《汽车应用材料》-6-情境2汽车用钢铁材料-钢的热处理：钢在加热和冷却时的组织转变

09四月2026问题回顾：1.铁碳合金如何分类？其含碳范围和性能特点分别是什么？工业纯铁

——wC

≤0.0218%软，强度硬度低，塑韧性好。

钢——0.0218%＜wC

≤2.11%

低碳钢wC

≤0.25%：强度硬度低，塑韧性好中碳钢wC

=0.25-0.6%：强韧性配合好

高碳钢wC

0.6%：强度硬度高，耐磨性好，塑韧性差。

白口铸铁

——2.11%＜w(C)

＜6.69%

共晶成分4.3%铸铁，铸造性能最好09四月2026（1）要求塑韧性好的零件——选wC低的低碳钢汽车的油底壳汽缸盖罩2.1.5铁碳相图的应用——在选材方面的应用09四月2026（2）要求综合性能较高时——选中碳钢（汽车连杆、曲轴及齿轮、轴）2.1.5铁碳相图的应用——在选材方面的应用09四月2026（3）要求弹性极限高的——中高碳钢（汽车上承受交变载荷的弹簧）2.1.5铁碳相图的应用——在选材方面的应用09四月2026（4）要求硬度、耐磨性较高时——选高碳钢（模具、切削刀具、测量工具）2.1.5铁碳相图的应用——在选材方面的应用09四月2026（5）形状复杂的箱体、机座等——选铸造性能好的铸铁（床身、轴承座）2.1.5铁碳相图的应用——在选材方面的应用金属材料化学成分与组织结构和性能之间关系金属的力学性能与其晶体结构密切相关。要深入认识金属材料，必须从金属的晶体结构入手。性能组织结构化学成分处理条件

钢铁——脆 例：（1）Fe-C合金的其性能也不同原因：Wc不同。组织不同铸铁钢——塑性好

应用选材09四月20262.1.4铁碳合金的

成分-组织-性能关系1.含碳量与组织关系（a）和（b）：2.含碳量与相的相对量关系（C

）：

w(C)

↑→F

%↓，Fe3C

%↑3.含碳量与性能关系（d）：硬度：随wC↑而↑强度：wC=

0.9%时最大塑性、韧性：随wC↑而↓09四月2026通过铁碳相图，可以解释一些实际问题：1.锻造时，为什么把钢加热到1000℃-1200℃？A2.为什么在1000℃时，钢可锻造，而铸铁却不能锻造？ALd3.为什么绑扎物件用铁丝（镀锌低碳钢丝），而起重机吊重物却用钢丝绳（60、65、70钢）？4.什么钢铆钉要用低碳钢制造？5.为什么钳工锯T8、T10钢比10、20钢费力，锯条易磨钝？3.提高金属力学性能的重要途径有哪些？答：形变强化、固溶强化、弥散强化、细晶强化。形变强化：对金属材料进行冷塑性变形，改变其组织、结构，使金属强度、硬度提高的现象。如：冷冲压（低碳钢板压花）。冷变形强化加工硬化09四月2026提高金属力学性能的重要途径

固溶强化:通过溶质原子的溶入，而使晶格畸变，使金属强度、硬度升高。

如：碳钢比纯金属强度高.合金钢比碳钢强度高FA作用：提高金属的力学性能，发挥金属材料性能潜力，

提高产品质量，延长产品使用寿命.热处理细晶强化：通过增加过冷度和变质处理细化晶粒，使金属强度、硬度、

塑性和韧性等得到提高。弥散强化：当硬而脆的金属化合物呈细小颗粒弥散分布在固溶体基体上，使合金强度、硬度增加的现象。

Fe3C09四月2026任务2.2钢的热处理2.2.1钢在加热和冷却时的组织转变2.2.2钢的普通热处理………………重点2.2.3钢的表面热处理……109四月2026钢的热处理概述定义：目的：

提高和改善钢的性能；充分发挥钢的性能潜力；提高产品质量，延长产品的使用寿命。

把钢在固态下，通过加热冷却来改变钢内部的组织和性能保温09四月202609四月2026三面刃铣刀车刀异型铣刀钻头09四月2026热处理使其性能提高2倍以上，可节省钢材10万吨/年改善：A.消除铸、锻、焊工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，

消除偏析，降低内应力，使钢的组织和性能更加均匀。

B.高（低）碳钢——硬（软），不易切削，经热处理后，可以调整硬度（230-280HBS），改善切削加工性。应用——在汽车、拖拉机中（80%），而刀、量、模具和滚动轴承（100%）09四月2026

据史书记载，三国时期蒲元为诸葛亮锻制出“斩金断玉，削铁如泥”的神刀3000把。据说蒲元在冶炼金属、制造刀具上所用方法与常人大不一样，当钢刀制成后，为了检验钢刀的锋利程度，他在大竹筒中装满铁珠，然后让人举刀猛劈，结果如同斩草一样，竹筒豁然断成两截，而筒内的铁珠也一分为二。那么蒲元在冶炼金属、制造刀具上使用了什么方法呢？其实蒲元对“神刀”进行了热处理---打造---淬火（蘸火）---打磨那么钢材在热处理后性能为什么会发生改变？又是如何提高钢的强度和硬度的呢？【案例引入】09四月2026钢的热处理概述普通热处理——

分类

热处理的分类和工艺曲线描述热处理加热、保温和冷却三个过程的曲线。工艺曲线：表面热处理化学热处理——渗碳、渗氮、碳氮共渗等表面淬火——火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火（四把火：退火、正火、淬火、回火）

T(℃)加热t(h)冷却热处理工艺曲线保温

临界温度09四月2026

钢热处理时首先要加热，其目的是获得均匀而细小的奥氏体组织。

经过A化以后的钢，再以不同的方式冷却，即可得到不同的组织，从而获得所需要的性能。热处理工艺曲线临界温度---加热得到A的温度09四月2026临界温度---通过铁碳相图确定Fe-Fe3C相图上：PSK、GS、ES平衡临界点为：A1、A3、Acm加热时临界点为：Ac1、Ac3、Accm冷却时临界点为：Ar1、Ar3、Arcm

09四月20262.2.1钢在加热和冷却时的组织转变1.钢在加热时的组织转变（以共析钢（含碳0.77%）为例）：

共析钢（0.77%）在A1以下全部为PP是F和Fe3C组成的机械混合物。当把共析钢加热到Ac1以上温度时，P→A，这种转变可用下式表示。P（F+Fe3C）→A

0.0218%6.69%0.77%bcc复杂斜方fcc珠光体09四月2026共析钢奥氏体形成过程可归纳为奥氏体晶核的形成：a)奥氏体晶核的长大:b)残余渗碳体的溶解:c)奥氏体成分均匀化:d)

加热时，为了获得均匀而细小的奥氏体晶粒，必须选取合适的加热温度，并严格控制保温时间。注意：1.固态下组织转变，通过加热，原子扩散2.温度过高，晶粒粗大（晶粒小，强韧性好，反之，则差）低碳钢：F+P→F+A→A高碳钢：P+Fe3C→A+Fe3C→A09四月202609四月2026案例1——坦克上的双扭弹簧案例2——沙发弹簧09四月2026钢加热获得均匀而细小的A晶粒，是为随后的冷却做组织准备，冷却方式不同，冷却后的组织和性能也不同。

慢冷（随炉冷却）→±20HRC

两根T8钢制锯条，同时加热到760℃后快冷（水冷）→>60HRC可见：冷却转变决定了钢的性能。

空冷→＜25HRC------洛氏硬度计45钢制小轴，加热到830℃后油冷→±45HRC------油槽

水冷→±56HRC------水槽加热炉09四月2026热处理生产中的冷却方式

等温冷却

连续冷却

09四月20262.钢在冷却时的组织转变（1）过冷A等温转变曲线

过冷奥氏体：把在Ar1温度以下暂时存在的、不稳定的奥氏体称为过冷奥氏体。热处理工艺曲线09四月2026A1——PSKMs——马氏体转变开始线Mf——马氏体转变终了线aa′——等温转变开始线bb′——等温转变终了线五线

A1

线以上：奥氏体稳定存在区Ms~Mf：马氏体转变区aa′以左：过冷奥氏体区bb′以右：转变产物区aa′~bb′：过冷A与转变产物共存区五区

aa′bb′曲线分析共析钢的C曲线

aa′bb′2.钢在冷却时的组织转变——过冷A等温转变曲线

C曲线09四月2026（2）共析钢过冷A等温转变产物的组织形态和性能1)珠光体转变

Ar1~550℃A过→P2)贝氏体转变

550℃~MsA过→B

共析钢的C曲线

5503)马氏体转变

Ms~Mf连续冷却A过→M09四月20261)珠光体转变等温温度组织名称符号片层间距硬度HRCAr1~650℃珠光体P＞0.4μm10~20650~600℃索氏体S0.2~0.4μm20~30600~550℃托氏体T＜0.2μm30~40PS珠光体(P)3800×索氏体(S)8000×托氏体(T)8000×问题：P、S、T有何异同？PTS55009四月20262)贝氏体转变温度：550℃~Ms产物：贝氏体——含过饱和碳的铁素体和碳化物组成的机械混合物，用“B”表示。

等温温度组织名称符号形态硬度HRC550~350℃上贝氏体B上羽毛状40-45HRC塑性低、脆350~Ms下贝氏体B下黑色针状45-55HRC塑韧性好上贝氏体下贝氏体PTSB上B下55009四月20263)马氏体转变温度：Ms~Mf产物：马氏体——碳在α-Fe中的过饱和固溶体，用“M”表示Wc组织名称符号形态硬度HRCWC＜0.2%板条马氏体M板条板条状＞50HRC塑韧性好WC＞1.0%针状马氏体M针状针状65HRC塑韧性极差、脆板条马氏体

针状马氏体PTSB上B下M混合马氏体隐晶马氏体55009四月2026类型温度产物形态性能特点P转变Ar1-550℃Ar1-650℃珠光体(P)粗片＞0.4＜25HRC扩散型650-600℃索氏体(S)细片0.4-0.225-35HRC600-550℃屈氏体(T)极细＜0.235-40HRCB转变550℃-Ms550-350℃上贝氏体(B上)羽毛40-45HRC塑性低、脆半扩散型350℃-Ms下贝氏体(B下)针状45-55HRC塑韧性好M转变Ms-MfWc＜0.2%板条M板条＞50HRC塑韧性好非扩散型不完全性体积膨胀Wc＞1.0%片状M竹叶(铁饼)65HRC塑韧性差、脆PTSB上B下M共析钢过冷A等温转变产物的组织和性能55009四月2026（3）过冷A的连续冷却转变曲线：Ps

——A→P开始线Pf

——A→P终了线KK'——P转变终止线υk

——

上临界冷却速度υk′

——

下临界冷却速度

MS

——A→M开始温度

Mf

——A→M终止温度09四月2026PSTT+M+A′M+A′炉冷→P(υ

≈０)空冷→S(υ≤υk′)油冷→T+M+A'(υk′

～υk)