第五章钢的热处理说课讲解
第五章钢铁热处理
第五章钢铁热处理
第五章钢铁热处理
将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。
调整钢的化学成分或对其实施改性处理是改善钢的使用性能和工艺性能的主要途径。利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。
意义：合适的热处理是让材料达到希望的性能，有时是为了便于进行加工，有时让材料满足工作条件的要求。它是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。
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组织转变
一、转变温度相变点 二、奥氏体的形成过程及影响因素
１、奥氏体形成的基本过程
（1）奥氏体晶核的形成
（2）奥氏体晶核的长大
（3）剩余渗碳体的溶解
（4）奥氏体晶核的均匀化
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)。
２、影响奥氏体转变的因素
（1）加热温度； （2）加热速度；
（3）化学成分；
（4）原始组织。
（二）影响奥氏体晶粒长大的因素
1、加热温度
2、化学成分
1)保温温度愈高，保温时间长，奥氏体长大速度快，长大的时间多，晶粒变粗；
2)原始组织，固相转变组织的遗传性，珠光体细小，奥氏体的晶粒也细小；片状比球状细小，非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。
3)合金元素(成分)①含碳量增加，奥氏体转变加快，生长时间多，奥氏体晶粒的长大倾向增加；
②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长；③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响；④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。
第五章钢热处理
第五章 钢的热处理
本章重点：
热处理工艺主要介绍钢的普通常见的热处理方法，
1． 退火
2． 正火
3． 淬火
4． 回火。
难点：各种热处理方法的区别和应用
§5.3 钢的退火和正火
退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺。在机械零件和工、模具的制造加工过程中，退火和正火往往是不可缺少的先行工序，具有承前启后的作用。机械零件及工、模具的毛坯退火或正火后，可以消除或减轻铸件、锻件及焊接件的内应力与成分、组织的不均匀性，从而改善钢件的机械性能和工艺性能，为切削加工及最终热处理（淬火）作好组织、性能准备。一些对性能要求不高的机械零件或工程构件，退火和正火亦可作为最终热处理。
一. 退火目的及工艺
退火是钢加热到适当的温度，经过一定时间保温后缓慢冷却，以达到改善组织、提高加工性能的一种热处理工艺。其主要目的是减轻钢的化学成分及组织的不均匀性，细化晶粒，降低硬度，消除内应力，以及为淬火作好组织准备。
退火工艺种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火及再结晶退火等。不同退火工艺的加热温度范围如图5.25所示，它们有的加热到临界点以上，有的加热到临界点以下。对于加热温度在临界点以上的退火工艺，其质量主要取决于加热温度、保温时间、冷却速度及等温温度等。对于加热温度在临界点以下的退火工艺，其质量主要取决于加热温度的均匀性。
1. 完全退火
完全退火是将亚共析钢加热到AC3以上20～30℃，保温一定时间后随炉缓慢冷却至500℃左右出炉空冷，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。它主要用于亚共析钢，其主要目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能。
低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢完全退火，加热温度在Acm以上，会有网状二次渗碳体沿奥氏体晶界析出，造成钢的脆化。
2. 等温退火
完全退火所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时，为了缩短退火时间，可采用等温退火。
第五章钢的热处理
第五章钢的热处理
一、名词解释
1.过冷：结晶只有在理论结晶温度以下才能发生，这种现象称为过冷。
2.枝晶偏析：在一个枝晶范围内或一个晶粒范围内不均匀的现象叫做枝晶偏析。3.二次相：由已有固相析出的新固相称为二次相或次生相。4.铁素体：碳在α—Fe中的固溶体称为铁素体。5.奥氏体：碳在γ—Fe中的固溶体称为奥氏体。
6.莱氏体：转变产物为奥氏体和渗碳体的机械混合物，称为莱氏体。7.珠光体：转变产物为铁素体和渗碳体的机械混合物，称为珠光体。8.变质处理：又称为孕育处理，是一种有意向液态金属中加入非自发形核物质从而细化晶粒的方法。9.共晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程。
10.包晶转变：在一定温度下，由一定成分的液相包着一定成分的固相，发生反应后生成另一一定成分新固相的反应。二、填空题
1、金属的结晶过程由晶核形成和晶核长大两个基本过程组成。
2、金属结晶过程中，细化结晶晶粒的主要方法有控制过冷度、变质处理和振动、搅拌
3、当固溶体合金结晶后出现枝晶偏析时，先结晶出来的枝晶轴含有较多的高熔点组元。
4、在实际生产中，若要进行热锻或热轧时，必须把钢加热到奥氏体相区。5、在缓慢冷却条件下，含碳0.8%的钢比含碳1.2%的钢硬度低强度低。三、选择题 1.铸造条件下，冷却速度越大，则（A.过冷度越大，晶粒越小）2.金属在结晶时，冷却速度越快，其实际结晶温度（B.越低）
3.如果其他条件相同，下列各组铸造条件下，哪种铸锭晶粒细？（A.金属模铸造B.低温铸造A.铸成薄片A.浇注时振动）
4.同素异构体转变伴随着体积的变化，其主要原因是（致密度发生变化）5.实际金属结晶时，可通过控制形核N和长大速度G的比值来控制晶粒大小，要获得细晶粒，应采用（A.增大N/G值）
6.二元合金在发生共晶转变时，各相组成是（D.三相共存）
7.二元合金在发生共析转变时，各相的（B.质量固定，成分发生变化）10.产生枝晶偏析的原因是由于（D.液、固相线间距大，冷却速度也大）11.二元合金中，铸造性能最好的是（B.共晶合金）
四川交通技校金属材料与热处理教案：第5章钢的热处理(中职教育).docx
四川交通技校金属材料与热处理教案：第五章钢的热处理
概论：
1、 热处理：
热处理是将固态金屈或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获
得所需妾的组织结构与性能的工艺。
2、 热处理的目的:
① 、提高零件的使用性能；②、充分发挥钢材的潜力；
③、延长零件的使用寿面；④、改善工件的工艺性能，提高加工
质量，减小刀具的濟损。
3、 钢的热处理方法：退火、正火、淬火、冋火及表面热处理等五种。
4、 热处理使钢性能发生变化的原因：
由于铁有同索异转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织 与结构变化。
第一节钢在加热时的转变
在热处理工艺屮，钢加热的口的是为了获得奥氏体。
―、钢的奥氏体化
1、 奥氏体晶核的形成及长大；
2、 残余渗碳件的溶解；
3、 奥氏体的均匀化；
在热处理工艺屮，钢保温的口的是：
①、为了使工件热透；②、使组织转变完全；③、使奥氏体成分均匀。
一、奥氏体晶粒的长大：
加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大
F：小结
G：布置作业: P82 1~3
第三^一、三十二教案
A：课题：钢在冷却时的转变
B：课型：新课
C：教学目的与要求：
1、 掌握过冷奥氏体的等温转变图建立；
2、 掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。
D：教学重点与难点：同2
E：教学过程：
第二节钢在冷却时的转变
一、过冷奥氏体的等温转变
1、 等温转变图的建立
2、 过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
1）珠光体转变:
温度：A】〜550°C-珠光体 HRC
A】〜650°C -珠光体一P <25
650°C 〜600°C -索氏体一S 25 〜35
600°C-*550°C-> 屈氏体一T 35-40
2）贝氏体型转变：
550°C〜Ms-贝氏体一B 40〜45
550°C->350°C->上贝氏体一B 上
350°C~Ms—下贝氏体一B下 45〜55
3、马氏体转变
① 碳在a—Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体，用符号M表示，体心 正方品格。
工业与材料成型教案之钢的热处理
工程材料与材料成型基础（一）教案
教师姓名 授课形式 讲授
授课班级 授课学时 10
授课章节名称
第五章 钢的热处理
§5-1钢在加热时的转变
§5-2钢在冷却时的转变
§5-3钢的退火、正火
§5-4淬火和回火
§5-5钢的表面淬火
§5-6化学热处理
任务目的
◎ 掌握钢在加热和冷却时的组织转变规律
◎ 掌握退火、正火的目的、方法应用
◎ 掌握淬火、回火的目的、方法应用
◎ 掌握钢表面淬火的目的和方法
◎ 掌握钢化学热处理的目的和方法
知识点
◎ 热处理目的和常用方法
◎ 钢在加热和冷却时的临界点
◎ 钢加热、保温目的
◎ 过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能
◎ 过冷奥氏体冷却速度对组织和性能的影响
◎ 马氏体的组织与性能
◎ 退火的目的、方法、应用
◎ 正火的目的、应用
◎ 淬火目的、方法、应用
◎ 回火目的、方法、应用
◎ 表面淬火的目的和方法
◎ 钢的渗碳
能力点
◎ 根据等温转变曲线分析冷却速度对钢组织和性能的影响
◎ 正确选择的预先热处理方法
◎ 正确选择淬火、回火方法
◎ 正确选用表面热处理方法
其它
尽量结合具体实例，让学生分析、思考，以加深学生对所学内容的理解。
第五章 钢的热处理
热处理—— 固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。
•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸
•目的：改善材料的使用、工艺性能
•基本过程：加热 → 保温 → 冷却
•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火
2、表面热处理——表面淬火、化学热处理
第一节 钢在加热时的组织转变
实际加热和冷却时的相变点：
平衡时—— A1 A3 Acm
加热时—— Ac1 Ac3 Accm
冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm
一、奥氏体的形成
加热工序的目的：得到奥氏体
F + Fe3C → A
工程材料05钢的热处理
《工程材料及应用》 第五章 钢的热处理
热 处 理 概 述
热处理——在固态下，通过对材料进行加热、保温和冷却，改变材料的组
织结构，以获得所需性能的一种工艺方法。
主要特点：热处理是在固态下进行，只改变工件的组织和性能，而尺寸和
形状基本不变。 ——区别于铸、锻、焊、切削等加工工艺
基本原理：平衡组织 加热、保温 A 不同冷速 各种非平衡组织（不同性能）
热处理工艺曲线：热处理的基本过程分为 加热、保温和冷却三个阶段，对
应的主要参数分别为加热温度、保温时间和冷却速度。
《工程材料及应用》 第五章 钢的热处理
热处理的作用：
1、改善金属材料的使用性能，提高产品的质量和寿命。→最终热处理
2、改善材料的加工性能，使材料便于加工。 →预备热处理
例如，对T8钢材料采用：
淬火+低温回火（HRC58-62），用于制作工具，具有良好的耐磨性。
球化退火（HRC18-23），适合于进行切削加工。
热处理的分类：
渗碳 渗氮 碳氮共渗 热处理 普通热处理
表面热处理 退火 正火 淬火 回火
表面淬火
化学热处理 感应加热淬火 火焰加热淬火 激光加热淬火
《工程材料及应用》 第五章 钢的热处理
第一节 钢在加热时的转变
钢材在热处理时，首先需要进行加热和保温，使钢材组织中的F和Fe3C
转变为A，该过程称为“奥氏体化”。
铁碳相图中的A1、A3、Acm是平衡转变点，而在实际生产中，加热和冷
却的速度较快，因此加热时的相变点要高于平衡点，用Ac1、Ac3、Accm表示，
冷却时的相变点要低于平衡点，用Ar1、Ar3、Arcm表示，并且加热/冷却速
度越快，温度差异越大。
《工程材料及应用》 第五章 钢的热处理
一、钢的奥氏体过程
共析钢在加热和保温时，组织由P（F+Fe3C)转变为A。
奥氏体化过程包括以下四个阶段：
（a）A晶核的形成 （b）A晶核的长大
（c）残余Fe3C的溶解 （d）A体的均匀化
第五章金属材料及热处理
第五章 答 案
1．什么是合金钢？与碳钢相比有哪些优点？为什么合金钢的热处理变
形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？
答：在铁碳合金中特意加入锰、铬、硅、镍、钨、钒、铝、硼、铝、
铜和稀土等合金元素，所获得的钢种，称为合金钢。碳素钢的淬透性比较
差，强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损
以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。而合金
钢，由于合金元素与铁、碳以及合金元素之间的相互作用，改变了钢的内
部组织结构，从而能提高和改善钢的性能。
2．比较说明亚共析钢、共析钢、过共析钢完全奥氏体化的过程。
答：亚共析钢完全奥氏体化的过程：加热至 A1 线温度时，珠光体向奥
氏体转变，珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F，
Fe3C））； b. 长大；c. 渗碳体完全溶解；d. 碳的均匀化。
同时组织中还存在 F，继续加热至 A3 线温度时，铁素体向奥氏体转变， 至 912℃以上铁素体全部转变为奥氏体。
共析钢完全奥氏体化的过程：加 热至 A1 温度时，珠 光体向奥氏体转变，
珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F，Fe3C））；
b. 长大；c. 渗碳体完全溶解；d. 碳的均匀化 。
过共析钢完全奥氏体化的过程：加热至 A1 线温度时，珠光体向奥氏体
转变， 珠光体向奥氏体转变的四个阶段： a. 形核 （优先在相界（F，
Fe3C））； b. 长大； c. 渗碳体完全溶解； d. 碳的均匀化。
同时组织中还存在 Fe3CⅡ，继续加热至 ACM 线温度时，二次渗碳体向奥
氏体转变，至 1148℃以上二次渗碳体全部转变为奥氏体。
3．“ 马氏体硬而脆”这句话对吗？为什么？
答：马氏体的硬度主要取决于其中的含碳量，含碳量越高，马氏体硬
度也就越高，随着马氏体含碳量的增加，c/a 增大，马氏体的硬度也随之
增高。马氏体的塑性和韧性也与其含碳量有关。高碳马氏体的含碳量高，
钢的热处理.doc
1 第五章 钢的热处理
教学目的：掌握钢的热处理原理及常用热处理工艺；熟悉钢的淬透性及其对零件
机械性能的影响；了解常用热处理设备的特点。
本章重点：1、奥氏体的形成
2、过冷奥氏体的转变
3、C曲线的建立与应用
4、钢的退火、正火、淬火、回火、表面淬火、化学热处理
5、钢的淬透性
本章难点：1、奥氏体的形成
2、过冷奥氏体的转变
参考文献: 1、戴起勋，金属材料学，化学工业出版社，2005
2、史美堂，金属材料及热处理，上海科学技术出版社，2001
3、史美堂，金属材料及热处理习题集与实验指导书，上海科学技术出版社，1997
专业词汇:austenite; spheroidizing annealing; inherent grain size; retained austenite;
quenching; hardenability; quenching medium; continuous cooling
transformation curve; upper bainite; lower bainite; sorbite; practical
grain size; diffusion transformation; diffusion annealing; ledeburite;
subercritical quenching; normalizing; complete annealing; Widmanstatten
structure; cryogenic treatment; isothermal quenching; isothermal
annealing; secondary hardening; broken quenching; marquenching;
钢的热处理
1 第五章 钢的热处理
热处理—— 固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。
•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸
•目的：改善材料的使用、工艺性能
•基本过程：加热 → 保温 → 冷却
•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火
2、表面热处理——表面淬火、化学热处理
第一节 钢在加热时的组织转变
实际加热和冷却时的相变点：
平衡时—— A1 A3 Acm
加热时—— Ac1 Ac3 Accm
冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm
一、奥氏体的形成
加热工序的目的：得到奥氏体
F + Fe3C → A
结构 体心 复杂 面心
含碳量 0.0218 6.69 0.77
共析钢奥氏体形成过程：
1、形核 （在 F / Fe3C相界面上形核）
2、晶核长大 （F→ A晶格重构，Fe3C 溶解，C→ A中扩散）
3、残余Fe3C溶解
4、奥氏体均匀化
保温工序的目的： 得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散
对亚共析钢： P + F → A + F → A
对过共析钢： P + Fe3CⅡ → A + Fe3CⅡ → A
二、奥氏体晶粒长大及其影响因素
1、奥氏体晶粒度
•晶粒度——晶粒大小的尺度。 2 •本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al脱氧）
•本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si脱氧)
2、影响奥氏体晶粒长大的因素
（1） 加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快
（2） 加热速度↑→ A晶粒细
（3） 加入合金元素→ A晶粒细
（4） 原始组织细→ A晶粒细
第二节 钢在冷却时的组织转变
冷却方式：等温冷却和连续冷却 。
45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。
冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。