工程材料—钢的热处理
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工程材料及热加工—钢的热处理工艺
2.2.4钢的淬透性 • 定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据 之一。
• 影响因素：钢的临界冷却速度； 过冷奥氏体的稳定性。 • 评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。 ⑴淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。 半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。 ⑵指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。 • 测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。
•
三、钢的回火
• • 定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。 目的： 减小或消除淬火应力； 提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； 稳定组织和工件尺寸。 分类及应用： ⑴低温回火(150~250℃) 组织为回火马氏体。 （ 58～64HRC ） 部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。 广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。
2.2.2淬火冷却介质 最常用的是水、盐水、油、熔盐。 水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。 油：合金钢或小尺寸碳钢件。 （高温太慢，低温慢） 熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。
2.2.3淬火方法 • 单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。 操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。 • 双液淬火：先后在两种介质中冷却。 操作复杂，难以控制。 • 分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。 减少应力和变形，适用于小件。 • 等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。 强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小， 多用于形状复杂、要求高的工件。
工程材料及热加工—钢的热处理原理
钢的热处理原理
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
一、概述 二、钢的热处理原理
一、概述
1、定义： 将钢在固态下通过不同的加热、保温、冷却来改变金属 整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的一种热加工 工艺。 工艺曲线：
2、目的： • 充分发挥材料的性能潜力。 • 调整材料的工艺性能和使用性能。
3、分类： • 普通热处理：整体穿透加热 • 表面热处理：表层的成分、组织、性能 • 特殊热处理：形变热处理、真空热处理
⑶ 马氏体型转变 • 定义：是指钢从奥氏体状态快速冷却(即淬火)而发生的无扩散型相变， 转变产物称为马氏体，马氏体是碳溶于α-Fe中的过饱和间隙式固溶体， 记为M。 • 转变特点：⑴无扩散性： ⑵降温转变: 过冷奥氏体向马氏体转变的开始温度用Ms 表示。而马氏体转变的终了温度用Mf表示。马氏体转变量是在Ms~Mf 温度范围内，通过不断降温来增加的。由于多数钢的Mf在室温以下， 因此钢快冷到室温时仍有部分未转变的奥氏体存在，称之为残余奥氏 体，记为Ar。 • 组织形态：钢中马氏体的形态很多，其中板条马氏体和片状马氏体最 为常见。 ⑴板条马氏体: 低碳钢＜0.2﹪中的马氏体组织是由许多成群的、相互平 行排列的板条所组成，故称为板条马氏体。板条马氏体的亚结构主要 为高密度的位错，故又称为位错马氏体。
二、钢的热处理原理
1、钢的临界温度 铁碳合金相图中组织转变的临界温度A1、A3、Acm 是在极其缓慢的加热和冷却条件下测定的。而在热处理中， 加热和冷却并不是极其缓慢的，和相图的临界温度相比发 生一定的滞后现象，也就是通常所说的需要有一定的过热 和过冷，组织转变才能充分进行。与相图上A1、A3、Acm 相对应，通常把实际加热时的临界温度用Ac1、Ac3、 Accm 表示，把实际冷却时的临界温度用Ar1、Ar3、Arcm 表示。
gc05-1钢的热处理
奥氏体 形核 奥氏体 核长大 残余渗碳 体溶解 奥氏体成 分均匀化
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
加热、冷却时材料内部的微观结构如 何变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何 应用？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
1. 奥氏体是同时消耗两相来长大； 2. 实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体 的溶解； 3. 奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均 成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成 分均匀； 4. 在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核 心； 5. 亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或 Accm以上)。
奥氏体碳质量分数 与MS、Mf的位臵关系
碳质量分数 与残余A量的关系
②马氏体的形态 马氏体的形态有两类，主要取决于含碳量
●碳质量分数大于1.0%时，为片状马氏体 （高碳马氏体）。在光学显微镜中呈凸透镜状， ●碳质量分数在0.25%以下时，为板条马氏体 马氏体针之间形成一定角度(60°)。透射电镜分 （低碳马氏体）。 ●碳质量分数在0.25～1.0%之间时，为板条 析，片状马氏体内有大量孪晶，也称孪晶马氏体 在显微镜下为一束束平行排列的细板条。在 马氏体和针状马氏体的混和组织。 或针状马氏体。 高倍透射电镜下可看到板条马氏体内有大量位错 缠结的亚结构，所以也称位错马氏体。
加热、冷却时材料内部的微观结构如 何变化（热处理原理）？
问题2： 热处理工艺有哪些？工程实际中有何 应用？
根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致 分类有：
第一节 钢在加热时的转变
一、奥氏体的形成
1.钢在加热时的临界温度 大多数热处理工艺将钢加热到临界温度以上， 获得全部或部分奥氏体组织，进行奥氏体化。
本质细晶粒钢：晶粒细小。 本质粗晶粒钢：晶粒粗大。
2. 影响奥氏体晶粒度的因素 （1）加热温度、加热速度和保温时间 加热温度越高或保温时间越长，奥氏体晶粒 长大越明显；而高温、快速、短时加热可获得细 小晶粒。 （2）钢的成分 ●奥氏体中碳含量增高，晶粒长大倾向增 大。未溶碳化物则阻碍晶粒长大。 ●钛、钒、铌、锆、铝有利于得到本质细 晶粒钢。碳化物、氧化物和氮化物弥散分布在 晶界上，能阻碍晶粒长大。 ●锰、磷促进晶粒长大。
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告
工程材料综合实验(基础实验+钢的热处理)实验报告工程材料综合实验处理报告单位：过程装备与控制工程10-1班实验者: 侯鹏飞学号10042107胡兴文学号10042108李东升学号10042110【实验名称】工程材料综合实验【实验目的】运用所学的理论知识和实验技能以及现有的实验设备，通过自己设计实验方案、独立实验并得出实验结果，达到进一步深化课堂内容，加强对《工程材料》课程理论的系统认识，并提高分析问题和解决问题的能力。
通过做这个实验，使学生们可以充分了解以下知识，并学会操作一些必要的仪器和设备：1、研究铁碳合金在平衡状态下的显微组织；2、分析含碳量对铁碳合金显微组织的影响，加深理解成分、组织与性能之间的相互关系；3、了解碳钢的热处理操作；4、研究加热温度、冷却速度、回火温度对碳钢性能的影响；5、观察热处理后钢的组织及其变化；6、了解常用硬度计的原理，初步掌握硬度计的使用。
【实验材料及设备】1、显微镜、预磨机、抛光机、热处理炉、硬度计、砂轮机等；2、金相砂纸、水砂纸、抛光布、研磨膏等；3、三个形状尺寸基本相同的碳钢试样（低碳钢20＃、中碳钢45＃、高碳钢T10）【实验内容】三个形状尺寸基本相同的试样分别是低碳钢、中碳钢和高碳钢，均为退火状态，不慎混在一起，请用硬度法和金相法区分开。
1、设计实验方案：三种碳钢的热处理工艺（加热温度、保温时间、冷却方式）。
做实验前完成。
样品加热温度保温时间冷却方式20# 880℃25min 空冷45# 淬火880℃高温回火600℃淬火25min高温回火25min水冷T10 900℃30min 水冷2、选定硬度测试参数，一般用洛氏硬度。
样品20# 45# T10 硬度HRB50 HRC20 HR633、热处理前后的金相组织观察、硬度的测定。
4、分析碳钢成分—组织—性能之间的关系。
样品成分组织性能20# 马氏体F+P冲压性与焊接性良好45# 马氏体F+P经热处理后可获得良好的综合机械性能T10 马氏体+奥氏体P+Fe3C II硬度高，韧性适中【实验步骤】1、观察平衡组织并测硬度：（1）制备金相试样（包括磨制、抛光和腐蚀）；（2）观察并拍摄显微组织；（3）测试硬度。
钢的整体热处理
图4-17 理想冷却曲线
4．淬火方法
常用的淬火方法有单介质淬火、 双介质淬火、分级淬火和等温淬火 等，如图4-18所示。
1—单介质淬火；2—双介质淬火；3—分级 淬火；4—等温淬火
图4-18 不同淬火方法示意图
➢ 单介质淬火：是指奥氏体化后的工件在一种介质（水或油）中连续冷却至室温 的淬火方法。此法操作简单，易于实现机械化和自动化，但淬火应力大，工件 容易变形和开裂。对碳素钢而言，单介质淬火只适用于形状较简单的工件。
（四）扩散退火
扩散退火又称为均匀化退火，是指将铸件加热至钢熔点以下 100～200℃， 长时间保持（一般为 10～15 h），然后随炉缓慢冷却至 600℃（高合金钢为 350℃） 左右出炉空冷的退火工艺。
扩散退火的目的是消除晶内偏析，使化学成分和组织均匀化。扩散退火后， 钢的晶粒很粗大，因此一般还需再进行完全退火或正火处理。
（a）加热温度范围
（b）工艺曲线
图4-14 各种退火的加热温度范围和工艺曲线
（一）完全退火
完全退火是指将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火 工艺，其加热温度为 Ac3 (30～50)℃。完全退火后的组织一般为 F P 。
完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑 性和韧性，为随后的切削和淬火做好组织准备。
三、钢的淬火
淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以 适当的速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火是钢最重要的 强化方法。
（一）淬火工艺 1．淬火加热温度
淬火加热温度是淬 火工艺的主要参数。一 般情况下，淬火加热温 度应限制在临界点以上 30～50℃范围内，如图 4-16所示。
图4-16 碳钢的淬火加热温度范围
4．淬火方法
常用的淬火方法有单介质淬火、 双介质淬火、分级淬火和等温淬火 等，如图4-18所示。
1—单介质淬火；2—双介质淬火；3—分级 淬火；4—等温淬火
图4-18 不同淬火方法示意图
➢ 单介质淬火：是指奥氏体化后的工件在一种介质（水或油）中连续冷却至室温 的淬火方法。此法操作简单，易于实现机械化和自动化，但淬火应力大，工件 容易变形和开裂。对碳素钢而言，单介质淬火只适用于形状较简单的工件。
（四）扩散退火
扩散退火又称为均匀化退火，是指将铸件加热至钢熔点以下 100～200℃， 长时间保持（一般为 10～15 h），然后随炉缓慢冷却至 600℃（高合金钢为 350℃） 左右出炉空冷的退火工艺。
扩散退火的目的是消除晶内偏析，使化学成分和组织均匀化。扩散退火后， 钢的晶粒很粗大，因此一般还需再进行完全退火或正火处理。
（a）加热温度范围
（b）工艺曲线
图4-14 各种退火的加热温度范围和工艺曲线
（一）完全退火
完全退火是指将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火 工艺，其加热温度为 Ac3 (30～50)℃。完全退火后的组织一般为 F P 。
完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑 性和韧性，为随后的切削和淬火做好组织准备。
三、钢的淬火
淬火是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间，然后以 适当的速度冷却获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火是钢最重要的 强化方法。
（一）淬火工艺 1．淬火加热温度
淬火加热温度是淬 火工艺的主要参数。一 般情况下，淬火加热温 度应限制在临界点以上 30～50℃范围内，如图 4-16所示。
图4-16 碳钢的淬火加热温度范围
工程材料 第2版课件PDF 版05
钛 合 金 中 的 魏 氏 组 织
亚
素 体 魏 氏 组 织
共 析 碳 钢 中 片 状
铁
5.4 钢的普通热处理
5.4.1 退火与正火
2 完全退火
将亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃， 保 温 后 随 炉 缓 冷 到 600℃ 出 炉 空 冷 。 组 织为α+P 。
目的
利用相变细化晶粒； 利用高温扩散消除组织缺陷； 利用缓冷去除应力； 降低硬度，改善加工性能。
均匀、且未过分长大。
组 织
工程材料学——第5章 钢的热处理
5.4 钢的普通热处理
AC3 AC1
5.4.2 淬火
淬火介质
理想的淬火介质应具有在中温区 冷却快，低温区冷却慢的特性。
温度
Ms
水
油
时间（对数）
工程材料学——第5章 钢的热处理
淬火介质
成分
特点
过饱和硝酸 盐水溶液
Na2CO3、 NaOH、KNO3
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.2 过冷A连续冷却转变曲线
温度
Ps Pf
K' K
水冷
vk 油冷
vk′
临界点A1
炉冷
空冷
Ms
Mf
时间
工程材料学——第5章 钢的热处理
注意
KK′线为P转变终止线 Pf线为P转变终了线
共析碳钢连续冷却 时没有贝氏体形成（无 贝氏体转变区） 。
5.3 钢在冷却时的组织转变 5.3.3 过冷奥氏体转变
分级 淬火
在Ms点附近的热 减小了应力，防止变形、开
态介质中保温， 裂。适用于尺寸较小而形状
取出空冷或油冷。
复杂的高碳工具钢。
等温 淬火
机械工程材料案例分析钢的热处理案例分析
机械工程材料钢的热处理案例分析姓名：学号：专业：年级：学院：指导教师：青海民族大学2020年12 月27 日摘要钢的热处理:是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结构与性能的工艺。
热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。
其共同点是:只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。
对45钢的热处理时45钢淬火处理后最高可以达到HRC55，当然要求热处理工艺和材质成分要对。
但要达到HRC55的硬度，45钢就只能进行低温回火，得到的回火马氏体较粗大，材料硬而脆，使用意义不在，所以一般45钢淬火后的硬度控制在HRC50左右。
如果没有耐磨性的要求，更常用的是调质处理。
目录第一章绪论1.1中国钢铁产业的现状，1.2碳钢的应用、优点及缺点...1.3钢的热处理工艺1.4本论文研究内容第二章普通热处理工艺对45钢组织和硬度的影响2.1普通热处理工艺对45钢组织的影响2.2普通热处理工艺对45钢硬度的影响第三章结论参考文献.第一章绪论1.1中国钢铁产业的现状中国1949年全国产钢只有16万吨，新中国成立，我国钢铁工业进入-一个崭新的历史时期。
1996年钢产量超过1亿吨，2005年的钢产量达到了创纪录的3.5亿吨，2007年我国生产粗钢近4.9亿吨，总体星较快增长态势。
60多年来中国的产钢量增长1000多倍，成为世界钢铁发展史上的大奇迹。
当前钢铁生产的发展得益于钢铁科技发展为钢铁行业的清洁生产奠定了良好的基础，使钢铁生产不断降低消耗与成本，不断优化钢铁材料的性能，成为各行业协调发展，优化环境的重要支撑条件。
钢铁科技的自身优化与完善，还有赖于信息、环境、装备、加工等学科技术进步的推动。
可以肯定，今后直到2020年的10~15年内，钢铁工业作为国民经济重要基础产业与支柱产业的地位不会改变。
目前，我国钢铁产业的生产力布局相对比较分散，产业布局方式既不适应铁矿资源结构的变化，也有悖于市场选择和环保优先的原则。
工程材料 第六章 钢的热处理.ppt
汽车、拖拉机行业中需要进行热处理的零件占70%~80%； 机床行业中占60%~70%； 轴承及各种模具则占100%。
2021/3/10
二、热处理的分类
概述
1. 整体热处理 是指对热处理工件进行穿透性加热，以改善整体的
组织和性能的工艺。
2. 表面热处理 是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能
第六章 钢的热处理
§6.1 钢的加热及组织转变 §6.2 钢的冷却及组织转变 §6.3 退火和正火 §6.4 淬火（zhan通蘸）与回火 §6.5 钢的表面热处理和化学热处理工艺
§6.6 热处理新技术和新工艺
2021/3/10
一、热处理的概念及其在机械制造中的地位
概述
1. 热处理定义 材料（主要是金属材料）在固态下采用适当的方式进行
2021/3/10
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变 M性能取决于M的碳含量与形态。具体而言：
因珠光体的层片间距越小，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好。
2021/3/10
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变
a. 珠光体 3800 ×
b. 索氏体 8000 ×
2021/3/10
c. 托氏体 8000 ×
二、过冷奥氏体转变产物的组织与性§6.能2钢的冷却及组织转变
按渗碳体形态的不同，珠光体可分为层片状珠光体和球状珠光体 若在 A1 附近长时间保温，片状渗碳体会球化，得到 球状珠光体。
2021/3/10
§6.1 钢的加热及组织转变
奥氏体化：将钢加热到Ac3或Ac1点以上，以获得完全或部分A组织。
加热即为获得A，同时，依靠控制加热规范控制A晶粒大小。 A通过不同的冷却方式可以转变为不同的组织，从而获得所需的性
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下贝氏体—— 针片状，铁素体针片内规则地分布着细片状碳化物。
下贝氏体 强度、硬度、塑性、韧性均高于上贝氏体，具有良好的综 合机械性能
T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小碳化物颗粒 电子显微照片 12000×
2.4.2 钢在冷却时的转变
三、影响过冷奥氏体等温转变的因素
马氏体转变过程中出现表面浮凸效应。
马氏体转变的瞬时性，转变速度很快（低碳马氏体 100mm/s）
2.4.2 钢在冷却时的转变
马氏体转变的不彻底性， M转变在不断的降温过程中形成，至Mf温度，M转变终
止，但仍保留部分残余奥氏体；
一般生产中快速冷却的室温（ Ms和Mf温度之间），保 留更多的残余奥氏体，高碳钢可达10-15%； 存在残余奥氏体，对材料的稳定性有很大影响。 马氏体转变具有很大的体积效应，造成较大的内应力 马氏体转变的可逆性 马氏体重新加热时可直接转变成奥氏体或母相； 淬火钢加热过程中马氏体会首先发生分解，观察不到可逆性
P 5~25HRC S 25~35HRC T 35~40HRC 上B
40~50HRC
50~60HRC A→下B 孕育期：过冷奥氏体等温转变开始所经历的时间，反映了 下B
200 100 0 -100 0
Mf
过冷奥氏体的稳定性
A→M
M+A'
马氏体
3 4
60~65HRC
M
1
10
10
2
10
10
10
5
时
2.4.2 钢在冷却时的转变
片间距：相邻两片渗碳体中 心之间的距离 F 渗碳体
随着转变温度的降低，片间距减小，强硬度提高，塑韧性也有
改善
按照片间距的大小，可将片状珠光体分为珠光体P，索氏体S和 托氏体T（屈氏体），片间距P﹥S ﹥ T；
珠光体 P 3800×
索氏体 S 8000×
转变温度（℃） 片间距（nm） 250～1900 80～250 30～80
切削件的硬度如何调整？刀具如何才能 具有较高的韧性？
加工过程（铸、锻、焊、 切削）产生的内应力
季裂
如何消除加工过程中产生的内应力？
2.4.3 钢的普通热处理
在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：
退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！！
为什么退火与正火有 着非常广泛的应用?
为什么将其安 排在铸/锻造与 切削加工之间呢?
• 目的：减轻钢的成分及组织的不均匀性， 细化晶粒， 调整硬度， 消除内应力， 为淬火作组织准备
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一、钢的退火
完全退火的目的： ①细化、均匀化，粗大、不均匀组织 ②得到接近平衡组织→调整硬度→切削性能 ③消除内应力 名称由来：经历完全奥氏体化 过程 问题1:在相图的哪一个区域可 以获得完全奥氏体组织？ 问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师， 你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？
过冷A → P 型组织
中温转变：
转变开始线
550℃ ~ MS
过冷A →贝氏体(B)
低温转变：
t
MS ~ Mf
过冷A →马氏体 ( M )
2.4.2 钢在冷却时的转变
800 700 600 500 400 300
Ms
T/℃
A1
A
始 转变开
A→P
转变结束
A →S A→T
珠光体 贝氏体
A→上 B 过冷A
2.4.3 钢的普通热处理
在铸锻焊之后，钢件中不但残留应力，而且还往往存在着成分和组织上 的不均匀性，因而机械性能也不均匀，还会导致以后淬火时的变形和 开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。 经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件
的机械性能并为随后的淬火作了准备
强硬度高
低碳M 塑韧性较好，高碳M ，塑韧性差，并且存在 显微裂纹。 尽可能细化奥氏体粒度，是细化马氏体晶粒提高马 氏体韧性的有效手段
2.4.2 钢在冷却时的转变
3. 贝氏体转变和贝氏体的组织形态与性能
钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变 温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之 为贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母 B表示。 1）贝氏体转变特征 在珠光体和马氏体转变温度之间， 过冷奥氏体（A，γ相）→ 贝氏体（B，α相+碳化物） 半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间 ； Fe原子不扩散，切变完成晶格改组 ； C原子扩散，析出碳化物 贝氏体形成时会产生表面浮凸
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）贝氏体的形貌及性能（上贝氏体、下贝氏体）
上贝氏体形貌：羽毛状，由成束的、大体上平行的板条状铁素 体和条间的呈粒状或条状的渗碳体所组成的非片层状组织。 上贝氏体性能： 强度和韧性差
45钢，上B+下B，×400
光学显微照片 1300×
电子显微照片 5000×
2.4.2 钢在冷却时的转变
钢加热时的奥氏体化过程
过冷奥氏体的等温转变和连续转变
退火、正火、淬火、回火四种整体热处理工
艺及其目的
实际生产中的临界点
§2.4.1 钢在加热时的转变 §2.4.2 钢在冷却时的转变
§2.4.3 钢的普通热处理
§2.4.4 钢的表面热处理 §2.4.5 钢的化学热处理
2.4.1 钢在加热时的转变
2.4.2 钢在冷却时的转变
1. 奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即 发生转变呢？ 2. 不同的冷却速度是否也得到同一种的组织 呢？
2.4.2 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变
的奥氏体，称为过冷奥氏体。
等温冷却方式 连续冷却方式 冷却方式： 等温冷却方式和连续冷却方式。
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）马氏体的晶体结构及组织形态 马氏体是C在α-Fe中过饱和间隙固溶体，过饱和的C原子处在体 心立方的八面体间隙中，体心立方→体心正方，具有一定的正方度
铁原子 碳原子可能位臵 铁原子的振动范围
2.4.2 钢在冷却时的转变
钢中马氏体的形态主要为板条状和针片状马氏体
连续冷却过程不会 发生贝氏体转变 ；
P
存在转变终止线KK’
连续冷却，产物不 可能是单一均匀物质
M+A'
S
T+M+A'
2.4.3 钢的普通热处理
铜棒
Ø 24 mm
电缆线Ø 0.15 mm
如何消除拉拔过程中的硬化现象？
切削件的硬度在170～ 230HB范围内，切削性能 较好。 刀具具有较高的韧性时， 不容易发生崩刃。
转变产物组织性能均匀，研究领域应用广. 转变产物为粗细不匀甚至类型不同 的混合组织，实际生产中广泛采用
2.4.2 钢在冷却时的转变
一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
T A1
C曲线：形状似C TTT曲线：
Time，Temperature、Transformation
高温转变：
转变终了线
A1 ~ 550℃
板条M 针状M（凸透镜状） 每个单元呈窄而细 C% > 1.0 % ，针状M （孪晶M ） 空间形态为双凸透镜 长的板条，许多板条 片状，相邻的马氏体片 C% = 0.25~1.0 % 时，混合M 总是成群地、相互平 一般不互相平行，而是 行地连在一起 呈一定交角分布
C% < 0.25 % ，板条M（位错M ）
二、过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能
1. 珠光体转变和珠光体的组织形态与性能 1）珠光体转变特征 在A1～550 ℃之间，过冷奥氏体（A）→ 珠光体（P：F+Fe3C）
过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的；
共析钢成分易在奥氏体晶界处形核 先、过共析钢在先析相上形核
二、影响奥氏体形成速度的因素 奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分 以及原始组织等有关。
• 加热温度越高，奥氏体形成速度越快 • 加热速度越快，奥氏体形成速度越快 • 含碳量增加，利于奥氏体加速形成
钴、镍等↑ ； • 合金元素显著影响奥氏体的形成速度 铬、钼、钒等↓； 硅、铝、锰等－。
• 组织（珠光体）越细，奥氏体形成速度越快
2.4.2 钢在冷却时的转变
其它形态的马氏体 蝶状马氏体： 蝴蝶形断面的细长条片 薄片状马氏体：
立体组织薄片状，显微组织细长的带状
ε马氏体： 具有密排六方结构的马氏体
2.4.2 钢在冷却时的转变
3）马氏体的性能 较高的强度和硬度，C %↑→ M 硬度↑
固溶强化 亚结构 时效强化
1. 2. 为什么弹簧状钢筋加热到红热急冷后变 得又硬又脆？ 为什么再次加热和冷却后变得刚柔相济， 成为真正的弹簧？
2.4 钢的热处理
加热转变→奥氏体转变 热处理原理 珠光体转变
冷却转变
贝氏体转变 马氏体转变 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 化学热处理
热处理
普通热处理
热处理工艺
表面热处理
本节重点
珠光体转变是一个扩散型转变（Fe、C原子都进行扩散）；
Fe原子的扩散，完成γ相（面心立方）向α相（体心立方）的转变 C原子的扩散， γ相→ α相过程中多余的C原子以Fe3C形式析出
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）珠光体的组织形态与性能
一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状 组织，称为片状珠光体；
一、奥氏体的形成过程
晶体结构的改变：BCC → FCC Fe、C原子的扩散
共析钢的奥氏体形成过程 ： 残余渗碳体 奥氏体晶核 奥氏体的形核 的溶解 的长大
奥氏体成分 的均匀化
下贝氏体 强度、硬度、塑性、韧性均高于上贝氏体，具有良好的综 合机械性能
T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400
F 针内定向分布着细小碳化物颗粒 电子显微照片 12000×
2.4.2 钢在冷却时的转变
三、影响过冷奥氏体等温转变的因素
马氏体转变过程中出现表面浮凸效应。
马氏体转变的瞬时性，转变速度很快（低碳马氏体 100mm/s）
2.4.2 钢在冷却时的转变
马氏体转变的不彻底性， M转变在不断的降温过程中形成，至Mf温度，M转变终
止，但仍保留部分残余奥氏体；
一般生产中快速冷却的室温（ Ms和Mf温度之间），保 留更多的残余奥氏体，高碳钢可达10-15%； 存在残余奥氏体，对材料的稳定性有很大影响。 马氏体转变具有很大的体积效应，造成较大的内应力 马氏体转变的可逆性 马氏体重新加热时可直接转变成奥氏体或母相； 淬火钢加热过程中马氏体会首先发生分解，观察不到可逆性
P 5~25HRC S 25~35HRC T 35~40HRC 上B
40~50HRC
50~60HRC A→下B 孕育期：过冷奥氏体等温转变开始所经历的时间，反映了 下B
200 100 0 -100 0
Mf
过冷奥氏体的稳定性
A→M
M+A'
马氏体
3 4
60~65HRC
M
1
10
10
2
10
10
10
5
时
2.4.2 钢在冷却时的转变
片间距：相邻两片渗碳体中 心之间的距离 F 渗碳体
随着转变温度的降低，片间距减小，强硬度提高，塑韧性也有
改善
按照片间距的大小，可将片状珠光体分为珠光体P，索氏体S和 托氏体T（屈氏体），片间距P﹥S ﹥ T；
珠光体 P 3800×
索氏体 S 8000×
转变温度（℃） 片间距（nm） 250～1900 80～250 30～80
切削件的硬度如何调整？刀具如何才能 具有较高的韧性？
加工过程（铸、锻、焊、 切削）产生的内应力
季裂
如何消除加工过程中产生的内应力？
2.4.3 钢的普通热处理
在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：
退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！！
为什么退火与正火有 着非常广泛的应用?
为什么将其安 排在铸/锻造与 切削加工之间呢?
• 目的：减轻钢的成分及组织的不均匀性， 细化晶粒， 调整硬度， 消除内应力， 为淬火作组织准备
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一、钢的退火
完全退火的目的： ①细化、均匀化，粗大、不均匀组织 ②得到接近平衡组织→调整硬度→切削性能 ③消除内应力 名称由来：经历完全奥氏体化 过程 问题1:在相图的哪一个区域可 以获得完全奥氏体组织？ 问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师， 你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？
过冷A → P 型组织
中温转变：
转变开始线
550℃ ~ MS
过冷A →贝氏体(B)
低温转变：
t
MS ~ Mf
过冷A →马氏体 ( M )
2.4.2 钢在冷却时的转变
800 700 600 500 400 300
Ms
T/℃
A1
A
始 转变开
A→P
转变结束
A →S A→T
珠光体 贝氏体
A→上 B 过冷A
2.4.3 钢的普通热处理
在铸锻焊之后，钢件中不但残留应力，而且还往往存在着成分和组织上 的不均匀性，因而机械性能也不均匀，还会导致以后淬火时的变形和 开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。 经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件
的机械性能并为随后的淬火作了准备
强硬度高
低碳M 塑韧性较好，高碳M ，塑韧性差，并且存在 显微裂纹。 尽可能细化奥氏体粒度，是细化马氏体晶粒提高马 氏体韧性的有效手段
2.4.2 钢在冷却时的转变
3. 贝氏体转变和贝氏体的组织形态与性能
钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变 温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之 为贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母 B表示。 1）贝氏体转变特征 在珠光体和马氏体转变温度之间， 过冷奥氏体（A，γ相）→ 贝氏体（B，α相+碳化物） 半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间 ； Fe原子不扩散，切变完成晶格改组 ； C原子扩散，析出碳化物 贝氏体形成时会产生表面浮凸
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）贝氏体的形貌及性能（上贝氏体、下贝氏体）
上贝氏体形貌：羽毛状，由成束的、大体上平行的板条状铁素 体和条间的呈粒状或条状的渗碳体所组成的非片层状组织。 上贝氏体性能： 强度和韧性差
45钢，上B+下B，×400
光学显微照片 1300×
电子显微照片 5000×
2.4.2 钢在冷却时的转变
钢加热时的奥氏体化过程
过冷奥氏体的等温转变和连续转变
退火、正火、淬火、回火四种整体热处理工
艺及其目的
实际生产中的临界点
§2.4.1 钢在加热时的转变 §2.4.2 钢在冷却时的转变
§2.4.3 钢的普通热处理
§2.4.4 钢的表面热处理 §2.4.5 钢的化学热处理
2.4.1 钢在加热时的转变
2.4.2 钢在冷却时的转变
1. 奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即 发生转变呢？ 2. 不同的冷却速度是否也得到同一种的组织 呢？
2.4.2 钢在冷却时的转变
过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变
的奥氏体，称为过冷奥氏体。
等温冷却方式 连续冷却方式 冷却方式： 等温冷却方式和连续冷却方式。
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）马氏体的晶体结构及组织形态 马氏体是C在α-Fe中过饱和间隙固溶体，过饱和的C原子处在体 心立方的八面体间隙中，体心立方→体心正方，具有一定的正方度
铁原子 碳原子可能位臵 铁原子的振动范围
2.4.2 钢在冷却时的转变
钢中马氏体的形态主要为板条状和针片状马氏体
连续冷却过程不会 发生贝氏体转变 ；
P
存在转变终止线KK’
连续冷却，产物不 可能是单一均匀物质
M+A'
S
T+M+A'
2.4.3 钢的普通热处理
铜棒
Ø 24 mm
电缆线Ø 0.15 mm
如何消除拉拔过程中的硬化现象？
切削件的硬度在170～ 230HB范围内，切削性能 较好。 刀具具有较高的韧性时， 不容易发生崩刃。
转变产物组织性能均匀，研究领域应用广. 转变产物为粗细不匀甚至类型不同 的混合组织，实际生产中广泛采用
2.4.2 钢在冷却时的转变
一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线
T A1
C曲线：形状似C TTT曲线：
Time，Temperature、Transformation
高温转变：
转变终了线
A1 ~ 550℃
板条M 针状M（凸透镜状） 每个单元呈窄而细 C% > 1.0 % ，针状M （孪晶M ） 空间形态为双凸透镜 长的板条，许多板条 片状，相邻的马氏体片 C% = 0.25~1.0 % 时，混合M 总是成群地、相互平 一般不互相平行，而是 行地连在一起 呈一定交角分布
C% < 0.25 % ，板条M（位错M ）
二、过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能
1. 珠光体转变和珠光体的组织形态与性能 1）珠光体转变特征 在A1～550 ℃之间，过冷奥氏体（A）→ 珠光体（P：F+Fe3C）
过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的；
共析钢成分易在奥氏体晶界处形核 先、过共析钢在先析相上形核
二、影响奥氏体形成速度的因素 奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分 以及原始组织等有关。
• 加热温度越高，奥氏体形成速度越快 • 加热速度越快，奥氏体形成速度越快 • 含碳量增加，利于奥氏体加速形成
钴、镍等↑ ； • 合金元素显著影响奥氏体的形成速度 铬、钼、钒等↓； 硅、铝、锰等－。
• 组织（珠光体）越细，奥氏体形成速度越快
2.4.2 钢在冷却时的转变
其它形态的马氏体 蝶状马氏体： 蝴蝶形断面的细长条片 薄片状马氏体：
立体组织薄片状，显微组织细长的带状
ε马氏体： 具有密排六方结构的马氏体
2.4.2 钢在冷却时的转变
3）马氏体的性能 较高的强度和硬度，C %↑→ M 硬度↑
固溶强化 亚结构 时效强化
1. 2. 为什么弹簧状钢筋加热到红热急冷后变 得又硬又脆？ 为什么再次加热和冷却后变得刚柔相济， 成为真正的弹簧？
2.4 钢的热处理
加热转变→奥氏体转变 热处理原理 珠光体转变
冷却转变
贝氏体转变 马氏体转变 退火 正火 淬火 回火 表面淬火 化学热处理
热处理
普通热处理
热处理工艺
表面热处理
本节重点
珠光体转变是一个扩散型转变（Fe、C原子都进行扩散）；
Fe原子的扩散，完成γ相（面心立方）向α相（体心立方）的转变 C原子的扩散， γ相→ α相过程中多余的C原子以Fe3C形式析出
2.4.2 钢在冷却时的转变
2）珠光体的组织形态与性能
一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状 组织，称为片状珠光体；
一、奥氏体的形成过程
晶体结构的改变：BCC → FCC Fe、C原子的扩散
共析钢的奥氏体形成过程 ： 残余渗碳体 奥氏体晶核 奥氏体的形核 的溶解 的长大
奥氏体成分 的均匀化