鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理§1熱處理概述

定義：

目的及重要性：改善材料的組織結(jié)構(gòu)提高性能提高工件使用壽命減低成本

分類(lèi)：

熱處理

t(h)加熱冷卻熱處理工藝曲線T(℃)保溫

V加t

V冷大型鑄鋼件的熱處理爐真空淬火爐T加普通熱處理（四火：退火、正火、淬火、回火）表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）§1熱處理概述定義：t(h)加熱冷卻熱處理工藝曲線T(℃)§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

相變的熱滯現(xiàn)象奧氏體化的概念完全奧氏體化不完全奧氏體化

加熱的目的及重要性APA1ETT1T2△T△T§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變相變的熱滯現(xiàn)象APA1ETT1T2

奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）共析鋼的奧氏體化（P

A）奧氏體晶核的形成奧氏體晶粒的長(zhǎng)大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變T加Cγ-αCγ-kdc奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變T加Cγ-αC

奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化影響奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的因素加熱溫度和加熱速度含碳量原始組織合金元素鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)共析鋼T2

T1△T1△T2奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)共析

奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制奧氏體晶粒度的概念起始晶粒度實(shí)際晶粒度本質(zhì)晶粒度影響奧氏體晶粒度的因素（控制奧氏體晶粒大小的措施）TA、VA、tA成分原始組織新工藝鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變C：兩方面的影響Me：除Mn、P，均阻礙A長(zhǎng)大Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu強(qiáng)弱奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變C：兩方面的影響Al

基本概念：過(guò)冷奧氏體奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線等溫冷卻曲線（TTT)連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT）目的及重要性轉(zhuǎn)變類(lèi)型§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變溫度高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變按冷卻方式等溫轉(zhuǎn)變連續(xù)轉(zhuǎn)變F＋AA＋Fe3CⅡ基本概念：§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變溫度高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）

珠光體轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

A1～550（Ar1～550℃）轉(zhuǎn)變特征：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：P（片層狀F和Fe3C的機(jī)械混合物）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變富碳區(qū)貧碳區(qū)A→B組織名稱(chēng)形成溫度（℃）片層間距（μm）片層形態(tài)可見(jiàn)倍數(shù)（×）HBS性能珠光體P（粗P）A1～650＞0.4較厚、平直、連續(xù)500170～250強(qiáng)硬塑韌索氏體S

650～6000.4～0.2～800～1000250～300綜合性能屈氏體（托氏體）T600～550﹤0.2極薄、斷續(xù)、彎曲2000～5000300～450強(qiáng)硬塑韌過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變富碳區(qū)貧碳區(qū)A珠光體轉(zhuǎn)變S

8000×T

8000×P

3800×珠光體轉(zhuǎn)變S8000×T8000×P3800×

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）

貝氏體轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

550～230℃（Ms）轉(zhuǎn)變特征：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：分步進(jìn)行首先：A

F然后：C從F中析出

550～350℃B上

350～230℃B下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：B

（F和碳化物的機(jī)械混合物）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B切變fcc

bccε過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B貝氏體轉(zhuǎn)變組織名稱(chēng)形成溫度（℃）顯微組織特征硬度（HRC）性能上貝氏體350~550鐵素體呈平行扁平狀，細(xì)小滲碳體條斷續(xù)分布在鐵素體之間，在光學(xué)顯微鏡下呈暗灰色羽毛狀特征。40~45綜合性能差（強(qiáng)、塑、韌）下貝氏體230~350鐵素體呈針葉狀，細(xì)小碳化物呈點(diǎn)狀分布在鐵素體中，在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀特征。45~55韌性好、綜合性能好上貝氏體下貝氏體上貝氏體500×下貝氏體500×鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變組織名稱(chēng)形成溫度（℃）顯微組織特征硬度（HRC）性

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）馬氏體轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

230～-50℃（Ms～Mf）轉(zhuǎn)變特征：非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：

A

M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：M馬氏體是碳溶于α-Fe中所形成的過(guò)飽和間隙固溶體鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B快速共格切變

50m/s

bcc0.77%C

fcc0.77%C過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→BM的形貌板條狀M片狀M（針葉狀）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的形貌板條狀M鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M形態(tài)與含碳量的關(guān)系混合MM的形貌Wc（%）＜0.30.3～1.0＞1.0M形態(tài)板條狀混合M片狀材料：40Cr（800X）

工藝情況：淬火、回火

浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕

組織說(shuō)明：板條馬氏體及針狀馬氏體，為典型中碳馬氏體[×500

正常淬火組織：隱晶馬氏體高速鋼隱晶MM形態(tài)與含碳量的關(guān)系M的形貌Wc（%）＜0.30.3～1.0產(chǎn)生體積膨脹（浮凸現(xiàn)象）產(chǎn)生組織應(yīng)力在Ms～Mf之間進(jìn)行不能進(jìn)行到底產(chǎn)生殘余奧氏體（Ar、AR、A′）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的組織特征bccMM轉(zhuǎn)變終止溫度M轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度產(chǎn)生體積膨脹（浮凸現(xiàn)象）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的組織特征bccM硬度：與wc（%）有關(guān)板條狀M：強(qiáng)度高、有一定的塑性和韌性片狀M硬而脆鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的性能硬度：與wc（%）有關(guān)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的性能

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

TTT曲線的建立（以金相硬度法為例）制成金相試樣并奧氏體化分組快冷至A1以下不同溫度保溫每隔一定時(shí)間取出一試樣水淬觀察顯微組織（輔以硬度測(cè)定）確定相變點(diǎn)連接具有相同意義的點(diǎn)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析鋼C曲線簡(jiǎn)介點(diǎn)、線、面分析關(guān)于孕育期（τ）過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析鋼C曲線簡(jiǎn)介

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線影響TTT曲線（C曲線）的因素含碳量的影響合金元素的影響加熱條件的影響鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼的熱處理原理課件用過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程

鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變v=v1：爐冷，a1

—開(kāi)始點(diǎn)，b1

—終了點(diǎn)，轉(zhuǎn)變?cè)谝粶囟葏^(qū)間內(nèi)（△T1）進(jìn)行，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物—Pv=v2：空冷，a2

—開(kāi)始點(diǎn)，b2

—終了點(diǎn)，

轉(zhuǎn)變溫度降低，溫度區(qū)間變大，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物—Sv=v3：油冷，a3—開(kāi)始點(diǎn)，a3′—無(wú)意義，轉(zhuǎn)變分段進(jìn)行，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物—T+M+

A′v=v4：水冷，A在Ms以前不分解，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物—

M+

A′△T1v1v2vk′v3v4a1b1a3b2a2a3′△T2vk′：淬火臨界冷卻速度（M臨界冷卻速度）

——獲得100%

M

的最小冷卻速度用過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線分析鋼的連續(xù)轉(zhuǎn)變過(guò)程鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）

CCT曲線的建立

CCT曲線的分析與C曲線比較CCT曲線的應(yīng)用鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）鋼的熱處理原理鋼的熱處理原理§1熱處理概述

定義：

目的及重要性：改善材料的組織結(jié)構(gòu)提高性能提高工件使用壽命減低成本

分類(lèi)：

熱處理

t(h)加熱冷卻熱處理工藝曲線T(℃)保溫

V加t

V冷大型鑄鋼件的熱處理爐真空淬火爐T加普通熱處理（四火：退火、正火、淬火、回火）表面熱處理（表面淬火、化學(xué)熱處理）§1熱處理概述定義：t(h)加熱冷卻熱處理工藝曲線T(℃)§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變

相變的熱滯現(xiàn)象奧氏體化的概念完全奧氏體化不完全奧氏體化

加熱的目的及重要性APA1ETT1T2△T△T§2鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變相變的熱滯現(xiàn)象APA1ETT1T2

奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）共析鋼的奧氏體化（P

A）奧氏體晶核的形成奧氏體晶粒的長(zhǎng)大殘余滲碳體的溶解奧氏體成分的均勻化鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變T加Cγ-αCγ-kdc奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變T加Cγ-αC

奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）亞共析鋼和過(guò)共析鋼的奧氏體化影響奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的因素加熱溫度和加熱速度含碳量原始組織合金元素鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)共析鋼T2

T1△T1△T2奧氏體的形成（奧氏體化過(guò)程）鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變亞共析鋼過(guò)共析

奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制奧氏體晶粒度的概念起始晶粒度實(shí)際晶粒度本質(zhì)晶粒度影響奧氏體晶粒度的因素（控制奧氏體晶粒大小的措施）TA、VA、tA成分原始組織新工藝鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變C：兩方面的影響Me：除Mn、P，均阻礙A長(zhǎng)大Al、Ti、Zr、V、W、Mo、Cr、Si、Ni、Cu強(qiáng)弱奧氏體晶粒的長(zhǎng)大及控制鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變C：兩方面的影響Al

基本概念：過(guò)冷奧氏體奧氏體的冷卻轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變曲線等溫冷卻曲線（TTT)連續(xù)轉(zhuǎn)變曲線（CCT）目的及重要性轉(zhuǎn)變類(lèi)型§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變溫度高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變產(chǎn)物珠光體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變馬氏體轉(zhuǎn)變按冷卻方式等溫轉(zhuǎn)變連續(xù)轉(zhuǎn)變F＋AA＋Fe3CⅡ基本概念：§3鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變溫度高溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）

珠光體轉(zhuǎn)變（高溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

A1～550（Ar1～550℃）轉(zhuǎn)變特征：擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：P（片層狀F和Fe3C的機(jī)械混合物）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變富碳區(qū)貧碳區(qū)A→B組織名稱(chēng)形成溫度（℃）片層間距（μm）片層形態(tài)可見(jiàn)倍數(shù)（×）HBS性能珠光體P（粗P）A1～650＞0.4較厚、平直、連續(xù)500170～250強(qiáng)硬塑韌索氏體S

650～6000.4～0.2～800～1000250～300綜合性能屈氏體（托氏體）T600～550﹤0.2極薄、斷續(xù)、彎曲2000～5000300～450強(qiáng)硬塑韌過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變富碳區(qū)貧碳區(qū)A珠光體轉(zhuǎn)變S

8000×T

8000×P

3800×珠光體轉(zhuǎn)變S8000×T8000×P3800×

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）

貝氏體轉(zhuǎn)變（中溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

550～230℃（Ms）轉(zhuǎn)變特征：半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：分步進(jìn)行首先：A

F然后：C從F中析出

550～350℃B上

350～230℃B下轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：B

（F和碳化物的機(jī)械混合物）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B切變fcc

bccε過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B貝氏體轉(zhuǎn)變組織名稱(chēng)形成溫度（℃）顯微組織特征硬度（HRC）性能上貝氏體350~550鐵素體呈平行扁平狀，細(xì)小滲碳體條斷續(xù)分布在鐵素體之間，在光學(xué)顯微鏡下呈暗灰色羽毛狀特征。40~45綜合性能差（強(qiáng)、塑、韌）下貝氏體230~350鐵素體呈針葉狀，細(xì)小碳化物呈點(diǎn)狀分布在鐵素體中，在光學(xué)顯微鏡下呈黑色針葉狀特征。45~55韌性好、綜合性能好上貝氏體下貝氏體上貝氏體500×下貝氏體500×鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變組織名稱(chēng)形成溫度（℃）顯微組織特征硬度（HRC）性

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）馬氏體轉(zhuǎn)變（低溫轉(zhuǎn)變）溫度范圍：

230～-50℃（Ms～Mf）轉(zhuǎn)變特征：非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變過(guò)程：

A

M轉(zhuǎn)變產(chǎn)物：M馬氏體是碳溶于α-Fe中所形成的過(guò)飽和間隙固溶體鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→B快速共格切變

50m/s

bcc0.77%C

fcc0.77%C過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變（共析鋼）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變A→BM的形貌板條狀M片狀M（針葉狀）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的形貌板條狀M鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M形態(tài)與含碳量的關(guān)系混合MM的形貌Wc（%）＜0.30.3～1.0＞1.0M形態(tài)板條狀混合M片狀材料：40Cr（800X）

工藝情況：淬火、回火

浸蝕方法：4%硝酸酒精溶液浸蝕

組織說(shuō)明：板條馬氏體及針狀馬氏體，為典型中碳馬氏體[×500

正常淬火組織：隱晶馬氏體高速鋼隱晶MM形態(tài)與含碳量的關(guān)系M的形貌Wc（%）＜0.30.3～1.0產(chǎn)生體積膨脹（浮凸現(xiàn)象）產(chǎn)生組織應(yīng)力在Ms～Mf之間進(jìn)行不能進(jìn)行到底產(chǎn)生殘余奧氏體（Ar、AR、A′）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的組織特征bccMM轉(zhuǎn)變終止溫度M轉(zhuǎn)變開(kāi)始溫度產(chǎn)生體積膨脹（浮凸現(xiàn)象）鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的組織特征bccM硬度：與wc（%）有關(guān)板條狀M：強(qiáng)度高、有一定的塑性和韌性片狀M硬而脆鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的性能硬度：與wc（%）有關(guān)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變M的性能

過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線

TTT曲線的建立（以金相硬度法為例）制成金相試樣并奧氏體化分組快冷至A1以下不同溫度保溫每隔一定時(shí)間取出一試樣水淬觀察顯微組織（輔以硬度測(cè)定）確定相變點(diǎn)連接具有相同意義的點(diǎn)鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變共析鋼C曲線