第六章钢热处理
第六章 热处理简答题
第六章钢的热处理1、什么是钢的热处理？钢的热处理的特点和目的是什么？答：钢的热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却,以获得所需的组织结构和性能的工艺。
钢的热处理的特点是在固态下，通过加热、保温和冷却，来改变零件或毛坯的内部组织,而不改变其形状和尺寸的热加工工艺.钢的热处理的目的是改善零件或毛坯的使用性能及工艺性能.2、从相图上看，怎样的合金才能通过热处理强化?答：通过热处理能强化的材料必须是加热和冷却过程中组织结构能够发生变化的材料，通常是指:（1)有固态相变的材料;(2）经受冷加工使组织结构处于热力学不稳定状态的材料；(3）表面能被活性介质的原子渗入.从而改变表面化学成分的材料.3、什么是退火？其目的是什么？答：退火是将金属或合金加热到适当温度,保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
其目的可概括为“四化”,即软化(降低硬度适应切削加工和冷冲压要求）；均匀化(消除偏析使成分和组织均匀化)；稳定化（消除内应力、稳定组织保证零件的形状和尺寸）；细化（细化晶粒、提高力学性能）。
4、亚共析钢热处理时,快速加热可显著提高屈服强度和冲击韧性，为什么？答:快速加热可获得较大的过热度，使奥氏体形核率增加,得到细小的奥氏体晶粒，冷却后的组织晶粒也细小。
细晶粒组织可显著提高钢的屈服强度和韧性。
5、热轧空冷的45钢在正常加热超过临界点A c3后再冷却下来,组织为什么能细化？答:热轧空冷的45钢室温组织为F+P，碳化物弥散度较大,重新加热超过临界点A c3后,奥氏体形核率大,起始晶粒细小，冷却后的组织可获得细化。
7、确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的及退火后的组织。
（1）经冷轧后的15钢钢板,要求降低硬度；(2）ZG35的铸造齿轮；（3)改善T12钢的切削加工性能; (4）锻造过热的60钢坯.答:（1)再结晶退火,消除加工硬化及内应力，退火组织为P+F.（2)去应力退火，消除铸造内应力，组织为P+F。
钢的热处理
第六章（钢的热处理）测试题一.一. 填空题：1．钢的热处理是通过钢在固态下的________、________和______________ ,使其获得所需的________ 与________的一种工艺方法.2.45钢在室温时的组织为__________________ ,当加热到A c1线时, _________转变为________,温度继续升高,________不断转变为_________,直至Ac3线以上,才全部转变成单相的奥氏体组织.3.奥氏体转变为马氏体需很大的过冷度,其冷却速度应大于________________,而且必须过冷到____________温度下.4.马氏体的转变温度范围为_________,其显微组织同含碳量有关.含碳量高的马氏体呈___________ 针状,含碳量低马氏体呈______状.5.常用的退火方法有_____、______和__________等。
6．亚共析钢的淬火加热温度为______以上30~50℃，加热后得_____________组织，快速成冷却后得____________组织，过共析钢的淬火加热温度为_____以上30~50℃，加热后得_______________组织，快速冷却后得到________________________组织。
7．淬火钢在回火时的组织转变可分为__________、______________ 、______________、_______________四个阶段。
8．化学热处理是通过_____________、___________和__________三个基本过程完成的。
9．根据回火温度的不同，回火可分为____________、______________和___________三类，回火后得到的组织分别是_______________、_______________和__________________。
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℃
第六章钢热处理分析
第六章钢的热处理、名词解释1热处理： _______________________________________________________________ 2等温转变： _____________________________________________________________ 3连续冷却转变： _________________________________________________________ 4马氏体： _______________________________________________________________ 5退火： _________________________________________________________________ 6正火： _________________________________________________________________ 7淬火： _________________________________________________________________ 8回火： _________________________________________________________________ 9表面热处理： ___________________________________________________________ 10渗碳：________________________________________________________________二、填空题1、整体热处理分为________ 、____________ 、 _________ 、和___________ 等。
2、根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有____________________ 表面淬火、_________________ 表面淬火、______________ 表面淬火、 _______ 表面淬火等。
第六章 钢的热处理
第一节 概述
热处理的概念
热处理是将固态金属 或合金在一定介质中加 或合金在一定介质中加 保温和冷却， 热、保温和冷却，以改 变材料整体或表面组织， 变材料整体或表面组织， 从而获得所需性能的工 艺。 热处理工序 预备热处理—为随后的加工（冷拔、冲压、切削） 预备热处理 为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步 为随后的加工 热处理作准备的热处理。 热处理作准备的热处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性能的热处理 最终热处理 赋予工件所要求的使用性能的热处理. 赋予工件所要求的使用性能的热处理
残余Fe3C溶解
4. 奥氏体成分均匀化
延长保温时间， 延长保温时间，让碳原子 充分扩散， 充分扩散，才能使奥氏体 的含碳量处处均匀。 的含碳量处处均匀。
A 均匀化
第二节 钢在加热时的转变 共析钢奥氏体化过程
第二节 钢在加热时的转变
（二）亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析 其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的 转变，然后再进行先共析相的溶解 这个P→A 先共析相的溶解。 P→A的转变 转变，然后再进行先共析相的溶解。这个P→A的转变 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到AC1以上温 对于亚共析钢，平衡组织F+P，当加热到A 亚共析钢 F+P 度时，P→A， 的升温过程中，先共析的F 度时，P→A，在AC1～AC3的升温过程中，先共析的F逐 渐溶入A 渐溶入A， 对于过共析钢，平衡组织是Fe +P，当加热到A 对于过共析钢，平衡组织是Fe3CⅡ+P，当加热到AC1 共析钢 以上时，P→A， 的升温过程中， 以上时，P→A，在AC1～ACCM的升温过程中，二次渗碳体 逐步溶入奥氏体中。 逐步溶入奥氏体中。
《钢的热处理》PPT课件
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。
600～550℃:极细片状P---屈氏体(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
屈 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℃ ) :
形成，F 与 Fe3C 层片相间的混合组 织，与此同时，在晶界其他部位又可能 产生新的晶核（ Fe3C 小片），并不断 交替生核长大，直到各种不同取向的P晶 团（群）彼此相遇，A全部转变为P。 由此可见，P的形成，包含两个不 同的过程： 通过C的扩散而使成分产生改变，即 由含C量0.8％（0.77％）的A 含 C量极高的Fe3C和含C量极低的F转变；
( % ) 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
钢的热处理——钢的回火转变
四 碳化物转变(250~400℃) ——转变第三阶段
（一）高碳马氏体
碳钢中马氏体过饱和的C几乎全部脱溶，但仍 具有一定的正方度。形成两种比ε-FexC更加稳定 的碳化物： 一种是c-Fe5C2——单斜晶系
一种是θ-Fe3C——正交晶系
(1)碳化物转变取决于回火温度，也和时间有关， 随着回火时间的延长，转变温度可以降低。 (2)是否出现χ-Fe5C2与钢的C%有关，C%增加有利 于χ-Fe5C2产生(板条马氏体不易产生χ-Fe5C2)。
c
c/a
3.02 3.02 2.886 2.886 2.884 2.878 2.874
1.062 1.062 1.013 1.012 1.009 1.006 1.004
碳含量 (%) 1.4
1.2 0.29 0.27 0.21 0.14 0.08
250
1h
2.863
2.872
1.003
0.06
2. 马氏体单相分解 当温度高于150℃时，碳原子扩散能力 加大，a-Fe中不同浓度可通过长程扩散消 除，析出的碳化物粒子可从较远处得到碳 原子而长大。故在分解过程中，不再存在 两种不同碳含量的a相，碳含量和正方度不 断下降，当温度达300℃时，正方度c/a接 近 1。
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的 组织： 250℃以下回火，得到α+碳化物(ε,η)， 即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)， 记作M‘ ----低温回火 350~500℃回火，得到α （0.25%C）+θ 碳 化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状 α )， 记作T‘。----中温回火 500~650℃回火，得到平衡态等轴α+θ碳 化物，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴 α)，记作S‘。-----高温回火
材料学习题第6章-钢的热处理
第四章钢的热处理一、名词概念解释1、再结晶、重结晶2、起始晶粒度、实际晶粒度、本质晶粒度3、奥氏体、过冷奥氏体、残余奥氏体4、珠光体、索氏体、屈氏体、贝氏体、马氏体5、临界冷却速度6、退火、正火、淬火、回火7、调质处理8、淬透性、淬硬性二、思考题1、何谓热处理? 热处理有哪些基本类型? 举例说明热处理与你所学专业有何联系?2、加热时, 共析钢奥氏体的形成经历哪几个基本过程? 而亚共析钢和过共析钢奥氏体形成有什么主要特点?3、奥氏体形成速度受哪些因素影响?4、如何控制奥氏体晶粒大小?5、珠光体、贝氏体、马氏体组织各有哪几种基本类型? 它们在形成条件、组织形态和性能方面有何特点?6、何谓淬火临界冷却速度VK ? VK的大小受什么因素影响? 它与钢的淬透性有何关系?7、试述退火、正火、淬火、回火的目的, 熟悉它们在零件加工工艺路线中的位置。
8、正火与退火的主要区别是什么?生产中应如何选择正火及退火?9、常用的淬火方法有哪几种? 说明它们的主要特点及应用范围。
10、常用的淬火冷却介质有哪些? 说明其冷却特性、优缺点及应用范围。
11、为什么工件经淬火后往往会产生变形, 有的甚至开裂? 减少变形及防止开裂有哪些途径?12、常用的回火操作有哪几种? 指出各种回火操作得到的组织、性能及其应用范围。
三、填空题1、钢的热处理是通过钢在固态下＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿的操作来改变其＿＿＿＿＿＿＿, 从而获得所需性能的一种工艺。
2、钢在加热时P A的转变过程伴随着铁原子的＿＿＿＿＿＿, 因而是属于＿＿＿＿＿型相变。
3、加热时, 奥氏体的形成速度主要受到＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿、＿＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿的影响。
4、在钢的奥氏体化过程中, 钢的含碳量越高, 奥氏体化的速度越＿＿＿＿＿, 钢中含有合金元素时, 奥氏体化的温度要＿＿＿＿＿一些, 时间要＿＿＿＿＿一些。
5、珠光体、索氏体、屈氏体均属层片状的＿＿＿＿＿和＿＿＿＿的机械混合物, 其差别仅在于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
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5、预备热处理与最终热处理 预备热处理—为随后的加工（拔、冲
压、切削）或进一步热处理作准备的热 处理。 最终热处理—赋予工件所要求的使用性 能的热处理。
第六章钢热处理
热处理：是指将钢在固态下加热、 保温和冷却，以改变钢的组织结构， 获得所需要性能的一种工艺。
第六章钢热处理
6、临界温度与实际转变温度
现以共析钢为例说明：
第六章钢热处理
㈠ 珠光体转变 1、珠光体的组织形态及性能 过冷奥氏体在 A1到 550℃间将转变 为珠光体类型组织，它是铁素体与 渗碳体片层相间的机械混合物， 根据片层厚薄 不同，又细分 为珠光体、索 氏体和托氏体。
第六章钢热处理 托氏体
珠光体 索氏体
⑴ 珠光体：
形成温度为A1-650℃，片层较厚，500倍光镜下 可辨，用符号P表示。
变的材料，不发生固
态相变的材料不能用
轧制
热处理强化。
第六章钢热处理
4、热处理分类
热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称 热处理原理。
热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、 介质等参数称热处理工艺。
(a)940淬火+220回火（板条M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板条M+条状F+A’少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板条M回+块状F）
20CrMnTi钢不第同六章热钢处热处理理工艺的显微组织
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：
退火
普通热处理
正火 淬火
回火
表面淬火—感应加热、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
其他热处理
控制气氛热处理 真空热处理 形变热处理 激第光六章热钢热处处理 理
第六章 钢的热处理
改善钢零件性能的重要途径。
第六章钢热处理
课堂练习
画出铁碳相图，并标注各相区的组织 组成物。
第六章钢热处理
第一节 概述
1、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和冷 却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的 一种工艺。
通常用温度—时 间坐标绘出热处 理工艺曲线。
第六章钢热处理
热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。 在机床制造中约60-70%的零
一、奥氏体的形成过程
奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。现以 共析钢为例说明：
第六章钢热处理
第一步 奥氏体晶核形成：首先在与Fe3C相界形核。 第二步 奥氏体晶核长大： 晶核通过碳原子的扩散向
和Fe3C方向长大。 第三步 残余Fe3C溶解: 铁素体的成分、结构更接近于
奥氏体，因而先消失。残余的Fe3C随保温时间延长继 续溶解直至消失。
第六章钢热处理
第四步 奥氏体成分均匀化：Fe3C溶解后，其 所在部位碳含量仍很高，通过长时间保温使 奥氏体成分趋于均匀。
第六章钢热处理
℃
共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
温 度 ，
第六章钢热处理
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或二 次Fe3C的存在，要获得全 部奥氏体组织，必须相应 加热到Ac3或Accm以上。
奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降 低钢的常温力学性能，尤其是塑性。因此加 热得到细而均匀的奥氏体晶粒是热处理的关 键问题之一。
第六章钢热处理
第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。
一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程
处于临界点A1以下的奥氏体称过冷奥氏体。过冷奥 氏体是非稳定组织，迟早要发生转变。随过冷度不 同，过冷奥氏体将发生珠光体转变、贝氏体转变和 马氏体转变三种类型转变。
第六章钢热处理
二、奥氏体晶粒长大及其影响因素 1、奥氏体晶粒长大
奥氏体化刚结束时的晶粒度称起始晶粒度， 此时晶粒细小均匀。 随加热温度升高或保温时间延长，奥氏体晶 粒将进一步长大，这也是一个自发的过程。 奥氏体晶粒长大过程与再结晶晶粒长大过程 相同。
在给定温度下奥氏体的晶粒 度称实际晶粒度。
加热时奥氏体晶粒的长大倾 向称本质晶粒度。
第六章钢热处理
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。 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30-50℃/h 的 速度加热或冷却时测得的。
第六章钢热处理
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。
光镜下形貌
电镜下形貌
第六章钢热处理
⑵ 索氏体
电镜形貌
形成温度为650-600℃， 片层较薄，800-1000倍 光镜下可辨，用符号S 光镜形貌 表示。
第六章钢热处理
⑶ 托氏体
形成温度为600-550℃，片层极薄，电镜下可辨， 用符号T 表示。
电镜形貌
第六章钢热处理
件要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需
热处理的零件达70-80%。
模具、滚动轴承100%需经过 热处理。
总之，重要零件都需适当热处 理后才能使用。
第六章钢热处理
2、热处理特点: 热处理区别于 其他加工工艺如铸造、压力
加工等的特点是只通过改变
工件的组织来改变性能，而
不改变其形状。
铸造
3、热处理适用范围：只 适用于固态下发生相
通常将钢加热到940 10℃ 奥氏体化后，设法把奥氏体 晶粒保留到室温来判断。 晶粒度为1-4 级的是本质粗晶粒钢, 5-8 级的是本质 细晶粒钢。前者晶粒长大倾向大，后者晶粒长大倾 向小。
第六章钢热处理
2、影响奥氏体晶粒长大的因素 ⑴加热温度和保温时间: 加热温度高、保温时
间长，晶粒粗大。 ⑵加热速度: 加热速度越快, 过热度越大，形
核率越高，晶粒越细。
第六章钢热处理
⑶合金元素：
阻碍奥氏体晶粒长 大的元素：Ti、V、 Nb、Ta、Zr、W、 Mo、Cr、Al等碳化 物和氮化物形成元 素。
奥氏体晶粒尺寸/μm
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
第六章钢热处理
促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、 N。
⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。