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1、碳素钢的热处理1 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录第五讲第五讲 碳素钢的热处理碳素钢的热处理5-1 5-1 钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热及冷却时的组织转变5-2 5-2 钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的热处理工艺钢的热处理工艺 2学习指导学习指导 学习重点：学习重点：学习重点：学习重点： 知道钢在加热和冷却时的组织如何进行相互转变的知道钢在加热和冷却时的组织如何进行相互转变的（即热处理原理），钢在淬火后的回火组织转变原理；知道退（即热处理原理），钢在淬火后的回火组织转变原理
2、；知道退火、正火、淬火与回火等热处理办法的基本概念和基本工艺。火、正火、淬火与回火等热处理办法的基本概念和基本工艺。 学习难点：学习难点：学习难点：学习难点： 钢在加热和冷却时的组织转变以及淬火后的回火组织钢在加热和冷却时的组织转变以及淬火后的回火组织转变的原理；转变的原理； 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录35-15-1 钢在加热及冷却时的组织转变钢在加热及冷却时的组织转变 一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷
3、却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 三、钢在回火时的转变三、钢在回火时的转变三、钢在回火时的转变三、钢在回火时的转变 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录4 概念概念通过通过钢在固态下钢在固态下加热加热加热加热、保温保温保温保温和和冷却冷却冷却冷却这一过程，改变这一过程，改变其组织形态，从而获得所需要的性能其组织形态，从而获得所需要的性能的工艺被称为的工艺被称为“钢的热处钢的热处理理”。 通过热处理可以充分发挥钢材的潜力，提高和改善钢的性通过热处理可以充分发挥钢材的潜力，提高和改善钢的性能，降低工件的重量，节约材料，降低成本，延长
4、钢材的使用能，降低工件的重量，节约材料，降低成本，延长钢材的使用寿命寿命。 钢的热处理分为：钢的热处理分为：钢的热处理分为：钢的热处理分为：退火、正火、淬火、回火（普通热处理）退火、正火、淬火、回火（普通热处理）退火、正火、淬火、回火（普通热处理）退火、正火、淬火、回火（普通热处理）和表面热处理五种基本方法。和表面热处理五种基本方法。和表面热处理五种基本方法。和表面热处理五种基本方法。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录5一、钢一、钢在加热时在加热时的组织转变的组织转变 1、共析钢的奥氏体化、共析钢的奥氏体化 2、奥氏体晶粒的长大及
5、其控制、奥氏体晶粒的长大及其控制 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录61、共析钢的奥氏体化、共析钢的奥氏体化 碳碳素素钢钢在在室室温温条条件件下下组组织织基基本本上上是是由由“铁铁素素体体+ +渗渗碳碳体体”两两个个相相所所组组成成，只只有有在在奥奥氏氏体体组组织织状状态态下下才才能能通通过过不不同同的的冷冷却却方方式式使钢转变成不同的组织，进而获得使钢转变成不同的组织，进而获得不同的力学性能不同的力学性能。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录珠光体珠光体 = 铁素体铁素
6、体+ 渗碳体渗碳体奥氏体奥氏体7共析碳钢的奥氏体化共析碳钢的奥氏体化“形核与核的长大形核与核的长大” 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录奥氏体的形成奥氏体的形成12348 奥奥氏氏体体形形核核钢钢在在加加热热到到 A1 时时，奥奥氏氏体体晶晶核核优优先先在在铁铁素素体和渗碳体的相界面上形成，因为此处能量较高。体和渗碳体的相界面上形成，因为此处能量较高。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回上页回上页回上页回上页奥氏体晶核形成奥氏体晶核形成9 奥奥氏氏体体晶晶核核长长大大奥奥氏氏体体形形核核后后的
7、的长长大大是是新新相相奥奥氏氏体体的的相相界界面面同同时时向向铁铁素素体体和和渗渗碳碳体体两两个个方方向向同同时时推推移移的的过过程程；同同时时存存在铁素体晶格改变成奥氏体晶格和渗碳体的溶解在铁素体晶格改变成奥氏体晶格和渗碳体的溶解。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回上页回上页回上页回上页奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大10 残残余余渗渗碳碳体体的的溶溶解解渗渗碳碳体体晶晶格格较较复复杂杂，其其溶溶解解速速度度小小于于铁铁素素体体晶晶格格向向奥奥氏氏体体晶晶格格的的转转变变；在在铁铁素素体体全全部部消消失失后后，仍仍需需一段时间才能完成渗碳体的全部溶解一段
8、时间才能完成渗碳体的全部溶解。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回上页回上页回上页回上页未溶解的渗碳体未溶解的渗碳体11 奥奥氏氏体体成成分分均均匀匀化化继继续续延延长长保保温温时时间间，通通过过碳碳原原子子的的扩扩散散能能得得到到化化学学成成分分均均匀匀的的奥奥氏氏体体组组织织，为为冷冷却却后后得得到到良良好好的的组组织状态打下基础织状态打下基础。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回上页回上页回上页回上页奥氏体晶粒奥氏体晶粒122、奥氏体晶粒的长大及控制奥氏体晶粒的长大及控制 奥奥氏氏体体晶晶粒粒的的长长大大奥奥
9、氏氏体体刚刚刚刚完完成成转转变变时时的的晶晶粒粒是是细细小小的的晶晶粒粒，称称为为“奥奥氏氏体体原原始始晶晶粒粒度度”。随随时时间间的的延延长长和和温温度度的的升升高高，大大晶晶粒粒将将小小晶晶粒粒“吞吞并并”，以以获获取取更更小小的的晶晶界界表表面面积积使晶界表面能降低，奥氏体组织处于更加稳定的状态。使晶界表面能降低，奥氏体组织处于更加稳定的状态。 在在某某一一个个加加热热条条件件下下实实际际获获得得的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒称称为为“奥奥氏氏体体实实际晶粒度际晶粒度”。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录13 奥奥氏氏体体晶晶粒粒
10、度度奥奥氏氏体体晶晶粒粒的的大大小小采采用用晶晶粒粒度度表表示示。按按GB639486规规定定，标标准准晶晶粒粒度度分分为为 10 级级。其其中中14级级称称为为粗粗晶粒，晶粒，58级称为细晶粒，级称为细晶粒，9级以上称为超细晶粒。级以上称为超细晶粒。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录1 级级3 级级2 级级5 级级4 级级7 级级6 级级8 级级14 奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响 奥奥氏氏体体晶晶粒粒细细小小时时，冷冷却却转转变变物物组组织织也也细细小小，其其强强度度、塑塑性性
11、和和韧韧性性都都比比较较高高，冷冷脆脆性性转转变变温温度度较较低低；奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大时时，冷冷却却后后转转变变产产物物组组织织也也粗粗大大，钢钢的的力力学学性性能能下下降降，淬淬火火时时易易变变形形，甚至开裂。甚至开裂。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录1 级级7 级级15 奥氏体晶粒度的控制奥氏体晶粒度的控制 a 冶冶炼炼。冶冶炼炼时时添添加加铌铌（NbNb）、钒钒（V V）、钛钛（TiTi）、锆锆（ZrZr）等化学元素；）等化学元素； b b 加加热热时时间间和和加加热热温温度度。加加热热温温度度越越高高、加加热热
12、时时间间越越长长奥奥氏氏体晶粒越大；体晶粒越大； c c 加加热热速速度度。加加热热温温度度一一定定时时，加加热热速速度度越越快快，过过热热度度越越大大，奥奥氏氏体体形形核核率率越越高高，起起始始晶晶粒粒越越小小；同同时时加加热热速速度度快快，晶晶粒粒也也来来不及长大。不及长大。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录16二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 1、过冷奥氏体的等温转变、过冷奥氏体的等温转变 2、马氏体转变、马氏体转变 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回
13、目录17 钢钢经经过过加加热热获获得得奥奥氏氏体体组组织织后后，在在不不同同的的冷冷却却条条件件下下进进行冷却行冷却，可使钢获得不同的力学性能。，可使钢获得不同的力学性能。 在在热热处处理理工工艺艺中中常常采采用用等等温温冷冷却却和和连连续续冷冷却却两两种种冷冷却却方式。方式。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录18 等温冷却等温冷却等温冷却等温冷却将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的某将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的某一个温度保温，进行等温转变，然后再冷却到室温一个温度保温，进行等温转变，然后再冷却到室温。 等温淬火等温淬
14、火、等温退火属于此类情况。、等温退火属于此类情况。临界点临界点时间时间温度温度加热加热保温保温冷却冷却 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录19 连续冷却连续冷却连续冷却连续冷却奥氏体奥氏体化的化的钢随时间钢随时间增加增加T，温度下降，温度下降t，普，普通淬火、正火、退火等工艺中的冷却属于此种冷却。通淬火、正火、退火等工艺中的冷却属于此种冷却。临界点临界点时间时间温度温度加热加热保温保温冷却冷却 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录20 过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏
15、体奥氏体奥氏体在在临界点临界点 A1以下是不稳定的，必以下是不稳定的，必定要发生变化，但并不是一冷定要发生变化，但并不是一冷到到 A1 温度温度以下时就立刻发生转以下时就立刻发生转变，在转变前需要停留一定的时间，这段时间称为孕育期。变，在转变前需要停留一定的时间，这段时间称为孕育期。 在在 A1 温度温度以下暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称以下暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为为过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体。 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录临界点临界点A1时间时间温度温度加热加热保温保温冷却冷却过冷奥氏体过冷
16、奥氏体21 过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变过冷奥氏体的等温转变将将高温奥氏体迅速冷却到低于高温奥氏体迅速冷却到低于A1 的的某一个温度，保持恒温，让过冷奥氏体在此温度完成其转变某一个温度，保持恒温，让过冷奥氏体在此温度完成其转变的的过程过程。临界点临界点A1时间时间温度温度加热加热保温保温冷却冷却过冷奥氏体过冷奥氏体等温转变等温转变 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录22 等温转变曲线建立和分析等温转变曲线建立和分析 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录视频演示视频演示视频演示视频演示23等温转变曲线的五条线示意图等温转变曲线的五条线示意图 首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院首钢技师学院回主页回主页回主页回主页回目录回目录回目录回目录A A1 1线线转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线马氏体转变开始线马氏体转变开始线马氏体转变终了线马氏体转变终了线24等温转变曲线的六个区示意图等温转变曲线的六个区示意图 首钢技师学院首钢技师学院首
