第十章 钢的化学热处理
10钢的热处理 C曲线(精编)
三、钢的奥氏体晶粒度 钢的奥氏体晶粒大小根据标准晶粒度等级图确 定。标准晶粒度分为8级。 1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。
标准晶粒度 等级
放大100倍
1.实际晶粒度和本质晶粒度
实际晶粒度：某一具体热处理或热加工条件 下的奥氏体的晶粒度。
它决定钢的性能。
本质晶粒度 钢加热到930 ℃±10℃、保温 8小时、冷却后测得的晶粒度。
➢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
(b) 电子显微照片 5000×
上贝氏体形态
上贝氏体强度、韧性都较差。
下贝氏体(下B) 在350 ℃～Ms之间转变
产物。光学显微镜下为黑色针状, 电子显微镜 下可看到在铁素体针内沿一定方向分布着细 小的碳化物(Fe2.4C)颗粒。
(a) 光学显微照片 500倍
(b) 电子显微照片 12000倍
奥氏体向贝氏体下的贝转氏体变形属态 于半扩散型转变， 铁下原贝子氏不体扩硬散度而高碳，原韧子性有好一，定具扩有散较能好力的。强 韧性。
1.共析钢过冷奥氏体的等温转变 等温转变曲线(TTT曲线、C曲线)来分析。
T --- time T --- temperature T --- transformation
共析碳钢 TTT 曲线建立过程示意图
温度
(℃)பைடு நூலகம்
A1
800
700
钢的热处理ppt课件
其它表面淬火方法
1.火焰加热表面淬火
淬硬深度：2～6mm。 特点：方便，成本低，但效果
差
2.激光加热表面淬火
特点： 淬硬深度：0.3～0.5mm。 特点：不需要冷却液，可对深
孔，盲空，沟槽进行淬火。
3.太阳能加热表面淬火
同激光，但受自然条件限制
钢的化学热处理
为什么亚共析钢要进行完全淬火
完全淬火—— 得到完全马 氏体。
不完全淬 火——马氏体 组织中有铁 素体出现。
为什么过共析钢只能进行不完全
淬火
完全淬火：马氏体 含碳量过高，易开 裂和形成大量残余 奥氏体；
不完全淬火：有细 小弥散渗碳体残余， 奥氏体含碳量低， 因而淬火时不易开 裂，且残余渗碳体 量少。
适用材料：低碳钢。 常用工艺：
气体渗碳 固体渗碳 特点：温度高，周期长， 渗碳后必须进行淬火。
渗碳件的淬火
直接淬火
优点：工艺简单， 降低成本
缺点：工件晶粒 粗大，易开裂。
一次淬火
优点：晶粒细化， 不易开裂
缺点：增加成本。
钢的气体氮化
原理：以氨气分解产生活性氮原子，渗入钢
表面后形成高硬度的弥散分布的氮化物。 优点：由于渗氮温度只有550～570℃，且渗后
目的：满足工件不 同部位的性能要求。
冷处理
目的：消除残余 奥氏体。
工艺：先进行普 通淬火，然后将 工件淬入低温溶 液中
常用冷处理液
冰水； 干冰+酒精； 液氮。
钢的淬透性
基本概念
淬透性：钢获得马 氏体的能力。
淬硬性：钢的硬化 能力
淬透层深度：从淬 火件表面至半马氏 体区的距离
时间/s 图2-68 T10钢过冷A等温转变曲线
金属学与热处理第十章 合金钢
第十章合金钢(一)填空题1．决定钢的性能最主要的元素是。
2．硫存在钢中，会使钢产生，磷存在钢中会使钢产生。
3．碳钢中的有益元素是、，碳钢中的有害杂质是。
4．碳钢按质量分为、、三类，它们的主要区别在于钢中、杂质的含量不同。
5．碳钢按w(C)分为、、三类，其w(C)分别为、、。
6．钢按用途分为、、。
7．20钢属钢，其w (C)为。
8．45钢属钢，其w (C)为。
9．T8钢属钢，其w (C)为。
10．根据合金元素在钢中与碳的相互作用，合金元素可分为和两大类。
11．按钢中合金元素含量将合金钢分为钢、钢、钢, 其合金元素含量分别为、、。
12．合金钢按用途分类可分为钢、钢、钢。
13．除元素以外，其它所有的合金元素都使C曲线往移动，使钢的临界冷却速度，提高了钢的性。
14．形成强碳化物的合金元素有、、、。
15．扩大奥氏体区域的合金元素有、、、。
16．扩大铁素体区域的合金元素有、、、。
17．除、元素以外，几乎所有的合金元素都能阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
18．几乎所有的合金元素除、以外，都使Ms和Mf 点。
因此，钢淬火后在相同w(C)下合金钢比碳钢组织的增多，从而使钢的硬度。
19．对钢回火脆性敏感的元素是、、；为了消除回火脆性可采用和。
20．合金结构钢按用途可分四类，它们的w(C)有一个大致范围。
在0．25％一0．55％之间的为，在0．45％～0．9％之间的为，在0．95％一1．15％之间的为，在0．15％～0.3％之间的为。
21．合金钢中提高淬透性的常用合金元素为、、、、，其中作用最强烈的是，其含量约为。
22．机器上的传动件和连接件，在工作过程中要承受、、、等四种变形，并经受强烈。
23．调质钢w(C)范围，加入Cr、Mn等元素是为了提高，加入W、Mo 是为了。
24．40Cr钢属钢，其w(C)为，w(Cr)为，可制造零件。
25．16Mn钢属钢，其w(C)为，w(Mn)为，可用在方面。
26．工具钢按用途可分、和。
钢的化学热处理
组织说明
腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液腐蚀 放大倍数：500×
18 渗碳层过渡区（亚共析区）
组织特征：黑色块状为珠光体， 白色块状为铁素体，过渡区中珠 光体逐步减少，铁素体增多。组 织特点是将钢加热至单相的奥氏 体区，使碳原子渗入钢件表面， 根据渗碳气氛的浓度及时间，表 面的含碳量可达过共析或共析、 亚共析成分。本试样的表层为共 析成分，次表层及过渡区的含碳 量逐步减小。 材料：低碳钢表面渗碳 热处理状态：930℃气体渗碳3小 时（煤油分解），罐中退火
组织说明
24
未腐蚀渗硼层（微差干涉照明）
116
组织特征：下边黑色区域为试样 边缘，表层彩色“指状”为铁硼化 合物，上部为基体未腐蚀。组织 特点是将钢加热至单相的奥氏体 区，使硼原子渗入钢件表面，与 铁形成化合物（FeB）,又称硼针 并深深楔入基体中。 材料：T8钢表面渗硼 热处理状态：950℃固体渗硼 6小时，正火 腐蚀方法：未腐蚀 放大倍数：200× 用微差干涉 衬度照明观察
热处理状态：930℃气体渗碳3小 时（煤油分解），罐中退火
组织说明
腐蚀方法：4％硝酸酒精溶液腐蚀 放大倍数：200×
10 渗碳层
组织特征：左下角为试样边缘， 表层彩色区域为共析成分的珠光 体，右上角区域的白色块状为亚 共析区的铁素体。组织特点是将 钢加热至单相的奥氏体区，使碳 原子渗入钢件表面，根据渗碳气 氛的浓度及时间，表面的含碳量 可达过共析或共析,亚共析成分。 本试样的表层为共析成分，次表 层及过渡区的含碳量逐步减小。
组织说明
04 渗碳层过渡区
组织特征：左下角的彩色区域为 次表层共析成分的珠光体，右上 角区域的白色块状为亚共析区的 铁素体。组织特点是将钢加热至 单相的奥氏体区，使碳原子渗入 钢件表面，根据渗碳气氛的浓度 及时间，表面的含碳量可达过共 析或共析、亚共析成分。本试样 的表层为过共析成分，因出现网 状二次渗碳体组织，次表层及过 渡区的含碳量逐步减小。
钢的化学热处理名词解释
钢的化学热处理名词解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可如下所示：热处理是一种通过加热和冷却的工艺，用于改善金属材料的特性和性能。
尤其在钢材的制造和加工过程中，热处理是至关重要的一步。
通过对钢材进行化学热处理，可以使其具有更高的强度、更好的耐腐蚀性、更优异的机械性能等一系列优点。
钢的化学热处理是指通过控制钢材的加热和冷却过程，改变其组织结构和性能。
在热处理过程中，钢材经历了加热、保温和冷却三个阶段。
加热阶段将钢材加热至一定温度，使其达到适宜的热处理温度。
保温阶段是使钢材在一定温度下保持一定时间，使其组织结构发生变化。
冷却阶段是将钢材迅速冷却，以固定其新形成的组织。
通过钢的化学热处理，可以实现钢材硬化、退火、淬火等不同的组织和性能调整。
例如，通过调整钢材的加热温度、保温时间和冷却速度，可以使钢材具有更高的强度和硬度，适用于制造高强度的机械零件和工具。
反之，如果需要提高钢材的韧性和可加工性，可以进行退火处理。
此外，钢的化学热处理还可以改善钢材的耐腐蚀性能，延长其使用寿命。
钢的化学热处理在工业领域具有广泛的应用。
它被广泛应用于汽车制造、航空航天、船舶制造、机械制造等行业。
通过热处理，可以使得钢材在各种恶劣的工作环境下具有更好的性能和耐久性。
此外，钢材通过不同的化学热处理方法，还可以实现特定的性能要求，如减轻内应力、消除残余应力等。
综上所述，钢的化学热处理是一项重要的工艺，通过加热和冷却过程的控制，可以改善钢材的性能和特性，满足不同领域对钢材性能的要求。
其广泛的应用和重要性使得研究和理解钢的化学热处理成为一个重要的课题。
1.2文章结构2. 正文2.1 热处理热处理是一种通过加热和冷却钢材来改变其物理和化学性质的工艺。
它是钢材加工过程中非常重要的一步，可以通过控制加热温度、冷却速率和持续时间等参数，使钢材具有所需的性能和组织结构。
在热处理过程中，钢材经历了一系列的相变和组织变化，从而达到特定的力学性能和耐用性。
工程材料—钢的热处理
金属材料组织和性能的控制
2.4 钢的热处理
2.4 钢的热处理
热处理：通过对钢件加热、保温和冷却的操作方 法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能 的一种加工工艺。
保温 T 随炉冷却 加热 空冷 油冷
t
弹簧热处理过程
弹簧的制作过程： （１）钢筋绕成弹簧状； （２）加热钢筋至红热，急剧冷却； （３）将（２）钢筋再次加热（温度相对低）冷却。
屈氏体 T 8000×
硬度（ HRC ） 5～25 25～35 35～40
珠光体（P） 索氏体（S） 托氏体（T）
720～680 680～600 600～550
2.4.2 钢在冷却时的转变
除片状珠光体外，还存在球状（粒状）珠光体
渗碳体呈细小的粒状或球状分布在铁素体基体上
片状珠光体
粒状珠光体
相同成分条件下，粒状珠光体的强硬度较低，塑韧性较好
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?
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；
钢的化学热处理
渗剂
吸收: 析出的活性原子克服表面能垒进入金属表面， 形成固溶体或化合物。
Fe〃[C]吸附 → Fe〃C溶
溶解
3Fe〃[C]吸附 → Fe3C
化合
吸收必须进行得足够快，否则会因发生其它反应而失去活性 。 吸收能力与钢的表面活性有关，表面缺陷多（位错、晶界露 头）、粗糙、干净无污染则表面活性高，吸附力强，可促进化 学热处理。
常用的气体介质：天然气、煤气、液化石油气。
使用时，直接通入炉罐里。 CH4→2H2+[C]
2CO→CO2+[C]
CO+H2→H2O+[C]
良好的渗碳介质应具备下列条件：
价格低廉，安全卫生，易于获取； 具有较好的活性，既保证能获得较高的渗碳速度，同时不致使
渗碳层碳浓度过高，而造成大量的过剩碳化物；
5）化学催渗：渗剂中加入一定的化学药剂或触媒剂以加速分解或吸收过程
6）物理催渗：eg:高频电场下的扩散。
化学热处理进行的条件:
1. 渗入元素的原子必须是活性原子, 而且具有较大的扩散能力 2. 零件本身具有吸收渗入原子的能力, 即对渗入原子有一定的 溶解度或能与之化合, 形成化合物。
分解、吸收、扩散三者的协调进行是确保化学热处理成功进行的关键。
产生的“碳黑”“焦炭”少。 渗碳剂分解产物中如果含有较多的不饱和碳氢化合物易形成过
多的碳黑附着在零件表面，使渗碳不均匀；附着在炉壁上，使
炉罐导热性差，从而使渗碳速度降低，同时也增加清理时的麻 烦。 含硫量低。
举例：
18CrMnTi钢汽车后桥主动伞齿轮渗碳工艺
固体渗碳：
钢的表面淬火和化学热处理
２）钢的渗氮（氮化） 渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热 处理工艺，又称氮化。 渗氮能使零件获得比渗碳更高的表面硬度、耐磨性以及提 高其耐腐蚀性和疲劳强度。 （１）气体氮化 目前应用最广的是气体渗氮。气体渗氮是将工件置于通有 氨气（NH3）的密闭炉内，加热到500～560℃，氨分解产生的 活性氮离子[N]被工件表面吸收，并逐渐向心部扩散，从而形成 渗氮层。渗氮层的深度一般为0.1～0.6mm。 C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\热处理 录像4（钢的表面热处理与化学热处理）\氮化.rm
名称频率淬硬深度mm适用零件高频感应加热100500khz0525淬硬层较薄的中小型零件如小模数齿轮小的轴感应加热表面淬火种类及应用中频感应加热110khz310承受较大载荷和磨损零件如大模数齿轮较大凸轮等工频感应加热50hz1020要求硬层深的大型零件和钢材的穿透加热如轧辊火车车轮等感应加热速度极快时间很短仅为几秒钟加热淬火有如下特点
解的有机液体（如煤油、丙酮等），保温一段时间，渗碳气体 或有机液体在高温下分解产生活性碳原子，活性碳原子逐渐滲 入工件表面，并向心部扩散，形成一定深度的渗碳层。渗碳层 深度可通过控制保温时间来达到，一般为0.5～2.5mm。
井式渗碳炉
第1章 机械工程材料
工件渗碳后必须进行淬火和低温回火，最终表层为细小片 状的回火高碳马氏体及少量的渗碳体，这样表面可获得高的硬 度（60～64HRC）、耐磨性及疲劳强度；而心部组织取决于 钢的淬透性，一般低碳钢心部组织为铁素体和珠光体，硬度为 110～150HBS，低合金钢（20CrMnTi钢）通常心部组织为回 火低碳马氏体和少量铁素体，硬度为35～45HRC，具有较高 的强韧性和塑性。 气体渗碳的渗碳层质量高，渗碳过程易于控制，生产率 高，劳动条件好，易于实现机械化和自动化，适于成批或大量 生产。主要用于受磨损和较大冲击载荷的零件，如齿轮、活塞 销、凸轮、轴类等。
金属学与热处理--第十章
3、影响奥氏体晶粒大小的因素 （1）加热温度与保温时间
加热温度越高，晶粒长大速度 越快，最终晶粒尺寸越大。 在每一温度下加热，晶粒都存 在一加速长大期。奥氏体晶粒 长大到一定尺寸后，再延长加 热时间，晶粒将不再长大而趋 于一个稳定尺寸。 加热温度对奥氏体晶粒长大起 主要作用。
3、影响奥氏体晶粒大小的因素 （2）加热速度
奥氏体起始晶粒度：奥氏体形成刚刚完成，其晶粒边界 刚刚相互接触时的晶粒度。 奥氏体实际晶粒度：在某一实际热处理加热条件下所得 到的晶粒度。 奥氏体本质晶粒度：在930±10℃保温足够实时间（3—8 小时）后测定得到的晶粒度。本质晶粒度为1—4级的钢 称为本质粗晶粒钢，5—8级为本质细晶粒钢。
六、奥氏体晶粒长大及其控制 1、奥氏体的晶粒度
本质晶粒度反应奥氏 体在一定条件下的长 大趋势，并不表明一 定获得细小奥氏体晶 粒。
六、奥氏体晶粒长大及其控制 2、奥氏体晶粒长大与 第二相颗粒
奥氏体在高温下保持可 自发长大，其驱动力为 长大前后界面能的降低。 第二相颗粒的存在可阻 止奥氏体的晶粒长大， 其效果取决于第二相颗 粒的尺寸和数目。
2、奥氏体晶粒长大与第二相颗粒
1、共析碳钢奥氏体等温形成分析
1、共析碳钢奥氏体等温形成分析
在高于A1温度保温，奥氏体并不立即形成，而是需经过 一定孕育期之后才开始。温度越高，孕育期越短。 奥氏体开始形成速度较慢，以后逐渐加快，至50%形成量 达到最大值，其后又逐渐减慢。 温度越高，奥氏体形成速度越快，形成奥氏体所需时间 越短。 奥氏体刚刚形成后，还需要一段时间使残留碳化物溶解 和奥氏体成分均匀化。
2、影响奥氏体形成速度的因素 （1）温度和碳含量
温度升高，奥氏体形成速 度加快； 钢中碳含量越高，则碳化 物数量越多，奥氏体形核 部位越多、碳的扩散距离 越短、碳和铁的扩散系数 增大，奥氏体形成速度越 快；
钢的化学热处理基本过程
钢的化学热处理基本过程说到钢的化学热处理，这可真是个有意思的话题。
咱们都知道，钢这玩意儿，硬的时候硬得跟石头似的，软的时候又能弯能曲，全看它受过啥样的热处理。
今儿个，咱就聊聊这化学热处理的基本过程，让大伙儿也长长见识。
化学热处理，说白了，就是利用化学反应，有时候还得加上点儿物理手段，来改变钢件表层的化学成分和组织结构。
为啥非得改表层呢？因为啊，机器零件们最容易出问题的地儿，往往就是表面那层皮。
特别是那些得在磨损、疲劳、腐蚀、氧化这些恶劣环境下干活的零件，表面层的性能，那可是至关重要的。
这化学热处理，过程说复杂也不复杂，说简单也得费点儿功夫。
它主要包括三个基本步骤：分解、吸收、扩散。
听起来跟做饭似的，得一步步来，别急，咱慢慢说。
先说分解吧。
这分解啊，就像是咱们炖肉的火候，得恰到好处。
化学热处理里头，得有个渗剂，这东西就像是炖肉的调料，里头含着咱们要渗到钢里头去的元素。
这渗剂啊，它得能分解成活性原子或者离子，要不，它咋能被钢件吸收呢？就像咱们炖肉的调料，得炖化了，味道才能渗到肉里头去。
分解完了，就得吸收了。
这吸收啊，就像是咱们吃饭，得张嘴吃进去，才能消化。
钢件表面啊，它有个吸附能力，就像是咱们的嘴巴，能把那些活性原子或者离子给吸进去。
吸进去了以后呢，这些原子或者离子就会在钢件的表层溶入铁的晶体点阵内，形成固溶体。
要是被渗元素的浓度超过了它在铁中的固溶度，那就会形成金属间化合物。
这就像是咱们吃饭吃多了，肚子撑得慌，得消化消化。
最后一步，就是扩散了。
这扩散啊，就像是咱们吃完饭以后，食物在肚子里慢慢消化，营养被吸收到全身各处。
被渗元素的活性原子或者离子，它们被钢件表面吸收以后，就会不断提高表面的被渗元素浓度，形成心部与表面的浓度梯度。
在这浓度梯度的驱动下，被渗原子就会从表面向心部扩散。
这过程啊，就像是咱们吃完饭以后，营养被慢慢输送到全身各处，让咱们有力气干活。
说起来啊，这化学热处理的过程，就像是咱们生活中的一些事情，得一步步来，别急。