钢铁材料及热处理
2、金属材料与热处理---钢铁热处理
A1以下的某温度保温适当
时间后，置于空气或水中 冷却的工艺。
螺杆表面的 淬火裂纹
1、回火的目的 ⑴减少或消除淬火内应力,
防止变形或开裂。
⑵获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回 火可调整硬度、韧性。
⑶稳定尺寸。淬火M和A’都是非平衡组织，有自发向平衡组
织转变的倾向。回火可使M与A’转变为平衡或接近平衡的组 织，防止使用时变形。
● <0.6%C时，组织为F+S；
● 0.6%C时，组织为S 。
正火温度
正火 实质上是完全退火 的变相形式，只不过 把退火炉内缓冷改为 空冷而言。 正火表示方法为Z。
正火温度
2、正火的目的
⑴ 对于低、中碳钢(≤0.6C%)，目的与退火的相同。 ⑵ 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作 组织准备。 ⑶ 普通件最终热处理。
下保温，使珠光体中的渗
碳体球化后出炉空冷。
主要用于共析、过共析钢。
球化退火的组织为铁素体基体上 分布着颗粒状渗碳体的组织，称 球状珠光体, 用P球表示。
对于有网状二次渗碳体的过共析 钢，球化退火前应先进行正火，
以消除网状.
球状珠光体
⑷ 去应力退火 将工件缓慢加热（100～150 ℃/小 时）到500~600℃ ，经过一段保温 后，随炉缓慢冷却到300~200 ℃以 下，再出炉空冷。 主要目的：1．消除内应力、稳定 尺寸、减少加工和使用过程中的变
实际加热或冷却时存在着过冷 或过热现象，因此将钢加热 时的实际转变温度分别用
Ac1、Ac3、Accm表示;冷却
时的实际转变温度分别用 Ar1、Ar3、Arcm表示。
常用钢材热处理参数
常用钢材热处理参数常见的钢材热处理参数包括淬火、回火、退火、正火等。
下面将详细介绍它们的温度范围、保温时间以及应用领域。
1. 淬火（quenching）淬火是指将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却至室温或低温的热处理过程。
淬火的目的是增加钢材的硬度和强度。
常见的淬火温度范围为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
钢材的选用因素包括成分、形状和尺寸、要求的性能等。
应用领域包括汽车零部件、工具、刀具等。
2. 回火（tempering）回火是指将淬火后的钢材加热至一个较低的温度范围并持续保温一段时间的热处理过程。
回火使得钢材硬度和强度降低，但同时也提高了其韧性和可塑性。
回火一般在淬火后立即进行。
温度范围通常为150℃到700℃，保温时间则根据要求的性能来确定。
应用领域包括航空航天、机械零部件、轴承等。
3. 退火（annealing）退火是指将钢材加热至足够高的温度并持续保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。
退火的目的是消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
退火温度和保温时间的选择依赖于钢材的成分和形状，一般在600℃到800℃之间。
应用领域涉及到钢材的精密加工，如汽车制造、船舶等。
4. 正火（normalizing）正火是指将加热至临界温度以上的钢材空气冷却至室温的热处理过程。
正火可以消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
正火温度范围一般为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
应用领域包括汽车零部件、轴承、机械零件等。
此外，还有其他钢材热处理方法如奥氏体化退火、球化退火等针对不同的钢材类型和应用需求的热处理方法。
具体的热处理参数应根据材料的成分、形状和要求的性能来确定，并结合实际生产条件进行调整。
因此，在进行钢材热处理时，需要进行一系列的试验和分析，以确定最佳的处理参数。
热处理对钢铁材料的强度的提升效果
热处理对钢铁材料的强度的提升效果钢铁是一种广泛应用于各行各业的常见材料，其中强度是一个重要的性能指标。
为了提升钢铁材料的强度，人们利用热处理技术进行处理。
本文将讨论热处理对钢铁材料的强度提升效果。
一、热处理概述热处理是通过加热和冷却的方式对材料进行处理，以改变其物理和力学性能。
对于钢铁材料，热处理的常见方法包括退火、淬火和回火。
这些方法可以调整钢铁材料的组织结构，从而提升其强度。
二、退火对强度的提升效果退火是将钢铁材料加热到一定温度后，缓慢冷却至室温的过程。
通过退火处理，钢铁材料的晶粒得以长大，减少了晶界和位错的数量，从而提高了材料的塑性和强度。
此外，退火还可以消除应力集中和组织不均匀性，增强材料的抗拉、抗弯和抗冲击性能。
三、淬火对强度的提升效果淬火是将钢铁材料加热到临界温度（约800°C）以上后，迅速冷却至室温的过程。
淬火可以使钢铁材料快速形成马氏体组织，这是一种具有高强度和高硬度的组织结构。
淬火后的钢铁材料具有优异的耐磨性和强度，广泛应用于制造工具和机械零件。
四、回火对强度的提升效果回火是将淬火后的钢铁材料加热至较低温度（约300-700°C）后，保温一段时间后进行冷却。
回火可以减轻淬火产生的内部应力，提高材料的韧性和韧度，并调整材料的硬度。
适当的回火处理可以使材料的强度和韧性达到较好的平衡。
五、其他热处理方法除了退火、淬火和回火，还有一些其他的热处理方法可以用于提升钢铁材料的强度。
例如，正火可以通过加热至临界温度后，缓慢冷却使材料达到一定的强度和硬度。
再如，表面淬火可以在保持材料内部组织不变的同时，提高材料表面的硬度和耐磨性。
六、热处理条件和效果的影响因素热处理的效果受到多种因素的影响，包括温度、保温时间、冷却速度以及钢铁材料的成分、形状和大小等。
不同的热处理条件将导致不同的组织结构和性能。
因此，进行热处理时，需要根据具体的要求和材料特性选择合适的处理参数。
七、结论总的来说，热处理是提升钢铁材料强度的有效方法。
钢铁材料的热处理介绍
(1)高温回火
将淬火后的钢件加热到500～650ºC，经过保温以后冷却,主要用于要求高强度、高韧性的重要结构零件，如主轴、曲轴、凸轮、齿轮和连杆等
使钢件获得较好的综合力学性能，即较高的强度和韧性及足够的硬度，消除钢件因淬火而产生的内应力
5．调质
将淬火后的钢件进行高温(500～600ºC)回火多用于重要的结构零件，如轴类、齿轮、连杆等调质一般是在粗加工之后进行的
7．化学热处理
将钢件放到含有某些活性原子(如碳、氮、铬等)的化学介质中，通过加热、保温、冷却等方法，使介质中的某些原子渗入到钢件的表层，从而达到改变钢件表层的化学成分，使钢件表层具有某种特殊的性能
化
学
热
处
理
(1)钢渗的碳
将碳原子渗入钢件表层
常用于耐磨并受冲击的零件，如:轮、齿轮、轴、活塞销等
使表面具有高的硬度(HRC60～65)和耐磨性，而中心仍保持高的韧性
细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件
(2)球化退火
将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷
降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢
①改善组织结构和切削加工性能
②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理
③消除内应力
3．淬火
将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却
①使钢件获得较高的硬度和耐磨性
②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等
热处理对于钢铁材料性能的影响
热处理对于钢铁材料性能的影响热处理是一项重要的工艺，用于改变钢铁材料的性能。
通过控制材料的加热、保温和冷却过程，可以显著改善钢铁材料的力学性能、组织结构和耐腐蚀能力。
本文将深入探讨热处理对于钢铁材料性能的影响。
一、冷处理冷处理是热处理的一种重要方式，其主要目的是通过快速冷却来提高钢铁材料的硬度和强度。
当钢铁材料经过热处理后，快速冷却可以产生细小的晶粒，从而提高材料的硬度。
此外，冷处理还可以减少材料的残余应力，提高材料的耐磨性和疲劳寿命。
二、淬火处理淬火是一种将钢铁材料加热至适宜温度后迅速冷却的热处理方法。
淬火可以使钢铁材料的晶格结构发生变化，从而显著提高材料的硬度和强度。
通过控制淬火工艺参数，如冷却速率、冷却介质等，可以获得不同的硬度和强度。
然而，过快的冷却速率可能导致材料内部产生应力过大，从而引起开裂和变形。
三、回火处理回火是一种将冷处理的材料重新加热至适宜温度后保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理方法。
回火可以减轻材料的内部应力，增加其韧性和塑性，降低脆性。
通过合理控制回火温度和时间，可以在硬度和韧性之间取得平衡，使材料具有较好的综合性能。
四、渗碳处理渗碳是一种将含碳气体或液体浸渍到钢铁材料表面，并进行高温处理的方法。
渗碳可以在材料表面形成高碳含量的渗层，从而提高材料的硬度和耐磨性。
此外，渗碳还可以改善材料的耐蚀性能和疲劳寿命。
常用的渗碳方法包括气体渗碳、液体渗碳和离子渗碳等。
五、固溶处理固溶处理是一种通过加热钢铁材料至固溶温度后快速冷却的热处理方法。
固溶处理可以使材料内部的溶质（如碳、氮等）扩散均匀，从而改善材料的强度和塑性。
此外，固溶处理还可以提高钢铁材料的冷加工性能，增加其可塑性。
综上所述，热处理对于钢铁材料性能具有显著的影响。
通过冷处理、淬火处理、回火处理、渗碳处理和固溶处理等方法，可以改善钢铁材料的硬度、强度、耐磨性、耐蚀性和韧性等性能。
因此，在钢铁制造和应用过程中，合理运用热处理技术可以有效提高钢铁材料的综合性能，满足不同工程和应用的需求。
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。
钢铁热处理工艺流程
保温
在达到加热温度后，保持钢铁材料在一定温度范围内一段时间，使材料内部的原子和晶体发生再分布。
5
冷却
保温后，对钢铁材料进行冷却处理，冷却方式包括自然冷却、油冷却、水冷却等。
6
检验
对热处理后的钢铁材料进行质量检验，包括硬度测试、金相组织观察等。
7
包装与入库
合格产品经过包装后入库，等待进一步加工或使用。
钢铁热处理工艺流程
序号
工艺流程
描述1Leabharlann 预处理清洗钢铁材料，去除表面污垢或氧化层，包括化学清洗（酸洗、碱洗）和机械清洗（喷砂、抛光）。
2
切割与机加工
对预处理后的钢铁材料进行切割和机加工，获得所需的形状和尺寸。
3
加热
将钢铁材料加热至预定温度，根据材料种类和性能要求选择适当的加热方式（高频感应加热、盐浴炉加热、电阻加热等）。
钢铁材料的分类、力学性能及热处理
钢铁材料的分类、力学性能及热处理一、 分类及力学性能：1． 碳素钢：按含碳量的多少可分为低碳钢（含碳量小于0.25％）、中碳钢（含碳量在0.25％～0.5％）和高碳钢（含碳量大于0.5％）。
随着含碳量的增加，钢的机械强度提高，但使它的塑性和韧性下降。
（1） 普通碳素钢：它的化学成分不准确，因而不宜进行热处理。
普通碳素钢的牌号标记如Q235（国标），表示屈服点MPa S 235=σ。
（2） 优质碳素钢：力学性能优于普通碳素钢，采用适当的热处理方法可以获得很高的内部机械强度和表面硬度。
低碳钢塑性高，焊接性好，适用于冲压、焊接零件。
采用渗碳淬火处理可提高零件表面硬度；中碳钢具有综合性能好的特点，它的机械强度、塑性和韧性均较好，可进行调质、表面淬火处理；高碳钢具有高的机械强度和良好的韧性和弹性，常制成弹性零件。
优质碳素钢的牌号如15、35、45（国标），表示含碳量平均值各为0.15％、0.35％、0.45％。
2． 合金钢：合金钢是在优质碳素钢中加入某些合金元素而形成的。
它具有良好的力学性能和热处理性能，随着所加合金元素的不同，还可获得不同的特殊性能。
合金钢的牌号如35Mn2、40Cr （国标），表示含碳量平均值为0.35％和0.40％，而含合金元素Mn2％及Cr 小于1.5％。
3． 铸钢：铸钢的含碳量一般在0.15％～0.60％范围内，含碳量较高，塑性很差，容易产生龟裂，故不能锻造。
铸钢的强度显著高于铸铁，但铸造性则比较差，收缩率较大。
铸钢的牌号如ZG500－270，前组数字表示抗拉强度MPa B 500=σ，后组数字表示屈服点MPa S 270=σ。
4． 铸铁：铸铁是含碳量大于2％的铁碳合金。
铸铁因含碳量高，故它的抗拉强度、塑性和韧性都较差，不能锻造，焊接性能也差。
但它有较高的抗压强度，良好的减摩性和切削性能，吸振性好，价格又较低廉。
常用的铸铁有灰铸铁（如HT150，抗拉强度MPa B 150=σ）、可锻铸铁（如KT300－6，抗拉强度MPa B 300=σ，最低伸长率为6％）和球墨铸铁（如QT500－7，抗拉强度MPa B 500=σ，最低伸长率为7％）。
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• 合金铸铁 又称为特殊性能铸铁： • 耐磨铸铁如钼铬铸铁，是制造金属密 封环的主要材料。 • 耐热铸铁如RTCr16等，可制造各种加 热炉的零件。 • 耐蚀铸铁如STSi11等,可制造化工设备 零部件。
特殊和新型铸铁材料
• 特殊铸造材料——铸造碳钢：如 ZG40Cr,ZG230-450等，具有较高的强度、 韧性、和耐磨性，可进行热处理，可制作 要求较高的零部件。 • 新型铸铁材料：蠕墨铸铁，如RuT380等， 材质性能介于灰铁和球铁之间，它既有球 铁的强度、刚度和一定的韧性，且具有良 好的耐磨性，同时它具有良好的铸造性。 可铸造要求较高的大型复杂零件。
钢材的分类
•
• • • • 1．传统的分类方法： 按化学成分分为：碳素钢（简称碳钢）、合金钢； 按品质分为：普通、优质、高级优质、特级优质钢； 按用途分为：结构、工具、特殊性能、专业用钢； 按冶炼方法分：可按炉类型进一步分为平炉、转炉、电炉 钢；按脱氧程度和浇铸制度进一步分为沸腾、镇静和半镇 静钢； • 按金相组织分类时，可按退火状态的钢、正火状态的钢、 无相变或部分发生相变的钢进一步分类。
几种典型钢材的特点
• 42CrMo：调质后有较高的疲劳强度和抗多 次冲击能力，高温下具有高的持久强度和 蠕变强度，低温冲击韧性良好，工作温度 可达500℃~-110℃。在进行表面氮化处理 后，可获得较高的表面硬度HV600（约 HRC56）以上，且几乎不变形，可做为最 后一道工序。制作典型零件：齿圈，轴等。
几种典型钢材的特点
• 以上所讲的都是黑色金属材料，下面我们 将一下常用的有色金属。 • ZCuSn10Pb1：锡青铜，在较高负荷，中 速下工作的耐磨耐腐蚀材料，常用于制作 衬套、轴瓦、垫圈、涡轮等零件。 • ZALSi9：铝硅合金，铸造性很好，铸造形 状复杂的高温工作的承受冲击力的零件， 如我们使用的变矩器机芯。
几种典型钢材的特点
• 45：非合金钢，为优质碳素结构钢，中碳 钢，刚度、强度、韧性等机械性能都较好， 加工性能良好，焊接性差，仍可焊接。使 用极为广泛。常用热处理方法：调质，淬 火。可获得更好的机械性能。可制作齿轮， 轴等重要零件。 • 40Cr：合金结构钢。调质后，具有良好的 综合性能。淬透性好，焊接性差，仍可焊 接。是使用最广泛的钢种之一。它的热处 理效果，热处理变形都略好于45。
几种典型钢材的特点
• Q235：碳素结构钢，是一般钢结构的主要 使用材料，Q标示屈服，其点数值为 235MPa，热处理没有效果。 • 20CrMnTi：是应用广泛、用量很大的合金 结构钢。淬火低温回火后，综合力学性能 和低温冲击韧性良好，渗碳淬火后具有良 好的耐磨性和抗弯强度。热处理工艺简单， 热加工和冷加工性好。可制作重载、冲击 耐磨且高速的各种重要零件。
• •
2．新的分类方法 1992年10月中国颁发了“钢分类”国家标准 （GB/T13304－91）。按照此标准，钢的分类分 为两部分：第一部分，按化学成分分类；第二部 分，按主要质量等级、主要性能及使用特性分类。 • （1）按化学成分分为：非合金钢（包括含碳量小 于0.25%的低碳钢，含碳量0.25%～0.60%的中 碳钢，含碳量大于0.60%的高碳钢，）；低合金 钢（合金元素占总质量的5%以下）；和合金钢 （合金元素占总质量的5%以上）。 • （2）按主要质量等级、主要性能及使用特性分w 为：普通质量钢材，优质钢材，特殊质量钢材
2、热处理的目的
（1）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能
第4章 钢的热处理
第一节 钢的热处理原理
根据工艺类型、工艺名称和实现工艺的加热将热处理分为：
1、整体热处理 退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理 表面淬火、气相沉积 3、化学热处理：渗碳、氮化、碳氮共渗
第4章 钢的热处理
热处理的理论依据
常用的非金属材料
• 下面介绍几种常用的非金属材料 • 聚四氟乙烯（PTFE）材料：耐油、耐腐蚀、自润 滑极好，加入填充剂后较耐磨，可在较高温度下 工作，是制作密封环等密封件的理想材料。本体 是白色，在加入各种材料如铜、铅粉等呈现不同 颜色。 • 橡胶：一般使用丁腈橡胶（NBR）和氟橡胶 (FPM)。丁腈橡胶耐油、耐腐蚀，价格便宜，但 耐磨和耐高温能力较差，是制作O型密封圈和一 般骨架油封的理想材料；氟橡胶耐油、耐腐蚀， 耐磨和耐高温能力都较好，但价格较高，是制造 密封要求较高的密封件的理想材料。
几种典型钢材的特点
• GCr15：轴承钢，热处理后获得高硬度和高耐磨 性，是制作轴承和密封套的优质材料。 • 65Mn：高锰弹簧钢，具有高的强度和硬度，弹性 良好，淬透性较好；经淬火及低温回火或调质、 表面淬火处理，用于制造受摩擦、高弹性、高强 度的机械零件。 • T8：碳素工具钢，经淬火，回火处理后，可得到 较高的硬度和良好的耐磨性，但承受冲击载荷的 能力低，可制造钻套，冲头等工具。还有一些工 具材料如合金工具钢、粉末冶金材料、陶瓷刀具 等不是我们常用材料，这里就不介绍了。
常用的非金属材料
• 乳胶密封垫：我们原使用耐油石棉橡胶， 后由于环保问题，改用乳胶密封垫，该材 料不含石棉，耐油能力强，是端面密封的 理想材料。
常用的非金属材料
• 磁性材料：我们常用的磁性材料是钡铁氧 体。
引言：
1、热处理的概念
将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得 所需组织与性能的工艺。
钢铁材料的分类
• 钢是含碳量在0.04%-2.11%之间 的铁碳合金。我们通常将其与铁合 称为钢铁，为了保证其韧性和塑性， 含碳量一般不超过1.7%。
• 分为普通铸铁和合金铸铁 • 普通铸铁： • 灰铸铁：如HT200等。铸造流动性好，能承受较 大弯曲应力，塑性与韧性差。 • 可锻铸铁：如KTH370-12等。比灰铸铁强度高， 塑性与韧性也较好，可承受冲击和扭转负荷，具 有良好的耐腐蚀性，切削性能好。 • 球墨铸铁：如QT400-15等。具有较高的强度和 耐磨性，具有一定的韧性，可制作行星架等零件。