2.4 钢的热处理 热处理的概念 钢在加热时的转变 钢在冷却时的转变 钢的普通热处理

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1 2.4 钢的热处理 2.4.0 热处理的概念 2.4.1 钢在加热时的转变 2.4.2 钢在冷却时的转变 2.4.3 钢的普通热处理
2.4 钢的热处理 2.4.0　热处理的概念 2.4.1　钢在加热时的转变 2.4.2　钢在冷却时的转变 2.4.3　钢的普通热处理 2.4.4　钢的表面热处理 2.4.5　钢的化学热处理

2 热处理的概念 把固态金属材料在一定介质中的加热、保温和冷却，以改变其组织和性能的一种工艺。

3 2.4.1　钢在加热时的转变 临界温度 平衡时：A1、 A3、Acm 加热时：Ac1、 Ac3、Accm 冷却时：Ar1、Ar3、Arcm

4 1．奥氏体的形成 —— Fe，C原子扩散和晶格改变的过程。
共析钢加热到Ac1 以上时， P → A 共析钢A化过程 —— 形核 、长大、 Fe3 C 完全溶解、C 的均匀化。 亚（过）析钢的A化 —— P → A 后，先共析 F 或 Fe3CⅡ 溶解。

5 影响A转变速度的因素 A 晶粒度 加热温度，保温时间↑ → 晶粒尺寸↓ 合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓ 加热温度和速度↑→ 转变快
C%↑或 Fe3 C片间距↓ → 界面多，形核多 → 转变快 合金元素 → A化速度↑或↓ A 晶粒度 　　加热温度，保温时间↑ → 晶粒尺寸↓ 　　合金碳化物↑，C% ↓ → 晶粒尺寸↓

6 2.4.2　钢在冷却时的转变 1．过冷A的等温转变 2．过冷A的连续冷却转变

7 1. 过冷A的等温转变 共析钢的C 曲线 过冷A : T < A1时，A不稳定。 A等温转变曲线 (TTT 或 C 曲线)
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 ( B ) 低温转变，MS ~ Mf 　过冷A →马氏体 ( M )

8 P 型组织 —— F + 层片状 Fe3C 珠光体 P 索氏体 S 屈氏体 T 索氏体 S 8000×

9 高温转变过程 —— 晶格改变和Fe，C原子扩散。

10 中温转变（550℃ ~ MS） —— C原子扩散， Fe原子不扩散
过冷A → 贝氏体 B（碳化物 + 含过饱和C的F ） 上B， 550 ~ 350℃产物 —— 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

11 下B， 350℃ ~ MS 产物 下B 韧性高，综合机械性能好。 F 针内定向分布着细小Fe2.4C颗粒 电子显微照片 12000×
T8钢，下B，黑色针状 光学显微照片 ×400

12 亚（过）共析钢过冷A的等温转变 与共析钢相比，C曲线左移， 多一条过冷AF （Fe3CⅡ）的转变开始线，且Ms、Mf 线上（下）移。

13 2. 过冷A的连续冷却转变 连续冷却 转变(CCT)曲线 Ps —— A→P 开始线 Pf —— A→P 终止线
KK' —— P型转变终止线 Vk —— 上临界冷却速度 Vk' —— 下临界冷却速度 MS —— A→ M 开始温度 Mf —— A→ M 终止温度

14 连续冷却 转变产物 CCT 和 TTT曲线的比较 炉冷→ P (V ≈０) 空冷→ S (V ≤Vk')
油冷→ T+M+A' (Vk' ～Vk) 水冷→ M+A'　　 (V≥Vk) CCT 和 TTT曲线的比较 CCT 位于 TTT曲线 右下方 CCT中没有 A→B 转变

15 马氏体（M）转变特点 1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散， M是体心正方的C过饱和的F， 固溶强化显著。
1) 无扩散 Fe 和 C 原子都不进行扩散， M是体心正方的C过饱和的F， 固溶强化显著。 2) 瞬时性 M 的形成速度很快， 温度↓则 转变量↑ 3) 不彻底 M 转变总要残留少量 A， A中的C%↑ 则 MS、Mf ↓ ，残余A含量↑ 4) M形成时体积↑， 造成很大内应力。

16 M 的形态 板条M, 平行的细板条束组成 C% < 0.25 % 时，为板条M（低碳M）。
Fe-1.8C，冷至-100℃ Fe-1.8C，冷至-60℃ 针状M（凸透镜状）

17 M 的性能 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。

18 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

19 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'

20 转变温度 对共析钢 硬度 和 韧性 的影响 按转变温度的高低， 转变产物分别是： P、S、T，上B、下B、M， 其硬度依次增加。

21 2.4.3　钢的普通热处理 1．退火 2．正火 3．淬火 4．回火

22 1．退火 加热、保温后，缓冷(炉冷)→ 近平衡组织 P（ + F 或 Fe3CII ） 扩散退火 完全退火（亚共析钢） 再结晶退火：
　　加热至略低于固相线 目的：使成分、组织均匀 再结晶退火： 　　加热温度 TR + 30～50℃ 目的：消除加工硬化 去应力退火 　　加热温度＜ Ac1 ， 　　一般为 500～650℃ 目的： 　消除冷热加工后的内应力 完全退火（亚共析钢） 　加热温度 Ac3 + 20～30℃ 　缓冷→ F + P 目的： 　　细化晶粒，均匀化组织 　　降低硬度 → 切削性↑ 等温退火： 　等温转变→F + P，再缓冷 球化退火（过共析钢） 　　在Ac１+ 20～30℃等温， 　使Fe3CⅡ球化，再缓冷 →　球状P（F +球状Cm） 目的： 　硬度↓,切削性↑,韧性↑

23 ２．正火 加热温度 Ac3 ( Accm ) + 30～50℃， 空冷 → S （ + F 或 Fe3CII ） 应用： 1) 钢的最终热处理 　　 细化晶粒，组织均匀化，增加亚共析钢中P(S)% → 强度、韧性、硬度↑ 2) 预先热处理 —— 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。

24 3．淬火 加热到Ac3、Ac1以上，保温，快速冷却 → M 。 淬火温度 1) 亚共析钢 Ac3 + 30～50 ℃ 2) 过共析钢 Ac1 + 30～50 ℃， → M + Fe3CII + A' ，硬度大。 A中C%↓→ M 脆性↓ ，残余A%↓ 淬火温度低 → M细小，淬火应力小。

25 冷却介质 淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： ＞Ms盐浴中均温＋空冷
　冷却速度： 盐水 ＞ 水 ＞ 盐浴 ＞ 油 淬火方法 单介质淬火：水、油冷 双介质淬火：水冷 + 油冷 分级淬火： ＞Ms盐浴中均温＋空冷 等温淬火（ 在盐、碱浴中） → 下B

26 (a)完全淬透 (b)淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度
钢的淬透性 　　淬火时得到M的能力，取决于临界冷却速度VK 。 淬硬性：淬火后获得的最高硬度，C%↑→淬硬性↑ 影响淬透性的因素 除Co外，合金使VK↓ , 淬透性↑ 淬透性的应用 按负载，选择不同淬透性的材料。 (a)完全淬透 (b)淬透较大厚度 (c)淬透较小厚度  淬透性不同的钢调质后机械性能的比较

27 4．回火 淬火后，加热到Ac1以下，保温，冷却。 目的：消除淬火应力，调整性能。
低温回火（150～250℃） → 回火M ( 过饱和F +薄片状Fe2.4C ) + A' 　　淬火应力↓ ，韧性↑ ，保持淬火后的高硬度。 　　用于高C工具钢等。 中温回火（350～500℃）→ 回火T (F +细粒状Cm ) 　　弹性极限和屈服强度↑，韧性和硬度中等。 　　用于弹簧等。 高温回火（500～650℃）→ 回火S (等轴状F +粒状Cm ) 　　综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都较好。 　　用于重要零件。 调质处理 —— 淬火 + 高温回火

28 回火产物的组织形态比较 回火M　× 400 回火T　× 7500 回火S　× 7500 S 　× 1000 M　低倍 T 　× 1000

29 回火时性能的变化 回火温度↑ → 硬度、强度↓ ， 塑性↑

30 2.4.4 钢的表面热处理（表面淬火） 不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。 目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。
2.4.4　钢的表面热处理（表面淬火） 　　不改变心部组织，利用快速加热将表层A化后进行淬火。 　　目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑韧性。 感应加热表面淬火 　　交变磁场 → 感应表面电流 → 表面加热 特点 1) 加热速度快，晶粒度小，硬度↑，脆性↓ 2) 表层残余压应力 → 提高疲劳强度 3) 不易氧化、脱碳、变形小。 4) 加热温度和淬硬层厚度容易控制。 火焰加热表面淬火（乙炔－氧等火焰） 　　设备简单，但生产率低。

31 2.4.5 钢的化学热处理 分类 —— 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗铬、渗Al等。
2.4.5　钢的化学热处理 　　将工件置于特定的介质中加热、保温，使介质中的活性原子渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能。 　　分类 —— 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗铬、渗Al等。

32 钢的渗 C —— 气体、固体渗 C 低C钢在高C介质中加热到900～950℃、保温 → 高碳表层（约1.0%）
目的：表面硬度，耐磨性↑ ，心部保持一定的强度和塑韧性。

33 渗碳后的的热处理 淬火 直接淬火 —— 晶粒粗大，残余A多，耐磨性低，变形大。
　一次淬火 —— 加热温度Ac3以上（心部性能↑ ）或 Ac1以上（表面性能↑ ） 　二次淬火 —— Ac3以上（心部性能↑ ）+ Ac1以上（表面性能↑ ） 低温回火, 150～200℃， 　　消除淬火应力，提高韧性。

34 钢的氮化 工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性，疲劳强度和耐蚀性。 氮化温度低(500～600℃)，时间长（20～50h），渗层薄。 氮化前调质处理、氮化后无须淬火。