第四章钢的热处理办法

第四章 钢的热处理?复习与思考一、名词解释 1.热处理 热处理是采用适当的方式对金属材料或工件进行加热、保温和冷却以获得预 期的组织结构与性能的工艺。

2.等温转变 等温转变是指工件奥氏体化后，冷却到临界点以下的某一温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体发生的相变。

3.连续冷却转变 连续冷却转变是指工件奥氏体化后以不同冷速连续冷却时过冷奥氏体发生 的相变。

4.马氏体 马氏体是碳或合金元素在α-Fe 中的过饱和固溶体。

5.退火 钢的退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理 工艺。

6.正火 正火是指工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

7.淬火 钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体 组织的热处理工艺。

8.回火 回火是指工件淬硬后，加热到 Ac1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷 却到室温的热处理工艺。

9.表面热处理 表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工 艺。

10.渗碳 为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗 碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

11.渗氮在一定温度下于一定介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为 渗氮，又称氮化。

二、填空题 1.整体热处理分为 退火 、 正火 、 淬火 和 回火 等。

2.根据加热方法的不同，表面淬火方法主要有： 感应加热 表面淬火、 火焰加热 表面淬火、 电接触加热 表面淬火、 电解液加热 表面淬火 等。

3.化学热处理方法很多，通常以渗入元素命名，如 渗碳 、 渗氮 、 碳氮 共渗 和 渗硼 等。

4.热处理工艺过程由 加热 、 保温 和 冷却 三个阶段组成。

5.共析钢在等温转变过程中，其高温转变产物有： P 、 S 和 T。

6.贝氏体分 上贝氏体 和 下贝氏体 两种。

7.淬火方法有： 单介质 淬火、 双介质 淬火、 马氏体分级 淬火 和 贝氏体等温 淬火等。

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。

第四节淬火教学重点与难点1．重点淬火、回火2．难点淬透性和淬硬性教学方法与手段1．利用挂图等教具。

2．举生活中应用淬火与回火的现象，分析原理与应用，触类旁通。

教学组织1.复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容♦钢的淬火是指工件加热奥氏体化后以适当方式冷却获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。

♦临界冷却速度是指获得马氏体的最低冷却速度。

♦马氏体是碳或合金元素在α-Fe中的过饱和固溶体，是单相亚稳组织，硬度较高，用符号M表示。

马氏体的硬度主要取决于马氏体中碳的质量分数。

马氏体中由于溶入过多的碳原子，从而使α-Fe晶格发生畸变，增加其塑性变形抗力，故马氏体中碳的质量分数越高，其硬度也越高。

一、淬火(一)淬火的目的淬火的目的主要是使钢件得到马氏体(和贝氏体)组织，提高钢的硬度和强度，与适当的回火工艺相配合，更好地发挥钢材的性能潜力。

(二)淬火工艺1．淬火加热温度的确定亚共析钢淬火加热温度为Ac以上30℃～50℃。

3以上30℃～50℃。

共析钢和过共析钢淬火加热温度为Ac12．淬火介质常用的淬火冷却介质有油、水、盐水、硝盐浴和空气等。

3．淬火方法(1)单液淬火。

♦将已奥氏体化的钢件在一种淬火介质中冷却的方法。

例如，低碳钢和中碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火等。

单液淬火方法主要应用于形状简单的钢件。

(2)双液淬火。

♦将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质中，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的方法，称为双液淬火。

例如，先在水中冷却后在油中冷却的双液淬火。

双液淬火主要适用于中等复杂形状的高碳钢工件和较大尺寸的合金钢工件。

(3)马氏体分级淬火♦工件加热奥氏体化浸入温度稍高于或稍低于Ms点的盐浴或碱浴中，保持适当时间，在工件整体达到冷却介质温度后取出空冷以获得马氏体组织的淬火方法，称为马氏体分级淬火。

马氏体分级淬火能够减小工件中的热应力，并缓和相变过程中产生的组织应力，减少淬火变形。

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‎A ccm 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‎A c3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。

第四章钢的热处理技术所谓钢的热处理技术是将钢在固态下以适当的方式进行加热,保温和冷却,以获得所需组织和性能的工艺方法.热处理是强化金属材料,提高产品质量和寿命的主要途径之一.绝大部分重要的机械零件,在制造过程中都必须进行热处理.根据加热和冷却方法不同,将钢的常用热处理分类如下:尽管热处理种类繁多,但其基本过程都是由加热,保温和冷却三个阶段组成.图4-1为最基本的热处理工艺曲线形式.改变加热温度,保温时间,冷却速度等参数,会在一定程度上发生相应的预期组织转变,从而改变材料的性能.由此可知,控制加热温度,保温时间和冷却速度就可以控制钢的组织和性能. 1. 钢在加热时的转变(奥氏体化)加热是热处理的第一道工序.大多数热处理工艺首先要将钢加热到相变点(又称临界点)以上,目的是获得奥氏体.Fe-Fe3C相图相变点A1,A3,Acm是碳钢在极缓慢地加热或冷却情况下测定的.但在实际生产中,加热和冷却并不是极其缓慢的,因此,钢的实际相变点都会偏离平衡相变点.即:加热转变相变点在平衡相变点以上,而冷却转变相变点在平衡相变点以下.通常把实际加热温度标为Ac1,Ac3,Accm,,实际冷却温度标为Ar1,Ar3,Arcm.如图4-1所示.钢的相变点是制定热处理工艺参数的重要依据,各种钢的相变点可在热处理手册中查到.1.1奥氏体的形成过程钢加热到Ac1点以上时会发生珠光体向奥氏体的转变,加热到Ac3和Accm以上时,便全部转变为奥氏体,这种加热转变过程称为钢的奥氏体化.奥氏体的形成过程是珠光体转变为奥氏体的一个重新结晶的过程.由于珠光体是铁素体和渗碳体的机械混合物,铁素体与渗碳体的晶格类型不同,含碳量差别很大,转变为奥氏体必须进行晶格的改组和铁碳原子的扩散.下面以共析钢为例说明奥氏体化大致可分为四个过程,如图4-2所示.1.1.1奥氏体形核奥氏体的晶核上首先在铁素体和渗碳体的相界面上形成的.由于界面上的碳浓度处于中间值,原子排列也不规则,原子由于偏离平衡位置处于畸变状态而具有较高的能量.同时位错和空间密度较高铁素体和渗碳体的交接处在浓度结构和能量上为奥氏体形核提供了有利条件.1.1.2奥氏体长大奥氏体一旦形成,便通过原子扩散不断张大在于铁素体接触的方向上,铁素体逐渐通过改组晶胞向奥氏提转化;在与渗碳体接触的方向上,渗碳体不断溶入奥氏体. 1.1.3残余渗碳体溶解由于铁素体的晶格类型和含碳量的差别都不大,因而铁素体向奥氏体的转变总是先完成.当珠光体中的铁素体全部转变为奥氏体后,仍有少量的渗碳体尚未溶解.随着保温时间的延长,这部分渗碳体不断溶入奥氏体,直至完全消失.1.1.4奥氏体均匀化刚形成的奥氏体晶粒中,碳浓度是不均匀的.原先渗碳体的位置,碳浓度较高;原先属于铁素体的位置,碳浓度较低.因此,必须保温一段时间,通过碳原子的扩散获得成分均匀的奥氏体.这就是热处理应该有一个保温阶段的原因.应当指出,在生产中钢的热处理并非都要求达到奥氏体均匀化,而是根据热处理的目的,控制奥氏体形成的不同阶段..应当指出,在生产中钢的热处理并非都要求达到奥氏体均匀化,而是根据热处理的目的,控制奥氏体形成的不同阶段.亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程与共析钢基本相似,不同之处是亚共析钢和过共析钢需加热到Ac3或Accm以上时,才能获得单一的奥氏体组织,即完全奥氏体化.但对过共析钢而言,此时奥氏体晶粒已粗化.1.共析钢碳溶解在铁的晶格中形成固溶体，碳溶解到α——铁中的固溶体叫铁素体，溶解到γ——铁中的固溶体叫奥氏体。

钢材的热处理有以下几个方法※均质退火处理简称均质化处理（Homogenization），系利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称为『扩散退火』。

加热温度会因钢材种类有所差异，大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均质化处理，高碳钢在1100℃至1200℃之间，而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。

※完全退火处理完全退火处理系将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成为沃斯田体单相组织（亚共析钢）或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。

※球化退火处理球化退火主要的目的，是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成为球状，使改善钢材之切削性能及加工塑性，特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。

常见的球化退火处理包括：（1）在钢材A1温度的上方、下方反复加热、冷却数次，使A1变态所析出的雪明碳铁，继续附着成长在上述球化的碳化物上；（2）加热至钢材A3或Acm温度上方，始碳化物完全固溶于沃斯田体后急冷，再依上述方法进行球化处理。

使碳化物球化，尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂，亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。

※软化退火处理软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性，以便能再进一步加工。

此种热处理方法常在冷加工过程反复实施，故又称之为制程退火。

大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随着加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。

※弛力退火处理弛力退火热处理主要的目的，在于清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所产生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对于尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。

第六节钢的表面热处理与化学热处理教学重点与难点1・重点表面淬火与化学热处理2 •难点渗碳与渗氮教学方法与手段1.利用挂图等教具。

2.列举生活与生产中应用表面淬火与化学热处理、渗碳与渗氮工艺的实例，分析原理与应用，以点带面，触类旁通。

教学组织1 •复习提问10分钟2.讲解75分钟3.小结5分钟教学内容的表面热处理♦表面热处理是为改变工件表面的组织和性能，仅对其表面进行热处理的工艺。

其中表面淬火是最常用的表面热处理。

♦表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺。

其目的是使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性。

依加热方法的不同，表面淬火方法主耍有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、屯接触加热表面淬火及屯解液加热表面淬火等。

(一)感应加热表面淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表而、局部或整体加热并进行快速冷却的淬火工艺称为感应加热淬火。

1.感应加热基木原理依靠感应电流的热效应，使工件表层在几秒钟内快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，淬帔工件表面层，这就是感应加热表面淬火的基本原理。

2.感应加热表面淬火的特点(1)加热时间短，工件基本无氧化、脱碳，且变形小。

奥氏休晶粒细小，淬火后获得细小马氏体组织，使工件表层比一般淬火駛度高2〜3HRC,且脆性较低。

工件表面淬火后，在淬硬的表面层中存在较大的残余压应力，因此，提高了工件的疲劳强度。

(2)加热速度快，热效率高，生产率高，易实现机械化、口动化，适于大批量生产。

(3)感应加热设备投资大，维修调试比较困难。

3 •感应加热表而淬火的应用感应加热表面淬火主要用于中碳钢和中碳合金钢制造的工件，如40钢、45 钢、400、40MnB 等。

生产上通过选择不同的电流频率来达到满足不同要求的淬硬层深度。

根据电流频率不同，感应加热淬火分为三类：高频感应加热表面淬火、中频感应加热表面淬火和工频感应加热表面淬火。

感应加热表而淬火后，需要进行低温回火。

感应加热表面淬火零件的工艺路线一般如下：毛坯锻造(或轧材下料)一退火或正火一粗加工一调质一精加工一感应加热表而淬火一低温回火一磨削加工。

第四章钢的热处理一、判断题1. 实际加热时的临界点总是低于像图上的临界点。

( ×)2. 珠光体向奥氏体转变也是通过形核及晶核长大的过程进行的。

( √)3. 渗透性好的钢,淬火后温度一定高。

( ×)4. 淬火后的钢,回火时随温度的变化组织会发生不同的转变。

( √)5. 下贝氏体是热处理后一种比较理想的组织。

( √)6. 马氏体组织是一种非稳定的组织。

( ×)7. A1线以下仍未转变的奥氏体称为残余奥氏体。

( ×)8. 珠光体、索氏体、屈氏体都是片层状的铁素体和渗碳体混合物所以他们的力学性能相同。

( √)9. 贝氏体具有较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。

( √)10. 钢的晶粒因过热而粗化时,就有变脆倾向。

( √)11. 索氏体和回火索氏体的性能没有多大的区别。

( ×)12. 完全退火不适用于高碳钢。

( √)13. 在去应力退火过程中,刚的组织不发生变化。

( √)14、钢的最高淬火硬度,只要取决于钢中奥氏体的含碳量。

( √)15、淬火后的钢其回火温度越高,回火后的强度和硬度也越高。

( ×)16、钢回火的加热温度在Ac1以下,因此在回火过程中无组织变化。

( √)17、感应加热表面淬火,淬硬层深度取决于电流频率;频率越低,淬硬层越浅;反之频率越高,硬层越深。

( ×)18、钢渗氮后,无需淬火既有很高的硬度及耐磨性。

( √)19、高速钢的热硬性可达600℃,常用于制造切削速度较高的刀具,且在切削时能长期保持刀口锋利,故又称锋钢。

( √)20、白口铸铁中的碳绝人多数足以渗碳体的形式存在,所以其具有高硬度、抗磨性和低脆性。

( √)21、在切削加工前先排预先热处理,一般说来低碳钢采用正火,而高碳钢及合金钢正火硬度太高,必须采用退火。

( √)22、一般清况下碳钢淬火用油,合金钢淬火用水。

( ×)23、双介质淬火就是将钢奥氏体化历,先浸入一种冷却能力弱的介质,在钢件还未达到该淬火介质温度之前即取出,马上浸入另一种冷却能力强的介质中冷却。