1、1钢的热处理钢的热处理热处理定义：热处理定义：将金属在固态下将金属在固态下加热加热到一定温度，到一定温度，进行进行保温保温，并以适当的速度，并以适当的速度冷却冷却至室温，以改变其内至室温，以改变其内部组织和性能的工艺方法。部组织和性能的工艺方法。3热处理特点热处理特点：只改变金属材料的组织和性能，只改变金属材料的组织和性能，而不改变其形状和大小。而不改变其形状和大小。热处理目的：热处理目的：提高材料的强度、硬度，提高材料的强度、硬度，改善塑性、韧性及切削性能。改善塑性、韧性及切削性能。4一、钢在加热时的组织转变一、钢在加热时的组织转变（一）临界温度（一）临界温度 平衡时：平衡时：A1、A3、A
2、cm加热时：加热时：Ac1、Ac3、Accm 冷却时：冷却时：Ar1、Ar3、Arcm5（二）奥氏体的形成（二）奥氏体的形成1、A形成的基本过程形成的基本过程(以共析钢为例以共析钢为例)：共析钢加热到共析钢加热到Ac1 以上时，以上时，P（F+Fe3C）A 共析钢共析钢A化过程化过程 形核形核、长大、长大、Fe3 C完全溶解、完全溶解、C 的均匀化。的均匀化。67过共析钢的过共析钢的A化化P A 后，先析出后，先析出 Fe3C 溶解。溶解。亚共析钢的亚共析钢的A化化 P A 后，先析出后，先析出 F 溶解。溶解。81、A晶粒度晶粒度起始晶粒度：起始晶粒度：P刚转变为刚转变为A时的晶粒度，温度时
3、的晶粒度，温度 长大长大 本质晶粒度：本质晶粒度：GB规定标样规定标样9301010(3-8)h(3-8)h处理后的处理后的晶粒度晶粒度 Ti、V、Zr 脱氧本质细晶粒，脱氧本质细晶粒，Si、Mn脱氧本质粗晶粒。脱氧本质粗晶粒。（三）（三）A 晶粒大小及其控制晶粒大小及其控制 实际晶粒度：实际加热条件下的晶粒度。实际晶粒度：实际加热条件下的晶粒度。本质晶粒度：本质晶粒度：18级。级。92 2、影响、影响A A转变速度的因素转变速度的因素加热温度和速度加热温度和速度 转变快转变快C%或或 FeFe3 3 C C片间距片间距 界面多，形核多界面多，形核多 转变快转变快合金元素合金元素：改变钢的临界
4、点，影响改变钢的临界点，影响C的扩散速度的扩散速度A化化速度速度或或，一般速度减慢。，一般速度减慢。10（一）（一）过冷过冷A A的等温转变的等温转变过冷过冷A:T S T珠光体珠光体 P，3800索氏体索氏体 S 8000屈氏体屈氏体 T 800012（二）过冷（二）过冷A等温转变产物的组织和性能等温转变产物的组织和性能1、珠光体型转变高温转变、珠光体型转变高温转变A1-550 过程过程晶格改变和晶格改变和Fe，C原子扩散。原子扩散。132、贝氏体型转变贝氏体型转变中温转变（中温转变（550 M550 MS S）C C原子扩散，原子扩散，FeFe原子不扩散原子不扩散过冷过冷A 贝氏体贝氏体
5、B（碳化物（碳化物+含过饱和含过饱和C的的F）A、上、上B，550 350产物产物 羽毛状，小片状羽毛状，小片状Fe3C分布在分布在F间。间。上上B 强度和韧性差强度和韧性差 上贝氏体形成机理上贝氏体形成机理14B、下下B 形成过程形成过程下下B，350 MS 产物产物下下B 韧性高，综合机械性能好。韧性高，综合机械性能好。下下B形成机理形成机理15光学显微照片光学显微照片 1300电子显微照片电子显微照片 500045钢，上钢，上B+下下B，400 F 针内定向分布着细小针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒颗粒电子显微照片电子显微照片 12000T8钢，下钢，下B，黑色针状，黑色针状光学显微照
6、片光学显微照片 400 163 3、马氏体型转变低温转变、马氏体型转变低温转变Ms-MfMs-Mf（1）马氏体的形成：）马氏体的形成：低温下进行，铁、碳原子均不能扩散，只低温下进行，铁、碳原子均不能扩散，只发生发生FeFe的晶格改组，无成分的变化，的晶格改组，无成分的变化，是碳在是碳在aFe中的过饱和固溶体。共格切变的中的过饱和固溶体。共格切变的方式瞬间完成方式瞬间完成（2）晶格变化，）晶格变化，C原原子过饱和，子过饱和，C轴伸长，轴伸长，体心正方晶格。体心正方晶格。马氏体晶格示意图17（3）马氏体的组织形态A、板条状低碳马氏体、板条状低碳马氏体B、片状高碳马氏体、片状高碳马氏体 （孪晶马氏体
7、）孪晶马氏体）高碳马氏体金相组织高碳马氏体金相组织马氏体形成示意图马氏体形成示意图低碳马氏体金相组织低碳马氏体金相组织18M 的形态的形态C%1.0%时，为针状时，为针状M。C%=0.251.0%时，为混合时，为混合M。Fe-1.8C，冷至，冷至-100Fe-1.8C，冷至，冷至-6019（4）马氏体的转变特点无扩散性；无扩散性；FeFeFeFe的晶格改组。的晶格改组。共格切变性；体心正方晶格。共格切变性；体心正方晶格。变温形成；变温形成；转变在不断降温的过程中进行，冷却中断，转转变在不断降温的过程中进行，冷却中断，转 变也随即停止变也随即停止 高速长大；高速长大；不需要孕育期马氏体晶核瞬间形
8、成不需要孕育期马氏体晶核瞬间形成 20马氏体转变的不彻底不彻底性；残余A，M 转变总要残留少量转变总要残留少量 A，A中的中的C%则则 MS、Mf，残余，残余A含量含量。21（5）马氏体的性能）马氏体的性能A、低碳马氏体淬火应力小，硬度高，塑性较好。B、高碳马氏体晶格畸变严重，有显微裂纹，淬火应力较大塑性、韧性差22（三）影响等温转变的因素1、碳的影响 亚共析钢：CC曲线右移；过共析钢：CC曲线左移 共析钢TTT多一条过冷AF过共析钢过共析钢TTT多一条过冷多一条过冷AFe3C232、合金元素的影响A、增加过冷奥氏体稳定性的合金元素，使曲线右移，曲线形 状不变。B、增加碳化物形成元素曲线向右移
9、，且曲线形状发生变化，甚至曲线从鼻尖处分开。Cr对曲线的影响24（四）过冷（四）过冷A A的连续冷却转变的连续冷却转变1、连续冷却、连续冷却 转转(CCT)曲线曲线 连续冷却连续冷却 转转(CCT)曲线曲线25 2、CCT 和和 TTT曲线的比较曲线的比较 CCT 位于位于 TTT曲线曲线 右下方右下方 CCT中没有中没有 AB 转变转变三、钢的退火与三、钢的退火与正火正火26钢的退火与正火工艺钢的退火与正火工艺钢的退火与正火加热温度范围钢的退火与正火加热温度范围27（一）退火（一）退火完全退火完全退火（亚共析钢）（亚共析钢）加热温度加热温度 AcAc3 3 +20203030缓冷缓冷 F+P
10、目的：目的：细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性等温退火等温退火：等温转变等温转变F+P，再缓冷，再缓冷球化退火球化退火（过共析钢）（过共析钢）在在AcAc+20203030等温，等温，使使Fe3C球化，球化，再缓冷再缓冷 球状球状P（F+球状球状Cm）目的：目的：硬度硬度,切削性切削性,韧性韧性扩散退火扩散退火加热至略低于固相线加热至略低于固相线目的：使成分、组织均匀目的：使成分、组织均匀再结晶退火再结晶退火：加热温度加热温度 T TR R+30+305050目的：消除加工硬化目的：消除加工硬化去应力退火去应力退火加热温度加热温度 AcAc1 1，一般为，一
11、般为 500500650650目的：目的：消除冷热加工后的内应力消除冷热加工后的内应力28（二）（二）正火正火应用：应用：1)钢的最终热处理钢的最终热处理 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)%强度、韧性、硬度强度、韧性、硬度 2)预先热处理预先热处理 淬火、球化退火前改善组织。淬火、球化退火前改善组织。3)增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。加热温度加热温度 Ac3(Accm)+3050，空冷空冷 S（+F 或或 Fe3CII）四、钢的淬火四、钢的淬火（一）目的1、提高硬度和耐磨性；2、获得优异的综合性能；3
12、、获得特殊的物理和化学性能。29加热到加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却以上，保温，快速冷却 M。301 1、淬火温度的选择、淬火温度的选择1)亚共析钢亚共析钢 Ac3+3050 2)过共析钢过共析钢 Ac1+3050，M+Fe3CII +A，硬度大。，硬度大。A中中C%M 脆性脆性，残余，残余A%淬火温度低淬火温度低 M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。2、加热时间：保证工件热透、加热时间：保证工件热透（二）加热淬火温度保温和加热时间（二）加热淬火温度保温和加热时间碳钢淬火加热温度范围碳钢淬火加热温度范围31（三）冷却介质（三）冷却介质冷却速度：冷却速度：盐水盐水 水水 盐浴盐浴 油
13、油淬火方法淬火方法单介质淬火：水、油冷单介质淬火：水、油冷双介质淬火：水冷双介质淬火：水冷+油冷油冷分级淬火：分级淬火：Ms盐浴中均温盐浴中均温等温淬火：等温淬火：在盐、碱浴中在盐、碱浴中 下下B（四）常用淬火方法（四）常用淬火方法1、单液淬火、单液淬火2、双液淬火、双液淬火3、分级淬火、分级淬火4、等温淬火、等温淬火5、冷处理、冷处理冷却至冷却至80减少残减少残A A。32 不同淬火方法示意图不同淬火方法示意图A、单液、单液、b双液、双液、c分级、分级、d等温等温33（五）钢的淬透性与淬硬性（五）钢的淬透性与淬硬性淬火时得到淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度的能力，取决于临界冷却速度VK
14、。1、淬硬性：、淬硬性：淬火后获得的最高硬度淬火后获得的最高硬度(a)完全淬透完全淬透 (b)淬透较大厚度淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度淬透较小厚度 淬透性不同的钢调质后机械性能的比较淬透性不同的钢调质后机械性能的比较 2、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素提高提高A A稳定性，稳定性，C C曲线右移，淬透性曲线右移，淬透性。1、C:C%淬硬性淬硬性2、合金：除合金：除Co外，合金使冷速外，合金使冷速,淬透性淬透性；3、A化温度化温度:A化温度化温度，A晶粒长大，淬透性晶粒长大，淬透性；4、第二相：第二相：A未溶入第二相，未溶入第二相，A稳定性稳定性，淬透性，淬透性。3435五、五、回火回火
15、 淬火后，加热到淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。以下，保温，冷却。（一）目的：消除淬火应力，调整性能。（一）目的：消除淬火应力，调整性能。（二）组织和性能的变化（二）组织和性能的变化1、马氏体的分解（、马氏体的分解（400）（三）回火的分类和应用低温回火低温回火（150250）回火回火M(过饱和过饱和F+薄片状薄片状Fe2.4C)+A 淬火应力淬火应力，韧性，韧性，保持淬火后的高硬度。，保持淬火后的高硬度。用于高用于高C工具钢等。工具钢等。中温回火中温回火（350500）回火回火T(F+细粒状细粒状Cm)弹性极限和屈服强度弹性极限和屈服强度，韧性和硬度中等。用于弹簧等。，韧性和硬度中等。
16、用于弹簧等。高温回火高温回火（500650）回火回火S(等轴状等轴状F+粒状粒状Cm)综合机械性能最好综合机械性能最好,强度、塑性和韧性都较好。重要零件。强度、塑性和韧性都较好。重要零件。调质处理调质处理 淬火淬火+高温回火高温回火3637回火产物的组织形态比较回火产物的组织形态比较 回火回火M 400 回火回火T 7500回火回火S 7500M低倍低倍 T 1000 S 1000 38（四）回火脆性1、低温回火脆性在250400之间回火时出现的回火脆性(第一类回火脆性)，低温不可逆回火脆性。A、影响因素：(1)有害杂质元素，其中包括S、P、As、Sn、Sb、Cu、N、H、O 等，钢中存在这些
17、元素时均易出现第一类回火脆性。(2)促进第一类回火脆性的元素主要有Mn、Si、Cr、Ni、V 等，(3)奥氏体晶粒越细，第一类回火脆性越弱，而残余奥氏体量越多则越严重。392、高温回火脆性在450650之间回火出现的脆性。它仅产生于慢冷回火中，快冷则可避免。属可逆型，重新加热到600以上，然后快冷来消除A、影响因素(1)化学成分的影响。杂质元素P、Sn、Sb、As、B、S 等可引起。Ni、Cr、Mn、Si、C 等合金元可促进。Mo、W、V、Ti 等合金元V可抑制。40B、热处理工艺参数的影响 在450650范围内回火引起的第二类回火脆性的脆化速度和脆化程度均与回火温度与时间有关。在550以下，
18、温度越低，脆化速度越慢，能达到的脆化程度越大。550以上，随等温温度升高，脆化速度越慢，能达到的脆化程度进一步下降。缓冷脆化不仅与回火温度及时间有关，更主要的是与回火后的冷速有关。650回火后的冷速越低，室温下冲击韧性值也越低。41C、组织因素的影响钢的原始组织均有第二类回火脆性，以马氏体组织的回火脆性最严重，贝氏体次之，珠光体组织脆轻。奥氏体晶粒越细，第二类回火脆性越轻。423、防止方法：降低钢中杂质元素。加入能细化奥氏体晶粒的元素，如Nb、V、Ti 等可细化奥氏体晶粒，增加晶界面积，降低单位面积杂质元素偏聚量。加入Mo、W 等元素以抑制。避免在450650温度范围内回火，或回火后采用快冷。
