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1、,本章提要 1、学习目的和要求 通过本章的学习，熟悉钢在热处理过程中的组织转变产物的形态和性能；掌握退火、淬火、正火及热处理的工艺特点及应用；了解常见热处理缺陷、产生原因及预防措施；了解钢的热处理新技术。,本章提要 2、课程内容 （1）钢在加热时的组织转变（奥氏体的形成，奥氏体的晶粒度，晶粒大小及控制）； （2）钢在冷却时的组织转变（过冷奥氏体等温转变曲线，珠光体型转变，贝氏体型转变，马氏体型转变，过冷奥氏体连续转变曲线）； （3）钢的退火与正火（目的，工艺方法及应用）；,本章提要 （4）钢的淬火（淬火的目的，淬火温度，淬火介质，淬火方法，淬透性）； （5）钢的回火（回火的目的，回火的组织与性
2、能变化，回火的种类及应用）； （6）钢的表面淬火和化学热处理（表面淬火的基本原理及应用，感应加热淬火，火焰加热表面淬火，渗碳，氮化，氰化）；,第一节 钢在加热时的组织转变 第二节 钢在冷却时的组织转变 第三节 钢的退火和正火 第四节 钢的淬火 第五节 钢的回火 第六节 钢的表面热处理,钢的热处理是通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改变其 内部组织结构，以获得所需性能的一种加工工艺。 热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处 理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的 显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。 其特点是改善工件的内
3、在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。,热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和 冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。,热处理工艺曲线,钢的热处理在生产上应用的种类很多，按加热和冷却方式的不同，大 致上可分为如下几种：,第一节 钢在加热时的组织转变 一、钢的临界温度 加热是热处理的第一道工序。在临界点以上加热，目的是获得均匀 的奥氏体组织，称奥氏体化。,第一节 钢在加热时的组织转变 二、奥氏体的形成 奥氏体形成的基本过程,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 1.奥氏体晶粒度的概念 起始晶粒度：珠光体刚刚转变成 奥氏体的晶粒大小。 实际晶粒度：某一具体
4、加热条件 下所获得的奥氏体晶粒的大小。 本质晶粒度：根据标准试验方 法，在930+10, 保温3-8h,缓 冷,后测得的奥氏体晶粒大小。,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 1.奥氏体晶粒度的概念,第一节 钢在加热时的组织转变 三、奥氏体晶粒大小及控其制 2.影响奥氏体晶粒大小的因素 加热温度：加热温度愈高，晶粒长大速度越快，奥氏体晶粒也越粗大。 保温时间：随保温时间的延长，晶粒不断长大，但随保温时间的延长， 晶粒长大速度越来越慢，且不会无限制地长大下去。 加热速度：加热速度越快，过热度越大，形核率越高，晶粒越细。 钢的化学成分：阻碍奥氏体晶粒长大的元素有Ti、V、Nb、
5、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等。,第二节 钢在冷却时的组织转变 钢在热处理时的冷却方式 过冷奥氏体的转变方式有等温冷却转变和连续冷却转变两种。,加热,保温,等温冷却,连续冷却,温度,时间,临界温度,第二节 钢在冷却时的组织转变 一、过冷奥氏体的等温转变（奥氏体等转变图） C 曲线的建立,第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 1.珠光体型转变 铁素体与渗碳体片层相间，根据片层间距的不同分为： a)A1650：P，525HRC，片间距为0.60.7m，( 500 )。 b)650 600：
6、细片状P-索氏体(S)，片间距为0.20.4m，2536HRC。 c)600 550：极细片状P-托氏体(T)，片间距为0.2m，3540HRC。,a) b) c),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 2.贝氏体型转变 半扩散相变（C）550Ms，根据其组织形态不同，分为： a)550 350：上贝氏体，过饱和片状F渗碳体，性脆无实用价值 b)350Ms ：下贝氏体，过饱和针状F弥散-Fe2.4C，综合性能好,a),b),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （1）马氏体的形成：非扩散相变，Ms以下, AM,第二节 钢
7、在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （2）马氏体的组织形态：非扩散相变，Ms以下, AM a)低碳(1.0%)马氏体：针片状_硬而脆,a),b),第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 3.马氏体型转变 （3）马氏体转变的特点： a)非扩散型转变( Fe、C原子均不扩散 ) b)转变速度极快，即瞬间形核与长大 c)转变不完全性，总要残留少量奥氏体 d)在一个温度范围内连续冷却完成 e)马氏体比体积较大，奥氏体转变为马 氏体会引起体积膨胀，产生很大内应力。,第二节 钢在冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体等温转变的组织和性能 4.马氏体
8、的性能 高硬度是马氏体性能的主要特点。马氏体的硬度主要取决于其含碳 量。含碳量增加，其硬度增加。当含碳量大于0.6%时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。马氏体强化的主要原因是过饱和碳 引起的固溶强化。此外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。马 氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状马氏体脆性大，板 条马氏体具有较好的塑性和韧性.,第二节 钢在冷却时的组织转变 三、影响等温转变图的因素 1.碳的质量分数 a)影响C曲线的形状（产物）,第二节 钢在冷却时的组织转变 三、影响等温转变图的因素 1.碳的质量分数 a)影响C曲线的位置（稳定性）,第二节 钢在冷却时的组织转变
9、 三、影响等温转变图的因素 2.合金元素 除Co、Al (2.5% ) 外,所有合金元素溶入 奥氏体中,都可增加过冷奥氏体的稳定性，使等 温转变图右移。其中非碳化物形成元素或弱碳化 物形成元素只改变等温转变图的位置，不改变形 状，而碳化物形成元素不仅使等温转变图的位置 发生变化，还改变等温转变图的形状。 3.加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越长，TTT曲 线向右移。,第二节 钢在冷却时的组织转变 四、过冷奥氏体的连续冷却曲线 1.过冷奥氏体的连续冷却转变图和等温转变图的比较,与过冷奥氏体等温转变图相比 a)孕育期不同 b)过冷度不同 c)转变产物不同,第二节 钢在冷却时的组织转变 四
10、、过冷奥氏体的连续冷却曲线 2.过冷奥氏体的连续冷却转变图的应用,第二节 钢在冷却时的组织转变 四、过冷奥氏体的连续冷却曲线 2.过冷奥氏体的连续冷却转变图的应用,本章练习1 1、将5mm的T8钢加热至760并保温足够时间，问采用什么样的冷却工艺可得到如下组织：珠光体，索氏体，屈氏体，上贝氏体，下贝氏体，屈氏体+马氏体，马氏体+少量残余奥氏体，托氏体+马氏体+下贝氏体+残留奥氏体；在C曲线上描出工艺曲线示意图。 2、比较45钢经不同热处理后硬度值的高低，并说明原因 （1）45钢加热到700后，投入水中快冷 （2）45钢加热到750 后，投入水中快冷 （3）45钢加热到840 后，投入水中快冷
11、3、比较T12钢经不同热处理后硬度值的高低，并说明原因 （1）T12钢加热到700后，投入水中快冷 （2）T12钢加热到750 后，投入水中快冷 （3）T12钢加热到840 后，投入水中快冷,本章练习1 4、过共析钢的等温转变图（C曲线）如右图所示，试指出图中各点位置所对应的组织。,本章练习1 5、两块碳的质量分数均为Wc=0.77的钢片加热至727以上，分别以不同方式冷却，钢片的冷却曲线及该种钢材的奥氏体等温转变图如图所示。试问图中、点各是什么组织?定性地比较、点组织的硬度大小。,本章练习1 6、有甲、乙两种钢，同时加热至 1150 ，保温两小时，经金相显微组织检查，甲钢奥氏体晶粒度为 3
12、级，乙钢为 6 级。由此能否得出结论：甲钢是本质粗晶粒钢，而乙钢是本质细晶粒钢？,本章练习1 7、分析冷却后的室温组织,机械零件的一般加工工艺为： 毛坯（铸、锻）预备热处理机加工最终热处理。,退火与正火主要用于 预备热处理，只有当 工件性能要求不高时 才作为最终热处理。,第三节 钢的退火和正火,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 定义：把零件加温到某一温度,保温一段时间,然后随炉冷却。 目的：消除应力；调整硬度；细化晶粒；均匀成分；为最终热处理作好 组织准备。,真空退火炉,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火,重结晶 退 火,低温 退火,完全退火,扩散退火,球化退火,再结晶退火,去应力退火,
13、普通退火,等温退火,普通球化 退 火,等温球化 退 火,退火,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 完全退火：Ac3+3050，缓冷，得到 F+P；主要适用于c=0.3 0.6%的中 碳钢及中碳合金钢的铸件、锻件、轧制 件及焊接件 等温退火：亚共析钢，Ac3+3050， 共析、过共析钢，Ac1+2040，保温 后快冷到略低于Ar1的温度停留，待相 变完成后出炉空冷；适用于高碳钢、中 碳合金钢、经渗碳处理后的低碳合金钢 的大型铸、锻件以及冲压件,钢的退火加热温度范围,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 等温退火,高速钢等温退火与普通退火的比较,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 球化退火：过
14、共析钢，Ac1+1020， 使片状碳化物成为球状；适用于共析和 过共析成分的碳钢和合金钢锻、轧件。,钢的退火加热温度范围,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 扩散退火（均匀化退火） 铸锭或铸件在凝固过程中不可避免的要产生枝晶偏析等化学成分不均匀 现象，为达到化学成分的均匀化，必须对其进行扩散退火。 特点：加热温度高(一般在Ac3或Acm以上150200)，保温时间长(10h以上) 去应力退火 用来消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工 件的尺寸稳定性，防止变形和开裂。 特点：工件随炉缓慢加热至Ac1-(100 200 )，经一段时间保温后随炉缓慢冷却至300 200 以下
15、出炉。,第三节 钢的退火和正火 一、钢的退火 再结晶退火 冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒 重新转变为均匀的等轴晶粒。 目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形性能。 特点：加热温度通常比理论再结晶温度高100 150 ，通常在去应力退 火温度之上。,第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火 正火是将亚共析钢加热到Ac3+3080，共析钢加热Ac1+3080， 过共析钢加热到Accm+3080，保温后空冷的工艺。 与退火相比，冷却的速度稍快，得到的组织较细小，所以强度、硬 度比退火的高。,45钢退火、正火状态的力学性能比较,第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火
16、 正火的目的 (1) 改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性； (2) 作为普通结构零件或大型及形状复杂零 件的最终热处理； (3) 作为中碳和低合金结构钢重要零件的预 备热处理； (4) 消除过共析钢中的网状二次渗碳体 正火后的组织 S (Wc=0.61.4%)， S+F (Wc0.6%),第三节 钢的退火和正火 二、钢的正火 正火与退火的选择 （1）从切削加工性考虑：作为预备热处理，低碳钢正火优于退火，而高 碳钢正火后硬度太高，必须采用退火 （2）从使用性能考虑：对于亚共析钢工件来说，正火比退火具有较好的 力学性能。如果零件的性能要求不高，则可用正火作为最终热处理。但当 零件形状复杂时，由于正火冷却速度快，有引起开裂的危险，则以采用退 火为宜 （3）从经济上考虑：正火比退火的
