第五章钢的热处理 热处理一一固态下,通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工 艺方法。 ·特点:在固态下,只改变工件的组织,不改变形状和尺寸 ·目的:改善材料的使用、工艺性能 ·基本过程:加热→保温→冷却 分类:1、普通热处理一一退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理一一表面淬火、化学热处理 第一节钢在加热时的组织转变 实际加热和冷却时的相变点: 「胸正+钟状 平衡时 Al A3 体 加热时 冷却时 Arl Ar3 Arcm 渗碳体 、奥氏体的形成 加热工序的目的:得到奥氏体 铁素体 珠光体 F Fe3C 结构 体心复杂面心 含碳量0.02186.690.77 共析钢奥氏体形成过程 1、形核 (在F/Fe3C相界面上形核) 2、晶核长大(F→A晶格重构,Fe3C溶解,C→A中扩散) 3、残余Fe3C溶解 4、奥氏体均匀化 残余Fe 残余FeC 保温工序的目的:得到成分均匀的奥氏体,消除内应力,促进扩散 对亚共析钢:P+F→A+F→A 对过共析钢:P+Fe3CⅡl→A+Fe3cIl→A 二、奥氏体晶粒长大及其影响因素 好 1、奥氏体晶粒度 ·晶粒度一一晶粒大小的尺度 温度tc
1 第五章 钢的热处理 热处理—— 固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工 艺方法。 •特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸 •目的：改善材料的使用、工艺性能 •基本过程：加热 → 保温 → 冷却 •分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理——表面淬火、化学热处理 第一节 钢在加热时的组织转变 实际加热和冷却时的相变点： 平衡时—— A1 A3 Acm 加热时—— Ac1 Ac3 Accm 冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm 一、奥氏体的形成 加热工序的目的：得到奥氏体 F + Fe3C → A 结构 体心 复杂 面心 含碳量 0.0218 6.69 0.77 共析钢奥氏体形成过程： 1、形核 （在 F / Fe3C 相界面上形核） 2、晶核长大 （F→ A 晶格重构，Fe3C 溶解，C→ A 中扩散） 3、残余 Fe3C 溶解 4、奥氏体均匀化 保温工序的目的： 得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散 对亚共析钢： P + F → A + F → A 对过共析钢： P + Fe3CⅡ → A + Fe3CⅡ → A 二、奥氏体晶粒长大及其影响因素 1、奥氏体晶粒度 •晶粒度——晶粒大小的尺度
·本质粗晶粒钢一一长大倾向较大(Al脱氧) ·本质粗晶粒钢一一长大倾向较小(Mn,Si脱氧) 2、影响奥氏体晶粒长大的因素 (1)加热温度↑,保温时间↑→A晶粒长大快 转变开始线 均匀化 (2)加热速度↑→A晶粒细 传变终止线 (3)加入合金元素→A晶粒细 (4)原始组织细→A晶粒细 第二节钢在冷却时的组织转变 冷却方式:等温冷却和连续冷却。 45钢加热后,随冷却速度的增加,强度、硬度增加,但塑性、韧性降低。 冷却是热处理的关键,故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。 过冷奥氏体等温转变 1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线(C曲线或TT线)的建立 80 变开始线 转变终止点 时间对数标) 时间(对数坐杉 ·过冷奥氏体:在A1以下,未发生转变的不稳定奥氏体。 孕育期 表示过冷A的稳定程度 四个区域一一奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区 种转变类型 高温转变(A1~550℃):A→P 中温转变(50~230℃):A→B 低温转变(230℃以下):A→M 2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1)珠光体转变 珠光体组成:F和Fe3C的机械混合物 ·形成特点:在固态下形核、长大 是扩散型相变 2
2 •本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al 脱氧） •本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si 脱氧) 2、影响奥氏体晶粒长大的因素 （1） 加热温度↑，保温时间↑→ A 晶粒长大快 （2） 加热速度↑→ A 晶粒细 （3） 加入合金元素→ A 晶粒细 （4） 原始组织细→ A 晶粒细 第二节 钢在冷却时的组织转变 冷却方式：等温冷却和连续冷却 。 45 钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。 冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。 一、过冷奥氏体等温转变 1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（C 曲线或 TTT 线）的建立 •过冷奥氏体：在 A1 以下，未发生转变的不稳定奥氏体。 •孕育期 —— 表示过冷 A 的稳定程度 •四个区域——奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区 •三种转变类型： 高温转变（A1~550℃）：A → P 中温转变（550~230℃）：A → B 低温转变（230℃以下）：A → M 2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能 (1)珠光体转变 •珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物 •形成特点： 在固态下形核、长大 是扩散型相变
形态: A1~650℃:珠光体P TORC 片状1650-600℃:索氏体S(细P) 600~550℃:托氏体T(极细P又称屈氏体)40HRc 球状 呈球状 ·珠光体性能 珠光体片越细→邗B↑,σb↑且δ↑,ak↑ C%相同时,球状P比片状P相界面少→HB↓,σb↓,δ↑,ak↑ (2)贝氏体转变 贝氏体组成:过饱和F和碳化物的机械混合物 形成特点:在固态下形核、长大 是半扩散型相变 形态:550~350℃:上贝氏体(B上)羽毛状组织塑性差40-45HRc 350℃~Ms:下贝氏体(B下)针片状组织综合性能好45-50HRc 铁素体板条 碳化物 、 过冷奥氏体在Ms点以下,A→M属连续冷却转变。 3、影响C曲线的因素 (1)含碳量 接法2如丰主 (2)合金元素 3 (3)加热温度和保温时间篇 二、过冷奥氏体连续冷却转变 1、共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CT线 特点:K一一珠光体型转变中途停止线; P炉冷 只有A→P,A→M,无贝氏体转变; 临界冷却速度Vk一一获得全部马氏体的 最小冷却速度 水冷油冷
3 •形态： A1~650℃ ：珠光体 P 20HRc 片状 650~600℃ ：索氏体 S（细 P） … 600~550℃ ：托氏体 T（极细 P 又称屈氏体） 40HRc 球状 —— Fe3C 呈球状 •珠光体性能 珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑ C%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑ (2)贝氏体转变 •贝氏体组成：过饱和 F 和 碳化物的机械混合物 •形成特点： 在固态下形核、长大 是半扩散型相变 •形态：550~350℃：上贝氏体（B 上） 羽毛状组织 塑性差 40-45HRc 350℃~ Ms ：下贝氏体（B 下） 针片状组织 综合性能好 45-50HRc 过冷奥氏体在 Ms 点以下，A→M 属连续冷却转变。 3、影响 C 曲线的因素 （1）含碳量 （2）合金元素 （3）加热温度和保温时间 二、过冷奥氏体连续冷却转变 1、共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT 线） 特点：K——珠光体型转变中途停止线； 只有 A→P，A→M，无贝氏体转变； 临界冷却速度 Vk——获得全部马氏体的 最小冷却速度
2、C曲线在连续冷却转变中的应用 共析钢C曲线在连续冷却转变中的应用 V1(炉冷):A→P(170~220HBS) V2(空冷):A→S(25~35HRc) V3(油冷):A→T+M+A′(45~55HRc) Vk:临界冷却速度 V4(水冷):A→M+A′(55~65HRc 3、马氏体转变 马氏体晶格结构:体心正方(比容随C%的增加而增加,易变形,开裂) 马氏体组成:碳在a-Fe中的过饱和固溶体 形成特点: 在固态下形核、长大 是无扩散型相变 变温形成,高速长大 转变不完全(在C>0.5%的钢中总有残余 形态 板条M一一低碳M(C<0.2%)立体形态:细长条状 片状M 高碳M(C>1.0%)立体形态:双凸透镜 02~1.0%C之间的钢得到混合M ·马氏体性能 图6-20马氏体硬度和强度与含碳量的美 马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量(即母相奥氏体的含碳量) 塑性和韧性一一低碳M的塑性韧性好, 高碳M塑性韧性差。 马氏体性能一一低碳M(板条M)强而韧 高碳M(片状M)硬而脆
4 2、C 曲线在连续冷却转变中的应用 共析钢 C 曲线在连续冷却转变中的应用 V1(炉冷)：A→P（170~220HBS） V2(空冷)：A→S（25~35HRc） V3(油冷)：A→T+M+A′（45~55HRc） Vk：临界冷却速度 V4(水冷)：A→M+A′（55~65HRc） 3、 马氏体转变 A → M γ- Fe α- Fe • 马氏体晶格结构：体心正方（比容随 C%的增加而增加，易变形，开裂） • 马氏体组成：碳在α- Fe 中的过饱和固溶体 • 形成特点： 在固态下形核、长大 是无扩散型相变 变温形成，高速长大 转变不完全（在 C >0.5%的钢中总有残余 A） •形态： 板条 M —— 低碳 M（C<0.2%） 立体形态：细长条状 片状 M —— 高碳 M (C>1.0%) 立体形态：双凸透镜 0.2~1.0%C 之间的钢得到混合 M •马氏体性能： 马氏体的硬度主要取决于马氏体的含碳量（即母相奥氏体的含碳量） 塑性和韧性——低碳 M 的塑性韧性好， 高碳 M 塑性韧性差。 马氏体性能——低碳 M（板条 M） 强而韧 高碳 M（片状 M） 硬而脆
第三节钢的退火与正火 钢的退火 典型零件的制造过程: 铸/锻→预备热处理→粗加工→最终热处理→精加工预备热处理目 的:消除前道工序的缺陷,为后续工序作组织准备 最终热处理目的:满足使用性能要求 退火:加热、保温、慢冷得到P类组织 退火的目的:软化、稳定化、细化、均匀化 完全退火 加热到Ac3+30~50℃,保温后炉冷。目的:细化,软化应用 亚共析钢的铸、锻件,热轧型材,焊接件 组织:F+P ·等温退火一—加热到Ac3(Ac1)+20~50℃,保温后在Ar1以下等温后炉冷。 目的:细化,软化、省时 完全堪六 图6-23高工其钢的究金速火与筝温退火工艺由 球化退火一—加热到Ac1+20~40℃,保温后炉冷应用:共析、过共析钢和 合金钢 目的:Fe3C片,网→Fe3C球(降低硬度;为淬火作组织准备) 扩散退火一一加热到Ac3+150~300℃,长时间保温后慢冷 目的:均匀成分 应用:铸钢件组织:晶粒粗大,扩散退火后应完全退火或正火以细化组织 去应力退火 加热到Ac1-100~200℃,保温后炉冷 目的:去内应力,稳定组织 应用:冷加工件,热加工件 二、钢的正火 正火——加热到Ac3(Accm)+30-50℃,保温后空冷
5 第三节 钢的退火与正火 一、钢的退火 典型零件的制造过程： 铸/锻→ 预备热处理→ 粗加工→ 最终热处理→ 精加工预备热处理目 的：消除前道工序的缺陷，为后续工序作组织准备 最终热处理目的：满足使用性能要求 退火：加热、保温、慢冷得到 P 类组织 退火的目的：软化、稳定化、细化、均匀化 •完全退火 —— 加热到 Ac3+30~50℃，保温后炉冷。目的：细化，软化应用： 亚共析钢的铸、锻件，热轧型材，焊接件 组织：F + P •等温退火 —— 加热到 Ac3（Ac1）+20~50℃，保温后在 Ar1 以下等温后炉冷。 目的：细化，软化、省时 球化退火 —— 加热到 Ac1+20~40℃，保温后炉冷应用：共析、过共析钢和 合金钢 目的： Fe3C 片，网 → Fe3C 球 （降低硬度；为淬火作组织准备） 扩散退火 —— 加热到 Ac3+150~300℃，长时间保温后慢冷 目的：均匀成分 应用：铸钢件组织：晶粒粗大，扩散退火后应完全退火或正火以细化组织 去应力退火 —— 加热到 Ac1-100~200℃，保温后炉冷 目的：去内应力，稳定组织 应用：冷加工件，热加工件 二、钢的正火 正火 —— 加热到 Ac3(Accm)+30~50℃，保温后空冷