《金属热处理缺陷分析及案例》课件(完整版)
▪ 原因：选材不当、固有缺陷、热处理工 艺参数不合理、加热及冷却方式不当、 热处理工艺执行不严等。
▪ 一、硬度缺陷：
▪ 1、表现：硬度不足、软点、高频感应加 热淬火和渗碳工件的硬化层不足。
▪ 2、原因：淬火加热不足、冷却速度不够、 表面脱碳、淬透性不够、残留A过多、 回火不足等。
二、拉伸性能和疲劳强度不合格：
▪ 油：有普通、快速、等温油。 ▪ 聚合物溶液：有聚乙烯醇（PVA）和
聚二醇（PAG）。
▪ F、其它措施： ▪ 及时回火。局部包扎。 ▪ （六）、其它热处理裂纹： ▪ 回火裂纹：多出现于高速钢或高合金工
具钢。 ▪ 冷处理裂纹：高速钢刀具、工模具冷至
－80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 ▪ 时效裂纹：高温合金多。 ▪ 磨削裂纹：出现于淬硬工具钢或经渗碳、
▪ A、冶金因素： ▪ （1）材料质量：冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 ▪ （2）、化学成分：①、碳量超高，倾向越大。
②、合金元素：双向作用。 ▪ （3）、原始组织：粗大组织或魏氏组织倾向
大。球状组织倾向小。
B、零件尺寸和结构：
▪ （1）、截面尺寸过大或过小不易淬 裂。
▪ （2）、截面突变处：淬裂倾向大。
▪ 发生频率和严重性较低，如残余应 力、组织不合格、性能不合格、脆性 及其它缺陷。
3、热处理缺陷产生原因：
▪ 概括为：热处理前、热处理中和热处理后。 ▪ 热处理前：设计不良、原材料或毛坯缺陷。
▪ 热处理中：工艺不当、操作不当、设备和 环境条件不合适。
▪ 热处理后：磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬 火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性； 应力集中过大裂纹、温度过高裂纹或变形 等。
第五章 组织不合格
▪ 一、氧化与脱碳： ▪ 1、氧化： ▪ 使表面粗糙度增加、精度降低，使
钢件强度降低。往往也是淬火软点和淬 火开裂的根源。 ▪ 2、脱碳： ▪ 即表面碳量降低。导致钢淬火硬度、 耐磨性及疲劳强度降低，对高速钢舍去 降低热硬性。
3、防止和减轻氧化脱碳的措施：
▪ 主要采用保护气氛炉或真空炉、盐浴炉 加热，或采用感应加热、激光加热等。
(二)、热处理缺陷分析方法：
▪ 1、热处理缺陷的影响：直接影响产品质量、 使用性能和安全，所以准确分析和判断十分 重要。
▪ 2、分析方法：断口分析(裂源位置、扩展方 向、断裂性质和方式)、化学分析(材料成分、 沉积物、氧化物)、金相分析(晶粒、组织、 晶界)、力学性能试验(硬度、拉伸、冲出、 疲劳断裂韧度)、验证试验(原工艺和改进工 艺对比)、综合分析(得出缺陷产生的几种主 要原因，提出改进措施)。
▪ （4）、马氏体等温淬火：冷却至Ms点 下50－100度等温保持。一般用油淬。
▪ （5）、薄壳淬火：即表层淬火。
▪ （6）、间断淬火：水－空－水－空－ 水冷至室温。此外还有浅冷淬火和局 部淬火。
E、淬火介质合适：
▪ 水：简单碳钢件或低淬透性零件。
▪ 盐水：冷速比水快，但开裂倾向小于 水。
▪ 碱水：与油相似，用于淬透性较差的 碳钢件，变形小、开裂小。
▪ 主要形式： ▪ （1）表层碳化物过多、大块或网状分布； ▪ （2）残留A过多； ▪ （3）马氏体粗大； ▪ （4）内氧化； ▪ （5）黑色组织。
六、渗氮组织缺陷：
▪ 主要表现： ▪ 1、渗前原始F过多、回火S组织粗大； ▪ 2、化合物层疏松； ▪ 3、针状组织； ▪ 4、网状和脉状氮化物；
第六章 力学性能不合格
▪ （一）、含义：
▪ 指在热处理生产过程中产生 的使零件失去使用价值或不符合 技术条件要求的各种不足，以及 使热处理以后的后序工序工艺性 能变坏或降低使用性能的热处理 隐患。
（二）、分类：
▪ 1、按缺陷的性质分类： ▪ 有裂纹、变形、残余应
力、组织不合格、性能不合 格、脆性及其他（如表1－1 所示）。
第二章、热处理裂纹：
▪ (一)、产生原因：内应力作用下发 生，最终断裂。条件是内应力＞脆 断强度。
▪ (二)、断裂类别： ▪ 1、裂纹按扩展程度：（失稳）可发
展裂纹、阻断裂纹（不断裂）。
▪ 2、断裂：脆性断裂和韧性断裂。多 数为脆性断裂（断口灰亮色）
（三）、加热不当形成的裂纹：
▪ 升温速度过快（多出现于灰铸铁、 合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸 件）、表面增碳或脱碳[合金钢、低 碳马氏体钢20SiMn2MoV，高锰钢 (Mn13)]、过热或过烧（高速钢、不 锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢、 对氢敏感的金相组织和三向应力。 措施：脱氢、低温回火、自然时效、 低氢淬火）
▪ （2）、稳定化退火处理：850－930的退火， 使A中成分均匀，消除晶界贫铬区，使钢中 C固定于TiC或NbC中。
性。
四、残余应力的调整与消除：
▪ 有热处理法（部分或全部，但引起组织 变化）和机械作用法（部分消除）。
▪ 1、去应力退火： ▪ 对铸件、锻件、焊接件和机加件退火。 ▪ 加热至Ac1以下50－200℃，保温
后空冷或炉冷至200－300 ℃后再空冷。 ▪ 2、回火：回火对应力的消除与回火温度
的高低有关系，温度超高→应力消除越 彻底，但硬度降低也越厉害。
三、耐腐蚀性能不足：
1、常用材料：马氏体不锈钢、 铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、F－ A不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
2、耐蚀性降低原因：贫铬理论 （即回火温度不当，使碳化铬 Cr23C6沿晶界析出）
3、奥氏体不锈钢的热处理：
▪ （1）、固溶处理：使含铬的碳化物充分溶 入A中，快冷抑制碳化物析出，形成单一A， 保证良好的耐蚀性。
（四）、淬火裂纹：
▪ 1、淬火目的：强化钢件，获得M。
▪ 2、类别：纵向裂纹、横向裂纹、网状裂 纹和剥离裂纹，最常见的是纵向裂纹 （轴向裂纹）且常出现于完全淬透的工 件上。
▪ 3、纵向裂纹的原因：
▪ 碳量增加、材质（夹杂物、碳化物）、 尺寸、形状（管件内壁）和淬火加热温 度高。
4、淬火裂纹原因：
▪ A、正确设计产品。 ▪ （1）、技术性和经济性。 ▪ （2）、结构设计：
①、截面尺寸均匀； ▪ ②、圆角过渡； ▪ ③、形状：球形冷却快于板料。 ▪ （3）、热处理条件
B、合理安排工艺路线
▪ （1）、形状复杂精度高的零件，粗精加 工之间的淬火前应安排去应力退火。
▪ （2）、大截面零件（直径或厚度＞50） 的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢 件淬火前应球化退火。
2、按照危害程度分类：
▪ （1）、第一类热处理缺陷： 最危险缺陷如裂纹，其中最 主要是淬火裂纹，其次加热 裂纹、延迟裂纹、冷处理裂 纹、回火裂纹、时效裂纹、 磨削裂纹和电镀裂纹等。
（2）、第二类热处理缺陷：
▪ 热处理中最常见的缺陷是变形，其 中淬火变形占多数。产生原因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：相 变和热应力。
▪ (3)、第三类热处理缺陷：
C、工艺因素：
▪ （1）、加热：加热温度升高，淬裂倾向 大；保温时间长，倾向大；加热炉（选 用真空或电炉）。
▪ （2）、冷却：Ms点以上冷却时不易淬裂， 在Ms点以下时易淬裂（但若缓慢冷却， 也不易淬裂）。
▪ 防止淬裂措施：M等温淬火、分级淬火、 水-油淬火、水－空气双液淬火。
5、预防淬火裂纹的方法
W、V等合金元素）。
2、组织和应力状态：
▪ （1）、粒状组织变形小，片状较大，条 状变形最大。组织愈均匀，变形越小。
▪ （2）、应力集中越严重，则变形倾向越 大。
▪ （3）、形状愈不对称，或冷却的不均匀 性愈大，淬火后变形也愈明显。
▪ （4）、工艺参数：不均匀加热，加热温 度（组织应力小、热应力大），冷却速 度（越快→内应力越大→变形越大）。
二、过热与过烧：
▪ （一）、区别: ▪ 过热：温度高导致晶粒粗大，性能降低。 ▪ 过烧：温度高导致晶界氧化并部分熔化。 ▪ （二）、过热： ▪ 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有
魏氏组织、网状碳化物、石墨化共晶组 织等。预防措施如表5－9所示。
（三）、过烧：
▪ 过烧使零件性能严重恶化，易产生 热处理裂纹，因而过烧是不允许的热处 理缺陷。
▪ （3）、淬火加热温度：一般合金钢为 Ac1或Ac3+(30-50) ℃，亚共析钢为
Ac3+(30-50) ℃，过共析钢为
Ac1+(30-50) ℃。（亚温或高温）
▪ 加热时间按：t=a*d（加热系数＊ 有效厚度）计算
▪ （4）、保温时间：经验公式为
▪
t=α＊K＊D（有效厚度）
▪ 对于高合金钢等加热保温时间要 延长。
▪ D、淬火方法合适：
▪ 应选择增加热应力、减少相变应力 的淬火方式。
▪ （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬 火）。
▪ （2）、多介质淬火：
▪
①、双介质淬火：先强冷后弱冷，
如水－油、水－空、盐水－油、油－空
气、碱－空气。
▪ ②、三介质淬火：适用于形状复杂、 变形要求严格的零件如碳素钢零件。
▪ （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。
碳氮共渗并淬火的零件。 ▪ 电镀裂纹：由于内应力引起应力腐蚀裂
纹。
第三章 热处理变形
▪ 一、产生原因：热处理应力引起。 ▪ 二、对质量影响最大：淬火变形。 ▪ 三、类别：尺寸变化和形状畸变。 ▪ 四、影响因素： ▪ 1、成分(Mn、Cr、Si、Ni、Mo、B等
降低Ms点，减小淬火变形)。 ▪ 工业上应用：微变形钢（含较多的Si、
▪
规 律：
▪ 1、尺寸及形状：尺寸增大，向热应力转 化；形状复杂或尺寸突变时在尺寸突变 部位残余应力增大。
▪ 2、淬透时：冷却越快，热应力越大； ▪ 3、未淬透时：由组织应力和热应力综合
作用。
▪ （四）、表面淬火件的残余应力：
▪ 表层为压应力，心部为拉应力。
▪ 一、硬度缺陷：
▪ 1、表现：硬度不足、软点、高频感应加 热淬火和渗碳工件的硬化层不足。
▪ 2、原因：淬火加热不足、冷却速度不够、 表面脱碳、淬透性不够、残留A过多、 回火不足等。
二、拉伸性能和疲劳强度不合格：
▪ 油：有普通、快速、等温油。 ▪ 聚合物溶液：有聚乙烯醇（PVA）和
聚二醇（PAG）。
▪ F、其它措施： ▪ 及时回火。局部包扎。 ▪ （六）、其它热处理裂纹： ▪ 回火裂纹：多出现于高速钢或高合金工
具钢。 ▪ 冷处理裂纹：高速钢刀具、工模具冷至
－80度以下的淬火处理时易出现裂纹。 ▪ 时效裂纹：高温合金多。 ▪ 磨削裂纹：出现于淬硬工具钢或经渗碳、
▪ A、冶金因素： ▪ （1）材料质量：冶金缺陷扩展成淬火裂纹。 ▪ （2）、化学成分：①、碳量超高，倾向越大。
②、合金元素：双向作用。 ▪ （3）、原始组织：粗大组织或魏氏组织倾向
大。球状组织倾向小。
B、零件尺寸和结构：
▪ （1）、截面尺寸过大或过小不易淬 裂。
▪ （2）、截面突变处：淬裂倾向大。
▪ 发生频率和严重性较低，如残余应 力、组织不合格、性能不合格、脆性 及其它缺陷。
3、热处理缺陷产生原因：
▪ 概括为：热处理前、热处理中和热处理后。 ▪ 热处理前：设计不良、原材料或毛坯缺陷。
▪ 热处理中：工艺不当、操作不当、设备和 环境条件不合适。
▪ 热处理后：磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬 火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性； 应力集中过大裂纹、温度过高裂纹或变形 等。
第五章 组织不合格
▪ 一、氧化与脱碳： ▪ 1、氧化： ▪ 使表面粗糙度增加、精度降低，使
钢件强度降低。往往也是淬火软点和淬 火开裂的根源。 ▪ 2、脱碳： ▪ 即表面碳量降低。导致钢淬火硬度、 耐磨性及疲劳强度降低，对高速钢舍去 降低热硬性。
3、防止和减轻氧化脱碳的措施：
▪ 主要采用保护气氛炉或真空炉、盐浴炉 加热，或采用感应加热、激光加热等。
(二)、热处理缺陷分析方法：
▪ 1、热处理缺陷的影响：直接影响产品质量、 使用性能和安全，所以准确分析和判断十分 重要。
▪ 2、分析方法：断口分析(裂源位置、扩展方 向、断裂性质和方式)、化学分析(材料成分、 沉积物、氧化物)、金相分析(晶粒、组织、 晶界)、力学性能试验(硬度、拉伸、冲出、 疲劳断裂韧度)、验证试验(原工艺和改进工 艺对比)、综合分析(得出缺陷产生的几种主 要原因，提出改进措施)。
▪ （4）、马氏体等温淬火：冷却至Ms点 下50－100度等温保持。一般用油淬。
▪ （5）、薄壳淬火：即表层淬火。
▪ （6）、间断淬火：水－空－水－空－ 水冷至室温。此外还有浅冷淬火和局 部淬火。
E、淬火介质合适：
▪ 水：简单碳钢件或低淬透性零件。
▪ 盐水：冷速比水快，但开裂倾向小于 水。
▪ 碱水：与油相似，用于淬透性较差的 碳钢件，变形小、开裂小。
▪ 主要形式： ▪ （1）表层碳化物过多、大块或网状分布； ▪ （2）残留A过多； ▪ （3）马氏体粗大； ▪ （4）内氧化； ▪ （5）黑色组织。
六、渗氮组织缺陷：
▪ 主要表现： ▪ 1、渗前原始F过多、回火S组织粗大； ▪ 2、化合物层疏松； ▪ 3、针状组织； ▪ 4、网状和脉状氮化物；
第六章 力学性能不合格
▪ （一）、含义：
▪ 指在热处理生产过程中产生 的使零件失去使用价值或不符合 技术条件要求的各种不足，以及 使热处理以后的后序工序工艺性 能变坏或降低使用性能的热处理 隐患。
（二）、分类：
▪ 1、按缺陷的性质分类： ▪ 有裂纹、变形、残余应
力、组织不合格、性能不合 格、脆性及其他（如表1－1 所示）。
第二章、热处理裂纹：
▪ (一)、产生原因：内应力作用下发 生，最终断裂。条件是内应力＞脆 断强度。
▪ (二)、断裂类别： ▪ 1、裂纹按扩展程度：（失稳）可发
展裂纹、阻断裂纹（不断裂）。
▪ 2、断裂：脆性断裂和韧性断裂。多 数为脆性断裂（断口灰亮色）
（三）、加热不当形成的裂纹：
▪ 升温速度过快（多出现于灰铸铁、 合金铸铁、高锰钢、高合金钢铸 件）、表面增碳或脱碳[合金钢、低 碳马氏体钢20SiMn2MoV，高锰钢 (Mn13)]、过热或过烧（高速钢、不 锈钢）、氢致裂纹（条件：足够氢、 对氢敏感的金相组织和三向应力。 措施：脱氢、低温回火、自然时效、 低氢淬火）
▪ （2）、稳定化退火处理：850－930的退火， 使A中成分均匀，消除晶界贫铬区，使钢中 C固定于TiC或NbC中。
性。
四、残余应力的调整与消除：
▪ 有热处理法（部分或全部，但引起组织 变化）和机械作用法（部分消除）。
▪ 1、去应力退火： ▪ 对铸件、锻件、焊接件和机加件退火。 ▪ 加热至Ac1以下50－200℃，保温
后空冷或炉冷至200－300 ℃后再空冷。 ▪ 2、回火：回火对应力的消除与回火温度
的高低有关系，温度超高→应力消除越 彻底，但硬度降低也越厉害。
三、耐腐蚀性能不足：
1、常用材料：马氏体不锈钢、 铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、F－ A不锈钢和沉淀硬化不锈钢。
2、耐蚀性降低原因：贫铬理论 （即回火温度不当，使碳化铬 Cr23C6沿晶界析出）
3、奥氏体不锈钢的热处理：
▪ （1）、固溶处理：使含铬的碳化物充分溶 入A中，快冷抑制碳化物析出，形成单一A， 保证良好的耐蚀性。
（四）、淬火裂纹：
▪ 1、淬火目的：强化钢件，获得M。
▪ 2、类别：纵向裂纹、横向裂纹、网状裂 纹和剥离裂纹，最常见的是纵向裂纹 （轴向裂纹）且常出现于完全淬透的工 件上。
▪ 3、纵向裂纹的原因：
▪ 碳量增加、材质（夹杂物、碳化物）、 尺寸、形状（管件内壁）和淬火加热温 度高。
4、淬火裂纹原因：
▪ A、正确设计产品。 ▪ （1）、技术性和经济性。 ▪ （2）、结构设计：
①、截面尺寸均匀； ▪ ②、圆角过渡； ▪ ③、形状：球形冷却快于板料。 ▪ （3）、热处理条件
B、合理安排工艺路线
▪ （1）、形状复杂精度高的零件，粗精加 工之间的淬火前应安排去应力退火。
▪ （2）、大截面零件（直径或厚度＞50） 的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢 件淬火前应球化退火。
2、按照危害程度分类：
▪ （1）、第一类热处理缺陷： 最危险缺陷如裂纹，其中最 主要是淬火裂纹，其次加热 裂纹、延迟裂纹、冷处理裂 纹、回火裂纹、时效裂纹、 磨削裂纹和电镀裂纹等。
（2）、第二类热处理缺陷：
▪ 热处理中最常见的缺陷是变形，其 中淬火变形占多数。产生原因ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：相 变和热应力。
▪ (3)、第三类热处理缺陷：
C、工艺因素：
▪ （1）、加热：加热温度升高，淬裂倾向 大；保温时间长，倾向大；加热炉（选 用真空或电炉）。
▪ （2）、冷却：Ms点以上冷却时不易淬裂， 在Ms点以下时易淬裂（但若缓慢冷却， 也不易淬裂）。
▪ 防止淬裂措施：M等温淬火、分级淬火、 水-油淬火、水－空气双液淬火。
5、预防淬火裂纹的方法
W、V等合金元素）。
2、组织和应力状态：
▪ （1）、粒状组织变形小，片状较大，条 状变形最大。组织愈均匀，变形越小。
▪ （2）、应力集中越严重，则变形倾向越 大。
▪ （3）、形状愈不对称，或冷却的不均匀 性愈大，淬火后变形也愈明显。
▪ （4）、工艺参数：不均匀加热，加热温 度（组织应力小、热应力大），冷却速 度（越快→内应力越大→变形越大）。
二、过热与过烧：
▪ （一）、区别: ▪ 过热：温度高导致晶粒粗大，性能降低。 ▪ 过烧：温度高导致晶界氧化并部分熔化。 ▪ （二）、过热： ▪ 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有
魏氏组织、网状碳化物、石墨化共晶组 织等。预防措施如表5－9所示。
（三）、过烧：
▪ 过烧使零件性能严重恶化，易产生 热处理裂纹，因而过烧是不允许的热处 理缺陷。
▪ （3）、淬火加热温度：一般合金钢为 Ac1或Ac3+(30-50) ℃，亚共析钢为
Ac3+(30-50) ℃，过共析钢为
Ac1+(30-50) ℃。（亚温或高温）
▪ 加热时间按：t=a*d（加热系数＊ 有效厚度）计算
▪ （4）、保温时间：经验公式为
▪
t=α＊K＊D（有效厚度）
▪ 对于高合金钢等加热保温时间要 延长。
▪ D、淬火方法合适：
▪ 应选择增加热应力、减少相变应力 的淬火方式。
▪ （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬 火）。
▪ （2）、多介质淬火：
▪
①、双介质淬火：先强冷后弱冷，
如水－油、水－空、盐水－油、油－空
气、碱－空气。
▪ ②、三介质淬火：适用于形状复杂、 变形要求严格的零件如碳素钢零件。
▪ （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。
碳氮共渗并淬火的零件。 ▪ 电镀裂纹：由于内应力引起应力腐蚀裂
纹。
第三章 热处理变形
▪ 一、产生原因：热处理应力引起。 ▪ 二、对质量影响最大：淬火变形。 ▪ 三、类别：尺寸变化和形状畸变。 ▪ 四、影响因素： ▪ 1、成分(Mn、Cr、Si、Ni、Mo、B等
降低Ms点，减小淬火变形)。 ▪ 工业上应用：微变形钢（含较多的Si、
▪
规 律：
▪ 1、尺寸及形状：尺寸增大，向热应力转 化；形状复杂或尺寸突变时在尺寸突变 部位残余应力增大。
▪ 2、淬透时：冷却越快，热应力越大； ▪ 3、未淬透时：由组织应力和热应力综合
作用。
▪ （四）、表面淬火件的残余应力：
▪ 表层为压应力，心部为拉应力。
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金属热处理知识PPT课件
② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二
者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图 所示。
图3 正火与退火后组织的比较
2） 钢的淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于
Vk的速度冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理 过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温
度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、 最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件 热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确
定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果， 并将得到满意的性能。
新淬火状态，这一现象叫回归。
组织为细马氏体加颗粒状 当工件的冷加工在孕育期内未完成时，也可进行回归处理，而后继续加工。
渗碳体和少量残余奥氏体， ● 快冷可防止高温脆性，在钢中加入Ｗ（约1%）Ｍo（约0.
1 、黄铜分为：低温退火（消除冷加工变形防止开裂），再结晶退火（消除加工硬化、恢复塑性），软化退火（消除变形加工中的应
2 钢的组织
它的含碳量为6.69％；熔点为1227℃左右；不发生同素异晶转变；但有磁性 转变，它在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性；其硬度 很高（相当于HB800），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。
(3)奥氏体：是碳溶解在γ－Fe（面心立方晶格）中的间隙固溶体，常用符 号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶 碳为ωc＝ 0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才 能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工 时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。 （4） 马氏体（M）是碳溶于α-Fe（体心立方晶格）的过饱和的固溶体，是 奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等 组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。 马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥 氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二
者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图 所示。
图3 正火与退火后组织的比较
2） 钢的淬火
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于
Vk的速度冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理 过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温
度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、 最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件 热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确
定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果， 并将得到满意的性能。
新淬火状态，这一现象叫回归。
组织为细马氏体加颗粒状 当工件的冷加工在孕育期内未完成时，也可进行回归处理，而后继续加工。
渗碳体和少量残余奥氏体， ● 快冷可防止高温脆性，在钢中加入Ｗ（约1%）Ｍo（约0.
1 、黄铜分为：低温退火（消除冷加工变形防止开裂），再结晶退火（消除加工硬化、恢复塑性），软化退火（消除变形加工中的应
2 钢的组织
它的含碳量为6.69％；熔点为1227℃左右；不发生同素异晶转变；但有磁性 转变，它在230℃以下具有弱铁磁性，而在230℃以上则失去铁磁性；其硬度 很高（相当于HB800），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。
(3)奥氏体：是碳溶解在γ－Fe（面心立方晶格）中的间隙固溶体，常用符 号A表示。它仍保持γ－Fe的面心立方晶格。其溶碳能力较大，在727℃时溶 碳为ωc＝ 0.77％,1148℃时可溶碳2.11％。奥氏体是在大于727℃高温下才 能稳定存在的组织。奥氏体塑性好，是绝大多数钢种在高温下进行压力加工 时所要求的组织。奥氏体是没有磁性的。 （4） 马氏体（M）是碳溶于α-Fe（体心立方晶格）的过饱和的固溶体，是 奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。其比容大于奥氏体、珠光体等 组织，这是产生淬火应力，导致变形开裂的主要原因。 马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥 氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。
《金属材料热处理》案例
案例一：材料的性能并不单纯取决于材料的种类和成分，通过热处理改变材料内部的组织，将大幅度改变材料的性能。
这不，今天我参与了整个淬火的工艺操作，将直径是ϕ100的40Cr钢加工的销轴装炉加热，加热到850℃±10℃，保温180～200分钟，然后出炉。
先放在空气中冷却大约2～3分钟，眼见工件开始由红变黑，然后迅速放入二硝水溶液中快速冷却，直到冷却均匀为止。
改变了以前水淬油冷的方式，这样才能满足工件经过淬火回火后具有高的弹性极限、屈服点、和适当的韧性及抗疲劳能力，特别是硬度要求达到42～47HRC。
案例分析：1、为了提高硬度采取的方法，主要形式是通过加热、保温、冷却。
而冷却起着决定性的作用；2、淬火最理想的冷却曲线应该是：3、最常用的淬火冷却介质是水和油、盐水。
工人师傅没有按照教材中所述用水和油作淬火介质，虽然水是应用最为广泛的淬火介质，它不仅廉价易得，而且具有较强的冷却能力。
但它的冷却特性并不理想。
在需要快冷的650～500℃范围内，它的冷却速度较小；而在Ms点附近要慢冷时，它的冷速又太快，易使零件产生变形，甚至开裂。
因此只能用做尺寸较小、形状简单的碳钢零件的淬火介质。
油只适用于过冷奥氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
对于40Cr制造的销轴水淬，硬度达不到要求。
4、而工厂用自己配制的盐水（亚硝酸钠、硝酸钠和水按2：3：5的比例配成的二硝水溶液）淬火，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但快冷势必要造成很大的内应力，易使工件变形严重，甚至发生开裂。
为了防止工件开裂，工人师傅采取了慢—快—慢的冷却方式，就是案例中的空气—盐水—水。
这是根据上图中钢的理想淬火冷却曲线自我设计的方案。
只能说此法比以前改进了很多，能够满足该钢的使用要求。
5、存在的问题是：（1）操作中时间的严格控制是很难做到的，只是凭经验；（2）盐水的使用也只是处于摸索和经验阶段，在实际中，直到目前为止，还没有找到一种淬火冷却介质能符合这一理想淬火冷却速度。
金属热处理讲课材料PPT文档共52页
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
金属热处理讲课材料
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往 上登。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
Байду номын сангаас
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
金属热处理缺陷分析报告及案例
<<金属热处理缺陷分析及案例>>试题一、填空题1、热处理缺陷产生的原因是多方面的，概括起来可分为热处理前、热处理中、热处理后三个方面的原因。
2、热处理缺陷分析方法有：断口分析、化学分析、金相检验、力学性能试验、验证试验、综合分析。
3、断裂可分为两种类型：脆性断裂和韧性断裂。
4、金属断裂的理论研究表明：任何应力状态都可以用切应力和正应力表示，这两种应力对变形和断裂起着不同的作用，只有切应力才可以引起金属发生塑性变形，而正应力只影响断裂的发展过程。
5、热处理变形常用的校正方法可分为机械校正法和热处理校正法。
6、热应力是指由表层与心部的温度差引起的胀缩不均匀而产生的内应力。
7、工程上常用的表面淬火方法主要有高频感应加热淬火和火焰淬火两种。
8、热处理中质量控制的关键是控制加热质量和冷却质量。
9、过热组织晶粒粗大的主要特征是奥氏体晶粒度在3级以下。
10、真空热处理常见缺陷有表面合金元素贫化、表面不光亮和氧化色、表面增碳或增氮、粘连、淬火硬度不足、表面晶粒长大。
11、低温回火温度范围是（150－250）℃，中温回火温度范围是（350－500）℃，高温回火温度范围是（500－6 50）℃。
12、工件的形状愈不对称，或冷却的不均匀性愈大，淬火后的变形也愈明显。
13、马氏体片越长，撞击能量越高，显微裂纹密度会越大，撞击应力会越大，显微裂纹的数目和长度也会增加。
14、合金元素通过对淬透性的影响，从而影响到淬裂倾向，一般来说，淬透性增加，淬裂性会增加。
合金元素对M S的影响较大，一般来说，M S越低的钢，淬裂倾向越大。
15、一般来说，形状简单的工件，可采用上限加热温度，形状复杂、易淬裂的工件，则应采用下限加热温度。
16、对于低碳钢制工件，若正常加热温度淬火后内孔收缩，为了减小收缩，要降低淬火加热温度；对于中碳合金钢制的工件，若正常加热温度淬火后内孔胀大，为了减小孔腔的胀大，需降低淬火加热温度。
金属热处理缺陷分析及案例ppt课件完整版
▪ D、淬火方法合适：
▪ 应选择增加热应力、减少相变应力 的淬火方式。
▪ （1）、预冷淬火（降温淬火或延迟淬 火）。
▪ （2）、多介质淬火：
▪
①、双介质淬火：先强冷后弱冷，
如水－油、水－空、盐水－油、油－空
气、碱－空气。
▪ ②、三介质淬火：适用于形状复杂、 变形要求严格的零件如碳素钢零件。
▪ （3）、分级淬火：快冷至Ms点上保温 后空冷。如截面大、易变形开裂的高 碳、高速钢等，应采用2次或3次的逐 级分级淬火。
▪ A、正确设计产品。 ▪ （1）、技术性和经济性。 ▪ （2）、结构设计：
①、截面尺寸均匀； ▪ ②、圆角过渡； ▪ ③、形状：球形冷却快于板料。 ▪ （3）、热处理条件
B、合理安排工艺路线
▪ （1）、形状复杂精度高的零件，粗精加 工之间的淬火前应安排去应力退火。
▪ （2）、大截面零件（直径或厚度＞50） 的高碳钢：淬火前正火。小截面高碳钢 件淬火前应球化退火。
二、过热与过烧：
▪ （一）、区别: ▪ 过热：温度高导致晶粒粗大，性能降低。 ▪ 过烧：温度高导致晶界氧化并部分熔化。 ▪ （二）、过热： ▪ 特点是晶粒粗大、淬火马氏体粗大、有
魏氏组织、网状碳化物、石墨化共晶组 织等。预防措施如表5－9所示。
（三）、过烧：
▪ 过烧使零件性能严重恶化，易产生 热处理裂纹，因而过烧是不允许的热处 理缺陷。
金属热处理缺陷 分析及案例
授课内容：
▪ 第一部分： ▪ 常见热处理缺陷的特征、产生原因、
危害性和预防措施。 ▪ 第二部分： ▪ 热处理质量全面控制体系。 ▪ 第三部分： ▪ 典型热处理缺陷案例分析。 ▪ 第四部分： ▪ 总结复习
▪第一部分
▪热处理缺陷特征、原因 及防止措施
球墨铸铁热处理缺陷分析PPT资料优选版
过烧时晶粒过分长大、晶界弱化、局部 熔化、石墨溶解、渗碳体与奥氏体共晶， 冷却时出现大量莱氏体。
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使 工件直接报废。
图1 针状马氏体的形成过程示意 图
球墨铸铁铸件生产技术课程
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
1.过烧裂纹
裂纹呈网状，加晶界热有氧温化或度熔化高现象产(图3生)。 过烧，石墨溶解，所以裂纹周围石墨与基
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
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球墨铸铁热处理缺陷分析
制作人：郭静静 榆林职业技术学院
球墨铸球铁墨铸铸铁件铸生件产生产技技术术课课程程职Biblioteka 教育材料成型与控制技术专业教学资源库
过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决 于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大 针状马氏体,如图1所示。
图3 过烧组织x500 莱氏体及渗碳体组织
过烧区域由于石墨溶解造成富碳区，形成渗碳体与奥氏 过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大针状马氏体,如图1所示。
图4组织为石墨+粗大马氏体+残余奥氏体，是过热组织。
球墨铸铁热处理缺陷分析
工 球件墨过铸热 铁体过 热烧 处共金 理相 缺晶组 陷织 分，的析特当点 过冷时奥氏体分解为珠光体，珠光体分布在渗
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
晶粒度体均匀分布的石墨(图2)相比明显少。裂纹呈网状，晶界有氧
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
球墨铸铁热处理缺陷分析
图1 针状化马氏或体的熔形成化过程现示意象图(图3)。
过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大针状马氏体,如图1所示。
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使 工件直接报废。
图1 针状马氏体的形成过程示意 图
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1.过烧裂纹
裂纹呈网状，加晶界热有氧温化或度熔化高现象产(图3生)。 过烧，石墨溶解，所以裂纹周围石墨与基
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球墨铸铁热处理缺陷分析
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过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决 于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大 针状马氏体,如图1所示。
图3 过烧组织x500 莱氏体及渗碳体组织
过烧区域由于石墨溶解造成富碳区，形成渗碳体与奥氏 过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大针状马氏体,如图1所示。
图4组织为石墨+粗大马氏体+残余奥氏体，是过热组织。
球墨铸铁热处理缺陷分析
工 球件墨过铸热 铁体过 热烧 处共金 理相 缺晶组 陷织 分，的析特当点 过冷时奥氏体分解为珠光体，珠光体分布在渗
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
晶粒度体均匀分布的石墨(图2)相比明显少。裂纹呈网状，晶界有氧
过烧区域出现网状过烧裂纹，严重时使工件直接报废。
球墨铸铁热处理缺陷分析
图1 针状化马氏或体的熔形成化过程现示意象图(图3)。
过热时晶粒粗大，马氏体片的大小取决于奥氏体晶粒的大小，最终淬火出现粗大针状马氏体,如图1所示。
14金属热处理38页PPT
§1.4 金属晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
点缺陷的特点是在空间三维方 向上的尺寸都很小，约为几个
原子间距，又称零维缺陷
⑴空位 ⑵间隙原子 ⑶置换 原子，
点缺陷
§1.4 金属晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的 原子发生了有规律的错排现象。其特点是原子 发生错排的范围只在一维方向上很大，是一个 直径为3～5个原子间距，长数百个原子间距以
gas constant, 1.987cal/mol·K; and T is the
temperature in degrees Kelvin.
Example:
Design a heat treatment that will provide 1000 times more vacancies in copper than are normally present at room temperature. About 20000 cal/mol are required to produce a vacancy in copper. The lattice parameter of FCC copper is 0.36151nm.
34
面缺陷
面缺陷
面缺陷
晶带和晶带轴
平行于或者相交于同一直线的 一组晶面组成一个晶带，而该 直线叫做晶带轴。
在多相组织中，具有不同晶 体结构的两相之间的分界面
称为相界。
Example:
Determine the number of vacancies needed for a BCC iron lattice to have a density of 7.87g/cm3. The lattice parameter of the iron is 2.866x10-8cm. The atomic mass of iron is 55.847g/mol. Avogadro’s number is 6.02x1023/mol.
点缺陷
线缺陷
面缺陷
点缺陷的特点是在空间三维方 向上的尺寸都很小，约为几个
原子间距，又称零维缺陷
⑴空位 ⑵间隙原子 ⑶置换 原子，
点缺陷
§1.4 金属晶体缺陷
点缺陷
线缺陷
面缺陷
线缺陷就是各种类型的位错。它是指晶体中的 原子发生了有规律的错排现象。其特点是原子 发生错排的范围只在一维方向上很大，是一个 直径为3～5个原子间距，长数百个原子间距以
gas constant, 1.987cal/mol·K; and T is the
temperature in degrees Kelvin.
Example:
Design a heat treatment that will provide 1000 times more vacancies in copper than are normally present at room temperature. About 20000 cal/mol are required to produce a vacancy in copper. The lattice parameter of FCC copper is 0.36151nm.
34
面缺陷
面缺陷
面缺陷
晶带和晶带轴
平行于或者相交于同一直线的 一组晶面组成一个晶带，而该 直线叫做晶带轴。
在多相组织中，具有不同晶 体结构的两相之间的分界面
称为相界。
Example:
Determine the number of vacancies needed for a BCC iron lattice to have a density of 7.87g/cm3. The lattice parameter of the iron is 2.866x10-8cm. The atomic mass of iron is 55.847g/mol. Avogadro’s number is 6.02x1023/mol.