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1、工程材料工程材料材料科学与工程学院材料科学与工程学院Engineering Materials第六章第六章钢的热处理钢的热处理钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业中的比例达到在机械制造业中的比例达到90%90%左右，在汽车制左右，在汽车制造业中的比例达到造业中的比例达到70%70%，在其他制造业中也是最，在其他制造业中也是最重要的材料之一。重要的材料之一。第六章钢的热处理第六章钢的热处理 改善钢铁材料性能的途径：改善钢铁材料性能的途径：合金化合金化通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获
2、得优良的性能。得优良的性能。热处理热处理将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得优良的性能。部组织和结构，从而获得优良的性能。可以这么认为：可以这么认为： 合金化：改变原子种类合金化：改变原子种类 热处理：改变原子排布方式热处理：改变原子排布方式（引入固溶体或金属化合物）（引入固溶体或金属化合物）（通常得到非平衡组织，除退火外）（通常得到非平衡组织，除退火外）一、热处理的定义一、热处理的定义 热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构
3、，从而获得所需性能的一种工艺过程。组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。6.16.1热处理的基本概念热处理的基本概念时间时间温温度度加热加热保温保温冷却冷却临界温度临界温度热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图二、热处理的三大要素二、热处理的三大要素加热加热目的是获得均匀细小的奥氏体组织。目的是获得均匀细小的奥氏体组织。保温保温目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。冷却冷却目的是使奥氏体转变为不同的组织。目的是使奥氏体转变为不同的组织。热处理后的组织：热处理后的组织：加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将加热、保温后的奥氏
4、体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。热处理的特点：热处理的特点：热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢的性能。的性能。重要结论：重要结论：材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷却过程中是否发生组织和结构的变化。却过程中是否发生组织和结构的变化。6.16.1热处理的基本概念热处理的基本概念普通热处理普通热处理退火：炉冷退火：炉冷表面淬火表面淬
5、火热处理工艺热处理工艺化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理其他热处理其他热处理控制气氛热处理控制气氛热处理真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理三、热处理的类型三、热处理的类型1 1、按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类、按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类正火：空冷正火：空冷淬火：油、水淬火：油、水回火回火感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火渗碳渗碳渗氮（氮化）渗氮（氮化）碳氮共渗碳氮共渗6.16.1热处理的基本概念热处理的基本概念感应加热感应加热渗碳渗碳火焰火焰火焰火焰加热加热加热加热2 2、按热处理在工件生产过
6、程中的位置和作用不同分类、按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类预备热处理：预备热处理：为随后的加工或热处理作准备为随后的加工或热处理作准备热处理工艺热处理工艺最终热处理：最终热处理：赋予工件所需的性能赋予工件所需的性能毛坯毛坯（锻件）（锻件）预备热处理预备热处理（退火、正火）（退火、正火）机加工机加工（车削）（车削）最终热处理最终热处理（淬火、回火）（淬火、回火）精加工精加工（磨削）（磨削）6.16.1热处理的基本概念热处理的基本概念A1A3AcmAc1Ar1Ac3Ar3ArcmAccm四、钢的临界转变温度四、钢的临界转变温度钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要
7、钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要依据，由铁碳合金相图确定。依据，由铁碳合金相图确定。6.16.1热处理的基本概念热处理的基本概念wc（%）温温度度SPGEQFeFeFeFe3 3C C相图的共析转变部分相图的共析转变部分重要结论：重要结论：钢的实际临界转变温度钢的实际临界转变温度总是滞后于理论临界转变总是滞后于理论临界转变温度，即加热时需要过热，温度，即加热时需要过热，冷却时需要过冷。冷却时需要过冷。 两种加热方式：两种加热方式：第一种加热过程，目的是使钢从室温组织（如珠光体）转变为奥氏体，第一种加热过程，目的是使钢从室温组织（如珠光体）转变为奥氏体，即获得奥氏体组
8、织。该过程称为钢的奥氏体化。即获得奥氏体组织。该过程称为钢的奥氏体化。一、奥氏体的形成过程（奥氏体化）一、奥氏体的形成过程（奥氏体化）共析钢：共析钢：共析钢奥氏体的形成是一个形核和长大的过程，是渗碳体（共析钢奥氏体的形成是一个形核和长大的过程，是渗碳体（FeFe3 3C C）溶）溶解、铁素体（解、铁素体（F F）向奥氏体（）向奥氏体（A A）的晶格改组，以及碳（）的晶格改组，以及碳（C C）在奥氏体中扩）在奥氏体中扩散的过程。散的过程。6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变加热加热在临界温度在临界温度A Ac1c1以上的加热以上的加热发生相变发生相变在临界温度在临界温度A Ac1c1以下
9、的加热以下的加热不发生相变不发生相变共析钢奥氏体化的四个基本过程：共析钢奥氏体化的四个基本过程：奥氏体的形核奥氏体的形核奥氏体的长大奥氏体的长大残余残余FeFe3 3C C的溶解的溶解奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化珠光体向奥氏体转变的过程珠光体向奥氏体转变的过程6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变珠光体向奥氏体转变的过程珠光体向奥氏体转变的过程6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变l亚共析钢和过共析钢亚共析钢和过共析钢: : 奥氏体化过程与共析钢奥氏体化过程与共析钢基本相同。但由于先共析基本相同。但由于先共析 或或二二次次Fe3CFe3C的存在，要获得全部的存在，要获得全部
10、奥氏体组织，必须相应加热到奥氏体组织，必须相应加热到Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上. .（1 1）奥氏体的形核）奥氏体的形核A A晶核优先在晶核优先在F/FeF/Fe3 3C C相界处形成。相界处形成。原因：原因：能量起伏能量起伏相界处晶格畸变较大，能量较高，有利于获得相界处晶格畸变较大，能量较高，有利于获得A A形核所形核所需的能量要求。需的能量要求。结构起伏结构起伏相界处晶格畸变较大，原子排列不规则，有利于获得奥相界处晶格畸变较大，原子排列不规则，有利于获得奥氏体的氏体的fccfcc结构要求。结构要求。成分起伏成分起伏相界处碳浓度相差较大，有利于获得相界处碳浓度相差较大，有利于获
11、得A A形核所需的碳浓形核所需的碳浓度要求。度要求。（2 2）奥氏体的长大）奥氏体的长大 A A晶核形成后，将通过晶核形成后，将通过FAFA转变和转变和FeFe3 3C C溶入溶入A A的过程不断长大。的过程不断长大。（3 3）残余）残余FeFe3 3C C的溶解的溶解 FeFe3 3C C的溶解落后于的溶解落后于FAFA转变，需要残余的转变，需要残余的FeFe3 3C C继续溶入继续溶入A A。（4 4）奥氏体成分的均匀化）奥氏体成分的均匀化残余的残余的FeFe3 3C C溶解结束后，溶解结束后，A A成分极不均匀，原成分极不均匀，原F F区域区域C%C%低，原低，原FeFe3 3C C区域
12、区域C%C%高。通过保温，使碳原子充分扩散，奥氏体成分最终均匀化。高。通过保温，使碳原子充分扩散，奥氏体成分最终均匀化。6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素二、奥氏体晶粒的长大及其影响因素奥氏体晶粒的大小关系到随后冷却的组织的粗细程度，对钢的性能有奥氏体晶粒的大小关系到随后冷却的组织的粗细程度，对钢的性能有着重大的影响。控制奥氏体晶粒度具有重要的意义。着重大的影响。控制奥氏体晶粒度具有重要的意义。6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变影响因素影响因素: :加热温度和保温时间加热温度和保温时间加热温度越高、保温时间越长，加热温度越高、保温时间越长，A
13、 A晶粒越粗大。其中，温度的影响尤晶粒越粗大。其中，温度的影响尤为显著。为显著。过热组织：过热组织：因加热温度过高而导致的粗大晶粒组织。因加热温度过高而导致的粗大晶粒组织。加热速度加热速度加热速度越快，加热速度越快，A A晶粒越细小。晶粒越细小。短时快速加热工艺：短时快速加热工艺：生产上获得超细晶粒的重要手段之一。生产上获得超细晶粒的重要手段之一。碳化物形成元素碳化物形成元素钢中有碳化物形成元素时，钢组织中存在的细小碳化物钢中有碳化物形成元素时，钢组织中存在的细小碳化物可阻碍晶粒的长大，从而使可阻碍晶粒的长大，从而使A A晶粒细化。晶粒细化。碳化物形成元素：碳化物形成元素：TiTi、V V、N
14、bNb、W W、MoMo、CrCr等。等。含有上述元素的钢均是本质细晶粒钢。含有上述元素的钢均是本质细晶粒钢。MnMn、P P等元素等元素促进促进A A晶粒长大，易产生过热组织。晶粒长大，易产生过热组织。6.26.2钢在加热时的转变钢在加热时的转变两种冷却方式：两种冷却方式：等温冷却等温冷却先将先将A A快速冷至临界温度以下某一温度，然后快速冷至临界温度以下某一温度，然后A A在该温度下完成组织转在该温度下完成组织转变，最后再冷却至室温。变，最后再冷却至室温。连续冷却连续冷却A A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。过冷奥氏体：过冷奥氏体：奥氏体被过
15、冷至临界温度以下即处于不稳定状态，即将发生分解（即奥氏体被过冷至临界温度以下即处于不稳定状态，即将发生分解（即奥氏体转变为其他组织转变）。这种状态的奥氏体称过冷奥氏体。奥氏体转变为其他组织转变）。这种状态的奥氏体称过冷奥氏体。加热加热保温保温连续冷却连续冷却时间时间温温度度临界温度临界温度等温冷却等温冷却6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程珠光体（珠光体（PearlitePearlite）, ,符号：符号：P P 加热后的奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在较高加热后的奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过
16、冷奥氏体在较高的温度下等温时，奥氏体将转变成珠光体。的温度下等温时，奥氏体将转变成珠光体。 典型的冷却方式：典型的冷却方式：炉冷（退火）炉冷（退火）珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。马氏体（马氏体（MartensiteMartensite），符号：），符号：M M 过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，奥氏体将转变成马氏体。过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，奥氏体将转变成马氏体。 典型的冷却方式：典型的冷却方式：水冷或油冷（淬火）水冷或油冷（淬火）马氏体具有很高的强度和硬度。马氏体具有很高的强度和硬度。贝氏体（贝氏体（BainiteBa
17、inite），符号：），符号：B B 过冷奥氏体在中等温度范围内等温时，奥氏体将转变成贝氏体。过冷奥氏体在中等温度范围内等温时，奥氏体将转变成贝氏体。贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变（一）珠光体转变（一）珠光体转变 珠光体在临界温度以下的较高温度范围（珠光体在临界温度以下的较高温度范围（A Ar1r1550550 C C）形成。）形成。1 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能 （1 1）珠光体的组织形态）珠光体的组织形态 片层状珠光体（简称片状珠光体）片层状珠光体（简称片状珠光体）片状
18、珠光体是相间排列成层片形态的铁素体与渗碳体的机械混合物。片状珠光体是相间排列成层片形态的铁素体与渗碳体的机械混合物。粒状珠光体（又称球状珠光体）粒状珠光体（又称球状珠光体） 粒状珠光体是颗粒状渗碳体分布在铁素体基体中的机械混合物。粒状珠光体是颗粒状渗碳体分布在铁素体基体中的机械混合物。（2 2）珠光体的性能）珠光体的性能珠光体的性能与组织的粗细程度密切相关：珠光体的性能与组织的粗细程度密切相关：片间距越小，片状珠光体片间距越小，片状珠光体的硬度和强度越大、塑性和韧性越好；渗碳体颗粒越细小，分布越弥散的硬度和强度越大、塑性和韧性越好；渗碳体颗粒越细小，分布越弥散均匀，粒状珠光体的硬度和强度越大。
19、均匀，粒状珠光体的硬度和强度越大。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变FFe3C片状珠光体片状珠光体粒（球）状珠光体粒（球）状珠光体6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变三维珠光体如同放在水中的包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜s0根据片间距根据片间距(s(s0 0) )，片状珠光体可分为：，片状珠光体可分为：珠光体（珠光体（P P）：）：s s0 00.600.601.01.0 m m，形成温度为，形成温度为A Ar1r1650650 C;C;索氏体（索氏体（S S）：s s0 00.250.250.30.3 m m，形成温度为，形成温度为650650600600 C;C;托
20、氏体（托氏体（T T）：）：s s0 00.100.100.150.15 m m，形成温度为，形成温度为600600550550 C C片状珠光体的片间距片状珠光体的片间距(s(s0 0) )与与其形成温度或冷却速度有关：其形成温度或冷却速度有关：l 形成温度越低，形成温度越低，s s0 0越小。越小。l 冷却速度越大，冷却速度越大，s s0 0越小。越小。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变FFFFFe3CFe3CFe3C片状珠光体的形态特征片状珠光体的形态特征Fe3C珠光体组织珠光体组织 金相显微镜索氏体组织索氏体组织 托氏体组织托氏体组织 2 2、珠光体的转变过程、珠光体的转变过
21、程 珠光体转变（即珠光体转变（即APAP转变）是一个形核和长大的过程，是碳原子重新转变）是一个形核和长大的过程，是碳原子重新分布和晶格重构的过程。分布和晶格重构的过程。 以共析钢片状珠光体的形成为例：以共析钢片状珠光体的形成为例：珠光体转变是典型的扩散型相变：珠光体转变是典型的扩散型相变：珠光体形成时，碳原子和铁原子均需进行长程扩散。珠光体形成时，碳原子和铁原子均需进行长程扩散。片层状珠光体的转变过程片层状珠光体的转变过程6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变奥氏体奥氏体珠光体转变珠光体转变（二）马氏体转变（二）马氏体转变 马氏体是碳马氏体是碳溶解在体心立方晶格的溶解在体心立方晶格的 F
22、eFe中形成的过饱和间隙固溶体。中形成的过饱和间隙固溶体。马氏体转变在临界温度以下的较低温度范围内进行。马氏体转变在临界温度以下的较低温度范围内进行。1 1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构属体心正方晶格（马氏体的晶体结构属体心正方晶格（bctbct）。）。由于马氏体含碳过饱和，导致由于马氏体含碳过饱和，导致bccbcc晶格畸变成晶格畸变成bctbct晶格。因此晶格。因此bctbct晶格可晶格可以看成是以看成是bccbcc晶格沿晶格沿c c轴的伸长。轴的伸长。c/ac/a称为马氏体的正方度。称为马氏体的正方度。c/ac/a与与C%C%有关：有关：C%C%越高，越高，c/ac/
23、a越大；越大；C%C%越低，越低，c/ac/a越小。越小。重要结论：重要结论：马氏体含碳量越高，其正方度越大，晶格畸变越严重，故硬度越高。马氏体含碳量越高，其正方度越大，晶格畸变越严重，故硬度越高。钢中获得马氏体组织是强化钢铁材料的重要手段之一。钢中获得马氏体组织是强化钢铁材料的重要手段之一。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变2 2、马氏体的组织形态、马氏体的组织形态板条状马氏体（简称板条马氏体）板条状马氏体（简称板条马氏体）板条马氏体呈条片状，由许多成群的平行马氏体板条束组成。板条马氏体呈条片状，由许多成群的平行马氏体板条束组成。板条马氏体主要出现在低碳钢中。板条马氏体主要出现在低
24、碳钢中。板条马氏体的亚结构为高密度的位错。板条马氏体的亚结构为高密度的位错。板条马氏体又称低碳马氏体、位错马氏体。板条马氏体又称低碳马氏体、位错马氏体。针状马氏体（又称片状马氏体）针状马氏体（又称片状马氏体） 针状马氏体呈针片状或竹叶状，立体形态呈透镜状。针状马氏体呈针片状或竹叶状，立体形态呈透镜状。针状马氏体主要出现在高碳钢中。针状马氏体主要出现在高碳钢中。针状马氏体的亚结构为孪晶。针状马氏体的亚结构为孪晶。针状马氏体又称高碳马氏体、孪晶马氏体。针状马氏体又称高碳马氏体、孪晶马氏体。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变板条马氏体金相组织板条马氏体金相组织6.36.3钢在冷却时的转变钢
25、在冷却时的转变原奥氏体晶界原奥氏体晶界M M针针针状（片状）马氏体金相组织针状（片状）马氏体金相组织6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变马氏体马氏体“针针”或或“片片”的粗细主要取决于奥氏体的晶粒度。的粗细主要取决于奥氏体的晶粒度。隐晶马氏体：隐晶马氏体：当奥氏体的晶粒非常细小，以至于在光学显微镜下难以分辨出马氏体当奥氏体的晶粒非常细小，以至于在光学显微镜下难以分辨出马氏体的针状特征。这种马氏体称为隐晶马氏体。的针状特征。这种马氏体称为隐晶马氏体。M M针针原奥氏体晶界原奥氏体晶界6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变影响马氏体形态的因素影响马氏体形态的因素 当当C%C%0.2%
26、0.2%，马氏体，马氏体转变后的组织中几乎全部是板条马氏体；转变后的组织中几乎全部是板条马氏体；当当C%C%1.0%1.0%，马氏体，马氏体转变后的组织中几乎全部是针状马氏体；转变后的组织中几乎全部是针状马氏体；当当0.2%0.2%C%C%1.0%1.0%，马氏体，马氏体转变后的组织中既有板条马氏体，也有针转变后的组织中既有板条马氏体，也有针状马氏体。状马氏体。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变体体积积，%板条马氏体量板条马氏体量00.20.40.60.81.0wc%255075100马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变3 3、
27、马氏体的性能、马氏体的性能马氏体的性能主要取决于含碳量和组织形态。马氏体的性能主要取决于含碳量和组织形态。含碳量的影响含碳量的影响C%C%高高则硬度和强度高，但脆性大。则硬度和强度高，但脆性大。高碳针状马氏体高碳针状马氏体“硬而脆硬而脆”。组织形态的影响组织形态的影响 针状马氏体塑性和韧性差，而板条马氏体韧性好，且具足够的强度。针状马氏体塑性和韧性差，而板条马氏体韧性好，且具足够的强度。低碳板条马氏体低碳板条马氏体“强而韧强而韧”。 马氏体的硬度与淬火钢的硬度之间的关系：马氏体的硬度与淬火钢的硬度之间的关系：马氏体的硬度由含碳量决定，淬火钢的硬度与马氏体转变结束后钢中马马氏体的硬度由含碳量决定
28、，淬火钢的硬度与马氏体转变结束后钢中马氏体的相对量和未转变组织的相对量有关，即随淬火钢中未转变组织的相对氏体的相对量和未转变组织的相对量有关，即随淬火钢中未转变组织的相对量增多，硬度下降。量增多，硬度下降。4 4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。马氏体转变同样是一个形核和长大的过程。无扩散性无扩散性l FeFe、C C、MeMe（合金元素）的原子均不进行长程扩散。（合金元素）的原子均不进行长程扩散。l （fccfcc） M M（bctbct）的晶格重组由原子集体的、有规律的近程迁移）的晶格重组由原子集体的、有规律的近程迁移而完成。而完成。l 转变前后合金
29、的化学成分不变。转变前后合金的化学成分不变。马氏体转变是典型的非扩散型相变。马氏体转变是典型的非扩散型相变。共格切变性和表面浮凸现象共格切变性和表面浮凸现象l （fccfcc） M M（bctbct）的晶格重组）的晶格重组以切变方式进行。以切变方式进行。l 新相（新相（M M）与母相（）与母相（ ）保持共格关系。）保持共格关系。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变M M 试样表面试样表面浮凸浮凸 （fccfcc） M M（bctbct）转变的转变的切变结果切变结果（在原抛光的表面产生浮凸现象）（在原抛光的表面产生浮凸现象）新相（新相（M M）
30、与母相（）与母相（ ）的共格关系的共格关系（相界上的原子为两个相共有）（相界上的原子为两个相共有）M M 相界相界在不断降温的过程中形成在不断降温的过程中形成l 马氏体转变在一个温度范围内完成，冷却中断，转变立即停止。马氏体转变在一个温度范围内完成，冷却中断，转变立即停止。l 马氏体转变开始的温度称为马氏体转变开始的温度称为M Ms s点，转变终了的温度称为点，转变终了的温度称为M Mf f点。点。l M Ms s点和点和M Mf f点主要取决于奥氏体中的含碳量（点主要取决于奥氏体中的含碳量（C%C%）和合金元素的含量）和合金元素的含量（Me%Me%）。）。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却
31、时的转变含碳量对含碳量对M Ms s和和M Mf f的影响的影响 C Cwc%温度温度/重要结论：重要结论：lC%C%增多，增多，M Ms s点和点和M Mf f点降低。点降低。l除除AlAl、CoCo外，外，Me%Me%增多，增多，M Ms s点点和和M Mf f点降低。点降低。高速长大高速长大l 马氏体形成速度极快，瞬间形核、瞬间长大，速度接近声速。马氏体形成速度极快，瞬间形核、瞬间长大，速度接近声速。马氏体转变的不完全性马氏体转变的不完全性l 即使温度降低至即使温度降低至M Mf f以下，奥氏体也不能以下，奥氏体也不能100%100%转变为马氏体。转变为马氏体。残余奥氏体：残余奥氏体：
32、M M转变结束后，总有部分奥氏体未转变而残留下来，这部分奥氏体转变结束后，总有部分奥氏体未转变而残留下来，这部分奥氏体称为残余奥氏体，记作称为残余奥氏体，记作A A 、 或或 R R 。重要结论：重要结论：l 淬火钢中淬火钢中A A 的含量随的含量随C%C%和和Me%Me%（除（除AlAl、CoCo外）的增加而增加。外）的增加而增加。l 淬火钢的硬度随淬火钢的硬度随A A 量的增多而降低。量的增多而降低。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变（三）贝氏体转变（三）贝氏体转变贝氏体转变在临界温度以下的中温区域（贝氏体转变在临界温度以下的中温区域（550550 C CM Ms s）内进行。）
33、内进行。 贝氏体转变具有贝氏体转变具有P P转变和转变和M M转变的某些特点，又具有自身的一些特点。转变的某些特点，又具有自身的一些特点。1 1、贝氏体的组织形态及性能、贝氏体的组织形态及性能（1 1）贝氏体的组织形态）贝氏体的组织形态贝氏体贝氏体是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体组成的机械混合物。根据形成是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体组成的机械混合物。根据形成温度的不同，主要有上贝氏体和下贝氏体两种，其中，上贝氏体铁素体中轻温度的不同，主要有上贝氏体和下贝氏体两种，其中，上贝氏体铁素体中轻度含度含C C过饱和，下贝氏体铁素体中的过饱和，下贝氏体铁素体中的C C过饱和过饱和量较大。量较大。 上贝氏
34、体上贝氏体( (符号：符号：B B上上) )：形成温度形成温度550550350350 C C，金相组织呈羽毛状。金相组织呈羽毛状。下贝氏体下贝氏体( (符号：符号：B B下下) )：形成温度形成温度350350 C CM Ms s，金相组织呈黑针状。金相组织呈黑针状。（2 2）贝氏体的性能）贝氏体的性能上贝氏体：上贝氏体：强度、韧性低，脆性大，是实际生产中应避免出现的组织。强度、韧性低，脆性大，是实际生产中应避免出现的组织。下贝氏体：下贝氏体：综合力学性能良好，是实际生产中常用的组织。综合力学性能良好，是实际生产中常用的组织。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变上贝氏体金相组织上贝氏
35、体金相组织（羽毛状）（羽毛状）6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变上贝氏体电镜组织上贝氏体电镜组织（黑色板条为（黑色板条为F F；白色短杆为；白色短杆为FeFe3 3C C）下贝氏体金相组织下贝氏体金相组织（黑针状）（黑针状）6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变下贝氏体电镜组织下贝氏体电镜组织（黑针（黑针为为F F；白色颗粒为；白色颗粒为FeFe3 3C C）2 2、贝氏体的转变过程、贝氏体的转变过程 贝氏体转变（即贝氏体转变（即ABAB转变）也是一个形核和长大的过程。转变）也是一个形核和长大的过程。ABAB转变是转变是A A以切变的方式向过饱和以切变的方式向过饱和F F的晶格
36、改组、的晶格改组、C C原子通过短程扩散原子通过短程扩散从从F F中以中以FeFe3 3C C形式析出的过程。形式析出的过程。 贝氏体的形成：贝氏体的形成： F F首先在首先在A A晶界上晶界上C%C%较少的地方形成，其较少的地方形成，其C%C%为过饱和。为过饱和。当温度较高（当温度较高（550550350350 C C）时，时，F F向向A A晶粒内部生长成大致平行的板条晶粒内部生长成大致平行的板条束，而束，而C C原子则富集在原子则富集在F F板条束之间的板条束之间的A A中，最终以中，最终以FeFe3 3C C形式析出，这样就形形式析出，这样就形成了羽毛状的上贝氏体。成了羽毛状的上贝氏体
37、。当温度较低（当温度较低（350350 C CM Ms s）时，时，C C原子已难以扩散至原子已难以扩散至A A中，只能在中，只能在F F中析中析出不连续分布的出不连续分布的FeFe3 3C C，这样就形成了黑针状的下贝氏体。，这样就形成了黑针状的下贝氏体。贝氏体转变是半扩散型相变：贝氏体转变是半扩散型相变：贝氏体形成时，铁原子不能扩散，碳原子可以扩散。贝氏体形成时，铁原子不能扩散，碳原子可以扩散。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变共析钢过冷奥氏体等温转变曲线共析钢过冷奥氏体等温转变曲线二、过冷奥氏体转变曲线二、过冷奥氏体转变曲线APBMvk1 1、过冷奥氏体等温转变曲线（、过冷奥氏
38、体等温转变曲线（TTTTTT曲线）曲线） TTTTTT曲线曲线T Time ime T Temperature emperature T Transformation Curve.ransformation Curve.又称又称C C曲线。曲线。 以共析钢为例：以共析钢为例：（1 1）C C曲线分析曲线分析A A1 1以上为奥氏体区域。以上为奥氏体区域。 两个两个“C C”分别是过冷分别是过冷奥氏体转变开始线和转变终了线。奥氏体转变开始线和转变终了线。A A1 1以下、以下、M Ms s以上、转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区。以上、转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区。转变开始前需要一定的时间
39、，称孕育期。转变开始前需要一定的时间，称孕育期。C C曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”处孕育期处孕育期最短，其温度大致是最短，其温度大致是550550 C C。C C曲线由上至下分三个区域：曲线由上至下分三个区域：A A1 1550550 C C：珠光体转变区珠光体转变区550550 C CM Ms s：贝氏体转变区贝氏体转变区M Ms sM Mf f：马氏体转变区马氏体转变区以恰好与以恰好与 鼻尖鼻尖 相切的冷却速度将钢冷却下来时，过冷相切的冷却速度将钢冷却下来时，过冷A A将不发生将不发生P P和和B B转变，钢冷却后的组织为转变，钢冷却后的组织为M M。这一冷却速度。这一冷却速度v vk k称为
40、钢的临界冷却速度。称为钢的临界冷却速度。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变（2 2）影响）影响C C曲线的因素曲线的因素各种不同因素对各种不同因素对C C曲线的影响体现在对曲线的影响体现在对C C曲线在坐标平面上的位置和形曲线在坐标平面上的位置和形状的影响。具体表现在：状的影响。具体表现在：C C曲线是向左移，还是向右移。曲线是向左移，还是向右移。C C曲线是否发生形状的变化。如变成上下两个曲线是否发生形状的变化。如变成上下两个C C曲线。曲线。i.i.含碳量的影响含碳量的影响对共析钢而言，当对共析钢而言，当C%C%变化后，钢即成为亚共析钢或过共析钢。变化后，钢即成为亚共析钢或过共析
41、钢。对亚共析钢：对亚共析钢：C%C%，C C曲线向右移；曲线向右移；对过共析钢：对过共析钢：C%C%，C C曲线向左移。曲线向左移。共析钢过冷奥氏体最稳定。共析钢过冷奥氏体最稳定。ii.ii.合金元素的影响合金元素的影响除除CoCo外，所有溶入外，所有溶入A A的合金元素均使的合金元素均使C C曲线向右移。曲线向右移。一些碳化物形成元素还将改变一些碳化物形成元素还将改变C C曲线的形状。例如元素曲线的形状。例如元素CrCr。iii.iii.奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响随随A A化温度的提高和保温时间的延长，化温度的提高和保温时间的延长，C C曲线向右移。曲线向右移。6.36.3钢在冷却
42、时的转变钢在冷却时的转变C C曲线向左或向右移动曲线向左或向右移动C C曲线从鼻尖处分开曲线从鼻尖处分开重要结论：重要结论：过冷奥氏体越稳定，过冷奥氏体越稳定，C C曲线越向右移。曲线越向右移。2 2、过冷奥氏体连续转变曲线（、过冷奥氏体连续转变曲线（CCTCCT曲线）曲线） CCTCCT曲线曲线C Continuous ontinuous C Cooling ooling T Transformation Curve.ransformation Curve.。以共析钢为例：以共析钢为例：CCTCCT曲线中只有曲线中只有P P和和M M转变，没有转变，没有B B转变。转变。CCTCCT曲线中除
43、曲线中除APAP转变开始和终了线外，多了一条中止线。转变开始和终了线外，多了一条中止线。中止线的意义：中止线的意义：当冷却曲线碰到该线时，当冷却曲线碰到该线时，APAP转变终止，未转变的转变终止，未转变的A A将将随后转变为随后转变为M M。v vk k称为称为CCTCCT曲线的临界冷却速度，它是获得全部曲线的临界冷却速度，它是获得全部M M组织（实际上还含组织（实际上还含有少量的有少量的A A ）的最小冷却速度。的最小冷却速度。冷却速度大于冷却速度大于v vk k时，转变得到时，转变得到M M；冷却速度小于冷却速度小于v vk k 时，转变得到时，转变得到P P；冷却速度大于冷却速度大于v
44、vk k 而小于而小于v vk k时，转变得到时，转变得到P PM M。临界冷却速度越小，奥氏体越稳定，越容易获得临界冷却速度越小，奥氏体越稳定，越容易获得M M组织。这对淬火工组织。这对淬火工艺操作具有十分重要的意义。艺操作具有十分重要的意义。6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变共析钢过冷奥氏体连续转变曲线共析钢过冷奥氏体连续转变曲线6.36.3钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变淬火淬火+ +回火回火退火，正火退火，正火普通热处理：普通热处理：4 4把火把火毛坯毛坯（锻件）（锻件）预备热处理预备热处理（退火、正火）（退火、正火）机加工机加工（车削）（车削）最终热处理最终热处理（淬火、回
45、火）（淬火、回火）精加工精加工（磨削）（磨削）一、退火和正火的目的一、退火和正火的目的l调整硬度以便切削加工调整硬度以便切削加工适于机加工的硬度：适于机加工的硬度：HB170HB170230230l消除残余内应力消除残余内应力防止工件淬火时变形或开裂防止工件淬火时变形或开裂l细化晶粒，改善组织细化晶粒，改善组织l为最终热处理（淬火和回火）作好组织上的准备为最终热处理（淬火和回火）作好组织上的准备获得粒（球）状珠光体获得粒（球）状珠光体 退火和正火通常属于预备热处理退火和正火通常属于预备热处理6.46.4钢的退火与正火钢的退火与正火二、退火二、退火退火是将钢加热至临界点退火是将钢加热至临界点A
46、Ac1c1以上或以下温度，保温后缓慢冷却下来以以上或以下温度，保温后缓慢冷却下来以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 退火的种类：退火的种类： 完全退火：完全退火：加热温度：加热温度：A Ac3 c3 + 20+ 203030 C C。主要用于亚共析钢。主要用于亚共析钢。 等温退火：等温退火：加热温度：对亚共析成分的钢为加热温度：对亚共析成分的钢为A Ac3 c3 + 30+ 305050 C C 对过共析成分的钢为对过共析成分的钢为A Ac1 c1 + 30+ 305050 C C 主要适用于合金钢。主要适用于合金钢。 球化退火：球化退火：加热温度：加热温度
47、：A Ac1c1附近。附近。主要用于共析成分和过共析成分的主要用于共析成分和过共析成分的钢，是使钢中的碳化物球状化的工艺，以获得粒（球）状珠光体。钢，是使钢中的碳化物球状化的工艺，以获得粒（球）状珠光体。 扩散退火：扩散退火：加热温度：略低于相图上的固相线。用于消除偏析。加热温度：略低于相图上的固相线。用于消除偏析。6.46.4钢的退火与正火钢的退火与正火通常是随炉冷却通常是随炉冷却三、正火三、正火正火是将钢加热至正火是将钢加热至A Ac3c3或或A Accmccm+30+305050 C C温度，保温后空冷的热处理工艺。温度，保温后空冷的热处理工艺。 与退火相比，正火冷却速度快，得到较细的与
48、退火相比，正火冷却速度快，得到较细的P P，强度和硬度也较高。，强度和硬度也较高。 正火的主要应用：正火的主要应用：消除网状二次渗碳体消除网状二次渗碳体作为要求不高的零件的最终热处理作为要求不高的零件的最终热处理作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。四、退火和正火的选用四、退火和正火的选用1 1、C%C%0.25%0.25%的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。2 2、0.25%0.25%C%C%0.50%0.50%的中碳钢，可采用退火或正火作为预备热处理。的中碳钢，可采用退火或正火作为
49、预备热处理。3 3、0.50%0.50%C%C%0.75%0.75%的中、高碳钢，采用完全退火。的中、高碳钢，采用完全退火。4 4、C%C%0.75%0.75%的高碳钢，首先用正火消除网状的高碳钢，首先用正火消除网状FeFe3 3C C，再进行球化退火。，再进行球化退火。6.46.4钢的退火与正火钢的退火与正火6.46.4钢的退火与正火钢的退火与正火wc（%）温温度度SPGEQ常用退火及正火的加热范围常用退火及正火的加热范围完全退火完全退火球化退火球化退火正火正火一、淬火一、淬火淬火是将钢加热至淬火是将钢加热至A Ac3c3或或A Ac1c1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度以上一定温度，
50、保温后以大于临界冷却速度v vk k冷却下来，以获得马氏体的热处理工艺。冷却下来，以获得马氏体的热处理工艺。 淬火的目的：淬火的目的： 获得马氏体，提高钢的力学性能。获得马氏体，提高钢的力学性能。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（一）淬火工艺参数的确定（一）淬火工艺参数的确定1 1、淬火加热温度、淬火加热温度淬火加热温度（或称淬火温度）淬火加热温度（或称淬火温度）即钢的奥氏体化温度。确定原则是即钢的奥氏体化温度。确定原则是获得均匀细小的奥氏体组织。获得均匀细小的奥氏体组织。淬火加热温度可依据淬火加热温度可依据FeFeFeFe3 3C C相图选择。相图选择。wc（%）温温度度SPGEQA
51、1A3Acm FeFe3 3C C碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火 各类钢淬火温度的确定：各类钢淬火温度的确定：亚共析钢：亚共析钢：A Ac3 c3 + 30+ 305050 C C共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：A Ac1 c1 + 30+ 305050 C C 合金钢：合金钢：临界温度以上临界温度以上5050100100 C C2 2、淬火加热时间、淬火加热时间加热时间由升温时间和保温时间组成。加热时间由升温时间和保温时间组成。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。3 3、淬火介质、淬火介质
52、两个问题：两个问题：l 冷却速度大，更容易获得冷却速度大，更容易获得M M。l 冷却速度大，内应力更大，工件变形和开裂的倾向大。冷却速度大，内应力更大，工件变形和开裂的倾向大。时间时间温温度度MsA1理想淬火介质的冷却曲线理想淬火介质的冷却曲线6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火 理想淬火介质的冷却特性：理想淬火介质的冷却特性：l当冷却至当冷却至“鼻尖鼻尖”温度前冷却较温度前冷却较慢，以充分降低热应力。慢，以充分降低热应力。l在在“鼻尖鼻尖”温度附近具有较大的温度附近具有较大的冷却能力，避免产生非马氏体组织。冷却能力，避免产生非马氏体组织。l在在M Ms s点附近冷却尽量缓慢，以减点附近冷
53、却尽量缓慢，以减少少M M转变时产生的组织应力。转变时产生的组织应力。 常用淬火介质：常用淬火介质：l水：主要适用于碳钢水：主要适用于碳钢l盐水：主要适用于碳钢盐水：主要适用于碳钢l油：主要适用于合金钢油：主要适用于合金钢l有机溶液：适用于不同材质。有机溶液：适用于不同材质。温温度度时间时间MsA1各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图单液淬火法单液淬火法操作简单，易实现机械化。用于尺寸不操作简单，易实现机械化。用于尺寸不大、形状简单的工件。大、形状简单的工件。淬火后组织：淬火后组织：M M双液淬火法双液淬火法操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的高碳钢工件及尺寸较
54、大的合金钢工件。高碳钢工件及尺寸较大的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M分级淬火法分级淬火法工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂的合金钢工件。的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M等温淬火法等温淬火法用于形状复杂和要求较高的小工件。用于形状复杂和要求较高的小工件。淬火后组织：淬火后组织：B B下下6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（二）淬火方法（二）淬火方法6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（三）钢的淬透性（三）钢的淬透性1 1、淬透性的概念、淬透性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。钢的淬透性是指奥氏体化后
55、的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。简单地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。简单地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。 淬透性的大小：淬透性的大小： 淬透性的大小用规定条件下钢淬火后获得的淬硬层的深度表示。淬透性的大小用规定条件下钢淬火后获得的淬硬层的深度表示。淬硬层深度：淬硬层深度：由工件表面到半马氏体区域的深度。由工件表面到半马氏体区域的深度。 淬透性与淬硬性的区别：淬透性与淬硬性的区别：l 淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，是钢本身的固有属性。淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，是钢本身的固有属性。l 淬硬性表示钢淬火后能达到的最高硬度，是钢在淬火时的硬化能力，淬硬性表
56、示钢淬火后能达到的最高硬度，是钢在淬火时的硬化能力，取决于钢的含碳量。取决于钢的含碳量。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火2 2、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素决定淬透性的因素是过冷奥氏体的稳定性，即过冷奥氏体的稳定性越高，决定淬透性的因素是过冷奥氏体的稳定性，即过冷奥氏体的稳定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。淬透性越好，反之，淬透性越差。什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？ C C曲线的位置。曲线的位置。重要结论：重要结论： 凡是使钢的凡是使钢的C C曲线向右移的因素，均提高钢的淬透性。曲线向右移的因素，均提高钢的淬透性。 影响淬透性的主要因素是钢
57、的化学成分：影响淬透性的主要因素是钢的化学成分： 除除CoCo外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。 3 3、淬透性的测定及其表示方法、淬透性的测定及其表示方法 末端淬火法末端淬火法 通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为。通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为。 临界淬透直径法临界淬透直径法 用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径D D0 0表示。表示。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火二、回火二、回火回火是将淬火钢加热到回火是将淬火钢加热到A Ac1c1以下某一温度，保温后再冷却到室温的一
58、种以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。热处理工艺。 回火的目的：回火的目的： 降低或消除残余内应力，防止工件变形或开裂。降低或消除残余内应力，防止工件变形或开裂。淬火钢内部应力高、脆性大，直接应用有变形甚至开裂的危险。淬火钢内部应力高、脆性大，直接应用有变形甚至开裂的危险。减少或消除残余奥氏体，稳定工件尺寸。减少或消除残余奥氏体，稳定工件尺寸。马氏体和残余奥氏体是亚稳定组织，在一定条件下要发生转变。马氏体和残余奥氏体是亚稳定组织，在一定条件下要发生转变。调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。淬火钢的硬度高且脆性大，通过回火可调整组织和
59、性能。淬火钢的硬度高且脆性大，通过回火可调整组织和性能。 钢淬火后应及时回火。钢淬火后应及时回火。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（一）淬火钢在回火时的转变（一）淬火钢在回火时的转变1 1、回火过程中的组织转变、回火过程中的组织转变 第一阶段：第一阶段：马氏体的分解马氏体的分解温度范围：温度范围：100100200200 C C，马氏体中的过饱和碳以，马氏体中的过饱和碳以 - -FeFexC C的形式析出。的形式析出。组织：组织：M M回回。组织特征：组织特征：细小的片状细小的片状 - -FeFexC C均匀分布在均匀分布在M M基体上。基体上。
60、 第二阶段：第二阶段：残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解温度范围：温度范围：200200300300 C C，残余奥氏体分解成，残余奥氏体分解成M M和和 - -FeFexC C。回火组织：回火组织：M M回回。 第三阶段：第三阶段：碳化物类型的转变碳化物类型的转变 温度范围：温度范围：250250400400 C C， - -FeFexC C转变为转变为FeFe3C C。组织：组织：T T回回。组织特征：组织特征：细粒状细粒状FeFe3C C均匀均匀分布在保持分布在保持M M形态的形态的F F基体上。基体上。 第四阶段：第四阶段：渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和 相相的再结晶的再结晶 温度
61、范围：温度范围：400400 C C以上，以上，FeFe3C C聚集长大、聚集长大、保持保持M M形态的形态的F F转变为多边形转变为多边形。组织：组织：S S回回。组织特征：组织特征：细粒状细粒状FeFe3C C均匀均匀分布在多边形的分布在多边形的F F基体上。基体上。2 2、回火过程中的性能变化、回火过程中的性能变化 回火过程中，钢的性能随组织变化，性能总体变化趋势是：随回火温度回火过程中，钢的性能随组织变化，性能总体变化趋势是：随回火温度升高，钢的强度和硬度降低、塑性和韧性升高。升高，钢的强度和硬度降低、塑性和韧性升高。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火回火马氏体（回火马氏体（M
62、M回回）组织）组织6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火回火托氏体（回火托氏体（T T回回）组织）组织6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火回火索氏体（回火索氏体（S S回回）组织）组织6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（二）回火工艺（二）回火工艺1 1、低温回火、低温回火回火温度：回火温度：150150250250 C C。回火组织：回火组织：M M回回，具有高的硬度。，具有高的硬度。硬度：硬度：HRC58HRC586464。应用：应用：各种工具、模具、轴承、渗碳工件、表面淬火工件等。各种工具、模具、轴
63、承、渗碳工件、表面淬火工件等。2 2、中温回火、中温回火回火温度：回火温度：350350500500 C C。回火组织：回火组织：T T回回，具有高的弹性、屈服强度和屈强比，又有足够韧性。，具有高的弹性、屈服强度和屈强比，又有足够韧性。硬度：硬度：HRC35HRC354545。应用：应用：各种弹簧。各种弹簧。3 3、高温回火、高温回火回火温度：回火温度：500500600600 C C。回火组织：回火组织：S S回回，具有良好的综合力学性能。，具有良好的综合力学性能。硬度：硬度：HRC25HRC253535。应用：应用：各种轴、齿轮、连杆等。各种轴、齿轮、连杆等。 调质：调质：淬火加高温回火称
64、为调质处理，简称调质。淬火加高温回火称为调质处理，简称调质。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火（三）回火脆性（三）回火脆性淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧淬火钢在某些温度回火时，其冲击韧性显著下降的现象称为回火脆性。性显著下降的现象称为回火脆性。1 1、第一类回火脆性、第一类回火脆性出现的温度范围：出现的温度范围：250250350350 C C。特点：特点：淬火钢一旦在这一温度范围回淬火钢一旦在这一温度范围回火，就极可能产生这类回火脆性，且无法火，就极可能产生这类回火脆性，且无法消除。消除。解决办法：解决办法：避免将淬火钢在该温度范避免将淬火钢在
65、该温度范围内回火。围内回火。第一类回火脆性又称为低温回火脆性、第一类回火脆性又称为低温回火脆性、不可逆回火脆性。不可逆回火脆性。2 2、第二类回火脆性、第二类回火脆性出现的温度范围：出现的温度范围：500500650650 C C。6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火钢的冲击韧性与回火温度的关系钢的冲击韧性与回火温度的关系特点：特点：淬火钢在这一温度范围内回火后，如果缓冷则会出现回火脆淬火钢在这一温度范围内回火后，如果缓冷则会出现回火脆性，如果快冷则不产生回火脆性。性，如果快冷则不产生回火脆性。解决办法：解决办法：产生第二类回火脆性的钢可重新回火后进行快速冷却。产生第二类回火脆性的钢可重新
66、回火后进行快速冷却。第二类回火脆性又称为高温回火脆性、可逆回火脆性。第二类回火脆性又称为高温回火脆性、可逆回火脆性。一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火表面淬火是将钢快速加热至奥氏体化温度，然后快速冷却，仅使工件表面淬火是将钢快速加热至奥氏体化温度，然后快速冷却，仅使工件表面层获得淬火组织（表面层获得淬火组织（M M），而心部仍保持工件原始组织的热处理工艺。），而心部仍保持工件原始组织的热处理工艺。 表面淬火的目的：表面淬火的目的： 赋予工件赋予工件“外硬内韧外硬内韧”的性能。的性能。（一）表面淬火用材料及表面淬火后的组织（一）表面淬火用材料及表面淬火后的组织1 1、表面淬火用材料、表面淬火用材料
67、典型材料：典型材料：中碳钢和中碳合金钢。中碳钢和中碳合金钢。2 2、预备热处理、预备热处理典型工艺：典型工艺：调质处理。调质处理。如果心部性能要求不高，可采用正火。如果心部性能要求不高，可采用正火。3 3、表面淬火后的组织、表面淬火后的组织预备热处理为调质：预备热处理为调质：表面表面M M回回，心部，心部S S回回。预备热处理为正火：预备热处理为正火：表面表面M M回回，心部，心部F FS S。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理（二）感应加热表面淬火（二）感应加热表面淬火感应加热表面淬火是生产实际中应用最广泛的表面淬火工艺。感应加热表面淬火是生产实际中应用最广泛的表面淬火工艺。1 1、感
68、应加热表面淬火的基本原理、感应加热表面淬火的基本原理集肤效应：集肤效应：当感应线圈中的交变电流在工件表面感生出感应电流时，当感应线圈中的交变电流在工件表面感生出感应电流时，该感应电流绝大部分分布在工件表面，而工件内部几乎没有电流通过，这该感应电流绝大部分分布在工件表面，而工件内部几乎没有电流通过，这种现象称为集肤效应。种现象称为集肤效应。感应加热表面淬火原理：感应加热表面淬火原理：基于集肤效应，工件表面被迅速加热到奥氏基于集肤效应，工件表面被迅速加热到奥氏体化温度（几秒钟即升至体化温度（几秒钟即升至80080010001000 C C），而工件内部几乎未被加热，随），而工件内部几乎未被加热，随
69、后喷水冷，实现表面淬火。后喷水冷，实现表面淬火。感应电流透入工件表面层的深度：感应电流透入工件表面层的深度：取决于交变电流的频率。取决于交变电流的频率。 ：感应电流的透入深度（：感应电流的透入深度（mmmm）；）； ：工件的电阻率（：工件的电阻率（ mmmm2 2/m/m）；）； ：工件的磁导率（：工件的磁导率（H/mH/m） f：交变电流的频率（：交变电流的频率（Hz）。）。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理感应加热感应加热2 2、感应加热表面淬火的种类、感应加热表面淬火的种类高频感应加热：高频感应加热：电流频率：电流频率：250250300kHz300kHz。淬硬层深度：淬硬层深度：
70、0.50.52.0mm2.0mm。应用：应用：中、小模数齿轮及中、小尺寸的轴件。中、小模数齿轮及中、小尺寸的轴件。中频感应加热：中频感应加热：电流频率：电流频率：250025008000kHz8000kHz。淬硬层深度：淬硬层深度：2 210mm10mm。应用：应用：较大尺寸的轴和大、中模数齿轮。较大尺寸的轴和大、中模数齿轮。工频感应加热：工频感应加热：电流频率：电流频率：50Hz50Hz。淬硬层深度：淬硬层深度：101015mm15mm。应用：应用：要求淬硬层很深的工件。要求淬硬层很深的工件。3 3、感应加热表面淬火的特点、感应加热表面淬火的特点l 加热温度高，加热时间短，升温快。加热温度高
71、，加热时间短，升温快。可实现可实现“短时快速加热短时快速加热”。l 工件表层工件表层A A晶粒细小。晶粒细小。淬火后，表层多为隐晶马氏体，硬度比普通淬淬火后，表层多为隐晶马氏体，硬度比普通淬火高火高HRC2HRC23 3。l 工件表面质量好。工件表面质量好。加热时间，不易氧化和脱碳，淬火变形小。加热时间，不易氧化和脱碳，淬火变形小。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理二、钢的化学热处理二、钢的化学热处理化学热处理是将钢放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活化学热处理是将钢放在一定的活性介质中加热和保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，从而改变工件表面化学成分和组织，进而改变其性性原子
72、渗入工件表层，从而改变工件表面化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。能的热处理工艺。 化学热处理的目的：化学热处理的目的： 赋予工件赋予工件“外硬内韧外硬内韧”的性能。的性能。（一）化学热处理的基本过程（一）化学热处理的基本过程1 1、分解、分解加热时，活性介质分解出活性原子。加热时，活性介质分解出活性原子。2 2、吸收、吸收活性原子被钢件表面吸附并向钢的固溶体中溶解。活性原子被钢件表面吸附并向钢的固溶体中溶解。3 3、扩散、扩散钢件表面吸收并溶解的活性原子向内部迁移。钢件表面吸收并溶解的活性原子向内部迁移。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理（二）渗碳（二）渗碳渗碳是将低碳钢（渗碳
73、是将低碳钢（0.10.10.25%C0.25%C）置于高碳介质中加热、保温，使工件）置于高碳介质中加热、保温，使工件表面获得高碳成分的化学热处理工艺。表面获得高碳成分的化学热处理工艺。 渗碳的目的：渗碳的目的：提高工件表层的提高工件表层的C%C%，从而提高表面硬度和耐磨性、疲劳强度，同时保，从而提高表面硬度和耐磨性、疲劳强度，同时保持心部的良好韧性。持心部的良好韧性。1 1、渗碳方法、渗碳方法主要有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种。最常用的是气体渗碳。主要有气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳三种。最常用的是气体渗碳。 气体渗碳法：气体渗碳法： 气体渗碳是将工件置于密封的气体渗碳炉内，加热气体渗碳是将
74、工件置于密封的气体渗碳炉内，加热使其奥氏体化，然使其奥氏体化，然后向炉内滴入渗碳剂或直接通入渗碳气氛，使碳原子渗入到工件表层，进后向炉内滴入渗碳剂或直接通入渗碳气氛，使碳原子渗入到工件表层，进而提高工件表层的而提高工件表层的C%C%。渗碳温度：渗碳温度：920920950950 C C渗碳层表面含碳量：渗碳层表面含碳量：以以0.850.851.05%1.05%为宜。为宜。渗碳层深度：渗碳层深度：一般为一般为0.50.52.5mm2.5mm。可根据工件承载能力确定。可根据工件承载能力确定。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理2 2、渗碳后的热处理、渗碳后的热处理 淬火低温回火。淬火低温回火。
75、 预冷直接淬火低温回火预冷直接淬火低温回火 将工件从渗碳温度预冷至略高于将工件从渗碳温度预冷至略高于A Ar1r1的温度后立即淬火，然后在的温度后立即淬火，然后在160160180180 C C下低温回火。下低温回火。 预冷一次淬火低温回火预冷一次淬火低温回火 将工件渗碳后先缓冷至室温，然后再重新加热进行淬火和低温回火。将工件渗碳后先缓冷至室温，然后再重新加热进行淬火和低温回火。 预冷二次淬火低温回火预冷二次淬火低温回火 渗碳缓冷后进行两次加热淬火，最后进行低温回火。渗碳缓冷后进行两次加热淬火，最后进行低温回火。3 3、渗碳热处理后渗层及心部的组织与性能、渗碳热处理后渗层及心部的组织与性能表层：表层：高碳高碳M M回渗碳体回渗碳体A A （少量），（少量），HRC58HRC586262。工件表层具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度。工件表层具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度。心部：心部：淬透时：低碳淬透时：低碳M M回。回。未淬透时：未淬透时：F FS S。工件心部具有良好的韧性和足够的强度。工件心部具有良好的韧性和足够的强度。6.66.6钢的表面热处理钢的表面热处理
