第四章 钢的热处理
附录-1综合练习答案-河北轨道运输职业技术学院函授教育
河北轨道运输职业技术学院函授教育课程作业年级：层次：专业名称：课程名称：作业序号：学号：姓名：第四章钢的热处理一、填空题1．热处理工艺过程由、和三个阶段组成。
2．整体热处理分为、、和等。
3．共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有：、以及。
4．贝氏体分为和两种。
5．常用的退火方法有：、和等。
6．根据淬火介质不同，淬火方法有：淬火、淬火、淬火和淬火等。
7．常用的淬火冷却介质有、等。
8．按回火温度范围可将回火分为回火、回火和回火三种。
9．化学热处理是由、和三个基本过程组成。
10．化学热处理包括、和等。
11．目前常用的渗氮方法主要有渗氮和渗氮两种。
二、单项选择题1．过冷奥氏体是温度下存在，尚未转变的奥氏体。
A．Ms； B. M f； C. A1。
2．为了改善高碳钢（W C＞0.6%）的切削加工性能，一般选择作为预备热处理。
A．正火； B. 淬火； C.退火；D．回火。
3．过共析钢的淬火加热温度应选择在，亚共析钢的淬火加热温度则应选择在。
A. Ac1+30℃～50℃；B．Ac cm以上；C．Ac3+30℃～50℃。
4．调质处理就是的热处理。
A．淬火+低温回火；B．淬火+中温回火；C．淬火+高温回火。
5．化学热处理与其它热处理方法的基本区别是。
A．加热温度；B．组织变化；C．改变表面化学成分。
6．零件渗碳后，一般需经处理，才能达到表面高硬度和高耐磨性目的。
A．淬火+低温回火；B．正火；C．调质。
三、判断题1．高碳钢可用正火代替退火，以改善其切削加工性。
( )2．淬火后的钢，随回火温度的提高，其强度和硬度也提高。
( )3．钢的最高淬火硬度，主要取决于钢中奥氏体的碳的质量分数。
( ) 4．钢的晶粒因过热而粗化时，就有变脆的倾向。
( )四、简答题1．指出Ac1、Ac3、Ac cm；Ar1、Ar3、Ar cm及A1、A3、A cm之间的关系。
2．控制奥氏体晶粒长大的措施有哪些？3．简述共析钢过冷奥氏体在A1～M f温度之间，不同温度等温时的转变产物及基本性能。
钢的普通热处理
三、 回火的分类、组织及应用
回火 回火温度
类型
(℃ )
低温回火 150～250
中温回火 250～500
高温回火 500～600
回火后 组织
M回
T回
S回
回火后硬度
性能特点
(HRC)
58～64 硬度高， 耐磨性好，
脆性、 内应力降低。
35～50
良好弹性 ，屈强比高， 一定的韧性和抗疲劳性
一般规律： 随T回↑，钢的强度、硬度↓，塑性、韧性↑。（高合金钢不遵循）
40钢力学性能与回火温度的关系
淬火钢硬度随回火温度的变化
❖ 合金钢的回火（与碳钢相比）
➢ 回火稳定性高
回火温度相应升高
➢ 合金碳化物弥散析出
二次硬化
➢ 残余奥氏体多
需多次回火
四、钢的回火脆性
➢ 回火脆性的概念：淬火钢在某些温度范围内回
1. M在过冷奥氏体低温转变中形成， M回在 淬火钢低温回火中形成；二者形态相似，光镜下
M回比M黑；强度硬度相差不大，但M回脆性已大 大降低。
回火索氏体 马氏体
2. S在过冷奥氏体高温转变中形成，S回在淬 火钢高温回火中形成；S呈层片状，S回呈颗粒状； S回比S的塑性要好。
回火马氏体
淬火钢回火后性能的变化
淬火 精度要求高的工件
新型淬火介质： 聚乙烯醇、三硝盐水溶液等。
淬火工艺
淬火后的组织：一般，
亚共析钢 0.5%C时，为M 0.5%C时，为M+A残
共析钢：M＋A残 过共析钢： M+粒状Fe3C+A残
15钢淬火组织：M板条
45钢淬火组织：M板条＋M片状
T8钢淬火组织：M片状＋A残
金属材料和热处理基本概念及基础知识-热处理工艺
淬透性一般可用淬火临界直径、截面硬度分布曲 线和端淬硬度分布曲线等表示。由于钢中化学成分的 波动，表示钢淬透性硬度曲线有一个波动范围，被称 为淬透性带。 钢材的淬透性与淬硬性是两个完全不同的概念。 淬火硬度高的不一定淬透性好，而硬度低的钢材也可 能具有高的淬透性。 一般机械制造行业大多以心部获得50％ 马氏体为 淬火临界直径标准，对于重要机加及军工行业则以心 部获得90 ％马氏体作为临界直径标准，以保证零件整 个截面都获得较高力学性能。
2.加热与保温时间
五、钢的回火与回火工艺
将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，保温后冷 却到室温的热处理工艺称回火。
1、回火的目的
• ⑴ 降低淬火钢的脆性，消除或减少淬火钢的内应力。 • ⑵ 提高钢的塑性和韧性，获得所要求的性能。
• ⑶ 稳定工件尺寸，降低硬度，便于切削加工。
第四节 钢的表面淬火
将钢加热到临界点以上（某些退火也可在临界点以下） 保温一定时间，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的 热处理工艺。主要用于铸、锻、焊件毛坯的热处理。
• 1、退火的目的 • 1）降低钢件硬度，便于切削加工。 • 2）消除工件内应力，稳定尺寸。
• 3）细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能。 • 4）为最终热处理做好组织准备。
一、钢的渗碳 渗碳是将钢件加热到奥氏体状态下，于富碳介质 中长时间加热，使碳原子渗入表层，增加钢件表层的 含碳量，然后通过淬火获得高硬度的马氏体组织，达 到提高强度、耐磨性及疲劳强度的目的。 渗碳一般用含碳0.1～0.25%的低碳钢。 渗碳—淬火+低温回火
1、渗碳方法
⑴ 气体渗碳（煤油、苯、甲醇+丙酮） 渗碳介质的分解—吸收—扩散三个基本过程。 主要应控制好加热温度（930 º C）和保温时间。 温度越高，渗速越大，扩散层越厚，但晶粒越大，使 钢变脆。保温时间取决于渗层厚度，但时间越长，扩 散速度减慢。钢件渗碳几小时到几十小时，可得到 0.5~2mm的渗碳层深度。 ⑵ 固体渗碳 ⑶ 液体渗碳
钢的热处理方法
钢的热处理方法钢是一种重要的金属材料，在工业生产和日常生活中得到广泛应用。
为了提高钢的性能和使用寿命，需要对钢进行热处理。
热处理是指通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢材的组织和性能发生变化，从而达到预期的效果。
本文将介绍几种常见的钢的热处理方法。
第一种热处理方法是退火。
退火是将钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。
退火可以消除钢材中的应力，改善钢材的塑性和韧性，提高加工性能。
退火分为全退火和局部退火两种。
全退火是将整个钢材进行退火处理，局部退火是只对钢材的某一部分进行退火处理。
退火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定。
第二种热处理方法是淬火。
淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却的过程。
淬火可以使钢材的组织转变为马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。
淬火的冷却介质可以是水、油或气体，不同的冷却介质会对钢材的硬度和组织产生影响。
淬火后的钢材通常需要进行回火处理，以提高其韧性和减少内应力。
第三种热处理方法是正火。
正火是将钢材加热到临界温度，然后在空气中冷却的过程。
正火可以使钢材的组织转变为珠光体组织，从而提高钢材的韧性和塑性。
正火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行正火处理。
第四种热处理方法是回火。
回火是将淬火后的钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。
回火可以降低钢材的硬度和脆性，提高其韧性和塑性。
回火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行回火处理。
第五种热处理方法是表面处理。
表面处理是通过加热和冷却的方式改变钢材表面的组织和性能。
常见的表面处理方法包括渗碳、氮化、镀层等。
渗碳是将钢材加热到高温，使其表面吸收碳元素，从而提高表面的硬度和耐磨性。
氮化是将钢材加热到高温，使其表面吸收氮元素，从而提高表面的硬度和耐腐蚀性。
镀层是将钢材表面涂覆上一层金属或非金属材料，以改变其表面的性质和外观。
以上是几种常见的钢的热处理方法。
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。
钢的热处理复习与思考及答案
第四章 钢的热处理?复习与思考一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。
2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。
3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。
4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。
5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。
6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。
7.淬火 钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体 组织的热处理工艺。
8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。
9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。
10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。
11.渗氮在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。
二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。
2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。
3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。
4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。
5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。
6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。
7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火 和 贝氏体等温 淬火等。
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＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
机械基础复习资料金属材料和热处理含习题答案
第二部分 机械基础第四章 金属材料和热处理本章重点1．掌握：强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度的含义。
2．了解：工艺性能的含义。
3．了解：热处理的概念及目的。
4．熟悉：退火、正火、淬火、回火，表面热处理的方法。
5．掌握：碳素钢的概念、分类、牌号的表示方法及性能。
6．掌握：合金钢的牌号及表示方法。
7．熟悉：铸铁分类牌号及用途。
本章内容提要一．金属材料的性能1．物理、化学性能物理性能是指金属材料的密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性等具有物理特征的一些性能。
化学性能是指金属在化学作用下所表现的性能。
如：耐腐蚀性、抗氧化性和化学稳定性。
2．金属材料的机械性能金属材料在外力作用下所表现出来的性能就是力学性能。
主要有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
（1）强度强度是材料在静载荷作用下抵抗变形和破坏的能力。
可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度和抗扭强度。
常用的强度是抗拉强度。
工程上常用的强度指标是屈服点和抗拉强度。
（2）塑性塑性是金属材料在静载荷作用下产生永久变形的能力。
常用塑性指标是伸长率和断面收缩率。
伸长率：是指试样拉断后的伸长与原始标距的百分比。
式中，L 0表示试样原长度（mm ），L 1表示试样拉断时的长度（mm ）。
断面收缩率：是指试样拉断后，缩颈处横截面积（A 1）的最大缩减量与原始横截面积（A 0）的百分比。
（3）硬度硬度是金属材料表面抵抗比它更硬的物体压入时所引起的塑性变形能力；是金属表面局部体积内抵抗塑性变形和破裂的能力。
目前最常用的硬度是布氏硬度（HB ）、洛氏硬度（HRC 、HRB 、HRA ）和维氏硬度（HV ）。
（4）韧性1o o 100%L L L -=⨯δ010A A 100%A -=⨯ψ韧性是脆性的反意，指金属材料抵抗冲击载荷的能力。
工程技术上常用一次冲击弯曲试验来测定金属抵抗冲击载荷的能力。
（5）疲劳强度疲劳强度是指材料在无限多次交变载荷作用下不发生断裂的最大应力。
一般规定，钢铁材料的应力循环次数取108，有色金属取107。
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却速度取决于所需的组织和性能。
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4
热处理的应用
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%。 至于模具、滚动轴承则要100%经过热处理。
什么A容易
奥氏体化也是形核和长大的过程，在分晶为界四形步。现以
共析钢为例说明：
核？
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13
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：铁素体在成分、结构上 比Fe3C更接近于奥氏体，因而先于Fe3C消失， 而残余Fe3C则随保温时间延长不断溶解直至消失
得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
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10
一、钢的奥氏体化
大多数热处理工艺需要将钢 加热到临界温度以上才能进行， 所以加热转变主要就是奥氏体化 的过程。
铁碳相图中PSK、GS、ES线 分别用A1、A3、Acm表示。由于实 际加热或冷却时存在过冷或过热 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。
h
11
过热与过冷 在实际加热和冷却时，存在过热和过冷现象，如图所示。
① 过热：加热时高于合金相图临界温度才发生相变的现象。
② 如过图冷所：示冷A却C时1 、低A于C3、合A金Cm相为图加临热界时温钢度的才临发界生温相度变；的现象。
如图所示AΥ1 、AΥ2、AΥcm为冷却时钢的临界温度。
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12
（1）奥氏体的形成的基本过程 思考：为
Ld’+Fe3CⅡ+P
Ld’+Fe3CІ
Q
0
0.77
Fe
2.11
4.3
wC/%→
6.69
Fe3C
Fe-Fe3C状态图
h
2
第四章 钢的热处理
将钢在固态下加热、保温、冷却，以改变钢的内部 组织结构，从而获得所需要性能的一种工艺。
h
3
三个要素：
• 1. 加热到预定的温度（最高加热温度） • 2. 在预定的温度下适当保温（保温时间），
h
8
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
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
h
9
1.3.1 钢在加热时的为组什织么转热处变理能够
使钢的性能发生变 加热是热处理的第一道工序。在化临？界点以上加热，目的是获
1.3.2 钢在冷却时的转变
一。过冷奥氏体 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。
过冷奥氏体的转变方式有等温转变和连续冷却转变两种。
两种冷却方式示意图 1— 过冷奥氏体的等温转 变图是表示奥氏体急速 冷却到临界点A1 以下在 各不同温度下的保温过 程中转变量与转变时间 的关系曲线。又称C 曲 线或TTT曲线。
铸造
h
轧制
7
热处理与的分类
• （1）按热处理在零件整个生产过程的位置和作
用不同，可将热处理工艺分为预备热处理和最终热 处理。 • ① 预备热处理：为随后的加工和进一步热处理做准 备。 • ② 最终热处理：赋予工件所需使用性能的热处理。
（2）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。
（5）原始组织 片状，片间距小→相界面多→碳弥散度大→碳原子
扩散距离短→奥氏体形核长大快 >粒状
h
17
• 2）奥氏体晶粒大小的控制 • 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。
h
18
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，多为碳化物和氮化物形成元素。 促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。
复习旧课：典型成分铁碳合金的结晶过程及
其在室温下的组织
• 本节重点：1、热处理的基本概念 2、钢在加热时的组织转变
h
1
1538
A
1227
D
L
温度/℃→
A
912
G
F+A
P
S
L+A
E
1148 L+Fe3CІ
F
C
Fe3CⅡ+A
Ld
Ld+Fe3CⅡ+A
Ld+Fe3CІ
727
K
F F+P P
Fe3CⅡ+P
Ld’
总之，重要的零件都要经过适当的热处理才能使 用。
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5
热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的目的。
热处理的过程：任何一种热处理都要经过加热，保温，冷却三 个过程，因此，最高加热温度，保温时间，冷却速度就成为热 处理工艺的三大要素。
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6
热处理与其它加工工艺的区别： 不改变工件的形状，只改变工件的组织。
1）影响奥氏体形成的因素
（1）加热温度 T↑→A化↑ (D↑→浓度梯度大） （2）含碳量 C%↑→界面多→核心多 →转变快
h
16
（3）加热速度
V↑→转变开始温度↑，转变时间↓
（4）合金元素 a. Cr、M0、W、V、Nb、Ti强碳化物形成元素， ↓奥氏体形成速度 b. C0、Ni非碳化物形成元素，↑奥氏形成速度 c. Al、Si、Mn影响不大
⑷ 原始组织：平衡状态的组织有利于获得细晶粒。
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。
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19
复习旧课：热处理的基本概念、钢 在加热时的组织转变
本节要点：1、钢在冷却时的组织转变 2、常见的四种热处理方式
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20
第四步：奥氏体均匀化。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。
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14
• 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。
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15
2. 奥氏体晶粒的长大及其控制
h
22
• A1-Ms 间及转 变开始线以左 的区域为过冷 奥氏体区。
• 转变终了线以 右及Mf以下为 转变产物区。
• 两线之间及Ms 与Mf之间为转 变区。
温 度
A1
A
过 A→P
P
冷
A
转变终了线
B
A→B
转变开始线
MS
A→M
Mf
M 时间
h
23
• 2、C 曲线的分析