1、第四章第四章 钢的热处理钢的热处理 一是合金化一是合金化，这，这 是下几章研究的是下几章研究的 内容；内容； 改善钢的性能改善钢的性能 二是热处理二是热处理，这是，这是 本章要研究的内容本章要研究的内容 。 1 1、热处理、热处理：是指将钢在固态下加热、保温和：是指将钢在固态下加热、保温和 冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的冷却，以改变钢的组织结构，获得所需要性能的 一种工艺一种工艺. . 为简明表示热为简明表示热 处理的基本工艺过处理的基本工艺过 程，通常用温度程，通常用温度 时间坐标绘出时间坐标绘出热处热处 理工艺曲线理工艺曲线。 在机床制造中约在机床制造中约6060- -70%7
2、0%的零件的零件 要经过热处理。要经过热处理。 在汽车、拖拉机制造业中需热在汽车、拖拉机制造业中需热 处理的零件达处理的零件达7070- -80%80%。 热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用。. . 模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%100%需经过热处理。需经过热处理。 总之，重要零件都需适当热处理后总之，重要零件都需适当热处理后 才能使用。才能使用。 热处理的作用和地位录像热处理的作用和地位录像 2 2、热处理特点、热处理特点: : 热处理热处理区别区别 于其他加工工艺如铸造、压力于其他加工工艺如铸造、压力 加工等的特点是加工等的
3、特点是只通过改变工只通过改变工 件的组织来改变性能，而不改件的组织来改变性能，而不改 变其形状变其形状。 3 3、热处理适用范围、热处理适用范围: : 只适用于固态下发生只适用于固态下发生 相变的材料相变的材料，不发生，不发生 固态相变的材料不能固态相变的材料不能 用热处理强化。用热处理强化。 4 4、热处理分类、热处理分类 热处理原理：热处理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。描述热处理时钢中组织转变的规律称热处理原理。 热处理工艺：热处理工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数称热处 理工艺。理工艺。 (a)940淬火+
4、220回火（板条M回+A少） (b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火 （板条M+条状F+A少） (e)940淬火+780淬火+220回火（板条M回+条状F+A少） (f)780淬火+220回火（板条M回+块状F） 20CrMnTi20CrMnTi钢不同热处理工艺的显微组织钢不同热处理工艺的显微组织 热处理的分类：热处理的分类： 普通热普通热 处理处理 热热 处处 理理 表热处理表热处理 退火退火; ;正火正火; ; 淬火淬火; ;回火回火; ; 表面淬火表面淬火 化学化学 热处理热处理 感应加感应加 热淬火热淬火 火焰加火焰加 热淬火热淬火 渗碳渗碳; ; 渗氮渗氮; ; 碳
5、氮共渗碳氮共渗; ; 新技术：可控气氛热处理、真空新技术：可控气氛热处理、真空、形变、形变、电、电 解热解热、离子化、离子化、激光、激光、电子束表面、电子束表面、硫、硫 碳氮碳氮- -稀土共渗等。稀土共渗等。 钢坯加热钢坯加热 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 一、钢在加热时的组织转变转变温度一、钢在加热时的组织转变转变温度 在实际生产中，在实际生产中， 由于加热和冷却不是很由于加热和冷却不是很 缓慢，因此实际发生组缓慢，因此实际发生组 织转变的温度与相图的织转变的温度与相图的 A A1 1、A A3 3、A Acm cm 有一定的 有一定的 偏离。偏离。 通常加热用通常加热用 A Ac1
6、c1、 、AcAc3 3、 AcAccm cm 表示，冷却用 表示，冷却用Ar1Ar1 、Ar3Ar3、ArcmArcm表示。表示。 （一）（一）钢的临界温度钢的临界温度 钢在加热、冷却时的临界温度 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 亚共析钢亚共析钢: : AcAc3 3+(20+(20- -40 )40 ) 共析钢共析钢: : AcAc1 1+(20+(20- -40 )40 ) 过共析钢过共析钢: : AcAccm cm+(20 +(20- -40 )40 ) 钢在加热、冷却时的临界温度 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 ( (二二) ) 、奥氏体的形成过程、奥氏体的形成过程 1.1.
7、奥氏体晶核的形成奥氏体晶核的形成 2.2.奥氏体晶核的长大奥氏体晶核的长大 3.3.残余渗碳体溶解残余渗碳体溶解 4.4.奥氏体均匀化奥氏体均匀化 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 奥 氏 体 的 形 成 奥 氏 体 的 形 成 Fe3C 未溶未溶Fe3C A 残余残余Fe3C A A A A 形形 核核 A 长大长大 残余残余Fe3C溶解溶解 A 均匀化均匀化 亚（过）共析钢的A化过程与此类似，不同在于：亚（过）共析钢加热到 Ac1以上时，还存在一部分未溶解的F（Fe3C），到Ac3（Accm ）以上才可获得 单一A。（不在敖述） （三）影响奥氏体转变的因素（三）影响奥氏体转变的因素 1.
8、1.加热温度和加热速度的影响加热温度和加热速度的影响 2.2.化学成分的影响化学成分的影响 3.3.原始组织的影响原始组织的影响 提高加热T，将加速A的形成。随着加热 速度的增加,奥氏体形成温度升高 （Ac1越高），形成所需的时间缩短。 随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界 面总量增多，有利于奥氏体的形成。 由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界 面上形成,所以原始组织越细，相界面越多，形 成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 （三）（三）. . 奥氏体晶粒的长大及其影响因素奥氏体晶粒的长大及其影响因素 1 1、晶粒大小的表示方法、晶粒大小的表
9、示方法 金属组织中晶粒的大小通常用金属组织中晶粒的大小通常用晶粒度级别指数晶粒度级别指数来表示来表示 晶粒度的晶粒度的测定方法：测定方法：比较法、面积法、截点法；比较法、面积法、截点法； 晶粒度级别指数、晶粒度级别指数、 晶粒度的数值表示方法：单位体积晶粒数、晶粒度的数值表示方法：单位体积晶粒数、 晶粒公称直径等晶粒公称直径等8 8种种 GB6394GB6394- -8686金属平均晶粒度测定法金属平均晶粒度测定法 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 本质细本质细 本质粗本质粗 标准晶粒度等级示意图 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 2 2、奥氏体晶粒度的概念、奥氏体晶粒度的概念: : 起始
10、晶粒度：起始晶粒度： 实际晶粒度：实际晶粒度： 本质晶粒度：本质晶粒度： 珠光体向奥氏体的转变刚刚完成时奥氏体珠光体向奥氏体的转变刚刚完成时奥氏体 晶粒的大小。晶粒的大小。 一般比较细小而均匀一般比较细小而均匀 热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。 一般比起始晶粒度大一般比起始晶粒度大 某种钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长某种钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长 大的倾向，不是晶粒大小的实际度量。大的倾向，不是晶粒大小的实际度量。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 工业生产中，一般工业生产中，一般沸腾钢为本质粗晶粒钢沸腾钢为本质粗晶粒钢， 镇静钢为本质细晶粒钢
11、镇静钢为本质细晶粒钢。需要进行热处理的零件多。需要进行热处理的零件多 采用本质细晶粒钢，因为一般热处理工艺的加热温采用本质细晶粒钢，因为一般热处理工艺的加热温 度都在度都在950 950 以下，因此奥氏体晶粒不易长大，可以下，因此奥氏体晶粒不易长大，可 避免过热现象。避免过热现象。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 3 3、影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素 加热温度和保温时间加热温度和保温时间: : 加热加热 温度高温度高、保温时间长保温时间长, , 晶粒粗晶粒粗 大大. . 加热速度加热速度: : 加热速度越快加热速度越快, ,过过 热度越大热度越大, , 形核率越高形核率
12、越高, , 晶粒越晶粒越 细细. . 合金元素：合金元素： 阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素: : TiTi、V V、NbNb、TaTa、ZrZr、W W、MoMo、CrCr、 AlAl等等碳化物和氮化物形成元素碳化物和氮化物形成元素。 析出颗析出颗 粒对黄粒对黄 铜晶界铜晶界 的钉扎的钉扎 Nb/%Nb/% 奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/ /mm NbNb、TiTi对对奥氏体晶粒的影响奥氏体晶粒的影响 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：MnMn、P P、C C、N N。 原始组织原始组织: : 平衡状态的组织有利于获得细晶
13、粒平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的常 温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均匀的 奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。 箱式可控气氛多用炉箱式可控气氛多用炉 真空热处理炉真空热处理炉 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 奥氏体晶粒大小与力学性能的关系录像奥氏体晶粒大小与力学性能的关系录像 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 二、钢在冷却时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变 过冷奥氏体过冷奥氏体暂时保留在A1以下的奥氏体。
14、连续冷却转变连续冷却转变 使加热到奥氏体 化的钢连续降温进行 组织转变 等温冷却转变等温冷却转变 使加热到奥氏体 化的钢以较快的冷却 速度冷到A1以下某温 度保温，在等温下发 生组织转变。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 二、过冷奥氏体的等温冷却转变 （一）（一） 建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转 变曲线变曲线 - TTTTTT曲线曲线 ( C ( C 曲线曲线 ) ) T T - t timeime T T - t temperatureemperature T T - t transformationransformation 第一节 钢在加热和冷却时的组织
15、转变 共析碳钢 C曲线建立过程示意图 时间时间(s) 300 102 103 104 10 1 0 800 -100 100 200 500 600 700 温度温度 () 0 400 A1 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 共析碳钢共析碳钢 C曲线的分析曲线的分析 稳定的奥氏体区稳定的奥氏体区 过 冷 奥 氏 体 区 过 冷 奥 氏 体 区 A向产向产 物转变开始线物转变开始线 A向产物向产物 转变终止线转变终止线 A + 产产 物物 区区 产 物 区 产 物 区 A1550;高温转变区高温转变区; 扩散型转变扩散型转变; P 转变区。转变区。 550230;中温转变中温转变 区区; 半扩
16、散型转变半扩散型转变; 贝氏体贝氏体( B ) 转变区转变区; 230 - 50; 低温转低温转 变区变区; 非扩散型转变非扩散型转变; 马氏体马氏体 ( M ) 转变区。转变区。 时间(s) 300 102 103 104 10 1 0 800 -100 100 200 500 600 700 温度 () 0 400 A1 Ms Mf 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 1 1、珠光体型转变、珠光体型转变高温转变（高温转变（A1A1550 550 ） 表共析碳钢三种珠光体型组织 组织名称 符号 转变温度 / 相组成 转变 类型 特征 HRC b/MPa 珠 光 体 型 珠光体 P A1650
17、 F+Fe3C 扩散 型 （铁 原子 和碳 原子 都扩 散） 片层间距0.60.8 m，500分清 1020 1 000 索氏体 S 650600 片层间距0.250.4 m，1 000分清，细珠 光体 2530 1 200 托氏体 T 600550 片层间距0.10.2 m，2 000分清，极细 珠光体 3040 1 400 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 珠光体形貌珠光体形貌 形成温度为形成温度为A A1 1650650， 片层较厚，片层较厚，500500倍光镜下倍光镜下 可辨，用符号可辨，用符号P P表示表示. . 光镜下形貌光镜下形貌 电镜下形貌电镜下形貌 三维珠光体如同放在水中的
18、包心菜三维珠光体如同放在水中的包心菜 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 （2 2）索氏体形貌像）索氏体形貌像 形成温度为形成温度为650650- -600600, , 片层较薄，片层较薄，800800- -10001000 倍光镜下可辨，用符倍光镜下可辨，用符 号号S S 表示。表示。 电镜形貌电镜形貌 光镜形貌光镜形貌 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 （3 3）托）托 氏氏 体体 形形 貌貌 像像 形成温度为形成温度为600600- -550550，片层极薄，电镜下可辨，用，片层极薄，电镜下可辨，用 符号符号T T 表示。表示。 电镜形貌电镜形貌 光镜形貌光镜形貌 第一节 钢在加热和冷
19、却时的组织转变 珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在渗碳体晶核首先在 奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含奥氏体晶界上形成，在长大过程中，其两侧奥氏体的含 碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大，碳量下降，促进了铁素体形核，两者相间形核并长大， 形成一个珠光体团形成一个珠光体团. . 珠光体转变是扩散型转变。珠光体转变是扩散型转变。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 珠光体转变过程分析录像珠光体转变过程分析录像 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 2 2、贝氏体型、贝氏体型 ( ( B ) B ) 转变转变 ( 550( 550
20、230 ) :230 ) : （1 1）550550350: 350: B B上 上; 40 ; 404545HRC;HRC;脆性大，几乎无价值。脆性大，几乎无价值。 B B上 上 = =过饱和碳 过饱和碳 - -FeFe条状条状 + + FeFe3 3C C细条状细条状 过饱和碳过饱和碳- -FeFe条状条状 羽毛状羽毛状 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 在光镜下呈在光镜下呈羽毛状羽毛状. . 在电镜下为在电镜下为不连续棒状的渗碳体分布于自奥不连续棒状的渗碳体分布于自奥 氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。氏体晶界向晶内平行生长的铁素体条之间。 光镜下光镜下 电镜下电镜下 上贝氏体上贝
21、氏体形貌形貌 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 2 2、贝氏体型、贝氏体型 ( ( B ) B ) 转变转变 ( 550( 550230 ):230 ): （2 2）350350230: 230: B B下 下; 45 ; 455555HRC;HRC;良好综合力学性能，生良好综合力学性能，生 产中常等温淬火获得。产中常等温淬火获得。 B B下 下 = =过饱和碳 过饱和碳 - -FeFe针叶状针叶状 + + FeFe3 3C C细片状细片状 过饱和碳过饱和碳 - -FeFe针叶状针叶状 FeFe3 3C C细片状细片状 针叶状针叶状 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 下贝氏体形貌下贝氏体形
22、貌 在光镜下呈在光镜下呈竹叶状。竹叶状。 在电镜下为在电镜下为细片状碳细片状碳 化物分布于铁素体针化物分布于铁素体针 内，并与铁素体针长内，并与铁素体针长 轴方向呈轴方向呈5555- -6060 角。角。 光镜下光镜下 电镜下电镜下 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。 下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好， 即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组 织之一。织之一。 上贝氏体上贝氏体 贝氏体组织的透射电镜形貌
23、贝氏体组织的透射电镜形貌 下贝氏体下贝氏体 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 共析碳钢两种贝氏体型组织共析碳钢两种贝氏体型组织 组织名 称 符 号 转变 温度 / 相组成 转变 类型 特征 HRC 贝 氏 体 型 上 贝 氏 体 B上 550 350 F过饱和+ Fe3C 半扩 散型 （铁原 子不扩 散，碳 原子扩 散） 羽毛状：平行密排的过饱和F 板条间，不均匀分布短杆状，使 条间容易脆性断裂，工业上不应 用 40 45 下 贝 氏 体 B下 350 230 F过饱和+ - Fe2.4C 针状：在过饱和F针内均匀分 布（与针轴成55 65 ）排列小 薄片 碳化物。具有较高的强度、 硬度、塑
24、性和韧性 50 60 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 3 3、马氏体转变、马氏体转变 当奥氏体过冷到当奥氏体过冷到MsMs以下将转以下将转 变为马氏体类型组织。变为马氏体类型组织。 马氏体转变是强化钢的重要马氏体转变是强化钢的重要 途径之一。途径之一。 (1) (1) 马氏体的晶体结构马氏体的晶体结构 碳在碳在 - -FeFe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体 称称马氏体马氏体，用，用M M表示。表示。 马氏体组织马氏体组织 马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中. . 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 马氏体具有体心正方晶格（马氏体具有体
25、心正方晶格（a=bca=bc） 轴比轴比c/a c/a 称马氏体的正方度。称马氏体的正方度。 C% C% 越高，正方度越大，正方畸变越严重。越高，正方度越大，正方畸变越严重。 当当0.25%0.25%C C时，时，c/a=1c/a=1，此时马氏体为体心立方晶格此时马氏体为体心立方晶格. . 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 (2)(2)马氏体的形态马氏体的形态 马氏体的形态分马氏体的形态分板条板条和和针状针状 两类。两类。 板条马氏体板条马氏体 立体形态为细长的扁棒状立体形态为细长的扁棒状 在光镜下板条马氏体为一束在光镜下板条马氏体为一束 束的细条组织。束的细条组织。 光镜下光镜下 电镜下电
26、镜下 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 电镜下电镜下 光镜下光镜下 针状马氏体针状马氏体 立体形态为双凸透镜形的片状。立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。显微组织为针状。 在电镜下，亚结构主要是孪晶在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称，又称孪晶马氏体孪晶马氏体。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 马氏体的形态主要取决于其含碳量马氏体的形态主要取决于其含碳量 C%C%小于小于0.2%0.2%时时，组织几乎全部是组织几乎全部是板条马氏体板条马氏体。 C%C%大于大于1.0%1.0%C C时时几乎全部是几乎全部是针状马氏体针状马氏体. . C%C%在在0.20.2 1.0%1.0%之间之间为
27、为板条与针状的混合组织板条与针状的混合组织。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 (3) (3) 马氏体的性能马氏体的性能 高硬度高硬度是马氏体性能是马氏体性能 的主要特点。的主要特点。 马氏体的硬度主要取马氏体的硬度主要取 决于其含碳量。决于其含碳量。 含碳量增加，其硬度含碳量增加，其硬度 增加。增加。 当含碳量大于当含碳量大于0.6%0.6%时，其硬度趋于平缓。时，其硬度趋于平缓。 合金元素对马氏体硬度的影响不大。合金元素对马氏体硬度的影响不大。 马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系 C%C% 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的
28、固溶强化。马氏体强化的主要原因是过饱和碳引起的固溶强化。此此 外，马氏体转变产生的组织细化也有强化作用。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。马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式。针状针状 马氏体脆性大，马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性板条马氏体具有较好的塑性和韧性. . 针状马氏体针状马氏体 板条马氏体板条马氏体 马氏体的透射电镜马氏体的透射电镜 形貌形貌 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 (4) (4) 马氏体转变的特点马氏体转变的特点 马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要
29、特点是： 无扩散性无扩散性 铁和碳原子铁和碳原子 都不扩散都不扩散， 因而马氏体因而马氏体 的含碳量与的含碳量与 奥氏体的含奥氏体的含 碳量相同。碳量相同。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 降温形成降温形成 马氏体转变开始的温度称马氏体转变开始的温度称上马上马 氏体点氏体点，用，用MsMs 表示表示. . 马氏体转变终了温度称马氏体转变终了温度称下马下马 氏体点氏体点，用，用MfMf 表示表示. . 只要温度达到只要温度达到MsMs以下即发生以下即发生 马氏体转变。马氏体转变。 在在MsMs以下，随温度下降以下，随温度下降, ,转变转变 量增加，冷却中断量增加，冷却中断, ,转变停止。转变
30、停止。 M Mf f MsMs M(50%)M(50%) M(90%)M(90%) 高速长大高速长大 马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。马氏体形成速度极快，瞬间形核，瞬间长大。 当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏当一片马氏体形成时，可能因撞击作用使已形成的马氏 体产生裂纹。体产生裂纹。 转变不完全转变不完全 即使冷却到即使冷却到Mf点，也点，也 不可能获得不可能获得100%100%的马氏的马氏 体，总有部分奥氏体未体，总有部分奥氏体未 能转变而残留下来，能转变而残留下来， 称称残余奥氏体残余奥氏体，用，用A A 或或 表示。表示。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 总结总
31、结 过冷奥氏体转变产物（共析钢）过冷奥氏体转变产物（共析钢） 转变转变 类型类型 转变产转变产 物物 形成温度，形成温度， 转变转变 机制机制 显微组织特征显微组织特征 HRCHRC 获得获得 工艺工艺 珠珠 光光 体体 P P A A1 1 650650 扩扩 散散 型型 粗片状粗片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布 5 5- -2020 退火退火 S S 650650 600600 细片状，细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布 2020- -3030 正火正火 T T 600600 550550 极细片状极细片状，F F、FeFe3 3C C相间分布相间分布
32、3030- -4040 等温等温 处理处理 贝贝 氏氏 体体 B B上 上 550550 350350 半扩半扩 散型散型 羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状FeFe3 3C C分布于过饱和分布于过饱和F F 条之间条之间 4040- -5050 等温等温 处理处理 B B下 下 350350 M MS S 竹叶状，细片状竹叶状，细片状FeFe3 3C C分布于过饱和分布于过饱和F F 针上针上 5050- -6060 等温等温 淬火淬火 马马 氏氏 体体 M M针 针 M MS S M Mf f 无扩无扩 散型散型 针状针状 6060- -6565 淬火淬火 M M* *板条 板条 M MS S
33、M Mf f 板条状板条状 5050 淬火淬火 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 亚共析钢的亚共析钢的TTTTTT曲线曲线 F A P + F S + F T B M + A残残 A3 时间时间(s) 300 102 103 104 10 1 0 800 -100 100 200 500 600 700 温度温度 () 0 400 A1 Ms Mf 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 过共析钢的过共析钢的TTTTTT曲线曲线 P + Fe3C S + Fe3C T B M + A残残 Fe3C A ACM 时间时间(s) 300 102 103 104 10 1 0 800 -100 100
34、 200 500 600 700 温度温度 () 0 400 A1 Ms Mf Acm 时间时间(s) 300 102 103 104 10 1 0 800 -100 100 200 500 600 700 温度温度 () 0 400 A1 Ms Mf 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 3 3、 影响影响 TTT TTT 曲线形状与位置的因素曲线形状与位置的因素 （1 1）奥氏体中含碳量的影响）奥氏体中含碳量的影响: : 亚共析钢的亚共析钢的C C曲线随含碳量的增加右移；曲线随含碳量的增加右移； 过共析钢的过共析钢的C C曲线随含碳量的增加左移。曲线随含碳量的增加左移。 过共过共 析钢析钢
35、共析共析 钢钢 亚共亚共 析钢析钢 时间时间 温 度 温 度 A1 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 （2 2）奥氏体中含合金元素的影响）奥氏体中含合金元素的影响: : 除除CoCo外外, , 能溶入奥氏体使过冷奥氏体稳定性增大的能溶入奥氏体使过冷奥氏体稳定性增大的 合金元素会使合金元素会使C C曲线右移动；溶入较多碳化物形成元素，使曲线右移动；溶入较多碳化物形成元素，使C C曲曲 线出现两个鼻尖。线出现两个鼻尖。 向右移向右移 向 下 移 向 下 移 Ms A1 A1 Ms 含含Cr合金钢合金钢 （3 3）加热温度和保温时间的影响）加热温度和保温时间的影响: : 加热温度越高加热温度越高,
36、 , 保温时间越长保温时间越长, ,碳化物溶解充分碳化物溶解充分, , 奥氏体成分奥氏体成分 均匀均匀, ,提高了过冷奥氏体的稳定性提高了过冷奥氏体的稳定性, , 从而使从而使 TTTTTT曲线向右移。曲线向右移。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 Vk 共析碳钢共析碳钢 CCT CCT 曲线建立过程示意图曲线建立过程示意图 时间时间 温 度 温 度 A1 Pf Ps A+P K Ms Mf 水冷水冷 油冷油冷 Vk 炉冷炉冷 空冷空冷 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 图就是应用共析碳钢等温转变曲线分析过冷奥氏体在连续冷却时的转变情况。 （1）图中冷却速度冷却速度v v1 1相当于随炉冷
37、却的速度，根据v1与C曲线相交的位置， 过冷奥氏体将转变为珠光体珠光体( (P)P)； （2）冷却速度冷却速度v v2 2相当于空气中冷却的速度，根据v2与C曲线相交的位置，过 冷奥氏体将转变为索氏体索氏体( (S)S)； （3）冷却速度冷却速度v v3 3相当于淬火时的冷却速 度，有一部分过冷奥氏体转变为托氏体(T)， 剩余的过冷奥氏体冷却到Ms开始转变成马氏 体(M)，最终获得托氏体马氏体残余奥托氏体马氏体残余奥 氏体氏体的混合组织； （4）冷却速度冷却速度v v4 4相当于在水中冷却时的 冷却速度，它不与C曲线相交，一直过冷到 Ms点以下开始转变为马氏体(M)，得到马氏马氏 体和残余奥氏
38、体体和残余奥氏体的混合组织。冷却速度vk与 C曲线鼻尖相切，为该钢的临界冷却速度。 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 1 1、同一成分的钢的、同一成分的钢的CCTCCT曲曲 线位于线位于C C曲线右下方。要曲线右下方。要 获得同样的组织，连续获得同样的组织，连续 冷却转变比等温转变的冷却转变比等温转变的 温度要低些，孕育期要温度要低些，孕育期要 长些。长些。 2 2、连续冷却时，转变时在、连续冷却时，转变时在 一个温度范围内进行的一个温度范围内进行的 ，转变产物的类型可能，转变产物的类型可能 不只一种，有时是几种不只一种，有时是几种 类型组织的混合。类型组织的混合。 3 3、连续冷却转变时，
39、共析、连续冷却转变时，共析 钢不发生贝氏体转变。钢不发生贝氏体转变。 三、三、 共析碳钢共析碳钢 TTT TTT 曲线与曲线与CCTCCT曲线的比较曲线的比较 第一节 钢在加热和冷却时的组织转变 毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加 工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工 预备热处理预备热处理 : : 退火退火 ; ; 正火；调质正火；调质 最终热处理最终热处理 : : 淬火淬火 ; ; 回火；表面热处理回火；表面热处理 第二节 钢的普通热处理工艺 一、钢的退火 1 1、退火、退火：将钢加热到适当温度（：将钢加热到适当温度（临界温度以上临界温度以上3030 5050
40、），保温一定时间，然后），保温一定时间，然后在炉中缓慢地在炉中缓慢地冷冷 却的热处理工艺。却的热处理工艺。 2 2、目的、目的为最终热处理作好组织准备为最终热处理作好组织准备 1 1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；）降低硬度，提高塑性，改善加工性能； 2 2）细化晶粒，消除组织缺陷；）细化晶粒，消除组织缺陷； 3 3）消除内应力）消除内应力 。 第二节 钢的普通热处理工艺 退退 火火 重结晶重结晶 退退 火火 低低 温温 退退 火火 完全退火完全退火 扩散退火扩散退火 球化退火球化退火 再结晶退火再结晶退火 去应力退火去应力退火 普通退火普通退火 等温退火等温退火 普通球化普通球化 退退
41、火火 等温球化等温球化 退退 火火 3 3 退火种类退火种类 第二节 钢的普通热处理工艺 1 1）完全退火）完全退火 定义：定义：将钢加热将钢加热A Ac3 c3以上 以上3030- - 5050 C C, ,完全奥氏体后，保温一定时完全奥氏体后，保温一定时 间随之缓慢冷却到间随之缓慢冷却到600600 C C以下，以下， 出炉空冷。出炉空冷。 组织：组织：细小而均匀的平衡细小而均匀的平衡 组织组织 （铁素体（铁素体+ +珠光体）珠光体） 目的：目的：细化晶粒，消除内应力，细化晶粒，消除内应力， 降低硬度，以利降低硬度，以利 于切削加工。于切削加工。 适用范围：适用范围：亚共析钢型材。亚共析钢
42、型材。 第二节 钢的普通热处理工艺 各种退火与正火的工艺曲线 2 2）球化退火）球化退火 定义：定义：将钢加热到将钢加热到AcAc1 1以以 上上2020- -30 30 C C，保温后，保温后 随炉缓冷至随炉缓冷至600 600 C C， 出炉空冷，使钢中碳出炉空冷，使钢中碳 化物呈球状的工艺方化物呈球状的工艺方 法。法。 组织：组织：球状珠光体（渗球状珠光体（渗 碳体呈球形的细小颗碳体呈球形的细小颗 粒弥粒弥 散分布在铁素散分布在铁素 体基体中）体基体中） 第二节 钢的普通热处理工艺 目的：目的：降低硬度、提降低硬度、提 高塑性、改善切削高塑性、改善切削 加工性能。加工性能。 适用范围：适
43、用范围：主要用于主要用于 过共析钢、合金工过共析钢、合金工 具钢。具钢。 球状珠光体球状珠光体 第二节 钢的普通热处理工艺 3 3）均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火） 定义：定义：将钢加热到将钢加热到AcAc3 3以上以上 150150- -300 300 C C，长时间，长时间 保温后随炉缓冷。保温后随炉缓冷。 目的：目的：使钢中的化学成分使钢中的化学成分 和组织均匀化和组织均匀化 适用范围：适用范围：主要用于质量主要用于质量 要求高的合金钢铸锭、要求高的合金钢铸锭、 铸件、锻坯。铸件、锻坯。 第二节 钢的普通热处理工艺 4 4）去应力退火）去应力退火 定义：定义：将钢加热到将钢加
44、热到AcAc1 1以下以下 （一般约为（一般约为500500600 600 C C），），保温后随炉缓冷至保温后随炉缓冷至 200200-300 300 C C出炉空冷，出炉空冷， 又称低温退火。又称低温退火。 目的：目的：消除铸件、锻件和焊消除铸件、锻件和焊 接件接件 的内应力的内应力 。（没有。（没有 发生组织变化）发生组织变化） 适用范围：适用范围：用于所有的钢。用于所有的钢。 第二节 钢的普通热处理工艺 5 5）再结晶退火）再结晶退火-中间退火中间退火 定义：定义：把经过冷变形处理把经过冷变形处理 的钢加热到再结晶温度以的钢加热到再结晶温度以 上上150150250 250 ，保温后缓
45、，保温后缓 慢冷却的退火工艺方法。慢冷却的退火工艺方法。 目的：目的：使形变晶粒重新结使形变晶粒重新结 晶成均匀的等轴晶粒，以晶成均匀的等轴晶粒，以 消除形变强化和残余应力。消除形变强化和残余应力。 应用：应用：去除冷变形钢引起去除冷变形钢引起 的加工硬化的加工硬化 。 第二节 钢的普通热处理工艺 再结晶退火再结晶退火 视频：退火工艺视频：退火工艺 第二节 钢的普通热处理工艺 二、钢的正火二、钢的正火 1 1、正火：、正火：将钢件加热到将钢件加热到AcAc3 3或或AccmAccm线以上线以上3030 50 50 C C ，保温适当的时间后，在，保温适当的时间后，在空气空气中冷却。中冷却。 2
46、 2、正火与退火的区别：、正火与退火的区别： 正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速 度比退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较度比退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较 细，强度、硬度比退火钢高。细，强度、硬度比退火钢高。 第二节 钢的普通热处理工艺 2 2）对低、中碳钢）对低、中碳钢 （S+F S+F ），可用正火作），可用正火作 为预备热处理，可提高为预备热处理，可提高 硬度和强度，改善切削硬度和强度，改善切削 加工性；加工性； 3 3）对高碳钢（）对高碳钢（S S ），）， 正火可抑制渗碳体网的正火可抑制渗碳体网的 形成，可为球化退火作形成，可为球
47、化退火作 准备准备 。 热处理与硬度关系热处理与硬度关系 合适切削加工硬度合适切削加工硬度 3 3、目的及应用：、目的及应用： 1 1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火最为最终）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火最为最终 热处理，以提高其强度、硬度和韧性。热处理，以提高其强度、硬度和韧性。 第二节 钢的普通热处理工艺 视频：正火工艺视频：正火工艺 第二节 钢的普通热处理工艺 三、钢的淬火三、钢的淬火 淬火：淬火：将钢件加热到将钢件加热到 Ac3Ac3或或Ac1Ac1以上某一温以上某一温 度，保温一定时间后，度，保温一定时间后， 快速冷却的热处理工快速冷却的热处理工 艺。艺。 目的：目的：为了获得马氏为了获得马氏 体（或贝氏体）组织，体（或贝氏体）组织， 提高钢的硬度、强度提高钢的硬度、强度 和耐磨性，
