热处理原理

第一部分热处理原理

一、教学目的与要求

1.了解热处理的基本原理；

2.了解本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；钢在加热和冷却过程中产生的缺陷；

3.熟悉钢在加热和冷却时组织转变的机理；

二、教学课时数

1.理论教学14学时

2.实验教学4学时

合计18学时

三、学习重点

钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；

共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。

非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；

奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；

四、教学手段：

以现代化的多媒体教学设施进行讲授，将各种曲线、金相图片播放在大屏幕上，帮助学生理解奥氏体的形成过程。

五、教学方法：

采用启发式方法。以材料科学基础（上）为基本出发点，引导学生逐渐进入本课程的学习。

六、基本教材或主要参考书：

[1] 崔忠圻主编. 金属学与热处理(第二版) [M]. 武汉: 机械工业出版社, 2007.

[2] 李超主编. 金属学原理[M]. 西安: 哈尔滨工业大学出版社, 1989.

[3] 胡庚详主编. 金属学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1980.

[4] 赵品主编. 材料科学基础[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2004.

[5] 热处理手册，中国机械工程学会，机械工业出版社，2006

[6] 邓文英主编，金属工艺学(上)，北京: 高等教育出版社，2000

七、思考题：

1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。

2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？

3、合金元素对奥氏体形成的四个阶段有何影响。

4、钢在连续加热时珠光体奥氏体转变有何特点。

5、何谓奥氏体的本质晶粒度、起始晶粒度和实际晶粒度。钢中弥散析出的第二相对奥氏体晶粒的长大有何影响。

6、试讨论奥氏体等温形成动力学的特点。

7、试讨论影响奥氏体形成速度的因素。

8、试叙述奥氏体晶粒的长大过程及影响因素。

第一节热处理的原理及分类

一、实验：钢丝的水冷与空冷

现象：放在水中冷却的一根钢丝硬而脆，很容易折断；放在空气中冷却的一根较软、有较好的塑性，可以卷成圆圈而不断裂。

实验说明：虽然钢的成分相同，加热的温度也相，但采用不同的冷却方法，却得到了不同的力学性能。这主要是因为在不同冷却速度的情况下，钢的内部组织发生了不同的变化，性能改变。

二、热处理定义：

将固态金属或合金采用适当的方法时行加热、保温、冷却，以获得所需要的组织结构与性能的工艺。

三、目的：

获得所需组织和性能（使用性能和工艺性能）；

充分发挥钢材潜力（共析钢热处理后P→M，25HRC→65HRC）；

延长零件使用寿命；

改善零件工艺性能，提高切削加工工艺性，减少刀具磨损。

四、热处理理论基础：

固态金属或合金的同素异构转变，通过适当的方法改变组织，从而得到不同的性能。

1、热处理的对象：固态金属或合金

原因：热处理加热在Ac1、Ac3、Accm附近，未达到熔点，金属处于固态；

热处理的理论基础同素异构现象是固态金属或合金才具备的特性。

2、工艺过程：加热、保温、冷却，其加热温度范围、保温时间长短、冷却速度快慢因条件不同而不同。

预备热处理：是零件加工过程中的一道中间工序（也称为中间热处理），其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。

最终热处理：是指能赋予工件使用性能的热处理，其目的是使经过成型工艺达到要求的形状和尺寸的零件达到所需要的使用性能。

根据铁碳平衡相图，共析钢加热到超过A 1温度时，全部转变为奥氏体；而亚共析钢和过共析钢加热到A 3和Acm 以上获得单相奥氏体。

通常把加热时的实际临界温度标以字母“c”，如Ac 1、Ac 3、Ac cm ；而把冷却时的实际临界温度标以字母“r”，如Ar 1、Ar 3、Ar cm 等。其物理意义分别为：

Ac 1：加热时珠光体向奥氏体转变的温度；

Ar 1：冷却时奥氏体向珠光体转变的温度；

Ac 3：加热时先共析铁素体全部转变为奥氏体的终了温度；

Ar 3：冷却时奥氏体向铁素体转变的开始温度；

Ac cm ：加热时二次渗碳体全部溶入奥氏体的终了温度；

Ar cm ：冷却时从奥氏体中开始析出二次渗碳体的温度。

3、工艺曲线：

五、热处理的分类：

1、一般分类：

2、按目的和工序分类：

预备热处理：退火、正火、调质

最终热处理：淬火、回火、表面热处理

3、热处理适用范围：

60～70%机床制造中零件；

70～80%拖拉机制造中零件；

工具、模具、轴承几乎全部要热处理；

NdFeB材料要通过热处理改善性能。

4、学习热处理的意义：

了解材料在不同加热、保温、冷却条件下组织变化规律，正确设计和实施热处理工艺。

第二节钢在加热时的组织转变

加热是热处理的首道工序，大多是先把钢件加热到高温，目的是使钢得到奥氏体组织。通常将这一过程称为钢的奥氏体化。

一、奥氏体的形成

1、共析钢奥氏体化温度

加热冷却时，铁碳合金状态图上各临界点的位置

2、共析钢加热时奥氏体的形成过程

奥氏体的形成遵循一般的相变规律，包括形核与长大两个基本过程，可分为四个阶段：（1）奥氏体晶核的形成。将钢加热到Ac1以上时，珠光体转变成奥氏体，奥氏体晶核首先在铁素体和渗碳体的相界面形成。

（2）奥氏体长大。稳定的奥氏体晶核形成后，开始长大生成小晶体，同时又有新的晶核形成。

（3）残余渗碳体的溶解。由于铁素体的碳浓度和结构与奥氏体相近，铁素体转变为奥氏体的速度远比渗碳体向奥氏体中的溶解快。

（4）奥氏体成分的均匀化。在渗碳体全部溶解完时，奥氏体的成分是不均匀的，需要保温一定时间，碳原子充分扩散，获得均匀的单相奥氏体。

3、亚共析钢与过共析钢加热时奥氏体的形成

亚共析钢与过共析钢的室温平衡组织分别为（P+F）和（P + Fe3CⅡ）。其中，加热时珠光体转变为奥氏体的过程与共析钢的相同；不同的是：亚共析钢多了铁素体向奥氏体的转变

过程，过共析钢多了二次渗碳体的溶解过程。所以，亚共析钢要得到全部奥氏体需加热到Ac3以上，对过共析钢要在Ac cm以上。这一过程为完全奥氏体化。

如果亚共析钢仅在Ac1～Ac3温度之间加热，加热后的组织是“A + F”两相共存；对过共析钢在Ac1～Ac cm温度之间加热，加热后的组织应为“A + Fe3CⅡ”两相共存。这一过程为不完全奥氏体化。

在加热后的冷却过程中，只是奥氏体向其它的组织转变，铁素体或二次渗碳体则不会发生转变，保留在钢的室温组织中，会对钢的力学性能产生影响。

二、奥氏体晶粒的大小及控制

1、奥氏体晶粒度—表示奥氏体晶粒大小

晶粒度评级（冶标）：00，0，1，2，…，10共12个等级；其中，3级以下为粗晶粒，4～6级中等晶粒，7～8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。

根据加热时奥氏体晶粒长大的超势，钢种有

本质细晶粒钢：加热时，A不容易长大，含Nb,Ti,V等元素的钢；意义：渗碳！

本质粗晶粒钢：加热时，A晶粒容易长大。

2、奥氏体晶粒的大小的控制

一般从以下几个方面考虑

（1）加热温度和保温时间。

加热温度高，保温时间长，奥氏体晶粒长大。

加热温度高，保温时间短，可获得细小的晶粒。

加热温度一定，延长保温时间，晶粒不断长大，并趋于稳定。

原因：原子的扩散能力主要与温度有关。保温的目的主要是为了使工件温度均匀，奥氏体的成分均匀化。

（2）加热速度。在实际生产中，常采用快速加热和短时保温的方法来获得细小晶粒。

原因：加热速度越快，过热度越大，奥氏体化温度越高，形核率和长大速率越大，但前者大于后者，可获得细小的奥氏体起始晶粒；另一方面，温度较高时，界面能高，原子扩散

能力增强，细小晶粒反而易于长大，所以保温时间又不能太长。

（3）原始组织。

（4）钢的化学成分

碳元素的影响：随碳含量增加，奥氏体晶粒长大倾向增加；当有未溶碳化物存在时，可阻碍晶粒长大，得到细小奥氏体晶粒。

合金元素影响：

A．钢中加入Al、V、Zr、Ti、Nb元素可起到细化晶粒的作用。因为能形成高熔点、弥散分布的碳化物或氮化物，阻碍晶界移动，强烈阻碍奥氏体晶粒长大。

B．Mn、P及过量的Al等溶入奥氏体中，可加速铁的扩散，促进奥氏体晶粒的长大。

三、钢加热时常见的缺陷及防止措施

1．常见的缺陷

氧化：钢在氧化性气氛（如气氛中有O2、CO2、H2O等）加热时易被氧化，工件表面形成FeO、Fe2O3、Fe3O4等氧化物，导致钢的烧损，零件尺寸变小，表面粗糙，更重要的是严重影响后序热处理的质量。

脱碳：指钢中的碳被烧损，导致钢件表面含碳量降低的现象，常伴随氧化发生。脱碳的气氛主要有氧化性气氛和H2气氛。脱碳使钢件表面的含碳量降低，使钢件强度硬度降低，特别是疲劳强度和耐磨性严重下降。

过热：指加热温度比正常温度偏高，出现的奥氏体晶粒粗大的现象。过热使钢件的强度和塑韧性降低，热处理后变形加大。过热的工件可通过重新奥氏体化，细化晶粒来补救。

过烧：指钢加热的温度太高，奥氏体晶界局部或全部氧化甚至熔化的现象。过烧使工件变脆，如果锻造一锻即裂。过烧的工件只能报废，无法挽救，属于致命性缺陷。

2．防止措施

（1）在真空中加热：工件在真空中加热是防止氧化脱碳的最有效措施，是热处理工艺的发展方向，在发达国家应用普遍。问题在于，真空热处理设备投资大，成本较高。

（2）可控气氛加热：工件加热过程中向炉内充入一定保护性气氛，保证钢在不脱碳、不增碳、不氧化的气氛下加热。实践证明它是行之有效与可靠的方法，是现代热处理的发展方向之一。

（3）盐浴加热：将工件置于一熔化了的中性熔融的盐浴炉中加热，盐浴进行充分脱氧，保证工件加热过程中少氧化，甚至无氧化。缺点主要是粘在工件上的盐难以清洗，操作过程中盐液遇水易炸，不小心灼伤人体，不太安全，操作过程中要多加小心。

第二节钢在冷却时的转变

一、过冷奥氏体

定义：把在临界温度A 1以下尚未发生组织转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。

等温转变：过冷奥氏体转变是在临界点以下某个温度下等温过程中发生的，就称为过冷奥氏体的等温转变。

连续转变：转变在连续冷却的过程中发生的就称为过冷奥氏体的连续冷却转变。

等温冷却和连续冷却是工业生产中常用的两种热处理冷却方式。钢中过冷奥氏体在冷却过程中的转变规律常用过冷奥氏体转变图来描述，表示转变产物与温度、时间之间的关系，是选择和制定热处理工艺的重要依据。

图等温转变和连续转变

表45钢经840℃加热后，不同条件冷却后的机械性能

冷却方法σb,MN/m2σs,MN/m2δ，%ψ，%HRC

随炉冷却53028032.549.315～18

空气冷却670～72034015～1845～5018～24

油中冷却90062018～204845～60

水中冷却11007207～812～1452～6从这个表中，我们可以发现，同是一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条件，钢所表出的机械性能明显不同。

为什么会出现性能上明显的差别？一句话是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生不同的变化，导致性能上的的差别。

由于Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或冷却条件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响，而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充，下面分别讨论。

二、过冷奥氏体等温转变曲线（以共析钢为例）

过冷奥氏体（A）的概念：

加热到A状态的钢快速冷却到A1线以下后，A处于不稳定状态，但过冷到A1点以下的A并不是立即发生转变，而是经过一个孕育期后才开始转变象这个暂时处在孕育期，处于不稳定状态的A，我们就称作“过冷A”。

（一）共析碳钢过冷A等温曲线的建立

图共析钢等温转变图（TTT图或C曲线）

（1）准备几组共析钢小试样（5组，每组8个试样，小圆片试样的尺寸：直径10～15mm，厚度1.0～1.1mm）；

（2）把这些试样加热至A1(7270C)以上奥氏体化（如8000C）；

（3）然后迅速把各组试样分别迅速放入A1(7270C) 以下的不同温度（700，650，600，550，5000C）的恒温箱中保温；

（4）记录时间，每隔一定时间取出一块试样，立即淬入水中（保持当时的组织状态）；

（5）测量硬度，并在显微镜下观察其组织，找出各个等温温度下的转变开始时间和转变了时间，并画在“温度----时间”坐标系中；

（6）将转变开始点连接起来—A转变开始线；转变终了点连接起来—A转变终了线。该曲线称过冷奥氏体等温曲线。

孕育期:试样放入临界温度以下到开始发生转变之间的这段时间，即A开始转变线到温度轴的距离。鼻尖处孕育期最短，鼻尖处的温度称为鼻温，共析钢在5500C左右。

（二）过冷奥氏体等温转变曲线的分析

转变开始线：由过冷奥氏体（A）开始转变点连接起来的线；

转变终了线：由转变终了点连接起来的线；

A稳定区域：A1以上是奥氏体稳定区域；

过冷A区域：A1以下是转变开始以左的区域；

转变产物区：A1以下是转变终了线以右和Ms点以上的区域；

过冷A与转变产物共存区：转变开始线和转变中了线之间。

过冷到A1线以下的A进行等温转变时，都经过一段孕育期，转变开始线与纵坐标之间的距离即表示孕育期。

举例：

转变开始线上的某点到纵坐标之间的距离即表示在该温度下等温转变的孕育期。孕育期长，过冷转变稳定，反之稳定性差Ms观察C曲线我们可以发现，在各温度下过冷奥氏体的稳定性不相同，在C曲线的鼻尖处，约550oC地方，它的孕育期最短，表示过冷A最不稳定，由于它的转变速度最快，所以距离纵坐标最近，称“鼻尖”，而在靠近A1点和Ms点处的孕育期较长，过冷A较稳定，转变速度也较慢。

共析碳钢的过冷A在三个不同温度区间，发生三种不同的转变

珠光体——A1点到C曲线鼻尖区间（高温转变），转变产物是珠光体，又称珠光体型转变；

贝氏体——C曲线鼻尖到Ms点区间中温转变，转变产物是贝氏体，又称贝氏体型转变；

马氏体——Ms点以下是低转变，转变产物是马氏体，又称马氏体型转变。

（三）过冷奥氏体等温转变产物的组织与性能

根据过冷奥氏体在不同温度间的转变特点，将其分为三类：珠光体型转变、贝氏体型转变和马氏体型转变。转变产物取决于等温的温度。

Ⅰ珠光体型转变

1、转变温度：

7270C—5500C

2、转变产物：

珠光体

珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，这种类型的转变称为珠光体转变。

根据奥氏体化温度和程度不同，过冷奥氏体可以形成片状珠光体和球状珠光体。

珠光体：由共析反应形成，是由铁素体片和渗碳体片交替排列的层片状组织，形貌为层片状。

珠光体中铁素体和渗碳体层片的粗细与转变温度有关。转变温度越低，过冷度越大，珠光体的层片越细。

在7270C—6500C：珠光体片层较粗，称为粗片状珠光体，简称珠光体，用P表示；

在6500C—6000C：珠光体层片较细，称为索氏体，用S表示；

在6000C--5500C：珠光体层片极细，称为屈氏体，用T表示。

层片越细，珠光体的强度硬度越高，塑性韧性越好。

三者相比：屈氏体的强度硬度最高，塑性韧性最好；索氏体次之；珠光体再次之。

例如：冷拔弹簧钢丝，等温处理成索氏体，变性量可达80%，强度达到3000MPa。

珠光体的性能：P的性能取决于片层间的距离，片层间距离越小↓，塑性变形，抗力能力↑，强度，硬度越高↑。

Ⅱ贝氏体型转变

1、转变温度：

上贝氏体：大约在C曲线鼻尖至350℃范围内

贝氏体：大约在C曲线350℃至M S点温度范围内

2、转变产物：

贝氏体，记为B。

3、定义：

贝氏体是由过饱和铁素体和渗碳体组成的机械混合物。

4、形成示意图

图贝氏体形成示意图

a)上贝氏体b)下贝氏体

贝氏体组织是由含碳过饱和的铁素体与渗碳体组成的两相混合物，因此A转变成贝氏体也包含了晶格的改组和碳原子的扩散，它的转变过程同样也是经过了固态下形核的长大来完成的，贝氏体的转变温度比珠光体还低，因此在低温下铁原子只能做很小的位移。而不发生扩散。

5、组织形态：

有两种类型，其组织形态与等温温度有关。

（1）上贝氏体

记为B上：在550－3500C之间形成，呈羽毛状，细小的短棒状渗碳体分布在过饱和铁素体片间。

（2）下贝氏体

记为B下：在350－Ms（2300C）之间形成，呈针片状或竹叶状状，渗碳体以短片状分布在过饱和铁素体针片的内部，具有较高的位错密度。

6、性能特点

B上和B下性能相比较，B下不仅具有较高的硬度和耐磨性，而且B下的硬度，韧性和塑性均高于B上。

图是共析碳钢的机械性能与等温转变温度的关系，从这个图上可以看出，在350℃上贝氏体温度转变范围内B上的强度，硬度越低，韧性也越低而B下相反（350℃至MS）它的强度，硬度，塑性和韧性的综合机械性能较高，因此生产中常采用等温淬火获取B下组织。Ⅲ马氏体型转变

1、转变温度：

Ms（2300C）～M f之间。

2、转变产物：

马氏体，记为M。

3、定义、结构：

马氏体是碳在 F e中形成的过饱和固溶体，体心正方晶格结构。

C轴的晶格常数大于a轴的晶格常数

C/a称作M的正方度

正方度的产生完全是由于M中过饱和碳原子强制分布在晶胞的某一晶轴的空隙处，结果使α—Fe的体心立方晶格被歪曲，M含碳量越高↑，正方度越大↑，M比容越大↑，由A→M 体积变化越大↑，这就是造成高碳钢淬火时容易变形和开裂的原因之一。

4、马氏体的组织形态和性能特点：

有两种类型。

（1）板条马氏体：呈板条状；具有较高的强度和良好的韧性，即良好的综合力学性能。Ms温度较高、含碳量较低的钢淬火时易得到板条马氏体。它的立体形态呈椭圆形截面的细长条状而它的显微组织在金相试面上是板条状M截面形态。

板条马氏体是低、中碳钢和低、中碳合金钢淬火组织中的一种典型组织形态。

（2）片状马氏体：呈针片状或竹叶状；具有高的强度和硬度，但塑性韧性差，即硬而脆。M f较低、含碳量较高的钢淬火时易得到。在显微镜下我们可以看到在同一视场中，许多长短不一与互成一定角度分布的M，由于片状M形成时一般不能穿过A晶界，而后形成的M又不能穿过先形成的马氏体，所以越是后形成的马氏体片尺寸越少，片状M的立体形态是双凸透镜状，而显微镜下所看到的则是金相试面上的M截面形态，因而呈针状。

片状马氏体主要出现在中高碳钢、中高碳合金钢和高镍的铁镍合金的淬火组织中。必须经过回火处理后才能使用。

5、M的性能

实验表明：当奥氏体的含碳量大于1%的钢淬火后，马氏体形态为片状M，片状M又称高碳M，当奥氏体的含碳量小于0.2%的钢淬火后，M形态基本为板条状M，因此又称低碳M，当A的含碳量在1%与0.2%之间，则为两种马氏体的混合组织。

M的含碳量增高，强度与硬度也增高，从图中明显看出，含碳量较底时，强度，硬度增高明显。造成硬度，强度提高的主要原因是过饱和的碳原子使晶格正方畸变，产生固溶炭化，同时在M中存在大量的弯晶及位错，它们都会阻碍位错运动，提高塑性变形抗力，从而产生相变强化。另外M的塑性和韧性与含碳量有关，高碳片状M的塑性，韧性很差，而低碳M则不然，它具有较高的塑性与韧性。

表板条状马氏体与片状马氏体的性能比较

淬火钢中含碳量，% 马氏体

形态

σb,MN/m2σs,MN/m2HRC δ，% ψ，% σb,J/cm2

0.25-0.25 板条状1020-1530 820-1330 30-50 9-17 40-65 60-180

0.77 片状2350 2040 66 ≈130 10

表为含碳量不同的板条状与片状M的性能比较，从表中比较可见，片状M性能特点是硬度高而脆性大，板条状M不仅强度，硬度较高，而且还有良好的塑性和韧性。以前人们对M的概念是“硬而脆”，随着科学技术的发展，对板条状M（低碳M）认识不断加深，从而使得低碳M在各领域广泛应用，具有良好的机械性能的低碳M，对节约钢材，减轻设备重量，延长使用寿命，都有重要意义。钢的组织不同，比容也不同，M比容最大，A比容最小，P居中，且M的比容随含碳量增高而增高，钢在淬火后由A—>M，钢件体积必然增大，因而导致淬火件常有变形与开裂事故发生。

6、马氏体转变的特点及冷处理

6.1 马氏体相变特点

M转变与我们前面所介绍的相变一样，它也具有形核与长大两个过程，但它与其它相变相比，又有以下特点：

1．马氏体转变是无扩散型转变P，B体型转变都属于扩散型转变，A—>M由于过冷度极大，依次A中的铁，碳原子不能进行扩散，转变是只发生γFe-αFe转变，过饱和的碳未析出而形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体，因此说M转变是无扩散变。

2．M转变速度快 M形成不需要孕育期，形成仅需10-7秒（0.1微秒）。

3．M转变是在某一温度范围内形成的。过冷奥氏体一大于V1c的速度冷却到M s点时，就转变为M，冷却到M f线时，M转变结束。实验表明：M s与M f点的位置与冷却速度无关，而与A的含碳量有关，含碳量越高，M s与M f点的温度越低。

4．M转变的不完全性

含碳量超过0.5%后，Mf温度将到室温，因此淬火时，在室温下必然有一部分A被留下来，这部分A称残余A，含碳量高，Ms温度高，淬火后残余A增多。我们不希望残余A 出现，但是在保证M转变的条件下，A过冷到Mf点以下，仍有少量的参与奥氏体被留下来，这就是我们所说的“马氏体转变不完全性”。追究M转变为什么会保留残余A？原因是M转变时，体积要膨胀，体积的膨胀使还没转变的A产生多向应力，因此阻止了A—>M，而保留下来A。

6.2 冷处理

残余A不仅降低淬火钢的硬度和耐磨性，而且在工件使用过程中，残余A会继续转变成M，使这就要求高精度的工件，如，精密丝杠，精密量具，精密轴承等。为了保证使工件形状，尺寸发生变化，影响工件的尺寸精度，用期间的精度，淬火工件冷却到室温后，在冷却到-78oC或-183oC，来最大限度消除残余A，达到增加硬度，耐磨性与尺寸稳定性的目的，这种处理成“冷处理”。

7、影响马氏体性能的因素

马氏体组织的最主要特点是高强度和高硬度。

硬度：主要取决于其本身的含碳量，与合金元素含量关系不大。

随着碳含量的增加，马氏体的硬度升高。对淬火钢来说，当含碳量为0.6～0.8％时，硬度达到最高；含碳量进一步增加时，硬度提高趋于平缓。

马氏体的高强度：是由于碳在α-Fe中的过饱和而产生的固溶强化，相变时在马氏体内部造成大量的位错或孪晶等晶格缺陷而产生的相变强化，以及时效强化效应等综合作用的结果。另外，奥氏体晶粒越细小，马氏体尺寸越小，其强度也越高。

塑性和韧性：取决于马氏体的亚结构。板条马氏体的亚结构为位错，具有高的强度和良好的韧性，特点是具有良好的综合机械性能；片状马氏体的亚结构为孪晶，具有高的强度和硬度，但塑韧性很差，特点是硬而脆。

8、应用

要求高硬度高耐磨性的零件，得到高碳的片状马氏体组织，如工模具、渗碳件等。

要求综合力学性能好的零件，得到低碳马氏体，如发动机连杆、螺栓、石油钻井的吊环和吊钳等。

四、影响C曲线的主要因素

1．含碳量的影响

对C曲线形状的影响：亚共析钢，在P转变之前有先共析铁素体析出，C曲线上有A→F 转变线。过共析钢，在P转变之前有二次渗碳体析出，C曲线上有A—Fe3C转变线。

对C曲线位置的影响：亚共析钢，Wc↑,C曲线右移，转变推迟。

过共析钢：Wc↑，C曲线左移，C曲线左移。

共析钢的C曲线最靠右。三者相比，淬火时，共析钢最易获得马氏体组织，易淬火。

对M s和M f的影响：Wc↑，Ms↓，Mf↓，残余奥氏体量增多。

问题？？：比较45钢、T8钢和T12钢淬火时，哪个最易？

2．合金元素的影响

除Co元素外，其它溶入奥氏体中的合金元素都使C曲线右移。

3．奥氏体化温度

五、过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）

1．共析碳钢的CCT曲线

由三条线组成：Ps线为过冷奥氏体转变为珠光体的开始线，Pf为转变终了线，两线之间为转变过渡区。KK′ 线为转变的中止线，当冷却曲线碰到此线时，过冷奥氏体向珠光体型组织转变中止，继续冷却一直保持到Ms点以下，剩余的过冷奥氏体转变为马氏体。

淬火临界冷却速度V k：指获得全部马氏体组织（实际还含有一小部分残余奥氏体）的最小冷却速度，为CCT曲线的临界冷却速度，又称淬火临界冷却速度。

在连续转变冷却曲线中，过冷奥氏体的转变产物取决于冷却速度。由图可以看出：当V冷>V k时，得到全部马氏体组织；

当V冷

V k′

V k越小，奥氏体越稳定，因而即使在较慢的冷却速度下也会得到马氏体组织，这对淬火工艺操作具有十分重要的意义。

2．共析碳钢的CCT曲线与TTT曲线的

（1）CCT曲线位于TTT曲线的右下方。说明在连续冷却时过冷奥氏体在较低温度下和经过较长时间后才开始珠光体转变，即孕育期长些，过冷度大些。

（2）CCT曲线中没有贝氏体转变区。说明共析钢要获得贝氏体组织必须采用等温冷却。

六、C曲线的应用

1．用TTT曲线来估计连续冷却转变得到的组织

以共析钢为例说明。

方法: 将连续冷却速度线画在钢的C曲线上，分析冷却速度线与C曲线相交点的位置来判断得到的室温组织。

（1）υ1 700～650℃随炉冷P 170～220HBS

（2）υ2 650～600℃空冷S 25～35HRC

（3）υ3 油冷T＋M＋Ar 45～55HRC

（4）υ4 水冷M＋Ar 55～65HRC

2．在正确选材和制定热处理工艺方面

（1）正确制定淬火的冷却制度，选择淬火剂；

（2）制定分级淬火规范和等温淬火制度；

（3）制定经济合理的退火工艺，如等温退火时等温时间的确定；

（4）分析淬火转变产物的类型，并估计其性能。

钢的热处理(原理及四把火)

钢的热处理钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。第一节钢的热处理原理热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。热处理的三阶段：加热、保温、冷却

一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化（一）奥氏体（ A）的形成奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。（二）奥氏体晶粒的长大奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响 A晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、A中C含量上升则晶粒长大的倾向大。

“钢的热处理原理及工艺”作业题

“钢的热处理原理及工艺”作业题第一章固态相变概论 1、扩散型相变和无扩散型相变各有哪些特点？ 2、说明晶界和晶体缺陷对固态相变成核的影响。 3、说明相界面和应变能在固态相变中的作用，并讨论它们对新相形状的影响。 4、固－固相变的等温转变动力学曲线是“C”形的原因是什么？第二章奥氏体形成 1、为何共析钢当奥氏体刚刚完成时还会有部分渗碳体残存？亚共析钢加热转变时是否也存在碳化物溶解阶段？ 2、连续加热和等温加热时，奥氏体形成过程有何异同？加热速度对奥氏体形成过程有何影响？ 3、试说明碳钢和合金钢奥氏体形成的异同。 4、试设计用金相－硬度法测定40钢和T12钢临界点的方案。 5、将40、60、60Mn钢加热到860℃并保温相同时间，试问哪一种钢的奥氏体晶粒大一些？ 6、有一结构钢，经正常加热奥氏体化后发现有混晶现象，试分析可能原因。第三章珠光体转变 1、珠光体形成的热力学特点有哪些？相变主要阻力是什么？试分析片间距S与过冷度△T的关系。 2、珠光体片层厚薄对机械性能有什么影响？珠光体团直径大小对机械性能影响如何？ 3、某一GCr15钢制零件经等温球化退火后，发现其组织中除有球状珠光体外，还有部分细片状珠光体，试分析其原因。 4、将40、40Cr、40CrNiMo钢同时加热到860℃奥氏体化后，以同样冷却速度使之发生珠光体转变，它们的片层间距和硬度有无差异？ 5、试述先共析网状铁素体和网状渗碳体的形成条件及形成过程。 6、为达到下列目的，应分别采取何热处理方法？（1）为改善低、中、高碳钢的切削加工性；（2）经冷轧的低碳钢板要求提高塑性便于继续变形；（3）锻造过热的60钢毛坯为细化其晶粒；（4）要消除T12钢中的网状渗碳体；第四章、马氏体转变

铝合金热处理原理

铝合金热处理原理铝合金铸件的热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间并以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。铝合金热处理特点众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。铝合金时效强化原理铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu 合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程：形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P（Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。形成稳定的θ相过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的

简述常用热处理工艺的原理与特点

简述常用热处理工艺的原理与特点。热处理是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种金属热加工工艺。热处理工艺原理 1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。 2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。 3、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。 4、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。 5、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。特点：金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，金球的热处理工艺与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。比较钢材与非金属材料热处理的异同点。热处理有金属材料热处理和非金属材料热处理相同点：热处理的原理基本一样，都是一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。不同点： 1.钢的表面热处理有两大类：一类是表面加热淬火热处理，另一类是化学热处理。非金属材料的表面热处理：喷漆、着(染)色、抛光、化学镀后再电镀(如ABS)等。 2.金属材料热处理包括：退火、正火、淬火和回火。非金属材料热处理包括碳纤维预氧化、碳化、石墨化设备，石墨化烧结等；复合材料成形以及空间环境模拟，包括热压罐，热压机，KM系列模拟罐，用户分布于汽车、模具、工具、碳纤维加工和其他高端应用领域。

铝合金热处理原理及工艺

铝合金热处理原理及工艺 3.1铝合金热处理原理铝合金铸件得热处理就是选用某一热处理规范，控制加热速度升到某一相应温度下保温一定时间以一定得速度冷却，改变其合金的组织，其主要目的是提高合金的力学性能，增强耐腐蚀性能，改善加工型能，获得尺寸的稳定性。 3.1.1铝合金热处理特点众所周知，对于含碳量较高的钢，经淬火后立即获得很高的硬度，而塑性则很低。然而对铝合金并不然，铝合金刚淬火后，强度与硬度并不立即升高，至于塑性非但没有下降，反而有所上升。但这种淬火后的合金，放置一段时间（如4～6昼夜后），强度和硬度会显著提高，而塑性则明显降低。淬火后铝合金的强度、硬度随时间增长而显著提高的现象，称为时效。时效可以在常温下发生，称自然时效，也可以在高于室温的某一温度范围（如100～200℃）内发生，称人工时效。 3.1.2铝合金时效强化原理铝合金的时效硬化是一个相当复杂的过程，它不仅决定于合金的组成、时效工艺，还取决于合金在生产过程中缩造成的缺陷，特别是空位、位错的数量和分布等。目前普遍认为时效硬化是溶质原子偏聚形成硬化区的结果。铝合金在淬火加热时，合金中形成了空位，在淬火时，由于冷却快，这些空位来不及移出，便被“固定”在晶体内。这些在过饱和固溶体内的空位大多与溶质原子结合在一起。由于过饱和固溶体处于不稳定状态，必然向平衡状态转变，空位的存在，加速了溶质原子的扩散速度，因而加速了溶质原子的偏聚。硬化区的大小和数量取决于淬火温度与淬火冷却速度。淬火温度越高，空位浓度越大，硬化区的数量也就越多，硬化区的尺寸减小。淬火冷却速度越大，固溶体内所固定的空位越多，有利于增加硬化区的数量，减小硬化区的尺寸。沉淀硬化合金系的一个基本特征是随温度而变化的平衡固溶度，即随温度增加固溶度增加，大多数可热处理强化的的铝合金都符合这一条件。沉淀硬化所要求的溶解度－温度关系，可用铝铜系的Al－4Cu合金说明合金时效的组成和结构的变化。图3－1铝铜系富铝部分的二元相图，在548℃进行共晶转变L→α＋θ（Al2Cu）。铜在α相中的极限溶解度5.65％（548℃），随着温度的下降，固溶度急剧减小，室温下约为0.05％。在时效热处理过程中，该合金组织有以下几个变化过程： 3.1.2.1 形成溶质原子偏聚区－G·P（Ⅰ）区在新淬火状态的过饱和固溶体中，铜原子在铝晶格中的分布是任意的、无序的。时效初期，即时效温度低或时效时间短时，铜原子在铝基体上的某些晶面上聚集，形成溶质原子偏聚区，称G·P（Ⅰ）区。G·P（Ⅰ）区与基体α保持共格关系，这些聚合体构成了提高抗变形的共格应变区，故使合金的强度、硬度升高。 3.1.2.2 G·P区有序化－形成G·P（Ⅱ）区随着时效温度升高或时效时间延长，铜原子继续偏聚并发生有序化，即形成G·P（Ⅱ）区。它与基体α仍保持共格关系，但尺寸较G·P（Ⅰ）区大。它可视为中间过渡相，常用θ”表示。它比G·P（Ⅰ）区周围的畸变更大，对位错运动的阻碍进一步增大，因此时效强化作用更大，θ”相析出阶段为合金达到最大强化的阶段。 3.1.2.3形成过渡相θ′ 随着时效过程的进一步发展，铜原子在G·P （Ⅱ）区继续偏聚，当铜原子与铝原子比为1：2时，形成过渡相θ′。由于θ′的点阵常数发生较大的变化，故当其形成时与基体共格关系开始破坏，即由完全共格变为局部共格，因此θ′相周围基体的共格畸变减弱，对位错运动的阻碍作用亦减小，表现在合金性能上硬度开始下降。由此可见，共格畸变的存在是造成合金时效强化的重要因素。 3.1.2.4 形成稳定的θ相过渡相从铝基固溶体中完全脱溶，形成与基体有明显界面的独立的稳定相Al2Cu，称为θ相此时θ相与基体的共格关系完全破坏，并有自己独立的晶格，其畸变也随之消失，并随时效温度的提高或时间的延长，θ相的质点聚集长大，合金的强度、硬度进一步下降，合金就软化并称为“过时效”。θ相聚集长大而变得粗大。铝－铜二元合金的时效原理及其一般规律对于其他工业铝合金也适用。但合金的种类不同，形成的G·P区、过渡相以及最后析出的稳定性各不相同，时效强化效果也不一样。几种常见铝合金系的时效过程及其析出的稳定相列于表3－1。从表中可以看到，不同合金系时效过程亦不完全都经历了上述四个阶段，有的合金不经过G·P（Ⅱ）区，直接形成过渡相。就是同一合金因时效的温度和时

热处理工艺设计

50CrVA钢调速弹簧的热处理工艺设计 1 热处理工艺课程设计的意义热处理工艺课程设计是高等工业学校金属材料工程专业一次专业课设计练习，是热处理原理与工艺课程的最后一个教学环节。其目的是：（1）培养学生综合运用所学的热处理课程的知识去解决工程问题的能力，并使其所学知识得到巩固和发展。（2）学习热处理工艺设计的一般方法、热处理设备选用和装夹具设计等。（3）进行热处理设计的基本技能训练，如计算、工艺图绘制和学习使用设计资料、手册、标准和规范。 2热处理课程设计的任务 ①普通热处理工艺设计 ②特殊热处理工艺设计 ③制定热处理工艺参数 ④选择热处理设备 ⑤设计热处理工艺所需的挂具、装具或夹具 ⑥分析热处理工序中材料的组织和性能 ⑦填写工艺卡片 350CrVA调速弹簧的技术要求及选材 3.1 技术要求 50CrVA钢喷油泵调速弹簧技术要求如下：硬度：HRC46～51 3.2 零件图喷油泵调速弹簧的零件如图3.1所示。

图3.1 喷油泵调速弹簧 3.3 材料的选择 3.3.1零件用途喷油泵调速弹簧，利用弹簧的受力形变和恢复来调节气门的开合，从而调节喷油泵的喷油速度与喷油量。 3.3.2工作条件（1）喷油泵调速弹簧工作时，要承受高应力。（2）喷油泵调速弹簧要承受高频率往复运动。（3）喷油泵调速弹簧要在较高的温度下工作。 3.3.3性能要求弹簧的性能要求为如下几个方面：

力学性能：由于弹簧是在弹性范围内工作，不允许有永久变形。要求弹簧材料有良好的微塑性变形能力，即弹性极限、屈服极限和屈强比要高。理化性能方面：喷油泵调速弹簧的工况很复杂，要在较高的温度下长期工作，因此要求弹簧材料有良好的耐热性，即有高的蠕变极限、蠕变速率较小和较低的应力松弛率。工艺性能方面：尺寸较小的弹簧热处理时变形大、难以校正和保证弹簧产品质量，宜选用已强化的弹簧材料，冷成型后不经淬火、回火，只须进行低温退火。这样更能保证大批量小弹簧的产品质量和成本低廉。 3.3.4材料选择选用50CrVA钢热轧弹簧钢丝卷制。由于50CrVA钢中含有铬能够提高淬透性并且可降低锰引起过热的敏感性，铬熔于铁素体中使弹性极限提高。钒可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。可用作特别重要的承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧，也可也用作在300°C以下工作的重要弹簧，如各种阀门弹簧，喷油嘴弹簧。 3.3.550CrVA钢化学成分及合金元素作用表3.1 50CrVA钢的化学成分[1]（GB/T3077-1990）ω/% C Si Mn Cr V Ni P S 0.44～0.54 0.17～0.37 0.50～0.80 0.80～1.10 0.10～0.20 ≤0.35 ≤0.035 ≤0.030 50CrVA钢的化学成分示于表3.1 化学元素作用： ① C ：保证形成碳化物所需要的碳和保证淬火马氏体能够获得的硬度 ② Cr：提高钢的淬透性并有二次硬化作用，是刚在高温时仍具高强度和高硬度，增加钢的耐磨性，增高钢的淬火温度。 ③ Si：能提高钢的淬透性和抗回火性，对钢的综合机械性能，还能增高淬火温度，阻碍碳元素溶于钢中。 ④ Mn：能增加钢的强度和硬度，有脱氧及脱硫的功效（形成MnS），防止热脆，故Mn能改善钢的锻造性和韧性，可增进刚的硬化深度，降低钢的下临界点，增加奥氏体冷却时的过冷度，细化珠光体组织以改善机械性能。 ⑤ V：可以细化组织，减少过热敏感性，提高钢的强度和冲击韧性。

钢的热处理原理及工艺复习重点及课后习题

钢的热处理原理及工艺复习重点及课后习题一、复习重点 1、什么是加工硬化？产生加工硬化的根本原因是什么？ 2、什么是再结晶？再结晶的实际应用是什么？金属再结晶是通过什么方式发生的？再结晶退火的主要作用是什么？ 3、冷加工和热加工的区别是什么？ 4、热处理的定义及三个基本过程。为什么钢能够进行热处理？奥氏体化的目的是什么？ 5、珠光体、贝氏体、马氏体分别都有哪几种组织形态？每种组织力学性能如何？ 6、退火、正火、淬火、回火的定义是什么？ 7、什么是钢的淬透性？二、课后复习题（一）、填空题 1、加工硬化现象是指随变形度的增大，金属强度和硬度显著提高而塑性和韧性显著下降的现象。加工硬化的结果，使金属对塑性变形的抗力增大，造成加工硬化的根本原因是位错密度提高，变形抗力增大。消除加工硬化的方法是再结晶退火。 2、再结晶是指冷变形金属加热到一定温度之后，在原来的变形组织中重新产生无畸变的新等轴晶粒，而性能也发生明显的变化，并恢复到冷变形之前状态的过程。 3、在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。

4、金属在塑性变形时所消耗的机械能，绝大部分(占90%)转变成热而散发掉。但有一小部分能量（约10%）是以增加金属晶体缺陷（空位和位错）和因变形不均匀而产生弹性应变的形式（残余应力）储存起来，这种能量我们称之为形变储存能。 5、马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和间隙固溶体，具有很大的晶格畸变，强度很高。贝氏体是渗碳体分布在含碳过饱和的铁素体基体上或的两相混合物。根据形貌不同又可分为上贝氏体和下贝氏体。用光学显微镜观察，上贝氏体的组织特征呈羽毛状，而下贝氏体则呈针状。相比较而言，上贝氏体的机械性能比下贝氏体要差。 6、在过冷奥氏体等温转变产物中，珠光体与屈氏体的主要相同点是都是渗碳体的机械混合物，不同点是层间距不同，珠光体较粗，屈氏体较细。 7、马氏体的显微组织形态主要有板条状、针状马氏体两种。其中板条状马氏体的韧性较好。钢在淬火后获得的马氏体组织的粗细主要取决于奥氏体的实际晶粒度。 8、钢的热处理工艺由加热、保温、冷却三个阶段所组成。 9、淬透性是指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织的能力。 10、当钢中发生奥氏体向马氏体的转变时，原奥氏体中碳含量越高，则M S点越低。 11、钢的正常淬火温度范围，对亚共析钢是线以上A C3+30 ~ 50℃，对过共析钢是A C1+30 ~ 50℃。 12、淬火钢进行回火的目的是消除内应力，获得所要求的组织与性能，回火温度越高，钢的强度与硬度越低。 13、调质处理是经淬火后再高温回火，能得到回火索氏体组织，具有

热处理原理与工艺设计课程设计报告

* * 大学热处理原理与工艺课程设计题目： 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计院（系）：机械工程学院专业班级：** 学号：******* 学生姓名：** 指导教师：** 起止时间：2014-12-15至2014-12-19

课程设计任务及评语院（系）：机械工程学院教研室：材料教研室学号******* 学生姓名** 专业班级*** 课程设计题目 50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺设计课程设计要求与任务一、课设要求熟悉设计题目，查阅相关文献资料，概述50Si2Mn弹簧钢的热处理工艺，制定出热处理工艺路线，完成工艺设计；分析50Si2Mn弹簧钢的成分特性；阐述50Si2Mn弹簧钢淬火、回火热处理工艺理论基础；阐述各热处理工序中材料的组织和性能；阐明弹簧钢的热处理处理常见缺陷的预防及补救方法；选择设备；给出所用参考文献。二、课设任务 1.选定相应的热处理方法； 2.制定热处理工艺参数； 3.画出热处理工艺曲线图； 4分析各热处理工序中材料的组织和性能； 5.选择热处理设备三、设计说明书要求设计说明书包括三部分：1）概述；2）设计内容；3）参考文献。

工作计划集中学习0.5天，资料查阅与学习，讨论0.5天，设计6天：1）概述0.5天，2）服役条件与性能要求0.5天，3）失效形式、材料的选择0.5天，4）结构形状与热处理工艺性0.5天，5）冷热加工工序安排0.5天，6）工艺流程图0.5天，7）热处理工艺设计1.5天，8）工艺的理论基础、原则0.5天， 09）可能出现的问题分析及防止措施0.5天，10）热处理质量分析0.5天，设计验收1天。指导教师评语及成绩成绩：学生签字：指导教师签字：年月日

热处理的原理及分类

热处理的原理及分类 §4—2钢在加热及冷却时的组织转变教学目的： 1、了解钢在加热时的转变及A晶粒的长大。 2、掌握热处理概念、分类、热处理工艺曲线；钢加热及保温得目的。 3、掌握过冷奥氏体的等温转变图建立； 4、掌握过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能。教学重点和难点： 1、A晶粒的长大是教学的重点。 2、过冷奥氏体的等温转变图建立；过冷奥氏体等温转变产物的组织和性能是教学的难点。 §4—1热处理的原理及分类教学过程：新课： 1、热处理：热处理是将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。 2、热处理的目的： ①、提高零件的使用性能；②、充分发挥钢材的潜力；③、延长零件的使用寿命；④、改善工件的工艺性能，提高加工质量，减小刀具的磨损。

3、热处理方法有：退火、正火、淬火、回火及表面热处理。但任何一种均由加热、保温、冷却三阶段所组成。 4、热处理使钢性能发生变化的原因：由于铁有同素异构转变，从而使钢在加热和冷却过程中，发生了组织与结构变化。 §4—2钢在加热及冷却时的组织转变一、钢在加热时的转变 ?热处理中，钢加热为获得A；且A晶粒大小、成分、均匀程度，对钢冷却后的组织、性能有重要的影响。 1、钢的奥氏体化 1）、奥氏体晶核的形成及长大； 2）、残余渗碳体的溶解； 3）、奥氏体的均匀化； 2、在热处理工艺中，钢保温的目的是： ①、为了使工件热透；②、使组织转变完全；③、使奥氏体成分均匀。 3、奥氏体晶粒的长大： ?加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒越大 ?由Fe-Fe3C相图可知，A1 、A3 、Acm是钢在极缓慢加热（或冷却）时的临界点。但实际冷速、热速较快，钢转变总有滞后现象。

热处理原理

第一部分热处理原理一、教学目的与要求 1.了解热处理的基本原理； 2.了解本质晶粒度与实际晶粒度的含义，控制晶粒度大小的因素；钢在加热和冷却过程中产生的缺陷； 3.熟悉钢在加热和冷却时组织转变的机理；二、教学课时数 1.理论教学14学时 2.实验教学4学时合计18学时三、学习重点钢在加热时组织转变的过程中及影响因素；共析钢奥氏体等温冷却曲线中各条线的含义。C曲线中种温度区域内奥氏体转变产物的组织形貌，性能特点。非共析钢C曲线与共析钢C典线的差别及影响C典线的因素；奥低体连续冷却转变曲线的特点，冷却速度对钢的组织变化和最终性能的影响；四、教学手段：以现代化的多媒体教学设施进行讲授，将各种曲线、金相图片播放在大屏幕上，帮助学生理解奥氏体的形成过程。五、教学方法：采用启发式方法。以材料科学基础（上）为基本出发点，引导学生逐渐进入本课程的学习。六、基本教材或主要参考书： [1] 崔忠圻主编. 金属学与热处理(第二版) [M]. 武汉: 机械工业出版社, 2007. [2] 李超主编. 金属学原理[M]. 西安: 哈尔滨工业大学出版社, 1989. [3] 胡庚详主编. 金属学[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1980. [4] 赵品主编. 材料科学基础[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2004. [5] 热处理手册，中国机械工程学会，机械工业出版社，2006 [6] 邓文英主编，金属工艺学(上)，北京: 高等教育出版社，2000 七、思考题： 1、钢中奥氏体的点阵结构，碳原子可能存在的部位及其在单胞中的最大含量。 2、以共析碳钢为例说明奥氏体的形成过程，并讨论为什么奥氏体全部形成后还会有部分渗碳体未溶解？

热处理原理及工艺

第一章金属固态相变概论第一节固态相变概论一、热处理的作用热处理：定义：固态金属通过特定方式加热、保温、冷却以获得工程技术上所需组织、结构和性能的工艺过程。作用：1、提高钢的力学性能，充分发挥钢材潜能； 2、消除毛胚中缺陷，改善工艺性能； 3、机械零件加工工艺过程中的重要工艺； 4、改善工件表面抗磨性、耐腐蚀性等特殊物理化学性能。二、根据固态相变类型随外界条件不同而引起的变化分为： 1、平衡转变：缓慢加热或冷却，获得相图所示平衡组织。同素异构转变纯金属（有确定的转变温度）多型性转变合金（固溶体） el：F转变A 新相的结构始终与母相不同平衡脱溶沉淀随新相的析出，母相成分和体积分数变化但母相不会消失共析转变冷却时由一固相分解为两固相调幅分解高温下的单一固溶体冷却(在某一温度范围内)分解为两种成分不同、结构相同的微区有序化转变固溶体各组元原子相对位置从无序到有序的转变 2、不平衡转变：快速加热或冷却，平衡转变受到抑制，发生不平衡转变而得到不平衡组织。转变过程和转变产物的组成相与共析转变相同伪共析转变：组成相相对量非定值，依A碳含量而变马氏体转变A快冷后发生的组织转变块状转变纯铁或低碳钢在一定冷速下γ相或A变为与之相同成分而形貌呈块状的α相贝氏体转变不平衡脱溶沉淀三、相变实质结构变化：同素异构转变、多型性转变、马氏体转变、块状转变成分变化：调幅分解有序化程度变化：有序化转变注：共析转变、贝氏体转变、脱溶沉淀兼有结构、成分的变化。第二节、固态相变特点一、相界面

共格界面错配度δ 弹性应变能半共格界面形成半原子面的刃型位错非共格界面 δ很大时形成界面能的大小：共格半共格非共格σσσ>> 二、相变阻力(弹性应变能)大 1、固态相变时，体积变化界面产生弹性畸变弹性应变能额外增加；液态金属结晶只有表面能。 2、固态相变时，总自由能：ωσV S G V G V ++?=? 临界形核半径：ω σ+?-=V K G r 2 临界形核功：() 23 316ωπσ+?=?V K G G 原子扩散困难为固态相变阻力大的又一原因。 3、形成一定质量新相时，有上述原因产生的新相形状与应变能的大小有关。 c<>a 为圆棒或针状(c 为两极间距，a 为赤道半径) 由于比容差造成的应变能为比容差应变能 o a E E 新相形状与应变能关系由共格造成：非共格半共格共格E E E >> 球由比容差造成：共格半共格非共格E E E >>> 针盘 c/a 过冷度大：形成共格或半共格界面，新相呈盘状(或薄片状); 过冷度小：形成非共格界面，以降低应变能。若比容差小，新相呈球状以降低界面能；否则，形成针状，以兼顾降低界面能和比容差应变能。三、新相晶核与母相间存在着一定的晶体学位相关系即：通常以低指数、原子密度大且匹配较好的晶体和晶向相互平衡。新相往往在与母相某一特定晶面上形成，母相的该面称惯习面。四、母相晶体缺陷对固态相变起促进作用(促进转变速度) 五、易出现过渡相过渡相：亚稳定相，成分结构介于新、旧相间，为克服相变阻力形成的中间产物。固态相应遵循的规律：1、力求使自由能进一步降低； 2、力求沿阻力最小、做工最少的途径进行。第三节、固态相变形核应变能