钢的 热处理
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
机械基础课件：钢的热处理
等温冷却：将奥氏体化后的钢迅速冷却到临界点A1以下 某一温度，恒温停留一段时间，在这段保温时间内发生组织
钢的热处理
1. 过冷奥氏体的等温转变曲线 以共析钢为例： 由于过冷温度和等温时间不同，过冷奥氏体的等温转变 过程及转变产物也不相同，表示过冷奥氏体不同的等温冷却 温度、等温时间与转变过程及产物之间关系的曲线叫做过冷 奥氏体的等温转变曲线，也称为C 1) C · 共析钢奥氏体的等温转变曲线是通过一系列不同过冷
3. (1) 从切削加工性考虑：钢件适宜的切削加工硬度为 170～230 HBS。因此，低碳钢、低碳合金钢应选用正火为预 备热处理。中碳钢也可选正火，含碳量超过0.5%的钢应选用
(2) 从零件的形状考虑：对于形状复杂的零件或大型铸 件，正火可能会因内应力过大而造成零件开裂，故应选用退
(3) 从经济性考虑：因正火比退火的操作简便，生产周 期短，成本低，在能满足使用要求的情况下，应尽量选用正
· 通过实验测出不同的过冷奥氏体在恒温下开始转变和 转变终了的时间，画到温度-时间坐标系中，然后把开始时间 和转变终了时间分别连接起来，即得到图3-4所示的共析钢C
钢的热处理
图3-4 共析钢C曲线
钢的热处理
2) 共析钢过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1) 珠光体类型(高温转变产物)： 共析钢A过冷到723~550℃之间，A等温转变产物属于P
钢的热处理
2. (1) (2) (3) 材料：中碳钢(45)、合金调质钢(40Cr) (4) 技术条件：表面50~55 HRC (5) 感应表面淬火方法如图3-6
钢的热处理
图3-6 钢的感应表面淬火
钢的热处理
t2 t1
等温时间t M转变量与等温时间的关系
M转变是在Ms～Mf温度范围内迚行，与停留时间无关。
3
转变不完全
多数钢的Mf点在室温以下，因此冷却到室温时 仍会有A存在，称为残余A，用Ar表示。A的含碳 量越高，Ms、Mf就越低，所以Ar就越多。
100 80 60 40 20
4
瞬间形核，高速长大
Ms Mf 20 温度（℃） M转变量与温度的关系
E G A3
900
γ
Accm Arcm Acm
860
820
780
α+γ Ar3 P
Ac3
S
γ+Fe3C
K
740
临界点，它是制定热处理工
艺时选择加热和冷却温度的 依据。
700
α+Fe3C
660 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
w(C)%
3 钢在加热时的组织转变
3.1 A的形成
A A→F3C A→P A→B Ms
21 32
38
40 43 50 55
HRC
温度/℃
Mf
1 10 102 103 104 105
时间/s
影响C曲线的因素
⑴ 成分的影响
① 含碳量的影响：共析钢的C曲线最靠右，其余向左移动。
Ms 与Mf 点随含碳量增加而下降。
② 合金元素的影响
除Co 外, 凡溶入奥氏体的合金元素都使C 曲线右移。
4
原始组织的影响 ——原始组织越细，相界面越多，越有利于A形核。
4 钢在冷却时的组织转变
连续冷却转变 热处理时常用的冷却方式
等温转变
由于冷却过程大多不是极其缓慢的，得到的组织是不平衡组织，因
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：
钢的热处理分类
钢的热处理分类
1. 退火！嘿，就像让钢好好地休息一下。
比如说打造一把剑，退火能让剑身更稳定，没那么脆啦，不容易断哦！
2. 正火呀，这就类似给钢来个“提神醒脑”。
你想想啊，制造汽车零件的时候，正火一下，零件就更结实耐用咯！
3. 淬火哦，哇，这可是让钢变得超级强硬的关键一步。
好比运动员要去参加重要比赛，经过淬火的钢就是那最厉害的选手！就像做刀具，淬火后那才叫锋利呢！
4. 回火呢，有点像给刚猛的钢“降降火”。
比如你看那弹簧，经过回火处理，才既有弹性又不会轻易变形呀！
5. 表面热处理，这可真是个神奇的操作。
就像给钢化个美美的妆，让它的表面更耐磨更耐腐蚀呀。
好比自行车的链条，做了表面热处理，就能长久如新啦！
6. 化学热处理，哎呀呀，这可是能给钢带来特别性质的魔法呢！就好像给钢赋予了超能力，像齿轮经过这样的处理，性能那叫一个棒！
7. 渗碳处理呀，是不是感觉很陌生？其实就像给钢加餐补充营养一样。
做一些机械零件的时候，渗碳处理让它们更强大哟！
8. 渗氮处理，这个厉害啦！简直是给钢穿上了一层坚固的盔甲。
像一些高精密的仪器零件，渗氮处理后质量杠杠的嘞！
9. 碳氮共渗，哇哦，这是双重强化啊！就如同给钢来了个组合拳，让它的性能翻倍呀。
总之，钢的热处理分类就是这么奇妙又重要，每一种都有它独特的作用和效果，能让钢变得更出色呀！。
钢的热处理定义及目的
钢的热处理定义及目的
嘿，朋友们！今天咱来唠唠钢的热处理。
那钢的热处理到底是啥呢？简单说呀，就是对钢进行一系列特别的操作。
咱先说说它的定义哈。
钢的热处理呀，就是通过加热、保温和冷却等手段，来改变钢的组织结构，从而让钢具备咱想要的性能。
就好比咱人要根据不同场合打扮自己一样，钢也要经过这样的“打扮”来变得更厉害。
那热处理的目的是啥呢？这可太重要啦！首先，它能让钢变得更硬更强。
想象一下，要是钢都软趴趴的，那能用来干啥呀，对吧？经过热处理，钢就可以硬起来，能承受更大的压力和力量。
其次呢，它可以提高钢的耐磨性。
就像咱的鞋子要是不耐磨，走几步路就坏了，那多闹心呀。
钢也是一样，要是不耐磨，用不了多久就不行了。
再者，热处理还能改善钢的韧性。
要是钢太脆了，稍微一碰就断了，那可不行呀！经过处理后，钢就没那么容易断啦。
还有哦，它能让钢的耐腐蚀性能变好。
就跟咱给东西涂一层保护膜似的，让钢不容易被腐蚀损坏。
比如说，咱家里用的刀具，那可就得经过热处理呀，不然切个菜都费劲，还容易坏。
还有汽车上的零件，不热处理能行么？那不得开着开着就出问题啦！这钢的热处理是不是超级重要呀？
总之呢，钢的热处理就是让钢变得更棒的一种方法，它能让钢在各种地方发挥更大的作用，为我们的生活带来便利和安全。
所以呀，可别小瞧了这钢的热处理哦！。
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法钢材热处理是指通过加热、保温和冷却等一系列工艺，改变钢材的组织和性能，以达到一定的技术要求。
在工程实践中，钢材热处理是非常重要的一环，可以有效提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性等性能。
下面将介绍钢材热处理的四种常见方法。
首先，淬火是一种常见的钢材热处理方法。
淬火是指将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却到室温或低温，使其组织发生相变，从而获得高硬度和高强度。
淬火是通过快速冷却来固溶过饱和的碳元素，形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度。
淬火后的钢材具有较高的表面硬度和内部强度，适用于制作刀具、弹簧等工件。
其次，回火是钢材热处理的另一种重要方法。
回火是指将淬火后的钢材加热至较低的温度，保温一定时间后再冷却，目的是消除淬火产生的残余应力和改善硬度。
回火可以使钢材获得适当的硬度和韧性，提高其耐磨性和抗断裂性能，适用于制作各种机械零件和工具。
另外，正火是一种钢材热处理方法，也称为退火。
正火是将钢材加热至适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，目的是使钢材内部组织发生均匀的晶粒再结晶和析出碳化物，从而获得较好的韧性和塑性。
正火后的钢材具有较低的硬度和较高的韧性，适用于制作焊接零件和需要较高韧性的零件。
最后，固溶处理是一种钢材热处理方法，主要用于不锈钢和高温合金等特殊钢材。
固溶处理是将钢材加热至固溶温度，然后保温一定时间后迅速冷却，目的是溶解钢材中的合金元素和固溶相，从而提高钢材的塑性和加工性能。
固溶处理后的钢材具有较好的塑性和韧性，适用于制作航空发动机零件和化工设备等高温高压工件。
综上所述，钢材热处理的四种方法分别是淬火、回火、正火和固溶处理。
每种方法都有其适用的钢材和工件类型，通过合理选择和控制热处理工艺参数，可以使钢材获得理想的组织和性能，满足不同工程要求。
在实际生产中，需要根据具体情况选择合适的热处理方法，以确保钢材具有良好的性能和可靠的使用寿命。
常用钢材热处理方法及目的
常用钢材热处理方法及目的常用钢材热处理方法一.淬火将钢制零件加热到临界温度以上40~60℃，保持一定时间并快速冷却的热处理方法称为淬火。
常用的快速冷却介质为油、水和盐水溶液。
淬火加热温度及冷却介质热处理规范见表淬火的目的是：使钢件获得高的硬度和耐磨性，通过淬火钢件的硬度一般可达hrc60~65，但淬火后钢件内部产生了内应力，使钢件变脆，因此，要经过回火处理加以消除。
钢件的淬火处理，在机械制造过程中应用比较普遍，它常用的方法有：1.单液淬火：将钢件加热至淬火温度，并在一种冷却剂中冷却一段时间。
这种热处理方法称为单液淬火。
适用于形状简单、技术要求低的碳钢或合金钢，以及工件直径或厚度大于5~8mm的碳钢，用盐水或水冷却；油冷却用于合金钢。
在单液淬火中，水冷容易变形和开裂；油冷却容易产生硬度不足或不均匀。
2．双液淬火：将钢件加热到淬火温度，经保温后，先在水中快速冷却至300~400℃，在移入油中冷却，这种处理方法，称为双液淬火。
形状复杂的钢件，常采用此方法。
它既能保证钢件的硬度，又能防止变形和裂纹。
缺点是操作难度大，不易掌握。
3.火焰表面淬火：将乙炔和氧气的混合燃烧火焰喷在工件表面，加热至淬火温度，然后立即向工件表面喷水。
这种处理方法称为火焰表面淬火。
适用于单件生产，要求高表面或局部表面硬度和耐磨钢件。
缺点是操作困难。
4．表面感应淬火：将钢件放人感应器内，在中频或高频交流电的作用下产生交变磁场，钢件在磁场作用下产生了同频率的感应电流，使钢件表面迅速加热(2-10s)至淬火温度，立即把水喷射到钢件表面。
这种热处理方法，称为表面感应淬火。
经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而内部有较好的强度和韧性。
这种方法适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件。
根据电流频率的不同，表面感应淬火可分为高频淬火、中频淬火和工频淬火。
高频淬火电流频率为100~150kHz，硬化层深度为1~3mm。
适用于齿轮、花键轴、活塞等小零件的淬火；中频淬火电流频率为500~10000Hz，硬化层深度为3~10mm。
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一.转变温度
F
Fe3C
A
奥
A
氏
体
的
A 形核
形 残余Fe3C
A
成
未溶Fe3C A 长大
A
残余Fe3C溶解
A 均匀化
三. 奥氏体晶粒度及对力学性能的影响
一)奥氏体晶粒度: 1.起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏
体的晶粒大小。 2.实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏
下贝氏体组织金相图
三) 转变产物的组织与性能
3.马氏体型 ( M ) 转变 ( 230～ -50℃ ) :
1)定义:马氏体是一种碳在α – Fe中的 过饱和固溶体。
2)转变特点: ➢在一个温度范围内连续冷却完成; ➢转变速度极快,即瞬间形核与长大; ➢无扩散转变( Fe、C原子均不扩散 ),
M与原A的成分相同,造成晶格畸变。 ➢转变不完全性, QM = f ( T )
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
上贝氏体组织金相图
三) 转变产物的组织与性能 2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
➢350～230℃: B下; 50～60HRC; 过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状 针叶状
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状
60
1800
50 1400
40 1000
30
20
600
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
1
10
102
103
104 时间(s)
三) 转变产物的组织与性能
1.珠光体型 ( P ) 转变 ( A1～550℃ ) : ➢A1～650℃ : P ; 5～25HRC;
片间距为0.6～0.7μm ( 500× )。
➢650～600℃ : 细片状P---索氏体(S); 片间距为0.2～0.4μm (1000×); 25～36HRC。
• 钢在热处理时的冷却方式 • 过冷奥氏体的等温冷却转变 • 过冷奥氏体的连续冷却转变
一.钢温
临界温度
连续冷却
等温冷却
时间
二.过冷奥氏体的等温冷却转变
一) 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线 ---- C 曲线 (TTT曲线 )
T --- time T --- temperature T --- transformation
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
-100 0
共析碳钢 C 曲线建立过程示意图
A1
1
10
102
103
104 时间(s)
温度 (℃)
800 700 600 500
400 300 200 100
0
二) 共析碳钢 C 曲线的分析
稳定的奥氏体区
过 冷 奥 氏
+ 产
《金属工艺学》 第6章 钢的热处理
本章知识点
1．钢的热处理的地位、作用和分类； 2．钢在加热、冷却时的临界转变点A1、Ａ3、
Ａcm； 3．共析钢加热时奥氏体形成的基本过程：奥
氏体晶核形成和长大、残余渗碳体的溶解、 奥氏体均匀化、奥氏体晶粒大小及控制措施； 4．过冷奥氏的等温转变曲线；等温转变产物 珠光体、索氏体、托氏体、上贝氏体、下贝 氏体的组织形态及性能；过冷奥氏体连续转 变曲线及其与等温转变曲线的比较；过冷奥 氏体向马氏转变的特点及其转变产物的组织 形态及性能； 5．钢的普通热处理工艺退火、正火、淬火、 回火的目的、分类及应用。
体晶粒的大小。 3.本质晶粒度:度量钢本身晶粒在930℃
以下,随温度升高,晶粒长 大的程度。
钢的本质晶粒度示意图
二)奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的 影响
1.奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力 学性能提高。
2.粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起 工件产生较大的变形甚至开裂。
6.2 钢在冷却时的组织转变
➢600～550℃:极细片状P---托氏体(T); 片间距为＜0.2μm ( 电镜 ); 35～40HRC。
珠光体形貌像
光镜下形貌
电镜下形貌
索氏体形貌像
光镜形貌
电镜形貌
托氏体形貌像
光镜形貌 电镜形貌
三) 转变产物的组织与性能 2.贝氏体型 ( B ) 转变 ( 550～230℃ ) :
➢550～350℃: B上; 40～45HRC; 过饱和碳α-Fe条状 Fe3C细条状 羽毛状
概述
1.热处理的定义:
温
保温
度
临界温度
热 加
冷 却
时间
2.热处理的主要目的:改变钢的性能。
3.热处理的应用范围:整个制造业。
4.热处理的分类
普 通 退火;正火; 热处理 淬火;回火;
感应加 热淬火
热处理
表面淬火
表面 热处理
化学 热处理
火焰加 热淬火
渗碳; 渗氮; 碳氮共渗;
6.1 钢在加热时的组织转变
A
A向产物 转变终止线
产 物 区
体
物
区 A向产
区
Ms 物转变开始线
Mf
A1 A1～550℃;高温转变区; 扩散型转变; P 转变区。
550～230℃;中温转变 区; 半扩散型转变;
贝氏体( B ) 转变区;
230～ - 50℃; 低温转 变区; 非扩散型转变; 马氏体 ( M ) 转变区。
-100 0
30～50HRC ; δ = 9～17%。
低碳板条状马氏体组织金相图
4)马氏体的组织形态: ➢针、片状 --- 高碳马氏体(Wc ＞1%);
66HRC左右 ; δ ≈ 1%。
高碳针片状马氏体组织金相图
5)马氏体的性能: 主要取决于马氏体中的碳浓度。
70
2000
硬度 ( HRC )
抗拉强度Rm ( Mpa )
60
( % ) 50
40
30
20
10
0 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7
Wc 100
3)马氏体的晶体结构: 由于碳的过饱和作 用,使α – Fe晶格由体心立方变成体心正
方晶格。
4)马氏体的组织形态: ➢板条状 --- 低碳马氏体(Wc ＜0.2% );
奥氏体碳的质量分数对马氏体转变温度的影响
700 600 500
℃
温 400 度
300 Ms
200 100
0 -100
Mf
-200 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 Wc 100
奥氏体碳的质量分数对残余奥氏体数量的影响
残 90
余 奥
80
氏 70
体 量