【学习课件】第五章钢的热处理工艺

过热、过烧的预防措施
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精确控制加热温度
过热和过烧都与加热温度 和时间有关，因此要精确 控制加热温度，并确保加 热时间适宜。
避免加热速度过快
过热和过烧的风险随着加 热速度的增加而增加，因 此要避免加热速度过快。
使用保护气氛
在加热过程中使用保护气 氛可以防止钢件氧化，从 而降低过热和过烧的风险 。
特点
钢的热处理工艺是一种重要的材料加工技术，具有操作简单、处理效果好、 适用范围广等特点。
历史与发展
历史
钢的热处理工艺最早可以追溯到古代，人们通过控制火的温 度来改变铁的硬度，为后来的热处理技术奠定了基础。
发展
随着科技的不断进步，钢的热处理工艺也逐渐完善，从最初 的简单加热到现在的真空、保护气氛加热，从单一的温度控 制到现在的多参数控制，热处理技术得到了迅速的发展。
时间
根据钢的种类及原始组织而定，一般在 30min-60min之间。
冷却处理
目的
使钢冷却到适宜的温度，以获得良好的显 微组织和机械性能。
温度
根据钢的种类及原始组织而定，一般在 600℃-700℃之间。
方法
通常采用水冷、风冷或炉冷。
时间
根据钢的种类及原始组织而定，一般在 10min-30min之间。
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钢的热处理工艺缺陷及预 防措施
硬度不足的预防措施
确保加热温度达到要求
在热处理过程中，要确保钢件加热到足够的温度，以便使其充分 奥氏体化。
合适的保温时间
合适的保温时间对于确保钢件充分奥氏体化以及之后顺利转变为 马氏体至关重要。
选用合适的冷却方式
不同的钢件需要不同的冷却方式，以获得最佳的冷却速度和均匀 性，从而保证硬度达到要求。

（1）低温回火脆性（250-400℃）
碳化物片沿M晶界析出 避免在此温度回火
（3）高温回火脆性（450-650℃）
P等元素在原A晶界偏聚，慢冷时 Cr、Ni等促进偏聚 Mo等抑制偏聚 减少P等杂质元素， 添加Mo等合金元素
第五章 钢的热处理工艺
5．回火工艺及其应用
第五章 钢的热处理工艺
记注：淬火+高温回火→调质处理
韧 性： 400度开始升高，600度最高。 弹性极限： 在300-400度最高。 塑 性： 在600-650度最高。
1、高碳回火马氏体： 强度、硬度高、塑性、韧性差 2、低碳回火马氏体： 高的强度与韧性，硬度、耐磨性也较好。 3、回火屈氏体： 屈服强度与弹性极限高 4、回火索氏体： 综合机械性能。
（5）回火脆性
和最终性能的影响； 6. 各种热处理的定义、目的、组织转变过程，性能变化，用途
和适用的钢种，零件的范围。
5．1 钢的退火与正火工艺
第五章 钢的热处理工艺
一、退火 （将钢件加热到适当温度，保温一定时 间，然后缓慢冷却的热处理工艺。）
退火工艺曲线
1．完全退火
加热温度： Ac3以上20-30度 组 织： P+F 目 的： ①细化，均匀化粗大、
淬火+高温回火→调质处理 以45#钢为例的调质工艺曲线：
第五章 钢的热处理工艺
第五章 钢的热处理工艺
5.3 钢的表面热处理
表面淬火： 不改变表面化学成分，只改变其表面组织的局部 热处理方法。
目 的：心部保持较高的综合机械性能，表面具有高硬度 和耐磨性。
一、感应加热表面淬火
1．原理
交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→
不均匀组织 ②接近平衡组织——

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钢的热处理工艺原理
钢的加热过程
钢的加热过程是热处理工 艺中的重要环节，通过加 热使钢的内部组织发生变 化，以达到所需的性能要求。
加热过程中，钢的奥氏体 化过程是关键，需要控制 加热温度、时间和介质， 以确保奥氏体晶粒度的均 匀和适宜。
加热过程中还需注意防止 氧化和脱碳现象，以保持 钢材的表面质量。
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热处理是一种重要的金属加工工 艺，广泛应用于各种金属材料， 如钢铁、铝合金、铜合金等。
热处理的重要性
提高材料的机械性能
通过热处理可以改变金属 材料的内部组织结构，提 高其硬度和强度，从而提
高材料的机械性能。
保证材料质量
热处理可以消除金属材料 在加工过程中产生的内应 力，提高其稳定性和耐久
性，保证材料质量。
钢的相变过程
钢的相变是指在热处理过程中，随着温度的变化，钢内部的组织结构发生变化的过程。
在相变过程中，奥氏体转变为铁素体和渗碳体的混合物，这个过程对钢的性能产生 重要影响。
相变过程需要精确控制温度和时间，以获得理想的组织结构和性能。了解和掌握相 变过程对于制定合理的热处理工艺具有重要意义。
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钢的热处理工艺流程
空冷室
利用自然对流冷却原理，将钢件放置在室 内自然冷却。
流态化冷却装置
利用流态化原理，通过循环流动的冷却介 质实现快速冷却。
辅助设备
搬运设备
如起重机、输送带等，用 于在各工艺环节间移动钢 件。
装料机
用于将钢件自动装入加热 炉或冷却设备中。
测温仪和控温系统
用于监测和控制加热炉和 冷却设备的温度。
气氛控制装置
铸钢热处理工艺分类 根据加热温度和冷却方式的不同，铸钢热处理工 艺可分为退火、正火、淬火和回火等类型。

度高、保温时间长, 晶粒粗大.
⑵加热速度: 加热速度越快,过热 度越大, 形核率越高, 晶粒越细.
⑶合金元素：
Nb/%
Nb、Ti对奥氏体晶粒的影响
阻碍奥氏体晶粒长大的元素:
Ti、V、Nb、Ta、Zr、W、
Mo、Cr、Al等碳化物和氮 化物形成元素。
析出颗粒 对黄铜晶 界的钉扎
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促进奥氏体晶粒长大的元素：Mn、P、C、N。 ⑷ 原始组织: 平衡状态的组织有利于获得细晶粒。 奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低钢的
由于加热冷却速度直接影响转变温度，因此一般手册
中的数据是以30-50℃/h 的速度加热或冷却时测得的.
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第二节 钢在加热时的转变
加热是热处理的第一道工序。加热分两种：一种是在
A1以下加热，不发生相变；另一种是在临界点以上加 热，目的是获得均匀的奥氏体组织，称奥氏体化。
一、奥氏体的形成过程
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℃
第四步 奥氏体成分均匀 共析钢奥氏体化曲线（875℃退火）
化：Fe3C溶解后，其所 温 度
在部位碳含量仍很高， ，
通过长时间保温使奥氏
体成分趋于均匀。
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共析钢奥氏体化过程
亚共析钢和过共析钢的奥 氏体化过程与共析钢基本 相同。但由于先共析 或 二次Fe3C的存在，要获得 全部奥氏体组织，必须相 应加热到Ac3或Accm以上.
常温力学性能，尤其是塑性。因此加热得到细而均 匀的奥氏体晶粒是热处理的关键问题之一。
真空热处理炉
箱式可控气氛多用炉
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第三节 钢在冷却时的转变
冷却是热处理更重要的工序。 一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程

（３）为了消除中碳结构钢铸、锻、轧后组 织中的魏氏组织、晶粒粗大、带状组织， 常采用完全退火或正火工艺进行热处理。
（４）低碳结构钢（小于0.25%C）和低合金 钢，如果采用退火工艺处理，反而使少量 的珠光体球化，钢变的更软。为了提高硬 度和切削加工性能，大多采用正火处理， 以获得细片状的珠光体。
（５）工具钢常使用球化退火（不完全退火， 加热到加热到Ac1点以上20~30℃）。碳素 工具钢、一部分合金工具钢和轴承钢，在 轧（锻）后的堆冷或空冷时，组织中会出 现片状珠光体（甚至网状渗碳体），淬火 过程中工件容易开裂。
You Know, The More Powerful You Will Be
加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小。
常用盐浴成分及其使用温度
盐浴的配比 100%BaCl2 100%Na2Ba4O7 20~30%NaCl+BaCl2 20~30%NaCl+KCl 20~30%NaCl+KCl+BaCl2 50%Na2CO3+ 50%KCl
熔化温度（℃） 960 700 ~650
２．高温回火脆性（第二类回火脆性）
概念：钢在450~550℃或更高温度（650℃左 右）回火时出现的脆性，称为高温回火脆 性或第二类回火脆性。
特点：在上述温度范围内回火，如果快速冷 却（水冷或油冷），韧性并不降低；反之， 慢冷（空冷或炉冷）则韧性显著下降，冷 却越慢，韧性降低的越显著。一般都是沿 晶断裂。
退火与正火工艺的应用
（１）冷加工钢材，一般使用再结晶退火工 艺消除加工硬化。包括有色金属、软钢、 硅钢片、精密合金、各种冷加工的板、管、 丝、带、型钢等金属材料。
（２）结构钢热轧后，为了消除内应力，通 常 采 用 低 温 （ 低 于 Ac1 点 ， 约 650~700℃) 退火，均匀热透后出炉空冷或随炉冷却。

• (1) 珠光体转变
• 由A面心立方转变为体心立方的F和Fe3C，
转变前后各项晶格类型、成分不同，转变 过程中必然有晶格的改组和铁、碳原子的 扩散。因此，过冷奥氏体向珠光体的转变 属于扩散型相变，是在固态下形核与长大 的过程。
• 1）珠光体的形态及其形成
• 在A1线以下，在奥氏体晶界形成Fe3C晶
• 由于转变温度很低，转变过程中只有
γ-Fe向α-Fe晶格的改组,铁、碳原子不能 扩散,全部固溶在α-Fe晶格中。这种在αFe中的过饱和固溶体组织称为马氏体，用 符号“Ｍ”表示，属于单相的亚稳组织。
• 1、马氏体的晶体结构
• 过饱和的碳原子强制地分布在晶胞的
某一轴的间隙处，使其晶格常数增大，其 它两轴晶格常数减小。
• 4、亚共析钢和过共析钢过冷奥氏体的等温
转变
• (1) C曲线的形状与位置 • 位置：与共析钢C曲线比较，亚共析钢随含
碳量增加右移。过共析钢共析钢随含碳量 增加左移。
• 形状：亚共析钢在冷却过程中，首先析出F，
然后的过程与共析钢相同。
• 过共析钢首先析出Fe3CⅡ，其它与共析
钢相同。
• (2) 先析相得量与形态
合组织。
• ｖ4相当于淬火(水冷)。它与Ｃ曲线不
相交，直接冷却到Ms线以下，转变为马氏 体＋少量残余奥氏体。
• 图中ｖC与Ｃ曲线的“鼻尖”相切，称
为临界冷却速度。
• 三、马氏体转变 • 高温奥氏体获得极大过冷时(淬火)，
将转变为马氏体类型组织。
• 冷却速度大于该材料的马氏体临界冷
却速度，并过冷到Ms以下，就开始发生马 氏体转变。
• 体层片间，固其塑性、 • 韧性较差，强度也比 • 较低。一般无使用价 • 值。

(a)光学显微照片 1300×
(b) 电子显微照片 5000×
上贝氏体形态
过冷奥氏体在350℃～Ms之间的转变产物称下贝氏体(下B) 。 下B在光学显微镜下为黑色针状, 在电子显微镜下可看到在铁 素体针内沿一定方向分布着细小的碳化物(Fe2.4C)颗粒。
上贝氏体中铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；同时渗碳体 分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。 下贝氏体中铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错 密度高，且碳化物分布均匀、弥散度大，所以硬度高，韧性好， 具有较好的综合机械性能。
2. 加热速度加热速度越快，发生转变的温度越高， 转变所需的时间越短。
3. 钢中碳含量碳含量增加，铁素体和渗碳体的相界 面增大，转变速度加快。
4. 合金元素显著影响其形成速度，如Cr、Mo、V等 减慢奥氏体化过程。
5. 原始组织原始组织中渗碳体为片状时奥氏体形成 速度快。
二、奥氏体晶粒长大及其控制
第五章 钢的热处理
第一节 钢的加热及组织转变
热处理是将钢在固态下加热到预定的温度,并在 该温度下保持一段时间,然后以一定的速度冷却下 来的一种热加工工艺.
热处理工艺曲线示意图
热处理目的：
是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能
①通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延 长机器零件的使用寿命。
共析钢过冷奥氏体等温转变包括两个转变区。
（1）高温转变 在A1～550℃之间, 过冷奥氏体的
转变产物为珠光体型组织, 此温区称珠光体转变区。
(a)珠光体 3800×
(b) 索氏体 8000×
(c)屈氏体 8000 ×
珠光体型组织是铁素体和渗碳体的机械混合物, 渗碳体呈层片状分布在铁素 体基体上，转变温度越低，层间距越小，可将珠光体型组织按层间距大小分 为珠光体(P)（片间距150~450nm）、索氏体(S) （片间距80~150nm）和屈 氏体(T) （片间距30~80nm） 。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长 大过程, 是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。

钢的热处理工艺培训课件
目录
• 钢的热处理工艺简介 • 钢的热处理工艺原理 • 钢的热处理工艺流程 • 钢的热处理工艺应用 • 钢的热处理工艺发展趋势 • 钢的热处理工艺安全与防护
01
钢的热处理工艺简介
热处理工艺的定义
热处理工艺
通过对金属材料进行加热、保温和冷 却，改变其内部组织结构，以达到改 善材料性能的一种工艺方法。
保持工作场所整洁
保持工作场所整洁，避免杂物 堆放，确保通道畅通，防止人
员跌倒或绊倒。
热处理工艺的劳动保护措施
佩戴防护用品 定期检查身体 合理安排工作时间 提供安全培训
在进行热处理操作时，应佩戴合适的防护用品，如手套、防护 眼镜、口罩等，以防止烫伤、烟尘和有害气体对人体的伤害。
长期从事热处理工作的人员应定期进行身体检查，确保身体健 康。
防腐与装饰用钢
在建筑行业中，钢材需要进行防腐和装饰处理， 热处理工艺可以提高其耐腐蚀性和美观度。
05
钢的热处理工艺发展趋 势
新型热处理工艺的发展
真空热处理
真空环境下进行热处理，能够减少氧化和脱碳， 提高表面质量。
激光热处理
利用高能激光束对材料表面进行快速加热和冷却， 实现高精度、高效率的热处理。
去除钢材表面的污垢、锈 迹和其他杂质，确保热处 理前的表面质量。
矫直
通过机械或火焰矫直方法， 消除钢材的弯曲和扭曲， 保证热处理过程的均匀性。
切割和备料
根据热处理需求，将钢材 切割成适当的大小和形状， 确保热处理操作的有效进 行。
热处理工艺流程
加热
将钢材加热到预定的温度，通常 使用燃气、电或盐浴等加热方式。
远程监控
03
通过网络技术对热处理设备进行远程监控和管理，方便对设备

钢的热处理工艺精讲课件
目 录
• 钢的热处理工艺概述 • 钢的热处理工艺原理 • 钢的热处理工艺流程 • 钢的热处理工艺应用 • 钢的热处理工艺优化与改进 • 钢的热处理工艺案例分析
01
钢的热处理工艺概述
定义与分类
定义
热处理是通过加热、保温和冷却 的方式改变金属材料的内部组织 结构，以达到改善其机械性能和 物理性能的过程。
03
钢的热处理工艺流程
预处理
清理
去除钢材表面的油污、锈迹和其他杂质 ，确保热处理过程的均匀性和稳定性。
VS
矫直
对钢材进行矫直处理，消除其弯曲、扭曲 等变形，保证热处理后钢材的平直度和尺 寸精度。
加热
温度控制
将钢材加热至预定的温度范围，通常为700-900℃，以实现所需的组织转变和性能改善。
均匀加热
热处理工艺的发展历程
01
02
03
古代热处理
人类在长期的生产实践中 ，通过将金属材料加热、 锤打、淬火等方式，发现 了热处理技术。
近代热处理
随着工业革命的兴起，人 们对金属材料的性能要求 越来越高，热处理技术得 到了快速发展。
现代热处理
随着科技的不断进步，热 处理技术不断创新和完善 ，出现了许多新型的热处 理工艺和设备。
钢的硬化与回火
硬化
通过快速冷却，使钢在奥氏体相变温度范围内停留，形成马氏体组织，从而使钢 硬化。
回火
将硬化后的钢加热至低于转变温度，使马氏体转变为更稳定的组织，以降低内应 力和提高韧性。
钢的表面处理
表面淬火
通过快速加热和快速冷却，使钢的表 面层硬化，而内部保持韧性。
渗碳处理
将碳原子渗入钢的表面层，以提高表 面硬度和耐磨性。