 Acm 加热时—— Ac1 Ac3 Accm 冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm