05 钢的热处理-(《工程材料》机械专业)[研究材料]

钢的热处理
钢是最常见的金属材料，由于其优越的物理性能和加工性能，钢广泛应用于各行各业，因而需要进行热处理来提高其性能。

热处理是一种处理方法，它将钢通过加热、冷却、调质等物理方法，在获得所需性能的同时，改变钢的组织结构。

热处理的方法有很多，其中包括正火处理和退火处理等。

正火处理是指在高温下，将钢的组织结构变得更加紧密，使其力学性能和强度提高。

正火处理通常可以用于提高钢的强度、耐腐蚀性和耐磨损性能。

退火处理指将加热后的钢放置在一定的温度，然后慢慢冷却，直至钢内部的组织结构发生变化，使其柔韧性和可塑性提高。

退火处理可以用于提高钢的塑性和韧性，以及防止它易于疲劳断裂。

此外，调质处理也是一种常见的热处理方法，它可以改变钢内部的组织结构，从而改变钢的物理性能和化学成分。

以上就是热处理的基本内容，不同的热处理方法可以满足不同的需求，根据钢材的需求和性能，采取适当的热处理技术来改善钢材的性能，是提高钢材质量的重要手段。

为了使钢材的热处理质量更好，应严格控制热处理过程的参数，选择合适的热处理工艺，并加以监控，以确保热处理的质量。

钢的热处理是一项技术活动，也是一个复杂的系统工程，未来，热处理技术将会有更大的发展，同时，热处理技术也将会面临更大的挑战，以满足不断变化的市场需求。

实验报告院系：课程名称: 日期:班级: 组号：学号：实验室：专业：姓名：教师签名：实验名称：钢的热处理实验成绩评定：实验仪器材料:箱式电炉若干，洛氏硬度计一台，45钢、T12钢试样若干(直径1.5CM)、淬火水槽-个. 实验目的要求：1.初步掌握普通热处理的基本工艺方法2、掌握成分(含碳量)、工艺（加温温度)对钢组织和性能的影响。

实验原理：热处理是将钢加热到一定温度、经过一定时间的保温，然后以一定速度冷却下来的操作，通过这样的工艺过程钢的组织和性能将发生改变。

普通热处理分为退火、正火，淬火和回火。

钢加热到一定温度保温后缓慢冷却(通常随炉冷却)至500℃以下空冷叫退火，得到接近平衡态的组织。

奥氏体化的钢在空气中冷却叫正火，得到共析铁素体（或渗碳体）加珠光体。

过冷奥氏体快冷(大于临界冷速)叫淬火，得到马氏体组织。

淬火钢再加热到A1以下会发生回火转变，随回火温度的升高分别得到回火马氏体，回火屈氏体和回火索氏体。

随冷却速度赠加，钢的硬度升高。

通常加热、保温的目的是为了得到成分均匀的细小的奥氏体晶粒，亚共析碳钢的完全退火、正火、淬火的加热温度范围是A c3+30~50℃，过失析钢的球化退火及淬火加热温度是A c1 +30~50℃，过共析钢的正火温度是A cⅢ+30~50℃，保温时间根据钢种，工件尺寸大小，炉子加热类型等由经验公式决定。

表格 1 碳钢普通热处理的加热温度、冷却方式、组织性能及应用范围表格 2 实验参数设计实验步骤：根据实验对45钢进行正淬火和回火热处理，并测定硬度，分析工艺对钢性能的影响。

结果分析:1.热处理条件加热温度、冷却速度、回温度等)对实验和性能的影响。

答：不同的条件下的材料组织和性能也会有所不同。

钢材的热处理介绍
一、铁碳平衡状态图
1、钢中铁碳合金基本金相组织及性能
2、铁碳合金基本组织分布状况-铁碳平衡状态图
注：①随着含碳量和所处温度不同，铁碳平衡状态的金相组织。

含量在1.0％以下，只有可能产生奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体；含碳量＞1.0％的，除上述四种外，还有莱氏体出现。

②同一含碳量的铁碳合金，随温升高或下降，金相组织的转变称为相变。

3、铁碳平衡状态图上的主要特性线
4、铁碳平衡状态图上的主要特性点
5、室温下铁碳合金平衡组织的名称
二、钢的热处理
钢的热处理有淬火、回火、退火和正火四种。

1、淬火
注：淬火代号为C，C47表示淬火回火至HRC45～50。

2、回火
3、退火
注：退火代号为TH。

TH185表示退火HBS170～200。

4、正火
注：①正火代号为Z，Z195表示正火后HBS 180～210；
②亚共析钢的淬火、退火和正火加热温度均在Ac3以上30～50℃，保温一段时间。

冷却速度不同，可得到三种不同热处理结果；
③回火则视低温、中温、高温要求不同，加热温度亦不同。

5、钢结构焊接件热处理方法
注：对中、高碳钢，合金钢和铸铁的焊接通常都要预热和焊后热处理
三、钢中主要合金元素的作用和有害杂质的影响
1、钢中合金元素的作用
2、钢中有害杂质的影响
注：氢、氧、氮统称钢中的有害气体；硫和磷为杂质元素。

钢的热处理工艺技术钢的热处理工艺技术是一种通过改变钢材的组织结构和性能来达到预期目标的方法。

不同的热处理工艺可以改善钢材的硬度、韧性、强度、耐磨性等性能，从而满足不同用途的要求。

以下是一些常见的钢的热处理工艺技术。

1. 退火：退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。

退火能改善钢材的塑性和韧性，减少内部应力，使其易于加工和变形。

2. 淬火：淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却到室温。

淬火能提高钢材的硬度和强度，但会降低其韧性。

常见的淬火方法包括水淬、油淬和气体淬火等。

3. 回火：回火是将已经淬火的钢材重新加热到一定温度，然后通过不同的冷却速率进行冷却。

回火能减少淬火时产生的脆性，提高钢材的韧性和抗疲劳性能。

4. 正火：正火是将钢材加热到过冷状态下的温度，然后冷却到室温。

正火能改善钢材的强度和韧性，减少内部应力。

5. 淬火和回火：淬火和回火是一种常用的复合热处理工艺。

先将钢材淬火，然后进行回火，能够在保持一定硬度的同时提高韧性。

6. 软化退火：软化退火是用于消除冷加工或焊接后的钢材内部应力和硬度的一种热处理方法。

通过加热到一定温度，然后进行适当速率的冷却，使钢材恢复到一定的韧性和塑性。

7. 预应力退火：预应力退火是一种用于提高钢材的强度和韧性的热处理方法。

通过在加热阶段施加机械应力，然后进行退火处理，能够在保持较高强度的同时提高韧性和耐疲劳性能。

以上是一些常见的钢的热处理工艺技术，每种方法在实践中都有其适用范围和特定工艺参数。

合理选择和控制热处理工艺，能够使钢材达到所需的性能要求，并满足具体工程应用的需要。

钢的热处理工艺技术是钢材加工和制造过程中非常重要的环节，它能够改善钢材的性能，增加其应用价值。

随着现代工业的发展，钢材的应用领域越来越广泛，对于不同类型的钢材，需要采用适当的热处理工艺来实现所需的性能要求。

首先，退火是最常见的钢材热处理工艺之一。

退火过程中钢材被加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。

钢的热处理工艺钢的热处理工艺，是指通过加热、保温和冷却等工艺步骤，改变钢材的结构和性能。

热处理工艺可以使钢材具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，提高其使用性能。

常见的钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

退火是钢材的一种常见热处理工艺。

通过加热钢材至适当温度后，进行保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。

退火可以消除钢材的内应力，改善钢材的塑性和韧性，减少脆性，同时提高钢的延展性和可加工性。

正火是指将钢材加热至高于临界温度后，进行保温一段时间，然后将钢材风冷或水冷至室温。

正火可以提高钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。

正火过程中的冷却速度较缓慢，使得钢材晶粒长大，同时降低了内应力。

淬火是将加热至临界温度的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体。

马氏体是一种具有高强度和硬度的组织。

淬火工艺中的冷却速度非常快，可以制造出高强度的硬质钢。

回火是将淬火后的钢材加热至一定温度，并保持一定时间后，再进行冷却。

回火工艺可以降低淬火后钢材的脆性，提高其韧性，增加塑性和抗热应力能力。

回火也可用于调整钢材的硬度和强度。

除了上述常见的热处理工艺外，还有调质、表面硬化、固溶处理等多种热处理方法可用于钢材加工。

总之，钢的热处理工艺通过改变钢材的结构和性能，使其具备更好的力学性能和耐磨性能。

热处理工艺的选择需要根据钢材的成分、用途和要求来确定，以确保最佳的性能结果。

钢材在现代工业中被广泛应用，其性能可以通过热处理工艺得到显著提升。

这些热处理工艺能够改变钢材的组织结构，并调整其力学性能和物理性能。

一种常见的钢材热处理工艺是退火。

退火是将钢材加热至高温，然后经过保温一段时间，最后缓慢冷却至室温。

退火过程中，钢材的晶粒会得到细化，内应力被消除，从而提高了材料的塑性和韧性。

退火也可以减少脆性，并改善加工性能和可塑性。

另一种常见的热处理工艺是正火。

正火是将钢材加热至高于临界温度，然后经过保温一段时间，最后通过风冷或水冷来快速冷却。

正火可以增加钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。

《工程材料》实验报告姓名：学号：班级：时间：机械工程学院材料成型实验室钢的热处理综合性实验一、实验目的1.熟悉钢的正火、退火、淬火、回火热处理操作；2.熟悉洛氏硬度计和维氏硬度计的测试原理和操作方法；3.熟悉金相试样的制备和显微镜的使用；4.分析钢经不同热处理后的显微组织和力学性能变化规律；5.分析合金元素在钢中的作用规律。

二、实验仪器1.洛氏硬度计（型号：Hr-150）2.维氏硬度计（型号：Hv-120）3.金相显微镜（型号：IE200M）4.抛光机（型号：P-1）5.砂轮切割机（型号：QG-1）6.镶嵌机（型号：XQ-2B）7.热处理炉（型号：SX24-13）三、实验材料1.45钢和40Cr钢2.砂纸（型号和粒度：DP22 400cw 600cw 800cw 2000cw）3.抛光粉：氧化铝4.腐蚀剂：4%硝酸四、实验内容将45钢和40Cr钢试样放入热处理加热炉（型号：SX24-13），加热到850℃保持20min后，分别进行水冷、油冷和炉冷。

将水冷的试样分别放入200℃、400℃和600℃回火炉（型号：RJC108）中保持30min，出炉水冷。

采用砂轮切割机，将经不同热处理后的试样从中间切开，在剖开的截面上利用洛氏硬度计分别测量试样心部、1/2R处和表层处硬度值。

填入表1中。

采用砂纸，将试样表面磨光，然后抛光、腐蚀（腐蚀剂：4%硝酸溶液），在显微镜下观察金相组织，采用维氏硬度计测量试样不同区域的维氏硬度值，记录在表1中。

五、实验结果45和40Cr钢热处理实验结果见表1 。

表1 45钢和40Cr钢热处理实验结果材料热处理工艺硬度值，HRC表层1/2R处中心45钢850℃×20min，炉冷 6.709.158.81850℃×20min，空冷15.5710.578.62850℃×20min，油冷32.8329.6827.75850℃×20min，水冷44.2041.0039.4 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷44.0037.1734.08 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷37.6736.8534.06 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷24.0321.9821.0240Cr钢850℃×20min，炉冷13.9212.4710.71850℃×20min，空冷19.0719.7119.84850℃×20min，油冷51.1751.9251.85850℃×20min，水冷58.2354.4652.89 850℃×20min，水冷+200℃×30min，水冷52.8755.9756.07 850℃×20min，水冷+400℃×30min，水冷48.0752.8151.74 850℃×20min，水冷+600℃×30min，水冷42.6844.6747.05六、实验报告要求1.提交电子版实验报告，个人直接发送至我qq邮箱：2.表1数据和所照样品的金相照片同组可以共享；3.结果分析部分，同学之间可以口头讨论，但不得复制他人的实验报告内容，否则，实验成绩以0分计，切记！！！4.结果分析部分排版要美观，图要有图号和图题，且图号和图题放在图的下方。

钢材料热处理方式及其要求热处理是钢材料加工中的一种常用方法，可以改变钢材料的物理和化学性质，提高其硬度、强度、耐磨性等性能。

本文将介绍钢材料常见的热处理方式及其要求。

1. 淬火（Quenching）淬火是将高温加热至适宜温度后，迅速冷却的热处理方式。

通过淬火，钢材料的组织会发生变化，获得更高的硬度和强度。

淬火时需要注意以下要求：- 加热温度和保温时间要根据钢材料的类型和要求进行调整，确保达到适当的淬火效果。

- 冷却介质的选择要合适，常见的冷却介质包括水、油和盐溶液。

- 冷却速度要控制适当，避免出现裂纹和变形。

2. 回火（Tempering）回火是在淬火后，将钢材料加热至较低的温度，然后再进行适当的冷却的热处理方式。

通过回火，钢材料的硬度和脆性可以得到调控，使其具有更好的韧性和耐久性。

回火时需要注意以下要求：- 加热温度和保温时间要根据钢材料的类型和要求进行调整，确保达到适当的回火效果。

- 冷却过程可以采用空气冷却或水冷却，而且需要在钢材料达到目标温度后立即进行冷却，以避免过度软化。

3. 规整化（Normalization）规整化是将低温下加热至适宜温度，然后加热至高温（约50°C~100°C高于淬火温度），最后进行适当冷却的热处理方式。

规整化可以改善钢材料的显微组织，消除内部应力，并提高材料的机械性能。

规整化时需要注意以下要求：- 低温加热温度要根据钢材料的类型和要求进行调整，用于消除组织中的残余应力。

- 高温加热过程需要保温一段时间，以确保达到均匀的温度。

- 适当的冷却方法可以根据需要选择，常见的方法包括空气冷却和水冷却。

4. 固溶化（Solution Treatment）固溶化是将钢材料加热至固溶体区，然后迅速冷却的热处理方式。

通过固溶化，材料中的非均匀相可以溶解，从而提高钢材料的塑性和韧性。

固溶化时需要注意以下要求：- 加热温度要控制在固溶体区，以确保能使非均匀相溶解。

钢的热处理方法及应用2008-01-27 17:341.退火操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。

2.正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。

应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。

对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。

对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。

3.淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。

目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。

应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。

4.回火操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。

目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。

应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.一般钢尽量避免在230~280度、不锈钢在400~450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。

钢的热处理弥散强化：合金的组织由固溶体和金属化合物组成时，第二相硬质点成为位错移动的障碍物。

在外力的作用，位错线遇到第二质点时发生弯曲，位错在第二质点下留下一位错环。

第二质点的存在增加了位错移动的阻力，使滑移抗力增加，从而提高了合金的强度。

也叫弥散强化。

加工硬化:金属在发生塑性形变时，位错密度增加，位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力增大，引起塑性形变抗力提高，金属的强度和硬度明显提高，塑性和韧性明显下降叫做加工硬化。

细晶强化、固溶强化。

一、钢在加热时的转变：¤影响结晶后晶粒度的主要因素是：加热温度和预先变形度。

¤奥氏体的形成：奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、剩余渗碳体的溶解、奥氏体的均匀化。

¤影响奥氏体转变速度的因素：①加热温度②加热速度③钢中碳的质量分数④合金元素⑤原始组织¤影响奥氏体晶粒度的主要因素：：①加热温度和保温时间②钢的化学成分二、钢在冷却时的转变：¤奥氏体向珠光体转变是扩散性转变奥氏体向贝氏体转变是半扩散性转变（碳原子扩散铁原子不扩散）奥氏体向马氏体转变是非扩散性转变¤350~550转变产物是上贝氏体，成羽毛状。

在高温下形成，铁素体片较宽，塑性变形抗力差渗碳体分布在铁素体之间，容易引起脆断，因此强度和韧性差。

350~ M 转变产物是下贝氏体，黑色针状。

在低温下形成铁素体细小，无方向性，碳的过饱和度大位错密度高，且碳化物分布均匀，弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合性能。

¤马氏体：a非扩散型转变b转变速度很快c转变不彻底，总是留一些少量奥氏体d马氏体形成是体积膨胀，在钢中造成很大的内应力，严重时将使被处理零件开裂。

板条状（低碳马氏体）0.25%以下、针状马氏体三、钢的普通热处理：⒈退火：定义:把零件加温到一定温度保温一段时间,然后随炉冷却。

高温退火：完全退火、球化退火、扩散退火、等温退火低温退火：去应力退火、再结晶退火适用：完全退火：亚共析钢球化退火：共析钢和过共析钢等温退火：共析钢、亚共析钢扩散退火：全部加热温度：完全退火：是把钢加热到Ac3以上20℃～30℃，保温一定时间，随炉冷却至600℃以下，出炉空冷。

钢的普通热处理方法：
1.正火：将钢加热到适当温度，保温一段时间后取出在空气中
冷却。

正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理；用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理；用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织；用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能；用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向；用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

2.淬火：将钢加热至高温后快速冷却，使其硬化。

淬火的主要
目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性。

3.回火：将淬火后的钢加热到一定温度并保温一段时间，然后
冷却。

回火的主要目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。

4.退火：将钢加热至适当温度并保温一段时间后缓慢冷却。

退
火的主要目的是调整硬度以方便切削加工，消除内应力，稳定尺寸，防止加工中变形。

退火还能细化晶粒，改善组织。

5.表面热处理：包括表面淬火和火焰加热表面淬火等。

表面热
处理的主要目的是提高材料表面的硬度和耐磨性。

6.化学热处理：包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

化学热处理的
主要目的是改变材料表面的化学成分，以提高其耐腐蚀性和耐磨性。