钢的热处理及组织转变共53页文档
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钢的热处理——加热和冷却的组织变化课件
淬火工艺与应用
总结词
淬火是一种通过快速冷却来提高金属硬度和耐磨性的 热处理工艺。
详细描述
淬火是将加热到奥氏体化温度的金属迅速冷却至室温的 过程。淬火的目的是使金属保持其奥氏体状态，从而提 高其硬度和耐磨性。淬火过程中，金属内部的原子或分 子的运动速度非常快，导致原子之间的平均距离变小， 从而使金属的晶格结构变得更加紧密和稳定。淬火工艺 广泛应用于各种工具钢、结构钢、不锈钢等金属材料。 通过选择不同的淬火介质和冷却方式，可以获得不同硬 度和组织结构的金属材料。
加热到一定温度并保温一段时间，以消除内应力并稳定组织。
不锈钢的热处理案例
总结词
不锈钢是一种具有优良耐腐蚀性能的钢材，其组织稳 定性较高。通过适当的热处理，可以进一步提高不锈 钢的性能。
详细描述
不锈钢在加热时，奥氏体晶粒会逐渐长大并发生相变。 为了获得最佳的耐腐蚀性能和组织稳定性，通常采用固 溶处理，即将钢材加热到奥氏体状态并保温一段时间， 使碳化物充分溶解到奥氏体中，然后快速冷却，使碳化 物来不及析出。此外，为了提高不锈钢的硬度、耐磨性 和韧性，可以采用时效处理，即将钢材加热到一定温度 并保温一段时间，使金属间化合物得以析出并均匀分布。
总结词
退火是热处理的一种基本工艺，主要用于消除金属材 料的内应力、降低硬度并改善切削加工性能。
详细描述
退火是将金属加热到适当温度，保持一段时间，然后缓 慢冷却的过程。其主要目的是改变金属的晶格结构，使 其变得更加均匀和稳定。退火可以细化金属的晶粒，提 高其塑性和韧性，从而改善金属的机械性能。在退火过 程中，金属内部的原子或分子的运动速度会增加，导致 原子之间的平均距离变大，从而使金属的晶格结构变得 更加稳定。退火工艺广泛应用于各种金属材料，如钢铁、 铝合金、铜合金等。
钢热处理时的组织转变
Wc 100
5) 马氏体的硬度取决于马氏体中碳的过饱和度
硬度 ( HRC )
抗拉强度 ( Mpa )
70
2000
60
1800
50 1400
40 1000
30
600 20
10
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
马氏体的碳浓度 Wc 100%
温度 (℃)
二、钢的正火 1、定义:将钢件加温到A3或Acm以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷却。 2、目的:消除应力，调整硬度，为最终热处理做准备。
3、工艺参数:
第三节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 1、定义: 将钢件奥氏体化后以＞Vk的冷速快冷，以获得M组织的热处理工艺。 2、目的: 获得高硬度的 M 或 B下 组织。 3、工艺参数:
水冷
Vk
油冷
Vk1 时间(lgτ)
2) 在连续冷却过程中TTT曲线的应用
温度
800 700 600 500
稳定的奥氏体区
400
300 Ms
200
100
0 Mf V4 Vk
V3
-100
0
1
10
102
103
A1
V1 炉冷 V1=5.5℃/s P
V2
空冷 V2=20℃/s S
油冷 V3=33℃/s T+M+Ar 水冷 V4≥138℃/s M+Ar
温
保温
度
加热
临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
4.1 钢热处理时的组织转变
T/℃
2、过冷奥氏体等温冷却转变
800
5) 马氏体的硬度取决于马氏体中碳的过饱和度
硬度 ( HRC )
抗拉强度 ( Mpa )
70
2000
60
1800
50 1400
40 1000
30
600 20
10
200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
马氏体的碳浓度 Wc 100%
温度 (℃)
二、钢的正火 1、定义:将钢件加温到A3或Acm以上30～50℃,保温一段时间后在空气中冷却。 2、目的:消除应力，调整硬度，为最终热处理做准备。
3、工艺参数:
第三节 钢的淬火与回火
一、钢的淬火 1、定义: 将钢件奥氏体化后以＞Vk的冷速快冷，以获得M组织的热处理工艺。 2、目的: 获得高硬度的 M 或 B下 组织。 3、工艺参数:
水冷
Vk
油冷
Vk1 时间(lgτ)
2) 在连续冷却过程中TTT曲线的应用
温度
800 700 600 500
稳定的奥氏体区
400
300 Ms
200
100
0 Mf V4 Vk
V3
-100
0
1
10
102
103
A1
V1 炉冷 V1=5.5℃/s P
V2
空冷 V2=20℃/s S
油冷 V3=33℃/s T+M+Ar 水冷 V4≥138℃/s M+Ar
温
保温
度
加热
临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
4.1 钢热处理时的组织转变
T/℃
2、过冷奥氏体等温冷却转变
800
第二节 钢在热处理加热和冷却时的组织转变
第二节钢在热处理加热和冷却时的组织转变在热处理过程中，由于加热、保温和冷却方式的不同，可以使钢发生不同的组织转变，从而可根据实际需要获得不同的性能。
加热转变、冷却转变（等温冷却转变、连续冷却转变）一、钢在热处理加热与保温时的组织转变——钢热处理加热的目的是获得部分或全部奥氏体，组织向奥氏体转变的过程称奥氏体化。
加热至Ac1以上时：首先由珠光体转变成奥氏体（P→A）；加热至Ac3以上时：亚共析钢中的铁素体将转变为奥体（F→A）；加热至Ac cm以上时：过共析钢中的二次渗碳体将转变成奥氏体（Fe3C I→A）1、奥氏体的形成过程共析钢奥氏体化：热处理加热至Ac1以上时，将全部奥氏体化，过程如下图。
工程材料及成形工艺基础共析钢奥氏体化过程亚共析钢奥氏体化：原始组织为F+P，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac3以上时，F奥氏体化，组织全部奥氏体化过共析钢奥氏体化：原始组织为P+Fe3C，加热至Ac1以上时，P先奥氏体化，组织部分奥氏体化；加热至Ac m以上时，Fe3C奥氏体化，组织全部奥氏体化2、奥氏体的晶粒大小奥氏体晶粒对性能影响：奥氏体的晶粒越细小、均匀，冷却后的室温组织越细密，其强度、塑性和韧性比较高。
[奥氏体的晶粒度]：晶粒度是指多晶体内晶粒的大小，可以用晶粒号、晶粒平均直径、单位面积或单位体积内晶粒的数目来表示。
GB/T8493-1987将奥氏体晶粒分为8个等级，其中1~4级为粗晶粒；5~8级为细晶粒。
工程材料及成形工艺基础4级5级6级7级奥氏体的标准晶粒度×100倍[本质粗晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒迅速长大的钢。
[本质细晶粒钢]：热处理时随加热温度的升高，奥氏体晶粒不易长大的钢。
一般完全脱氧的镇静钢、含碳化物元素和氮化物元素的合金钢为本质细晶粒钢。
3、影响奥氏体晶粒大小的主要因素热处理工艺参数：加热速度、加热温度越、保温时间，其中加热温度对奥氏体晶粒大小的影响最为显著。
钢的热处理概述+加热时组织转变
板条马氏体
片状马氏体
热处理工艺分类
1. 根据加热和冷却方式，以及组织和性能特点的不同分类： 根据加热和冷却方式，以及组织和性能特点的不同分类： 加热和冷却方式 组织和性能特点的不同分类
普通热处理：退火、正火、淬火、回火 普通热处理：退火、正火、淬火、
热处理 表面热处理：表面淬火、化学热处理 表面热处理：表面淬火、
热处理工艺：
制定正确的热处理规范， 制定正确的热处理规范，如 热处理规范 加热温度、保温时间、 加热温度、保温时间、冷却 方式等。 方式等。
高速钢淬火、 高速钢淬火、回火工艺曲线
热处理原理： 热处理原理：
阐述材料在不同加热和冷却条件下，组织和性能的变化规律， 阐述材料在不同加热和冷却条件下，组织和性能的变化规律，确 保热处理质量，它是制定正确的热处理工艺的理论基础 制定正确的热处理工艺的理论基础。 保热处理质量，它是制定正确的热处理工艺的理论基础。
“ZG 后面加两组数字组成：第一组数字代表屈服强度，第二组数字 ZG”后面加两组数字组成 第一组数字代表屈服强度， ZG 后面加两组数字组成： 代表抗拉强度值。 代表抗拉强度值。
65Mn钢跟65钢有什么区别？ 65Mn钢跟65钢有什么区别？ 钢跟65钢有什么区别
65Mn钢含锰量比较高，淬透性好，适合横截面积比较大的零部件。 65Mn钢含锰量比较高，淬透性好，适合横截面积比较大的零部件。 钢含锰量比较高
复习提问
优质碳素工具钢的牌号是？ 优质碳素工具钢的牌号是？
用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。 用两位数字表示，这两位数字表示该钢的平均含碳量的万分数。 45表示平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢。 表示平均含碳量为0.45 45表示平均含碳量为0.45％的优质碳素结构钢。
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，
钢的热处理及组织转变
温 度 A1
过 冷
奥 氏
A
A→P
P
转变终了线
体 A→B
B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
珠光体型转变 贝氏体型转变 马氏体型转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
① 珠光体型转变:转变温度范围为 A1 ～ 500 0C，又叫高
温转变，是由奥氏体向珠光体的转变，产物形态多数为片
状，特殊情况下为粒状。
温度
二、钢在加热及冷却时的组织转变
钢在加热及冷却时的组织转变：
一、钢在加热时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变 三、钢在回火时的转变
二、钢在加热及冷却时的组织转变
一、钢在加热时的组织转变
⑴ 奥氏体形核－钢在加热到 A1 时，奥氏体晶核优先在 铁素体和渗碳体的相界面上形成。
奥氏体晶核形成
二、钢在加热及冷却时的组织转变
马氏体分解后最终形成过“过饱和 程度较低的马氏体+ 高度弥散的 ε 碳化物”的组织，称为回火马氏体。
一、钢的热处理
淬火钢回火时组织转变： ② 残余奥氏体的分解
当温度超过200℃时，马氏体继续分解，同时，残余奥 氏体也开始分解，转变为下贝氏体或回火马氏体，到 300℃时，残余奥氏体的分解基本结束；
随温度的继续升高，下贝氏体将进一步转变为铁素体和 渗碳体的二相混合物，即珠光体型产物。
钢的热处理及组织转变
一、热处理的概念、类型、作用 二、钢在加热时的组织转变 三、钢在冷却时的组织转变
一、钢的热处理
热处理的概念：钢在固态下加热、保温和冷却，改变其 组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
热处理的作用：提高和改善钢的性能。 热处理的分类：
钢铁热处理与组织转变
★ 转变时体积膨胀: 相变应力→残余应力→淬火裂纹.
3)马氏体的形态 (板条状和针片状)
a.板条马氏体
当奥氏体中的含碳量较低时 (＜0.3%),形成的马氏体为板条状 (低碳马氏体).
组织形貌:原奥氏体晶粒可以
有几个板条束,在板条束中有时又
可以分成几个平行的板条块,在板
条内分步着稠密的平行的马氏体
板条.稠密的板条之间是一层连续 板条马氏体的形貌(光镜,500X)
某些碳钢的临界温度(近似值)
钢
临界温度(℃)
号 Ac1 Ar1 Ac3 或Accm Ar3
20 735 680 855 835
变的实际发生温度在临界 45 724 682 点之上，而冷却转变的实 60 727 695 际发生温度在临界点之下。 T10 730 700
780 760 766 721 800 ---
过冷到550℃以下,相变驱动力虽然较大,但铁原子的扩散 系数已很小,相变时来不及扩散,碳尽管扩散速度比高温下小 了很多,但因半径很小仍能进行短距离扩散,所以发生混合型 转变(半扩散型转变),在钢中叫贝氏体转变。
在较大的驱动力下，晶格中的铁原子以切变方式，将其晶 格点阵从面心立方改组为体心立方。这时铁原子不改变相邻关 系，每个原子相对周围原子发生仅为原来晶格间距几分之一的 移动，整个晶体结构发生了变化。一方面原子移动距离小，另 一方面，要求所有原子同时移动，所以变化阻力大，仅在驱动 力足够大时才发生。碳在面心立方中的溶解度大于体心立方晶 格，对切变形成了阻力，含碳量愈低，转变愈容易。
脱碳 含碳量较高的钢加热时,碳和O2、CO2、H2O、H2等结 合生成CO溢出,脱碳使钢表层出现贫碳区影响表层性能。 可用CO、CH4等进行保护甚至渗碳。 过热 加热温度过高或保温时间过长使奥氏体晶粒过大。
3)马氏体的形态 (板条状和针片状)
a.板条马氏体
当奥氏体中的含碳量较低时 (＜0.3%),形成的马氏体为板条状 (低碳马氏体).
组织形貌:原奥氏体晶粒可以
有几个板条束,在板条束中有时又
可以分成几个平行的板条块,在板
条内分步着稠密的平行的马氏体
板条.稠密的板条之间是一层连续 板条马氏体的形貌(光镜,500X)
某些碳钢的临界温度(近似值)
钢
临界温度(℃)
号 Ac1 Ar1 Ac3 或Accm Ar3
20 735 680 855 835
变的实际发生温度在临界 45 724 682 点之上，而冷却转变的实 60 727 695 际发生温度在临界点之下。 T10 730 700
780 760 766 721 800 ---
过冷到550℃以下,相变驱动力虽然较大,但铁原子的扩散 系数已很小,相变时来不及扩散,碳尽管扩散速度比高温下小 了很多,但因半径很小仍能进行短距离扩散,所以发生混合型 转变(半扩散型转变),在钢中叫贝氏体转变。
在较大的驱动力下，晶格中的铁原子以切变方式，将其晶 格点阵从面心立方改组为体心立方。这时铁原子不改变相邻关 系，每个原子相对周围原子发生仅为原来晶格间距几分之一的 移动，整个晶体结构发生了变化。一方面原子移动距离小，另 一方面，要求所有原子同时移动，所以变化阻力大，仅在驱动 力足够大时才发生。碳在面心立方中的溶解度大于体心立方晶 格，对切变形成了阻力，含碳量愈低，转变愈容易。
脱碳 含碳量较高的钢加热时,碳和O2、CO2、H2O、H2等结 合生成CO溢出,脱碳使钢表层出现贫碳区影响表层性能。 可用CO、CH4等进行保护甚至渗碳。 过热 加热温度过高或保温时间过长使奥氏体晶粒过大。
钢的热处理钢在加热和冷却时组织转变课件
钢在冷却时的组织转变
珠光体的形成
总结词
珠光体是钢在冷却过程中形成的一种组织，由铁素体和渗碳体的层片状交替排 列构成。
详细描述
当钢在冷却时，奥氏体中的碳原子开始扩散并偏聚在铁素体和渗碳体的界面处， 形成富碳的铁素体和贫碳的渗碳体。随着温度的降低，这些富碳的铁素体和贫 碳的渗碳体会逐渐形成层片状结构，最终形成珠光体。
马氏体的转变
总结词
马氏体是钢在冷却过程中形成的一种组织，其特点是具有较 高的硬度和强度。
详细描述
当钢在冷却时，如果冷却速度足够快，奥氏体中的碳原子来 不及扩散，就会形成一种过饱和的固溶体，即马氏体。马氏 体的硬度高、强度大，因此在制造高强度、耐磨性好的刀具、 模具等产品时具有重要的应用。
贝氏体的转变
奥氏体的形成是一个扩 散过程，需要一定的时 间和温度。
04
奥氏体的形成与钢的成 分、加热速度和温度等 因素有关。
奥氏体晶粒的长大
01
02
03
04
随着温度的升高，奥氏体晶粒 逐渐长大。
晶粒的大小对钢的性能有重要 影响，晶粒越细，钢的强度和
韧性越好。
加热温度和时间是影响奥氏体 晶粒大小的主要因素。
为了获得细小的奥氏体晶粒， 通常采用快速加热和短时间保
回火
总结词
回火是一种将淬火后的金属重新加热至低温 并保持一段时间的过程，主要用于消除淬火 过程中产生的内应力、提高金属的韧性和塑 性。
详细描述
回火的主要目的是通过低温加热使金属内部 组织结构发生转变，消除淬火过程中产生的 内应力，提高金属的韧性和塑性。回火工艺 通常包括将淬火后的金属加热到低温回火温
开裂
是指热处理过程中，由于内应力过大 或组织转变不均匀，导致钢的表面出 现裂纹。开裂可以通过优化热处理工 艺、控制冷却速度和改善材料成分来 减少。