第五章 钢的热处理
钢的热处理
? 前 言
? 第一节 钢在加热时的转变
? 第二节 钢的冷却转变
? 第三节 钢的普通热处理
? 第四节 钢的表面热处理
前 言
? 什么叫钢的热处理
? 常见的热处理方法
热处理的概念
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,以改变材料整体
或表面组织，从而获得所需性能的工艺。
热处理工艺曲线的示意图
温
度
℃
时间(h,
α,min)
850
炉冷
空冷
油冷
600
组织
图 5-1
常见的热处理方法
第一节 钢在加热时的转变
? 一,奥氏体化前的组织
? 二, 奥氏体的形成温度与 Fe- Fe3C状态图的
关系
? 三, 共析钢奥氏体的形成过程
? 四, 亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
? 五, 影响奥氏体形成速度的因素
? 六, 奥氏体晶粒大小及其影响因素
一,奥氏体化前的组织
? 我们只考虑比较简单的情况即奥氏体化前的
组织为平衡组织的情况。
对于亚共析钢 → F+P
共 析 钢 → P
过共析钢 → Fe3CⅡ +P
二, 奥氏体的形成温度与 Fe- Fe3C状态图的关系
? 对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条
件下的相变温度；
? 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件
下的相变温度。
? 这个温差叫滞后度。加热转变 → 过热度,
冷却转变 → 过冷度，且加热与冷却速度越大，温
度提高与下降的幅度就越大，导致热度与过冷度越
大。此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动
力的增大，从而使相变容易发生。
钢在加热和冷却时的相变临界点
图 5-2 实际相变温度与理论转变温度之间的关系
三, 共析钢奥氏体的形成过程
1.奥氏体晶核的形成
2.奥氏体晶核的长大
3.残余渗碳体的溶解
4.奥氏体成分的均匀化
共析碳钢 A形成过程示意图
A 形核 A 长大
残余 Fe3C溶解 A 均匀化 图 5-3
四、亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
? 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共
析相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏
体的转变，然后再进行先共析相的溶解。这个 P→A
的转变过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶
段。
? 对于亚共析钢，平衡组织 F+P，当加热到 AC1以上
温度时,P→A,在 AC1～ AC3的升温过程中，先共析
的 F逐渐溶入 A，同样，对于过共析钢，平衡组织是
Fe3CⅡ +P，当加热到 AC1以上时,P→A,在 AC1～ ACCM
的升温过程中，二次渗碳体逐步溶入奥氏体中。
五, 影响奥氏体形成速度的因素
1,加热速度的影响
加热速度越快，奥氏体化温度越高，过热度越大，相变驱动力也越大；
同时由于奥氏体化温度高，原子扩散速度也加快，提高形核与长大
的速度，从而加快奥氏体的形成。
2,化学成分的影响
? 钢中含碳量增加，碳化物数量相应增多,F和 Fe3C的相界面增多，奥
氏体晶核数增多，其转变速度加快。
? 钢中的合金元素不改变奥氏体的形成过程，但能影响奥氏体的形成
速度。因为合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且
它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的奥氏体形成速
度一般比碳钢慢，尤其高合金钢，奥氏体化温度比碳钢要高，保温
时间也较长。
3,原始组织的影响
? 钢中原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，
同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致奥氏
体形成速度加快。同样片状 P比粒状 P的奥氏体形成速度快。
六, 奥氏体晶粒大小及其影响因素
? 奥氏体的晶粒度及其分类
? 起始晶粒度
? 实际晶粒度
? 本质晶粒度
? 影响奥氏体晶粒大小的主要因素
? 加热温度和保温时间
? 钢的化学成分
标准晶粒度等级
图 5-4 晶粒度评定标准
实际晶粒度
? 钢在加热时所获得的实际奥氏体晶粒的大小
? 实际 晶粒度 决定钢的性能 。
本质晶粒度
? 钢加热到 930℃ ± 10℃,保温 8小时、冷却后测得的晶
粒度
? 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向
? 本质细晶粒钢
? 本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢 M和本质粗晶粒钢 K晶粒长大示意图
图 5-5
第二节 钢的冷却转变
? 一,过冷奥氏体
? 二, 在冷却转变时，相变温度对转变速度的
影响
? 三, 过冷奥氏体等温转变曲线
? 四, 过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性
能
? 五, 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
冷却方式
? 连续冷却
? 等温冷却
图 5-6 冷却方式示意图
一,过冷奥氏体
高温时所形成的奥氏体冷却到 A1点以下
尚未发生转变的奥氏体 。
二、在冷却转变时，相变温度对转变速度的影响
A1
D
t n
转变速率
驱动力
A1 以下的冷却速度
温
度
℃
Ms
后面会知道是Ms
驱动力
扩散系数D
转变速率
图 5-7 相变温度对转变速度的影响示意图
三, 过冷奥氏体等温转变曲线
300
2
10
100
1 10
200
Ms
6
10
5
10
3
10
时间（s）
4
10
700
温
度
℃
500
400
550
600
Ar
图 5-8
共析碳钢过冷 A等温曲线的建立
图 5-9
四, 过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能
? 珠光体转变
? 贝氏体转变
? 马氏体的组织与形态
珠光体转变
? 转变过程
? 组织与性能特征
珠光体形成示意图
γ
Fe 3 C
γ
Fe 3 C
α
γ
Fe 3 CⅠ P
F
图 5-10
珠光体 组织特征图
(a)珠光体
(b) 索氏体
(c)屈氏体
图 5-11 珠光体组织
贝氏体转变
? 转变过程
? 组织特征与性能
贝氏体形成示意图
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
过饱和碳 α-Fe条状 Fe3C细条状
羽毛状
图 5-12
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状
过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状
针叶状
贝氏体形成示意图
图 5-13
上贝氏组织特征图
图 5-14
上贝氏体组织金相图
图 5-15
下贝氏组织特征图
图 5-16
下贝氏体组织金相图
图 5-17
低碳板条状马氏体组织金相图
图 5-18
高碳针片状马氏体组织金相图
图 5-19
过冷奥氏体连续冷却转变曲线
300
100
1 10
200
Ms
6
10
5
10
3
10
时间（s）
2
10
4
10
700
温
度
℃
500
400
600
A1
A→A1 V K ' V K
M+A'
P+M+A'
TTT
P
CCT
K
P S
P f
图 5-20
第三节 钢的普通热处理
? 一,钢的退火与正火
? 二, 钢的淬火
? 三, 钢的回火
一,钢的退火与正火
? 钢的退火
? 完全退火
? 等温退火
? 球化退火 （不完全退火）
? 去应力退火
? 钢的正火
? 退火和正火的选择
完全退火
? 加热温度,Ac3以上 20-30度
? 组织,P+F
? 目的,
? ①细化，均匀化粗大、不均匀组织
? ②接近平衡组织 —— 调整硬度 → 切削性 ↑
? ③消除内应力
? 应用范围：亚共折钢，共析钢，不适用于过共析钢。
等 温 退 火
? 加热温度,Ac1以上 10-20度，或 Ac3以上 30-50度
? 组织,P
? 目的,
? ①与完全退火、球化退火相同
? ②更均匀的组织和硬度
? ③显著缩短生产周期
? 应用范围：高碳钢，合金工具钢，高合金钢。
球化退火 （不完全退火）
? 加热温度,Ac1以上 20-40度
? 应用范围：过共析钢，共析钢
? 组织：球状 P（ F+球状 FeC3）
? 目的,
? ①使 FeC3球化 → HRC↓,韧性 ↑→ 切削性 ↑
? ②为淬火作准备
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500 ?
图 5-21
过共析钢球化退火组织
退火和正火的选择
? （ 1）从切削加工性上考虑
? 切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。
? 一般金属的硬度在 HB170～ 230范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加
工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零
件表面粗糙度很大。表 3-4列出了各种碳钢在退火与正火后的硬度值。可见，
对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢
则以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，
故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。
? （ 2）从使用性能上考虑
? 如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高
其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，
应采用退火。
? （ 3）从经济上考虑
? 正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优
先考虑以正火代替退火 。
二,钢的淬火
? 1.淬火的目的
? 2.钢的淬火工艺
? 3.钢的淬透性
1.淬火的目的
为了获取 Ｍ 组织，它是强化钢材最主要的
热处理方法。
2.钢的淬火工艺
? 淬火加热温度的选择
? 淬火冷却介质
? 淬火方法
淬火加热温度的选择示意图
图 5-22
淬火理想的冷却速度
时间( t)
Mf
温
度
(℃)
Ms
A 1
图 5-23
淬火方法
? 单液淬火法
? 双液淬火法
? 马氏体分级淬火法
? 贝氏体等温淬火法
各种淬火方法示意图
时间
温
度
Ms
A1
单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
图 5-24
3.钢的淬透性
? 淬透性的概念
? 淬透性表示的是钢在淬火时所能得到的淬硬层深度
? 淬硬性指的是钢在淬火能达到的最高硬度。
? 影响淬透性的因素
? 化学成分
? 奥氏体化温度
? 淬透性的表示方法及应用
钢的淬透性曲线
距水冷端距离
25
25
水
100
淬透性曲线
硬
度
HRC
图 5-25
淬透性不同的钢调质后机械性能
a) 全淬透 b) 未淬透
未
淬
透
钢
淬
透
钢
图 5-26
三,钢的回火
? 1.什么是钢的回火及回火的目的
? 2.淬火钢在回火时组织和性能的变化
? 3.回火的方法及应用
1.钢的回火及回火的目的
回火的概念,
将淬火钢重新加热到 A1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的,
1改变强度, 硬度高, 塑性, 韧性差的淬火组织 。
2使不稳定的淬火组织 M和残余 A转变为稳定组织, 保证工件不再发生形状
和尺寸的改变 。
3消除淬火内应力, 防止进一步变形, 开裂 。
钢淬火后一般都必须进行回火处理，回火决定了钢在使用状态的组织和
寿命。
2.淬火钢回火时组织和性能的变化
? 1.淬火钢回火时组织的变化
? 80～ 200℃,发生马氏体的分解
? 200～ 300℃ 发生残余奥氏体分解
? 250～ 400℃,马氏体分解完成
? 400℃ 以上回复与再结晶
? 2.淬火钢回火时性能的变化
3.回火的方法及应用
? （ 1）低温回火
? 回火温度范围 150～ 250℃ 。得到的组织：回火马氏体。内应力和脆性降低，
保持了高硬度和高耐磨性。
? 这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗
碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为 HRC 58-64。
? （ 2）中温回火
? 回火温度范围为 350～ 500℃,回火后的组织为回火屈氏体，硬度 HRC35-45，
具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。
? 这种回火主要应用于含碳 0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。
? （ 3）高温回火
? 回火温度范围为 500～ 650℃,回火后的组织为回火索氏体，其硬度 HRC
25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。
? 这种回火主要应用于含碳 0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传
动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。
? 淬火后高温回火称调质处理 。
? 应用：在冲击负荷下工作的重要结构零件, 连杆, 螺栓, 齿轮及轴类
第四节 钢的表面热处理
? 一,钢的表面淬火
? 二, 钢的化学热处理
? 三,表面处理的具体工艺
? 四,钢的化学热处理具体工艺
一,钢的 表面淬火
? 表面淬火概念及应用
? 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却, 获得表层硬而耐磨的 M组织,
心部仍保持原来的组织 。
? 应用,中碳钢和中碳低合金钢
? 表面淬火 特点
a,加热速度快 (几秒 —— 几十秒 )
b,加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度 ↑,脆性 ↓
c,残余压应力 ↑ 提高寿命
d,不易氧化、脱碳、变形小
e,工艺易控制，设备成本高
? 表面淬火方法
1,感应加热表面淬火
2,火焰加热表面淬火
3.接触电阻加热表面淬火
二,钢的化学热处理
? 钢的渗碳
? 气体渗碳
? 固体渗碳
? 钢的氮化
? 碳氮共渗
三,表面处理的具体工艺
? 火焰加热表面淬火
? 感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
图 5-27 火焰加热表面淬火示意图
感应加热表面淬火
感
应
加
热
表
面
淬
火
示
意
图 集肤效应示意图
图 5-28 感应加热表面淬火示意图
四,钢的化学热处理具体工艺
? 什么是化学热处理
? 钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件
表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。
? 钢的渗碳
? 渗碳是把钢放在渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入
钢表层的过程
? 气体渗碳
? 固体渗碳法
? 钢的氮化（气体氮化）
? 在一定温度 (一般在 AC1以下 )使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺
? 目的,
? 提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度
? 钢的碳氮共渗
? 在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗碳为主的化学热
处理工艺。
? 中温气体碳氮共渗
? 低温气体碳氮共渗（气体软氮化）
钢的气体渗碳
图 5-29 气体渗碳炉
钢的固体渗碳
零件
渗碳剂
试棒 盖 泥封
渗碳箱
图 5-30 钢的固体渗碳炉
钢的热处理
? 前 言
? 第一节 钢在加热时的转变
? 第二节 钢的冷却转变
? 第三节 钢的普通热处理
? 第四节 钢的表面热处理
前 言
? 什么叫钢的热处理
? 常见的热处理方法
热处理的概念
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,以改变材料整体
或表面组织，从而获得所需性能的工艺。
热处理工艺曲线的示意图
温
度
℃
时间(h,
α,min)
850
炉冷
空冷
油冷
600
组织
图 5-1
常见的热处理方法
第一节 钢在加热时的转变
? 一,奥氏体化前的组织
? 二, 奥氏体的形成温度与 Fe- Fe3C状态图的
关系
? 三, 共析钢奥氏体的形成过程
? 四, 亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
? 五, 影响奥氏体形成速度的因素
? 六, 奥氏体晶粒大小及其影响因素
一,奥氏体化前的组织
? 我们只考虑比较简单的情况即奥氏体化前的
组织为平衡组织的情况。
对于亚共析钢 → F+P
共 析 钢 → P
过共析钢 → Fe3CⅡ +P
二, 奥氏体的形成温度与 Fe- Fe3C状态图的关系
? 对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条
件下的相变温度；
? 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件
下的相变温度。
? 这个温差叫滞后度。加热转变 → 过热度,
冷却转变 → 过冷度，且加热与冷却速度越大，温
度提高与下降的幅度就越大，导致热度与过冷度越
大。此外，过热度与过冷度的增大会导致相变驱动
力的增大，从而使相变容易发生。
钢在加热和冷却时的相变临界点
图 5-2 实际相变温度与理论转变温度之间的关系
三, 共析钢奥氏体的形成过程
1.奥氏体晶核的形成
2.奥氏体晶核的长大
3.残余渗碳体的溶解
4.奥氏体成分的均匀化
共析碳钢 A形成过程示意图
A 形核 A 长大
残余 Fe3C溶解 A 均匀化 图 5-3
四、亚共析钢和过共析钢的奥氏体形成过程
? 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共
析相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏
体的转变，然后再进行先共析相的溶解。这个 P→A
的转变过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶
段。
? 对于亚共析钢，平衡组织 F+P，当加热到 AC1以上
温度时,P→A,在 AC1～ AC3的升温过程中，先共析
的 F逐渐溶入 A，同样，对于过共析钢，平衡组织是
Fe3CⅡ +P，当加热到 AC1以上时,P→A,在 AC1～ ACCM
的升温过程中，二次渗碳体逐步溶入奥氏体中。
五, 影响奥氏体形成速度的因素
1,加热速度的影响
加热速度越快，奥氏体化温度越高，过热度越大，相变驱动力也越大；
同时由于奥氏体化温度高，原子扩散速度也加快，提高形核与长大
的速度，从而加快奥氏体的形成。
2,化学成分的影响
? 钢中含碳量增加，碳化物数量相应增多,F和 Fe3C的相界面增多，奥
氏体晶核数增多，其转变速度加快。
? 钢中的合金元素不改变奥氏体的形成过程，但能影响奥氏体的形成
速度。因为合金元素能改变钢的临界点，并影响碳的扩散速度，且
它自身也存在扩散和重新分布的过程，所以合金钢的奥氏体形成速
度一般比碳钢慢，尤其高合金钢，奥氏体化温度比碳钢要高，保温
时间也较长。
3,原始组织的影响
? 钢中原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，
同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快导致奥氏
体形成速度加快。同样片状 P比粒状 P的奥氏体形成速度快。
六, 奥氏体晶粒大小及其影响因素
? 奥氏体的晶粒度及其分类
? 起始晶粒度
? 实际晶粒度
? 本质晶粒度
? 影响奥氏体晶粒大小的主要因素
? 加热温度和保温时间
? 钢的化学成分
标准晶粒度等级
图 5-4 晶粒度评定标准
实际晶粒度
? 钢在加热时所获得的实际奥氏体晶粒的大小
? 实际 晶粒度 决定钢的性能 。
本质晶粒度
? 钢加热到 930℃ ± 10℃,保温 8小时、冷却后测得的晶
粒度
? 表示钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向
? 本质细晶粒钢
? 本质粗晶粒钢
本质细晶粒钢 M和本质粗晶粒钢 K晶粒长大示意图
图 5-5
第二节 钢的冷却转变
? 一,过冷奥氏体
? 二, 在冷却转变时，相变温度对转变速度的
影响
? 三, 过冷奥氏体等温转变曲线
? 四, 过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性
能
? 五, 过冷奥氏体连续冷却转变曲线
冷却方式
? 连续冷却
? 等温冷却
图 5-6 冷却方式示意图
一,过冷奥氏体
高温时所形成的奥氏体冷却到 A1点以下
尚未发生转变的奥氏体 。
二、在冷却转变时，相变温度对转变速度的影响
A1
D
t n
转变速率
驱动力
A1 以下的冷却速度
温
度
℃
Ms
后面会知道是Ms
驱动力
扩散系数D
转变速率
图 5-7 相变温度对转变速度的影响示意图
三, 过冷奥氏体等温转变曲线
300
2
10
100
1 10
200
Ms
6
10
5
10
3
10
时间（s）
4
10
700
温
度
℃
500
400
550
600
Ar
图 5-8
共析碳钢过冷 A等温曲线的建立
图 5-9
四, 过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能
? 珠光体转变
? 贝氏体转变
? 马氏体的组织与形态
珠光体转变
? 转变过程
? 组织与性能特征
珠光体形成示意图
γ
Fe 3 C
γ
Fe 3 C
α
γ
Fe 3 CⅠ P
F
图 5-10
珠光体 组织特征图
(a)珠光体
(b) 索氏体
(c)屈氏体
图 5-11 珠光体组织
贝氏体转变
? 转变过程
? 组织特征与性能
贝氏体形成示意图
B上 =过饱和碳 α-Fe条状 + Fe3C细条状
过饱和碳 α-Fe条状 Fe3C细条状
羽毛状
图 5-12
B下 =过饱和碳 α-Fe针叶状 + Fe3C细片状
过饱和碳 α-Fe针叶状 Fe3C细片状
针叶状
贝氏体形成示意图
图 5-13
上贝氏组织特征图
图 5-14
上贝氏体组织金相图
图 5-15
下贝氏组织特征图
图 5-16
下贝氏体组织金相图
图 5-17
低碳板条状马氏体组织金相图
图 5-18
高碳针片状马氏体组织金相图
图 5-19
过冷奥氏体连续冷却转变曲线
300
100
1 10
200
Ms
6
10
5
10
3
10
时间（s）
2
10
4
10
700
温
度
℃
500
400
600
A1
A→A1 V K ' V K
M+A'
P+M+A'
TTT
P
CCT
K
P S
P f
图 5-20
第三节 钢的普通热处理
? 一,钢的退火与正火
? 二, 钢的淬火
? 三, 钢的回火
一,钢的退火与正火
? 钢的退火
? 完全退火
? 等温退火
? 球化退火 （不完全退火）
? 去应力退火
? 钢的正火
? 退火和正火的选择
完全退火
? 加热温度,Ac3以上 20-30度
? 组织,P+F
? 目的,
? ①细化，均匀化粗大、不均匀组织
? ②接近平衡组织 —— 调整硬度 → 切削性 ↑
? ③消除内应力
? 应用范围：亚共折钢，共析钢，不适用于过共析钢。
等 温 退 火
? 加热温度,Ac1以上 10-20度，或 Ac3以上 30-50度
? 组织,P
? 目的,
? ①与完全退火、球化退火相同
? ②更均匀的组织和硬度
? ③显著缩短生产周期
? 应用范围：高碳钢，合金工具钢，高合金钢。
球化退火 （不完全退火）
? 加热温度,Ac1以上 20-40度
? 应用范围：过共析钢，共析钢
? 组织：球状 P（ F+球状 FeC3）
? 目的,
? ①使 FeC3球化 → HRC↓,韧性 ↑→ 切削性 ↑
? ②为淬火作准备
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500 ?
图 5-21
过共析钢球化退火组织
退火和正火的选择
? （ 1）从切削加工性上考虑
? 切削加工性又包括硬度，切削脆性，表面粗糙度及对刀具的磨损等。
? 一般金属的硬度在 HB170～ 230范围内，切削性能较好。高于它过硬，难以加
工，且刀具磨损快；过低则切屑不易断，造成刀具发热和磨损，加工后的零
件表面粗糙度很大。表 3-4列出了各种碳钢在退火与正火后的硬度值。可见，
对于低、中碳结构钢以正火作为预先热处理比较合适，高碳结构钢和工具钢
则以退火为宜。至于合金钢，由于合金元素的加入，使钢的硬度有所提高，
故中碳以上的合金钢一般都采用退火以改善切削性。
? （ 2）从使用性能上考虑
? 如工件性能要求不太高，随后不再进行淬火和回火，那么往往用正火来提高
其机械性能，但若零件的形状比较复杂，正火的冷却速度有形成裂纹的危险，
应采用退火。
? （ 3）从经济上考虑
? 正火比退火的生产周期短，耗能少，且操作简便，故在可能的条件下，应优
先考虑以正火代替退火 。
二,钢的淬火
? 1.淬火的目的
? 2.钢的淬火工艺
? 3.钢的淬透性
1.淬火的目的
为了获取 Ｍ 组织，它是强化钢材最主要的
热处理方法。
2.钢的淬火工艺
? 淬火加热温度的选择
? 淬火冷却介质
? 淬火方法
淬火加热温度的选择示意图
图 5-22
淬火理想的冷却速度
时间( t)
Mf
温
度
(℃)
Ms
A 1
图 5-23
淬火方法
? 单液淬火法
? 双液淬火法
? 马氏体分级淬火法
? 贝氏体等温淬火法
各种淬火方法示意图
时间
温
度
Ms
A1
单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
图 5-24
3.钢的淬透性
? 淬透性的概念
? 淬透性表示的是钢在淬火时所能得到的淬硬层深度
? 淬硬性指的是钢在淬火能达到的最高硬度。
? 影响淬透性的因素
? 化学成分
? 奥氏体化温度
? 淬透性的表示方法及应用
钢的淬透性曲线
距水冷端距离
25
25
水
100
淬透性曲线
硬
度
HRC
图 5-25
淬透性不同的钢调质后机械性能
a) 全淬透 b) 未淬透
未
淬
透
钢
淬
透
钢
图 5-26
三,钢的回火
? 1.什么是钢的回火及回火的目的
? 2.淬火钢在回火时组织和性能的变化
? 3.回火的方法及应用
1.钢的回火及回火的目的
回火的概念,
将淬火钢重新加热到 A1点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。
回火的目的,
1改变强度, 硬度高, 塑性, 韧性差的淬火组织 。
2使不稳定的淬火组织 M和残余 A转变为稳定组织, 保证工件不再发生形状
和尺寸的改变 。
3消除淬火内应力, 防止进一步变形, 开裂 。
钢淬火后一般都必须进行回火处理，回火决定了钢在使用状态的组织和
寿命。
2.淬火钢回火时组织和性能的变化
? 1.淬火钢回火时组织的变化
? 80～ 200℃,发生马氏体的分解
? 200～ 300℃ 发生残余奥氏体分解
? 250～ 400℃,马氏体分解完成
? 400℃ 以上回复与再结晶
? 2.淬火钢回火时性能的变化
3.回火的方法及应用
? （ 1）低温回火
? 回火温度范围 150～ 250℃ 。得到的组织：回火马氏体。内应力和脆性降低，
保持了高硬度和高耐磨性。
? 这种回火主要应用于高碳钢或高碳合金钢制造的工、模具、滚动轴承及渗
碳和表面淬火的零件，回火后的硬度一般为 HRC 58-64。
? （ 2）中温回火
? 回火温度范围为 350～ 500℃,回火后的组织为回火屈氏体，硬度 HRC35-45，
具有一定的韧性和高的弹性极限及屈服极限。
? 这种回火主要应用于含碳 0.5-0.7%的碳钢和合金钢制造的各类弹簧。
? （ 3）高温回火
? 回火温度范围为 500～ 650℃,回火后的组织为回火索氏体，其硬度 HRC
25-35，具有适当的强度和足够的塑性和韧性。
? 这种回火主要应用于含碳 0.3-0.5% 的碳钢和合金钢制造的各类连接和传
动的结构零件，如轴、连杆、螺栓等。
? 淬火后高温回火称调质处理 。
? 应用：在冲击负荷下工作的重要结构零件, 连杆, 螺栓, 齿轮及轴类
第四节 钢的表面热处理
? 一,钢的表面淬火
? 二, 钢的化学热处理
? 三,表面处理的具体工艺
? 四,钢的化学热处理具体工艺
一,钢的 表面淬火
? 表面淬火概念及应用
? 快速加热使钢的表面奥氏体化后淬火冷却, 获得表层硬而耐磨的 M组织,
心部仍保持原来的组织 。
? 应用,中碳钢和中碳低合金钢
? 表面淬火 特点
a,加热速度快 (几秒 —— 几十秒 )
b,加热时实际晶粒细小，淬火得到极细马氏体，硬度 ↑,脆性 ↓
c,残余压应力 ↑ 提高寿命
d,不易氧化、脱碳、变形小
e,工艺易控制，设备成本高
? 表面淬火方法
1,感应加热表面淬火
2,火焰加热表面淬火
3.接触电阻加热表面淬火
二,钢的化学热处理
? 钢的渗碳
? 气体渗碳
? 固体渗碳
? 钢的氮化
? 碳氮共渗
三,表面处理的具体工艺
? 火焰加热表面淬火
? 感应加热表面淬火
火焰加热表面淬火
图 5-27 火焰加热表面淬火示意图
感应加热表面淬火
感
应
加
热
表
面
淬
火
示
意
图 集肤效应示意图
图 5-28 感应加热表面淬火示意图
四,钢的化学热处理具体工艺
? 什么是化学热处理
? 钢制工件放置于某种介质中，通过加热和保温，使化学介质中某些元素渗入到工件
表层，从而改变表层的化学成分，使心部与表层具有不同的组织与机械性能。
? 钢的渗碳
? 渗碳是把钢放在渗碳介质中，加热到单相奥氏体区，保温一定时间，使碳原子渗入
钢表层的过程
? 气体渗碳
? 固体渗碳法
? 钢的氮化（气体氮化）
? 在一定温度 (一般在 AC1以下 )使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺
? 目的,
? 提高工件表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度
? 钢的碳氮共渗
? 在一定温度下同时将碳、氮原子渗入工件表层的奥氏体中,并以渗碳为主的化学热
处理工艺。
? 中温气体碳氮共渗
? 低温气体碳氮共渗（气体软氮化）
钢的气体渗碳
图 5-29 气体渗碳炉
钢的固体渗碳
零件
渗碳剂
试棒 盖 泥封
渗碳箱
图 5-30 钢的固体渗碳炉
