《汽车应用材料》-7-情境2汽车用钢铁材料-钢的普通热处理

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FAM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。

Fe3C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

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问题回顾：1、热处理及其作用：加热、保温、冷却，以改变钢的内部组织，获得所需性能的工艺。提高或改善钢的性能。化学成分-热处理-组织-性能-应用3、钢在加热时的组织转变（奥氏体的形成）奥氏体晶核的形成、奥氏体晶核的长大、残余渗碳体的溶解、奥氏体成分均匀化A晶粒越细越好—细晶强化2、普通热处理四把火：退火（软）、正火（细）、淬火（硬）、回火（降脆性）。加热、保温---A冷却---F\

Fe3C\P\M,以改变钢的内部组织，获得所需性能金属材料（化学成分）-热处理-组织-性能-应用09四月2026PSTT+M+A′M+A′A钢的退火钢的正火4.钢在冷却时的组织转变（C曲线、连续冷却C曲线）PTSB上B下M550问题回顾09四月2026PSTT+M+A′M+A′炉冷→P(υ

≈０)退火空冷→S(υ≤υk′)正火油冷→T+M+A‘(υk′

～υk)合金钢淬火水冷→M+A‘(υ≥υk′

)碳钢淬火连续冷却转变产物和冷却速度的关系马氏体——碳在α-Fe中的过饱和固溶体，用“M”表示，＞50HRC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＜0.2μm30~4009四月20262.2.2钢的普通热处理(四把火)2.2.2.2钢的淬火2.2.2.1钢的退火和正火2.2.2.3钢的回火09四月20262.2.2.1钢的退火和正火加工路线毛坯（铸、锻）→预先热处理（退火、正火）→粗加工→最终热处理→精加工09四月20261.钢的退火

退火：把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。P600℃钢的退火缓慢冷却：随炉或坑冷却、埋砂冷却或灰冷09四月2026退火分类加热温度冷却方式目的适用范围完全退火Ac3+30~50℃

随炉冷却到600℃以下，出炉空冷细化、均匀化，软化、稳定化亚共析钢（WC=0.3~0.6%）的铸、锻、焊接件过共析钢不宜完全退火等温退火Ac3（Ac1）+30~50℃

快冷却到Ar1以下某一温度，等温一定时间，出炉空冷同完全退火可缩短生产周期，提高生产效率（1/3）A较稳定的合金钢工件球化退火Ac1+30~50℃

经充分保温后，随炉冷却到600℃出炉空冷

软化（P球）

具有共析或过共析成分的碳钢或合金钢工具、量具、模具扩散退火固相线以下100~200℃

长时间（10-15h）保温后，随炉冷却

均匀化

质量要求高的合金钢铸锭或铸件去应力退火Ac1以下（一般为500~650℃）

随炉冷却到200~300℃出炉空冷

稳定化

所有钢件正火AC3（Accm）+30-50℃保温适当时间，出炉空冷细化晶粒、提高硬度，消除网状Fe3C普通件：提高力性

低碳钢：提高硬度

过共析钢：细化晶粒表3-2退火的工艺特点及适用范围09四月20262.钢的正火

S正火：将钢加热到Ac3（或Accm）以上

30~50℃，保温一定时间，然后出炉在空气中冷却的热处理工艺。钢的正火09四月2026正火的应用

普通结构件：最终热处理，提高力学性能；低碳钢：提高硬度、改善切削加工性；高碳钢：先正火，消除网状Fe3CⅡ，以利于球化退火，为淬火作组织准备。正火和退火的主要区别：冷却速度：稍快组织：较细小力学性能：强度和硬度有所提高同样是为了改善切削加工性，低中碳钢多采用正火，高碳钢常用球化退火。09四月202609四月202609四月2026案例1——磨刀案例2——一件小事读者07.8—32页—蒸锅-针头消毒退火分类加热温度冷却方式目的适用范围完全退火Ac3+30~50℃

随炉冷却到600℃以下，出炉空冷细化、均匀化，软化、稳定化亚共析钢（WC=0.3~0.7%）的铸、锻、焊接件过共析钢(高碳钢）不宜完全退火等温退火Ac3（Ac1）+30~50℃

快冷却到Ar1以下某一温度，等温一定时间，出炉空冷同完全退火可缩短生产周期，提高生产效率（1/3）A较稳定的合金钢工件球化退火Ac1+30~50℃

经充分保温后，随炉冷却到600℃出炉空冷

软化（P球）

具有共析或过共析成分的碳钢或合金钢工具、量具、模具扩散退火固相线以下100~200℃

长时间（10-15h）保温后，随炉冷却

均匀化

质量要求高的合金钢铸锭或铸件去应力退火Ac1以下（一般为500~650℃）

随炉冷却到200~300℃出炉空冷

稳定化

所有钢件正火AC3（Accm）+30-50℃保温适当时间，出炉空冷细化晶粒、提高硬度，消除网状Fe3C普通件：提高力性

低碳钢：提高硬度

高碳钢：细化晶粒正火的应用普通结构件：最终热处理，提高力学性能；低碳钢：提高硬度、改善切削加工性；高碳钢：先正火，消除网状Fe3C，以利于球化退火，为淬火作组织准备正火和退火的主要区别：加热温度：正火920完全退火830球化退火780冷却速度：正火稍快退火-炉冷正火-空气组织：正火较细小；正火-S退火：中低碳钢F+P高碳钢P+Fe3C力学性能：正火强度和硬度有所提高S细晶强化09四月2026

试确定下列工件的预先热处理工艺：（1）经冷轧后的15钢板（Wc=0.15%）；（2）锻造过热的60钢坯（Wc=0.60%）；（3）具有网状渗碳体的T12钢坯（Wc=1.2%）；（4）20钢齿轮（Wc=0.20%）；（5）冷成型弹簧正火---正火+球化退火---球化退火---正火---去应力退火

钢的退火和正火实例应用09四月20262.2.2.2钢的淬火淬火：将钢加热到Ac3（或Ac1）以上

30~50℃，保温一定时间，然后

以大于υk的速度快速冷却，以获得马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。（B下：含碳过饱和的F+Fe3C

=机械混合物）目的：提高钢的硬度和耐磨性。是强化钢材最重要的工艺方法。

M+A′钢的淬火钢的退火钢的正火蘸火

冷却速度快，热应力和组织转变应力大，工件易变形和开裂；

淬火（+回火）一般是最终热处理，是决定产品质量的关键工序。09四月20261.钢的淬火工艺

（1）淬火加热温度亚共析钢（wC

≤

0.77%）：Ac3+30～50℃

组织：M+A′（残余奥氏体）过共析钢（0.77%＜wC

≤2.11%）Ac1+30～50℃

组织：：M+A′+K少（碳化物Fe3C

）（2）淬火保温时间

常用经验公式：τ=αKDα——加热系数(min/mm

）碳钢——0.9~1.1合金钢——1.3~1.6K——装炉系数（K=1~1.5）D——有效厚度(mm)09四月2026常用冷却介质：水、油、盐或碱的水溶液

冷却速度：盐（碱）水＞水＞盐浴＞油理想的冷却介质：在保证淬后获得M的前提下，又不造成开裂，且变形最小。淬火工艺（3）淬火冷却介质盐（碱）水——碳钢、尺寸小的合金钢；油——合金钢；盐浴——形状复杂、尺寸小的零件；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“神刀”是在蒲元对钢材进行了热处理的基础上打造的，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】【案例解析】蒲元之所以制造出“神刀”，其诀窍在于蒲元掌握了精湛的淬火技术。据《诸葛亮别传》上讲，蒲元对淬火用的水质很有研究。他认为“蜀江爽烈”，适宜于淬刀，而“汉水钝弱”，不能用来淬火。——淬火工艺钢的淬火09四月2026①②④③2.常用淬火方法①单介质淬火：碳钢—水；合金钢—油优点：操作简单、成本低；缺点：淬火件质量较低、热应力大②双介质淬火：水—油；水—空气优点：能保证淬火件的质量要求缺点：操作难度大、热应力大③分级淬火：转变产物—M；优点：热应力小，工件不易变形；缺点：操作难度大④等温淬火：转变产物—B下优点：综合性能及尺寸精度高、不需回火；缺点：工艺复杂、成本高09四月20263.钢的淬透性

淬透性：是指钢淬火时获得M（淬硬层深度）的能力。通常以在规定条件下获得淬硬层深度来衡量。淬硬（透）层越深，表明淬透性越好。决定于υK，υK越小，A越稳定，淬透性越好。

淬硬性：是指钢在淬火后所能达到的最高硬度。决定于钢中的含碳量。含碳量越高，淬硬性越好。例：20CrMnTi与T10：前者淬透性好，后者淬硬性好。

淬透性≠淬硬性09四月2026重新加热冷却淬火钢Ac1以下保温室温。定义：目的：减少或消除淬火应力，降低脆性，防止工件变形与开裂；稳定工件组织及尺寸；获得所需的力学性能。2.2.2.3钢的回火

回火是淬火的后续工序，淬火后必须立即（＜4h）回火。09四月2026回火工艺回火温度/℃回火组织及硬度特点用途低温回火100~250回火马氏体58~64HRC硬度和耐磨性最高，韧性提高内应力和脆性降低

工模量具滚动轴承表面处理件中温回火350~500回火托氏体38~50HRC

弹性最高一定的韧性各种弹性零件

弹簧和热作模具高温回火500~650回火索氏体25~35HRC

综合力学性能最好轴类零件

齿轮、连杆

高强度螺栓※调质处理＝淬火＋高温回火1.回火的种类和应用09四月202609四月2026回火后的性能：影响回火后性能的关键因素：回火温度09四月2026

回火脆性的概念：淬火钢在回火过程中发生脆化（韧性下降）的现象。

第一类回火脆性：250～350℃（低温、不可逆）

产生范围：所有钢

防止措施：避免在该脆性区回火；

第二类回火脆性：450～650℃

（高温、可逆）产生范围：部分合金结构钢（含Cr、Mn、Ni）快速冷却——油、水——适用于小件

防止措施：加少量Mo、W——大件

——回火脆性钢的回火09四月2026回火产物的组织形态比较

回火M

×400

回火T

×7500回火S

×7500M低倍

T×1000

S×100009四月20262.2.3钢的表面热处理钢的表面淬火钢的化学热处理09四月2026定义：不改变钢的化学成分和心部组织的情况下，利用快速加热，将表层加热到A化温度后进行淬火的热处理工艺。汽车传动轴中碳钢（0.35-0.6%）目的：提高表面硬度和耐磨性，心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有足够的塑性和韧性。2.2.3.1

钢的表面淬火包括：感应加热、火焰加热、激光加热、电子束加热等。

09四月20261.感应加热表面淬火分类①高频感应加热：f=200～300kHZ，δ=0.5~2.0m②中频感应加热：f=2500～8000HZ，δ=2.0~10mm③工频感应加热：f=50HZδ=10~15mm原理：利用工件在交变磁场中产生的感应电流，

将工件表面迅速加热到淬火温度，然后

快速冷却的工艺。电磁炉微波炉

淬硬层深度

淬后要低温(180℃~200℃)回火。09四月2026表3-4感应加热淬火的种类及应用范围种类常用频率/kHz淬硬深度/㎜应用范围高频感应加热200~3000.5~2

淬硬层要求较薄的中小模数齿轮和中小尺寸的轴类零件中碳钢中频感应加热2.5~82~10

大、中模数齿轮和较大直径的轴类零件；中碳钢工频感应加热50Hz10~20

大直径零件如轧辊、火车车轮等；中碳钢高频淬火超音频淬火设备长轴高频淬火内齿圈高频淬火09四月2026加热速度快：高频只需几秒-几十秒，不需保温，生产率高

加热温度高：AC3+100-200℃

淬火质量好：组织为极细M，比普通淬火高2-3HRC，且塑韧性好。（加热速度快，不需保温，A晶粒来不及长大-组织遗传-M晶粒细小）但感应加热设备较贵，维修调整较困难，形状复杂的零件不易制作感应器，不适于单件生产。

特点感应加热表面淬火09四月2026

锻造→退火或正火→粗加工→调质→精加工→感应加热表面淬火→低温回火→粗磨→时效处理→精磨消除锻造应力；调整硬度，便于机加工细化晶粒，提高心部综合性能，为淬火做准备强化表面，获得M降低淬火应力稳定表面组织T加：160～200℃进一步降低应力，稳定组织，防止工件变形开裂

感应淬火零件加工成型工艺路线：09四月20262.火焰加热表面淬火

原理：利用乙炔—氧（3200℃）混合气体燃烧的火焰，喷射到工件表面，使其快速加热到淬火温度，随后喷水冷却，使表面获得所需硬度和淬硬层深度。淬硬层深度:δ=2～8mm特点：设备简单成本低；但质量不易控制。应用：批量小、形状复杂、大件。09四月2026将工件置于一定温度的活性介质中，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变表层的化学成分、组织和性能的热处理工艺。渗碳、渗氮和碳氮共渗等。2.2.3.2钢的化学热处理定义：种类:09四月2026定义：将工件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入工件表层的化学热处理工艺。

用途：用于在较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件。如汽车变速齿轮、活塞销、摩擦片、套筒等。

渗碳用钢：低碳钢和低碳合金钢。渗碳的目的：提高工件表层含碳量，经淬火和低温回火后，使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部仍然保持低碳良好的塑性和韧性。表面高碳：强度硬度高；心部低碳：塑韧性好---表硬而心韧—耐磨不易断

方法：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳1.钢的渗碳09四月2026气体渗碳示意图

原理：将工件置于密封的井式气体渗碳炉中，加热到930℃左右，滴入煤油、甲醇、苯等，使渗碳介质在高温下分解出活性碳原子，并被工件表面吸收，被吸收的活性碳原子由表面逐渐向工件内部扩散，形成具有一定深度的渗碳层。深层深度：渗碳后δ=0.5～2.5mm表层含碳量：WC=

0.85%~1.05%——气体渗碳

渗碳后热处理：淬火+低温回火渗后硬度：表面硬度：58~64HRC，心部硬度：30~45HRC。1.钢的渗碳09四月2026渗后组织表面0.85～1.05%心部0.15～0.30%wcP+网状Fe3CⅡPP+F渗碳工艺

锻造→正火→切削加工→渗碳→淬火+低温回火→精加工09四月2026经渗碳的汽车从动齿轮09四月20262.钢的渗氮（氮化）定义：将工件在渗氮介质中加热并保温，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺

目的：提高工件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。特点：氮化温度低：500～600℃

时间长：20～50h

硬度更高：1000~1200HV（69~72HRC）渗层薄：0.1~0.4㎜

氮化前调质处理、氮化后无须淬火。用于：耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件，如精密齿轮、精密机床主轴、汽轮机阀门及阀杆、发动机气缸和排气阀等。09四月2026——渗碳和渗氮的比较钢的化学热处理渗碳渗氮定义向工件表面渗入碳原子的过程。煤油向钢表面渗入N原子的过程氨气目的提高表面WC，淬火后使表面获得高的硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部仍保持较高的塑韧性提高表面硬度、耐磨性、疲劳强度和抗腐蚀性。用钢WC=0.15%-0.30%的低碳钢和低碳合金钢。最常用：38CrMoAL应用在较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件——汽车变速齿轮、活塞等。耐磨、耐高温、耐腐蚀的精密零件（精密齿轮、发动机气缸和排气阀、精密模具）方法气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳气体渗N、离子渗N工艺温度：900-950℃，<930℃>——高速度：υ=0.2-0.5㎜/h（气）——快层深：一般0.5-2.5㎜——深淬火+回火温度：500-600℃——低时间：0.3-0.5㎜,需20-50h——长渗层：＜0.6-0.7㎜——浅不用淬火，直接空冷组织性能表面硬度：60~64HRC碳化物心韧：好30-40HRC硬度更高：1000-1200HV（68-72HRC)氮化物抗疲劳、耐腐蚀特点渗速快，但变形大（温度高）A.周期长（达70h），成本高；B.变形小（温度低）；C.渗层薄而脆，不易受冲击。09四月20261.热处理是将钢在固态下加热、保温、冷却以获得所需组织和性能的工艺。目的是提高或改善金属材料的性能，充分挖掘金属材料的性能潜力。2.退火和正火作为预先热处理常安排在铸造、锻造和焊接之后或粗加工之前，用以消除前一工序所造成的某些组织缺陷及内应力，为随后的切削加工及热处理做组织准备，也可用于性能要求不高的零件的最终热处理。3.淬火和回火作为最终热处理，淬火必须与回火工艺相配合，才能使钢具有不同的力学性能，以满足各类零件或工模具的使用要求。4.表面热处理是指仅对工件表层进行的热处理工艺，用于要求表面有较高强度、硬度和耐磨性，而心部要求有足够塑性和韧性的零件。本章小结09四月2026一个原则:具体问题具体分析两个图：TTT、CCT三个阶段：加热、保温、冷却四把火：退(软）、正（细）、淬（硬）、回（降脆性）五大相变：加热、冷却(P、B、M)、回火六种缺陷：过热、过烧，氧化、脱碳，变形、开裂七个参数：加热（介质、温度、速度）保温时间冷却（方式、速度、介质）八种组织：P、S、T，B下、M，M回、T回、S回钢的热处理小结09四月2026综合训练题二、填空题1.热处理工艺过程都是由

、

和

三个阶段组成。2.奥氏体形成过程可归纳为

、

、

和

四个阶段。3.普通热处理又称整体热处理，主要包括

、

、

和

。4.常用的淬火方法有

淬火、

淬火、

淬火和

淬火等。5.常用的淬火冷却介质有

、

和

。6.按回火温度范围可将回火分为

回火、

回火和

回火三类，淬火后进行高温回火，称为

。7.化学热处理的基本过程一般分为分解、吸收和扩散三个阶段。8.目前最常用的化学热处理方法有

、

和

。三、选择题1.过冷奥氏体是在（）温度下暂存的、不稳定的、尚未转变的奥氏体。A．MSB．MfC．Ar12.亚共析钢的淬火加热温度应选择在（），过共析钢应选择在（）。A．Ac1+30~