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1、工程材料工程材料 第六章第六章 钢的热钢的热处理处理工程材料CAI 根根据据加加热热和和冷冷却却的的方方法法的的不不同同，热热处处理理工工艺艺大致分类如下：大致分类如下：热处理热处理普通热处理普通热处理退火退火正火正火淬火淬火回火回火表面热处理表面热处理 表面淬火表面淬火火焰加热淬火火焰加热淬火感应加热淬火感应加热淬火激光加热淬火激光加热淬火等等化学热处理化学热处理渗碳渗碳氮化氮化碳氮共渗碳氮共渗及其它及其它2.2.热处理分类热处理分类第六章第六章 钢的热处理钢的热处理引引 言言第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变第二节第二节 钢在冷却钢在冷却时的转变时的转变第三节钢的退火第三节钢的
2、退火和正火和正火第四节第四节 钢的淬钢的淬火与回火火与回火第五节热处理与第五节热处理与零件的设计和加零件的设计和加工工艺过程的关工工艺过程的关系系第六节第六节 钢的表面钢的表面热处理热处理11/19/20222第六章 钢的热处理工程材料CAI 3.3.热处理的作用热处理的作用 热处理在机械零件加工制造过程中有着十热处理在机械零件加工制造过程中有着十分重要的地位和作用：分重要的地位和作用：(1)(1)它可以消除铸、锻等毛坯中的组织缺陷，它可以消除铸、锻等毛坯中的组织缺陷，(2)(2)改善其切削加工性能或其它的工艺性能，改善其切削加工性能或其它的工艺性能，为后续工序作好组织准备。为后续工序作好组织
3、准备。(3)(3)更重要的是它能进一步提高钢的原材料的更重要的是它能进一步提高钢的原材料的使用性能和使用寿命。使用性能和使用寿命。第六章第六章 钢的热处理钢的热处理引引 言言第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变第二节第二节 钢在冷却钢在冷却时的转变时的转变第三节钢的退火第三节钢的退火和正火和正火第四节第四节 钢的淬钢的淬火与回火火与回火第五节热处理与第五节热处理与零件的设计和加零件的设计和加工工艺过程的关工工艺过程的关系系第六节第六节 钢的表面钢的表面热处理热处理 注：注：如果将钢的原材料不经热处理直接制作如果将钢的原材料不经热处理直接制作机械零件，则通常是不经济的，甚至不可能达机械
4、零件，则通常是不经济的，甚至不可能达到性能要求的，因此在机械工业中，绝大多数到性能要求的，因此在机械工业中，绝大多数重要零件必须经过热处理。重要零件必须经过热处理。11/19/20223第六章 钢的热处理工程材料CAI 本章主要讲三个问题：本章主要讲三个问题：1.热处理原理热处理原理-研究钢在热处理过程中的组织研究钢在热处理过程中的组织转变及常见组织转变产物的形态和性能转变及常见组织转变产物的形态和性能(为下面为下面讲述热处理工艺打下基础讲述热处理工艺打下基础)；2.热处理工艺简介热处理工艺简介-主要介绍退火、正火、淬主要介绍退火、正火、淬火、回火以及常用表面热处理火、回火以及常用表面热处理，
5、要求主要掌握，要求主要掌握它们的目的和应用，并了解常见的热处理缺陷；它们的目的和应用，并了解常见的热处理缺陷；3.热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系。热处理与零件的设计和加工工艺过程的关系。第六章第六章 钢的热处理钢的热处理引引 言言第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变第二节第二节 钢在冷却钢在冷却时的转变时的转变第三节钢的退火第三节钢的退火和正火和正火第四节第四节 钢的淬钢的淬火与回火火与回火第五节热处理与第五节热处理与零件的设计和加零件的设计和加工工艺过程的关工工艺过程的关系系第六节第六节 钢的表面钢的表面热处理热处理11/19/20224第六章 钢的热处理工程材料CAI一、
6、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化奥氏体化 在在Fe-Fe3C相图中：相图中：(1)(1)奥奥氏氏体体化化的的概概念念：在在钢钢热热处处理理时时，大大多多数数情况下都是把钢加热到情况下都是把钢加热到PSKPSK线线(A(A1 1线线)以上，使以上，使A1AcmAcmA3A3图图 在在Fe-FeFe-Fe3 3C C相图相图中中A A1 1线、线、A A3 3线和线和A Acmcm线线第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(
7、3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变它的相结构向奥它的相结构向奥氏体转化，这种氏体转化，这种转变过程称为奥转变过程称为奥氏体化。氏体化。PSK线
8、称为线称为A1线，线，GS线称为线称为A3线，线，SE线称为线称为Acm线。线。11/19/20225第六章 钢的热处理工程材料CAI(2)(2)奥氏体化有两种情况：奥氏体化有两种情况：一种情况是一种情况是完全奥氏体化完全奥氏体化：若把钢加热到单：若把钢加热到单相奥氏体区，相奥氏体区，则经过保温后，钢的相结构会全则经过保温后，钢的相结构会全部转变为单相奥氏体，这种转变称为完全奥氏部转变为单相奥氏体，这种转变称为完全奥氏体化。体化。AcmAcmA3A3A1第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥
9、氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义例如：例如：把共析钢加把共析钢加热到热到PSKP
10、SK线线(A1(A1线线)以以上一定的温度上一定的温度 范围范围，或者把亚共析钢，或者把亚共析钢加热到加热到GSGS线线(A3(A3线线)以上一定温度范围，以上一定温度范围，或者把过共析钢加或者把过共析钢加热到热到SESE线线(Acm(Acm线线)以以上一定温度的范围上一定温度的范围内，内，11/19/20226第六章 钢的热处理工程材料CAI另一种情况是另一种情况是不完全奥氏体化不完全奥氏体化 若把钢加热到包含奥氏体的两相区的温度若把钢加热到包含奥氏体的两相区的温度范围，即把亚共析钢加热到范围，即把亚共析钢加热到A A1 1线和线和A A3 3线之间的线之间的温度范围，或者把过共析钢加热到温
11、度范围，或者把过共析钢加热到A A1 1线和线和A Acmcm线线之间温度范围，则经过保温后钢的相结构不能之间温度范围，则经过保温后钢的相结构不能全部转变为奥氏体，这种转变称为不完全奥氏全部转变为奥氏体，这种转变称为不完全奥氏体化。体化。AcmAcmA3A3A1第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时
12、的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义11/19/20227第六章 钢的热处理工程材料CAI 显然显然亚共析钢亚共析钢不完全奥氏体化后的不完全奥氏体化后的组组成相为：成相为：奥氏体十铁素体奥氏体十铁素体，而过共析钢则为：而过共析钢则为：奥氏体奥氏体 十渗碳体十渗碳体。第一节第一节一
13、、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本
14、本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义11/19/20228第六章 钢的热处理工程材料CAI(3)(3)钢的奥氏体化的目的和条件钢的奥氏体化的目的和条件 目的：目的：主要目的是为了主要目的是为了获得成分均匀、晶粒细获得成分均匀、晶粒细小的奥氏体晶粒，为热处理的冷却阶段做好小的奥氏体晶粒，为热处理的冷却阶段做好组织准备。组织准备。条件：条件：除了要有适当的加热温度条件外，还需除了要有适当的加热温度条件外，还需要一定的保温时间。并且加热温度越高，原要一定的保温时间。并且加热温度越高，原子的扩散能力越强，奥氏体化所需的保温时子的扩散能力越强，奥氏体化所需的保
15、温时间越短。间越短。第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性
16、能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义 注：注：对钢的奥氏体化基本过程本课程从略，对钢的奥氏体化基本过程本课程从略，而只需明确有加热条件和保温时间就行了。而只需明确有加热条件和保温时间就行了。11/19/20229第六章 钢的热处理工程材料CAI2.2.钢在加热或冷却时的相变温度钢在加热或冷却时的相变温度(1)(1)平衡临界点平衡临界点 概念：概念：平衡临界点平衡临界点是指碳钢在无限缓慢的加是指碳钢在无限缓慢的加速速度或冷却速度条件下的相变临界点。速速度或冷却速度条件下的相变临界点。第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏
17、体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶
18、粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义(2)(2)相变有迟滞现象相变有迟滞现象 (a)概念：概念：而实际上进行热处理时的加热速度而实际上进行热处理时的加热速度和冷却速度均不可能无限缓慢，因此相变有迟和冷却速度均不可能无限缓慢，因此相变有迟滞现象，即实际加热时的相变温度总要高于平滞现象，即实际加热时的相变温度总要高于平衡状态下的临界点，而冷却时的相变温度总要衡状态下的临界点，而冷却时的相变温度总要低于平衡状态下的临界点，并且随着加热速度低于平衡状态下的临界点，并且随着加热速度或冷却速度的增加，它们的温度差别越大。或冷却速度的增加，它们的温度差别越大。例如：例如：在在Fe-Fe
19、3C相图中，相图中，A1线线(PSK线线)、A3线线(GS线线)、Acm线线(SE线线)表示钢的平衡相变的表示钢的平衡相变的温度温度，它们是平衡临界点。它们是平衡临界点。11/19/202210第六章 钢的热处理工程材料CAI(b)(b)实际相变点的表示法：实际相变点的表示法：加热时加热时A A1 1AAc1c1 ，A A3 3 A Ac3 c3，A Acmcm A Accm ccm，冷却时冷却时A A1 1AAr1r1 ，A A3 3 A Ar3r3 ，A Acmcm A Arcmrcm 。图图6-26-2为这些相变临界点在为这些相变临界点在Fe-FeFe-Fe3 3C C相图上的相图上的位
20、置示意图位置示意图。第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性
21、能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义11/19/202211第六章 钢的热处理工程材料CAI图图6-2 6-2 加热和冷却时碳钢相变临界点的位置加热和冷却时碳钢相变临界点的位置第一节第一节一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温
22、度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义11/19/202212第六章 钢的热处理工程材料CAI二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大1.1.奥奥氏氏体体晶晶粒粒的的大大小小对对冷冷却却转转变变后后钢钢的的组组织织和和性能的影响性能的影响 (1)(1)晶晶粒粒越越细细：若若加加热热和和保保
23、温温后后钢钢的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越细细小小，则则冷冷却却转转变变后后钢钢的的晶晶粒粒也也越越细细小小，力学性能也越高力学性能也越高，特别是冲击韧性也越高；，特别是冲击韧性也越高；(2)(2)晶晶粒粒越越粗粗：但但若若奥奥氏氏体体晶晶粒粒越越粗粗大大，则则冷冷却却转转变变后后钢钢组组织织的的晶晶粒粒也也越越粗粗大大，力力学学性性能能也也越越低低，特特别别是是冲冲击击韧韧性性下下降降较较多多，即即发发生生所所谓谓“过过热热”现现象象。这这是是热热处处理理加加热热过过程程中中的的一一种缺陷。种缺陷。二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转
24、变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度
25、的意义 注意：注意：因此，钢在热处理加热时，加热温度和因此，钢在热处理加热时，加热温度和保温时间必须控制在一定的范围内，以便获得保温时间必须控制在一定的范围内，以便获得细小而均匀的奥氏体晶粒。细小而均匀的奥氏体晶粒。11/19/202213第六章 钢的热处理工程材料CAI2.2.本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢(1)(1)奥氏体晶粒的长大是一个自发过程。奥氏体晶粒的长大是一个自发过程。由于小晶粒转变为大晶粒将使合金总的晶由于小晶粒转变为大晶粒将使合金总的晶界面积减少，从而减少了界面能，使合金的总界面积减少，从而减少了界面能，使合金的总能量下降，因此奥氏体晶粒的长大是一个自发
26、能量下降，因此奥氏体晶粒的长大是一个自发过程过程 。二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组
27、对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义图扩图扩5-7 5-7 晶粒长大示意图晶粒长大示意图11/19/202214第六章 钢的热处理工程材料CAI(2)(2)奥氏体晶粒长大的两种不同的倾向奥氏体晶粒长大的两种不同的倾向 不同成分的钢，在加热时，奥氏体晶粒长不同成分的钢，在加热时，奥氏体晶粒长大的倾向是不同的。这通常可分为两种情况：大的倾向是不同的。这通常可分为两种情况：一种是有些钢的奥氏体晶粒随温度的升高一种是有些钢的奥氏体晶粒随温度的升高会迅速长大，这样的钢称为本质粗晶粒钢；会
28、迅速长大，这样的钢称为本质粗晶粒钢；二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的
29、组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义图图扩扩6-3 6-3 奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大的倾向与温度的关系大的倾向与温度的关系11/19/202215第六章 钢的热处理工程材料CAI 另一种是有些钢的奥氏体晶粒随温度的升另一种是有些钢的奥氏体晶粒随温度的升高开始不容易长大，只有加热到较高温度高开始不容易长大，只有加热到较高温度(930950)以上时以上时 才急剧长大，这样的钢称为本才急剧长大，这样的钢称为本质细晶粒钢。质细晶粒钢。二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节
30、钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.
31、3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义 注意：注意：以上这种按奥氏体晶粒长大的倾向不奥氏体晶粒长大的倾向不同对钢白分类称为本质晶粒度钢，显然本质晶同对钢白分类称为本质晶粒度钢，显然本质晶粒度反映了奥氏体晶粒长大的倾向。粒度反映了奥氏体晶粒长大的倾向。图图扩扩6-3 6-3 奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大的倾向与温度的关系大的倾向与温度的关系11/19/202216第六章 钢的热处理工程材料CAI(3)(3)影呵影呵钢的晶粒长大的倾向钢的晶粒长大的倾向的因素的因素 钢的晶粒长大的倾向，除钢的晶粒长大的倾向，除了与钢的成分有关外，还与了与钢的成分有关外，还与钢的脱氧方法有关：钢的脱氧方法有关：在冶炼时只
32、用在冶炼时只用Si、Mn脱氧的钢为本质粗晶粒钢。脱氧的钢为本质粗晶粒钢。除用除用Si、Mn外，还用外，还用Al脱氧的钢以及含有脱氧的钢以及含有Al、Ti、V、Zr、Nb等合金元素的钢等合金元素的钢均为本质细晶粒钢。均为本质细晶粒钢。二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度；的相变温度
33、；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义 注：注：详请见详请见“扩充知识扩充知识6.2 奥氏体晶粒度的概念奥氏体晶粒度的概念”。11/19/202217第六章 钢的热处理工程材料CAI3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义 钢钢一一般般热热处处理理的的加加热热温温度度在在930930以以下下。对对于于本
34、本质质粗粗晶晶粒粒钢钢必必须须严严格格控控制制加加热热温温度度和和保保温温时时间间 ，而而对对于于本本质质细细晶晶粒粒钢钢一一般般可可避避免免加加热热过过程程中中产产生生的的“过过热热”现现象象，故故热热处处理理后钢的性能较好。后钢的性能较好。二、奥氏体晶粒的长大二、奥氏体晶粒的长大第一节第一节第一节第一节 钢在加钢在加热时的转变热时的转变一、奥氏体的形成一、奥氏体的形成1.1.奥氏体化；奥氏体化；(1)(1)奥氏体化的概念；奥氏体化的概念；(2)(2)奥氏体化有两种奥氏体化有两种情况；情况；(3)(3)钢的奥氏体化的钢的奥氏体化的目的；目的；2.2.钢在加热或冷却时钢在加热或冷却时的相变温度
35、；的相变温度；(1)(1)平衡临界点；平衡临界点；(2)(2)相变有迟滞现象；相变有迟滞现象；二、奥氏体晶粒的二、奥氏体晶粒的长大长大1.1.奥氏体晶粒的大小奥氏体晶粒的大小对冷却转变后钢的组对冷却转变后钢的组织和性能的影响；织和性能的影响；2.2.本质粗晶粒钢和本本质粗晶粒钢和本质细晶粒钢；质细晶粒钢；3.3.本质晶粒度的意义本质晶粒度的意义11/19/202218第六章 钢的热处理工程材料CAI第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变 引引 言言1.1.冷却过程是钢的热处理工艺的关键冷却过程是钢的热处理工艺的关键 冷却过程是钢的热处理工艺的关键部分，它冷却过程是钢的热处理工艺的关键部
36、分，它对控制钢在热处理以后的组织与性能起着极大对控制钢在热处理以后的组织与性能起着极大的作用。的作用。换言之，采用不同的冷却速度或冷却换言之，采用不同的冷却速度或冷却方式，可获得不同的组织和性能。方式，可获得不同的组织和性能。第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键热处理工艺的关键2 2常有两种冷却方式常有两种冷却方式3.3.钢在冷却时的组钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质：4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入入一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥
37、氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变 例如：例如：两块两块T8钢小试样钢小试样，同时加热到，同时加热到800奥氏体奥氏体化，经保温后，化，经保温后，一块一块淬火淬火(从炉中取出后立即放入水中冷却从炉中取出后立即放入水中冷却)；另一块另一块退火退火(随炉冷却随炉冷却)。结果：结果：T8钢淬火后硬度高达钢淬火后硬度高达64HRC，而退火后的硬度约为而退火后的硬度约为12HRC参考值。参考值。11/19/202219第六章 钢的热处理工程材料CAI引引 言言(1)
38、(1)等温冷却等温冷却(2)(2)连续冷却连续冷却2 2常有两种冷却方式：常有两种冷却方式：图图6-3 6-3 热处理的两种常见的冷却方式热处理的两种常见的冷却方式第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键热处理工艺的关键2 2常有两种冷却方式常有两种冷却方式3.3.钢在冷却时的组钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质：4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入入一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三
39、、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变第二节第二节 11/19/202220第六章 钢的热处理工程材料CAI引引 言言注：注：2 2常有两种冷却方式：常有两种冷却方式：(1)(1)等温冷却等温冷却 如图如图6-36-3中中(a)(a)的所示，即把已奥氏体化的的所示，即把已奥氏体化的钢快速冷却到钢快速冷却到A1A1以下某一温度，并在此温度下以下某一温度，并在此温度下保温，使奥氏体在一定的过冷度下向稳定的组保温，使奥氏体在一定的过冷度下向稳定的组织结构转变织结构转变 。相变结束后，再空冷。相变结束后，再空冷(即在空气即在空气
40、中冷却中冷却)下来。下来。(2)(2)连续冷却连续冷却 如图如图6-36-3中中(b)(b)所示，即把已已奥氏体化的所示，即把已已奥氏体化的钢，以不同的冷却速度，如炉冷钢，以不同的冷却速度，如炉冷(即随炉冷却即随炉冷却)、空冷、油冷空冷、油冷(即在油中冷却即在油中冷却)、水冷、水冷(即在水中即在水中冷却冷却)等等，连续地冷却室温，使奥氏体转变等等，连续地冷却室温，使奥氏体转变为较稳定的组织结构。为较稳定的组织结构。第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键热处理工艺的关键2 2常有两种冷却方式常有两种冷却方式3.3.钢在冷却时的组
41、钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质：4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入入一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变第二节第二节 11/19/202221第六章 钢的热处理工程材料CAI3.3.钢在冷却时的组织转变的实质钢在冷却时的组织转变的实质 引：引：钢加热奥氏体化后以不同的冷却速度钢加热奥氏体化后以不同的冷却速度冷却下来，可获得各种不同的组织
42、，而所有这冷却下来，可获得各种不同的组织，而所有这些钢的各种不同形态的组织都是以些钢的各种不同形态的组织都是以相为基体相为基体相的。相的。相是碳溶入体心立方晶格相是碳溶入体心立方晶格-Fe的固溶的固溶体，它可以是平衡相铁素体体，它可以是平衡相铁素体F，也可以是过饱，也可以是过饱和固溶体。下面详细说明。和固溶体。下面详细说明。AcmAcmA3A3图图 在在Fe-Fe3CFe-Fe3C相图相图中中A1A1线、线、A3 A3线和线和AcmAcm线线A1第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键；热处理工艺的关键；2 2常有两种冷却方式；
43、常有两种冷却方式；3.3.钢在冷却时的组钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质；4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入；入；一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变引引 言言第二节第二节 11/19/202222第六章 钢的热处理工程材料CAI 从从Fe-Fe3CFe-Fe3C相图可知，相图可知，A1A1温度以下存在的温度以下存在的奥氏体不是一种平衡状
44、态的相，而是不稳定的奥氏体不是一种平衡状态的相，而是不稳定的 、暂时存在的相。、暂时存在的相。实验证明实验证明，经过一段孕育期，经过一段孕育期时间形核后，它必然向稳定的相结构转变，这时间形核后，它必然向稳定的相结构转变，这种奥氏体称为种奥氏体称为过冷奥氏体过冷奥氏体。(1)(1)过冷奥氏体过冷奥氏体AcmAcmA3A3图图 在在Fe-Fe3CFe-Fe3C相图相图中中A1A1线、线、A3 A3线和线和AcmAcm线线A1第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键；热处理工艺的关键；2 2常有两种冷却方式；常有两种冷却方式；3.3.
45、钢在冷却时的组钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质；4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入；入；一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变引引 言言第二节第二节 11/19/202223第六章 钢的热处理工程材料CAI注：注：(2)(2)从冷却时钢的从冷却时钢的相变相变来看：来看：根据根据Fe-FeFe-Fe3 3C C相图，钢相图，钢在奥氏体单相区温
46、度范围在奥氏体单相区温度范围内，其奥氏体中的溶剂是内，其奥氏体中的溶剂是稳定的面心立方晶格的稳定的面心立方晶格的-FeFe，而在，而在A A1 1温度以下铁素温度以下铁素体中的溶剂是稳定的体心体中的溶剂是稳定的体心立方晶格的立方晶格的-Fe-Fe。下面说。下面说明，在各种冷却条件下，明，在各种冷却条件下，过冷奥氏体都将主要生成过冷奥氏体都将主要生成碳溶入体心立方晶格碳溶入体心立方晶格-Fe-Fe的固溶体，称之为的固溶体，称之为相。相。相相可以是过饱和固可以是过饱和固溶溶体体，这可分两种情况：，这可分两种情况：(2)(2)从冷却时钢的从冷却时钢的相变相变来看：来看：A过冷过冷 主要主要 固溶体固
47、溶体相相-Fe-Fe面心立方面心立方 体心立方体心立方第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键热处理工艺的关键2 2常有两种冷却方式常有两种冷却方式3.3.钢在冷却时的组钢在冷却时的组织转变的实质织转变的实质：4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入入一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转
48、变引引 言言第二节第二节 相相可以是过饱和固可以是过饱和固溶体，可分两种情溶体，可分两种情况：况：11/19/202224第六章 钢的热处理工程材料CAI注：注：在过冷度或冷却速度较在过冷度或冷却速度较小的平衡条件下，过冷奥小的平衡条件下，过冷奥氏体的转变产物氏体的转变产物相，就相，就是平衡相铁素体是平衡相铁素体F F，此外，此外还生成少量平衡碳化物相还生成少量平衡碳化物相-渗碳体。渗碳体。而在过冷度或冷却速度而在过冷度或冷却速度较大时，实验证明，过冷较大时，实验证明，过冷奥氏体将生成含碳量过饱奥氏体将生成含碳量过饱和的不平衡状态的和的不平衡状态的相相)以以及少量碳化物及少量碳化物(也可能没也
49、可能没有碳化物有碳化物)。在在TT或或V V冷却冷却较小较小的平衡条件下，转的平衡条件下，转变产物主要为变产物主要为相，相，即是即是F F，此外有此外有少少量平衡碳化物相量平衡碳化物相(如如FeFe3 3C C等等)。在在TT或或V V冷却较冷却较大时，过冷奥氏体大时，过冷奥氏体将生成含碳量过饱将生成含碳量过饱和的不平衡状态的和的不平衡状态的相以及少量碳化相以及少量碳化物物(也可能没有碳化也可能没有碳化物物)。第二节第二节 钢在冷钢在冷却时的转变却时的转变引言引言1.1.冷却过程是钢的冷却过程是钢的热处理工艺的关键热处理工艺的关键2 2常有两种冷却方式常有两种冷却方式3.3.钢在冷却时的组钢在
50、冷却时的组织转变的实质织转变的实质：4.4.等温转变曲线和等温转变曲线和连续转变曲线的引连续转变曲线的引入入一、过冷奥氏体一、过冷奥氏体的等温转变曲线的等温转变曲线二、过冷奥氏体二、过冷奥氏体等温转变产物的等温转变产物的组织与性能组织与性能三、影响三、影响C C曲线的曲线的因素因素四、过冷奥氏体四、过冷奥氏体的连续冷却转变的连续冷却转变及马氏体转变及马氏体转变引引 言言第二节第二节 11/19/202225第六章 钢的热处理工程材料CAI注：注：(3)从冷却时钢的组织转从冷却时钢的组织转变来看：变来看：从冷却时钢的组织转变从冷却时钢的组织转变来看，随着过冷度或冷却来看，随着过冷度或冷却速度的增