碳的质量分数小于0.5％的结构钢选用正火为宜；碳质量 分数大于0.5％的结构钢选用完全退火为宜；而高碳工具 钢则应选用球化退火作为预备热处理。
2、从零件的结构形状考虑
对于形状复杂的零件或尺寸较大的大型钢件，以采用退火
为宜。
3、从经济性考虑
因正火比退火的生产周期短，成本低，操作简单，故在可
能条件下应尽量采用正火，以降低生产成本。
2、影响C曲线的因素
（1）含碳量(奥氏体的含碳量)


含碳量增加，奥氏体的稳定性增大，C曲线右移
除Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都 使C曲线右 移，形状也可能会发生改变。
（2）合金元素 （3）加热温度和保温时间 随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶
解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部 位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
第四节 钢的淬火

将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然 后快速冷却以获得M组织的热处理工艺称为淬火。
淬火是钢的最重要的强化方法。
一、钢的淬火工艺
1、淬火加热温度 在一般情况下，亚共析钢的淬火温度为Ac3以上30～50℃；
共析钢和过共析钢的淬火加热温度为Ac1以上30～50℃。
淬火加热温度的选择示意图
继续
三、马氏体转变
1、马氏体的形态与特点
板条马氏体形貌
片状马氏体形貌
马氏体形态与碳质量分数的关系
2、马氏体转变的特点
（1）非扩散型转 变； （2）马氏体的形 成速度很快，瞬间 形核并长大； （3）马氏体转变 是不彻底的，总会 有残留A残存在。 （3）马氏体转变 是不彻底的。 片状马氏体形成过程示意图
显微镜下的马氏体转变
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第三节 钢的退火与正火
一、退火
将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一 定时间，然后缓慢冷却（随炉冷），以获得接近平衡状 态组织的热处理工艺叫作退火。
二、正火
钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）和Accm（过共析 钢）以上30～50℃，保温适当时间后，在自由流动的空气 中均匀冷却的热处理工艺称为正火。
第五章 钢的热处理
概 述 第一节 钢在加热时的组织转变 第二节 钢在冷却时的组织转变 第三节 钢的退火与正火 第四节 钢的淬火 第五节 钢的回火 第六节 钢的表面淬火 第七节 钢的化学热处理 第八节 表面气相沉积
概 述
热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、
保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而 获得所需性能的一种热加工工艺。
二、感应加热表面淬火用钢及其应用
表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45、40Cr、 40MnB钢等。用于齿轮、轴类零件的表面硬化，提高耐磨 性。
三、感应加热淬火的特点
1）加热速度极快，保温时间极短，过热度大，奥氏体晶粒 细小，又不易长大，因此淬火后表层可获得细小的隐晶马 氏体，硬度比普通淬火高2～3HRC，且脆性较低； 2）由于马氏体转变产生体积膨胀，使工件表面存在残余压 应力，因而具有较高的疲劳强度； 3）由于加热速度快，基本无保温时间，因此，工件一般不 产生氧化脱碳，表面质量好。同时由于内部未被加热，淬 火变形小； 4）生产效率高，易实现机械化与自动化，淬硬层深度也易 于控制。 其缺点是设备较昂贵，维修调整技术要求高，形状复 杂的感应器制造比较困难。
2、淬火冷却介质
几种淬火介质的冷却能力
理想淬火冷却
二、淬火方法
各种淬火方法示意图
三、钢的淬透性与淬硬性 1、钢的淬透性的概念
淬透性：钢在淬火时能够获得M体的能力，它是钢材本身
固有的属性，取决于M体的临界冷却速度 通常用淬透层深度来表示（在相同的加热条件下） 淬透层深度：从工件表面到半M体层的深度
（3）加热温度和保温时间
随加热温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均 匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性， 使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性
（4）钢中未溶第二相
未溶第二相越多，作为结晶核心使A体不稳定，C曲线左移，淬透性下降
4、钢的淬硬性 淬硬性：钢在淬火后能够达到的最高硬度， 它取决于M体的含碳量。 淬透性好的钢其淬硬性不一定高。 如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却 不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其 淬硬性却很高。
45钢（Φ20～Φ40）调质和正火后力学性能的比较
四、回火脆性 淬火钢出现冲击韧性显著下降
的现象称为回火脆性。 回火脆性有低温（250～350℃） 和高温（500～650℃）回火脆 性两种。
•低温回火脆性，属不可逆
回火脆性; 高温回火脆性为可逆回 火脆性。
第六节 钢的表面淬火
一、感应加热的基本原理 感应线圈中通以交流电时，即在其内部和周围产生一与
上贝氏体： 下贝氏体：
550 ～ 350℃，呈羽毛状 350 ℃～Ms 点，呈针状
金相组织
返回
片状珠光体的显微组织
返回
上贝氏体形貌
下贝氏体形貌
返回
二、过冷奥氏体的连续冷却转变
1、连续冷却转变曲线（CCT曲线）
共析钢的C曲线和CCT曲线比较及组织
亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变
继续
珠光体的形成示意图
高温转变：A1～550℃ 一是铁、碳原子扩散
二是晶格重组
扩散型转变
转 变 产 物
珠光体：A1～650℃
索氏体： 650～600℃ 托氏体： 600～550℃
金相组织 返回
下贝氏体形成过程示意图
中温转变：550 ℃～Ms点 转变特点：半扩散型，铁
原子不扩散，碳原子有一 定的扩散能力 转变产物：贝氏体，即 Fe3C分布在含过饱和碳的 铁素体上的两相混合物
电流相同频率的交变磁场。若把工件置于磁场中，则在工 件内部产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于 交流电的集肤效应，靠近工件表面的电流密度大，而中心 几乎为零。工件表面温度快速升高到相变点以上，而心部 温度仍在相变点以下。感应加热后，采用水、乳化液或聚 乙烯醇水溶液喷射淬火，淬火后进行180～200℃低温回 火，以降低淬火应力，并保持高硬度和高耐磨性。透入深 度：δ= f：高、中、低频。
第五节 钢的回火
淬火后得到的是亚稳组织马氏体与残余奥氏体。将淬火零
件重新加热到低于临界点某一温度保温，亚稳组织将发生 转变，这一处理称为回火。回火时的转变称为回火转变。
一、回火目的
1 、淬火后得到的 M组织性能很脆，并存在有内应力，容易产生变形和开 裂； 2、淬火M和A残都是不稳定组织，在工作中会分解，导致零件尺寸的变化， 这对精密零件是不允许的； 3、为了获得要求的强度、硬度、塑性和韧性，以满足零件的使用要求。
a）回火马氏体
回火后的显微组织 b）回火屈氏体
c）回火索氏体Βιβλιοθήκη 共析碳钢淬火回火后的组织与性能
回火组织 组织本质 碳在α -Fe中的 过饱和固溶体 与弥散的ε 碳 化物组成的复 相组织 主要性能特点 保持M的高硬度和耐磨性，但脆性 有所降低
回火马氏体
回火屈氏体
保持马氏体形 态的铁素体与 细粒状渗碳体 的复相组织
二、淬火钢在回火时的组织转变
(1) 马氏体转变，发生于100℃350℃； (2) 残余奥氏体转变，发生于200℃300℃，属于低温回火，得到回火马 氏体(M回)
(3) 碳化物转变，ε(η)→θ， 发生于400℃，属于中温回火，得到回火屈 氏体(T回)； (4) α 相回复再结晶，碳化物聚集长大，发生于400℃550℃，属于高 温回火，得到回火索氏体(S回)。 这四个过程的温度不能截然分开
*退火和正火的目的 降低或提高硬度，便于进行切削加工 消除残余应力 细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能 为最终热处理作好组织准备
各种退火和正火的工艺规范示意图
T10钢球化退火后的组织
碳钢退火和正火后的硬度范围
三、退火和正火的选择 1、从切削加工性考虑
钢的硬度在170～260HBW范围内时，切削加工性能较好，
钢中晶粒度标准图谱
加热温度与奥氏体晶粒大小关系示意图
2、影响奥氏体晶粒度的因素
（1）加热温度和保温时间： T加热 ↑→奥氏体晶粒↑；τ保温↑→奥氏体晶粒↑ （2）钢的成分 奥氏体中的碳含量↑→晶粒长大的倾向↑。若碳以 未溶碳化物的形式存在，则它有阻碍晶粒长大的 作用。 钢中加入能形成稳定碳化物的元素（如：钛、钒、 铌、锆等）和能生成氧化物和氮化物的元素（如： 适量铝等），有利于得到本质细晶粒钢。磷和锰 是促进晶粒长大的元素。
二、奥氏体晶粒长大及其控制 1、奥氏体的晶粒度 可用晶粒直径、单位面积中的晶粒数等方法来表
示晶粒大小。 （1）起始晶粒度 加热转变终了时所得A晶粒度 （2）实际晶粒度 冷却开始时A晶粒度 （3）本质晶粒度 采用标准试验方法，930±10℃ 保温足够时间（3－8小时）所测得钢的晶粒大 小——近年已用较少 (本质粗晶粒、本质细晶粒）
第二节 钢在冷却时的组织转变
冷却的方式
一、过冷奥氏体的等温转变
1、等温转变曲线（C曲线）
共析钢的过冷奥氏体等温转变曲线
共析钢的过冷奥氏体等温转变过程示意图
亚过共析钢的过冷奥氏体等温转变动力学图 对亚共析钢和过共析钢的A等温转变，在C曲线的右上方会有先共析相析 出线。其中A→F为先共析F析出线；A→C为先共析碳化物析出线。
第七节 钢的化学热处理
化学热处理是将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种
元素渗入其表层，以改变化学成分、组织和性能的热处理工艺。 分类：按照表面渗入的元素不同.化学热处理可分为渗碳、氮化、碳 氮共渗、渗硼、渗铝等。 目前,生产上应用最广的化学热处理工艺是渗碳、氮化和碳氦共渗 过程：
第一节 钢在加热时的组织转变