钢的热处理原理
§1热处理概述
定义：
T(℃) T加
保温
t
热处理工艺曲线
t(h)
目的及重要性：
大型铸钢件的热处理炉
真空淬火炉
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：
热处理
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
M的性能
硬度：与wc（%）有关
钢在冷却时的转变
板条状M： 强度高、有一定的塑性和韧性
片状M 硬而脆
过冷奥氏体等温转变曲线
➢ TTT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
40~45 45~55
下贝氏体 500 ×
性能 综合性能差（强、 塑、韧）
韧性好、综合性能好
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 马氏体转变（低温转变）
温度范围： 230 ～ -50℃（Ms～Mf） 转变特征：非扩散型转变 转变过程：
A
fcc 0.77%C
快速共格切变 50m/s
钢在冷却时的转变
➢ 共析钢 C 曲线简介
点、线、面分析 关于孕育期（τ）
过冷奥氏体等温转变曲线
➢ 影响TTT曲线（C 曲线）的因素
含碳量的影响 合金元素的影响 加热条件的影响
钢在冷却时的转变
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
△T1 △T2
a2 a3
b2
a1 b1 v1
ε
转变产物：B （F 和 碳化物的机械混合物）
贝氏体转变
钢在冷却时的转变
上贝氏体 500 ×
上贝氏体
下贝氏体
组织名称
形成温度（℃）
显微组织特征
硬度（HRC）
上贝氏体 下贝氏体
350~550 230~350
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。
等温冷却曲线（TTT) 连续转变曲线（CCT）
目的及重要性 转变类型
钢在冷却时的转变
过冷奥氏体等温转变（共析钢）
➢ 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
转变产物：P（片层状 F 和 Fe3C 的机械混合物）
富碳区
➢ 影响奥氏体晶粒度的因素 （控制奥氏体晶粒大小的措施）
① TA、VA、tA
② 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
③ 原始组织 ④ 新工艺
钢在加热时的转变
§3 钢在冷却时的转变
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
钢在加热时的转变 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 加热温度和加热速度
T1
② 含碳量
T2
③ 原始组织
④ 合金元素
△T2 △T1
奥氏体晶粒的长大及控制
➢ 奥氏体晶粒度的概念
① 起始晶粒度 ② 实际晶粒度 ③ 本质晶粒度
珠光转变
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）
➢ 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
切变 fcc bcc
F
然后：C 从 F 中析出
550～350℃ B上
350～230℃ B下
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
M的组织特征
产生体积膨胀（浮凸现象）
钢在冷却时的转变
产生组织应力
bcc
M
在 Ms～Mf 之间进行
M转变 开始温度
M转变 终止温度
不能进行到底
产生残余奥氏体 （Ar、AR、A′）
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
奥氏体的形成（奥氏体化过程）
➢ 共析钢的奥氏体化（P A）
① 奥氏体晶核的形成 ② 奥氏体晶粒的长大 T加
dc
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
v=v4：水冷， A在Ms 以前不分解，转变产物— M+ A′
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（CCT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
v2 a3′
v=v1：炉冷， a1 —开始点 ， b1 —终了点 ，
转变在一温度区间内（△T1）进行，转变产物—P
v=v2：空冷， a2 —开始点 ， b2 —终了点 ，
转变温度降低，温度区间变大，转变产物—S
v=v3：油冷， a3—开始点 ， a3′— 无意义，
转变分段进行，转变产物—T+M+ A′
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
M的形貌
板条状M
钢在冷却时的转变
片状M（针叶状）
M的形貌
M形态与含碳量的关系
Wc（%） M形态
混合M
＜0.3 板条状
0.3～1.0 混合M
隐晶M
＞1.0 片状
材料：40Cr（800X） 工艺情况：淬火、回火