金属热处理工艺基本知识课件
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金属学及热处理
时效处理工艺
总结词
时效处理是一种通过长时间放置或加热使金属内部发生沉淀 或析出反应的过程，主要用于提高金属的强度和稳定性。
详细描述
时效处理工艺通常将金属加热至较低的温度，并保持一定时 间，使金属内部的原子或分子的分布发生变化，形成更加稳 定的结构。通过时效处理，金属的强度和稳定性可以得到提 高。
表面热处理工艺
总结词
表面热处理是一种仅对金属表面进行 加热和冷却的过程，主要用于改善金 属表面的耐磨性、耐腐蚀性和抗氧化 性等。
详细描述
表面热处理工艺通常仅对金属表面进行加热 和冷却，而内部保持不变。通过表面热处理 ，可以改变金属表面的晶格结构、化学成分 和组织结构等，从而改善其表面的性能。
04 热处理设备与工具
热处理炉应定期进行维护和保养，确保设备的正常运行 和使用寿命。
在操作过程中，应定期检查炉温和炉压是否正常，防止 超温或超压。
在使用过程中，应保持炉膛的清洁，防止杂物和积炭对 加热元件和金属材料的影响。
热处理工具的选择与使用
01
02
03
04
根据不同的热处理工艺和金属 材料，选择合适的热处理工具
。
在使用过程中，应注意工具的 材质和尺寸是否符合要求，防 止工具损坏或金属材料表面损
金属学及热处理
contents
目录
• 金属学基础 • 热处理原理 • 热处理工艺技术 • 热处理设备与工具 • 热处理的应用与发展趋势
01 金属学基础
金属材料的分类与特性
钢铁材料
根据碳含量和用途，钢铁材料可分为生铁、铸铁和钢 材。其特性包括高强度、耐磨性和耐腐蚀性。
有色金属
如铜、铝、锌等，具有良好的导电性、导热性和延展 性。
金属材料及热处理基础知识.ppt
硬质合金 HBW 450- 600 用于测量淬火钢
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
2 .洛氏硬度
以顶角为120度的金刚石圆锥体或直径1．588mm的淬火 钢球作为压头，以一定的压力使其压入材料表面，测量压痕 深度来确定其硬度，即为洛氏硬度。被测材料硬度，可直接 在硬度计刻盘读出。
洛氏硬度常用的有三种，分别以HRA、HRB、HRC来表示。 洛氏硬度符号、试验条件和应用表
下贝氏体：无方向性的针状铁素体上弥散分布着细小颗粒的 渗碳体
7、魏氏组织
魏氏组织是在比较大的过冷度下形成的。奥氏体过冷到这 一温度区内，便会形成魏氏组织。魏氏组织铁索体是以切变机 理形成的其生长往往都是由晶界网状铁索体分枝，许多铁赢体 片平行地向晶粒内部长大。铁素体片之间的奥氏体随后变成珠 光体。魏氏组织会降低钢的塑性和韧性，尤其是冲击韧性。
3．维氏硬度 测定维氏硬度的原理基本上和布氏硬度相同，区别在于压头
采用锥面夹角为136度的金刚石正四棱锥体，压痕是四方锥形。 维氏硬度值用HV表示。
压痕面
4. 里氏硬度
原理：当材料被一个冲击体撞击时，较硬材料使冲击体产生 的反弹速度大于较软者。
5. 硬度与强度值的对应关系 由于硬度值综合反映了材料在局部范围内对塑性变形等 的抵抗能力，故它与强度值也有一定关系。 工程上：
冷却速度对晶粒大小的影响
快速冷却，形核点多，晶粒细小 冷却速度慢，均匀长大，晶粒粗大
1.2.2 铁碳合金的基本组织 铁 碳含量>2%--弱而脆
铁碳合金
铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固溶体 F
钢 奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A 强而韧 碳含量 0.02%-2%
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
许用应力 o
n
安全系数
金属材料及其热处理ppt课件
1. 体心立方晶格（BCC）：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体的中心。
具有体心立方晶格结构的金属有α-Fe、W、Mo、V、β-Ti等。 晶胞所包含原子数为： 8×1/8+. 1=2 个。
金属的晶格类型
2. 面心立方晶格（FCC） ：
晶胞是一个立方体，原子位于立方体的八个顶点和立方体六个面的 中心。
表面热处理 (表面淬火和化学热处 理等)；
特殊热处理 (形变热处理、磁场热 处理等)。
根据热处理在零件生产工艺流程 中的位置和作用，热处理又可分 为预备热处理和最终热处理。
A1、A3、Acm为钢在平衡条件下的临界点。在实际热处理会产生不同程度的滞 后。实际转变温度与平衡临界温度之差称为过热度(加热时)或过冷度(冷却时)。 通常把加热时的临界温度加注下标“c. ” 。
4. 在热处理工艺上的应用。
了解加热、冷却时相变的规律，确 定合适的热处理制度。
.
相图的应用
综上所述，相图是材料状态与成分、温度之间关系的图解， 是研究合金的重要工具：
1. 作为选材的依据。
2. 在铸造生产中的应用。
不同成分合金的熔点，确定合适的 冶炼和浇注温度。
3. 在锻造工艺上的应用。
.
合金及其组织结构
2. 相
合金中成分、结构及性能相同的组成部分称为相。相与相之间有明显的 界面－相界。
3. 组织
所谓合金的组织，是指合金中不同相之间相互组合配置的状态。数量、 大小和分布方式不同的相构成了合金不. 同的组织。单相组织、多相组织。
合金的晶体结构
根据合金中各组元之间结合方式的不同，合金的组织可分 为固溶体、金属化合物和混合物三类。
单晶体与多晶体
金属是由很多大小、外形和晶格排列方向均不相同的 小晶体组成，小晶体称为晶粒，晶粒之间交界的地方称为 晶界。
《金属学与热处理》课件
举例说明
电子器件中的微型线圈需要采用真空 热处理来确保其导电性能和稳定性； 而医疗器械中常用的钛合金则需要通 过特殊的化学热处理来提高其耐腐蚀 性和生物相容性。
05
热处理设备与工艺控 制
热处理设备的分类与选择
热处理设备的分类
根据加热方式、用途和特点，热处理设备可分为多种类型，如电炉、燃气炉、 真空炉、感应炉等。
举例说明
飞机发动机中的涡轮叶片需要采用特 殊的热处理工艺来提高其高温强度和 抗疲劳性能；而医疗器械中常用的钛 合金则需要通过精细的热处理来确保 其生物相容性和力学性能。
功能金属材料的热处理
总结词
详细描述
功能金属材料具有特殊的物理和化学 性能，其热处理工艺对材料的性能具 有重要影响。
功能金属材料的热处理主要包括真空 热处理、化学热处理和磁场热处理等 工艺。这些工艺能够改变金属的表面 组织结构和化学成分，从而赋予材料 特殊的物理和化学性能。例如，磁性 材料需要进行磁场热处理来提高其磁 导率和磁感应强度；而超导材料则需 要通过真空热处理和化学热处理来确 保其超导性能。
气氛控制
对于某些热处理工艺，如渗碳、 渗氮等，需要控制炉内的气氛， 包括气体组成、压力和流量等， 以确保工件表面的质量。
热处理过程中的环境保护
减少能源消耗
采用先进的热处理技术和设备，提高能源利用率 ，减少能源浪费。
降低污染物排放
通过改进工艺和设备，降低热处理过程中产生的 有害物质排放，如废气、废水和固体废弃物等。
热处理过程中的相变
相变概念
金属在加热和冷却过程中发生的组织结构变 化，包括晶体结构的变化和相的分离。
相变机理
固态相变、液态相变和气态相变等。
相变类型
共析转变、包晶转变、固溶体脱溶等。
金属材料与热处理完整ppt课件
晶界：
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
精选课件
55
亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
精选课件
56
相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
精选课件
41
精选课件
42
精选课件
43
五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
精选课件
45
七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
精选课件
44
六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
小角度晶界─相邻晶粒的位向差小于10°的晶 界。基本上由位错构成。
大角度晶界─相邻晶粒的位向差大于10°的晶 界。原子排列比较混乱，结构比较复杂。
精选课件
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亚晶界： 晶粒内部位向差小于 1° 的亚结构，也称为亚晶
粒，亚晶之间的界面，称为亚晶界。通常由位错构成。
亚晶界
精选课件
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相界：不同结构的晶粒之间的界面 界面结构类型: 共格界面, 半共格, 非共格
同晶向上的原子排列方式和排列 紧密程度是不一样的。下页的两 个表给出了体心立方晶格和面心 立方晶格中各主要晶面、晶向上 的原子排列方式和紧密程度。
精选课件
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五、晶体的 同素异构转变(多晶型性转变) 金属由一种晶体结构转变为另一种晶体结构的现
象称之为同素异构转变。（温度、压力）
α-Fe单晶体，密排方向 [111] 的弹性模量 E=290,000MN/m2，而非密排方向100的 E=135,000MN/m2。
精选课件
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七、多晶体的伪各向同性 如Fe，不同方向上E均为210000MN/m2左右。 原因：实际材料为多晶体，各单晶粒分布的方向
不同，各向异性相互抵消，而呈现无向性。 ——伪各向异性。
如 Fe晶体，室温～912℃，体心立方，α- Fe，
912 ℃～1394 ℃，面心立方，γ-Fe， 1394 ℃ ～熔点1538 ℃ ，体心立方，δ-Fe。 Fe, Mn, Ti , Co 等少数金属具有同素异构转变。 性能随之变化。
精选课件
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六、晶体的各向异性
不同晶面和晶向上原子密度不同， 原子间距离 不同， 结合力不同－－晶体在不同方向上的力学、 物理和化学性能有所差异－－各向异性。
金属热处理(共9张PPT)
§2 退火和正火
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
一、退火 退火是将金属和合金加热到适当温度，保温一定
时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
按金属成分和性能要求的不同，退火可分为:
将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平 衡状态组织的退火工艺。完全退火的目的是通过完全重结晶 细化晶粒，降低硬度，改善切削性能。完全退火主要用于亚 共析钢的铸、锻件。
右图为 热处理的基本工艺过程的温度-时间关系曲线。 为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。
表面淬火加热的方法很多，如感应加热、火焰加热、电接触 钢加热和冷却时的温度变化曲线见图3-2。
主要有表面淬火、渗碳和渗氮等工艺。 提高钢件的硬度和耐磨性，淬火＋不同回火，获得各种需要的性能，是强化钢的主要方法。
间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到
以上100～150℃的正火则称为高温正火。
与退火类似，但冷却速度比退火快。钢件在正火后的强度和 硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。又因操作简便、生 产率高，所以，正火常优先采用。低碳钢件可代替退火。
§3 淬火和正火 钢件在正火后的强度和硬度比退火稍高，但消除残余应力不彻底。
化学热处理是将金属和合金工件置于一定温度的活性介 质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学 成分、组织和性能的热处理工艺。
常用的有渗碳、渗氮、碳氮共渗和渗金属元素等。
使钢件中碳化物球状化而进行的退火工艺。球化退火主要 用于过共析钢，目的是使网状渗碳体球状化，降低硬度、提 高韧性，改善切削性能，为淬火作组织准备。
为了去除由于塑性变形加工、焊接等造成的以及铸件
内存在的残余应力而进行的退火。主要用于消除铸件、锻件、 焊接件和切削件的残余应力。
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●正火具有以下几方面的应用：
① 含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削 加工性能。
② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二
者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图 所示。
图3 正火与退火后组织的比较
2） 钢的淬火
● 淬火回火的工艺缺陷
● 硬度不足
是由淬火加热温度低、表面脱碳、冷速不够、钢 材淬透性低等原因造成的。可采用相应措施加以防 治。
● 硬度不均匀
是由原始组织粗大且不均匀、冷却不均匀等原因 造成的。可通过正火后重新淬火来消除。
● 过热和过烧
过热组织可通过重新淬火来消除；工件一旦过烧则 只能报废。
7) 钢的表面淬火
甚至略有升高。
● 回火温度在200～300℃,高碳
钢的硬度再次升高,中、低碳钢
硬度缓慢降低。
● 回火温度300℃以上，钢的硬
度呈直线下降。
● 注意：回火屈氏体、回火索氏
体和球状珠光体与过冷奥氏体直
图15
接分解得到的屈氏体、索氏体和珠光体的力学性能有
显著区别。
● 回火的种类 ● 低温回火（150～250℃） 组织为回火马氏体，能降低 内应力和脆性，并保持高硬 度和耐磨性。用于工具、模 具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。 图16 ● 中温回火（350～500℃） 组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要
度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、 最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件 热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确
定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果， 并将得到满意的性能。
从数学的观点看，热处理的质量是温度和 时间的函数，所以工件的热处理工艺规范可用 时间一温度为坐标表示出来，任何工件的热处 理，都应包括：
● 单液淬火法
将加热的工件放入一 种淬火介质中连续冷却 至室温的操作方法，如 水淬、油淬等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
● 双液淬火法
图9 各种淬火方法示意图
将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却， 然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。 如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂 的高碳钢工件及大型合金钢工件。
增补章: 金属材料与金属热处理工艺基本知识
B 金属热处理工艺基本知识
热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却，使
金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。
工件热处理的目的是通过热处理 这一重要手段， 来改变(或改善)工件内部组织结构，从而获得所需要 的性能并提高工件的使用寿命。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过
程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互
相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之
一。
1. 金属热处理工艺基本知识
●热处理过程中四个重要因素:
在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理 过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温
④ 渗碳体的聚集长大及α相再结晶 主要发生在400℃以上,此时 形成颗 粒状渗碳体，铁素体由针片状转变 为多边形，这种组 织称为回火索氏 体，用“S回”表示。如图所示。图14
●回火过程中的性能变化
总的规律是：随回火温度升高，强度、硬度下降， 塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度的关系。
● 回火温度在200℃以下,钢的硬度不降低,对高碳钢，
● 利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以 强 化零件表面的热处理方法。 ● 表面淬火用材料含碳量为0.4～0.5%的中碳钢及铸 铁。
● 预备热处理预备热处理为表面淬火作准备，以获 得最终的心部组织。方法有调质和正火等。
● 表面淬火后的组织表层组织为回火马氏体，心部 组织为回火索氏体(调质）或铁素体加索氏体（正 火）。
1. 金属热处理工艺基本知识
●都应包括 四个重要因素:
(1)加热速度V； (2)最高加热温度T; (3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.
图1 热处理规范示意图
（a）简单的热处理规范 （b)复杂的热处理规范
2.钢的热处理基本工艺及应用 1） 钢的退火与正火
● 退火与正火的目的
① 调整硬度以便进行切削加工 ② 消除残余应力 ③ 细化晶粒，改善组织 ④ 为最终热处理做好组织上的准备
目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状
珠光体，为后面的淬火作组织准备。
● 扩散退火
将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷 却的热处理工艺称为扩散退火。
目的：消除成份偏析。
●去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却
的热处理工艺称为去应力退火。
目的：消除铸、锻、焊的内应力。
温后●空正气火中是冷将却钢的加热热处到理工Ac3艺或。Accm以上30～50℃，保
5) 钢的淬透性
● 淬透性
淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。 一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬 层深度。
● 淬透性对钢力 学性能的影响:
钢的淬透性直接 影响其热处理后 的力学性能。
● 淬透性高的钢， 其力学性能沿截 图10 面均匀分布
● 淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低
● 淬透性的测定及其表示方法
为●马氏亚体温加淬铁火素：体加，热如温图度所在示Ac。1～亚A温c3之淬间火，也淬是火一组种织强
韧化处理方法。
图5 马氏体
图6 马氏体加铁素体
● 对共析钢和过共析钢
组淬织火为温细度马为氏Ac体1+加30颗～粒50状℃， 渗碳体和少量残余奥氏体， 如图所示。
图7
●对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50～100℃。
● 高频感应加热
电流频率范围250～300kHz，淬硬层深度为0.5～ 2.0mm，适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件 。
● 中频感应加热
电流频率范围2500～800kHz，淬硬层深度2～10mm ，适用于较大的轴和大中模数齿轮。
● 工频感应加热
电流频率50Hz，淬硬层深度可达10～15mm，适用 于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火 车车轮的表面淬火。
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于
Vk的速度冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
●淬火温度
选择淬火温度的原则是 获得均匀细小的奥氏体。 如图所示，一般淬火温度 在临界点以上。
图4 碳钢的淬火温度范围
组●织对为亚马共氏析体钢，，如淬图火所温示度。为Ac3+30～50℃，淬火
●火焰加热表面淬火
图20
● 电接触加热的原理如图 。
● 电接触加热表面淬火
● 特点及应用：
图21
工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层 薄。形状复杂的工件不宜采用。
8) 模具钢
用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等 模具的钢称为模具钢。根据性质和使用条件的不同，
可分为 冷作模具钢和热作模具钢 两大类。
● 在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸 效应。
6) 钢的回火
● 回火的目的
● 降低脆性，减少或消除内应力 ● 获得工艺所要求的力学性能 ● 稳定工件尺寸 ● 对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工
● 淬火钢在回火时的转变
● 回火时的组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段的变化：
① 马氏体分解：主要发生在 100～200℃， 马氏体中的碳 以ε碳化物（FexＣ）的形式析 出，析出的碳化物以极小片状 分布在马氏体基体上，这种组 织称为回火马氏体，用“M回” 表示。如图所示。
● 测定钢的淬透
性最常用的方法是
末端淬火法。
●将φ25×100mm 的标准试样经奥氏 体化后，对末端进 行喷水冷却。如图 所示。
图11 末端淬火法
● 按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；
● 利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和 淬透性
曲线图可找出其淬透性的大小。
● 淬透性的表示方法
●淬透性值可用
● 感应加热表面淬火后的回火
一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200℃
● 感应加热表面淬火的特点
● 加热温度高。 ● 感应加热表面淬火后工 件表层硬度高，脆性较低 。 ● 工件表面质量好。
●● 生特产点效及率应高用。： 图19
设备简单、成本低、 灵活性大，但淬火质量较 难控制。主要用于单件小 批量生产件及大型零件的 表面淬火。
(1)冷作模具钢
冷作模具钢是用于在室温下对金属进行变形加工 的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模、 落料模等。
● 工作条件和性能要求 处于工作状态的冷作模具承受着强烈的冲击载荷
和摩擦、很大的压力和弯曲力的作用，主要的失效破 坏形式包括磨损、变形和开裂等，因此冷作模具钢要 求具有较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度 。
图12 回火马氏体
② 残余奥氏体分解 主要发生在200～300℃，残余奥 氏体分解 为ε碳化物和过饱和α，但组织仍是回火马 氏体。
③ ε碳化物转变为Fe3Ｃ 主要发生 在250～400℃，此时回火马氏体转 变为在保持马氏体形态的铁素体基 体上分布着细粒状渗碳体的组织， 称为回火屈氏体，用“T回”表示。图13
J HRC d
表示。其中J表示末端淬透
性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度
值。
●钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透
的最大直径，即临界直径D0表示。
● 淬透性的应用:
● 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及 要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。
● 对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选 用低淬透性的钢制造。
① 含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削 加工性能。
② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二
者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图 所示。
图3 正火与退火后组织的比较
2） 钢的淬火
● 淬火回火的工艺缺陷
● 硬度不足
是由淬火加热温度低、表面脱碳、冷速不够、钢 材淬透性低等原因造成的。可采用相应措施加以防 治。
● 硬度不均匀
是由原始组织粗大且不均匀、冷却不均匀等原因 造成的。可通过正火后重新淬火来消除。
● 过热和过烧
过热组织可通过重新淬火来消除；工件一旦过烧则 只能报废。
7) 钢的表面淬火
甚至略有升高。
● 回火温度在200～300℃,高碳
钢的硬度再次升高,中、低碳钢
硬度缓慢降低。
● 回火温度300℃以上，钢的硬
度呈直线下降。
● 注意：回火屈氏体、回火索氏
体和球状珠光体与过冷奥氏体直
图15
接分解得到的屈氏体、索氏体和珠光体的力学性能有
显著区别。
● 回火的种类 ● 低温回火（150～250℃） 组织为回火马氏体，能降低 内应力和脆性，并保持高硬 度和耐磨性。用于工具、模 具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。 图16 ● 中温回火（350～500℃） 组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要
度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、 最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件 热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确
定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果， 并将得到满意的性能。
从数学的观点看，热处理的质量是温度和 时间的函数，所以工件的热处理工艺规范可用 时间一温度为坐标表示出来，任何工件的热处 理，都应包括：
● 单液淬火法
将加热的工件放入一 种淬火介质中连续冷却 至室温的操作方法，如 水淬、油淬等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
● 双液淬火法
图9 各种淬火方法示意图
将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却， 然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。 如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂 的高碳钢工件及大型合金钢工件。
增补章: 金属材料与金属热处理工艺基本知识
B 金属热处理工艺基本知识
热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却，使
金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。
工件热处理的目的是通过热处理 这一重要手段， 来改变(或改善)工件内部组织结构，从而获得所需要 的性能并提高工件的使用寿命。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过
程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互
相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之
一。
1. 金属热处理工艺基本知识
●热处理过程中四个重要因素:
在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理 过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温
④ 渗碳体的聚集长大及α相再结晶 主要发生在400℃以上,此时 形成颗 粒状渗碳体，铁素体由针片状转变 为多边形，这种组 织称为回火索氏 体，用“S回”表示。如图所示。图14
●回火过程中的性能变化
总的规律是：随回火温度升高，强度、硬度下降， 塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度的关系。
● 回火温度在200℃以下,钢的硬度不降低,对高碳钢，
● 利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以 强 化零件表面的热处理方法。 ● 表面淬火用材料含碳量为0.4～0.5%的中碳钢及铸 铁。
● 预备热处理预备热处理为表面淬火作准备，以获 得最终的心部组织。方法有调质和正火等。
● 表面淬火后的组织表层组织为回火马氏体，心部 组织为回火索氏体(调质）或铁素体加索氏体（正 火）。
1. 金属热处理工艺基本知识
●都应包括 四个重要因素:
(1)加热速度V； (2)最高加热温度T; (3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.
图1 热处理规范示意图
（a）简单的热处理规范 （b)复杂的热处理规范
2.钢的热处理基本工艺及应用 1） 钢的退火与正火
● 退火与正火的目的
① 调整硬度以便进行切削加工 ② 消除残余应力 ③ 细化晶粒，改善组织 ④ 为最终热处理做好组织上的准备
目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状
珠光体，为后面的淬火作组织准备。
● 扩散退火
将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷 却的热处理工艺称为扩散退火。
目的：消除成份偏析。
●去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却
的热处理工艺称为去应力退火。
目的：消除铸、锻、焊的内应力。
温后●空正气火中是冷将却钢的加热热处到理工Ac3艺或。Accm以上30～50℃，保
5) 钢的淬透性
● 淬透性
淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。 一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬 层深度。
● 淬透性对钢力 学性能的影响:
钢的淬透性直接 影响其热处理后 的力学性能。
● 淬透性高的钢， 其力学性能沿截 图10 面均匀分布
● 淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低
● 淬透性的测定及其表示方法
为●马氏亚体温加淬铁火素：体加，热如温图度所在示Ac。1～亚A温c3之淬间火，也淬是火一组种织强
韧化处理方法。
图5 马氏体
图6 马氏体加铁素体
● 对共析钢和过共析钢
组淬织火为温细度马为氏Ac体1+加30颗～粒50状℃， 渗碳体和少量残余奥氏体， 如图所示。
图7
●对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50～100℃。
● 高频感应加热
电流频率范围250～300kHz，淬硬层深度为0.5～ 2.0mm，适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件 。
● 中频感应加热
电流频率范围2500～800kHz，淬硬层深度2～10mm ，适用于较大的轴和大中模数齿轮。
● 工频感应加热
电流频率50Hz，淬硬层深度可达10～15mm，适用 于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火 车车轮的表面淬火。
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于
Vk的速度冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
●淬火温度
选择淬火温度的原则是 获得均匀细小的奥氏体。 如图所示，一般淬火温度 在临界点以上。
图4 碳钢的淬火温度范围
组●织对为亚马共氏析体钢，，如淬图火所温示度。为Ac3+30～50℃，淬火
●火焰加热表面淬火
图20
● 电接触加热的原理如图 。
● 电接触加热表面淬火
● 特点及应用：
图21
工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层 薄。形状复杂的工件不宜采用。
8) 模具钢
用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等 模具的钢称为模具钢。根据性质和使用条件的不同，
可分为 冷作模具钢和热作模具钢 两大类。
● 在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸 效应。
6) 钢的回火
● 回火的目的
● 降低脆性，减少或消除内应力 ● 获得工艺所要求的力学性能 ● 稳定工件尺寸 ● 对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工
● 淬火钢在回火时的转变
● 回火时的组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段的变化：
① 马氏体分解：主要发生在 100～200℃， 马氏体中的碳 以ε碳化物（FexＣ）的形式析 出，析出的碳化物以极小片状 分布在马氏体基体上，这种组 织称为回火马氏体，用“M回” 表示。如图所示。
● 测定钢的淬透
性最常用的方法是
末端淬火法。
●将φ25×100mm 的标准试样经奥氏 体化后，对末端进 行喷水冷却。如图 所示。
图11 末端淬火法
● 按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；
● 利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和 淬透性
曲线图可找出其淬透性的大小。
● 淬透性的表示方法
●淬透性值可用
● 感应加热表面淬火后的回火
一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200℃
● 感应加热表面淬火的特点
● 加热温度高。 ● 感应加热表面淬火后工 件表层硬度高，脆性较低 。 ● 工件表面质量好。
●● 生特产点效及率应高用。： 图19
设备简单、成本低、 灵活性大，但淬火质量较 难控制。主要用于单件小 批量生产件及大型零件的 表面淬火。
(1)冷作模具钢
冷作模具钢是用于在室温下对金属进行变形加工 的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模、 落料模等。
● 工作条件和性能要求 处于工作状态的冷作模具承受着强烈的冲击载荷
和摩擦、很大的压力和弯曲力的作用，主要的失效破 坏形式包括磨损、变形和开裂等，因此冷作模具钢要 求具有较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度 。
图12 回火马氏体
② 残余奥氏体分解 主要发生在200～300℃，残余奥 氏体分解 为ε碳化物和过饱和α，但组织仍是回火马 氏体。
③ ε碳化物转变为Fe3Ｃ 主要发生 在250～400℃，此时回火马氏体转 变为在保持马氏体形态的铁素体基 体上分布着细粒状渗碳体的组织， 称为回火屈氏体，用“T回”表示。图13
J HRC d
表示。其中J表示末端淬透
性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度
值。
●钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透
的最大直径，即临界直径D0表示。
● 淬透性的应用:
● 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及 要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。
● 对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选 用低淬透性的钢制造。