鋼的熱處理機電工程學院機械教研室2020/2/3鋼的熱處理看過了前面的視頻同學們你們感到神奇嗎？同樣的一塊鋼材，不改變它的外形和化學成分，僅僅是對其進行加熱、保溫、冷卻的過程，它的性能就能產生如此大的差異，簡直是“化腐朽為神奇”，那么這樣的工藝是怎么樣進行的呢？又有什么樣的原理支持呢？整體熱處理工藝熱處理概述其它熱處理工藝小結01020304導學熱處理概述01導學熱處理工藝的發展歷程早在銅器時代，人類就發現金屬的性能會因溫度的影響而變化——刀劍加熱后放到水中冷卻后會變得更強韌1863年人發現鋼在加熱時的組織變化規律法國人確立了同素異構理論，英國人最早制訂了鐵碳相圖這些都為現代熱處理工藝奠定了理論基礎熱處理概述改善鋼的性能，主要有兩條途徑：一是合金化二是熱處理

熱處理概述在機床制造中約60-70%的零件要經過熱處理。在汽車、軌道交通制造業中需熱處理的零件達70-80%。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業被廣泛應用.

模具、滾動軸承100%需經過熱處理?？傊?，重要零件都需適當熱處理后才能使用。熱處理特點:熱處理區別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制熱處理適用范圍:只適用于固態下發生相變的材料，不發生固態相變的材料不能用熱處理強化。

熱處理概述熱處理分類熱處理原理：描述熱處理時鋼中組織轉變的規律稱熱處理原理。熱處理工藝：根據熱處理原理制定的溫度、時間、介質等參數稱熱處理工藝。(a)940淬火+220回火（板條M回+A‘少）(b)(c)(d)940淬火+820、780、750淬火（板條M+條狀F+A’少）(e)940淬火+780淬火+220回火（板條M回+條狀F+A‘少）(f)780淬火+220回火（板條M回+塊狀F）

20CrMnTi鋼不同熱處理工藝的顯微組織熱處理分類其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等整體熱處理02導學整體熱處理四把火正火退火淬火回火熱處理：是指將鋼在固態下加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的組織結構，獲得所需要性能的一種工藝.為簡明表示熱處理的基本工藝過程，通常用溫度—時間坐標繪出熱處理工藝曲線。

熱處理工藝曲線1-連續冷卻；2-等溫處理熱處理原理過冷奧氏體轉變過冷奧氏體的轉變方式有等溫轉變和連續冷卻轉變兩種。兩種冷卻方式示意圖1——等溫冷卻2——連續冷卻熱處理的原理加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：一種是在A1以下加熱，不發生相變；另一種是在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱奧氏體化。鋼坯加熱一、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程，分為四步。現以共析鋼為例說明：整體熱處理第一步奧氏體晶核形成：首先在

與Fe3C相界形核。第二步奧氏體晶核長大：

晶核通過碳原子的擴散向

和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解:鐵素體的成分、結構更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續溶解直至消失。整體熱處理第四步奧氏體成分均勻化：Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。溫度，℃共析鋼奧氏體化曲線（875℃退火）冷卻是熱處理更重要的工序。一、過冷奧氏體的轉變產物及轉變過程處于臨界點A1以下的奧氏體稱過冷奧氏體。過冷奧氏體是非穩定組織，遲早要發生轉變。隨過冷度不同，過冷奧氏體將發生珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變三種類型轉變?，F以共析鋼為例說明：

熱處理原理整體熱處理㈠珠光體轉變1、珠光體的組織形態及性能 過冷奧氏體在A1到550℃間將轉變為珠光體類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合物，根據片層厚薄不同,又細分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體索氏體托氏體整體熱處理⑴珠光體：形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌整體熱處理⑵索氏體形成溫度為650-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S表示。電鏡形貌光鏡形貌整體熱處理⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T表示。電鏡形貌光鏡形貌整體熱處理珠光體、索氏體、屈氏體三種組織無本質區別，只是形態上的粗細之分，因此其界限也是相對的。片間距

bHRC

片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。整體熱處理㈡貝氏體轉變1、貝氏體的組織形態及性能過冷奧氏體在550℃-230℃(Ms)間將轉變為貝氏體類型組織，貝氏體用符號B表示。根據其組織形態不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體(B下).上貝氏體下貝氏體整體熱處理⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內平行生長的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下整體熱處理⑵下貝氏體形成溫度為350℃-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。光鏡下電鏡下在電鏡下為細片狀碳化物分布于鐵素體針內，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。整體熱處理上貝氏體強度與塑性都較低，無實用價值。下貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學性能，是生產上常用的強化組織之一。上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體整體熱處理㈢馬氏體轉變當奧氏體過冷到Ms以下將轉變為馬氏體類型組織。馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結構碳在

-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.整體熱處理馬氏體具有體心正方晶格（a=b≠c）軸比c/a稱馬氏體的正方度。C%越高，正方度越大，正方畸變越嚴重。當＜0.25%C時，c/a=1，此時馬氏體為體心立方晶格。整體熱處理2、馬氏體的形態馬氏體的形態分板條和針狀兩類。⑴板條馬氏體立體形態為細長的扁棒狀在光鏡下板條馬氏體為一束束的細條組織。光鏡下電鏡下整體熱處理⑵針狀馬氏體立體形態為雙凸透鏡形的片狀。顯微組織為針狀。在電鏡下，亞結構主要是孿晶，又稱孿晶馬氏體。電鏡下電鏡下光鏡下整體熱處理⑶馬氏體的形態主要取決于其含碳量C%小于0.2%時，組織幾乎全部是板條馬氏體。C%大于1.0%C時幾乎全部是針狀馬氏體.C%在0.2~1.0%之間為板條與針狀的混合組織。馬氏體形態與含碳量的關系0.45%C0.2%C1..2%C整體熱處理3、馬氏體的性能高硬度是馬氏體性能的主要特點。馬氏體的硬度主要取決于其含碳量。含碳量增加，其硬度增加。當含碳量大于0.6%時，其硬度趨于平緩。合金元素對馬氏體硬度的影響不大。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關系C%整體熱處理馬氏體強化的主要原因是過飽和碳引起的固溶強化。此外，馬氏體轉變產生的組織細化也有強化作用。馬氏體的塑性和韌性主要取決于其亞結構的形式。針狀馬氏體脆性大，板條馬氏體具有較好的塑性和韌性.針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌過冷奧氏體轉變產物（共析鋼）

轉變類型轉變產物形成溫度，℃轉變機制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴散型粗片狀，F、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細片狀，F、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細片狀，F、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火冷卻方式不同產物不同冷卻方式不同010203珠光體貝氏體馬氏體

鋼的退火與正火

機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預備熱處理→機加工→最終熱處理。退火與正火主要用于預備熱處理，只有當工件性能要求不高時才作為最終熱處理。

退火將鋼加熱至適當溫度保溫，然后緩慢冷卻(爐冷)的熱處理工藝叫做退火。1、退火目的⑴調整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。⑵消除內應力，防止加工中變形。⑶細化晶粒，為最終熱處理作組織準備。真空退火爐退火工藝

退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應力退火、再結晶退火。⑴完全退火將工件加熱到Ac3+30~50℃保溫后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析鋼。退火工藝⑵等溫退火亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃,共析、過共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內停留時間，更適合于孕育期長的合金鋼。高速鋼等溫退火與普通退火的比較退火工藝⑶球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。它是將工件加熱到Ac1+30-50℃保溫后緩冷，或者加熱后冷卻到略低于Ar1的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。主要用于共析、過共析鋼。退火工藝球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體,用P球表示。球狀珠光體對于有網狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應先進行正火，以消除網狀.正火工藝正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃保溫后空冷的工藝。正火比退火冷卻速度大。1、正火后的組織：●<0.6%C時，組織為F+S；●

0.6%C時，組織為S。正火溫度正火工藝2、正火的目的⑴對于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。⑵對于過共析鋼，用于消除網狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。⑶普通件最終熱處理。要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火,高碳鋼用球化退火。熱處理與硬度關系合適切削加工硬度

鋼的淬火與回火

淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于Vk速度冷卻，使奧氏體轉變為馬氏體的熱處理工藝一、淬火目的獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.真空淬火爐

淬火淬火1、碳鋼淬火溫度⑴亞共析鋼淬火溫度為Ac3+30-50℃。預備熱處理組織為退火或正火組織。亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時為M

0.5%C時為M+A’。65MnV鋼(0.65%C)淬火組織45鋼(含0.45%C)正常淬火組織淬火在Ac1~Ac3之間的加熱淬火稱亞溫淬火。35鋼（含0.35%C）亞溫淬火組織

亞溫淬火組織為F+M，強硬度低，但塑韌性好.淬火⑵共析鋼淬火溫度為Ac1+30-50℃；淬火組織為M+A’。淬火⑶過共析鋼淬火溫度:Ac1+30-50℃.溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A’量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開裂傾向增加。淬火組織:M+Fe3C顆粒+A’。(預備組織為P球)T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織（二）淬火介質理想的冷卻曲線應只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小內應力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質。理想淬火曲線示意圖MsMf常用淬火介質是水和油.水的冷卻能力強，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。淬火油在低溫區冷卻能力較理想，但高溫區冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業常用的淬火介質.淬火（三）淬火方法采用不同的淬火方法可彌補介質的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質中連續冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實現自動化。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法淬火淬火2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強的介質中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質中發生馬氏體轉變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于形狀復雜的碳鋼件及大型合金鋼件。淬火3、分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內外溫度均勻后再取出緩冷?？蓽p少內應力，用于小尺寸工件。鹽浴爐淬火4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經等溫淬火零件具有良好的綜合力學性能，淬火應力小.適用于形狀復雜及要求較高的小型件。淬火速度不同產物不同不同冷卻條件下的轉變產物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細A？？？

回火回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。一、回火的目的1、減少或消除淬火內應力,防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調整硬度、韌性。螺桿表面的淬火裂紋回火3、穩定尺寸。淬火M和A’都是非平衡組織，有自發向平衡組織轉變的傾向?；鼗鹂墒筂與A’轉變為平衡或接近平衡的組織，防止使用時變形。4、對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用

回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。未經淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。鋼經淬火后應立即進行回火?；鼗鸱N類根據鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類?！翊慊鸺痈邷鼗鼗鸬臒崽幚矸Q作調質處理，簡稱調質。廣泛用于各種結構件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預備熱處理。適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。應用獲得良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。

提高

e及

s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內應力?；鼗鹉康腟回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度高溫回火中溫回火低溫回火適用于彈簧熱處理表面熱處理03導學鋼的表面熱處理概念：不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后淬火強化零件表面的方法。表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌。適用于承受彎曲、扭轉、摩擦和沖擊的零件。鋼的表面熱處理1、表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機床導軌表面淬火齒輪3、表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃?；鼗鹉康臑榻档蛢葢ΓＡ舸慊鸶哂捕取⒛湍バ?。4、表面淬火+低溫回火后的組織表層組織為M回；心部組織為S回(調質)或F+S(正火)。感應加熱表面淬火感應淬火機床鋼的表面熱處理

化學熱處理是將工件置于特定介質中加熱保溫，使介質中活性原子滲入工件表層從而改變工件表層化學成分和組織,進而改變其性能的熱處理工藝。鋼的表面熱處理與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學成分。