2017年首钢杯轧钢工培训(金属学)-钢的热处理课件

碳素钢的热处理碳素钢的热处理1

首钢技师学院回主页回目录第五讲碳素钢的热处理§5-1钢在加热及冷却时的组织转变§5-2钢的热处理工艺

2学习指导学习重点：

知道钢在加热和冷却时的组织如何进行相互转变的（即热处理原理），钢在淬火后的回火组织转变原理；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。

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转变的原理；

首钢技师学院回主页回目录学习指导学习重点：3§5-1

钢在加热及冷却时的组织转变一、钢在加热时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变三、钢在回火时的转变

首钢技师学院回主页回目录§5-1钢在加热及冷却时的组织转变4概念－通过钢在固态下加热、保温和冷却这一过程，改变其组织形态，从而获得所需要的性能的工艺被称为“钢的热处理”。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。

钢的热处理分为：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。

首钢技师学院回主页回目录概念－通过钢在固态下加热、保温和冷却这一过程，改变其5一、钢在加热时的组织转变

1、共析钢的奥氏体化2、奥氏体晶粒的长大及其控制

首钢技师学院回主页回目录一、钢在加热时的组织转变61、共析钢的奥氏体化

碳素钢在室温条件下组织基本上是由“铁素体+渗碳体”两个相所组成，只有在奥氏体组织状态下才能通过不同的冷却方式使钢转变成不同的组织，进而获得不同的力学性能。

首钢技师学院回主页回目录珠光体=铁素体+渗碳体奥氏体1、共析钢的奥氏体化7共析碳钢的奥氏体化－“形核与核的长大”

首钢技师学院回主页回目录奥氏体的形成1234共析碳钢的奥氏体化－“形核与核的长大”8

⑴奥氏体形核－钢在加热到A1时，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成，因为此处能量较高。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶核形成⑴奥氏体形核－钢在加热到A1时，奥氏体晶9

⑵奥氏体晶核长大－奥氏体形核后的长大是新相奥氏体的相界面同时向铁素体和渗碳体两个方向同时推移的过程；同时存在铁素体晶格改变成奥氏体晶格和渗碳体的溶解。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒长大⑵奥氏体晶核长大－奥氏体形核后的长大是新相奥10

⑶残余渗碳体的溶解－渗碳体晶格较复杂，其溶解速度小于铁素体晶格向奥氏体晶格的转变；在铁素体全部消失后，仍需一段时间才能完成渗碳体的全部溶解。

首钢技师学院回主页回上页未溶解的渗碳体⑶残余渗碳体的溶解－渗碳体晶格较复杂，其溶解11

⑷奥氏体成分均匀化－继续延长保温时间，通过碳原子的扩散能得到化学成分均匀的奥氏体组织，为冷却后得到良好的组织状态打下基础。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒⑷奥氏体成分均匀化－继续延长保温时间，通过碳122、奥氏体晶粒的长大及控制⑴奥氏体晶粒的长大－奥氏体刚刚完成转变时的晶粒是细小的晶粒，称为“奥氏体原始晶粒度”。随时间的延长和温度的升高，大晶粒将小晶粒“吞并”，以获取更小的晶界表面积使晶界表面能降低，奥氏体组织处于更加稳定的状态。

在某一个加热条件下实际获得的奥氏体晶粒称为“奥氏体实际晶粒度”。

首钢技师学院回主页回目录2、奥氏体晶粒的长大及控制13⑵奥氏体晶粒度－奥氏体晶粒的大小采用晶粒度表示。按GB6394－86规定，标准晶粒度分为10级。其中1～4级称为粗晶粒，5～8级称为细晶粒，9级以上称为超细晶粒。

首钢技师学院回主页回目录1级3级2级5级4级7级6级8级⑵奥氏体晶粒度－奥氏体晶粒的大小采用晶粒度14⑶奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响

奥氏体晶粒细小时，冷却转变物组织也细小，其强度、塑性和韧性都比较高，冷脆性转变温度较低；奥氏体晶粒粗大时，冷却后转变产物组织也粗大，钢的力学性能下降，淬火时易变形，甚至开裂。

首钢技师学院回主页回目录1级7级⑶奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响15⑷奥氏体晶粒度的控制a冶炼。冶炼时添加铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）、锆（Zr）等化学元素；b加热时间和加热温度。加热温度越高、加热时间越长奥氏体晶粒越大；c加热速度。加热温度一定时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体形核率越高，起始晶粒越小；同时加热速度快，晶粒也来不及长大。

首钢技师学院回主页回目录⑷奥氏体晶粒度的控制16二、钢在冷却时的组织转变1、过冷奥氏体的等温转变2、马氏体转变

首钢技师学院回主页回目录二、钢在冷却时的组织转变17

钢经过加热获得奥氏体组织后，在不同的冷却条件下进行冷却，可使钢获得不同的力学性能。

在热处理工艺中常采用等温冷却和连续冷却两种冷却方式。

首钢技师学院回主页回目录钢经过加热获得奥氏体组织后，在不同的冷却条18

等温冷却－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。

等温淬火、等温退火属于此类情况。临界点时间温度加热保温冷却

首钢技师学院回主页回目录等温冷却－将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下19

连续冷却－奥氏体化的钢随时间增加ΔT，温度下降Δt，普通淬火、正火、退火等工艺中的冷却属于此种冷却。临界点时间温度加热保温冷却

首钢技师学院回主页回目录连续冷却－奥氏体化的钢随时间增加ΔT，温度下降20⑴过冷奥氏体－奥氏体在临界点A1以下是不稳定的，必定要发生变化，但并不是一冷到A1温度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。

在A1温度以下暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。

首钢技师学院回主页回目录临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体⑴过冷奥氏体－奥氏体在临界点A1以下是不稳定的，21

⑵过冷奥氏体的等温转变－将高温奥氏体迅速冷却到低于A1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的过程。临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体等温转变

首钢技师学院回主页回目录⑵过冷奥氏体的等温转变－将高温奥氏体迅速冷却22⑶等温转变曲线建立和分析

首钢技师学院回主页回目录视频演示⑶等温转变曲线建立和分析23等温转变曲线的五条线示意图

首钢技师学院回主页回目录A1线转变开始线转变终了线马氏体转变开始线马氏体转变终了线等温转变曲线的五条线示意图24等温转变曲线的六个区示意图

首钢技师学院回主页回目录视频演示奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体与转变产物共存区转变产物区马氏体与残余奥氏体共存区马氏体区等温转变曲线的六个区示意图25

⑷过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能

共析钢的过冷奥氏体在冷却过程中会发生三种不同的转变，即：珠光体型转变，贝氏体型转变和马氏体型转变。

首钢技师学院回主页回目录珠光体型转变贝氏体型转变马氏体型转变过冷奥氏体视频演示⑷过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能26

①

珠光体型转变转变温度范围为A1

～5000C，又叫高温转变，是由奥氏体向珠光体的转变，产物形态多数为片状，特殊情况下为粒状。

首钢技师学院回主页回目录珠光体索氏体屈氏体温度时间500①珠光体型转变27

过冷奥氏体的转变温度对珠光体的形成过程和组织有明显的影响，转变温度越低，即过冷度越大，珠光体中的铁素体和渗碳体片越薄，表明珠光体越细；强度、硬度越高，塑性和韧性也较好。

从粗到细其产物分别称为：珠光体、索氏体、屈氏体。

首钢技师学院回主页回目录过冷奥氏体的转变温度对珠光体的形成过程和组28

②

贝氏体型转变

转变温度范围：5000C～Ms线（对共析钢为2300C）又叫中温转变。

5000C～3500C生上贝氏体（

B上）

3500C～Ms产生下贝氏体（B下）

首钢技师学院回主页回目录视频演示500上贝氏体下贝氏体②贝氏体型转变29

贝氏体是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体（

或碳化物）

组成的两相混合物，根据转变温度和铁素体与渗碳体分布形态不同，分为上贝氏体和下贝氏体两种。

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贝氏体的性能

a硬度比珠光体、索氏体、屈氏体都高。

b

B下与B上相比，不但硬度、强度高，而且塑性、韧性也好（

为获得B下，可采用等温淬火工艺）。贝氏体是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体（或30

2、马氏体型转变

当冷却速度大于临界冷却速度，奥氏体化后的钢被迅速过冷至Ms线以下，将发生一个由奥氏体向高硬度相的转变，被称为马氏体转变。转变温度范围：共析钢的Ms～Mf温度范围是2300C～－500C，因此又称为低温转变。

首钢技师学院回主页回目录冷却曲线马氏体区2、马氏体型转变31

马氏体转变的特点：1、低温转变

马氏体转变是奥氏体必须快速冷却到某一温度以下才能发生。这一温度称为马氏体转变开始温度，用Ms代表。2、非扩散性转变

由于转变温度低，过冷度大，奥氏体向马氏体转变时只发生“γ－

Fe”→“

α－

Fe”

的晶格改组，而没有铁、碳原子的扩散，属非扩散型转变，马氏体中的含碳量就是转变前奥氏体中的含碳量。

首钢技师学院回主页回目录马氏体转变的特点：323、马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体。

首钢技师学院回主页回目录4、残留奥氏体

室温下马氏体的转变是不完全的，总要残留少量奥氏体。3、马氏体是碳在α－Fe中的过饱和固溶体。33

马氏体的组织形态－主要有针状马氏体和板条状马氏体两种。含碳量大于1％的奥氏体几乎只形成针状马氏体。含碳量小于0．2％的奥氏体几乎只形成板条状马氏体。

首钢技师学院回主页回目录马氏体的组织形态－主要有针状马氏体和板条状马氏体两种34

⑴针状马氏体

又叫高碳马氏体。立体形状是双凸透镜状，在光学显微镜下呈竹叶状或凸透镜状，马氏体针状的大小为奥氏体晶粒大小所控制。力学性能：高碳马氏体具有高硬度，但塑、韧性很低，脆性大。

首钢技师学院回主页回目录⑴针状马氏体力学性能：35

⑵板条状马氏体

又叫低碳马氏体。立体形状呈扁椭圆形截面的细长板条状，在光学显微镜下呈一束束平行排列的细板条状。力学性能：低碳马氏体具有较高的强韧性，即综合的力学性能较好。

首钢技师学院回主页回目录⑵板条状马氏体力学性能：36

三、钢在回火时的转变

1、回火时组织转变和性能的变化

2、回火脆性

首钢技师学院回主页回目录三、钢在回火时的转变37淬火钢回火的目的：

1、调整钢的力学性能；2、稳定工件的尺寸和形状；3、消除残余应力。

首钢技师学院回主页回目录淬火钢回火的目的：381、淬火钢回火时组织转变和性能的变化

首钢技师学院回主页回目录⑴回火时组织的转变残余奥氏体的分解马氏体的分解碳化物的转变碳化物的聚集球化和a→Fe的再结晶1、淬火钢回火时组织转变和性能的变化39

①

马氏体的分解

在1000C

以上时，马氏体开始分解，碳从过饱和的α固溶体中析出形成ε

碳化物，因为温度比较低，还不能直接析出渗碳体；析出的ε碳化物呈密排六方晶格，化学方程式为Fe2。4C，ε

碳化物不是一个平衡相，而是向Fe3C转变前的一个过渡相。马氏体分解后最终形成过“饱和α固溶体+高度弥散的ε

碳化物”的组织，称为回火马氏体。

首钢技师学院回主页回目录①马氏体的分解40

②

残余奥氏体的分解

淬火钢中的残余奥氏体在2500C～3000C范围内迅速分解为下贝氏体；随温度的升高，下贝氏体将进一步转变为铁素体和渗碳体的二相混合物，即珠光体型产物。

首钢技师学院回主页回目录②残余奥氏体的分解41

③

碳化物的转变

在2500C～400

0C温度回火时，ε碳化物将转变为Fe3C。

转变的过程是以ε

碳化物重新溶入α

固溶体，而稳定的渗碳体相不断地析出的方式进行的。

首钢技师学院回主页回目录③碳化物的转变42

④碳化物的聚集球化和a→F的再结晶

马氏体的分解在3500C左右时就基本结束了，但分解产物中的α

固溶体仍保持马氏体的针状形态，直至4500C以上，α固溶体经过恢复再结晶后转变为多边形晶粒的铁素体。

与此同时，当温度超过4000C以后，渗碳体发生明显的聚集长大和球化；温度在5000C～6500C左右，得到多边形晶粒的铁素体与球粒状渗碳体组成的混合组织；如果回火温度继续升高到7000C以上，则得到球化组织。

首钢技师学院回主页回目录④碳化物的聚集球化和a→F的再结晶43

首钢技师学院回主页回目录⑵回火产物及性能回火屈氏体回火马氏体回火索氏体球化珠光体

44回火马氏体（1500C～2500C）

由过饱和α固溶体+高度弥散的ε碳化物组成的混合物。硬度较回火前略有下降，但塑性和韧性提高。应用于刃具、量具、滚动轴承、冷冲模具等。

首钢技师学院回主页回目录视频演示150℃回火2小时组织：回火马氏体硬度：50HRC回火马氏体（1500C～2500C）45

回火屈氏体（3500C～5000C）

由针状（或条状）铁素体与粒状渗碳体组成的混合物。具有较高的屈服强度和弹性极限，并保持一定的硬度和韧性。

应用于弹簧和热锻模具。

首钢技师学院回主页回目录视频演示350℃回火2小时组织：回火屈氏体硬度：40HRC回火屈氏体（3500C～5000C）46回火索氏体（5000C～6500C）

由多边形的铁素体与粒状渗碳体组成的混合物。具有高强度，兼有高韧性，有优良的综合机械性能。

是结构钢机械零件希望得到的组织形态。

首钢技师学院回主页回目录视频演示650℃回火2小时组织：回火索氏体硬度：187HBS回火索氏体（5000C～6500C）47

2、回火脆性

在回火过程中，随着温度的升高，钢的冲击韧性并非简单的升高，而是在2500C～4000C和4500C～6500C区间内存在冲击韧性显著下降的现象，被称为回火脆性。

首钢技师学院回主页回目录2、回火脆性48回火脆性

首钢技师学院回主页回目录2500C～4000C低温回火脆性高温回火脆性ε碳化物转变为薄片状渗碳体沿马氏体边界析出，并形成薄膜。4500C～6500C由某种化合物（碳化物、氢化物、磷化物等）沿晶界析出的结果。回火脆性49

如加热至6000C以上，缓慢冷却通过450

0C～5500C脆化区，将出现脆性；如果快冷将抑制脆性出现。

若在4500C～5500C脆化区长时间停留后，即使快冷也将出现回火脆性。

首钢技师学院回主页回目录如加热至6000C以上，缓慢冷却通过50§5-2

钢的几种热处理方法一、钢的退火与正火二、钢的淬火

三、钢的回火

首钢技师学院回主页回目录§5-2钢的几种热处理方法51

热处理的概念：使钢在固态下加热、保温和冷却，改变其组织，从而获得所需要性能的一种工艺。

热处理的作用：提高和改善钢的性能。

热处理的分类：退火、正火、淬火、回火、表面淬火等。河北易县燕下都铁剑越王勾践剑钢的热处理概念与类型热处理的概念：使钢在固态下加热、保温和冷却52热处理的发展史在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑，心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。钢的热处理概念与类型热处理的发展史钢的热处理概念与类型53

1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。

1850～1880年，对于应用各种气体（诸如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。钢的热处理概念与类型1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的54一、钢的退火与正火1、钢的退火

2、钢的正火

首钢技师学院回主页回目录一、钢的退火与正火55⑴退火的定义

将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下来，获得接近平衡状态的组织的热处理工艺，称为退火。

⑵退火的目的

①降低硬度，提高塑性和韧性；②消除残余内应力，减轻变形和防止开裂；③均匀成分，细化晶粒，为最终热处理作准备；④改善或消除铸造、轧制、焊接等加工中的组织缺陷。

首钢技师学院回主页回目录⑴退火的定义56

⑶退火种类完全退火、等温退火、球化退火、再结晶退火、去应力退火、扩散退火等。

首钢技师学院回主页回目录⑶退火种类57

①完全退火

概念：将亚共析钢加热到AC3+30～50℃，保温一定时间，随炉缓冷至600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺，称为完全退火。时间含碳量温度温度炉冷Ac3A1亚共析钢

首钢技师学院回主页回目录适用钢种：亚共析钢。目的：①细化晶粒②消除内应力③降低硬度便于切削加工④为最终热处理作准备温度范围①完全退火时间含碳量温度温度炉冷Ac3A1亚共析钢58

②等温退火

概念：将钢加热到AC3+30～50℃或

AC1～Accm之间某一温度，适当保温后，以较快速度冷却到Ar1以下，等温一定时间，使奥氏体在等温中完成转变，以降低硬度的退火，称为等温退火。

首钢技师学院回主页回目录常用钢种：

高合金钢优点：

节省时间，组织均匀。时间含碳量温度温度Ar1Ac1温度范围Acm②等温退火59③球化退火

概念：将钢加热到AC1+20～50℃，保温一定时间，然后缓慢冷却，获得球状珠光体组织的退火方法，称为球化退火。

首钢技师学院回主页回目录Ac1+20～50℃时间含碳量温度温度炉冷目的：使渗碳体球化，降低硬度，改善切削性能，并为淬火作组织准备。Ac1③球化退火60④去应力退火

概念：将钢加热到略低于AC1的温度，约500～650℃，经保温后缓慢冷却的退火方法，称为去应力退火。目的：消除残余内应力。时间含碳量温度温度炉冷Ac1A1空冷

首钢技师学院回主页回目录500～650℃④去应力退火目的：消除残余内应力。时间含碳612、钢的正火⑴定义：将钢加热到AC3或Accm

以上30～50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺，称为钢的正火。Ac3Accm+30～50℃Ac3+20～30℃时间含碳量温度温度空冷

首钢技师学院回主页回目录2、钢的正火Ac3Accm+30～50℃Ac62⑵正火与退火的不同

正火冷却速度稍快，正火后的组织比退火细，硬度和强度有所提高，非共析钢正火时发生伪共析转变，使组织中珠光体量增多，片间距变小，通常获得索氏体组织。

首钢技师学院回主页回目录⑶应用1、细化晶粒，提高力学性能；2、对WC＜0．25%的钢，可适当提高硬度，改善切削性能；3、消除过共析钢中二次渗碳体网，便于球化退火。⑵正火与退火的不同63

二、钢的淬火

1、淬火加热温度

2、淬火冷却介质

3、常用的淬火方法

4、钢的淬透性和淬硬性

首钢技师学院回主页回目录二、钢的淬火64

基本概念：将钢加热至临界温度Ac1或Ac3以上30～500C，保温一定时间，然后以大于临界冷却速度的冷却速度冷至室温，获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。

目的：获得马氏体组织，提高钢的硬度和耐磨性。

首钢技师学院回主页回目录基本概念：将钢加热至临界温度Ac1或Ac3以上30～65

1、淬火加热温度

为了使淬火得到细而均匀的马氏体组织，首先就要求淬火加热时能获得细而均匀的奥氏体。淬火加热温度的选择是否恰当直接影响奥氏体晶粒的大小，并进一步影响钢的淬火组织和性能。

首钢技师学院回主页回目录1、淬火加热温度66钢的淬火温度区间Ac1+30～50℃Ac3+30～50℃含碳量温度AA+Fe3C0.77%

亚共析钢：Ac3+（30～50）0C

温度过高奥氏体晶粒粗大，淬火后马氏体晶粒也随之粗大；若选择在Ac1～Ac3之间，则组织中有一部分先共析铁素体，淬火后会造成钢的强度和硬度不高。

共析钢和过共析钢：Ac1+（30～50）0C

淬火后得到的组织是均匀细小马氏体和粒状渗碳体，超过此温度得到粗针状马氏体，同时引起工件严重变形，增大开裂倾向。

首钢技师学院回主页回目录过共析钢亚共析钢共析钢钢的淬火温度区间Ac1+30～50℃Ac3+30～50℃含碳67

2、淬火冷却介质

淬火操作的难度比较大，主要是因为：淬火要求得到马氏体，淬火的冷却速度就必须大于临界冷却速度，而快冷总是不可避免地要造成很大的内应力，往往会引起钢件的变形和开裂。

首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线1A1MsMf2、淬火冷却介质68理想的淬火冷却曲线应该是：在650～5500C范围要快冷，其它温度区间不需快冷，尤其在Ms点以下更不需快冷，以免引起工作变形或开裂。

首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线2A1MsMf解决冷却速度的方法有两条：⑴寻找一种比较理想的淬火介质。⑵改进淬火的冷却方法。

理想的淬火冷却曲线应该是：在650～55069

冷却介质有：油、水、盐水、碱水等，其冷却能力依次加强，这些冷却介质都不能完全满足上述理想的淬火冷却条件。

如：水在温度的高端能满足冷却速度的要求，但在低端则显得冷却速度过快，工件容易发生变形和开裂。

油在温度的低端能满足冷却速度的要求，但在温度的高端则冷却强度不够。

首钢技师学院回主页回目录冷却介质有：油、水、盐水、碱水等，其冷却能力依次加强70

3、常用的淬火方法⑴单液淬火法淬火零件放入一种淬火液中，操作简单，容易实现机械化和自动化；工件有容易变形和开裂的缺点。温度时间冷却曲线A1MsMf

首钢技师学院回主页回目录3、常用的淬火方法温度时间冷却曲线A1MsM71

⑵双液淬火法

工件先放入水中淬火，待冷却到300～4000C时，取出放入油中冷却。

优点是高温快冷，使奥氏体不能转变为珠光体；在低温时冷却速度降低，减小了马氏体转变的相变应力，防止工件的变形和开裂。

首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf⑵双液淬火法72

⑶、分级淬火法

将工件放入温度在Ms线附近的盐槽或碱槽中，保温一段时间，使得工件表面与内部的温度均匀一致，可以大大减小继续冷却的温差应力，然后取出空冷。

首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf⑶、分级淬火法73⑷等温淬火法

对某些形状复杂而又要求较高的综合机械性能的工件，通过等温淬火可以得到下贝氏体组织。

方法是将工件放入温度高于Ms

的盐槽或碱槽中，保温一段时间，使其发生下贝氏体转变，然后拿出空冷。

首钢技师学院回主页回目录温度时间冷却曲线A1MsMf⑷等温淬火法744、钢的淬透性和淬硬性

⑴淬透性的概念

指在标准条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力，称为淬透性。深度越大，钢的淬透性就越大。

淬透性的大小主要受钢中合金元素的影响。

首钢技师学院回主页回目录温度时间A1MsMf心部v临界v表面v温度时间A1MsMf心部v临界v表面v124、钢的淬透性和淬硬性75

⑵淬硬性的概念

淬硬性是指钢在淬火后能达到的最高硬度，它主要取决于马氏体中的含碳量。

首钢技师学院回主页回目录⑵淬硬性的概念76

⑶淬透层深度

自工件表面至里深入到半马氏体区（

50%马氏体+50%屈氏体）的深度作为淬透层深度。50%马氏体+50%屈氏体淬透层深度

首钢技师学院回主页回目录⑶淬透层深度50%马氏体+50%屈氏77

⑷淬透性与淬硬性的区别

淬透性是表示钢接受淬火的能力，与钢中合金元素、含碳量及奥氏体晶粒大小有关；

淬硬性是指钢在淬火后能够达到的最大硬度，主要取决于含碳量。

首钢技师学院回主页回目录⑷淬透性与淬硬性的区别78

⑸影响淬透性的因素

凡能使“C”曲线右移，使允许临界淬火冷却速度减小的因素，都能提高钢的淬透性。温度时间A1MsMf

首钢技师学院回主页回目录⑸影响淬透性的因素温度时间A1MsMf795、淬火缺陷⑴变形和开裂

淬火时，工件内部的热应力或相变应力过大，会导致工件变形或破坏。

淬火内应力是热应力和组织应力的叠加，若内应力超过钢的屈服点，就会引起工件塑性变形；如果超过抗拉强度，则导致工件开裂。⑵硬度不足

首钢技师学院回主页回目录5、淬火缺陷80

热应力：工件在冷却时，由于截面上温度差异，引起各部分体积变化不均匀而产生的内应力，称为热应力。组织应力：因组织转变（相变）导致体积变化不均匀而产生的内应力。

首钢技师学院回主页回目录热应力：工件在冷却时，由于截面上温度差异，引81

三、钢的回火基本概念－将淬火钢重新加热到A1以下某一温度，经保温后，冷却到室温的热处理工艺，称为回火。回火的目的：

1、消除或降低淬火内应力，防止钢件变形或开裂。

首钢技师学院回主页回目录三、钢的回火822、稳定工件尺寸

淬火后得到马氏体+残余奥氏体都是极不稳定的组织组成物，它们会自发地向稳定的铁素体和渗碳体或碳化物的两相混合物转变，从而引起工件尺寸和形状的继续转变。利用回火处理可以促使它充分转变到一定程度并使其组织结构稳定化。

首钢技师学院回主页回目录2、稳定工件尺寸833、获得钢件所需的组织和性能

淬火后，硬度高而脆性大，可通过与适当的回火相配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性、塑性。

首钢技师学院回主页回目录3、获得钢件所需的组织和性能84演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！85碳素钢的热处理碳素钢的热处理86

首钢技师学院回主页回目录第五讲碳素钢的热处理§5-1钢在加热及冷却时的组织转变§5-2钢的热处理工艺

87学习指导学习重点：

知道钢在加热和冷却时的组织如何进行相互转变的（即热处理原理），钢在淬火后的回火组织转变原理；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。

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转变的原理；

首钢技师学院回主页回目录学习指导学习重点：88§5-1

钢在加热及冷却时的组织转变一、钢在加热时的组织转变二、钢在冷却时的组织转变三、钢在回火时的转变

首钢技师学院回主页回目录§5-1钢在加热及冷却时的组织转变89概念－通过钢在固态下加热、保温和冷却这一过程，改变其组织形态，从而获得所需要的性能的工艺被称为“钢的热处理”。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。

钢的热处理分为：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。

首钢技师学院回主页回目录概念－通过钢在固态下加热、保温和冷却这一过程，改变其90一、钢在加热时的组织转变

1、共析钢的奥氏体化2、奥氏体晶粒的长大及其控制

首钢技师学院回主页回目录一、钢在加热时的组织转变911、共析钢的奥氏体化

碳素钢在室温条件下组织基本上是由“铁素体+渗碳体”两个相所组成，只有在奥氏体组织状态下才能通过不同的冷却方式使钢转变成不同的组织，进而获得不同的力学性能。

首钢技师学院回主页回目录珠光体=铁素体+渗碳体奥氏体1、共析钢的奥氏体化92共析碳钢的奥氏体化－“形核与核的长大”

首钢技师学院回主页回目录奥氏体的形成1234共析碳钢的奥氏体化－“形核与核的长大”93

⑴奥氏体形核－钢在加热到A1时，奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成，因为此处能量较高。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶核形成⑴奥氏体形核－钢在加热到A1时，奥氏体晶94

⑵奥氏体晶核长大－奥氏体形核后的长大是新相奥氏体的相界面同时向铁素体和渗碳体两个方向同时推移的过程；同时存在铁素体晶格改变成奥氏体晶格和渗碳体的溶解。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒长大⑵奥氏体晶核长大－奥氏体形核后的长大是新相奥95

⑶残余渗碳体的溶解－渗碳体晶格较复杂，其溶解速度小于铁素体晶格向奥氏体晶格的转变；在铁素体全部消失后，仍需一段时间才能完成渗碳体的全部溶解。

首钢技师学院回主页回上页未溶解的渗碳体⑶残余渗碳体的溶解－渗碳体晶格较复杂，其溶解96

⑷奥氏体成分均匀化－继续延长保温时间，通过碳原子的扩散能得到化学成分均匀的奥氏体组织，为冷却后得到良好的组织状态打下基础。

首钢技师学院回主页回上页奥氏体晶粒⑷奥氏体成分均匀化－继续延长保温时间，通过碳972、奥氏体晶粒的长大及控制⑴奥氏体晶粒的长大－奥氏体刚刚完成转变时的晶粒是细小的晶粒，称为“奥氏体原始晶粒度”。随时间的延长和温度的升高，大晶粒将小晶粒“吞并”，以获取更小的晶界表面积使晶界表面能降低，奥氏体组织处于更加稳定的状态。

在某一个加热条件下实际获得的奥氏体晶粒称为“奥氏体实际晶粒度”。

首钢技师学院回主页回目录2、奥氏体晶粒的长大及控制98⑵奥氏体晶粒度－奥氏体晶粒的大小采用晶粒度表示。按GB6394－86规定，标准晶粒度分为10级。其中1～4级称为粗晶粒，5～8级称为细晶粒，9级以上称为超细晶粒。

首钢技师学院回主页回目录1级3级2级5级4级7级6级8级⑵奥氏体晶粒度－奥氏体晶粒的大小采用晶粒度99⑶奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响

奥氏体晶粒细小时，冷却转变物组织也细小，其强度、塑性和韧性都比较高，冷脆性转变温度较低；奥氏体晶粒粗大时，冷却后转变产物组织也粗大，钢的力学性能下降，淬火时易变形，甚至开裂。

首钢技师学院回主页回目录1级7级⑶奥氏体晶粒度对钢在室温下组织和性能的影响100⑷奥氏体晶粒度的控制a冶炼。冶炼时添加铌（Nb）、钒（V）、钛（Ti）、锆（Zr）等化学元素；b加热时间和加热温度。加热温度越高、加热时间越长奥氏体晶粒越大；c加热速度。加热温度一定时，加热速度越快，过热度越大，奥氏体形核率越高，起始晶粒越小；同时加热速度快，晶粒也来不及长大。

首钢技师学院回主页回目录⑷奥氏体晶粒度的控制101二、钢在冷却时的组织转变1、过冷奥氏体的等温转变2、马氏体转变

首钢技师学院回主页回目录二、钢在冷却时的组织转变102

钢经过加热获得奥氏体组织后，在不同的冷却条件下进行冷却，可使钢获得不同的力学性能。

在热处理工艺中常采用等温冷却和连续冷却两种冷却方式。

首钢技师学院回主页回目录钢经过加热获得奥氏体组织后，在不同的冷却条103

等温冷却－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。

等温淬火、等温退火属于此类情况。临界点时间温度加热保温冷却

首钢技师学院回主页回目录等温冷却－将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下104

连续冷却－奥氏体化的钢随时间增加ΔT，温度下降Δt，普通淬火、正火、退火等工艺中的冷却属于此种冷却。临界点时间温度加热保温冷却

首钢技师学院回主页回目录连续冷却－奥氏体化的钢随时间增加ΔT，温度下降105⑴过冷奥氏体－奥氏体在临界点A1以下是不稳定的，必定要发生变化，但并不是一冷到A1温度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。

在A1温度以下暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。

首钢技师学院回主页回目录临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体⑴过冷奥氏体－奥氏体在临界点A1以下是不稳定的，106

⑵过冷奥氏体的等温转变－将高温奥氏体迅速冷却到低于A1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的过程。临界点A1时间温度加热保温冷却过冷奥氏体等温转变

首钢技师学院回主页回目录⑵过冷奥氏体的等温转变－将高温奥氏体迅速冷却107⑶等温转变曲线建立和分析

首钢技师学院回主页回目录视频演示⑶等温转变曲线建立和分析108等温转变曲线的五条线示意图

首钢技师学院回主页回目录A1线转变开始线转变终了线马氏体转变开始线马氏体转变终了线等温转变曲线的五条线示意图109等温转变曲线的六个区示意图

首钢技师学院回主页回目录视频演示奥氏体区过冷奥氏体区过冷奥氏体与转变产物共存区转变产物区马氏体与残余奥氏体共存区马氏体区等温转变曲线的六个区示意图110

⑷过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能

共析钢的过冷奥氏体在冷却过程中会发生三种不同的转变，即：珠光体型转变，贝氏体型转变和马氏体型转变。

首钢技师学院回主页回目录珠光体型转变贝氏体型转变马氏体型转变过冷奥氏体视频演示⑷过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能111

①

珠光体型转变转变温度范围为A1

～5000C，又叫高温转变，是由奥氏体向珠光体的转变，产物形态多数为片状，特殊情况下为粒状。

首钢技师学院回主页回目录珠光体索氏体屈氏体温度时间500①珠光体型转变112

过冷奥氏体的转变温度对珠光体的形成过程和组织有明显的影响，转变温度越低，即过冷度越大，珠光体中的铁素体和渗碳体片越薄，表明珠光体越细；强度、硬度越高，塑性和韧性也较好。

从粗到细其产物分别称为：珠光体、索氏体、屈氏体。

首钢技师学院回主页回目录过冷奥氏体的转变温度对珠光体的形成过程和组113

②

贝氏体型转变

转变温度范围：5000C～Ms线（对共析钢为2300C）又叫中温转变。

5000C～3500C生上贝氏体（

B上）

3500C～Ms产生下贝氏体（B下）

首钢技师学院回主页回目录视频演示500上贝氏体下贝氏体②贝氏体型转变114

贝氏体是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体（

或碳化物）

组成的两相混合物，根据转变温度和铁素体与渗碳体分布形态不同，分为上贝氏体和下贝氏体两种。

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