5 钢的热处理分析

化学成分
碳含量：界面面积 合金元素：扩散，碳化物稳定性
原始组织：
粗细，形态
5.1.3 影响奥氏体晶粒大小的因素
奥氏体晶粒度:奥氏体晶粒的大小 起始晶粒度:珠光体刚刚转变成奥氏体的
晶粒大小 实际晶粒度:热处理后所获得的奥氏体晶
粒的大小 本质晶粒度:规定条件下（930±10℃，3-
8h）, 奥氏体晶粒的大小
很强的固溶强化效应，同时M内又存在大量晶 体缺陷，具有很高的强度和硬度。M的硬度主 要取决于它的含碳量，碳含量越高，强度和硬 度越高，而塑性、韧性也越低。
中温转变产物－贝氏体
两相混合物(过饱和F,粒状碳化物) 与M相比，上贝氏体强度低，不用。下
贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好。
亚共析钢和过共析钢的C曲线
（4）再结晶退火与去应力退火
较低温度加热（<Ac1)，消除加工硬化或 宏观应力，如
屈氏体 5000
硬度
能分辨片层的 放大倍数
珠光体
P
A1~650
>0.4
170~230 HB
<500
索氏体
S
650~600
0.4~0.2
25~35 HRC
>1000
屈氏体
T
600~500
<0.2
35~40 HRC
>2000
低温转变产物－马氏体
马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。马氏体 的成分与过冷奥氏体完全相同。
钢的本质晶粒度示意图
影响奥氏体晶粒大小的因素
加热温度和保温时间
加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。 其中加热温度是主要因素
化学成分
强碳化物元素Nb、Ti等元素碳化物不易溶 解、阻止C扩散等原因强烈阻止A晶粒粗化， 可细化晶粒
P, Mn促进长大
5.2 钢在冷却时的组织转变
实际生产当中冷却速度较快，转变在较 大过冷度下进行，不能用相图来分析。
消除残余应力，以防钢件的变形、开裂； 细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能； 为最终热处理(淬火回火)作好组织上的准备。
5.3.2 钢的退火操作及应用
退火是通过将金属加热、保温，使金属 向平衡状态转化的工艺过程。
按照不同目的，退火工艺可分为完全退 火、球化退火、等温退火、扩散退火、 再结晶退火和去应力退火等。
（1）完全退火
加热温度：T＝AC3+(30℃～50℃) 冷却方式：缓冷（炉冷、灰冷、坑冷）
至550C后空冷。 组织：接近平衡组织 应用：适用于亚共析钢铸、锻、焊件。
如ZG35铸造齿轮。
Βιβλιοθήκη Baidu2）球化退火
加热温度：T＝AC1+(20～30℃) 冷却方式：缓冷或等温 组织：球状P
球状P的强度、硬度 稍低，塑性韧性好
冷却转变的方式通常有两种
保温
临界点
等温冷却
温度 加热
连续冷却
保温 时间
时间
5.2.1 过冷奥氏体的等温转变
共析钢的TTT曲线（C曲线）
转变温度不同，产物不同，性能不同
温度/ oC
800
A
奥 氏体
1
700 过冷A区
600
AP
粗珠光体 5~20 HRC 细珠光体 30~40 HRC
500
400
300 M s
第五章 钢的热处理
材料的组织和性能受化学成分、加工工 艺的影响，改善钢的性能主要有合金化、
凝固控制、塑性变形、热处理等途径。
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，改变材料的组织 结构，从而获得所需性能的加工工艺。
比较重要的机械零部件一般都需要进行 热处理，比如汽车、拖拉机工业中70~ 80%的零件需要进行热处理。
200
AB
上贝 氏体40~45 HRC 下贝 氏体50~60 HRC
100
马氏体+残余奥 氏体60~65 HRC
M
f
0
-100 1
10
100 1000 10000 100000 1000000
时间/s
高温转变产物－珠光体类型
珠光体 2500
索氏体 5000
组织名称 符号 形成温度/℃ 片层间距/mm
和以下因素有关： 钢的化学成分
除Co以外，常用元素均使其右移； 一些碳化物形成元素还改变C曲线形状
加热温度与时间 原始组织
5.3 钢的退火和正火
铸件和锻件中经常存在晶粒粗大、应力、成分 不均、硬度偏高等缺陷
在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中， 经常作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造 之后、切削(粗)加工之前，用以消除前一工序 所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。
5.1 钢在加热时的组织转变 5.1.1 钢的临界温度
加热是热处理的第一步，加热温度依据 相图和热处理目的而定
A1、A3、Acm为相图上的平 衡转变温度线。 实际生产中温度变化较快， 转变出现滞后。 为了区分加热、冷却时的 临界点，加热冠以“c”， 冷却贯以“r”。如AC1表示 加热时由P→A的开始温度 线
5.1.2 奥氏体的形成
奥氏体的形成也是形核长大过程。 共析钢的原始组织为P，当加热到Acl以上温度时，发
生P转变。 在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。
包括如下四个基本环节
奥氏体形核
奥氏体长大 残余渗碳体的溶解 奥氏体均匀化
影响奥氏体形成的因素
加热条件
加热温度与时间：温度高，需求时间短 加热速度：速度快，转变滞后
对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件， 退火和正火也可以作为最终热处理工序。
退火和正火是应用非常广泛的热处理工艺
5.3.1 退火和正火的目的
改变性能、组织为目标，如 调整硬度（经常是软化）以便进行切削加工；
经过适当退火或正火处理可使钢件的硬度达到170250HB，而且比较均匀，从而改善钢件的切削加工 性能。
亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢 相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线
5.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变
共析钢的CCT曲线 CCT在TTT的右下方 共析钢和过共析钢在连
续冷却无贝氏体转变 临界冷却速度
CCT曲线举例
45钢的CCT曲线
T10钢的CCT曲线
5.2.3 影响C曲线的因素
奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小， 有无第二相C曲线。
应用：主要用于降低 高碳钢的硬度，以利 于切削加工；为淬火 作准备
球化退火工艺
球化退火工艺路线
（3）扩散退火
加热至固相线以下较高温度，长时间保 温，消除枝晶偏析。
适用于钢铁、有色合金等，如 亚共析钢：T＝Ac3 + （150℃～300℃) 过共析钢：T＝Accm+（150℃～300℃) 保温10－15h后空冷