简化的平衡相图
1. 共析钢
A、结晶过程
B、 显微组织
2. 亚共析钢 A、结晶过程
B、 显微组织 P+F
3.过共析钢
A、结晶过程
B、 显微组织 P+Fe3C
4.亚共晶白口铸铁
A、结晶过程
B、 显微组织 莱氏体
渗碳体 珠光体
5.过共晶白口铸铁
A、结晶过程
B、显微组织
莱氏体
渗碳体
一、热处理的工艺方法
它毛坯的预备热处理。
(1)降低硬度，以利于切削加工或其它种类加工； (2)细化晶粒，提高钢的塑性和韧性； (3)消除内应力，并为淬火工序作好准备。
根据退火的具体目的不同，工艺方法有： (1)完全退火 (2)球化退火 (3)低温退火
退火过程中的组织变化
(1)完全退火
• 概念：
将亚共析钢加热到Ac３以上30～50℃，保温后缓慢冷却。为了提高 生产率，也可在缓慢冷却到500℃以下时从炉内取出，使其在空气 中冷却到室温。
§2-1 钢的热处理
• 热处理（heat treatment）
将钢在固态下，通过适当的 温 度 方式进行加热、保温和冷却， 以改变材料内部组织结构， 从而改善材料性能（工艺性 能和使用性能）的一种工艺 方法。 • 热处理起作用的主要因素： 时间、温度和冷却速度
保温 加热
临界温度
冷却
时间
热处理工艺曲线
注：在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状珠光体转变成奥氏体，及少量过剩 碳化物溶解。因此，它不能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球 化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。
(3)低温退火
概念：
它是将钢加热到Ac1以下，保温后缓冷。由于加热温度低于临界温度，因而钢未发 生组织转变。
注意：必须严格控制退火加热温度，若加热温度过高，则奥氏体晶 粒将急剧长大，冷却后仍然是粗大晶粒。
(2)球化退火
－－主要用于过共析钢锻件
球化退火的目的
• 降低硬度，改善切削加工性，并为淬火作好准备。 • 过共析钢经过锻造以后，其珠光体晶粒粗大，且存有少量网状二次渗 碳体，致使硬度高、脆性大，进行切削加工时易磨损刀具，淬火时容 易产生裂纹和变形，这些问题可通过球化退火予以解决。
二、热处理工艺的依据
• 铁碳合金状态图
大多数热处理是要将钢加热 到临界温度以上，使原有组 织转变为均匀的奥氏体后， 再以不同的冷却方式转变成 不同的组织，并获得所需要 的性能。
铁碳合金状态图中组织转变的临界温度 曲线A1、A3、Acm，是在极其缓慢地加 热或冷却条件下测定出来的，而在热处 理中的加热和冷却大多不是极其缓慢的， 故实际转变温度比状态图上的临界温度
有一定的滞后现象，也就是通常所说的
需要有一定的过热或过冷，转变才能充 分进行。为了便于热处理时使用铁碳合 金状态图，通常将加热时实际临界温度 的位置用Ac1、Ac3、Accm表示；将冷却
时实际临界温度的位置用Ar1、Ar3、
Arcm表示，
§ 4－ 1
退火和正火
一、退火 （annealing） 退火是将钢加热、保温，然后随炉冷却 或埋人灰中使其缓慢冷却，以获得接近平 衡组织的热处理工艺。 退火的目的：退火主要用于铸件、锻件、焊件及其
金属材料热处理基础知识
黄胜洲 2012-04-25
§1-1
热处理概况
•热处理与其加工方法特点： 它只改变金属材料的组织和性能，而不改变其形状和尺寸。 • 热处理的作用日趋重要： 因为现代机器制造对金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完 全依赖原材料的原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至 是不可能的。热处理可提高零件的强度、硬度、韧性、弹性，同时， 还可改善毛坯或原材料切削性能，使之易于加工。热处理是改善原 材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘材料 潜力不可缺少的工艺方法。 •热处理在机械制造业中的应用日益广泛。 •在机床制造中要进行热处理的零件占60％～70％； •在汽车、拖拉机制造中占70％～80％； •在各类工具(刃具、模具、量具等)和滚动轴承制造中，100％的需 要进行热处理。
§3-1
铁碳合金的基本组织
铁 碳含量＞2%--弱而脆 铁素体—碳熔于α铁或δ铁中的固量 0.02%-2%
奥氏体—碳熔于γ铁中的固溶体 A
渗碳体—铁碳金属化合物含碳6.67% Fe3C
§3-2
Fe-Fe3C的平衡相图
• (1)C点 共晶点 含碳量为4.3%的合金熔热冷至此点时，在恒温下发 生共晶转变。 • (2)S点 共析点 含碳量为0.77%的合金熔热冷至此点时，在恒温下 发生共析转变。 • (3)ABCD线 液相线 • (4)AHJECF线 固相线。 • (5)GS线 又称A3线，从奥氏体中析出铁索体的曲线，相变 时， 奥氏体成分沿此线向S点变化。 • (6)ES线 又称Acm线，碳在奥氏体中固溶线，其最大溶解度是 1148℃时的2.11%(E点)。奥氏体冷至此线开始析出Fe3C，称为二次 渗碳体，记为Fe3CⅡ，以区别于从液体中直接结晶出的一次渗碳体 。 • (7)PQ线 碳在铁索体中固溶线，其最大溶解度是727℃时的0.02％(P 点)。铁索体冷至此线时将析出二次相Fe3C，称三次渗碳体。
• 完全退火主要用途：
铸钢件和重要锻件，有时也用于淬火返修件。
因为铸钢件铸态下晶粒粗大，塑性、韧性较低；锻件因锻造时变形不均匀，外部和内部温 差大，致使晶粒和组织不均，且有内应力，故硬度偏高，塑性、韧性不足，容易产生裂纹 和变形。上述问题可通过完全退火来解决。
• 完全退火的原理：
钢件被加热到Ac3以上时，呈完全奥氏体状态。由于初始形成的奥 氏体晶粒非常细小，待经过Ar3线缓慢冷却时，通过“重结晶”使 钢件获得细小晶粒，并消除了内应力。
球化退火的原理
• 球化退火时，将钢加热到Ac1以上20～30℃，此时，初始形成的奥氏 体内及其晶界上尚存有少量未完全溶解的渗碳体。在随后的冷却过程 中，从奥氏体中经共析反应析出的渗碳体以未溶渗碳体为晶核，呈球 状析出，分布在铁素体基体之上，这种组织称为球化体。它是人们对 淬火前过共析钢最期望的组织，因为车削片状珠光体时，容易磨损刀 具，而球状珠光体硬度低，节省刀具。