钢的热处理原理和工艺

第五章 钢的热处理工艺

第五章

钢的热处理工艺供 应 窄 带 钢 行 业 热 处 理 设 备

Engineering Materials

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第五章 钢的热处理工艺

教学内容5.1 钢的退火与正火工艺 5.2 钢的淬火与回火 5.3 钢的表面热处理 5.4 钢的化学热处理

一般要求1. 钢在加热和冷却时组织转变的机理； 2. 各种热处理的具体工艺过程； 3. 钢在加热和冷却过程中产生的缺陷.

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第五章 钢的热处理工艺

重点掌握1. 钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；

2. 本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；3. 共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温 度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。 4. 非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素； 5. 奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化 和最终性能的影响； 6. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途 和适用的钢种，零件的范围。Engineering Materials MAT,SW

“钢的热处理原理及工艺”作业题

第一章 固态相变概论

1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、为何新相形成时往往呈薄片状或针状？

4、说明相界面结构在金属固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 5、固－固相变的等温转变动力学图是“C”形的原因是什么？

第二章 奥氏体形成

1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？

2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？

3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。

4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。

5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？

6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。

第三章 珠光体转变

1、珠光体形成的热

钢的热处理原理及工艺复习重点及课后习题

一、复习重点

1、什么是加工硬化？产生加工硬化的根本原因是什么？

2、什么是再结晶？再结晶的实际应用是什么？金属再结晶是通过什么方式发生的？再结晶退火的主要作用是什么？ 3、冷加工和热加工的区别是什么？

4、热处理的定义及三个基本过程。为什么钢能够进行热处理？奥氏体化的目的是什么？

5、珠光体、贝氏体、马氏体分别都有哪几种组织形态？每种组织力学性能如何？

6、退火、正火、淬火、回火的定义是什么？ 7、什么是钢的淬透性？ 二、课后复习题 （一）、填空题

1、加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象。加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。消除加工硬化的方法是再结晶退火。

2、再结晶是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。

3、在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。

4、金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。但有一小部分能量（约10

第二章 钢的加热转变

2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么? 答：奥氏体的形核 球状珠光体中：

优先在 F/Fe3C 界面形核 片状珠光体中：

优先在珠光体团的界面形核 也在 F/Fe3C 片层界面形核

奥氏体在 F/Fe3C 界面形核原因：

(1) 易获得形成A 所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge

△Gv—体积自由能差， △Gs —表面能， △Ge —弹性应变能

6、钢的等温及连续加热TTA图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么? 答：等温TTA图

将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷， 然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综 合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶 解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。 连续加热TTA图

将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合 膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的

第1章 钢的热处理

随着科学技术和生产技术的发展，对钢铁材料的性能也提出了越来越高的要求。改善钢材性能有两个主要方法：一个是加入合金元素，调整钢的化学成分，即合金化的方法；另一个则是通过钢的热处理，调整钢材内部组织的方法。

热处理是改善金属使用性能和工艺性能的一种非常重要的加工方法。在机械工业中，绝大部分重要机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。根据所要求的性能不同，热处理的类型有多种，其工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段，如图1.1工艺路线所示。

在工业生产中，热处理主要目的有两个：（1）消除上道工序带来的缺陷，改善金属的加工工艺性能，确保后续加工的顺利进行。（2）提高零件或工具的使用性能，例如，提高各类切削工具硬度的硬化处理（淬火）和提高零件综合力学性能的“调质”处理等。

并不是所有的金属材料都能进行热处理的，在固态下能够发生组织转变，这是热处理的一个必要条件。

按照应用特点，常用热处理工艺可大致分为下列几类： 1．普通热处理 包括退火、正火、淬火和回火等。

2．表面热处理和化学热处理 表面热处理包括感应加热淬火、火焰加热淬火和接触加热

１．３ 钢的热处理

钢的热处理是指将钢在固态下进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所需要性能的一种工艺方法。

热处理的目的是提高工件的使用性能和寿命。还可以作为消除毛坯（如铸件、锻件等）中缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作组织准备。 钢的热处理种类很多，根据加热和冷却方法不同，大致分类如下：

1.3.1 钢在加热时的组织转变

在Ｆｅ－Ｆｅ３Ｃ相图中，共析钢加热超过ＰＳＫ线（Ａ１）时，其组织完全转变为奥氏体。亚共析钢和过共析钢必须加热到ＧＳ线（Ａ３）和ＥＳ线（Ａｃｍ）以上才能全部转变为奥氏体。相图中的平衡临界点Ａ１、Ａ３ 、Ａｃｍ 是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的。但在实际生产中，加热和冷却并不是极其缓慢的。加热转变在平衡临界点以上进行，冷却转变在平衡临界点以下进行。加热和冷却速度越大，其偏离平衡临界点也越大。为了区别于平衡临界点，通常将实际加热时各临界点标为Ａｃ１、Ａｃ３ 、Ａｃｃｍ ；实际冷却时各临界点标为Ａｒ１、Ａｒ３ 、Ａｒｃｍ，

任何成分的碳钢加热到相变点Ａｃ１以上都会发生珠光体向奥氏体转变，通常把这种转变过程称为奥氏体化。 １．奥氏体的形成

共析钢加热到Ａｃ１ 以上由珠光体全部转变为奥氏体

第一阶段是奥氏体的形核与

第二章 钢的加热转变

2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么? 答：奥氏体的形核 球状珠光体中：

优先在 F/Fe3C 界面形核 片状珠光体中：

优先在珠光体团的界面形核 也在 F/Fe3C 片层界面形核

奥氏体在 F/Fe3C 界面形核原因：

(1) 易获得形成A 所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏. (2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge

△Gv—体积自由能差， △Gs —表面能， △Ge —弹性应变能

6、钢的等温及连续加热TTA图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么? 答：等温TTA图

将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷， 然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综 合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶 解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。 连续加热TTA图

将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合 膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的

第2章 钢的热处理

为了提高钢的某些机械性能指标，保证机器零件和工具的工作可靠性及其使用寿命，为了对钢件顺利地进行机械加工，在生产实践中，通常要对钢进行热处理。

对于用普通钢材、其他金属材料制造的零件，往往要求其表面有耐腐蚀性、耐疲劳性，耐磨性，或者具有光亮、美观性；或者具有绝缘性、良好的导电性等。为了满足这些预定的性能要求，可采用金属表面处理工艺。

热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺方法较多，但其过程都是由加热、保温、冷却三个阶段组成的。热处理工艺曲线示意图如图2-1所示。

热处理是机械零件及工具制造过程中的重要工序。它可改善工件的组织和性能，充分发挥材料潜力，从而提高工件使用寿命。就目前机械工业生产状况而言，各类机床中要经过热处理的工件约占总质量的60%～70%；汽车、拖拉机中占70%～80%；轴承、各种工模具等几乎都需要热处理。因此，热处理在机械制造工业中占有十分重要的地位。

根据热处理的目的、加热和冷却方法的不同，热处理大致分类见表2-1。

20

热处理

退火 正火 淬火 回火

整体热处理

调质

稳定化处理 固溶热处理

固溶热处理和时效处理 表面淬火和回

第1章 钢的热处理

随着科学技术和生产技术的发展，对钢铁材料的性能也提出了越来越高的要求。改善钢材性能有两个主要方法：一个是加入合金元素，调整钢的化学成分，即合金化的方法；另一个则是通过钢的热处理，调整钢材内部组织的方法。

热处理是改善金属使用性能和工艺性能的一种非常重要的加工方法。在机械工业中，绝大部分重要机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。根据所要求的性能不同，热处理的类型有多种，其工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段，如图1.1工艺路线所示。

在工业生产中，热处理主要目的有两个：（1）消除上道工序带来的缺陷，改善金属的加工工艺性能，确保后续加工的顺利进行。（2）提高零件或工具的使用性能，例如，提高各类切削工具硬度的硬化处理（淬火）和提高零件综合力学性能的“调质”处理等。

并不是所有的金属材料都能进行热处理的，在固态下能够发生组织转变，这是热处理的一个必要条件。

按照应用特点，常用热处理工艺可大致分为下列几类： 1．普通热处理 包括退火、正火、淬火和回火等。

2．表面热处理和化学热处理 表面热处理包括感应加热淬火、火焰加热淬火和接触加热

第1章 钢的热处理

随着科学技术和生产技术的发展，对钢铁材料的性能也提出了越来越高的要求。改善钢材性能有两个主要方法：一个是加入合金元素，调整钢的化学成分，即合金化的方法；另一个则是通过钢的热处理，调整钢材内部组织的方法。

热处理是改善金属使用性能和工艺性能的一种非常重要的加工方法。在机械工业中，绝大部分重要机件都必须经过热处理。热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺。根据所要求的性能不同，热处理的类型有多种，其工艺都包括加热、保温和冷却三个阶段，如图1.1工艺路线所示。

在工业生产中，热处理主要目的有两个：（1）消除上道工序带来的缺陷，改善金属的加工工艺性能，确保后续加工的顺利进行。（2）提高零件或工具的使用性能，例如，提高各类切削工具硬度的硬化处理（淬火）和提高零件综合力学性能的“调质”处理等。

并不是所有的金属材料都能进行热处理的，在固态下能够发生组织转变，这是热处理的一个必要条件。

按照应用特点，常用热处理工艺可大致分为下列几类： 1．普通热处理 包括退火、正火、淬火和回火等。

2．表面热处理和化学热处理 表面热处理包括感应加热淬火、火焰加热淬火和接触加热