材料热处理分类和工程师考试必备知识点

1、材料热处理分类和工程师考试必备知识点钢的分类按相图分C%0.77%：亚共析钢，组织为F+P；C%=0.77%：共析钢，组织为P；0.77% C% 2.11%：过共析钢，组织为P+Fe3C；2.11% C%4.3%：亚共晶铸铁，组织为P+Fe3C+Ld（莱氏体）；C%=4.3%：共晶铸铁，组织为Ld4.3% C%6.69%：过共晶铸铁，组织为Ld+Fe3C钢的分类按含碳量分：C%0.25%：低碳钢0.25% C%0.60%：中碳钢0.60% C%2.11%：高碳钢2.11% C%4.3%：亚共晶铸铁C%=4.3%：共晶铸铁4.3% C%6.69%：过共晶铸铁按用途分：结构钢工具钢特殊性能钢结构钢

2、调质钢45、40Cr、 40CrNiMo、42CrMo、 38CrMoAl（氮化钢）渗碳钢20、20Cr、20CrNiMo 、 20CrMnTi弹簧钢65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6工具钢的分类刃具钢碳素工具钢：T7、T8、T10、T12低合金工具钢：大截面9CrSi、CrWMn等高速钢：18-4-1、6-5-4-2、9-3-4-1等分级淬火；温度高，接近熔点，随炉试样；A,多，三次回火，红硬性好；冷处理“风钢”。特殊性能钢不锈钢：马氏体不锈钢；1Cr13、 2Cr13、 3Cr13、 4Cr13 奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti 铁素体不锈钢：

3、1Cr17Ni2 沉淀硬化不锈钢00Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)耐热钢：15CrMo低温钢：1Cr18Ni9Ti耐磨钢:Mn13(水韧化处理）合金元素的作用强碳化物形成元素：Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Mn非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B强化F：由强到弱：P、 Si、Ti、Mn、 Al、 Cu、 Ni、 Mo、 V、 W、 Cr（需控制含量，降低k）防止晶界腐蚀：Ti提高电位： Cr合金元素对加热的影响扩大区：Mn、 Ni、 Co、 C、 N、 B、 Cu缩小区：Cr、W、Mo、V、Ti、 Al 、 Si、 Nb、Zr阻止A晶粒长大： 强烈： V、

4、 Nb、 Ti、 Zr 中等： W、Mo、 Cr 不大： Si、 Ni、 Cu促进A晶粒长大：Mn 合金元素对冷却的影响除Co外，所有合金元素均使C曲线右移对C曲线影响由弱到强：Mn、 Mo 、Cr、 W 、Si、 Ni降低Ms由强到弱：Mn、 Cr、 Ni、 Mo、 W 、Si合金元素对回火的影响提高回火稳定性： W 、V、 Mo 、 Si Ni、 Co产生二次硬化： W 、Mo 、V AM （二次淬火） 沉淀硬化、弥散强化回火脆性：产生： Cr、 Ni、 Mn 抑制： Mo、 W 第一讲钢的整体热处理 退火正火淬火回火钢的正火 将钢加热到Ac3（或Accm）点以上3050，保温适当时间后，

5、在静止空气中冷却的热处理工艺。 风冷 雾冷 预先热处理 代替调质正火的目的细化晶粒，均匀组织；提高低碳钢工件的硬度和切削加工性；消除加工硬化和去除内应力；消除过共析钢的网状碳化物；为下一步热处理做好准备；低碳钢代替退火；大工件感应淬火前的预备热处理。钢的退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定的时间然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的降低硬度，改善力学性能；消除组织缺陷，均匀化学成分；消除或减少内应力，稳定尺寸；为最终热处理做组织准备退火的分类完全退火 中低碳钢铸件、热轧件、焊接件不完全退火 共析钢球化退火 共析钢、过共析钢均匀化退火 大型铸钢件和合金钢钢锭去应力退火 铸件、焊接件、锻轧件及机

6、械 加工件几种退火的加热温度范围钢的淬火将钢件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的提高钢的强度、硬度、耐磨性等力学性能，提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性。1.3.1 加热参数的选择B和M均为A的转变产物，为了获得这些组织，首先要加热获得A。加热的目的：获得适当成分、晶粒细小的奥氏体加热温度（淬火温度）、保温时间都是以以上目的为依据的，同时考虑能源及设备消耗、零件氧化脱碳淬火温度的选择亚共析钢: Ac3 （3050）共、过共析钢:Ac1（3050）保温时间的选择保温是加热的继续，目的相同因为碳钢奥氏体转变所需的时间

7、较短，保温至整个零件达到淬火温度即可；合金元素扩散较慢，可能影响碳化物的溶解和C的扩散，合金钢可以适当延长保温时间。按装炉量、工件尺寸、材料种类估算1.3.2 钢的淬透性与淬硬性钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的能力。一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却较快，心部冷却较慢 。不同位置转变产物不同。钢的淬透性取决于过冷 奥氏体的稳定性淬透性通常用规定条件(试样形状、尺寸、加热冷却条件等）下的淬硬层深度表示，淬硬层深度越深，表明其淬透性越好。淬透性与钢材成分、原始状态及加热条件有关，而与工件尺寸、淬火介质无关 C曲线靠右的钢（临界冷却速度较小），淬透性较好在尺寸、形

8、状、冷却条件均相同时，淬透性大的钢，淬透层深度越深。 不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直径零件淬硬层较薄；根据工件的淬透性优化热处理工艺。 如正火代替调质量安排工艺路线考虑淬透性；淬透性是选材制定工艺的依据淬透性与选材和制定热处理工艺的重要依据。如截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、对心部性能要求高较高淬透性材料对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的1/31/2）的钢。为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆断，材料的淬透性不能太好。 钢的淬硬性钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火所能达到的最大硬度能力。钢的淬硬性取决于钢（A）的含碳量。1.3.3 常用淬火冷却介质与淬火方法

9、淬火介质与方法的选择要考虑两方面的因素避免形成珠光体减小变形、开裂理想介质的冷却特性如图 理想冷却速度淬火加热方式1.空气炉 氧化脱碳 毛坯料 改进：装箱 涂保护涂料2. 盐浴炉 加热速度快，氧化脱碳小，可 实现局部加热。注意：定期脱氧捞渣，严格控制水分。3.保护气氛4.真空炉加热 无氧化脱碳，可实现光亮淬火；工件变形小；工件表面光亮；无污染，劳动条件好。淬火温度亚共析钢 Ac3(30-50)过共析钢 Ac1(30-50) 过共析钢中碳化物溶解困难，淬火温度还要高，一般要(30-70)，甚至大于100 淬火加热时间 1）钢的成分 合金钢碳钢 2）工件尺寸及装炉量 3）加热设备 真空炉空气炉盐浴

10、炉 4）装炉状况 间隙小，时间长 5）装炉温度 高温装炉可以缩短时间淬火冷却根据C-曲线常用冷却介质1.水及水溶液（水基）2.油3.盐浴和碱浴4.气体（氮气、空气）1.水及水溶液 10% NaCl水溶液在550-650范围的冷却能力比清水提高近10倍；10-15% NaOH水溶液好于NaCl，但其易变质且有腐蚀。10% NaCl水溶液最高使用温度为5010-15% NaOH水溶液最高使用温度为60.水基淬火剂2.油油的温度高，冷却能力强，机油最好使用温度60-80.等温淬火油快速淬火油真空淬火油光亮淬火油。油淬火件需清洗。淬火冷却介质3.盐浴和碱浴4.气体（氮气、空气）淬火冷却方法P117（1

11、）单液淬火；（2）双介质淬火：水-油；水-空气；油-空气；（3）分级淬火Ms（马氏体）；（4）等温淬火, 260-400,下贝区（贝氏体）；（5）冷处理：目的：提高硬度，稳定尺寸，提高磁性。（主要是减少A） 冷却操作方法P118复杂零件，预冷可减小变形；淬火方向轴类，套筒垂直入水；长板，横向侧面入水；凹面，槽口向上；截面相差较大时，大头先入水等不摆动或只沿着淬入方向直线运动，可减小变形；淬火应用实例临界直径的零件容易开裂，如5-11的45钢零件水淬。尤其是6-9最容易开裂。裂纹起源于最先入水的部位或缺陷处。避免危险尺寸；改进工艺改变淬火介质淬火缺陷 1.硬度不足和软点；原因及措施 2.过热和过

12、烧； 3.氧化和脱碳； 4.变形和开裂。钢的回火：钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷到室温，获得较稳定组织及所需力学性能的热处理工艺。回火目的1.降低应力和脆性，防止断裂；2.获得良好的综合机械性能；3.防止工件变形，稳定工件尺寸；4.改善加工性能。回火的分类和应用根据回火时发生的转变，回火分为三类低温回火：发生马氏体分解，产物为回火马氏体M；中温回火：碳化物没有过分聚集长大，产物为回火屈氏体T (F+点状Fe3C)；高温回火：产物为回火索氏体S (F+球状的Fe3C)回火的分类：1.低温回火 150-250 M回 稳定组织，用于高硬度的零件，轴承、渗碳淬火件。 2

13、.中温回火 250-500 T回 获得较好的弹性、韧性，用于弹簧、热锻模。3.高温回火 500-700 S回 获得较高的综合力学性能，用于各种轴类、连杆、螺栓等。淬火高温回火=调质处理高速钢的560回火并非高温回火，而是低温回火。淬火钢在回火时的变化淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于原子活动能力增强，发生如下转变（温度碳钢）(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;(2)马氏体分解:在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M 100250析出 -FeC ； 250400之间， -FeC溶解并重新析出Fe3C。(3)残余奥氏体的

14、转变: （200300）在回火加热、保温或降温过程中按 C曲线进行转变，如AM或B组织(4)F的回复与再结晶及碳化物的聚集长大当T 400时，M中的碳原子全部脱溶，变成F，但是保持M外形。T当T 600时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长大并粗化。S淬火钢在回火时性能的变化淬火钢在回火时随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高钢的回火脆性第一类回火脆 碳钢在200-400温度范围内回火，合金钢在250-450温度范围内回火，会出现室温冲击韧度下降。 消除之需重新淬火。（不可逆）钢的回火脆性第二类回火脆性（高温） 某些合金钢在450-650温度范围内回火或回火后缓慢冷却通过上述

15、温度范围时，会出现冲击韧度降低的现象。将其重新加热到回火温度然后快冷至室温，脆性就会消失。（可逆） 含Cr、Ni、Mn合金元素与杂质协同在晶界偏聚造成第二类回火脆性。 加入0.30.5%的Mo可以抑制第二类回火脆。 回火后快冷可以抑制第二类回火脆性。第二讲典型零件热处理结构钢的热处理调质钢45、40Cr、 40CrNiMo、42CrMo、 38CrMoAl（氮化钢）渗碳钢20、20Cr、20CrNiMo 、 20CrMnTi弹簧钢65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6调质钢最终热处理：轴类、连杆、高强螺栓等预先热处理：渗氮、软氮化、感应淬火工艺：淬火：A

16、C3+ （3050） 回火：根据硬度要求 （注意有回火脆的材料）弹簧钢弹簧钢：65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA 淬火+中温回火；弹性硬度。T回 过热敏感性 去应力退火：240-300 表面光洁度（疲劳源） 失效形式：疲劳（喷丸强化） 不得酸洗（氢脆）轴承钢的热处理 GCr15工艺路线锻件正火球化退火机加工淬火+冷处理+回火磨削加工一次时效精磨二次时效研磨GCr15热处理工艺1.正火温度：920时间：冷却方式：空冷（散堆）金相组织：细片状珠光体（不得有网状碳化物）GCr15热处理工艺2.球化退火退火温度800-820，保温时间2-3小时，快冷至680 等温温度680-700，保温时间3

17、-4小时，冷炉至500 以下空冷球化组织2-4级GCr15热处理工艺3.淬火工艺预热温度500-550 ，保温时间90min。淬火温度850 ，保温时间60min。（视工件大小及装炉量而定）GCr15热处理工艺4.冷处理工艺-70-80 ，保温时间1h。冷处理目的：1）减少A；2）提高硬度及耐磨性；3）稳定尺寸及性能；GCr15热处理工艺5.回火工艺回火温度 180 回火保温时间2-4hGCr15热处理工艺6.一次时效温度150-160 时间4-6hGCr15热处理工艺7.二次时效温度120 -140时间4-6h齿轮拖拉机、重载汽车齿轮：渗碳+淬火轿车齿轮：高频淬火机床齿轮：氮化渗碳+淬火齿轮

18、的工艺1.材料：20CrMnTi 、20CrNiMo2.工艺路线：锻造正火粗车精车制齿渗碳+淬火、回火抛丸成品正火可使组织均匀化，调整硬度改善切削加工性。渗碳是提高齿面碳的质量分数（0.8-1.05%）；淬火可提高齿轮表面硬度并获得一定淬硬层深度（），提高齿面耐磨性和接触疲劳强度；低温回火的作用是消除淬火应力，防止磨削裂纹，提高冲击抗力。喷丸处理可提高齿面硬度约1-3HRC，增加表面残余压应力，从而提高接触疲劳强度。 高频淬火齿轮的工艺1.材料：45、40Cr2.工艺路线：锻造正火粗车调质精车制齿高频淬火、回火精磨成品正火可使组织均匀化，消除锻造应力，调整硬度改善切削加工性。调质可使齿轮具有较高的综合力学性能，提高齿轮心部强度和韧性，使齿轮能承受较大弯曲应力和冲击载荷，并减小淬火变形；感应淬火可