1
第三章 钢的热处理本章重点：
1.钢加热和冷却时的组织转变
2.C曲线
3.各种热处理工艺的原则和应用
2
改善钢材性能的主要办法
1.合金化
2.钢的热处理
3
第一节 钢加热时的组织转变加热（冷却）时铁碳相图上各临界点的位置一、转变温度
4
二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
4.奥氏体成分的均匀化
2.奥氏体长大
3.残余渗碳体的溶解
1.奥氏体形核
5
三、奥氏体晶粒的长大及影响因素
2.影响奥氏体晶粒长大的因素
1）加热温度、速度和保温时间
2）化学成分
① C
② 合金元素
1.奥氏体的晶粒度
1）起始晶粒度
2）实际晶粒度
3）本质晶粒度
6
四、加热时常见的缺陷
1.过热和过烧
2.氧化和脱碳
7
第二节 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变
1.等温转变曲线（ C曲线）的建立
8
2.等温转变曲线（ C曲线）的分析
9
二、过冷奥氏体的连续冷却转变
10
三、冷却转变后的组织和性能
共析钢的 C曲线详图
1、珠光体转变高温转变,A1～ 550℃
一是铁、碳原子扩散二是晶格重组扩散型转变珠光体,A1～ 650℃
索氏体,650～ 600℃
托氏体,600～ 550℃
转变产物
11
12
表 1 过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高。
同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火莱得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。
组织名称 表示符号 形成温度范围 /℃ 硬度 片间距 /nm 能分辨片层的 放大倍数珠光体 P A1~650 170~200HB 150~450 ＜ 5 00×
索氏体 S 650~600 25~35HRC 80~150 ＞ 1000×
托氏体 T 600~550 35~40HRC 30~80 ＞ 2000×
13
2、贝氏体转变
中温转变,550 ℃ ～ Ms点
转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力
转变产物：贝氏体，即 Fe3C分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物
上贝氏体,550 ～ 350℃,呈羽毛状
下贝氏体,350 ℃ ～ Ms点，呈针状
14
上贝氏体中的 Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低
15
下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、无方向性，且碳化物分布均匀，
弥散度大，故下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有应用价值的组织
16
17
3）马氏体转变马氏体 (M),C在 a－ Fe中的过饱和固溶体。
转变特点,①无扩散型转变，
②降温形成,连续冷却完成
③形成速度极快
④转变的不完全性 (AR)
AR的量主要取决于 MS和 MF点的位置
18
19
当奥氏体的含碳量大于 1.0％时，得到全部片状马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬度和强度高，但塑性和韧性很低
马氏体的组织类型马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳量
20
当奥氏体含碳量小于 0.2％时得到全部板条马氏体组织，呈扁担状，
亚结构以位错为主，有较高的强度和韧性，具有良好的综合机械性能。
21
22
3.影响 C曲线的因素
1）含碳量 (奥氏体的含碳量 )
含碳量增加，奥氏体的稳定性增大,C曲线右移
2）合金元素
除 Co外，绝大多数合金元素 溶入 奥氏体后，都使 C曲线右 移，形状也可能会发生改变。
3）加热温度和保温时间
随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
23
第三节 钢的退火与正火
一、退火和正火的目的
降低或提高硬度，便于进行切削加工
消除残余应力
细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能
为最终热处理作好组织准备
24
二、退火工艺及其应用
完全退火 和等温退火（亚共析钢）
球化退火（过共析钢）
去应力退火
扩散退火第三节 钢的退火与正火
25
第三节 钢的退火与正火
三、正火工艺及其应用
正火：将工件加热到 Ac3（ 亚共析钢 ） 或 Accm
（过共析钢）以上 30~50℃,保温后从炉中取出，
在空气中冷却的一种热处理工艺。
过共析钢正火加热温度必须高于 Accm。 过共析钢正火加热的目的：消除网状渗碳体。
应用,1）可作为最终热处理；
2）作为预处理，调整硬度，便于切削加工
3）用于过共析钢，抑制或消除网状渗碳体的形成。
26
第四节 钢的淬火
一、淬火的目的
获得马氏体组织。
二、淬火的一般工艺
1.淬火温度的选择
2.保温时间的确定
27
第四节 钢的淬火
3.淬火冷却介质
28
第四节 钢的淬火
29
第四节 钢的淬火
三、常用的淬火方法
1.单液淬火（ a）
2.双液淬火（ b）
3.分级淬火（ c）
4.等温淬火（ d）
5.局部淬火
30
四、钢的淬透性
1.淬透性与淬硬性
钢的淬透性,钢在淬火时能够获得马氏体的能力。
是钢材本身固有的属性，与钢的过冷奥氏体稳定性有关。
过冷奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。
钢的淬硬性,钢在淬火后所能达到的最高硬度。
取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。
31
四、钢的淬透性
1、钢的淬透性与淬硬性的概念
淬透性,钢在淬火时能够获得 M体的能力,它是钢材本身固有的属性，取决于 M体的临界冷却速度
通常用淬透层深度来表示 （ 在相同的加热条件下 ）
淬透层深度,从工件表面到半 M体层的深度
淬硬性,钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于
M体的含碳量。
淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高
32
2,影响淬透性的因素
1）含碳量亚共析钢，含碳量增加,奥氏体的稳定性增大,Ｃ曲线 右 移，淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加,奥氏体的稳定性降低,Ｃ曲线 左 移，
淬透性降低 (未溶渗碳体促进奥氏体分解 )
2）合金元素除 Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高
3）加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长,碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性,使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性
4）钢中未溶第二相未溶第二相越多,作为结晶核心，使 A体不稳定,C曲线左移，淬透性下降
33
四、钢的淬透性
3.淬透性的测定
34
35
36
讨论题
1、直径为 10mm的 45钢和 T12钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表 1所示，请说明：
（ 1）不同热处理条件下的显微组织（填入表 1的显微组织栏中）；
（ 2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；
（ 3）回火温度对钢硬度的影响及其原因。
2、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性和淬硬性的高低,T8,40Cr,20CrMnTi,40。
37
表 1
材料热处理工艺 硬 度 显微组织热处理温度 /oC 冷却方式 回火温度 /oC HRB HRC HB
45钢 860
炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷
200
400
600
85
13
38
55
53
40
24
148
196
349
538
515
369
243
750 水冷 45 422
T12 750
炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷
200
400
600
93
26
46
66
63
51
30
176
257
437
693
652
495
283
860 水冷 61 637
第三章 钢的热处理本章重点：
1.钢加热和冷却时的组织转变
2.C曲线
3.各种热处理工艺的原则和应用
2
改善钢材性能的主要办法
1.合金化
2.钢的热处理
3
第一节 钢加热时的组织转变加热（冷却）时铁碳相图上各临界点的位置一、转变温度
4
二、奥氏体的形成过程（以共析钢为例）
4.奥氏体成分的均匀化
2.奥氏体长大
3.残余渗碳体的溶解
1.奥氏体形核
5
三、奥氏体晶粒的长大及影响因素
2.影响奥氏体晶粒长大的因素
1）加热温度、速度和保温时间
2）化学成分
① C
② 合金元素
1.奥氏体的晶粒度
1）起始晶粒度
2）实际晶粒度
3）本质晶粒度
6
四、加热时常见的缺陷
1.过热和过烧
2.氧化和脱碳
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第二节 钢在冷却时的转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变
1.等温转变曲线（ C曲线）的建立
8
2.等温转变曲线（ C曲线）的分析
9
二、过冷奥氏体的连续冷却转变
10
三、冷却转变后的组织和性能
共析钢的 C曲线详图
1、珠光体转变高温转变,A1～ 550℃
一是铁、碳原子扩散二是晶格重组扩散型转变珠光体,A1～ 650℃
索氏体,650～ 600℃
托氏体,600～ 550℃
转变产物
11
12
表 1 过冷奥氏体高温转变产物的形成温度和性能
可见：珠光体的片层间距越小，硬度越高，同样强度也高。
同一成分的钢，组织为片状珠光体时硬度和强度比粒状珠光体的高，但塑性、韧性低，为改善工具钢的切削性能，常用球化退火莱得到粒状珠光体组织，降低钢的硬度。
组织名称 表示符号 形成温度范围 /℃ 硬度 片间距 /nm 能分辨片层的 放大倍数珠光体 P A1~650 170~200HB 150~450 ＜ 5 00×
索氏体 S 650~600 25~35HRC 80~150 ＞ 1000×
托氏体 T 600~550 35~40HRC 30~80 ＞ 2000×
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2、贝氏体转变
中温转变,550 ℃ ～ Ms点
转变特点：半扩散型，铁原子不扩散，碳原子有一定的扩散能力
转变产物：贝氏体，即 Fe3C分布在含过饱和碳的铁素体上的两相混合物
上贝氏体,550 ～ 350℃,呈羽毛状
下贝氏体,350 ℃ ～ Ms点，呈针状
14
上贝氏体中的 Fe3C分布于铁素体条之间，分割了基体的连续性，易脆断，故上贝氏体的强度和韧性较低
15
下贝氏体形成温度较低，铁素体针细小、无方向性，且碳化物分布均匀，
弥散度大，故下贝氏体有良好的强度和韧性配合，是一种有应用价值的组织
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3）马氏体转变马氏体 (M),C在 a－ Fe中的过饱和固溶体。
转变特点,①无扩散型转变，
②降温形成,连续冷却完成
③形成速度极快
④转变的不完全性 (AR)
AR的量主要取决于 MS和 MF点的位置
18
19
当奥氏体的含碳量大于 1.0％时，得到全部片状马氏体，呈双凸透镜状，亚结构以挛晶为主，硬度和强度高，但塑性和韧性很低
马氏体的组织类型马氏体的组织形态主要取决于过冷奥氏体的含碳量
20
当奥氏体含碳量小于 0.2％时得到全部板条马氏体组织，呈扁担状，
亚结构以位错为主，有较高的强度和韧性，具有良好的综合机械性能。
21
22
3.影响 C曲线的因素
1）含碳量 (奥氏体的含碳量 )
含碳量增加，奥氏体的稳定性增大,C曲线右移
2）合金元素
除 Co外，绝大多数合金元素 溶入 奥氏体后，都使 C曲线右 移，形状也可能会发生改变。
3）加热温度和保温时间
随温度的提高和保温时间的延长，碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性，使 C曲线右移。
23
第三节 钢的退火与正火
一、退火和正火的目的
降低或提高硬度，便于进行切削加工
消除残余应力
细化晶粒，改善组织以提高钢的力学性能
为最终热处理作好组织准备
24
二、退火工艺及其应用
完全退火 和等温退火（亚共析钢）
球化退火（过共析钢）
去应力退火
扩散退火第三节 钢的退火与正火
25
第三节 钢的退火与正火
三、正火工艺及其应用
正火：将工件加热到 Ac3（ 亚共析钢 ） 或 Accm
（过共析钢）以上 30~50℃,保温后从炉中取出，
在空气中冷却的一种热处理工艺。
过共析钢正火加热温度必须高于 Accm。 过共析钢正火加热的目的：消除网状渗碳体。
应用,1）可作为最终热处理；
2）作为预处理，调整硬度，便于切削加工
3）用于过共析钢，抑制或消除网状渗碳体的形成。
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第四节 钢的淬火
一、淬火的目的
获得马氏体组织。
二、淬火的一般工艺
1.淬火温度的选择
2.保温时间的确定
27
第四节 钢的淬火
3.淬火冷却介质
28
第四节 钢的淬火
29
第四节 钢的淬火
三、常用的淬火方法
1.单液淬火（ a）
2.双液淬火（ b）
3.分级淬火（ c）
4.等温淬火（ d）
5.局部淬火
30
四、钢的淬透性
1.淬透性与淬硬性
钢的淬透性,钢在淬火时能够获得马氏体的能力。
是钢材本身固有的属性，与钢的过冷奥氏体稳定性有关。
过冷奥氏体越稳定，钢的淬透性越好。
钢的淬硬性,钢在淬火后所能达到的最高硬度。
取决于马氏体的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。
31
四、钢的淬透性
1、钢的淬透性与淬硬性的概念
淬透性,钢在淬火时能够获得 M体的能力,它是钢材本身固有的属性，取决于 M体的临界冷却速度
通常用淬透层深度来表示 （ 在相同的加热条件下 ）
淬透层深度,从工件表面到半 M体层的深度
淬硬性,钢在淬火后能够达到的最高硬度，它取决于
M体的含碳量。
淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
如低碳合金钢淬透性很好，但其淬硬性却不高；而碳素工具钢的淬透性很差，但其淬硬性却很高
32
2,影响淬透性的因素
1）含碳量亚共析钢，含碳量增加,奥氏体的稳定性增大,Ｃ曲线 右 移，淬透性提高过共析钢，随着含碳量增加,奥氏体的稳定性降低,Ｃ曲线 左 移，
淬透性降低 (未溶渗碳体促进奥氏体分解 )
2）合金元素除 Co外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，都使Ｃ曲线右移，形状也可能会发生改变，使淬透性提高
3）加热温度和保温时间随加热温度的提高和保温时间的延长,碳化物溶解充分，奥氏体成分均匀，晶粒粗大（总形核部位减少），这些都增加过冷奥氏体的稳定性,使Ｃ曲线右移，提高了钢的淬透性
4）钢中未溶第二相未溶第二相越多,作为结晶核心，使 A体不稳定,C曲线左移，淬透性下降
33
四、钢的淬透性
3.淬透性的测定
34
35
36
讨论题
1、直径为 10mm的 45钢和 T12钢试样在不同热处理条件下得到的硬度如表 1所示，请说明：
（ 1）不同热处理条件下的显微组织（填入表 1的显微组织栏中）；
（ 2）冷却速度，淬火加热温度、碳含量对钢硬度的影响及其原因；
（ 3）回火温度对钢硬度的影响及其原因。
2、什么是钢的淬透性和淬硬性？淬透性的好坏对钢热处理后的组织和性能有什么影响？试比较下列钢种的淬透性和淬硬性的高低,T8,40Cr,20CrMnTi,40。
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表 1
材料热处理工艺 硬 度 显微组织热处理温度 /oC 冷却方式 回火温度 /oC HRB HRC HB
45钢 860
炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷
200
400
600
85
13
38
55
53
40
24
148
196
349
538
515
369
243
750 水冷 45 422
T12 750
炉冷空冷油冷水冷水冷水冷水冷
200
400
600
93
26
46
66
63
51
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176
257
437
693
652
495
283
860 水冷 61 637
