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第三章 热处理

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第三章 食品的热处理和杀菌

第三章 食品的热处理和杀菌
菌
酵母、霉 菌、酶
2、罐头杀菌工艺条件
罐头杀菌工艺条件制定的原则：在保证罐藏食品安 全性的基础上，尽可能地缩短加热杀菌的时间，以 减少热力对食品品质的影响，
正确合理的杀菌条件：既能杀灭罐内的致病菌和能 在罐内环境中生长繁殖引起食品变质的腐败菌，使 酶失活，又能最大限度地保持食品原有的品质。
t1 t2 t3 p
二、罐藏技术的历史沿革
Nichols Appert（法）： 罐藏技术（1804）； 《动物和植物物质的永久保存法》（1810）； “阿培尔之家“（1812）：世界上第一家罐头厂
Louis Paster （法）：微生物作用导致变质（1864）； 加热杀菌理论（1873）
Bigelow和Esty（20世纪初期）： 食品的pH与细菌芽孢 的耐热性之间的关系
金属罐的清洗：人工清洗、机械清洗 玻璃瓶的清洗和消毒 ➢ 人工清洗：回收的旧瓶子：40～50 ºC、浓度2％～
3％的NaOH溶液浸泡5～10min；洗涤剂 ➢ 机械清洗：洗瓶机（喷洗式、浸喷组合式） ➢ 瓶盖：先用温水冲洗，烘干后以75%的酒精消毒。
2、罐盖的打印 3、空罐的钝化处理
定义：将空罐放在化学溶液中作短时间浸 泡或以化学溶液喷射，使其表面产生一 保护薄层，使锡的活泼性变得迟钝而不 易与食品发生作用。
配比:重铬酸钠 0.8kg NaOH 2.0kg 土耳其红油 300ml Na3PO4 0.9kg 自来水100kg
（二）原料选择及预处理
果蔬类原料：选择、分选、洗涤、去皮与修整 、热烫与漂洗、抽空处理
禽畜类原料：选择、解冻、分割、剔骨、整理 、预煮、油炸
水产类原料：选择、解冻、清洗、处理、盐渍 、脱水
热挤压:是指食品物料在螺杆挤压下因受高温、高压、高剪 切力作用，被压缩并形成熔融状态，然后被挤出模具孔， 因压力骤降，水分急骤闪蒸，产品膨胀，从而形成一定形 状和组织形态的产品。

第三章食品的热处理和杀菌

第三章食品的热处理和杀菌
食品，使其 pＨ值≤ 4.6，水分活度＞ 0.85
如：水果罐头等
（三）微生物的耐热性参数
1. 热力致死温度
已不再使用
细菌：用温度和时间杀死你们，哈哈哈！
2. 热力致死时间曲线（TDT曲线）
Z值 F0值
热力致死时间曲线 （thermal death time curve, TDT）
将一定环境中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭所采用 的杀菌温度和时间组合。
肉毒杆菌的应用——除皱美容
低酸性转化为酸性食品？
水果蔬菜罐头
加酸
酸化食品
FDA对低酸性食品和酸化食品的判定
低酸性食品罐头类。所谓“低酸性罐头”是指 pＨ值＞ 4.6，水分活度＞ 0.85
如：多数蔬菜、蘑菇、金枪鱼、椰汁等罐头食品。 酸化食品类。酸化食品指在低酸性食品中加入酸或酸性
Z

2 1 lg 10t2 lg t2
Z

2
2
1
1
Z 2 1
Z值
当热力致死时间减少 1/10或增加10倍时所需 提高或降低的温度值， 一般用Z值表示。
z 2 1
1 （ θ1 , t1)
z
2 （ θ2 , t2)
2.7
关于Z值
Z值是温度差，单位是℃（℉） Z值是衡量温度变化时微生物死亡速率变化的一个尺度 对于低酸食品中的微生物，一般取Z=10 ℃ 对于酸性食品中的微生物，采取≤100 ℃杀菌的，一般
1 （ θ1, t1 ) 2 （θ2 , t2)
lgt2 lgt1 k( 2 1)
t1﹥t2 , θ2﹥ θ1
lg t1 lg t2 k( 2 1)
lg t1 lg t2 k( 2 1)

第三章食品的热处理与杀菌

第三章食品的热处理与杀菌
培育条件、贮存环境的不同而异
（2）热处理前细菌芽孢的培育和经历
生物有抵御周围环境的本能。食品污染前腐败菌 及其芽孢所处的生长环境对他们的耐热性有一定 影响
在含有磷酸或镁的培养基种生长出的芽孢具有较 强的耐热性；在含有碳水化合物和氨基酸的环境 中培养芽孢的耐热性很强；在高温下培养比在低 温下喂养形成的芽孢的耐热性要强
因此，弄清罐头腐败原因及其菌类是正确 选择合理加热和杀菌工艺，避免贮运中罐头腐 败变质的首要条件。
1. 食品pH值与腐败菌的关系
各种腐败菌对酸性环境的适应性不同，而各种食品 的酸度或pH值也各有差异。
根据腐败菌对不同pH值的适应情况及其耐热性， 罐头食品按照pH不同常分为四类：低酸性、中酸 性、酸性和高酸性
不过在低酸性食品中尚有存在抗热性更强的平 酸菌如嗜热脂肪芽孢杆菌，它需要更高的杀菌 工艺条件才会完全遭到破坏。
另外，由于中酸性食品的杀菌强度要求与低酸 性食品的要求相同，因此它也被并入低酸性食 品一类。
食品严重污染时某些腐败菌如酪酸菌和凝结芽 孢杆菌在pH低于3.7时仍能生长，因此pH3.7 就成为这两类食品的分界线。
①低酸性食品胀罐时常见的腐败菌大多数属于
专性厌氧嗜热芽孢杆菌，如嗜热解糖梭状芽孢杆 菌，它最适生长温度为55℃，温度低于32℃生长 很缓慢，因此只要温度不高，就不会迅速繁殖， 但一旦处于高温条件下，就会导致罐头腐败变质。
厌氧嗜温芽孢菌，如肉毒杆菌、生芽梭状芽孢杆 菌等。
②酸性食品胀罐时常见的有专性厌氧嗜温芽孢杆菌如巴 氏固氮芽孢杆菌、酪酸梭状芽孢杆菌等解糖菌，常见 于梨、菠萝、番茄罐头中。
③高酸性食品胀罐时常见的有小球菌以及乳杆菌、明串 珠菌等非芽孢菌。
（2）平酸败坏
①现象：外观正常，内容物变质，呈轻微或严重酸味， pH可能可以下降到0.1-0.3。

第三章氧化及热处理

第三章氧化及热处理

25
2.1 2.1热氧化方法
1.干氧氧化： 1.干氧氧化：氧分子与硅直接反应生成二氧化硅 干氧氧化
Si （固态） + O（气态） → SiO （固态） 2 2
∆
温度：900-1200℃， 温度：900-1200℃，氧化速度慢 2.水汽氧化： 2.水汽氧化：高温下水汽与硅生成二氧化硅 水汽氧化
Si（固态） H 2O（气态） SiO2 + + 2 → （固态） 2H（气态）
18
Shallow Trench Isolation (STI)
STI
19
绝大多数晶园表面被覆盖了一层足够厚的氧化层来 绝大多数晶园表面被覆盖了一层足够厚的氧化层来 一层足够厚的氧化层 防止从金属层产生的感应，这时的SiO 称为场氧化 防止从金属层产生的感应 ， 这时的 SiO2 称为 场氧化 物。 如图所示。 如图所示。
28
无论是干氧或者湿氧工艺，二氧化硅的生长都要消 无论是干氧或者湿氧工艺， 耗硅，如图所示。硅消耗的厚度占氧化总厚度的0.44， 耗硅，如图所示。硅消耗的厚度占氧化总厚度的 ， 这就意味着每生长 每生长1µm的氧化物，就有 的氧化物， 这就意味着每生长 的氧化物 就有0.44µm的硅 的硅 消耗（ 湿氧化略有差别）。 消耗（干、湿氧化略有差别）。
17
4.电容介质 电容介质
二氧化硅介电常数大， 二氧化硅介电常数大，为3～4，击穿耐压教 ～ ， 高，电容温度系数小
5.器件隔离 器件隔离
集成电路的隔离有PN结隔离和介质隔离两种 结隔离和 两种,SiO2用于 集成电路的隔离有 结隔离 介质隔离两种 隔离 用于 介质隔离. 介质隔离 漏电流小,岛与岛之间的隔离电压大 岛与岛之间的隔离电压大,寄生电容小 漏电流小 岛与岛之间的隔离电压大 寄生电容小

热处理课件 第三章 钢的珠光体转变

热处理课件 第三章 钢的珠光体转变

二、珠光体的机械性能
图3-5 共析碳素钢的珠光体形成温度 对片层间距和团直径的影响

图3-6 共析碳素钢珠光体团的直径和 片层间距对断裂强度的影响
图3-7 共析碳素钢珠光体团的直径和 片层间距对断面收缩率的影响
珠光体团直径和片层间距越小，强度、硬度越高， 塑性也越好。
图3-8 共析碳素钢不同组织的应力-应变图
第三章 钢的珠光体转变
§3-1 珠光体的组织形态与性能特点
一、珠光体的组织形态 γ → P (α + Fe3C)
面心立方 体心立方 复杂斜方 0.77%C 0.0218%C 6.69%C 根据在铁素体基体上分布的渗碳体形状，珠光体 可分为片状珠光体和粒状珠光体。
图3-1 共析碳钢(0.8%C,0.76%Mn)的C曲线
(1) 珠光体：在A1~650℃范围内形成，层片较粗， 片层间距平均大于0.3μm，在放大400倍以上的光学 显微镜下便可分辨出层片；
(2) 索氏体：在650~600℃范围内形成，层片比 较细，片层间距平均为0.1~0.3μm，在大于1000倍的 光学显微镜下可分辨出层片；
(3) 屈氏体：在600~550℃范围内形成，层片很 细，片层间距平均小于0.1μm，即使在高倍光学显微 镜下也无法分辨出片层，只有在电子显微镜下才能 分辨开层片。
1-片状珠光体 2-粒状珠光体
在退火状态下，对于相同含碳量的钢料，粒状珠 光体的强度、硬度比片状珠光体低，塑性、切削加工 性和淬火工艺性等比片状珠光体好。
§3-2 珠光体转变的机理
γ → P (α + Fe3C) 面心立方 体心立方 复杂斜方 0.77%C 0.0218%C 6.69%C
一、珠光体的形核
图3-9 片状珠光体形核与长大过程示意图

第3章钢的热处理

第3章钢的热处理

化学热处理
渗碳 碳氮共渗 渗氮 氮碳共渗 渗其它非金属 渗金属 多元共渗 溶渗
三、热处理的原理
铁碳合金相图是确定热处理工艺的重 要依据。它是表示平衡状态下不同化学成 分的铁碳合金在不同温度时所具有的组织 和状态的图形。
热处理的过程
金属材料零件
加热至某一温度区间 保温
奥氏体组织
屈氏体组织
马氏体组织 索氏体组织 贝氏体组织
3、球化退火的应用范围为( A. 亚共析钢和合金钢件 C. 不能用于过共析钢
4. 比较正火与退火的异同点，生产中如何选用退火与正火？
一、淬火
1、淬火的概念和目的 淬火是将工件加热到奥氏体化后，保持一 定的时间，以适当方式冷却（水冷或油冷）， 获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺 马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱 和固溶体，硬度较高，用M表示，马氏体中 含碳量越高，其硬度也越高。
工艺 特点
应用 范围
一、淬火
2、淬火方法和应用
一、淬火
2、淬火方法和应用 淬火开裂现象
一、淬火
3、钢的淬透性 淬透性是以在规定条件下钢试样淬硬深度 和硬度分布表征的材料特性。 淬硬深度是从淬硬的工件表面量至规定硬 度值(一般为550HV)处的垂直距离。 淬硬深度愈深，淬透性愈好。 影响钢淬透性的决定因素是马氏体临界冷 却速度。大多数合金元素(除钴外)降低钢的马 氏体临界冷却速度，因而能显著提高钢的淬透 性。
用于淬火返修件，消除淬火应力，细化 组织，防止重新淬火后变形或开裂。
练习
1、用锻、铸、方法制造的零件毛坯，为消除毛坯内应力，均匀 组织，改善切削加工性能，为后序工作做准备，常采用（ A、调质 B、淬火 C、回火 D退火或正火 ）
2、为了细化晶粒提高力学性能改善切削加工性，常对低碳钢件 进行的热处理是( A. 完全退火 ) B. 球化退火 ) B. 过共析钢和合金工具钢等 D. 以上都对 C. 正火 D. 淬火

食品工艺学-第三章+食品的热处理和杀菌


以热处理温度为横 坐标，以微生物全部杀灭 时间为纵坐标（对数值） 得到一条直线，即热力致 死时间曲线。
2. 热处理温度
❖热处理温度越高，杀死一定量腐败菌芽孢 所需要的时间越短。
图1 不同温度时炭疽菌芽孢的活菌残存数曲线
表2 热处理温度对玉米汁中平酸菌死亡时间的影响
3.热处理时介质或食品成分的影响
（1）酸度 pH ▪ 许多高耐热性的微生物，在中性时耐热性最强，
随着pH偏离中性的程度越大，死亡率越大 ▪ 对大多数芽孢杆菌来说，在中性范围内耐热性最
1. 罐头常见的腐败变质的现象
❖罐头食品贮运过程中常会出现胀罐、平盖 酸败、黑变和发霉等腐败变质的现象，此 外还有中毒事故。
（1）胀罐
❖ 原因 –微生物生长繁殖——细菌性胀罐 –食品装量过多或罐内真空度不够引起假胀— 物理性胀罐 –罐内食品酸度太高,腐蚀罐内壁产生氢气,引 起氢胀—化学性胀罐
❖ 出现细菌性胀罐的原因 –杀菌不足 –罐头裂漏
原料污染情况 新鲜度 车间清洁卫生状况 生产技术管理 杀菌操作技术要求 （3）罐头裂漏 （4）嗜热菌生长
（四）微生物耐热性参数
1. 热力致死时间曲线（TDT曲线） Thermal Death Time 热力致死时间用以表示将在一定环 境中一定数量的某种微生物恰好全部杀灭 所采用的杀菌温度和时间组合。
1. 污染微生物的种类和数量
（1）菌种与菌株
–菌种不同，耐热性不同 –同一菌种，菌株不同，耐热性也不同 –正处于生长繁殖的细菌的耐热性比它的芽孢弱 –各种芽孢中，嗜热菌芽孢耐热性最强，厌氧菌芽
孢次之，需氧菌芽孢最弱。 –同一种芽孢的耐热性也会因热处理前菌龄、培育
条件、贮存环境的不同而异
热处理前细菌芽孢的培育和生长

食品的热处理和杀菌


腐败特征
低 嗜 嗜热脂肪芽孢杆菌
平盖酸败
酸 热 嗜热解糖梭状芽孢杆菌
产酸产气
性 菌 致黑梭状芽孢杆菌
致黑硫臭
食 嗜 肉毒杆菌 A、B 品 温 生芽孢梭状芽孢杆菌(P.A3697)
菌
产酸产气产毒 产酸产气
酸 嗜 凝结芽孢杆菌
平盖酸败
性 温 巴氏固氮梭状芽孢杆菌
产酸产气
食 菌 酪酸梭状芽孢杆菌
产酸产气
品
D121℃ = 5
图5
设原始菌数为a，经过一段热处理时间t后， 残存菌数为b ，直线的斜率为k，
则： lg b – lg a= k ( t – 0 ) ∵ a＞b
整理上式得 t＝﹣1／k(lg a－lg b)
令D ＝ ﹣1／k 则得到热力致死速率曲 线方程
t＝ D (lg a－lg b)
令b＝ a10-1 则D=t
(Thermal Death Time Curve,TDT)
表示微生物的热力致死时间(TDT)随热杀菌 温度的变化而呈现的规律。图7
图7 热力致死时间曲线
设直线的斜率为k，取曲线上任意两点
1（TDT1,T1）、2 (TDT2,T2)
则： log TDT2– log TDT1 = k (T2– T1 ) 若 T2 ＞ T1
（一）加热对微生物的影响 1. 微生物的生长温度
微生物的最适生长温度
温度高于微生物的最适生长温度时，微生物的生 长就会受到抑制甚至出现死亡现象。
微生物的最适生长温度与热致死温度（℃）
微生物
最低生长温度
最适生长温度
嗜热菌
30 --- 45
50---70
嗜温菌
5 --- 15
30---45

3食品的热处理和灭菌


•
D值反映微生物的抗热能力；
•
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
D值的大小取决于直线的斜率，与原始菌数无关；
D值与加热温度、菌种及环境的性质有关；
•
D值的计算：
D
表达： Dt

lg N 0 lg N
D110 = 5 表示：在110℃条件下，杀灭90%的 某种微生物需要5分钟。
思考题
• 低酸性食品和酸性食品的分界线是什么？ 为什么？ • 影响微生物耐热性的因素主要有哪些？ • D值、Z值、F值的概念是什么？分别表 示什么意思？这三者如何互相计算？
水份活度aw和酸碱值pH对微生物的生长有决 定性的影响，实验数据表明，aw 0.85和 pH4.6是一个分界点，如果某食品控制在aw 0.85以下及pH4.6以下是属于较安全的食品， 只需要低于100℃温度杀菌便可，如果汁罐头 就是属于这种情形。但科学家实验也证明上 述两个制约因素中只要有一个达到，便可用 ≤100℃温度杀菌。
罐头食品按照酸度的分类
酸度级 别 pH值 食品种类 常见腐败 菌 热力杀菌要 求
低酸性
中酸性
5.0以上 虾、蟹、贝类、禽、牛肉、猪 嗜热菌、 肉、火腿、羊肉、蘑菇、青豆、嗜温厌氧 青刀豆、笋 菌、嗜温 兼性厌氧 4.6~5.0 蔬菜肉类混合制品、汤类、面 菌 条、沙司、无花果
3.7~4.6 荔枝、龙眼、桃、樱桃、李、 非芽孢耐 苹果、枇杷、梨、草莓、番茄、酸菌、耐 什锦水果、番茄酱、各类果汁 酸芽孢菌
3.巴氏杀菌法(Pasteurization)—— 在100℃以下 的加热介质中的低温杀菌方法，以杀死病原菌 及无芽孢细菌，但无法完全杀灭腐败菌。 4.热烫(Blanching)—— 生鲜的食品原料迅速以热 水或蒸气加热处理的方式，称为热烫。其目的 主要为抑制或破坏食品中酶以及减少微生物数 量。

钢的热处理

• 贝氏体形成时，铁与合金元素原子不扩散， 奥氏体以切变共格的方式转变为铁素体， 故贝氏体形成时会产生表面浮凸现象。但 是，贝氏体形成时，碳原子是可以扩散的。
• 无论是上贝氏体还是下贝氏体，其中的铁素体与 母相奥氏体之间的晶体学位向关系均遵循K-S关 系。上贝氏体中铁素体的惯习面为{111}γ；下贝 氏体中铁素体的惯习面为{225}γ。
片状珠光体的片层间距和珠光体团的示意图
a) 珠光体的片层间距；b) 珠光体团
片状珠光体形核与长大过程示意图 珠光体团直径和片层间距越小，强度、硬度越高，塑性也越好。
根据片层间距的大小，可将片状珠光体细分为以下三类： (1) 珠光体：在A1~650℃范围内形成，层片较粗，片层间 距平均大于0.3μm，在放大400倍以上的光学显微镜下便可分 辨出层片，硬度10～20HRC；
2. 不完全退火
将亚共析钢在 Ac1~Ac3 之间或过共析钢在 Ac1~Accm之间 两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺，称 为不完全退火。 不完全退火的目的是：改善珠光体组织，消除内应力， 降低硬度以便切削加工。 亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780℃，其优点 是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。 3. 球化退火
针片状马氏体的立体形态呈凸透镜状，显微组织常呈片 状或针状。针片状马氏体之间交错成一定角度。最初形成的 马氏体针片往往贯穿整个奥氏体晶粒，较为粗大；后形成的 马氏体针片则逐渐变细、变短。由于针片状马氏体内的亚结 构主要为孪晶，故又称它为孪晶马氏体。
高 碳 马 氏 体 的 形 成 过 程
2、性能特征 高硬度是马氏体的主要特点。马氏体的硬度主要受含碳 量的影响，在含碳量较低时，马氏体硬度随着含碳量的增加 而迅速上升；当含碳量超过0.6％之后，马氏体硬度的变化 趋于平缓。含碳量对马氏体硬度的影响主要是由于过饱和碳 原子与马氏体中的晶体缺陷交互作用引起的固溶强化所造成。 板条马氏体中的位错和针片状马氏体中的孪晶也是强化的重 要因素，尤其是孪晶对针片状马氏体的硬度和强度的贡献更 为显著。 一般认为马氏体的塑性和韧性都很差，实际只有针片状 马氏体是硬而脆的，而板条马氏体则具有较好的强度和韧性。
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二, 加热时钢的组织转变
1. 奥氏体的形成过程
钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化 奥氏体化. 钢在加热时奥氏体的形成过程又称为奥氏体化.
以共析钢的奥氏体形成过程为例
亚共析钢的加热过程: 亚共析钢的加热过程:
F + P →F + A →A
AC1 AC3
过共析钢的加热过程: 过共析钢的加热过程:
三, 回 火
1.回火 把淬火后的钢件, 1.回火——把淬火后的钢件,重新加热到A1以下某一温度, 把淬火后的钢件 重新加热到A 以下某一温度,
经保温后空冷至室温的热处理工艺. 经保温后空冷至室温的热处理工艺.
2.目的: 2.目的: 目的 1)降低脆性,减少或消除内应力,防止工件变形 )降低脆性,减少或消除内应力, 开裂. 开裂. 2)获得工件所需要的力学性能. )获得工件所需要的力学性能. 3)稳定工件尺寸. )稳定工件尺寸. 4)改善某些合金钢的切削性能. )改善某些合金钢的切削性能.
二, 淬 火
将钢加热到Ac1或Ac3以上,保温一 以上, 淬 火——将钢加热到 将钢加热到 或 以上 定时间, 定时间,然后快速冷却以获得马氏体组织的热 处理工艺称为淬火. 处理工艺称为淬火. 目的:获得马氏体组织,从而提高钢的硬度和 目的:获得马氏体组织, 耐磨性. 耐磨性.
1. 淬火温度的选择 2. 淬火冷却介质
回火的种类: 3. 回火的种类:
150～250℃) 1)低温回火(150～250℃) 回火的目的是降低应力和脆性,获得回火马氏体组织, 回火的目的是降低应力和脆性,获得回火马氏体组织, 使钢具有高的硬度,强度和耐磨性. 使钢具有高的硬度,强度和耐磨性.低温回火一般用来处 理要求高硬度和高耐磨性的工件,如刀具,量具,滚动轴 理要求高硬度和高耐磨性的工件,如刀具,量具, 承和渗碳件等.(HRC≥60) 承和渗碳件等.(HRC≥60) .(HRC≥60 350～500℃) 2)中温回火(350～500℃) 回火的目的是获得回火屈氏体, 回火的目的是获得回火屈氏体,具备高的弹性极限和 韧性,并保持一定的硬度,主要用于各种弹簧,锻模, 韧性,并保持一定的硬度,主要用于各种弹簧,锻模,压 铸模等模具.(35≤HRC≤45) 铸模等模具.(35≤HRC≤45) .(35≤HRC≤45
Vc
第三节
钢的热处理工艺
一般零件的加工路线: 毛坯(铸,锻)—预先热处理—切削加工— 毛坯(铸,锻)—预先热处理—切削加工—最 终热处理— 终热处理—磨削加工. 预先热处理:退火,正火. 预先热处理:退火,正火. 最终热处理:淬火,回火. 最终热处理:淬火,回火.
一,退火和正火 退火——将钢加热到一定温度进行保温,缓冷至 600℃以下,再空冷至室温的热处理工艺. 正火——将钢加热到AC3以上温度并保温,出炉空冷至 室温的热处理工艺.正火后强度,硬度较高.
பைடு நூலகம்
正火和退火的区别: 正火和退火的区别: 正火冷却速度比退火稍快,组织较细,强度, 正火冷却速度比退火稍快,组织较细,强度, 硬度比退火高. 硬度比退火高. 正火操作简单,成本较低,生产率较高. 正火操作简单,成本较低,生产率较高. 正火和退火的选择: 正火和退火的选择: ① ② ③ 切削加工性. 切削加工性. 使用性能 . 经济性. 经济性.
第三章 钢的热处理
第一节 概述
钢铁材料的强韧化途径: 钢铁材料的强韧化途径: 对钢铁材料实施热处理; 1. 对钢铁材料实施热处理; 调整钢的化学成分,加入合金元素, 2. 调整钢的化学成分,加入合金元素,改 善钢的性能. 善钢的性能.
热处理只改变材料组织性能,而不改变其 形状和大小. 基本过程为:加热---保温---冷却 基本过程为:加热---保温---冷却 零件经适当热处理后,可以提高强度和硬 度,增强耐磨性或改善塑性,切削加工性 等.
热处理的工艺曲线
热处理方法
退火 正火 普通热处理 淬火 回火 表面淬火 表面热处理
火焰加热 感应加热(高,中,低频)
热处理
化学热处理 形变 特殊热处理 真空 其他
渗碳 氮化 碳氧共渗 其他
第二节 钢的热处理原理
一,钢的热处理相变温度
加热时的临界温度标以 字母" , 字母 " C", 如 AC1 , AC3 , ACm等; 把冷却时的临界温度标 以字母" , 以字母 " r", 如 Ar1 , Ar3 , Arm等.
500～650℃) 3)高温回火(500～650℃) 回火的目的是具备良好的综合机械性能( 回火的目的是具备良好的综合机械性能( 较高的强 塑性,韧性) 得到回火索氏体组织. 度 , 塑性, 韧性), 得到回火索氏体组织.一般把淬火 加高温回火的热处理称为"调质处理" 加高温回火的热处理称为"调质处理". 适用于中碳结 构钢制作的曲轴,连杆,连杆螺栓,汽车拖拉机半轴, 构钢制作的曲轴, 连杆, 连杆螺栓, 汽车拖拉机半轴, 机床主轴及齿轮等重要机器零件. 28≤HRC≤33) 机床主轴及齿轮等重要机器零件.(28≤HRC≤33) ≤HRC≤33
亚共析钢的等温转变图随含碳量增加而右移, 过共析钢的等温转变图随含碳量增加而左移,故 共析钢的过冷奥氏体最稳定.
(2)合金元素的影响 2
大多数合金元素使等温转变图右移,能增加稳 定性.
(3)加热温度和保温时间的影响
奥氏体化温度越高,保温时间越长,晶粒越粗 大,则过冷奥氏体越稳定,使C曲线右移.
3. 过冷奥氏体的连续冷却转变
退火,正火主要目的:
①消除前工序的组织缺陷,细化晶粒,提高钢的力学 性能. ②调整硬度以利于切削加工. ③消除残余内应力,防止工件变形. ④为最终热处理做好组织上准备
各种退火和正火的一般加热范围
1.完全退火: 完全退火: 完全退火 加热到AC3+30～50℃,炉冷至 左右空冷. 加热到 + ～ ℃ 炉冷至300 ℃左右空冷.亚共析 钢的铸, 轧件,焊接件.细化晶粒,消除铸造偏析, 钢的铸,锻,轧件,焊接件.细化晶粒,消除铸造偏析,降 低硬度,提高塑性. 低硬度,提高塑性. 2. 等温退火:加热到AC3+30～50℃,保温后较快冷至Ar1 等温退火:加热到 + ～ ℃ 保温后较快冷至 以下某温度,出炉空冷. 以下某温度,出炉空冷. 高碳钢,合金工具钢等.组织和硬度更均匀,生产周期段. 高碳钢,合金工具钢等.组织和硬度更均匀,生产周期段. 3. 球化退火:加热到 球化退火:加热到AC1+20～40℃,然后缓冷.共析,过 + ～ ℃ 然后缓冷.共析, 共析钢及合金钢的锻件,轧件等.降低硬度,改善切削性能, 共析钢及合金钢的锻件,轧件等.降低硬度,改善切削性能, 提高塑性韧性,为淬火作组织准备. 提高塑性韧性,为淬火作组织准备. 4.均匀化退火:加热到 均匀化退火: 以上100～200 ℃,先缓冷,后空 先缓冷, 均匀化退火 加热到AC3以上 以上 ～ 合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件.改善或消除枝晶偏析, 冷.合金钢铸锭及大型铸钢件或铸件.改善或消除枝晶偏析, 使成分均匀化. 使成分均匀化. 5. 去应力退火:加热到 去应力退火:加热到500～650 ℃缓冷至 缓冷至160 ℃空冷.铸, 空冷. ～ 冷压件及机加工件.消除残余应力, 锻,焊,冷压件及机加工件.消除残余应力,提高尺寸稳定 性.
P + Fe3CⅡ →A+ Fe3CⅡ →A
AC1 ACcm
2,奥氏体晶粒大小及其控制
1)晶粒大小的表示方法 晶粒大小采用的是与标准金相图片( 晶粒大小采用的是与标准金相图片(标准评级 图)相比较的方法来评定晶粒大小的级别.通常 相比较的方法来评定晶粒大小的级别. 将晶粒大小分为8级,1级最粗,8级最细.通常 将晶粒大小分为8 级最粗, 级最细. 1～4级为粗晶粒度,5～8级为细晶粒度. 级为粗晶粒度, 级为细晶粒度.
C曲线反应 了 曲线反应 曲线 "温度-时间- 温度-时间- 转变量"的关系, 转变量"的关系, 所以又称为TTT图. 所以又称为 图 (TemperatureTime- - Transformation Diagram). ).
过冷奥氏体等温冷却曲线
影响C曲线的因素: 影响C曲线的因素: (1)奥氏体中含碳量的影响
2)奥氏体晶粒大小的控制
a.加热温度与保温时间 加热温度越高,保温时间越长,奥氏体晶粒越粗大. 加热温度越高,保温时间越长,奥氏体晶粒越粗大. b. 加热速度 加热速度越快,过热度越大, 加热速度越快,过热度越大,奥氏体实际形成温度 越高,可获得细小的起始晶粒. 越高,可获得细小的起始晶粒. c. 钢的化学成分 大多数合金元素能阻止奥氏体晶粒长大, 大多数合金元素能阻止奥氏体晶粒长大,有利于得 到细晶粒钢. 到细晶粒钢. Mn和 是促进奥氏体晶粒长大的元素, Mn和P是促进奥氏体晶粒长大的元素,须严格控制加 热温度. 热温度.
3. 淬火冷却方法
为了保证获得所需淬火组织,又要防止变形和开裂, 为了保证获得所需淬火组织,又要防止变形和开裂, 必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决. 必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决. 通常的淬火方法 通常的淬火方法 包括单液淬火, 包括单液淬火, 双液淬火,分级 双液淬火, 淬火和等温淬火 等,如图所示. 如图所示.
C曲线反应了过冷 奥氏体等温转变的全 貌,但在实际生产中, 但在实际生产中, 钢的热处理大多是采 用连续冷却,因此, 用连续冷却,因此, 测出奥氏体的连续冷 却曲线, CCT图 却曲线,即CCT图 (右图阴影部分), 右图阴影部分), 有很大的现实意义. 有很大的现实意义.
Continuous Cooling Transformation Diagram
四,钢的表面热处理
表面热处理——对工件表层进行热处理, 以改变其组 表面热处理 织和性能的热处理工艺.