钢中的回火转变之马氏体的分解
四火退火正火淬火及回火
淬硬层深度是指由工件 表面到半马氏体区 (50%M + 50%P)的深 度。
淬硬性是指钢淬火后所
能达到的最高硬度，即
硬化能力.
M深量度和的硬变度化随
②淬透性与淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工件
尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。 淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之
浴中保温足够长时间，从而获得 下贝氏体组织的淬火方法。 经等温淬火零件具有良好的综合 力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高的小 型件。
钢的淬透性
淬透性是钢的主要热处理性能。 是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。
网带式淬火炉
①淬透性的概念 淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用
介质中冷，却躲过鼻尖后， 再在另一种冷却能力较弱的 介质中发生马氏体转变的方 法。如水淬油冷，油淬空冷.
优点是冷却理想，缺点是不 易掌握。用于形状复杂的碳 钢件及大型合金钢件。
3、分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出
缓冷。 可减少内应力，用于小尺寸工
件。
盐浴炉
4、等温淬火法 将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱源自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
200℃以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢的硬度并 不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。
200-300℃，由于高 碳钢中A’转变为M回, 硬度再次升高。
大于300℃,由于Fe3C 粗化，马氏体转变为 铁素体,硬度直线下 降。
3、回火脆性 淬火钢的韧性并不总
400℃以上, Fe3C开始 聚集长大。
450℃ 以上铁素体发生 多边形化，由针片状变 为多边形.
钢的热处理(答案)
钢的热处理一、选择题1.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B ）。
A．均匀的基体组织 B．均匀的A体组织 C．均匀的P体组织 D．均匀的M体组织2.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为（A ）（D ）（B ）。
A．500℃ B．200℃ C．400℃ D．350℃3.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（D ）。
A．随炉冷却 B．在风中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却4.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C ）。
A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却5.完全退火主要用于（A ）。
A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．所有钢种6.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（ C）。
A．P B．S C．B D．M7.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A ）。
A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却二、是非题1. 完全退火是将工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。
√2. 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
×3. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。
×4. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。
×三、填空题1. 共析钢中奥氏体形成的四个阶段是：（奥氏体晶核形成），（奥氏体晶核长大），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。
2. 化学热处理的基本过程，均由以下三个阶段组成，即（介质分解），（工件表面的吸收），活性原子继续向工件内部扩散。
3. 马氏体是碳在（α-Fe）中的（过饱和溶液）组织。
4. 在钢的热处理中，奥氏体的形成过程是由（加热）和（保温）两个基本过程来完成的。
钢的热处理
二、过冷奥氏体连续冷却转变组织 冷却速度大于Vc 连续冷却转变得到马氏体组织
冷却速度大于Vc′而小于Vc 连续冷却转变将得到珠光体＋马 氏体的混合组织
冷却速度小于Vc′连续冷却转变得到珠光体组织
三、过冷奥氏体等温冷却转变图在连续冷却中的应用 用等温转变曲线来估计连
续冷却转变过程，是很粗略 的、不精确的。随着实验技 术的发展，将有更多、更完 善的连续转变曲线被测定， 用它来解决连续冷却转变问 题才是合理的。
用于亚共析钢的铸、锻、焊件 接近平衡组织
二、 等温退火
加热到高于Ac3 (或Ac1 ) 的适当温度,保温，组织转变后空冷 应用、组织同完全退火
加热到Ac1+30--50℃，保温，随炉冷却或等温冷却 三、球化退火 主要用于共析钢和过共析钢等工模具钢 铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体
高速钢的等温退火与普通退火
T12钢球化退火显微组织（500×）
对于存在网状二次渗碳体的过共析钢，应在球化退火前进行正火消除网状渗碳体，以 利于球化。
加热至低于A1的某一温度(一般为500～650℃)，保温后随炉冷却 四、去应力退火 钢结构件
不发生组织变化
加热到固相线以下100～200℃，长时间保温，缓慢冷却 五、均匀化退火 消除钢锭、铸件或锻造毛坯的偏析现象 晶粒很粗大。一般再进行完全退火或正火处理
45钢退火的显微组织（500×）
45钢正火的显微组织（500×）
二、正火的应用 1．消除缺陷组织 2．作为最终热处理 3．改善切削加工性能 三、退火与正火的选用原则
1．从切削加工性上考虑
2．从使用性能上考虑
钢的几种热处理工艺与合适加工硬度范围的关系
3．从经济性上考虑 正火生产周期短，设备利用率高，工艺操作简单，比较经济。在条件允许 的情况下，应尽量选择正火。
金属固态相变整理
一、名词解释1.平衡相变：是指在缓慢加热或冷却时所发生的能获得符合平衡状态图的平衡组织的相变。
2.扩散：相邻原子相对移动距离超过一个原子间距，相邻原子的相对位置发生改变。
3.均匀形核：晶核在母相中无择优地任意均匀分布4.非均匀形核：晶核在母相中某些区域择优地不均匀分布5.惯习面：新相往往在母相一定的晶面上开始形成，这个晶面为惯习面6.共格界面：界面上的原子所占据的位置恰好是两相点阵共有的位置时，两相在界面上的原子可以一对一的相互匹配。
7.球化退火：使片状渗碳体球状化，获得球状p的热处理工艺。
8.派敦处理：使高碳钢获得细珠光体（索氏体）组织，再经过深度冷拔而获得高强度钢丝。
9.魏氏组织：工业上将具有片（针）状铁素体或渗碳体加珠光体的组织（消除：细化晶粒的正火、退火以及锻造）10.伪共析转变：过冷奥氏体将全部转变为珠光体型组织，但合金的成分并非共析成分，并且其中铁素体和渗碳体的相对含量也与共析成分珠光体不同，随奥氏体的碳含量变化而变化。
11.切变共格界面：Ms的形成是以切变方式进行的，且Ms和r之间的界面上的原子是共有的。
这种界面。
12.冷处理：若Ms点在室温以上，Mf点在室温以下，则淬火到室温时将保留相当残余r。
若继续冷却至室温以下，则残余r转变为M。
13.相变诱发塑性：金属及合金在相变过程中塑性增加，往往在低于母相屈服强度时即可发生塑性变形。
14.二次淬火：回火加热、保温过程中不发生分解，冷却时残余奥氏体转变为马氏体的现象。
15.回火抗力（抗回火性）：合金元素这种阻碍α相中碳含量降低和碳化物颗粒长大而使钢件保持高硬度、高强度的性质。
16.二次硬化：当马氏体中含有足够量的碳化物形成元素时，在500℃以上回火时将会析出细小的特殊碳化物，导致因回火温度升高，θ-碳化物粗化而软化的钢再度硬化。
17.回火脆性：随回火温度升高，冲击韧性反而下降的现象。
18.脱溶（沉淀）：从过饱和固溶体中析出第二相（沉淀相）或形成溶质原子聚集区以及亚稳定过渡相的过程，是一种扩散型相变。
钢的热处理原理及工艺
6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C
C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化
钢的淬火和回火
对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+ （30-50）℃。共析钢淬火后的组织为马氏体 和少量残余奥氏体。过共析钢由于淬火前经过 球化退火，因而淬火后组织为细马氏体加颗粒 状的渗碳体和少量残余奥氏体，如下图所示。 分散分布的颗粒状渗碳体对提高钢的硬度和耐 磨性有利。如果将过共析钢加热到Accm以上， 则由于奥氏体晶粒粗大，含碳量提高，使淬火 后马氏体晶粒也粗大，且残余奥氏体量增多， 这将使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开 裂倾向增加。
淬透性的应用
力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢 的淬透性又直接影响其热处理后的力学性能。 因此，在选材时，必须对钢的淬透性有充分的 了解。
图为两种淬透性不同的钢制成相同的轴经调质处理后， 其力学性能的比较。高淬透性的钢的整个截面都是回火索 氏体组织，力学性能均匀，强度高，韧性好。低淬透性钢 的心部组织为片状索氏体加铁素体，韧性差。
淬火方法
采用适当的淬火 方法可以弥补冷 却介质的不足， 常用的淬火方法 如图所示。
1）单介质淬火方法
将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬 火方法。如水淬和油淬都属于这种方法。该方 法操作简单，易实现机械化，应用较广。
2）双介质淬火
是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中 冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却 能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。常 用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷 却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不 易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形 状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。
温 度
Ac3
Ar1
时间
3. 控制马氏体组织形态的热处理
低碳马氏体淬火 中碳钢高温淬火 高碳钢低温短时加热淬火 低碳合金钢复合组织淬火
热处理部分析题及答案
热处理部分析题及答案一、名词解释1.热处理：热处理是将钢在固态下加热到预定的温度，并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺。
2.奥氏体化：钢加热获得奥氏体的转变过程3.起始晶粒度：奥氏体形成刚结束，其晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小。
4.本质晶粒度：根据标准试验方法(YB27—64)，经930℃±10℃，保温3~8 小时后测得奥氏体晶粒大小。
5.实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下所获得的奥氏体晶粒大小。
6.过冷奥氏体：在临界转变温度以下存在但不稳定，将要发生转变的奥氏体。
7.退火：将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，保温以后缓慢冷却（一般随炉冷却）以获得接近平衡状态是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
组织的一种热处理工艺。
8.完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
9.不完全退火：将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。
10.扩散退火：将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温的热处理工艺。
11.正火：将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。
12.淬火：将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于临界冷却速度Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
13.钢的淬透性：指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度来表示。
14.回火：淬火后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。
15.化学热处理：是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要求的热处理过程。
金属工艺学电子教学教案——第四章 钢的热处理02(高教版 王英杰主编)
第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。
2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。
教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦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。
♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。
♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。
马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。
马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。
一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。
(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。
3以上30℃～50℃。
共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。
3．淬火方法(1)单液淬火。
♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。
例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。
单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。
(2)双液淬火。
♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。
例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。
双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。
(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。
马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。
热处理基础知识
热处理基础知识热处理基础知识热处理的原理热处理就是通过将⼯件放于⼀定的⽓氛中进⾏适当的加热、保温及冷却，以改变⼯件的性能的过程。
热处理术语整体热处理：把⾦属或⼯件进⾏穿透加热的热处理⼯艺。
本车间使⽤的热处理⼯艺均为整体热处理，包括：渗碳、淬（回）⽕、调质、正⽕、渗碳直接淬⽕等。
局部热处理：仅对⼯件的某个部件或⼏个部位进⾏热处理的⼯艺，常⽤的有⾼频淬⽕、激光表⾯处理等。
化学热处理：把⾦属材料或⼯件放在适当的活性介质中加热、保持，使⼀种或⼏种化学元素渗⼊其表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理⼯艺，渗碳是其中的⼀种。
可控⽓氛热处理：为达到⽆氧化、⽆脱碳、按要求增碳的⽬的，在成分可以控制的炉⽓中进⾏加热和冷却的热处理⼯艺。
本车间⽤的UBE渗碳⾃动⽣产线就是可控⽓氛热处理的⼀种。
真空热处理：在⼀定的真空度的加热炉中，可实现⼯件⽆氧化的热处理⼯艺。
热处理术语滴注式⽓氛：把含碳有机液体（⼀般⽤甲醇）定量滴⼊加热到⼀定温度（700℃以上）、密封良好的炉内，在炉内裂解形成的⽓氛。
甲醇裂解⽓可以⽤作渗碳载⽓、添加丙酮、异丙醇、煤油等可提⾼碳势，作为渗碳⽓氛。
淬⽕冷却介质：⼯件冷却淬⽕时使⽤的介质。
常⽤的有⽔，盐、碱、有机聚合物⽔溶液。
油、熔盐、流态床、空⽓、氢⽓、氮⽓和惰性⽓体等。
淬透性：以在规定条件下淬⽕所能达到的硬度分布表征的材料特性。
淬硬性：以钢在理想条件下所能达到的最⾼硬度表征的材料特性。
端淬试验：将标准端淬试样（φ25x100mm）奥⽒体化后，在专⽤的试验机上对其下端平⾯喷⽔冷却，然后沿试样圆柱表⾯轴向磨平带上测出硬度和⽔冷端距离的关系曲线。
此曲线被称为端淬曲线。
该试验⽅法被称做端淬试验，通过端淬试验可以⼤致确定⾦属材料的淬透性。
热处理术语奥⽒体化：将钢铁加热到Ac3或Ac1以上，使原始组织全部或部分转变为奥⽒体的⼯艺等温转变：钢和铸铁奥⽒体化后，冷却到Ar1或Ar3以下温度保持时的过冷奥⽒体发⽣的转变。
第七章 钢的回火转变
等轴F的形成
①再结晶；②晶粒长大的结果
淬火内应力的消除—第一、第二、第三类内应力
高碳钢中回火马氏体与下贝氏体的区别
从显微组织的形态和分布来看，下贝氏体与高碳钢回火马氏体很相似， 都是暗黑色针状，各个针状物之间都有一定的交角，而它们的区别是 ：
1）高碳钢的回火马氏体表面浮凸呈N字形，下贝氏体的表面浮凸是不平行 的，相交成“v”形或“Λ”形； 2）高碳钢回火马氏体中存在位错与孪晶，下贝氏体中铁素体也有位错缠结 存在，但没有孪晶结构存在； 3）下贝氏体中碳化物的分布与高碳钢回火马氏体中碳化物的分布明显不 同，前者沿着与贝氏体长轴呈50~60倾斜的直线规律排列，与相间析出相 似，而后者在相中均匀分布； 4）在高碳钢中回火马氏体的韧性低于同强度下贝氏体的韧性。
2.合金元素对AR转变的影响 1）ARB、 ARP 、AR M 二次淬火—当AR在B和P之间的A稳定区域保持，AR不发生分解，在随后冷 却转变为M。 2）回火时的二次淬火和稳定化、催化现象 催化—回火时二次淬火的Ms’Ms产生的二次M的量较多 稳定化—回火时二次淬火的Ms’Ms 产生的二次M的量较少 二次淬火M 脆性--必须再进行回火 3.合金元素对碳化物聚集长大的影响 合金碳化物的聚集长大：小颗粒碳化物的溶解，碳和合金元素扩散到大颗粒
Fe5C2 单斜晶系 /-碳化物与-碳化物的惯习面不同 -碳化物不是由/-碳化物转变而来
单独形核并长大 离位析出 -碳化物 {112} 从-碳化物直接转变而来—就地形核（原位析出）
{110} 重新形核长大 变化趋势：由具有一定饱和度的相与其有共格联系的-碳化物的混合组织， 转变为相与其无共格联系的-碳化物的混合组织。 转变后的组织—回火屈氏体 注：①在碳浓度＜0.4%的马氏体回火时， 不形成-碳化物； ②在碳浓度＜0.2%的马氏体回火时， 不析出-碳化物，而是直接形成-碳 化物。