第五章 钢的热处理

钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材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。

热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。

其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，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。

热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。

热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等；3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

热处理的三阶段：加热、保温、冷却一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。

在铁素体和渗碳体的相界面上形成。

有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。

1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。

2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。

（F比Fe 3 C先消失）3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。

（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。

分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。

2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。

由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。

二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。

三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。

四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。

在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。

3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。

一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。

其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。

合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。

特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

二是按合金元素总含量分类：分为低合金钢（合金元素总含量＜5％）、中合金钢（合金元素总含量5％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。

4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。

其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。

钢的热处理的一般过程
钢的热处理通常包括加热、保温、冷却等过程。

1. 加热：将钢材放入加热炉中，通过高温加热，使其达到特定的温度，以改变其组织结构和性能。

常用的加热方式有气氛加热、电阻加热、电感加热等方法。

2. 保温：在钢材达到所需温度后，需要在加热炉中保温一定的时间，以使钢材的温度均匀地分布到整个材料中。

保温的时间取决于材料的类型、尺寸和所需的性能等因素。

3. 冷却：钢材完成保温后需要快速冷却，以将其固化为所需的组织结构和力学性能。

冷却方式可以分为空气冷却、水淬火、油淬火等方法。

4. 调质：钢经过淬火处理后，通常会有过硬和脆的缺点，需要进行调质处理，以改善其组织结构和性能。

常用的调质方法包括回火、等温退火、正火、精调等处理。

以上就是钢的热处理的一般过程，不同类型的钢材需要不同的处理方式，以适应其不同的使用环境和需求。

钢的热处理方法钢是一种重要的金属材料，在工业生产和日常生活中得到广泛应用。

为了提高钢的性能和使用寿命，需要对钢进行热处理。

热处理是指通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢材的组织和性能发生变化，从而达到预期的效果。

本文将介绍几种常见的钢的热处理方法。

第一种热处理方法是退火。

退火是将钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。

退火可以消除钢材中的应力，改善钢材的塑性和韧性，提高加工性能。

退火分为全退火和局部退火两种。

全退火是将整个钢材进行退火处理，局部退火是只对钢材的某一部分进行退火处理。

退火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定。

第二种热处理方法是淬火。

淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却的过程。

淬火可以使钢材的组织转变为马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。

淬火的冷却介质可以是水、油或气体，不同的冷却介质会对钢材的硬度和组织产生影响。

淬火后的钢材通常需要进行回火处理，以提高其韧性和减少内应力。

第三种热处理方法是正火。

正火是将钢材加热到临界温度，然后在空气中冷却的过程。

正火可以使钢材的组织转变为珠光体组织，从而提高钢材的韧性和塑性。

正火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行正火处理。

第四种热处理方法是回火。

回火是将淬火后的钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。

回火可以降低钢材的硬度和脆性，提高其韧性和塑性。

回火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行回火处理。

第五种热处理方法是表面处理。

表面处理是通过加热和冷却的方式改变钢材表面的组织和性能。

常见的表面处理方法包括渗碳、氮化、镀层等。

渗碳是将钢材加热到高温，使其表面吸收碳元素，从而提高表面的硬度和耐磨性。

氮化是将钢材加热到高温，使其表面吸收氮元素，从而提高表面的硬度和耐腐蚀性。

镀层是将钢材表面涂覆上一层金属或非金属材料，以改变其表面的性质和外观。

以上是几种常见的钢的热处理方法。

钢材热处理的四种方法
钢材热处理是钢铁制造业中的一项重要工艺，它能够改变钢材的组织结构和性能，增强钢材的强度、韧性和耐磨性。

现在，我们将介绍热处理钢材的四种方法。

1. 火焰淬火
火焰淬火是一种常见的钢材热处理方法，它通过在钢材表面加热的同时，使用水、油或空气急冷的方式来迅速冷却钢材。

这种方法可以提高钢材的硬度和韧性，适用于生产高强度、高韧性的组件。

2. 淬火加回火
淬火加回火是一种将淬火和加回火结合起来的热处理方法。

首先，在高温下进行淬火，然后在适当的温度下进行回火，可以使钢材获得较高的强度和韧性。

这种方法适用于制造高强度和高耐磨性的零件。

3. 退火
退火是一种将钢材加热至一定温度，然后缓慢冷却的热处理方法。

这种方法可以使钢材改善韧性和可塑性，较好地适用于制造需要弯曲、拉伸和冲压的钢材产品。

4. 软化处理
软化处理是一种将钢材加热至高温，然后缓慢冷却的热处理方法。

这种方法可以使钢材获得较高的可塑性和韧性，具有优良的加工和成形
性能。

总的来说，这四种方法是钢材热处理中较为基础和常见的方法。

每种方法都有其特定的优缺点和适用范围，因此在选择热处理方法时，需要结合不同的钢材类型和使用条件来进行选择。

钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。

常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。

1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。

渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。

2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。

这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。

淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。

3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。

淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。

4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。

钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。

钢的热处理方法5种
钢的热处理方法有五种，分别是正火处理、回火处理、正变处理、淬火处理和渗碳处理。

正火处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构恢复正常，以消除机械加工或热处理造成的残余应力。

回火处理是指将钢在低温下维持一段时间，以恢复钢的组织结构，使钢具有良好的机械性能。

正变处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构发生变化，以改善钢的机械性能。

淬火处理是指将钢在高温下维持一段时间，使钢的组织结构发生变化，以增加钢的抗拉强度和耐磨性。

渗碳处理是指将钢在低温下维持一段时间，以使钢中的碳元素更好地渗入组织结构，以提高钢的抗拉强度和耐磨性。

钢的热处理方法有五种，分别是正火处理、回火处理、正变处理、淬火处理和渗碳处理，它们都可以改善钢的机械性能，提高钢的抗拉强度和耐磨性。

1.奥氏体晶粒大小与哪些因素有关？为什么说奥氏体晶粒大小直接影响冷却后钢的组织和性能？奥氏体晶粒大小是影响使用性能的重要指标，主要有下列因素影响奥氏体晶粒大小。

（1）加热温度和保温时间。

加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。

（2）加热速度。

加热速度越快，过热度越大，奥氏体的实际形成温度越高，形核率和长大速度的比值增大，则奥氏体的起始晶粒越细小，但快速加热时，保温时间不能过长，否则晶粒反而更加粗大。

（3）钢的化学成分。

在一定含碳量范围内，随着奥氏体中含碳量的增加，碳在奥氏体中的扩散速度及铁的自扩散速度增大，晶粒长大倾向增加，但当含碳量超过一定限度后，碳能以未溶碳化物的形式存在，阻碍奥氏体晶粒长大，使奥氏体晶粒长大倾向减小。

（4）钢的原始组织。

钢的原始组织越细，碳化物弥散速度越大，奥氏体的起始晶粒越细小，相同的加热条件下奥氏体晶粒越细小。

传统多晶金属材料的强度与晶粒尺寸的关系符合Hall-Petch关系，即σs=σ0+kd-1/2，其中σ0和k是细晶强化常数，σs是屈服强度，d是平均晶粒直径。

显然，晶粒尺寸与强度成反比关系，晶粒越细小，强度越高。

然而常温下金属材料的晶粒是和奥氏体晶粒度相关的，通俗地说常温下的晶粒度遗传了奥氏体晶粒度。

所以奥氏体晶粒度大小对钢冷却后的组织和性能有很大影响。

奥氏体晶粒度越细小，冷却后的组织转变产物的也越细小，其强度也越高，此外塑性，韧性也较好。

2．过冷奥氏体在不同的温度等温转变时，可得到哪些转变产物？试列表比较它们的组织和性能。

3.共析钢过冷奥氏体在不同温度的等温过程中，为什么550℃的孕育期最短，转变速度最快？因为过冷奥氏体的稳定性同时由两个因素控制：一个是旧与新相之间的自由能差ΔG；另一个是原子的扩散系数D。

等温温度越低，过冷度越大，自由能差ΔG也越大，则加快过冷奥氏体的转变速度；但原子扩散系数却随等温温度降低而减小，从而减慢过冷奥氏体的转变速度。

高温时，自由能差ΔG起主导作用；低温时，原子扩散系数起主导作用。

第一章金属的晶体结构与结晶1．解释下列名词点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。

2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？3.配位数和致密度可以用来说明哪些问题？4.晶面指数和晶向指数有什么不同？5.实际晶体中的点缺陷，线缺陷和面缺陷对金属性能有何影响？6.为何单晶体具有各向异性，而多晶体在一般情况下不显示出各向异性？7.过冷度与冷却速度有何关系？它对金属结晶过程有何影响？对铸件晶粒大小有何影响？8.金属结晶的基本规律是什么？晶核的形成率和成长率受到哪些因素的影响？9.在铸造生产中，采用哪些措施控制晶粒大小？在生产中如何应用变质处理？第二章金属的塑性变形与再结晶1．解释下列名词：加工硬化、回复、再结晶、热加工、冷加工。

2．产生加工硬化的原因是什么？加工硬化在金属加工中有什么利弊？3．划分冷加工和热加工的主要条件是什么？4．与冷加工比较，热加工给金属件带来的益处有哪些？5．为什么细晶粒钢强度高，塑性，韧性也好？6．金属经冷塑性变形后，组织和性能发生什么变化？7．分析加工硬化对金属材料的强化作用？8．已知金属钨、铁、铅、锡的熔点分别为3380℃、1538℃、327℃、232℃，试计算这些金属的最低再结晶温度，并分析钨和铁在1100℃下的加工、铅和锡在室温（20℃）下的加工各为何种加工？9．在制造齿轮时，有时采用喷丸法（即将金属丸喷射到零件表面上）使齿面得以强化。

试分析强化原因。

第三章合金的结构与二元状态图1．解释下列名词：合金，组元，相，相图；固溶体，金属间化合物，机械混合物；枝晶偏析，比重偏析；固溶强化，弥散强化。

2．指出下列名词的主要区别：1）置换固溶体与间隙固溶体；2）相组成物与组织组成物；3．下列元素在α-Fe 中形成哪几种固溶体?Si、C、N、Cr、Mn4．试述固溶强化、加工强化和弥散强化的强化原理,并说明三者的区别.5．固溶体和金属间化合物在结构和性能上有什么主要差别？6. 何谓共晶反应、包晶反应和共析反应?试比较这三种反应的异同点.7．二元合金相图表达了合金的哪些关系？8．在二元合金相图中应用杠杆定律可以计算什么？9. 已知A（熔点600℃）与B(500℃) 在液态无限互溶；在固态300℃时A溶于B 的最大溶解度为30% ，室温时为10%，但B不溶于A；在300℃时，含40% B 的液态合金发生共晶反应。

这一章主要给大家介绍一下有关钢的热处理的一些知识。

通过加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而改变钢机械性能的工艺，称为热处理。

热处理是强化金属材料，充分发挥金属材料力学性能的工艺，是改善材料加工性能的重要手段。

利用不同的加热温度和冷却方式，可以改变钢的组织。

钢的组织不同，其力学性能就有差异。

按照加热温度和冷却方法的不同，热处理可分为：退火，正火，淬火及回火。

此外，还有通过改变钢表面的化学成分，从而改变其组织和性能的化学热处理。

●热处理的这三个阶段，可以用工艺过程曲线来表示。

第一节钢在加热时的转变一、加热温度的确定●热处理的第一道工序就是加热。

●铁碳合金相图是确定加热温度的理论基础。

●钢的加热程度就是奥氏体的形成过程，这种组织转变可以称为奥氏体化。

●在奥氏体化中，原来的铁素体、珠光体、贝氏体、马氏体、渗碳体等转化为奥氏体组织。

●注意：加热时，钢的组织实际转变温度往往是高于相图中的理论相变温度；冷却时，也往往低于相图中的理论相变温度。

●在热处理工艺中，不加热时的临界点分别用AC1、AC3、ACCm表示；而冷却是的临界点分别用Ar1、Ar3、Arcm表示。

二、奥氏体化过程以共析钢为例珠光体转变为奥氏体是一个从新结晶的过程。

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包类型不同，含碳量差别很大，转变为奥氏体必须进行晶包的改组和铁碳原子的扩散。

奥氏体化大致可分为四个过程，如图所示。

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。

2．奥氏体长大奥氏体一旦形成，便通过原子扩散不断长大。

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。

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。