机 械 工 程 导 论
第三章 钢的热处理
§ 1 概 述
热处理,将金属在固态下通过加热、保温和冷却的方
式，改变合金的内部组织，从而获得所需性
能的一种工艺方法。
机 械 工 程 导 论
§ 2 钢的热处理基本原理
一、钢在加热时的组织转变
?奥氏体的转变温度
机 械 工 程 导 论
?奥氏体的形成
奥氏体长大奥氏体形核 剩余渗碳体溶解 奥氏体均匀化
机 械 工 程 导 论
二、钢在冷却时的组织转变
等温冷却
连续冷却
机 械 工 程 导 论
过冷奥氏体的等温转变
C曲线
机 械 工 程 导 论
影响 C曲线的因素：
奥氏体中含碳量的影响
合金元素的影响
加热温度和保温时间的影响
机 械 工 程 导 论
§ 3 钢的普通热处理
一、退火
目
的
降低钢的硬度，提高塑性
消除钢中残余应力
改善组织，细化晶粒
将钢加热至适当温度，保温后缓慢冷却，以获
得接近于平衡组织的热处理工艺。
机 械 工 程 导 论
机 械 工 程 导 论
?完全退火
首先将亚共析碳钢加热到 Ac3以上 30~50，保温
一段时间后，随炉缓慢冷却到 600度以下，再出
炉在空气中冷却，最后到 Fe-Fe3C相图上的平衡
组织铁素体 +珠光体。
上述退火方法由于奥氏体进行了全部的重结晶,
故称全部退火。主要用于共析碳钢和合金钢的
铸、锻件。目的是细化晶粒,消除应力，使钢软
化以便于随后的切削加工。
机 械 工 程 导 论
?等温退火
如果在对应于某钢 C曲线上的珠光体
形成温度使温度使奥氏体进行等温转变，
便可在等温处理的前后以较快的速度进
行冷却，则退火所需要的时间便可大大
地缩短。这种退火方法称为等温退火 。
机 械 工 程 导 论
?球化退火
为使钢中碳化物球状化的热处
理工艺称为球化退火。
目的是为了消除过共析钢中网
状二次渗碳体，降低硬度，并为淬
火作好组织准备。
机 械 工 程 导 论
?去应力退火
去应力退火又称低温退火,它主要用于消除
铸件,锻件,焊接件,冷冲压件以及机加工
件中的残余应力。
去应力退火工艺是将工件随炉缓慢加热至
500~650度 (<A1),保温一定时间后,随炉
缓慢冷却至 200度再出炉空冷。
机 械 工 程 导 论
?扩散退火
为了减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分
和组织不均匀性，将其加热到略低于固相
线或液相线的温度，长时间保温并进行缓
慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均
匀化退火。
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二、正火
目
的
作为普通结构零件的最终热处理
改善低碳钢和低合金结构钢的切削加工性能
过共析钢球化退火前进行正火，可消除网状二次
渗碳体，保证退火得到良好的珠光体组织
将钢加热至 Ac3或 Accm以上 30~50oC，保温适当时
间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺。
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三、钢的淬火
1.单液淬火 2.双液淬火 3.分级淬火 4.等温淬火
将钢加热至 Ac3或 Ac1以上，保温一定时间，以适
当速度冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热
处理工艺。
机 械 工 程 导 论
1.单液淬火法：形状简单的工件。
2.双液淬火法：技术要求高，可以防止裂纹产生
3.分级淬火法：小截面零件。可以减少应力,减少变形
与开裂
4.等温淬火法：获得下贝氏体组织，用于要求有较高
强韧性的工模具和弹簧等零件。
5.局部淬火法：局部要求高硬度的零件。
6.冷处理,马氏体转变彻底，残余奥氏体的含量
减少，钢的耐磨性、硬度和尺寸稳定
性提高。
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淬透性
淬硬性
钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。
钢的淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬
火后马氏体所能达到的最高硬度表示，主要取
决于马氏体的含碳量。
淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
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单液淬火法
机 械 工 程 导 论
双液淬火法
机 械 工 程 导 论
等温淬火法
机 械 工 程 导 论
分级淬火法
机 械 工 程 导 论
四、淬水钢的回火
目
的
消除或减少淬火应力
稳定工件尺寸，防止工件变形与开裂
获得工件所需的组织和性能
将淬火后的钢加热至 Ac1以下某一温度，保温一
定时间，冷至室温的热处理工艺。
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根据回火温度可将钢的回火分为三类,
1,低温回火（ 150~250℃ ） 回火马氏体
2,中温回火（ 350~500℃ ） 回火屈氏体
3,高温回火（ 500~650℃ ） 回火索氏体
4,淬火加高温回火又称调质处理
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§ 4 钢的表面热处理
一、表面淬火
?火焰加热表面淬火
机 械 工 程 导 论
?感应加热表面淬火
机 械 工 程 导 论
二、钢的化学热处理
将钢放入一定的活性介质中加热和保温，使
介质中的活性原子渗入工件表面，以改变表
面化学成分、组织和性能的热处理工艺。
1,分解 由介质中分解出所渗元素的活性原子
2,吸收 工件表面对活性原子进行吸收。形成固熔
体或形成化合物。
3,扩散 在一定温度下，所吸附原子由表层往里迁
移，形成一定厚度的渗层。
机 械 工 程 导 论
?渗碳
渗碳是向低碳钢或低碳合金钢的表面层渗入碳原子的
过程。常用的渗碳方法有气体渗碳和固体渗碳两种。
低碳钢渗碳后，表面层含碳量以 0.85-1.05％为最好。
渗碳层厚度一般为 0.5-2.5mm。太薄易引起表面疲劳
剥落，太厚抗冲击能力差。
工件经渗碳后的淬火方法有两种：
1,直接淬火 2,一次淬火
机 械 工 程 导 论
?渗氮
氮化的主要氮化是向钢的表面层渗入氮原子以提高表
层的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理
工艺也称为渗氮。
钢的氮化分为气体氮化、离子氮化、气体软氮化和气
体碳氮共渗。
应用最广泛的氮化用钢为 38CrMoAl，这些元素易形
成硬度极高且非常稳定的氮化物。氮化厚表层的硬度
为 72HRC(Hv1100-1200)。
渗氮后的缺点是生产周期长,0.3-0.5mm需要 20-50
小时。
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§ 5 钢的热处理新技术
一、可控气氛热处理
二、真空热处理
三、形变热处理
四、表面处理和技术
第三章 钢的热处理
§ 1 概 述
热处理,将金属在固态下通过加热、保温和冷却的方
式，改变合金的内部组织，从而获得所需性
能的一种工艺方法。
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§ 2 钢的热处理基本原理
一、钢在加热时的组织转变
?奥氏体的转变温度
机 械 工 程 导 论
?奥氏体的形成
奥氏体长大奥氏体形核 剩余渗碳体溶解 奥氏体均匀化
机 械 工 程 导 论
二、钢在冷却时的组织转变
等温冷却
连续冷却
机 械 工 程 导 论
过冷奥氏体的等温转变
C曲线
机 械 工 程 导 论
影响 C曲线的因素：
奥氏体中含碳量的影响
合金元素的影响
加热温度和保温时间的影响
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§ 3 钢的普通热处理
一、退火
目
的
降低钢的硬度，提高塑性
消除钢中残余应力
改善组织，细化晶粒
将钢加热至适当温度，保温后缓慢冷却，以获
得接近于平衡组织的热处理工艺。
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机 械 工 程 导 论
?完全退火
首先将亚共析碳钢加热到 Ac3以上 30~50，保温
一段时间后，随炉缓慢冷却到 600度以下，再出
炉在空气中冷却，最后到 Fe-Fe3C相图上的平衡
组织铁素体 +珠光体。
上述退火方法由于奥氏体进行了全部的重结晶,
故称全部退火。主要用于共析碳钢和合金钢的
铸、锻件。目的是细化晶粒,消除应力，使钢软
化以便于随后的切削加工。
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?等温退火
如果在对应于某钢 C曲线上的珠光体
形成温度使温度使奥氏体进行等温转变，
便可在等温处理的前后以较快的速度进
行冷却，则退火所需要的时间便可大大
地缩短。这种退火方法称为等温退火 。
机 械 工 程 导 论
?球化退火
为使钢中碳化物球状化的热处
理工艺称为球化退火。
目的是为了消除过共析钢中网
状二次渗碳体，降低硬度，并为淬
火作好组织准备。
机 械 工 程 导 论
?去应力退火
去应力退火又称低温退火,它主要用于消除
铸件,锻件,焊接件,冷冲压件以及机加工
件中的残余应力。
去应力退火工艺是将工件随炉缓慢加热至
500~650度 (<A1),保温一定时间后,随炉
缓慢冷却至 200度再出炉空冷。
机 械 工 程 导 论
?扩散退火
为了减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分
和组织不均匀性，将其加热到略低于固相
线或液相线的温度，长时间保温并进行缓
慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均
匀化退火。
机 械 工 程 导 论
二、正火
目
的
作为普通结构零件的最终热处理
改善低碳钢和低合金结构钢的切削加工性能
过共析钢球化退火前进行正火，可消除网状二次
渗碳体，保证退火得到良好的珠光体组织
将钢加热至 Ac3或 Accm以上 30~50oC，保温适当时
间，出炉后在空气中冷却的热处理工艺。
机 械 工 程 导 论
三、钢的淬火
1.单液淬火 2.双液淬火 3.分级淬火 4.等温淬火
将钢加热至 Ac3或 Ac1以上，保温一定时间，以适
当速度冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热
处理工艺。
机 械 工 程 导 论
1.单液淬火法：形状简单的工件。
2.双液淬火法：技术要求高，可以防止裂纹产生
3.分级淬火法：小截面零件。可以减少应力,减少变形
与开裂
4.等温淬火法：获得下贝氏体组织，用于要求有较高
强韧性的工模具和弹簧等零件。
5.局部淬火法：局部要求高硬度的零件。
6.冷处理,马氏体转变彻底，残余奥氏体的含量
减少，钢的耐磨性、硬度和尺寸稳定
性提高。
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淬透性
淬硬性
钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。
钢的淬硬性是指钢在淬火时的硬化能力，用淬
火后马氏体所能达到的最高硬度表示，主要取
决于马氏体的含碳量。
淬透性好的钢其淬硬性不一定高。
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单液淬火法
机 械 工 程 导 论
双液淬火法
机 械 工 程 导 论
等温淬火法
机 械 工 程 导 论
分级淬火法
机 械 工 程 导 论
四、淬水钢的回火
目
的
消除或减少淬火应力
稳定工件尺寸，防止工件变形与开裂
获得工件所需的组织和性能
将淬火后的钢加热至 Ac1以下某一温度，保温一
定时间，冷至室温的热处理工艺。
机 械 工 程 导 论
根据回火温度可将钢的回火分为三类,
1,低温回火（ 150~250℃ ） 回火马氏体
2,中温回火（ 350~500℃ ） 回火屈氏体
3,高温回火（ 500~650℃ ） 回火索氏体
4,淬火加高温回火又称调质处理
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§ 4 钢的表面热处理
一、表面淬火
?火焰加热表面淬火
机 械 工 程 导 论
?感应加热表面淬火
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二、钢的化学热处理
将钢放入一定的活性介质中加热和保温，使
介质中的活性原子渗入工件表面，以改变表
面化学成分、组织和性能的热处理工艺。
1,分解 由介质中分解出所渗元素的活性原子
2,吸收 工件表面对活性原子进行吸收。形成固熔
体或形成化合物。
3,扩散 在一定温度下，所吸附原子由表层往里迁
移，形成一定厚度的渗层。
机 械 工 程 导 论
?渗碳
渗碳是向低碳钢或低碳合金钢的表面层渗入碳原子的
过程。常用的渗碳方法有气体渗碳和固体渗碳两种。
低碳钢渗碳后，表面层含碳量以 0.85-1.05％为最好。
渗碳层厚度一般为 0.5-2.5mm。太薄易引起表面疲劳
剥落，太厚抗冲击能力差。
工件经渗碳后的淬火方法有两种：
1,直接淬火 2,一次淬火
机 械 工 程 导 论
?渗氮
氮化的主要氮化是向钢的表面层渗入氮原子以提高表
层的硬度、耐磨性、疲劳强度及耐蚀性的化学热处理
工艺也称为渗氮。
钢的氮化分为气体氮化、离子氮化、气体软氮化和气
体碳氮共渗。
应用最广泛的氮化用钢为 38CrMoAl，这些元素易形
成硬度极高且非常稳定的氮化物。氮化厚表层的硬度
为 72HRC(Hv1100-1200)。
渗氮后的缺点是生产周期长,0.3-0.5mm需要 20-50
小时。
机 械 工 程 导 论
§ 5 钢的热处理新技术
一、可控气氛热处理
二、真空热处理
三、形变热处理
四、表面处理和技术
