钢的热处理(原理和工艺)第3版 胡光立 谢希文

钢的热处理原理及工艺复习重点及课后习题一、复习重点1、什么是加工硬化？产生加工硬化的根本原因是什么？2、什么是再结晶？再结晶的实际应用是什么？金属再结晶是通过什么方式发生的？再结晶退火的主要作用是什么？3、冷加工和热加工的区别是什么？4、热处理的定义及三个基本过程。

为什么钢能够进行热处理？奥氏体化的目的是什么？5、珠光体、贝氏体、马氏体分别都有哪几种组织形态？每种组织力学性能如何？6、退火、正火、淬火、回火的定义是什么？7、什么是钢的淬透性？二、课后复习题（一）、填空题1、加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象。

加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。

消除加工硬化的方法是再结晶退火。

2、再结晶是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。

3、在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。

在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。

4、金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。

但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。

5、马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。

贝氏体是渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。

根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。

用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。

相比较而言，上贝氏体的机械性能比下贝氏体要差。

6、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同，珠光体较粗，屈氏体较细。

7、马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。

六章钢的热处理原理与工艺七章钢的热处理原理与工艺第一节概述第二节钢在加热时的组织转变第三节钢在冷却时的组织转变第四节珠光体转变第五节马氏体转变第六节贝氏体转变第七节热处理工艺第八节钢的表面热处理简介七章钢的热处理原理与工艺第一节概述把钢在固态下通过加热、保温和冷却，改变其内部组织结构，以获得所需性能的工艺过程。

1、热处理热处理视频2.1、改善材料的工艺性能，为以后工序做准备；2、热处理的主要目的2.2、改善材料的使用性能。

3、为什么热处理后钢的性能会发生变化？具有固态相变的金属，经过热处理以后，可以使钢内部的相及其组织结构等发生改变，从而可以改变钢的性能。

具有固态相变是实现热处理的必要条件！！！七章钢的热处理原理与工艺第一节概述金属有哪些相变？如何实现钢的相变：相变的条件是什么？机理与特征怎样？热处理原理主要解决热处理工艺主要解决4、热处理工艺过程及其参数T，t，u。

主要通过加热，保温，冷却等：4.1、工艺过程：4.2、工艺参数O CTt u七章钢的热处理原理与工艺5、金属固态相变的特点第一节概述5.1.金属在固态下发生的转变：①.晶体结构的变化；②.化学成分的变化③.固溶体有序化程度的变化5.2.固态相变基础相同结构和成分，性能均一并以界面相互分开的组成部分（固溶体、化合物两种）。

①.相：相的状态发生变化的过程均称为相变。

例如：液相→固相；液相→气相。

②.相变：③固态相变：当温度或压力改变时，一种相→另一种相：七章钢的热处理原理与工艺第一节概述④.固态相变的基本过程（规律）：形核过程：晶核长大过程：⑤.固态相变的驱动力：新相与母相的自由能差。

6、固体相变的特点（与液态相变相比）①、相变驱动力形式相同：6.1、相同点：②、相变过程相同：6.2、不同点：①.相变阻力大；有应变能、扩散速度也慢；②.新旧两相界面上的原子排列容易保持一定的匹配；③.新相晶核与母相之间存在一定的晶体学位相关系：七章钢的热处理原理与工艺第一节概述6、固体相变的特点（与液态相变相比）6.2、不同点：6.1、相同点：④.新相习惯于在母相的一定晶面上形成；⑤.母相晶体缺陷对相变具有促进作用；⑥.易于出现过渡相。

钢的热处理书籍
以下是一些关于钢的热处理书籍的推荐：
1.《钢材热处理原理及工艺技术》- 作者：曾希华
该书系统地介绍了钢材热处理的基本原理、工艺技术和设备的选择与使用。

书中以实际案例为例，详细阐述了不同种类钢材的热处理工艺，对于读者理解和掌握钢材热处理具有很好的帮助。

2.《钢铁材料热处理技术》- 作者：王三立、张慧琳
该书介绍了钢铁材料热处理的基本原理、工艺流程和设备使用方法。

内容涵盖了钢铁材料的退火、正火、淬火、回火等热处理工艺，同时结合实际案例对热处理工艺进行了详细的讲解。

3.《钢材的热处理与金相》- 作者：杨秀斌
该书介绍了钢材热处理与金相分析的基本原理和方法。

书中详细介绍了钢材的热处理工艺流程，并通过金相分析方法对不同工艺条件下的钢材进行了显微组织分析，让读者对钢材热处理的过程和效果有更深入的理解。

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（4）贝氏体的形状和性能：（与等温温度有关） 560--350°C: 贝氏体呈羽毛状，称为上贝氏体，记为B上 . 350-- Ms（230°C）：贝氏体呈针叶状，称之为下贝氏体，记为B下。
上贝氏体
下贝氏体
11
过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）
700 A1
600
温PS K Pf
（3）影响淬透性的 因素：化学成分， 奥氏体化条件
（4）选材与淬透性
15
回火（与淬火配合）
目的：
a、降低脆性，减少或消除内应力防止工件变形和开裂。 b、 获得所需的力学性能。 c、 稳定工件的尺寸。 d、 获得马氏体。
回火的类型
低温回火：
温度：150—200°C ；得到的组织：M回；内应力和脆性降低，保持了
一：钢铁材料热处理原理
1、铁碳合金相图是钢加热转变的理论依据： 热处理的加热，多数情况下是先把钢加热至高温，使其组织转变为
奥氏体。钢的加热过程就是奥氏体的形成过程，这种组织转变称为奥氏 体化。铁碳合金相图是确定钢加热转变的重要理论依据。
1
2、奥氏体化过程
共析钢加热到727°C（A1)以上，珠光体转变成奥氏体，经历了奥 氏体形核、长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分均匀化四个阶段。如 下图所示：
CCT
P P+M+A'
300 Ms
200 A→A1 VK' VK
TTT M+A'
100
23 4 56
1 10 10 10 10 10 10
时间（s）
1、CCT曲线及分析
2、CCT曲线与C曲线的比较
a、位置关系 b、转化的成分 c、得到的组织
3、过冷奥氏体转变曲线的应用

形变热处理
高温形变热处理是把钢加热至奥氏体化，保温一段时间，在该温度下进行塑性变形，随后淬火处理，获得马氏体组织。
高温形变热处理的应用？？碳钢、低合金结构钢及机械加工量不大的锻件或轧材。
根据性能要求，高温形变热处理在淬火后，还需要进行回火。高温形变热处理的塑性变形是在奥氏体再结晶温度以上的范围内进行的，因而强化程度（一般在10％～30％之间）不如低温形变热处理大。
1.过热
2.过烧
3.氧化
4.脱碳
由于加热温度过高或时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷
淬火加热温度太高造成奥氏体晶界出现局部熔化或发生氧化的现象
淬火加热时工件与周围的氧等发生的化学反应
淬火加热时，钢中的碳与空气中的氧等发生反应生成含碳气体逸出
第三节 其他类型热处理
钢的表面热处理
化学热处理
形变热处理
（2）渗碳后的组织 常用于渗碳的钢为低碳钢和低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi、12CrNi3等。渗碳后缓冷组织自表面至心部依次为：过共析组织（珠光体+碳化物）、共析组织（珠光体）、亚共析组织（珠光体+铁素体）的过渡区，直至心部的原始组织。
（3）渗碳后的热处理 渗碳后的热处理方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。
从经济性原则考虑，正火的生产周期短，操作简单，工艺成本低，在满足使用和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。
第二节 钢的淬火与回火
一、淬火 将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速（大于临界冷却速度）冷却以获得马氏体（下贝氏体）组织的热处理工艺称为淬火。
1.淬火应力
与渗碳相比，渗氮温度低且渗氮后不再进行热处理，所以工件变形小。 为了提高渗碳工件的心部强韧性，需要在渗氮前对工件进行调质处理。

一、概述1、热处理：将钢在固态下加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却到室温的一种热加工工艺（1）目的：细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能更加均匀（2）预备热处理：热加工后为随后冷拔、冷冲压和切削加工或最终热处理作好组织准备的热处理（3）热处理原理：钢的加热转变、P转变、M转变、B转变和回火转变2、钢的临界温度：A1、A3、A cm（过冷度和过热度）（1）A c1：加热时P向A转变的开始温度A r1：冷却时A向P转变的开始温度（2）A c3：加热时先共析F全部融入A的终了温度A r3：冷却时A开始析出先共析F的温度（3）A ccm：加热时Fe3C II全部溶入A的终了温度A rcm：冷却时A开始析出Fe3C II温度二、珠光体转变1、P转变：过冷A在临界温度A1以下比较高的温度范围内进行转变（1）实质：单相A分解为F和Fe3C两个新相的机械混合物的相变过程（2）扩散型相变：碳的重新分布和铁的晶格改组2、组织形态和机械性能（1）片状珠光体：由片层相间的F和Fe3C片组成P的片间距（S0）：相邻两片F或Fe3C之间的距离→P形成时的过冷度（越大、越小）一般片状珠光体：在光学显微镜下能明显分辨出F和Fe3C层片状组织形态S（细片状P）：只能在高倍光学显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态T（极细P）：只能在电子显微镜下才能分辨出F和Fe3C层片状组织形态机械性能：片间距和P团的直径片间距和直径越小，强度和硬度越高；片间距减小能提高塑性（2）粒状珠光体：F基体上分布着粒状Fe3C的组织球化退火或淬火后经过中、高温回火得到机械性能：Fe3C颗粒的大小、形态和分布Fe3C颗粒越细（相界面越多），强度和硬度越高碳化物接近等轴状、分布越均匀，韧性越好**成分相同，粒状P比片状P硬度稍低，但塑性较好；硬度相同，粒状P比片状P具有良好的拉伸性能；粒状P具有较好的切削加工性能、冷成型性能及淬火工艺性能3、珠光体形成过程：（1）片状P：形核（A晶界或相界面），长大（受碳的扩散控制）晶格重构是由Fe原子自扩散完成（2）粒状P：淬火组织回火、过冷A直接分解；冷却速度的大小和等温温度的高低三、马氏体转变1、M转变：钢从A状态快速冷却，抑制其扩散性分解，在低于Ms点下发生的转变（1）实质：低温转变，非扩散性相变（Fe的晶格改组通过切边方式完成）（2）M：碳在α-Fe中的过饱和固溶体，具有很高的硬度和强度2、M的组织形态（1）板条M（位错M）：由许多成群、相互平行排列的板条所组成空间形态：扁条状，小角晶界相间低、中碳钢、M时效钢、不锈钢亚结构：高密度位错位错胞：位错分布不均相互缠结，形成胞状亚结构（2）片状M（针状M）：大量显微裂纹（增加高碳钢脆性）空间形态：双凸透镜状，光学显微镜下呈针状或竹叶状最大尺寸：取决于原始A晶粒大小→隐晶M（光学显微镜无法分辨）亚结构：孪晶（孪晶M）细微孪晶区（3）影响M形态的因素：M的形成温度（A的化学成分，即碳和合金元素的含量）板条M：200℃以上；片状M：200℃以下碳浓度越高，板条M越少，片状M越多：降低Ms的合金元素促进片状M形成Ms以上不太高温度进行塑性变形，增加板条M的数量3、M的晶体结构：正方度（轴比c/a，表示碳的过饱和程度，取决于M的质量分数）4、M的性能：（1）M的硬度和强度：硬度取决于M的含碳质量分数；合金元素影响强度固溶强化、相变强化、时效强化、晶界强化（原始A晶粒大小及板条M束大小）（2）M的塑性和韧性：取决于含碳质量分数、组织形态和内部的亚结构片状M 硬而脆；板条M 具有较高的强度、硬度以及相当高的塑性、韧性（3）M 的物理性质：铁磁性，高的矫顽力，高电阻率等5、M 转变的特点：（1）热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆，相变驱动力与表面能和弹性应能之和（2）晶体学特点：无扩散性，切变性，共格性，严格的位向关系和惯习面（3）动力学特点：M 的降温转变，A 的稳定化（热稳定化和机械稳定化（两种））（4）M 转变的可逆性：A 可以在冷却时转变为M ，M 重新加热又能形成A四、贝氏体转变1、B 转变（中温转变）：介于珠P 和M 转变之间的一种转变既具有P 转变又具有M 转变的某些特征2、B 的组织形态：（1）上B ：成束分布、平行排列的F 和夹于其间的断续的条状Fe 3C 的混合物羽毛状，亚结构是位错（2）下B ：由含碳过饱和的片状F 和其内部沉淀的碳化物组成的机械混合物空间形态呈双凸透镜状，光学显微镜下呈黑色针状或竹叶状，亚结构是位错（3）粒状B ：形成于上B 转变区上限温度范围内，无论如何冷却都可有粒状B 的形成 分解为F 和碳化物形成P ；发生M 转变；富碳的A 全部保留亚结构是位错（密度不大）3、B 的机械性能：取决于B 的组织形态（1）上B ：强度和硬度较低，冲击韧性较低（2）下B ：良好的综合力学性能（等温淬火工艺得到）（3）粒状B ：良好的强韧性（复相强化作用）4、B 转变的特点：（1）B 转变的热力学特点：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆（2）B 转变的晶体学特点：F 通过切变结构形成；一定的位向关系和惯习面（3）B 转变的动力学特点：F 的形成和碳化物的析出5、魏氏组织：从A 晶界上生长出来的F 或Fe 3C 近乎平行，呈羽毛状或三角形，其间存在着P 的组织，这种组织称为魏氏组织（1）形成：魏氏组织中的F 按B 切变共格机理形成，相当于无碳B （易出现在过热钢中）（2）影响：常伴随A 晶粒粗大，使钢的机械性能尤其是塑性、韧性显著降低（3）消除方法：细化晶粒的正火、退火以及锻造等，严重可采用二次正火五、钢在加热中的转变1、奥氏体化过程：钢加热获得A 的转变过程（1）热力学条件：)(e S V G G G G ∆+∆+∆=∆→A 的自由能低于P 的自由能（2）A 形成过程：形核、长大、剩余Fe 3C 溶解和A 均匀化形核：优先在F 和Fe 3C 的相界面上形成（浓度起伏、结构起伏、能量起伏） 长大：形核后便开始长大，F 向A 转变速度远大于Fe 3C 溶解速度剩余Fe 3C 溶解：趋于共析成分A 均匀化：均匀的单相A（3）A 形成速度：P 向A 转变开始、结束，剩余Fe 3C 溶解完毕，A 均匀化完成 孕育期：共析钢加热到A c1以上某一温度等温，A 并不是立即出现，而是需要保温一段时间才开始形成A 形核、长大阶段所需时间较短，剩余Fe 3C 溶解所需时间较长，A 均匀化更长（4）影响A 形成速度的因素：加热温度，原始组织，化学成分加热温度：加快扩散；增加自由能差原始组织：原始组织越细小，相界面积越大，A 形成越快化学成分影响：碳的质量分数，合金元素（扩散速度、临界温度、不均匀分布）2、A 的晶粒大小及其影响因素（1）A 的晶粒度：起始晶粒度，实际晶粒度，本质晶粒度起始晶粒度：A 转变刚刚完成，其晶粒边界刚刚相互接触时的A 晶粒大小（N/G ） 实际晶粒度：钢在某一具体的热处理或热加工条件下获得的A 的实际晶粒大小 本质晶粒度：根据标准试验方法，在（930±10）℃保温3~8 h 后测得的A 晶粒大小 本质晶粒度表示钢在一定条件下A 晶粒长大的倾向性（本质粗晶粒钢、本质细晶粒钢），与炼钢的脱氧方法和钢的化学成分有关（2）影响A 晶粒长大的因素：升温或保温过程中A 晶粒长大的倾向加热温度和保温时间，加热速度，质量分数，合金元素影响3、过冷A（临界温度A1以下处于不稳定状态的A称为过冷A）等温转变：C曲线（1）过冷A等温转变曲线建立：膨胀法，磁性法，金相硬度法（2）过冷A等温转变曲线分析：A1以上是A稳定区；Ms至M f为M转变区（3）影响A等温转变曲线因素：含碳质量分数，合金元素，A状态，4、过冷A连续冷却转变：CCT图（1）过冷A连续冷却转变曲线建立：膨胀法，金相法，热分析法（2）过冷A连续冷却转变曲线分析：只有P和M转变区，没有B转变区共析钢和过共析钢没有B转变区（A的碳浓度高使B的孕育期长，连续冷却时来不及进行B转变便冷却至低温），亚共析钢由B转变区上临界冷却速度（临界淬火速度）：过冷A连续冷却过程中不发生分解，全部冷至Ms点以下发生M转变的最小冷却速度，v c，P+残余A下临界冷却速度：过冷A全部得到P的最大冷却速度，P+M**过冷A等温转变曲线和连续冷却转变曲线比较：①连续冷却转变过程中过冷A的转变温度低于相应的等温转变时的温度，且孕育期长②等温转变产物为单一的组织；连续冷却转变是在一定的温度范围内进行。

6.67 0.89 14.8 0.41 0.02
表明： 相界面向α一侧推移速度比向Fe3C一侧的推移速度快14.8倍。 通常情况下，片状珠光体的α片厚度比Fe3C片厚度大7倍。 所以奥氏体等温形成时，总是α先消失，剩余Fe3C。
3)残余Fe3C溶解
未溶解，这些Fe3C称为残余Fe3C。
也是一个点阵重构和碳的扩散过程。
（1）过冷奥氏体缓慢冷却，分解的过冷度很小，得到 近于平衡的珠光体组织。 （2）冷却速度较快时，可把过冷奥氏体过冷到较低温 度，碳原子尚可扩散，铁原子不能扩散，得到贝氏体组织。 （3）更快速的冷却，奥氏体迅速过冷到不能进行扩散 分解，得到马氏体组织。
Figure 8. TTT Diagram and microstructures obtained by different types of cooling rates
dC
A 长大
∆Cr↔k
dx
∆Cr↔α
2）奥氏体晶格改组
一般认为： ①平衡加热过热度很小时，通过Fe原子子扩散完成晶格改组。
②当加热过热度很大时，晶格改组通过Fe原子切变完成。
2）奥氏体晶核的长大速度
奥氏体晶核向铁素体和渗碳体两侧推移速度是不同的。
780℃时，
v v Fe 3C

C Fe 3C C
α→γ结束后，还有相当数量的Fe3C尚
残余Fe3C溶解
4）奥氏体均匀化
在原来Fe3C部位，C%较高，而原来α部位C% 较低，必须经过适当保温后，奥氏体中的C%才能均 匀。
A 均匀化
共析碳钢A形成过程示意图
1.奥氏体晶核的形成 2.奥氏体晶核的长大 3.残余渗碳体的溶解 4.奥氏体成分的均匀化

针状M：含C量>1.0%；介于0.2 1.0%为混合M。
组织形态图 返回
a
图5.19 上贝氏体与下贝氏体的光学金相组织
b
(a)上贝氏体（1000×）；(b)下贝氏体(500 ×)
a 图5.20 上贝氏体与下贝氏体的电子显组织
b
(a)上贝氏体（5000×）；(b)下贝氏体(10000 ×)
掌握影响C曲线的因素 返回
表面热处理、化学热处理、形变热处理等。
1、奥氏体的形成过程
返回
一、钢的临界温度
在缓慢加热和冷却 时，其固态转变 的临界温度是由 相图决定。
二、加热时组织转 变
A
AC3 A3
E ACcm
是从室温组织转变 为A组织的过程，
Ar3
故也称为奥氏体
化（A化）。
（详述）
P
Acm Arcm
A化一般包括四个连
续转变过程： F
3、残余Cm的不断溶入A，直至Cm全部消失； 4、A中含碳量逐渐均匀化。 二、亚共析钢、过共析钢的A化：
以及先共析F或二次Cm继续向A转变或溶解的过程，只有 加热温度超过A3或Acm后，才能全部转变或溶入A。
3、A晶粒大小及其影响因素 返回
一、奥氏体晶粒度（了解） A形成所需的时间较短，A成分均匀化所需的时间 二、较要影发长响生。A变A晶形化粒成，长后需大，要的在区因继素别续三加种热有过关程A晶中粒A晶度粒的大概小念：
热处理是一种与铸、锻、焊等加工过程密切相关的工艺，为了 能够消除或改善上述过程中出现的某些组织结构缺陷需要进 行一定的热处理。
热处理的目的：改善工件的使用性能及工艺性能，并能充分挖 掘材料的潜力，从而提高工件的寿命和力学性能，为缩小工 件尺寸、减轻重量提供可能性。

《金属材料及热处理》课程教学大纲课程编号：081095211课程名称：金属材料及热处理英文名称：Metal Materials and heat treatment课程类型：学科基础课程要求：必修学时/学分：48/3（讲课学时：44 实验学时：4 ）适用专业：材料成型及控制工程一、课程性质与任务金属材料及热处理是材料成形及控制工程专业的一门重要必修课,也是理论性和实践性较强的专业课。

通过本课程的学习,使学生掌握钢的退火、正火、淬火和回火等热处理工艺的基本理论,基本知识和实验技能,并能应用于实践，了解工程用钢、铸铁和有色金属的分类和特性。

本课程在教学内容方面着重基本知识、基本理论和基本工艺方法的讲解；在培养实践能力方面着重培养学生不同材质的工件在不同应用场合的选择，不同材料性能的热处理工艺的选择。

培养学生的工程观念和规范意识，要善于观察、思考，勤于实践，培养学生应用理论联系实际的方法去解决工程实际问题，具有合理地选择材料并确定热处理工艺的能力。

二、课程与其他课程的联系学生应在先学完《大学物理》、《材料科学基础》、《物理化学》等课程，并经过金属工艺的生产实训，对材料及热处理方面有一定的感性认识后，再学习本课程，通过本课程的学习，为《材料的力学性能》、《铸造合金熔炼》等专业课奠定基础，也为学生从事铸造、焊接、锻造、热处理专业方面工作打下坚实的基础。

三、课程教学目标1.掌握固态相变的基本理论，了解钢在加热与冷却时组织的转变规律，理解材料成分-组织-性能之间的关系；（支撑毕业能力要求1.2，1.3）2.掌握钢的退火、正火、淬火与回火的应用及工艺参数的制定，从而对材料及其热处理具有一定的分析和研究能力，对于实际工件能够给出较合理的热处理工艺；（支撑毕业能力要求2.1，2.3）3.对于已有热处理工艺造成的工程问题，能够分析存在问题的原因，优化热处理工艺；（支撑毕业能力要求4.2）4.了解特殊热处理工艺特征和应用；（支撑毕业能力要求1.2）5.了解常用金属材料（工程用钢、铸铁和有色合金）的特性，能够根据使用环境和性能要求选择合适的金属材料。

（1）戚正风．金属热处理原理．北京；机械工业出版社，1989（2）夏立芳．金属热处理工艺学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1986（3）何世禹．机械工程材料．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990（4）史美堂．金属材料及热处理．上海：上海科学技术出版社，1993（5）大连工学院金相教研室．金属材料及热处理．沈阳：辽宁科学技术出版社，1983（6）胡赓祥，钱苗根．金属学．上海：上海科学技术出版社，1980（7）崔忠圻．金属学与热处理．北京：机械工业出版社，1996（8）侯增寿，卢光熙．金属学原理．上海：上海科学技术出版社，1990（9）郑明新．工程材料．北京：清华大学出版社，1991（10）郑明新，朱张校．工程材料习题与辅导．北京：清华大学出版社，1993（11）胡光立，谢希文．钢的热处理．西安：西北工业大学出版社，1993（12）相瑜才，孙维连．工程材料及机械制造基础（工程材料）．北京：机械工业出版社，1998 （13）郑章耕．工程材料及热处理工艺基础．重庆：重庆大学出版社，1997（14）赵品，谢辅洲，孙文山．材料科学基础．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999（15）石德珂．材料科学基础．北京：机械工业出版社，1999（16）王晓敏．工程材料学．北京：机械工业出版社，1999（17）丁厚福，王立人．工程材料．武汉：武汉理工大学出版社，2001（18）鞠鲁粤．机械制造基础（第二版）．上海：上海交通大学出版社，1998（19）刘永铨．钢的热处理．北京：冶金工业出版社，1981（20）崔崑．钢铁材料及有色金属材料．北京：机械工业出版社，19811赠美句美段分类集锦⒈人生哲理．．．．．①人生似一束鲜花，仔细观赏，才能看到它的美丽；人生似一杯清茶，细细品味，才能赏出真味道。

我们应该从失败中、从成功中、从生活品味出人生的哲理。

②生命是盛开的花朵，它绽放得美丽，舒展，绚丽多资；生命是精美的小诗，清新流畅，意蕴悠长；生命是优美的乐曲，音律和谐，宛转悠扬；生命是流淌的江河，奔流不息，滚滚向前。

相：任何物质都是由原子、分子、离子或分子团 组成的，构成物质的这一体系，可以是均匀的， 也可以是非均匀的，其中，均匀的部分即称为相。 稳定相: 对于一定的热力学条件，只有当某相的 自由能位最低时，该相才是稳定的且处于平衡态 亚稳相: 若某相的自由能虽然并不处于最低，然 而与最低自由能态具有能垒相分隔，则该相为亚 稳相 非稳定相：若不存在这种能垒，则体系处于非稳 定态，这种状态是不稳定的，它一定会转变为平 衡态或亚稳态。
3 金属及其合金中的相变
无扩散型： 连续型－w相变 形核长大型－马氏体相变
扩散型 ： 连续型： 连续有序化 Spinodal分解 形核长大型：
形核长大型
新相成分改变： （长程扩散长大）
非均匀相变： 胞状相变－珠光体相变 非连续沉淀
均匀相变： 界面控制： 共格－G.P.区 非共格－连续沉淀 扩散控制： 共格：贝氏体相变 相间沉淀
绪论 INTRODUCTION
相和相变 Phase & Phase Transformations 相变的分类 Types of Phase Transformations 金属及合金中的相变 Phase Transformation in Metals & Alloys
1. Phase & Phase Transformations
连续型：始于程度小而范围大的相起伏， 由于相起伏的程度小，故母相中到处可以 形核。典型的相变如spinodal decomposition（增幅分解）。
2.3按原子的迁动程度分类
扩散型相变－相变过程受控于原子（或离 子）的扩散，即相变的速度取决于原子的 扩散速度。 无扩散型相变－相变过程不存在原子（或 离子）的扩散，或虽存在扩散，但不是相 变所必需的，或不是相变的主要过程。

钢的热处理原理和工艺1. 引言热处理是指通过加热和冷却等一系列控制过程，对金属材料进行组织和性能的变化，达到改善材料性能的目的。

钢的热处理是一种常见的金属热处理方法，具有广泛的应用领域。

本文将介绍钢的热处理原理和常用的热处理工艺。

2. 钢的热处理原理钢的热处理是指通过加热和冷却等工艺手段，改变钢的组织结构和性能。

钢的热处理原理基于钢的相变规律和材料的热力学性质。

2.1 钢的相变规律钢在加热过程中会发生相变，包括固相组织的相变和奥氏体的相变。

固相组织的相变主要包括铁素体相变和铁碳体相变。

奥氏体的相变主要包括奥氏体的析出和奥氏体的变质。

•铁素体相变：在约720℃以下，将奥氏体加热到过共饱和温度800℃以上，冷却后会发生铁素体相变，即奥氏体转变为铁素体。

•铁碳体相变：在约720℃以下，将铁素体加热到过共饱和温度800℃以上，冷却后会发生铁碳体相变，即铁素体转变为奥氏体。

•奥氏体析出：在约720℃以上，奥氏体中的碳溶解度增加，冷却过程中会发生奥氏体析出。

•奥氏体变质：在较低温度下，奥氏体中的碳溶解度减小，会发生奥氏体的变质。

2.2 热力学性质钢材的热力学性质主要包括材料的固相平衡线和相似线。

固相平衡线是指材料在一定条件下的相变温度和温度范围，影响钢材在热处理过程中的相组织变化。

相似线是指材料在加热和冷却过程中的相变特征线，对控制材料的相变过程具有重要意义。

3. 常用的热处理工艺钢的热处理包括多种工艺，常用的热处理工艺有退火、正火、淬火、回火等。

3.1 退火退火是指将钢材加热到一定温度，保温一段时间后缓慢冷却的过程。

退火的目的是消除应力，改善钢材的塑性和韧性。

退火方式包括全退火、球化退火、等温退火等。

3.2 正火正火是指将钢材加热到显微组织转变温度区间的一个温度段，保温一段时间后冷却到室温。

正火的目的是调整钢材的组织和硬度，提高钢材的抗拉强度和硬度。

3.3 淬火淬火是指将钢材加热到显微组织转变温度区间的一个温度段，保温一段时间后迅速冷却，使钢材的组织转变为奥氏体。

钢的热处理原理及工艺钢热处理是指通过加热和冷却工艺来改变钢的组织结构和性能的方法。

钢的热处理可以使钢的硬度、强度、韧性、耐磨性和耐腐蚀性等性能得到提高，从而满足不同工程需求。

下面将详细介绍钢的热处理原理及工艺。

1. 钢的热处理原理钢的热处理是基于钢的相变规律和固溶体的形成原理进行的。

钢的相变主要包括相变温度、相变点和相变组织的变化。

根据钢材的成分和热处理工艺的不同，钢的相变主要包括铁素体转变为奥氏体、奥氏体转变为马氏体、回火和淬火等。

2. 钢的热处理工艺（1）退火：退火是将钢加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温的热处理方法。

退火可以消除钢内部的应力，恢复钢材的塑性和韧性，并改善钢的加工性能。

常见的退火工艺有全退火、球化退火和正火等。

（2）淬火：淬火是将钢加热到一定温度，然后迅速冷却的热处理方法。

淬火可以使钢的组织变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。

淬火的冷却介质可以选择水、油或空气等。

（3）回火：回火是将淬火后的钢再加热到一定温度，然后冷却的热处理方法。

回火可以消除淬火的残余应力，减轻和改变马氏体的形成，从而提高钢的韧性和耐脆性。

常见的回火温度通常在300-700之间。

（4）正火：正火是将钢加热到一定温度，然后在空气中冷却的热处理方法。

正火可以消除钢的残余应力，改善钢的韧性和塑性，并提高钢的强度。

正火的温度通常在700-900之间。

（5）调质：调质是将已经淬火或正火的钢加热到低于共析线或乳状奥氏体线的温度，然后冷却的热处理方法。

调质可以使钢的硬度和强度得到进一步提高，并保持一定的韧性和塑性。

（6）固溶处理：固溶处理是将含有合金元素的钢材加热到一定温度，使合金元素溶解在钢基体中，然后快速冷却的热处理方法。

固溶处理可以提高钢的硬度和强度，并改善钢的耐磨性和耐腐蚀性。

总之，钢的热处理通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢的组织结构得到改善，从而达到提高钢的性能的目的。

钢的热处理工艺选择应根据钢材的组成、要求和使用条件等因素进行合理的确定。

（三）奥氏体晶粒大小及其控制 1.奥氏体晶粒大小 一般根据标准晶粒度等级图确定钢的奥氏体晶粒大小。标准晶粒度等级分为8级，1～4级为粗晶粒度，5～8级为细晶粒度。
2.实际晶粒度和本质晶粒度
某一具体热处理或热加工条件下的奥氏体的晶粒度叫实际晶粒度，它决定钢的性能。 钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向用本质晶粒度来表示。 钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度叫本质晶粒度。如果测得的晶粒细小，则该钢称为本质细晶粒钢，反之叫本质粗晶粒钢。
金属材料的力学性能
金属材料的力学性能是指材料在外力的作用下抵抗变形和破坏的能力，它是金属材料的主要性能之一，也是工程技术人员正确选用材料的重要依据。金属材料的力学性能是通过实验测定的。金属表现来的诸如弹性、强度、硬度、塑性和韧性等特征就是用来衡量金属材料材料在外力作用下表现出力学性能的指标
Hale Waihona Puke 低碳钢的拉伸试验，应按《金属拉伸试验方法》(CU228—87)制作拉伸试样，在万能材料试验机上缓慢加载拉伸，使试样承受轴向拉力P，并引起试样沿轴向产生伸长△L(L1—L0)，当载荷超过某一数值后，试样伸长迅速加大，并使试样局部直径产生缩小(称为缩颈)，当载荷达到最大值时，试样断裂。如果以拉力P除以试样的原始截面积F 0为纵坐标(即拉应力σ=P／Fo)。以△L除以试样原始长度L0为横坐标(即应变ε=△L/Lo)，则可画㈩应力—应变图，
第五章 钢 的 热 处 理
将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织结构与性能的工艺方法称热处理。
第五章 钢 的 热 处 理
实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结 构发生了变化，从而改变了其性能；目的：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能；作用：充分发挥材料的性能潜力，提高零件质量， 延长零件寿命；应用：十分广泛。

第二章钢的加热转变2、奥氏体晶核优先在什么地方形成? 为什么?答：奥氏体的形核球状珠光体中：优先在F/Fe3C 界面形核片状珠光体中：优先在珠光体团的界面形核也在F/Fe3C 片层界面形核奥氏体在F/Fe3C 界面形核原因：(1) 易获得形成A所需浓度起伏，结构起伏和能量起伏.(2) 在相界面形核使界面能和应变能的增加减少。

△G = -△Gv + △Gs + △Ge△Gv—体积自由能差，△Gs —表面能，△Ge —弹性应变能6、钢的等温及连续加热TT A图是怎样测定的，图中的各条曲线代表什么?答：等温TTA图将小试样迅速加热到Ac1以上的不同温度，并在各温度下保持不同时间后迅速淬冷，然后通过金相法测定奥氏体的转变量与时间的关系，将不同温度下奥氏体等温形成的进程综合表示在一个图中，即为钢的等温TTA图。

四条曲线由左向右依次表示：奥氏体转化开始线，奥氏体转变完成线，碳化物充全溶解线，奥氏体中碳浓度梯度消失线。

连续加热TTA图将小试样采用不同加热速度加热到不同温度后迅速淬冷，然后观察其显微组织.，配合膨胀试验结果确定奥氏体形成的进程并综合表示在一个图中，即为钢的连续加热TTA图。

Acc加热时Fe3CII →A终了温度Ac3加热时α→A终了温度Ac1加热时P→A开始温度13、怎样表示温度、时间、加热速度对奥氏体晶粒大小的影响?答：奥氏体晶粒度级别随加热温度和保温时间变化的情况可以表示在等温TTA图中加热速度对奥氏体晶粒度的影响可以表示在连续加热时的TTA图中随加热温度和保温时间的增加晶粒度越大加热速度越快I↑由于时间短，A晶粒来不及长大可获得细小的起始晶粒度补充1、阐述加热转变A的形成机理，并能画出A等温形成动力学图(共析钢)？答：形成条件ΔG=Ga-Gp<0形成过程形核：对于球化体，A优先在与晶界相连的α/Fe3C界面形核对于片状P, A优先在P团的界面上形核长大：1 ）Fe原子自扩散完成晶格改组2 ）C原子扩散促使A晶格向α、Fe3C相两侧推移并长大Fe3C残留与溶解：A/F界面的迁移速度> A/Fe3C界面的迁移速度，当P中F完全消失，Fe3C残留Fe3C→AA均匀化：刚形成A中，C浓度不均匀。