简述钢的热处理概念
钢的热处理
• 表面淬火目的： • ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极 限; • ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下， 具有足够的塑性和韧性。即表硬里韧。 • 适用于承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零 件。
火焰加热
感 应 加 热
（二）化学热处理是将工件放在一定的介质 中加热和保温，使介质中的某些元素渗入工 件表层，从而改变表层的化学成分、组织和 性能的热处理工艺。
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第6章 钢的热处理
保温
普通热处理
退火、正火、淬火、回火。
表面淬火
表面热处理
时间
化学热处理
预备热处理、最终热处理 毛坯成型 → 预备热处理 → 机械加工（粗加工）→ 最终热处理 → 精加工
5 状态图中三条重要线及加热和冷却速度对线的位置的影响
A3 A1 0 0.77 2.11 4.3 6.69
硬度650HB，塑性和韧性差
原因：碳过饱和程度大，晶格畸变大，
淬火内应力大，存在显微裂纹，
容易导致脆性断裂的出现，微 细孪晶存在破坏了滑移系使脆 性增大，塑性和韧性差。
孪晶M
M的硬度主要取决于含碳量
M 转变是在 Ms ～ Mf 进行。
残余A量随含碳量的增多而增多，即C↑ → A残↑
（三）影响C曲线的因素
1 碳的影响
亚共析钢和过共析钢C曲线上部
多出一条先共析相析出线。
A过转变前，亚共析钢析出F，过共析钢析出Fe3C 剩下的Ａ过达到共析成分，再发生Ｐ类型转变。
共析钢C曲线最靠右，所以：共析钢A过最稳定。
亚共析钢随含碳量↑， C曲线向右移， A过稳定性↑。
过共析钢随含碳量↑， C曲线向左移， A过稳定性↓。
A+F F+P
A + Fe3CⅡ P+ Fe3CⅡ
2 冷却介质的选择
保证有足够的冷却速度V冷＞Vk；
V冷↑→ 热应力和组织应力↑ 650 ℃～ 400℃： V冷要快
650℃ 550℃ 400℃
vk
常用淬火介质：水、盐水、矿物油
水：在650℃～400℃冷速很大，对A稳定性较小的碳钢非常有利。 但300 ℃～200 ℃冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 盐水：由于NaCl晶体在工件表面析出和爆破，破坏包围在工件表面的 蒸 汽膜，使冷速加快，而且可以破坏加热产生的氧化皮，使其 剥落。盐水淬火容易得到高硬度和光洁表面。但300 ℃～200 ℃ 冷速仍很大，组织应力大，易变形和开裂。 适用于形状简单、硬度要求高、表面要求光洁、变形要求不严格 的碳钢零件，如：螺钉、销钉、垫圈等。 矿物油：冷却能力弱：650℃～550℃，18℃水的冷却强度为1， 则50℃
钢的热处理
热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结
构，从而获得所需性能的一种工艺过程。
保温 温度 临界温度 冷 加 热 却 时间
热处理工艺曲线示意图
钢的热处理－热处理的基本概念
二、热处理的基本要素和作用
热处理的三大要素
①加热（ Heating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。
种类： 扩散退火、再结晶退火、去应力退火。
第二类退火：
目的和作用： 以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢中的珠光体、 铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。 种类： 完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。
钢的热处理－钢的退火与正火
完全退火（Complete Annealing）
热处理的作用
改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力， 提高工件
质量，延长工件寿命。
重要结论：
材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷却过程 中是否发生组织和结构的变化。
钢的热处理-热处理的基本概念
三、热处理的类型
1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类
时间 / s
马氏体转变时产生的组织应力。
温度 / C
Ms
理想淬火介质的冷却曲线
钢的热处理－钢的淬火与回火
常用淬火介质：
①水 特点：经济，冷却能力较强，但在Ms点附近冷速过快。 适用范围：碳钢。 盐水：盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。 ②油
特点：低温区（Ms点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，
两个方面的问题：
冷却速度大，容易获得马氏体。 冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。
钢的热处理
钢的热处理
钢是最常见的金属材料，由于其优越的物理性能和加工性能，钢广泛应用于各行各业，因而需要进行热处理来提高其性能。
热处理是一种处理方法，它将钢通过加热、冷却、调质等物理方法，在获得所需性能的同时，改变钢的组织结构。
热处理的方法有很多，其中包括正火处理和退火处理等。
正火处理是指在高温下，将钢的组织结构变得更加紧密，使其力学性能和强度提高。
正火处理通常可以用于提高钢的强度、耐腐蚀性和耐磨损性能。
退火处理指将加热后的钢放置在一定的温度，然后慢慢冷却，直至钢内部的组织结构发生变化，使其柔韧性和可塑性提高。
退火处理可以用于提高钢的塑性和韧性，以及防止它易于疲劳断裂。
此外，调质处理也是一种常见的热处理方法，它可以改变钢内部的组织结构，从而改变钢的物理性能和化学成分。
以上就是热处理的基本内容，不同的热处理方法可以满足不同的需求，根据钢材的需求和性能，采取适当的热处理技术来改善钢材的性能，是提高钢材质量的重要手段。
为了使钢材的热处理质量更好，应严格控制热处理过程的参数，选择合适的热处理工艺，并加以监控，以确保热处理的质量。
钢的热处理是一项技术活动，也是一个复杂的系统工程，未来，热处理技术将会有更大的发展，同时，热处理技术也将会面临更大的挑战，以满足不断变化的市场需求。
钢的热处理
由于加热冷却速度直接影响转变温度 ，因此一般手册中的数据是以3050℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在A1以下加热，不发生相变； 另一种是在临界点以上加热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织
根据加热、冷却方式及钢组织性能变化特点不同，将热处理工 艺分类如下：
、火焰加热、
热处理
表面热处理
电接触加热等 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮
共渗、渗其他元素等
控制气氛热处理
其他热处理
真空热处理 形变热处理
激光热处理
上贝氏体转变过程
上贝氏体转变过程观察
当转变温度较低（350- 230℃) 时，铁素体在晶界或晶内某些晶面上长成 针状，由于碳原子扩散能力低,其迁移不能逾越铁素体片的范围，碳在铁 素体的一定晶面上以断续碳化物小片的形式析出。
贝氏体转变属半扩散型转变，即只有碳原子扩散而铁原子不扩散，晶格类 型改变是通过切变实现的。
使切变部分的形状和体积发生变化，引起相 邻奥氏体随之变形，在预先抛光的表面上产 生浮凸现象。
马氏体转变 切变示意图
马氏体转变产生的表面浮凸
⑶ 降温形成 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。
核率越高, 晶粒越细. ⑶合金元素：
钢的热处理名词解释
钢的热处理名词解释钢材是一种重要的金属材料，在各行各业中得到广泛应用。
为了提高钢材的性能和使用寿命，常常需要进行热处理。
热处理是通过控制钢材的加热、冷却和保温过程来改变其组织和性能的工艺过程。
在钢材的热处理中，有许多常见的名词需要解释，下面将逐一进行介绍。
1. 固溶处理（Solution treatment）固溶处理是指将钢材加热到适当的温度，使其固溶体中的合金元素充分溶解。
固溶处理主要用于调整钢材的组织结构，消除固溶体内的析出物，提高钢材的韧性和可加工性。
2. 淬火（Quenching）淬火是指将加热至适宜温度的钢材迅速冷却至室温或低温。
淬火的目的是通过快速冷却使钢材形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。
淬火过程中的冷却介质常常包括水、油或高温盐溶液。
3. 回火（Tempering）回火是将经过淬火处理的钢材加热至一定温度后保温一段时间，然后冷却至室温。
回火能调整淬火后马氏体组织的硬度和脆性，提高钢材的韧性和延展性。
回火温度和时间的选择取决于所需的性能。
4. 淬火和回火（Quench and Temper，Q&T）淬火和回火通常组合在一起使用，被称为淬火和回火处理。
首先进行淬火，在获得所需的硬度和强度后，再进行回火来调整钢材的韧性和可加工性。
淬火和回火处理常用于制造需要同时具备强度和韧性的工件，如机械零件和工具。
5. 焊后热处理（Post-weld Heat Treatment，PWHT）焊后热处理是将焊接完成后的钢材进行热处理，以消除焊接产生的应力和改善焊缝区域的组织。
焊后热处理可通过固溶处理、淬火和回火等方式来进行，具体选择取决于焊接材料和实际需求。
6. 氮化（Nitriding）氮化是一种表面硬化处理方法，通过在钢材表面浸入氨气来使其表层形成氮化物层。
氮化可以显著提高钢材的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，用于制造需要高耐磨性的工具和机械零件。
7. 渗碳（Carburizing）渗碳是一种通过在钢材表面加入碳元素来增加其碳含量的表面处理方法。
钢的热处理及组织转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
一、钢的热处理
钢的退火：
⑴ 退火的定义 将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下 来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。 ⑵ 退火的目的
① 降低硬度，提高塑性和韧性；
② 消除残余内应力，减轻变形和防止开裂； ③ 均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备； ④ 改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。
降低钢的硬度和耐磨性。
温度过低，在淬火组织中出现铁素体，使淬火组织出现软 点，降低钢的强度和硬度。
一、钢的热处理
钢的淬火：
理想的淬火冷却曲线 应该是：在650～550 0 C范围要快冷，其它 温度区间不需快冷， 尤其在Ms点以下更不 需快冷，以免引起工 作变形或开裂。
一、钢的热处理
钢的淬火：
保持适当时间，缓慢冷却，重新形成均匀的晶粒，以消除
形变强化效应和残余应力的退火工艺。
目的：
温度 再结晶温度
消除加工硬化
提高塑性
改善切削加工性能
时间
一、钢的热处理
钢的正火：
⑴ 定义：将钢加热到 AC3 或 Accm 以上 30～50℃，保温一定
时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。
上贝氏体 （羽毛状）
500
下贝氏体 （针叶状）
二、钢在加热及冷却时的组织转变
② 贝氏体型转变 ：
性能上看上贝氏体的脆性较大，无实用价值；而下贝 氏体则是韧性较好的组织，是热处理时（如采用等温淬火） 常要求获得的组织。
原因：上贝氏体中的碳 化物呈较粗的片状，分
布在铁素体板条间，且
不均匀，使板条容易发 生脆废；
获得的球化效果较好，在大件和大批量生产中难以实现，
钢的热处理
钢的热处理：是指钢在固态下采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织机构与性能的工艺。
热处理的目的在于消除毛胚（如铸件、锻件等）中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工序组织准备；更重要的是热处理能显著提高钢的力学性能，从而充分发挥刚才的潜力，提高工件的使用性能和使用寿命。
因此，热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。
根据加热和冷却方法的不同，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。
表面淬火：感应淬火，火焰淬火，激光淬火及其他表面热处理。
化学热处理：渗碳，渗氮，碳氮共渗及其他。
热处理方法虽然很多，但任何一种热处理工艺都是有加热、保温和冷却三个阶段所组成。
碳钢在缓慢加热或冷却的过程中，在PSK线、GS线和ES线上都要发生组织转变。
因此，任一成分碳钢的固态组织转变的相变点，都可由PSK线、GS线和ES线来确定。
通常把PSK线称为A1线；GS线称为A3线；ES线成为ACM线。
而该线上的相变点，则相应的用A1点、A3点、ACM点来表示。
在实际生产中，加热速度和冷却速度都比较快，故其相变点在加热时要高于平衡相变点，冷却时要地狱平衡相变点，且加热和冷却的速度越大，其相变点偏离平衡相变点也越大。
钢进行加热处理时首先要加热，任何成分的碳钢加热到A1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”。
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：奥氏体晶核的形成和长大，参与渗碳体的溶解，奥氏体的均匀化。
实践表明，奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面处优先形成的。
这是因为相界面上的原子排列较紊乱，处于能量较高状态；此外，因奥氏体中含碳量是介于铁素体和渗碳体之间，故在两相的相界面上，为奥氏体的形核提供了良好的条件。
由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体差别很大，故渗碳体向奥氏体的溶解，必然落后与铁素体向奥氏体的转变，即在铁素体全部消失后，任有部分渗碳体尚未溶解。
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钢的热处理概念
1. 概念定义
钢的热处理是指通过控制钢材的加热、保温和冷却过程，使其获得特定的组织和性能。
它是一种将钢材暴露在高温环境下进行加工的方法，通过控制加热时间、温度和冷却速率来改变钢材的组织结构和性能。
2. 重要性
钢的热处理对于改善钢材的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性以及其他特殊性能至关重要。
通过合理的热处理工艺，可以使钢材达到所需的硬度、韧性、强度和耐久性等要求。
热处理还可以调整钢材的内部应力，提高其使用寿命和可靠性。
3. 热处理方法
3.1 加热
加热是钢材热处理中最基本也是最重要的步骤之一。
在加热过程中，需要将钢材加热到特定温度区间内。
根据不同的目标要求，可以选择不同的加热方式，如均匀加热、局部加热、淬火加热等。
3.2 保温
保温是指在钢材达到所需温度后，将其保持在该温度下一定的时间。
保温时间的长短取决于钢材的类型和尺寸，以及所需的组织和性能。
通过保持恒定的温度，使钢材内部发生相变，从而改变其组织结构。
3.3 冷却
冷却是将经过加热和保温处理后的钢材迅速冷却到室温或低于室温的过程。
冷却速率是影响钢材组织和性能的重要因素之一。
根据不同的要求，可以选择不同的冷却介质，如水、油、盐等。
4. 热处理常见方法
4.1 淬火
淬火是将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却到室温以下。
通过淬火可以使钢材获得高硬度和强度，但韧性相对较低。
淬火常用于制造刀具、齿轮等需要高硬度和耐磨性的零件。
4.2 回火
回火是将淬火后的钢材加热到较低的温度，然后通过保温一定时间后冷却至室温。
回火可以调整钢材的硬度和韧性，提高其抗脆性能和韧性。
回火常用于制造需要兼具硬度和韧性的零件。
4.3 正火
正火是将加热至临界温度以上的钢材在空气中自然冷却。
正火可以使钢材获得适中的硬度、强度和韧性，广泛应用于结构件、机械零件等领域。
4.4 淬退火
淬退火是将淬火后的钢材进行再加热，然后缓慢冷却至室温。
淬退火可以消除淬火过程中产生的内应力，提高钢材的可加工性和稳定性。
5. 热处理应用
热处理在工业生产中有着广泛的应用。
下面列举几个常见领域：
5.1 汽车制造
在汽车制造过程中，许多关键零部件如发动机曲轴、传动轴、齿轮等都需要经过热处理来提高其耐磨性和强度，以满足汽车的使用要求。
5.2 机械制造
在机械制造领域，热处理常用于制造高强度、高硬度的零件，如刀具、模具、轴承等。
通过合理的热处理工艺，可以使这些零件具有更好的耐磨性和抗腐蚀性能。
5.3 建筑领域
在建筑领域，钢材经过热处理可以提高其抗拉强度、抗压强度和韧性，使其更适合用于大型结构件如桥梁、楼房等的制造。
5.4 能源行业
在能源行业中，热处理常用于制造锅炉管道、输油管道等耐高温、耐压的设备。
通过热处理可以提高这些设备的耐腐蚀性能和安全可靠性。
结论
钢的热处理是一种重要的工艺方法，通过控制钢材的加热、保温和冷却过程，可以改变钢材的组织结构和性能。
不同的热处理方法可以使钢材获得不同的硬度、强度和韧性等特性，以满足不同领域的需求。
热处理在汽车制造、机械制造、建筑领域和能源行业等方面有着广泛的应用。
通过合理的热处理工艺，可以提高钢材的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性等特殊性能，延长钢材的使用寿命和可靠性。