金属材料及热处理

关于金属材料及热处理（１）钢筋绕成弹簧状；（２）加热钢筋至红热，急剧冷却；（３）将（２）钢筋再次加热（温度相对低）冷却。弹簧热处理过程为什么弹簧状钢筋加热到红热急冷后变得又硬又脆？为什么再次加热和冷却后变得刚柔相济，成为真正的弹簧？第2页,共117页，2024年2月25日，星期天常见热处理工艺普通热处理表面热处理退火淬火（Zhan通蘸）正火回火表面淬火化学热处理第3页,共117页，2024年2月25日，星期天实际生产中的临界点第4页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.1钢在加热时的转变§5.2

钢在冷却时的转变§5.3

钢的退火和正火§5.4钢的淬火§5.5钢的回火§5.6钢的表面淬火§5.7钢的化学热处理第五章钢的热处理第5页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.1钢在加热时的转变§5.1钢在加热时的转变一、奥氏体的形成过程共析钢的奥氏体形成过程：奥氏体的形核奥氏体晶核的长大残余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化晶体结构的改变：bcc→fccFe、C原子的扩散第6页,共117页，2024年2月25日，星期天亚共析钢的A化：P→A后，先共析F溶解

过共析钢的A化：

P→A后，Fe3CⅡ

溶解§5.1钢在加热时的转变第7页,共117页，2024年2月25日，星期天二.、影响奥氏体形成速度的因素

奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分以及原始组织等有关。

加热温度越高，奥氏体形成速度越快加热速度越快，奥氏体形成速度越快含碳量增加，利于奥氏体加速形成合金元素显著影响奥氏体的形成速度组织（珠光体）越细，奥氏体形成速度越快钴、镍等↑；铬、钼、钒等↓；硅、铝、锰等－。§5.1钢在加热时的转变第8页,共117页，2024年2月25日，星期天三、奥氏体晶粒大小及其影响因素1.奥氏体晶粒度：

起始晶粒度

实际晶粒度

本质晶粒度奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小奥氏体在具体加热条件下所获得奥氏体晶粒的大小特定条件下钢的奥氏体晶粒长大的倾向性，并不代表具体的晶粒大小特定条件930±10℃，保温8h倾向性本质粗晶粒钢（Mn，Si）本质细晶粒钢（Al）§5.1钢在加热时的转变第9页,共117页，2024年2月25日，星期天

温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显晶界上存在未溶的碳化物时，会对晶粒长大起阻碍作用，使奥氏体晶粒长大倾向减小合金元素，也影响奥氏体晶粒长大，除锰、磷外几乎所有合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大2.影响奥氏体晶粒长大的因素§5.1钢在加热时的转变返回第10页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.2钢在冷却时的转变§5.2钢在冷却时的转变1.奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即发生转变呢？2.不同的冷却速度是否也得到同一种的组织呢？第11页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.2钢在冷却时的转变过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变的奥氏体，称为过冷奥氏体。临界点以下不稳定将要发生转变冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。转变产物组织性能均匀，研究领域应用广等温冷却方式连续冷却方式转变产物为粗细不匀甚至类型不同的混合组织，实际生产中广泛采用第12页,共117页，2024年2月25日，星期天高温转变：

A1~550℃过冷A→P型组织中温转变：

550℃~MS过冷A→贝氏体低温转变：

MS~Mf

过冷A→马氏体(M)一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线TmTt转变开始线转变终了线C曲线：形状似CTTT曲线：

Time，Temperature、Transformation§5.2钢在冷却时的转变第13页,共117页，2024年2月25日，星期天孕育期：过冷奥氏体等温转变开始所经历的时间，反映了过冷奥氏体的稳定性§5.2钢在冷却时的转变第14页,共117页，2024年2月25日，星期天二、过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能1.珠光体转变和珠光体的组织形态与性能

根据过冷奥氏体转变温度的不同，共析成分碳钢的转变产物可分为珠光体（A1～550℃）、贝氏体（550℃～MS）和马氏体（MS～Mf）三种。

过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的；珠光体转变是一个扩散型转变（Fe、C原子都进行扩散）；一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状组织，称为片状珠光体；§5.2钢在冷却时的转变F渗碳体片间距：相邻两片渗碳体中心之间的距离第15页,共117页，2024年2月25日，星期天

按照片间距的大小，可将片状珠光体分为珠光体P，索氏体S和托氏体T（屈氏体），片间距P﹥S﹥T；珠光体P3800×索氏体S8000×屈氏体T8000×

随着转变温度的降低，片间距减小，强硬度提高，塑韧性也有改善§5.2钢在冷却时的转变第16页,共117页，2024年2月25日，星期天

相同成分条件下，粒状珠光体的强硬度较低，塑韧性较好片状珠光体粒状珠光体§5.2钢在冷却时的转变第17页,共117页，2024年2月25日，星期天2.马氏体转变和马氏体的组织形态与性能马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。

马氏体转变的无扩散性，转变温度低，通过切变和原子的微小调整来实现结构的转变；马氏体转变的瞬时性，转变速度很快；马氏体转变的不彻底性，存在残余奥氏体，对材料的稳定性有很大影响马氏体转变具有很大的体积效应，造成较大的内应力马氏体是C在a-Fe中过饱和间隙固溶体，具有一定的正方度1)马氏体转变特征§5.2钢在冷却时的转变第18页,共117页，2024年2月25日，星期天2)马氏体的组织形态

C%<0.25%时，为板条M（低碳M，位错M）；

C%>1.0%时，为针状M（高碳M，孪晶M）；

C%=0.25~1.0%时，为混合M板条M,

平行的细板条束组成针状M（凸透镜状）§5.2钢在冷却时的转变第19页,共117页，2024年2月25日，星期天C%↑→M硬度↑针状M硬度高，塑韧性差。板条M强度高，塑韧性较好。尽可能细化奥氏体粒度，是细化马氏体晶粒提高马氏体韧性的有效手段3)马氏体的性能§5.2钢在冷却时的转变第20页,共117页，2024年2月25日，星期天3.贝氏体转变和贝氏体的纽织形态与性能

钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母B表示。1)贝氏体转变特征

半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间；

Fe原子不扩散，切变完成晶格改组；C原子扩散，析出碳化物

两相混合物，其中a相过饱和§5.2钢在冷却时的转变第21页,共117页，2024年2月25日，星期天2)贝氏体的形貌及性能上贝氏体——羽毛状，小片状Fe3C分布在F间。光学显微照片1300×电子显微照片5000×45钢，上B+下B，×400

上B强度和韧性差§5.2钢在冷却时的转变第22页,共117页，2024年2月25日，星期天下贝氏体——针片状，铁素体针片内规则地分布着细片状碳化物。下贝氏体强度、硬度、塑性、韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合机械性能F针内定向分布着细小碳化物颗粒电子显微照片12000×T8钢，下B，黑色针状光学显微照片×400§5.2钢在冷却时的转变第23页,共117页，2024年2月25日，星期天三、影响过冷奥氏体等温转变的因素含碳量的影响：亚共析钢的C曲线随着含碳量的增加右移，过共析钢的C曲线随着含碳量增加左移；合金元素的影响：除钴以外所有的合金元素溶入奥氏体中都能增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移；合金碳化物降低奥氏体的稳定性，使C曲线左移；奥氏体化过程越充分，奥氏体越稳定，使C曲线右移。§5.2钢在冷却时的转变第24页,共117页，2024年2月25日，星期天四、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT）PST+M+A'M+A'

连续冷却过程不会发生贝氏体转变；

存在转变终止线KK’

连续冷却，产物不可能是单一均匀物质§5.2钢在冷却时的转变返回第25页,共117页，2024年2月25日，星期天第五章钢的热处理第五章钢的热处理热处理：通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能的一种加工工艺。Tt随炉冷却空冷油冷加热保温第26页,共117页，2024年2月25日，星期天（１）钢筋绕成弹簧状；（２）加热钢筋至红热，急剧冷却；（３）将（２）钢筋再次加热（温度相对低）冷却。弹簧热处理过程第27页,共117页，2024年2月25日，星期天常见热处理工艺普通热处理表面热处理退火淬火（Zhan通蘸）正火回火表面淬火化学热处理第28页,共117页，2024年2月25日，星期天实际生产中的临界点第29页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.1钢在加热时的转变§5.2

钢在冷却时的转变§5.3

钢的退火和正火§5.4钢的淬火§5.5钢的回火§5.6钢的表面淬火§5.7钢的化学热处理第五章钢的热处理第30页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.1钢在加热时的转变§5.1钢在加热时的转变一、奥氏体的形成过程共析钢的奥氏体形成过程：奥氏体的形核奥氏体晶核的长大残余渗碳体的溶解奥氏体成分的均匀化晶体结构的改变：bcc→fccFe、C原子的扩散第31页,共117页，2024年2月25日，星期天亚共析钢的A化：P→A后，先共析F溶解

过共析钢的A化：

P→A后，Fe3CⅡ

溶解§5.1钢在加热时的转变第32页,共117页，2024年2月25日，星期天二.、影响奥氏体形成速度的因素

奥氏体形成速度与加热温度、加热速度、钢的成分以及原始组织等有关。

加热温度越高，奥氏体形成速度越快加热速度越快，奥氏体形成速度越快含碳量增加，利于奥氏体加速形成合金元素显著影响奥氏体的形成速度组织（珠光体）越细，奥氏体形成速度越快钴、镍等↑；铬、钼、钒等↓；硅、铝、锰等－。§5.1钢在加热时的转变第33页,共117页，2024年2月25日，星期天三、奥氏体晶粒大小及其影响因素1.奥氏体晶粒度：

起始晶粒度

实际晶粒度

本质晶粒度奥氏体形成刚结束，奥氏体晶粒边界刚刚相互接触时的晶粒大小奥氏体在具体加热条件下所获得奥氏体晶粒的大小特定条件下钢的奥氏体晶粒长大的倾向性，并不代表具体的晶粒大小特定条件930±10℃，保温8h倾向性本质粗晶粒钢（Mn，Si）本质细晶粒钢（Al）§5.1钢在加热时的转变第34页,共117页，2024年2月25日，星期天

温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒长大越明显晶界上存在未溶的碳化物时，会对晶粒长大起阻碍作用，使奥氏体晶粒长大倾向减小合金元素，也影响奥氏体晶粒长大，除锰、磷外几乎所有合金元素都阻碍奥氏体晶粒长大2.影响奥氏体晶粒长大的因素§5.1钢在加热时的转变返回第35页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.2钢在冷却时的转变§5.2钢在冷却时的转变1.奥氏体是不是降温到临界温度以下就立即发生转变呢？2.不同的冷却速度是否也得到同一种的组织呢？第36页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.2钢在冷却时的转变过冷奥氏体：在临界点以下存在的不稳定的且将要发生转变的奥氏体，称为过冷奥氏体。临界点以下不稳定将要发生转变冷却方式：等温冷却方式和连续冷却方式。转变产物组织性能均匀，研究领域应用广等温冷却方式连续冷却方式转变产物为粗细不匀甚至类型不同的混合组织，实际生产中广泛采用Tt第37页,共117页，2024年2月25日，星期天高温转变：A1~550℃

过冷A→珠光体(M)中温转变：550℃~MS过冷A→贝氏体(M)低温转变：MS~Mf

过冷A→马氏体(M)一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线A1Tt转变开始线转变终了线C曲线：形状似CTTT曲线：

Time，Temperature、Transformation§5.2钢在冷却时的转变第38页,共117页，2024年2月25日，星期天孕育期：过冷奥氏体等温转变开始所经历的时间，反映了过冷奥氏体的稳定性§5.2钢在冷却时的转变珠光体贝氏体马氏体第39页,共117页，2024年2月25日，星期天二、过冷奥氏体转变及其产物的组织形态与性能1.珠光体转变和珠光体的组织形态与性能

在A1～550℃之间，过冷奥氏体（A）→珠光体（P：F+Fe3C）

过冷奥氏体向珠光体转变，是通过形核和长大的过程来完成的；珠光体转变是一个扩散型转变（Fe、C原子都进行扩散）；§5.2钢在冷却时的转变1）珠光体转变特征

共析钢成分易在奥氏体晶界处形核先、过共析钢在先析相上形核

Fe原子的扩散，完成γ相（面心立方）向α相（体心立方）的转变

C原子的扩散，γ相→α相过程中多余的C原子以Fe3C形式析出第40页,共117页，2024年2月25日，星期天F渗碳体片间距：相邻两片渗碳体中心之间的距离

一般情况下，珠光体为片状铁素体和片状渗碳体相间分布的层状组织，称为片状珠光体；2）珠光体的组织形态与性能

随着转变温度的降低，片间距减小，强硬度提高，塑韧性也有改善

按照片间距的大小，可将片状珠光体分为珠光体P，索氏体S和托氏体T（屈氏体），片间距P﹥S﹥T；第41页,共117页，2024年2月25日，星期天珠光体P3800×索氏体S8000×屈氏体T8000ק5.2钢在冷却时的转变转变温度（℃）片间距（nm）硬度（HRC

）珠光体（P）720～680250～19005～25索氏体（S）680～60080～25025～35托氏体（T）600～55030～8035～40第42页,共117页，2024年2月25日，星期天

相同成分条件下，粒状珠光体的强硬度较低，塑韧性较好片状珠光体粒状珠光体§5.2钢在冷却时的转变

除片状珠光体外，还存在球状（粒状）珠光体渗碳体呈细小的粒状或球状分布在铁素体基体上返回第43页,共117页，2024年2月25日，星期天2.马氏体转变和马氏体的组织形态与性能

马氏体转变是指钢从奥氏体状态快速冷却，来不及发生扩散分解而产生的无扩散型的相变，转变产物称为马氏体。在Ms点以下，过冷奥氏体（A，γ相）→马氏体（M，α相）

马氏体转变的无扩散性

马氏体转变的瞬时性，转变速度很快（低碳马氏体100mm/s）1）马氏体转变特征§5.2钢在冷却时的转变Fe原子通过切变和原子的微小调整来实现结构的转变（fcc→bcc）；

C原子不扩散，保留在α相中；马氏体转变过程中出现表面浮凸效应。第44页,共117页，2024年2月25日，星期天

马氏体转变的不彻底性，马氏体转变具有很大的体积效应，造成较大的内应力

马氏体转变的可逆性M转变在不断的降温过程中形成，至Mf温度，M转变终止，但仍保留部分残余奥氏体；一般生产中快速冷却的室温（Ms和Mf温度之间），保留更多的残余奥氏体，高碳钢可达10-15%；

存在残余奥氏体，对材料的稳定性有很大影响。

某些铁或非铁合金，马氏体重新加热时可直接转变成奥氏体或母相；淬火钢加热过程中马氏体会首先发生分解，观察不到可逆性第45页,共117页，2024年2月25日，星期天

马氏体是C在a-Fe中过饱和间隙固溶体，过饱和的C原子处在体心立方的八面体间隙中，体心立方→体心正方，具有一定的正方度2）马氏体的晶体结构及组织形态铁原子碳原子可能位置铁原子的振动范围第46页,共117页，2024年2月25日，星期天C%<0.25%，板条M（位错M）C%>1.0%，针状M（孪晶M）C%=0.25~1.0%时，混合M板条M

每个单元呈窄而细长的板条，许多板条总是成群地、相互平行地连在一起针状M（凸透镜状）

空间形态为双凸透镜片状，相邻的马氏体片一般不互相平行，而是呈一定交角分布§5.2钢在冷却时的转变

钢中马氏体的形态主要为板条状和针片状马氏体第47页,共117页，2024年2月25日，星期天

其它形态的马氏体

蝶状马氏体：蝴蝶形断面的细长条片

薄片状马氏体：立体组织薄片状，显微组织细长的带状

ε马氏体：具有密排六方结构的马氏体第48页,共117页，2024年2月25日，星期天

较高的强度和硬度，C%↑→M硬度↑低碳M塑韧性较好，高碳M，塑韧性差，并且存在显微裂纹。尽可能细化奥氏体粒度，是细化马氏体晶粒提高马氏体韧性的有效手段时效强化§5.2钢在冷却时的转变3）马氏体的性能固溶强化亚结构强硬度高第49页,共117页，2024年2月25日，星期天3.贝氏体转变和贝氏体的纽织形态与性能

钢的过冷奥氏体在珠光体转变温度以下、马氏体转变温度以上的温度范围内，发生一种半扩散型相变，称之为贝氏体转变。转变产物贝氏体，通常用字母B表示。1）贝氏体转变特征

在珠光体和马氏体转变温度之间，过冷奥氏体（A，γ相）→贝氏体（B，α相+碳化物）

半扩散型转变，介于珠光体和马氏体转变之间；

贝氏体形成时会产生表面浮凸§5.2钢在冷却时的转变

Fe原子不扩散，切变完成晶格改组；

C原子扩散，析出碳化物第50页,共117页，2024年2月25日，星期天2）贝氏体的形貌及性能（上贝氏体、下贝氏体）上贝氏体形貌：羽毛状，由成束的、大体上平行的板条状铁素体和条间的呈粒状或条状的渗碳体所组成的非片层状组织。上贝氏体性能：强度和韧性差光学显微照片1300×电子显微照片5000×45钢，上B+下B，×400

§5.2钢在冷却时的转变第51页,共117页，2024年2月25日，星期天下贝氏体——针片状，铁素体针片内规则地分布着细片状碳化物。下贝氏体强度、硬度、塑性、韧性均高于上贝氏体，具有良好的综合机械性能F针内定向分布着细小碳化物颗粒电子显微照片12000×T8钢，下B，黑色针状光学显微照片×400§5.2钢在冷却时的转变第52页,共117页，2024年2月25日，星期天三、影响过冷奥氏体等温转变的因素含碳量的影响：亚共析钢的C曲线随着含碳量的增加右移，过共析钢的C曲线随着含碳量增加左移；合金元素的影响：除钴以外所有的合金元素溶入奥氏体中都能增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移；合金碳化物降低奥氏体的稳定性，使C曲线左移；奥氏体化过程越充分，奥氏体越稳定，使C曲线右移。§5.2钢在冷却时的转变第53页,共117页，2024年2月25日，星期天四、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT）PST+M+A'M+A'连续冷却过程不会发生贝氏体转变；存在转变终止线KK’连续冷却，产物不可能是单一均匀物质§5.2钢在冷却时的转变返回第54页,共117页，2024年2月25日，星期天TheEnd第55页,共117页，2024年2月25日，星期天TheEnd第56页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.3钢的退火和正火第57页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.3

钢的退火和正火

铜棒Ø24mm如何消除拉拔过程中的硬化现象？

电缆线Ø0.15mm第58页,共117页，2024年2月25日，星期天

切削件的硬度在170～230HB范围内，切削性能较好。

刀具具有较高的韧性时，不容易发生崩刃。切削件的硬度如何调整？刀具如何才能具有较高的韧性？第59页,共117页，2024年2月25日，星期天季裂加工过程（铸、锻、焊、切削）产生的内应力如何消除加工过程中产生的内应力？第60页,共117页，2024年2月25日，星期天§5.3

钢的退火和正火在实际的制造过程中，常见的工艺路线如：退火和正火是应用最为广泛的热处理工艺！！第61页,共117页，2024年2月25日，星期天

为什么将其安排在铸/锻造与切削加工之间呢?为什么退火与正火有着非常广泛的应用?§5.3

钢的退火和正火第62页,共117页，2024年2月25日，星期天

在铸/锻造/焊接之后，钢件中不但残留有铸造或锻造应力，而且还往往存在着成分和组织上的不均匀性，因而机械性能较低，还会导致以后淬火时的变形和开裂。也会存在硬度偏高或偏低的现象，严重影响后续的切削加工性能。经过退火和正火后，便可得到细而均匀的组织，并消除应力，改善钢件的机械性能并为随后的淬火作了准备经过退火与正火后，钢的组织接近于平衡组织，其硬度适中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高时，退火或正火常作为最终热处理。

§5.3

钢的退火和正火第63页,共117页，2024年2月25日，星期天一.钢的退火

完全退火

等温退火

球化退火

去应力退火

扩散退火

二.钢的正火三.退火和正火的选择§5.3

钢的退火和正火第64页,共117页，2024年2月25日，星期天定义：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷、坑冷、灰冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。目的：减轻钢的成分及组织的不均匀性，细化晶粒，调整硬度，消除内应力，为淬火作组织准备返回§5.3

钢的退火和正火第65页,共117页，2024年2月25日，星期天名称由来：经历完全奥氏体化过程问题2：奥氏体区的温度区间很大，如果你是热处理工程师，你认为完全退火应该具体在哪一个温度段保温？问题1:在相图的哪一个区域可以获得完全奥氏体组织？目的：①细化，均匀化粗大、不均匀组织②接近平衡组织→调整硬度→切削性③消除内应力§5.3

钢的退火和正火第66页,共117页，2024年2月25日，星期天加热温度：Ac3以上20-30度温度过高：奥氏体晶粒粗大，综合机械性能下降（霍尔佩奇公式）温度过低：测温仪器的偏差，适当顾及热处理效率§5.3

钢的退火和正火第67页,共117页，2024年2月25日，星期天答：完全退火不能用于过共析钢，因为加热到Accm以上再缓慢冷却时会得到平衡组织，即在晶界处析出网状渗碳体，造成钢的脆化。应用范围：亚共折钢，共析钢，

不适用于过共析钢。

反问：过共析钢的平衡组织？网状渗碳体问题：为什么不适用于过共析钢呢？§5.3

钢的退火和正火第68页,共117页，2024年2月25日，星期天完全退火组织P+F问题：亚共析钢（共析钢）的平衡状态组织？返回§5.3

钢的退火和正火第69页,共117页，2024年2月25日，星期天等温退火：先以较快的速度，将工件加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间后，先以较快的冷速冷到珠光体的形成温度等温，使奥氏体转变成珠光体，待等温转变结束再快冷。这样就可大大缩短退火的时间。完全退火的缺点：所需时间很长，特别是对于某些奥氏体比较稳定的合金钢，往往需要几十小时解决：为了缩短退火时间，可采用等温退火。§5.3

钢的退火和正火第70页,共117页，2024年2月25日，星期天可见等温退火所需时间比完全退火缩短很多。等温温度根据要求的组织和性能而定：等温温度越高，则珠光体组织越粗大，钢的硬度越低。返回§5.3

钢的退火和正火第71页,共117页，2024年2月25日，星期天目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韧性，改善切削加工性；为以后淬火做准备。实质：通过球化退火，使层状渗碳体和网状渗碳体变为球状渗碳体，球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。§5.3

钢的退火和正火第72页,共117页，2024年2月25日，星期天球化退火工艺：Ac1以上20-40度保温，缓冷应用范围：过共析钢，共析钢组织：球状P（F+球状FeC3）返回§5.3

钢的退火和正火第73页,共117页，2024年2月25日，星期天去应力退火目的：消除铸、锻、焊件、冷冲压件（或冷拔件）及机加工的切削加工或使用中的变形和开裂；降低机器的精度；甚至会发生事故。§5.3

钢的退火和正火残余内应力。第74页,共117页，2024年2月25日，星期天

将工件随炉缓慢加热至500～650℃（＜A1点），保温一段时间后随炉缓慢冷却，至200℃出炉空冷。退火温度愈高，内应力消除越充分，退火所需的时间越短。在去应力退火中不发生相变。返回§5.3

钢的退火和正火第75页,共117页，2024年2月25日，星期天

为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以下100℃～200℃）的温度，长时间保温（10h～15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。返回§5.3

钢的退火和正火

扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。第76页,共117页，2024年2月25日，星期天正火：将工件加热到Ac3或Accm以上30～80℃，保温后从炉中取出在空气中冷却。冷速快（空冷），组织细，强/硬度提高。应用范围广保温温度高§5.3

钢的退火和正火第77页,共117页，2024年2月25日，星期天共析钢正火后组织：S，Ｔ而退火后组织：P。§5.3

钢的退火和正火第78页,共117页，2024年2月25日，星期天正火的应用（2）用于低、中碳钢作为预先热处理，得合适的硬度便于切削加工。（3）用于过共析钢，消除网状Fe3CⅡ，有利于球化退火的进行。（1）用于普通结构零件，作为最终热处理，细化晶粒提高机械性能。返回§5.3

钢的退火和正火第79页,共117页，2024年2月25日，星期天（2）从使用性能上考虑如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高其机械性能。但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，应采用退火。（3）从经济上考虑正火比退火的生产周期短，耗能少，操作简便，故在可能的条件下，应优先考虑正火。（1）从切削加工性上考虑一般金属的硬度在HB170～230范围内，切削性能较好。高则过硬，难加工，刀具磨损快；低则切屑不易断，刀具发热和磨损，加工后零件表面粗糙度大。对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢、工具钢和中碳以上合金钢则以退火为宜。§5.3

钢的退火和正火第80页,共117页，2024年2月25日，星期天正火和退火工艺总结§5.3

钢的退火和正火第81页,共117页，2024年2月25日，星期天

淬火的定义和目的

钢的淬火工艺钢的淬透性§5.3

钢的淬火§5.3钢的淬火第82页,共117页，2024年2月25日，星期天

概念：将钢件加热到Ac3或Ac1以上30～50℃，保温一定时间，然后快速冷却（一般为油冷或水冷），从而得马氏体（或下贝氏体）的一种操作。目的：获得马氏体（或下贝氏体）。第83页,共117页，2024年2月25日，星期天下Ｂ板条Ｍ针状Ｍ返回第84页,共117页，2024年2月25日，星期天淬火加热温度的选择

淬火冷却介质淬火方法中国古代淬火技术§5.3

钢的淬火返回第85页,共117页，2024年2月25日，星期天淬火加热温度是淬火工艺的主要参数。它的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以使淬火后获得细小的马氏体组织。为防止奥氏体晶粒粗化，淬火加热温度一般限制在临界点以上30一50℃范围。细小细小淬火加热温度的选择第86页,共117页，2024年2月25日，星期天亚共析钢:

温度：Ac3＋(30～50℃)。组织：均匀细小的马氏体组织。温度过高:粗大马氏体组织，严重变形温度过低:组织中出现铁素体，硬度不足。“软点”淬火加热温度的选择第87页,共117页，2024年2月25日，星期天共析钢和过共析钢温度：Ac1＋(30～50℃)

组织：共折钢:均匀细小M+少量A’

过共析钢:均匀细小M+粒状Fe3C+少量A’

有利于获得最佳硬度和耐磨性。

温度过高：粗大的M+较多A’，降低了钢的硬度和耐磨度性，增大淬火变形和开裂倾向。温度过低：？淬火加热温度的选择第88页,共117页，2024年2月25日，星期天淬火加热温度的选择第89页,共117页，2024年2月25日，星期天为得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但这必然会产生很大的内应力，往往会引起工件变形和开裂，为此人们提出了理想的淬火冷却曲线。淬火加热温度的选择返回第90页,共117页，2024年2月25日，星期天时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf

在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。

淬火冷却介质第91页,共117页，2024年2月25日，星期天高温区（650-550oC）低温区（300-200oC）理想介质快慢水慢快盐水快快油慢慢碱/硝盐浴慢特慢淬火冷却介质生产中常用的淬火介质第92页,共117页，2024年2月25日，星期天应用水形状简单、硬度要求高、变形度要求不高的碳钢盐水油合金钢和小尺寸碳钢碱/硝盐浴截面不大、形状复杂、变形要求严格的合金钢淬火冷却介质第93页,共117页，2024年2月25日，星期天单液淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入一种介质中连续冷却获得马氏体组织的一种淬火方法双液淬火：是先将奥氏体化后的钢件淬入冷却能力较强的介质中冷至接近MS点温度时快速转人冷却能力较弱的介质中冷却，直至完成马氏体转变。分级淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入稍高于MS点温度的盐浴中，保持到工件内外温度接近后取出，使其在缓慢冷却条件下发生马氏体转变。

等温淬火：是将奥氏体化后的钢件淬入高于MS点温度的盐浴中，等温保持，以获得下贝氏体组织的一种淬火工艺。淬火冷却介质第94页,共117页，2024年2月25日，星期天亚共析钢连续冷却转变炉冷→F+P空冷→F+S油冷→T+M水冷→M过共析钢连续冷却转变炉冷→P+Fe3CⅡ空冷→S+Fe3CⅡ油冷→T+M+A'水冷→M+A'返回第95页,共117页，2024年2月25日，星期天

中国在春秋晚期已掌握冶铁技术。战国时期，冶铁业已逐渐盛行，到了晚期，不仅能炼出高碳钢，并掌握了淬火技术，于是开始进入以铁兵器代替铜兵器的时代。战国晚期还出现了铁制铠甲。第96页,共117页，2024年2月25日，星期天西汉《史记·天官书》中有“水与火合为淬”一说，正确地说出了钢铁加热、水冷的淬火热处理工艺要点。

《汉书·王褒传》中记载有“清水淬其锋”的制剑技术。明代科学家宋应星在《天工开物》一书中对钢铁的退火、淬火、渗碳工艺作了详细的论述。返回第97页,共117页，2024年2月25日，星期天钢的淬透性一、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马氏体的能力，其大小可用钢在一定条件下淬火获得淬透层的深度表示。淬透层越深，表明钢的淬透性越好。HBσbσsak（a）（b）（c）淬火得M组织淬火后未得M组织第98页,共117页，2024年2月25日，星期天淬透性与淬硬性？淬透性是钢淬火时获得M的能力！淬硬性是钢淬火获得M的硬度！淬透性与具体工件的淬透深度？淬透性是钢的一种属性，在相同的奥氏体化温度下淬火时，其淬透性是不变的！具体工件的淬透深度是指在实际生产条件下得到半马氏体区至工件表面的距离，是不确定的，受淬透性、工件尺寸、冷却介质等的影响。钢的淬透性第99页,共117页，2024年2月25日，星期天二、淬透性的影响因素

主要为化学成分，除Co外，合金使VK↓,淬透性↑奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都会影响淬透性钢的淬透性第100页,共117页，2024年2月25日，星期天三、淬透性的测定及表示方法

测定钢的淬透性的最常用的方法是末端淬火法（简称端淬法）。先将标准试样加热至奥氏体化温度，停留30～40min，然后迅速放在端淬试验台上喷水冷却，从试样的末端开始向上测量硬度值，得出硬度沿轴线方向的分布。

淬透性实验钢的淬透性第101页,共117页，2024年2月25日，星期天四、淬透性曲线的应用

根据淬透性曲线可以比较不同钢种的淬透性大小利用淬透性曲线可以确定钢棒的临界淬火直径利用淬透性曲线可推导圆钢淬火后横截面上的硬度分布淬透性与机械设计钢的淬透性第102页,共117页，2024年2月25日，星期天5.5钢的回火回火的主要目的是：降低脆性稳定组织和工件尺寸获得要求的机械性能

回火是将淬火钢加热到临界点Acl以下的某一温度，保温后以适当方式冷却到室温的一种热处理工艺。一、淬火钢在回火时的转变与回火组织1.淬火钢在回火时的转变

残余奥氏体转变200-300℃碳化物的转变250-400℃渗碳体聚集长大和α相再结晶400℃以上马氏体分解80-350℃第103页,共117页，2024年2月25日，星期天第五章钢的热处理2.回火组织

碳钢的主要回火组织分为三类：回火马氏体

回火托氏体

回火索氏体

二、回火钢的性能淬火钢在回火过程中，回火温度—回火组织—钢的性能之间存在着一一对应关系。回火温度越高，钢的硬度越低在较低温度（200-300℃）回火时，因淬火引起的内应力被消除，钢的屈服强度和抗拉强度都得到提高。第104页,共117页，2024年2月25日，星期天第五章钢的热处理三、回火种类淬火钢回火后的组织和性能决定于回火温度。按回火温度范围的不同，可将钢的回火分为三类：

低温回火：回火温度范围一般为150～250℃，得到回火马氏体组织。（HRC58-64）中温回火：回火温度范围通常为350～500℃，得到回火托氏体组织。

（HRC35-45）高温回火：回火温度范围通常为500～650℃，得到回火索氏体组织。（HRC25-35）调质处理第105页,共117页，2024年2月25日，星期天四、回火脆性1.低温回火脆性

淬火