钢的热处理及组织转变

钢在加热时的组织转变
1. 钢在加热过程中的组织变化
钢是一种具有高强度和韧性的金属材料，广泛用于机械制造、建筑、船舶、桥梁等领域。

在钢材加工过程中，热处理是一项重要的工艺步骤，可以改善钢的力学性能、提高其使用寿命。

而钢在加热过程中的组织变化，是影响其热处理效果和性能表现的关键因素之一。

2. 软化和晶粒长大
钢材经过冷加工和热加工后，其组织结构会发生变化。

加热可以使钢材发生软化，原因是钢的晶界杂质和碳化物颗粒会被空气中的氧化物气体消耗掉，在高温下形成低能量状态的组织结构，从而改变了材料的硬度和韧度，有利于加工和使用。

同时，钢材在加热时晶粒也会长大，因为温度升高会使晶界能量降低，晶界的迁移和改变也会导致晶粒的长大。

3. 相变和组织重构
除了软化和晶粒长大，加热还可以使钢材发生相变和组织重构。

钢材中的相是指金属组织的多种形态和状态，在不同的温度下会发生相变。

例如，铁素体（ferrite）和奥氏体（austenite）是钢中常见的相，钢的性能也与其相的形态和含量密切相关。

因此，在加热过程中应该控制温度和时间，以使钢材中的相变完成，并尽量避免相的不均匀分布。

4. 总结
总之，钢材在加热时会产生多种组织变化，包括软化、晶粒长大、相变和组织重构等。

这些变化会影响钢材的力学性能、延展性和可加
工性，同时也决定了热处理工艺的制定和实施。

因此，在进行热处理
之前，应该准确了解材料的组织结构和特性，并选择合适的工艺参数
和方式，以使钢材发挥最佳性能。

淬火钢回火时组织转变介绍淬火钢回火是一种常见的热处理工艺，通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以改善淬火后的钢材组织和性能。

淬火后的钢材通常具有硬度高、脆性大等特点，回火处理可以使其获得一定的韧性和塑性，提高其综合性能。

淬火钢回火的基本原理是通过加热淬火后的钢材到一定温度，然后进行恒温保温一段时间，最后再进行冷却。

在这个过程中，钢材的组织会发生转变，主要表现为马氏体分解、析出出现和晶粒长大。

以下将详细介绍这些组织转变的过程。

淬火后的钢材主要为马氏体，而马氏体是一种脆性组织，回火时需要改变其组织形态。

在回火过程中，钢材受热到一定温度，马氏体开始分解成为一种较为稳定的组织形态，称为回火组织。

回火组织主要由贝氏体、残余奥氏体和回火渗碳体组成。

其中，贝氏体是一种具有韧性和塑性的组织，可以提高钢材的韧性。

残余奥氏体主要是未完全转变的马氏体，其含有适量的碳和合金元素，也具有一定的韧性和塑性。

回火渗碳体是在回火温度下，一部分由马氏体转变而来，富含碳元素，具有一定的韧性。

在回火过程中，马氏体析出出现也是重要的组织转变现象。

大部分马氏体靠较高的回火温度和长时间的回火使其尽量析出出现，以增加钢材的韧性。

马氏体析出的主要方式有两种：一种是基于长时间回火，由于较高温度使马氏体逐渐转变为贝氏体和残余奥氏体，从而使马氏体开始析出出现；另一种是基于高回火温度和短时间回火，使马氏体内部的残余奥氏体转变为贝氏体，从而使马氏体开始析出出现。

无论是哪种方式，都可以通过在适当的时间和温度下进行回火处理来增加马氏体的析出出现，提高钢材的韧性。

晶粒长大是淬火钢回火过程中的另一种组织转变。

在淬火过程中，钢材的晶粒会因快速冷却而变小，而小晶粒往往与碳化物结合更紧密，导致材料更加脆性。

回火时，由于较高的温度和较长的时间，晶粒开始重新长大，形成较大的晶粒。

较大的晶粒可以形成多个晶界，使得材料更加具有韧性。

总结起来，淬火钢回火时组织转变主要包括马氏体分解、马氏体析出出现和晶粒长大。

球化退火过程中的组织转变
球化退火是一种热处理技术，其主要目的是将钢中珠光体转变为球状组织，以便改善钢的塑性和切削性。

这个过程中发生的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，通常由三个阶段组成：
1. 奥氏体转变：将钢材加热到适当的温度，使其处于奥氏体状态。

这通常需要一个特定的温度范围，根据不同钢材和应用，通常在725℃至1050℃之间。

2. 等温球化：将钢材置于特定温度下进行处理，以促进球状体的形核和生长。

这个过程的时间通常是根据钢材的种类和规格而定的，从数分钟到数小时不等。

3. 退火：将钢材从等温球化处理的温度冷却到室温，这通常需要数小时到数天的时间，以便使钢材内部的组织转变充分完成。

在整个球化退火过程中，还会发生其他一些组织转变，如高温下的马氏体转变、低温下的马氏体和贝氏体转变等。

然而，球化退火过程中的主要组织转变是由珠光体向球状体的转变，这种转变可以提高钢材的塑性和切削性，从而使其更加适合各种应用。

钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式有多种，通常根据钢材的用途和要求来选择合适的热处理工艺。

以下是几种常见的钢的热处理工艺方式：
1. 淬火（Quenching）：将高温加热后的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体或贝氏体，从而增加钢材的硬度和强度。

2. 回火（Tempering）：在淬火后，将钢材重新加热至一定温度，然后冷却至室温，通过调整回火温度和时间，可以使钢材的硬度和强度适度下降，同时还能提高钢材的韧性。

3. 规定化处理（Normalizing）：将高温加热后的钢材在空气中冷却，使其组织均匀化，消除内部应力，提高钢材的韧性和延展性。

4. 淬火与回火组合（Quenching and Tempering）：首先进行淬火使钢材达到一定的硬度和强度，然后进行回火处理以提高钢材的韧性，同时保持较高的强度。

5. 固溶处理（Solution Treatment）：将钢材加热至足够高的温度后快速冷却，使固溶体内的溶质均匀溶解，从而改善钢材的塑性和加工性能。

6. 淬火回火组合与固溶处理相结合：根据具体需求，可以将淬火回火组合和固溶处理相结合，以综合提高钢材的硬度、韧性和耐蚀性等性能。

上述的热处理工艺方式只是钢材热处理中的一部分，不同钢材和具体要求还可以采用其他的热处理工艺方式，如时效处理、退火处理等。

热处理的选择和控制对于钢材的性能和质量有着重要的影响，需要根据具体情况进行调整和优化。

2．奥氏体的形成
钢在加热时的组织转变，主要包括奥氏体的形成和晶粒长大两个过程。

物元素（如铌、钒、钛等），会形成难熔的碳化物和氮化物颗粒，弥散分布于奥氏体晶界上，阻碍奥氏体晶粒的长大。

因此，大多数合金钢、本质细晶粒钢加热时奥氏体的晶粒一般较细。

原始组织：钢的原始晶粒越细，热处理加热后的奥氏体的晶粒越细。

二、钢在冷却时的组织转变
冷却方式是决定热处理组织和性能的主要因素。

热处理冷却方式分为等温冷却和连续冷却。

等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A
线以下不同温度进行等温转变
1
所获的产物。

根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。

～550℃ ，获片状珠光体型（F+P）组织。

[ 高温转变]：转变温度范围为A
1
依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。

其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度
炉冷V
：比较缓慢，相当于随炉冷却（退火的冷却方式），它分别与C曲线的
1
转变开始和转变终了线相交于1、2点，这两点位于C曲线上部珠光体转变区域，估计它的转变产物为珠光体，硬度170~220HBS。

空冷V
：相当于在空气中冷却（正火的冷却方式），它分别与C曲线的转变开
2
始线和转变终了线相交于3、4点，位于C曲线珠光体转变区域中下部分，故可判断。

第一章钢的热处理组织与性能1 概述热处理之所以能使钢的性能发生巨大的变化，主要是由于钢制工件在适当的介质中，经不同的加热与冷却过程，使刚的内部组织发生了变化，化学热处理还改变钢件表层的化学成分，使其表面和基体具有不同的组织，获得所需表里不一的性能。

1.1 钢加热时的组织转变在进行退火、正火和淬火等热处理时，一般将钢加热到临界温度以上，以获得奥氏体。

加热时形成的奥氏体对冷却转变过程，以及冷却时转变产物的组织、性能有显著影响。

奥氏体的形成过程以共析钢为例，加热至AC1以上，钢中珠光体向奥氏体转变，包括以下四个阶段：（如图1—1）1）形核：在温度AC1以上珠光体不稳定。

在铁素体和渗碳体界面上碳浓度不均匀，原子排列不规则从浓度和机构上为奥氏体晶核的形成提供了有利条件，因此优先在界面上形成奥氏体晶核。

2）长大：奥氏体形核后的长大依靠铁素体继续转变为奥氏体和渗碳体的不断溶解。

前者比后者快，所以转变基本完成后仍有部分剩余奥氏体未溶解。

3）剩余渗碳体的溶解：随着时间延长，剩余渗碳体不断溶入奥氏体中。

4）奥氏体的均匀化：渗碳体溶解后，奥氏体中碳浓度不均匀，需要通过碳原子扩散获得均匀的奥氏体。

对亚共析钢和过共析钢而言，温度刚超过AC1只能使珠光体转变为奥氏体，只有在AC1或Acm以上保温足够时间，才能使先共析铁素体或先共析渗碳体完全溶入奥氏体中，获得单项奥氏体组织。

1.2 过冷奥氏体的转变冷至临界温度以下的奥氏体称为过冷奥氏体。

它的分解是一个点阵重构和碳原子扩散再分配的过程。

过冷奥氏体转变分为三种基本类型：珠光体转变（扩散型），贝氏体转变（过渡型），马氏体转变（无扩散型）。

过冷奥氏体等温转变曲线(C—曲线或TTT图)过冷奥氏体等温转变曲线形如拉丁字母中的“C”，故称为C-曲线，亦称TTT（Time Temperature Transformation）图，如图1-2所示。

共析钢C-曲线如图1-2所示，图中最上面的一根水平虚线为钢的临界点A1，下方的一根水平线Ms为马氏体转变开始温度，另一根水平线M f为马氏体转变终了温度。

1/1钢在冷却时的组织转变常识钢进行热处理冷却的目的是获得所需要的组织和性能，这需要通过采用不同冷却方式来实现。

冷却方式不同转变的组织也不同，性能差异较大。

奥氏体冷却至A1以下温度时将发生组织转变（A1温度以下还存在的不稳定奥氏体通常称过冷奥氏体）。

钢的冷却方式分为等温冷却和连续冷却。

等温冷却的组织转变形式1.奥氏体的等温转变对过冷奥氏体（即：奥氏体在A1线以上是稳定相，当冷却到A1线以下还未转变的奥氏体）经过一段时间的等温保持后转变为稳定的新相。

这种转变过程就称为奥氏体的等温转变。

2.等温冷却转变钢经奥氏体化后迅速冷却至临界点Ar1或Ar3)线以下，等温保持时过冷奥氏体发生的转变。

等温冷却的组织转变产物与性能1.A1～550℃也称高温转变，获片状珠光体型（F+P）组织，按转变温度由高到低的顺序，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体；片层间距由粗到细，趋势是：片层间距越小，塑性变形阻力越大，强度和硬度越高1)A1～650℃获粗片状珠光体金相组织2)650～600℃获细片状索氏体金相组织3)600～550℃获极其细片状的托氏体金相组织2.550℃～M S 也称中温转变，获贝氏体型组织（过饱和的铁素体和碳化物组成，有上贝氏体和下贝氏体之分。

）1)550～350℃获羽毛状上贝氏体金相组织2)550℃～M S获黑色针状下贝氏体金相组织（这种组织强度和韧性都较高）3.M S线温度以下连续冷却时，过冷奥氏体发生转变获得马氏体组织，马氏体内的含碳量决定着马氏体的强度和硬度，总的趋势是随着马氏体含碳量的提高，强度与硬度也随之提高；高碳马氏体硬度高、脆性大，而低碳马氏体具有良好的强度和韧性。

连续冷却的组织转变过冷奥氏体在一个温度范围内，随温度连续下降发生组织转变。

连续冷却有炉冷、空冷、油冷、水冷四种最为常用的连续冷却方式1)炉冷冷速约10℃/min，产生新相为珠光体，如退火的冷却2)空冷冷速约10℃/s，产生新相为索氏体，如正火的冷却3)油冷冷速约150℃/s，产生新相为托氏体+马氏体，如油淬4)水冷冷速约600℃/s，产生新相为残余奥氏体+马氏体，如水淬（残余奥氏体的存在降低了淬火钢的硬度和耐磨性，也会因零件在使用过程中残余奥氏体会继续转变为马氏体，从而使工件变形；一些重要精密的零件通常会通过把淬火后的工件冷却到室温以下并继续冷却到－80～－50℃来减少残余奥氏体含量的存在）。

热处理是45钢的一项重要工艺，通过对钢材进行加热、保温和冷却等操作，可以改变钢材的组织结构和性能，提高其机械性能和使用寿命。

在45钢热处理后，其表面和心部组织的变化对于钢材的性能和用途有着重要影响。

本文将就45钢热处理后表面和心部组织的变化进行讨论。

1. 热处理工艺对45钢表面组织的影响1.1 晶粒细化热处理过程中的加热、保温和冷却等操作，可以使45钢的晶粒得到细化，晶粒细化可以提高钢材的强度和韧性。

1.2 渗碳层形成对于经过渗碳处理的45钢，在热处理后会形成一层较厚的渗碳层，这一层渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。

2. 热处理工艺对45钢心部组织的影响2.1 调质组织热处理可以使45钢的贝氏体和马氏体转变，从而形成调质组织，提高钢材的强度和韧性。

2.2 残余奥氏体在45钢的热处理过程中，如果冷却速度过慢，会导致钢材中出现残余的奥氏体，从而降低钢材的强度和硬度。

3. 热处理工艺对45钢性能的影响3.1 提高钢材的硬度和强度通过热处理工艺，可以提高45钢的硬度和强度，使其适用于高强度要求的工程结构中。

3.2 提高钢材的耐磨性渗碳层的形成和晶粒的细化，可以明显提高45钢的耐磨性，使其适用于需要耐磨性能的零部件加工中。

4. 热处理工艺对45钢的应用领域4.1 机械制造工业通过热处理可以提高45钢的强度和韧性，使其适用于制造机械零部件、轴承等产品。

4.2 模具制造通过热处理可以提高45钢的硬度和耐磨性，使其适用于模具制造中，提高模具的使用寿命。

45钢热处理后的表面和心部组织的变化对于钢材的性能和用途有着重要影响。

热处理可以提高钢材的硬度、强度、韧性和耐磨性，使其适用于不同的工程领域和产品制造中。

热处理工艺在45钢的生产和加工中具有重要意义，为提高钢材的性能和使用寿命提供了技术支持。

由于热处理工艺可以显著改善45钢材料的性能，因此在工业制造、机械加工和模具制造等领域得到了广泛的应用。

下面将更加详细地介绍45钢材料经过热处理后在不同领域的具体应用。

轴承钢的热处理与组织演变实验结论
1. 固溶处理：固溶处理是常用的热处理方法之一，可以通过加热轴承钢至其固溶温度，然后迅速冷却，以使固溶体形成。

固溶处理可以消除轴承钢中的析出物和晶体缺陷，提高材料的韧性和塑性。

实验结果表明，适当的固溶处理可以显著改善轴承钢的力学性能。

2. 淬火处理：淬火是在固溶处理后的热处理中常用的方法之一。

通过迅速冷却轴承钢，使其经历马氏体转变，从而提高材料的硬度和强度。

实验结果表明，淬火处理可以显著增加轴承钢的硬度，但也会导致材料脆性增加。

因此，在选择淬火工艺时需要根据具体应用需求进行权衡。

3. 回火处理：回火处理是对淬火后的轴承钢进行加热处理，以减轻淬火过程中产生的内部应力和改善材料的韧性。

回火温度和时间的选择对于轴承钢的性能具有重要影响。

实验结果表明，适当的回火处理可以使轴承钢的硬度略微降低，但能够显著提高其韧性和抗冲击性能。

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。