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1、材料科学与工程学院教案用纸课程章节名称项目五钢的热处理掌握“C”曲线。掌握钢的退火、正火、淬火、回火的概念及目的。掌握钢的表面淬火。教学目的、要求掌握钢的化学热处理。熟悉零件的热处理工艺分析。L 曲线重点难点2 .钢的退火3 .钢的淬火4 .钢的化学热处理教学环节时间分配5 .零件的热处理工艺3课时教学手段、教学方法和实施步骤多姝传授课内容：一、钢的奥氏体化：1）、奥氏体晶核的形成与长大：奥氏体晶粒最容易在铁素体与渗碳体的界面上生成。界面上原子排 列紊乱，处于不稳定状态，为奥氏体的形核提供了有利条件。晶核生成 后，与奥氏体相邻的铁素体中的铁原子通过扩散运动转移到奥氏体晶核 上来，使奥氏体晶核长
2、大。同时与奥氏体相邻的渗碳体通过分解不断地 溶入生成的奥氏体中，也使奥氏体逐渐长大，直至珠光体全部消失为止。 2）、剩余渗碳体的溶解：当铁素体转变成奥氏体后，铁素体消失，但还有相当数量渗碳体尚 未溶解，这些渗碳体称为残余渗碳体。随着时间的延长，残余渗碳体继 续向奥氏体中溶解，直至全部消失为止。3）、奥氏体的均匀化：渗碳体刚刚溶入奥氏体后，奥氏体浓度仍然不均匀，在原渗碳体的 地方碳的浓度高，而原来铁素体的地方碳的浓度低，只有经过长时间保 温或继续加热，才能使碳原子充分扩散，获得均匀的奥氏体。因此，热 处理加热后的保温阶段，不仅是为了使工件热透，也是为了使组织转变 完全及奥氏体成分均匀。二、曲线：
3、奥氏体在临界点Ai以上是稳定的，不会发生转变。当奥氏体冷却到 临界点以下，处于不稳定状态，必定要发生转变。但并不是一冷却到临 界点温度以下立即发生转变，这种在临界温度以下存在的奥氏体叫做过 冷奥氏体。将经奥氏体化后的钢冷却到相变点以下的温度区间内等温保 持时，过冷奥氏体所发生的转变称为等温转变。过冷奥氏体在不同过冷度下的等温过程中转变温度、转变时间与转 变产物的关系曲线图称为等温转变图，因其形状像英文字母“C”，故俗 称为C曲线。等温转变图是一种用来研究冷却过程中奥氏体不平衡转变 的重要工具。过冷奥氏体在Ai以下等温转变的温度不同，转变产物也不同，在Ms 线以上将发生两种类型的转变：1）、珠光
4、体转变：在Ai550 c温度范围内，奥氏体等温分解为铁素体和渗碳体的片 层状混合物一珠光体。即奥氏体向珠光体转变。2）、贝氏体转变：在550CMs温度范围之间，因转变温度较低，原子活动能力较弱, 过冷奥氏体虽然仍分解成渗碳体和铁素体的混合物，但铁素体中溶解的 碳超过了正常的溶解度，转变后得到的组织为碳的质量分数具有一定过 饱和程度的铁素体和极分散的渗碳体组成的混合物，称为贝氏体。3）、马氏体转变：当钢从奥氏体区急冷到Ms时，奥氏体便开始转变为马氏体，只是一 种非扩散过程，因转变温度低，原子扩散能力小，在马氏体转变过程中, 只有铁的晶格改组，不发生碳的扩散，为此，包含在奥氏体中的碳，转 变后原封
5、不动地保留在铁的晶格中，大量的碳原子存在，使铁的晶格发 生了畸变，使马氏体晶格成了碳原子位于晶格间隙位置的体心立方晶格。三、钢的退火：1）、完全退火：将钢件或毛坯加热到Ac3以上3050 ,保温一段时间，使钢中组 织完全转变成奥氏体后，缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。完全退火可以降低钢的硬度，以利于切削加工;消除残余应力，稳定 工件尺寸，以防工件变形和开裂;细化晶粒，改善组织，以提高力学性能 和改善工艺性能，为最终热处理做好组织准备。2）、等温退火：将钢件或毛坯加热至Ac3（或Aci）以上2030 ,保温一定时间 后，较快地冷却至过冷奥氏体等温转变曲线“鼻尖”温度附近并保温（珠 光体转
6、变区），使奥氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来的热处理工 艺。等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的转变容易控制, 能获得均匀的预期组织，对于大型制件及合金钢制件较适宜，可大大缩 短退火周期。3）、球化退火：将钢件或毛坯加热到略高于Aci的温度（一般Aci以上2030） 保温（一般24h）;或Ah以下20 左右长时间保温，使钢中二次渗碳 体自发转变为颗粒状（或称球状）渗碳体，然后缓慢冷却到室温的热处 理工艺。球化退火的目的主要有降低硬度，均匀组织，改善切削加工性能， 为淬火作准备。4）、均匀化退火：均匀化退火是将钢锭、铸件加热到略低于固相线温度（钢熔点以下 100200 或Ac3、Ac
7、cm以上150300 ）,长时间保温并缓冷的热 处理工艺。扩散退火目的是为了消除晶内偏析，使钢锭等化学成分和组织均匀 化，实质是使原子在奥氏体中充分扩散。扩散退火的周期长、烧损严重、 热耗大、成本高，因此只有优质合金钢且偏析较严重使用此工艺。5）、去应力退火：去应力退火是将钢加热到Aci温度以下（500650 左右），保温 一定时间后缓慢冷却到室温的热处理工艺。去应力退火其目的是为了消除铸件、锻件和焊接件以及冷变形等加 工中所造成的内应力。因去应力退火温度低、不改变工件原来的组织， 故应用广泛。三、钢的正火:正火将钢加热到Ac3或Accm以上3050 ,保温适当的时间，在空气中冷却的热处理工艺
8、。正火与退火的目的基本相同，但正火的冷却速 度比退火稍快，故正火后得到的珠光体组织比较细，强度、硬度比退火 钢高。正火能够改善低碳钢和低合金钢的切削加工性、作为普通结构零件 的最终热处理、作为中碳结构钢的较重要零件的预先热处理、消除热加 工缺陷。四、钢的淬火:淬火是指将钢加热到Ac3或Acl以上某一温度，保温一定时间，以适 当速度冷却，获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。淬火的主要目 的就是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。1）、单液淬火法:将奥氏体化的工件投入一种淬火介质中，一直冷却至室温的淬火， 称为单液淬火法。可见在整个冷却过程中，工件表面与中心的温差较大, 这会造成较大的热应力和组
9、织应力，从而易引起变形和开裂。但此方法 简便、经济、易于掌握，一般碳钢在水或水溶液中淬火，合金钢在油中 淬火，它们都属于单液淬火。2）、双液淬火法：先把奥氏体化的工件投入到冷却能力较强的介质中，冷却到稍高于 Ms温度，再立即投入另一种冷却能力较弱的介质中冷却，使之发生马氏 体转变的淬火工艺，称为双液淬火法。3）、分级淬火法：把奥氏体化的工件投入温度在Ms点附近的盐溶液或碱浴中，保持适 当的时间，待工件内外层都达到介质温度后取出空冷，以获得马氏体组 织的淬火方法，称为分级淬火。4）、等温淬火：把奥氏体化的工件投入温度稍高于Ms点的盐浴或碱浴中，保温足够 的时间，使其发生下贝氏体转变后取出空冷，此
10、方法为等温淬火。但贝 氏体转变不完全的钢，剩余奥氏体空冷时变成马氏体，须回火消除脆性。五、钢的回火:回火是将淬火后的钢，再加热到低于Aci的某一温度，保温一定时 间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的主要有消除或减少淬火 内应力、获得工件所需的力学性能、稳定工件组织和尺寸。六、钢的表面淬火:钢的表面淬火是一种不改变钢表面化学成分，但改变钢表层组织的 局部热处理方法。它是通过快速加热，使钢的表层奥氏体化，在热量还 没有传到心部时，立即淬火冷却，使表面获得硬而耐磨的马氏体组织， 而心部保持原来塑性、韧性良好的退火、正火或调质状态的组织。七、钢的化学热处理:化学热处理是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几 种元素渗入它的表面，改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。化 学热处理不仅改变了钢的组织，也使钢表层的化学成分发生了变化。化 学热处理的基本过程都是通过分解、吸收和扩散三个阶段完成的。化学热处理主要包括渗碳、渗氮（氮化）、碳氮共渗、渗硼、多元共 渗等。课堂讨论钢的退火、正火、淬火、回火课外思考、练 习及作业题课后习题