钢 的 热 处 理 原 理
§1 钢的热处理概述 §2 钢在加热时的转变 §3 钢在冷却时的转变
§1热处理概述
定义： 定义
T(℃) T加 保温
t
热处理工艺曲线
t(h)
大型铸钢件的热处理炉
真空淬火炉
目的及重要性： 目的及重要性：
改善材料的组织结构 提高性能 提高工件使用寿命 减低成本
分类： 分类：
热处理
Mf
A→M
M+A'
60~65HRC
M
1
10
10
2
10
3
10
4
5 10 时间/s
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线
影响TTT曲线（C 曲线）的因素 曲线（ 曲线） 曲线
含碳量的影响 合金元素的影响 加热条件的影响
T/ ℃ 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 0
P 3800×
S 8000×
T 8000×
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢） 过冷奥氏体等温转变（共析钢）
贝氏体转变（中温转变） 贝氏体转变（中温转变）
温度范围： 550～230℃（Ms） 转变特征：半扩散型转变 转变过程：分步进行
首先： A fcc切变bcc
F
然后：C 从 F 中析出 B上 350～230℃ B下 ε
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢） 过冷奥氏体等温转变（共析钢）
珠光体转变（高温转变） 珠光体转变（高温转变）
温度范围： A1 ～550（Ar1 ～550℃） 转变特征：扩散型转变 转变过程：
贫碳区
富碳区
转变产物：P（片层状 F
组织名称 珠光体 P（粗P） 索氏体 S 屈氏体（托氏体）T 形成温度 （℃） A1 ～650 650～600 600～550
和 Fe3C 的机械混合物）
片层形态 较厚、平直、连续 ～ 可见倍数 （×） 500 800～1000 2000～5000 HBS 170～250 250～300 300～450 强硬 性能 塑韧
片层间距 （μm） ） ＞0.4 0.4～0.2 ﹤0.2
综合性能 强硬 塑韧
极薄、断续、弯曲
珠光体转变
550～350℃
转变产物：B （F 和 碳化物 F 碳化物的机械混合物）
钢在冷却时的转变
贝氏体转变
上贝氏体 500 ×
上贝氏体
组织名称
形成温度（ 形成温度（℃） 显微组织特征
下贝氏体
下贝氏体 500 ×
硬度（ 硬度（HRC） ）
性能
上贝氏体
350~550
铁素体呈平行扁平状，细小渗碳体条断续分布在铁素体 之间，在光学显微镜下呈暗灰色羽毛状特征。 铁素体呈针叶状，细小碳化物呈点状分布在铁素体中， 在光学显微镜下呈黑色针叶状特征。
bcc
M转变 开始温度 开始
M转变 终止温度 终止
不能进行到底 产生残余奥氏体 （Ar、AR、A′）
钢在冷却时的转变
M的性能
硬度：与wc（%）有关
板条状M： 强度高、有一定的塑性和韧性 片状M 硬而脆
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变曲线
TTT曲线的建立 曲线的建立
（以金相硬度法为例）
制成金相试样并奥氏体化 分组快冷至A1以下不同温度保温 每隔一定时间取出一试样水淬 观察显微组织（辅以硬度测定） 确定相变点 连接具有相同意义的点
A3 A1
A
A→ F A→ P
A+F
800 700
T/℃
A1
T/ ℃ 800
A
A cm A1
A
e 3C A→ F
Ⅱ
A+Fe 3 C Ⅱ P+Fe 3 C Ⅱ
700
A →P
P+F
600 500
P
600 500
A→ P
A→ B
Ms
B
400 300
Ms
A →B
B
400 300 200
Ms
A→ B
B
200
Mf
v4 vk′ v3
vk′：淬火临界冷却速度（M临界冷却速度）
——获得 100% M 的最小冷却速度
钢在冷却时的转变 过冷奥氏体连续转变曲线（ 曲线） 过冷奥氏体连续转变曲线（CCT曲线） 曲线
CCT曲线的建立 CCT曲线的分析 与C曲线比较 CCT曲线的应用
A3 A1 A M
S
钢的CCT曲线
F P B M MS M Acm A1 A P
fcc 0.77%C
快速共格切变 50m/s
M
bcc 0.77%C
转变产物：M
马氏体是碳溶于α Fe中所形成的过饱和间隙固溶体 马氏体是碳溶于α-Fe中所形成的过饱和间隙固溶体
钢在冷却时的转变
M的形貌
板条状M
片状M（针叶状）
M的形貌
M形态与含碳量的关系
W c （% ） M形态 ＜0.3 板条状 0.3～ 0.3～1.0 混合M ＞1.0 片状
混合M
隐晶M
材料：40Cr（800X） 工艺情况：淬火、回火 浸蚀方法：4%硝酸酒精溶液浸蚀 组织说明：板条马氏体及针状马氏体，为典型中碳马 氏体
[×500 正常淬火组织：隐晶马氏体
高速钢
钢在冷却时的转变
M的组织特征
产生体积膨胀（浮凸现象）
c =1 a
c >> 1 a
M
产生组织应力 在 Ms～Mf 之间进行
普通热处理（四火：退火、正火、淬火、回火） 表面热处理 （表面淬火、化学热处理）
§2 钢在加热时的转变
相变的热滞现象
E
△T
△T
P
A T1 A1 T2 T
奥氏体化的概念
完全奥氏体化 不完全奥氏体化
加热的目的及重要性
钢在加热时的转变 奥氏体的形成（奥氏体化过程） 奥氏体的形成（奥氏体化过程）
共析钢的奥氏体化（ 共析钢的奥氏体化（P
T/℃
A1
共析钢 C 曲线简介
点、线、面分析 关于孕育期（τ）
800 700 600 500 400 300
Ms
A
始
转变开 过 A→S 冷 A A→T
A→P
转变结束
P 5~25HRC S
25~35HRC 35~40HRC 40~50HRC
T
过 冷 A
A→上 B
上B
A→下B
下B 50~60HRC
200 100 0 -100 0
③ ④
原始组织 新工艺
§3 钢在冷却时的转变
基本概念： 基本概念： 过冷奥氏体 奥氏体的冷却转变 过冷奥氏体转变曲线
等温冷却曲线（TTT) 连续转变曲线（CCT）
目的及重要性 转变类型
按转变温度 高温转变 中温转变 低温转变 按转变产物 珠光体转变 贝氏体转变 马氏体转变 按冷却方式 连续转变 等温转变
①
A） ）
奥氏体晶核的形成
dc
②
奥氏体晶粒的长大
T加
Cγ-α
Cγ-k
③
残余渗碳体的溶解
④
奥氏体成分的均匀化
钢在加热时的转变 奥氏体的形成（奥氏体化过程） 奥氏体的形成（奥氏体化过程）
亚共析钢和过共析钢的奥氏体化
过共析钢
亚共析钢
影响奥氏体转变过程的因素
① ② ③ ④
加热温度和加热速度 含碳量 原始组织 合金元素
T1 T2
△T2 △T1
钢在加热时的转变
奥氏体晶粒的长大及控制
奥氏体晶粒度的概念
① ② ③
起始晶粒度 实际晶粒度 本质晶粒度
影响奥氏体晶粒度的因素 （控制奥氏体晶粒大小的措施） 控制奥氏体晶粒大小的措施）
① ②
TA、VA、tA 成分
C：两方面的影响 Me：除Mn、P，均阻碍A长大
Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu 强 弱
M+A'
100 0
Mf
M+A'
100 0
Mf
M+A'
1
10
10 10 时 间 /s
2

3
10
4
-100
0
1
10
10 10 时间/s
2
3
10
4
-100 5 10 0
1
10
10 10 时间/s
2
3
10
4
10
5
钢在冷却时的转变
用过冷奥氏体等温转变曲线分析钢的连续转变过程
v=v1：炉冷，
△T1 △T2
a1 —开始点 ， a2 —开始点 ， a3—开始点 ，
0.30%C 930 ℃ 30min A3 A1 F A MS M B P
0.90%C 930 ℃ 30min A3 A1 A P
F
MS M
B
16Mn
900 ℃
5min
40Cr
850 ℃
10min
b1 —终了点 ， b2 —终了点 ， a3′— 无意义，
a3
a2 b2 v2
a1 b1
转变在一温度区间内（△T1）进行，转变产物—P （ ）
v1
v=v2：空冷， v=v3：油冷， v=v4：水冷，
转变温度降低，温度区间变大，转变产物—S 转变分段进行，转变产物—T+M+
a3
′
A′ A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A A′
40~45
综合性能差（强、 塑、韧）
下贝氏体
230~350
45~55