钢铁材料的一般热处理,一个表全懂了

热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温、冷却的手段，改变金属材料内部的组织状态，从而获得所需性能的一种热加工工艺。

常见的热处理的方法请参考下表。

名称热处理过程热处理目的1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却到室温①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢的性能及为以后的热处理作准备③消除钢中的内应力。

防止零件加工后变形及开裂退火类别(1)完全退火将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同，一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达800—900ºC)以上30—50ºC，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却)细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充分消除内应力完全退火适用于含碳量(质量分数)在O．8％以下的锻件或铸钢件(2)球化退火将钢件加热到临界温度以上20～30ºC，经过保温以后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷降低钢的硬度，改善切削性能，并为以后淬火作好准备，以减少淬火后变形和开裂,球化退火适用于含碳量(质量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工具钢(3)去应力退火将钢件加热到500～650ºC，保温一定时间，然后缓慢冷却(一般采用随炉冷却)消除钢件焊接和冷校直时产生的内应力，消除精密零件切削加工时产生的内应力，以防止以后加工和用过程中发生变形去应力退火适用于各种铸件、锻件、焊接件和冷挤压件等2．正火将钢件加热到临界温度以上40～60ºC，保温一定时间，然后在空气中冷却①改善组织结构和切削加工性能②对机械性能要求不高的零件，常用正火作为最终热处理③消除内应力3．淬火将钢件加热到淬火温度，保温一段时间，然后在水、盐水或油(个别材料在空气中)中急速冷却①使钢件获得较高的硬度和耐磨性②使钢件在回火以后得到某种特殊性能，如较高的强度、弹性和韧性等淬火类别(1)单液淬火将钢件加热到淬火温度，经过保温以后，在一种淬火剂中冷却单液淬火只适用于形状比较简单，技术要求不太高的碳素钢及合金钢件。

常用材料及零件热处理
3.表面热处理方法特点和应用
表面热处理是通过改变零件表层组织，以获得硬度很高的马氏体，而保留心部韧性和朔性（即表面火），或同时表层的化学成分，以获得耐蚀、耐酸、耐碱性，及表层硬度更高的处理方法。

6.钢的淬透性
不同的钢种，接受淬火的能力不同，淬透层深度愈大，表明该钢种的淬透性愈好。

淬透性大的钢，其力学性能沿截面分布均匀；而淬透性小的钢心部力学性能低。

但全部淬透的工件，通常表面残留拉应力，对工件承受疲劳不利，工件热处理中也易变形开裂。

未淬透工件表面可残留压应力，反而有一定好处。

淬透层深度是指由淬火表面马氏体---50％马氏体+50％珠光体层的深度。

碳钢的淬透性低。

在设计大尺寸零件时，用碳钢正火比用碳钢调质更经济，而效果相似。

直径较大并具有几个台阶的台阶轴，需经调质处理时，考虑到淬透性影响，应先粗车成形，然后调质。

如果以棒料先调质，再车外圆，由于直径大，表面淬透层浅，阶梯轴尺寸较小的部分调质后的组织在粗车时可能被车去，起不到调质作用。

7.几种典型零件热处理示例
机床齿轮等零件常用材料及热处理。

热处理对钢铁材料的热膨胀系数的影响热处理对钢铁材料的性能有着重要的影响，其中之一就是对热膨胀系数的影响。

热膨胀系数是描述物体在温度变化时线膨胀或收缩程度的物理量。

钢铁材料在热处理过程中经历了晶体结构的改变，从而导致热膨胀系数的变化。

本文将对热处理对钢铁材料热膨胀系数的影响进行探讨。

一、钢铁材料热处理的概述热处理是通过加热和冷却的方式对钢铁材料进行物理和化学性能的改变，以达到提高材料硬度、强度、韧性等方面的目的。

常用的热处理方法包括淬火、回火、正火、退火等。

这些热处理方法能够改变钢铁材料内部的晶体结构，从而使得材料性能发生变化。

二、热处理对钢铁材料热膨胀系数的影响钢铁材料在热处理过程中会发生晶界的变化和晶格参数的改变，这些变化会直接影响材料的热膨胀系数。

通常情况下，经过热处理后的钢铁材料的热膨胀系数相对于未经处理的材料会发生变化。

热处理中的淬火过程会使钢铁材料中的奥氏体相转变为马氏体相。

由于马氏体相具有较高的硬度和脆性，这种结构的钢铁材料具有较小的热膨胀系数。

相反，回火过程是将淬火后的钢铁材料加热到一定温度并保温一段时间，使马氏体相分解为较软和韧性较好的渗碳体和残留奥氏体。

这些结构的钢铁材料通常具有较大的热膨胀系数。

因此，在淬火和回火过程中，热处理会对钢铁材料的热膨胀系数产生显著影响。

另外，热处理还会改变钢铁材料中的晶格参数。

晶格参数是描述晶体结构的重要参数，也是影响热膨胀系数的一个因素。

经过热处理后，钢铁材料的晶格参数会发生改变，而晶格参数的变化又会直接影响热膨胀系数。

由于热处理导致的晶格参数的改变是钢铁材料内部晶体结构的重构，因此热处理对钢铁材料的热膨胀系数具有重要的影响。

三、热处理参数对热膨胀系数的影响除了热处理过程本身对钢铁材料的热膨胀系数产生影响外，热处理参数也对热膨胀系数具有一定的影响。

热处理参数包括加热温度、保温时间等。

一般而言，热处理温度越高，钢铁材料的晶体结构就越容易发生变化，热膨胀系数也会随之变大。

-- 钢材的热处理方法和特性※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。

钢铁材料热处理及组织性能班级：机设13-A1姓名：朱铭书学号：120133404056摘要：钢材是当前社会运用最广泛的材料之一，具有非常悠久的历史，它推动了社会的大力发展，促进了社会的进步。

作为结构材料．钢的组织和性能在很高的层面决定了产品的质量，因此，在选取钢铁材料时主重其组织与性能。

然而，回望钢铁发展的历史，钢组织与性能与材料成分和热处理工艺有着千丝万缕的关系，通过改善材料成分和热处理工艺可以有效提升钢组织与性能。

本文将对钢铁材料热处理及组织性能做浅显分析。

正文：一、钢的退火与正火1、钢的退火是将工件加热到工艺要求的温度，经过适当的保温以后，在缓慢冷却下来的热处理工艺过程。

加热温度在Ac3点以上的称为完全退火；加热温度在Ac1和Accm之间的称为不完全退火或球化退火；加热温度在A1点以下称为低温退火；还有扩散退火等退火工艺。

退火的加热速度一般不受限制，但对于高合金钢和大截面工件，升温不可过快，否则，由于导热性差，引起很大的热应力，使工件产生变形甚至开裂。

一般将升温速度控制在100～180℃/h比较适宜。

加热时间是根据工件的有效厚度，并考虑装炉量、装炉方式和加热方法确定的，可以查阅热处理手册加以确定。

退火的冷却方式是根据退火工艺的具体要求进行。

（1）完全退火只适用于亚共析钢，加热温度为Ac3＋（20～30℃），合金钢可以略微高于此温度，保温足够时间后，随后缓冷（炉内冷却或按要求的冷却速度冷却）到550～500℃以下，再空冷。

在加热和冷却的过程中，钢的内部组织全部进行了重结晶，即发生了加热时的奥氏体化和冷却时的奥氏体分解转变。

所以完全退火又称重结晶退火。

在重结晶过程中经历了两次形核长大，因此细化了晶粒。

完全退火使钢获得了接近平衡状态的细晶粒组织，同时消除了焊接、铸钢、热锻轧钢中的粗大组织和魏氏组织，以及因终锻、终轧的温度过低造成的带状组织。

完全退火还提高韧性，消除因冷速较快造成的内应力，降低含碳较高的亚共析钢硬度，以利于切削加工，并为后续淬火工艺作好组织准备。

钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。

一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。

工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。

在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。

钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。

一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。

一、钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。

（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。

因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）、优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%）、高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。

碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。

根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。

所以低碳钢的强度、硬度低、塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。

工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。

（a）碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。

根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。

碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。

Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。

热处理基础知识总结热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。

一、热处理1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。

3、固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

4、时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5、固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。

6、时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。

7、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。

8、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。

9、钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。

习惯上碳氮共渗又称为氰化，以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。

中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。

低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

10、调质处理(quenching and tempering)：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。

调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。

它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。

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。

第五章钢的热处理热处理——固态下，通过加热、保温、冷却、改变组织得到所需性能的工艺方法。

•特点：在固态下，只改变工件的组织，不改变形状和尺寸•目的：改善材料的使用、工艺性能•基本过程：加热→保温→冷却•分类：1、普通热处理——退火、正火、淬火、回火2、表面热处理——表面淬火、化学热处理第一节钢在加热时的组织转变实际加热和冷却时的相变点：平衡时—— A1 A3 Acm加热时—— Ac1 Ac3 Accm冷却时—— Ar1 Ar3 Arcm一、奥氏体的形成加热工序的目的：得到奥氏体F + Fe3C → A结构体心复杂面心含碳量 0.0218 6.69 0.77共析钢奥氏体形成过程：1、形核（在 F / Fe3C相界面上形核）2、晶核长大（F→ A晶格重构，Fe3C溶解，C→ A中扩散）3、残余Fe3C溶解4、奥氏体均匀化保温工序的目的：得到成分均匀的奥氏体，消除内应力，促进扩散对亚共析钢： P + F → A + F → A对过共析钢： P + Fe3CⅡ→ A + Fe3CⅡ→ A二、奥氏体晶粒长大及其影响因素1、奥氏体晶粒度•晶粒度——晶粒大小的尺度。

•本质粗晶粒钢——长大倾向较大（Al脱氧）•本质粗晶粒钢——长大倾向较小(Mn,Si脱氧)2、影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度↑，保温时间↑→ A晶粒长大快（2）加热速度↑→ A晶粒细（3）加入合金元素→ A晶粒细（4）原始组织细→ A晶粒细第二节钢在冷却时的组织转变冷却方式：等温冷却和连续冷却。

45钢加热后，随冷却速度的增加，强度、硬度增加，但塑性、韧性降低。

冷却是热处理的关键，故必须研究奥氏体冷却过程的变化规律。

一、过冷奥氏体等温转变1、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线（C曲线或TTT线）的建立•过冷奥氏体：在A1以下，未发生转变的不稳定奥氏体。

•孕育期——表示过冷A 的稳定程度•四个区域——奥氏体稳定区、过冷奥氏体区、转变产物区、转变区•三种转变类型：高温转变（A1~550℃）：A → P中温转变（550~230℃）：A → B低温转变（230℃以下）：A → M2、过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能(1)珠光体转变•珠光体组成：F 和 Fe3C 的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是扩散型相变•形态：A1~650℃：珠光体 P 20HRc 片状650~600℃：索氏体 S（细P）…600~550℃：托氏体 T（极细P又称屈氏体）40HRc 球状—— Fe3C 呈球状•珠光体性能珠光体片越细→ HB↑，σb↑且δ↑，αk↑C%相同时，球状 P 比片状 P 相界面少→HB↓，σb↓，δ↑,αk↑(2)贝氏体转变•贝氏体组成：过饱和F 和碳化物的机械混合物•形成特点：在固态下形核、长大是半扩散型相变•形态：550~350℃：上贝氏体（B上）羽毛状组织塑性差40-45HRc 350℃~ Ms：下贝氏体（B下）针片状组织综合性能好45-50HRc过冷奥氏体在Ms点以下，A→M属连续冷却转变。