北京交通大学《材料科学基础》课件-第6章 钢铁热处理

《材料科学基础》北京交通大学10/9/20261第六章钢铁热处理第六章钢铁热处理钢在加热时的组织转变钢在冷却时的组织转变钢的退火与正火钢的淬火钢的回火钢的表面热处理一、热处理

利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。

多数热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。

二、固态转变

固态转变有：固态物质内部的组织结构的变化称为固态相变。转变过程只有组织结构变化，无新相生成的非相变型，如再结晶转变。

概述

材料科学遇到的相变习惯上分为扩散型相变和无扩散型相变两大类。

扩散型相变的特点是通过激活原子运动而产生，要求温度高，原子活动能力强。纯金属的同素异构转变、固溶体的多形性转变、以及脱溶转变等均属于此类。

无扩散型相变的特点是相变中原子不发生扩散、原子作有规则的近程迁移，以使点阵改组；相变中相邻原子的相互位置不变。在低温下原子不能扩散时易发生这类转变，如一些合金中的马氏体相变，某些低温进行的同素异构转变（β-Co（hcp）与α-Co（fcc）。三、热处理分类

●普通热处理：退火、正火、淬火、回火；●表面热处理：表面淬火、化学热处理；●特殊热处理：真空热处理、形变热处理、可控气氛热处理磁场热处理………

钢铁材料的强韧化重要有两个途径：一是对钢铁材料实施热处理；二是通过调整钢的化学成分，加入合金元素（亦即钢的合金化原理），以改善钢的性能。第一节钢在加热时的组织转变一、转变温度对应铁碳相图中的线PSK线共析727

A1

GS线

g→FA3

ES线

C在g中ACM

这些温度点是平衡转变温度，在固态转变中，转变实际发生需要一定的过冷或过热下，加热转变的实际发生温度在临界点之上，而冷却转变的实际发生温度在临界点之下。AC1、AC3、Accm表示加热时的转变温度

Ar1、Ar3、Arcm表示冷却时的转变温度二、奥氏体的形成过程第一节钢在加热时的组织转变根据Fe-Fe3C相图，钢在加热时发生珠光体向奥氏体的转变，此转变过程称奥氏体化。以共析钢(Wc＝0.77%)为例在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心；奥氏体是同时消耗两相来长大；实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体的溶解；奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀。第一节钢在加热时的组织转变●共析钢：P→A●亚共析钢：P+F→A+F→A●过共析钢：P+Fe3CⅡ→A+Fe3CⅡ→A热处理时应进行适当时间的保温。保温的目的是使工件各部分温度一致，组织转变充分均匀。二、奥氏体的形成过程三、影响奥氏体转变的因素奥氏体形成速度主要取决于原子的扩散速度。加热温度加热温度越高，提高原子活动迁移能力，自由能差(动力)大，奥氏体化的进程也越快。加热速度加热速度越快，过热度越大，转变开始的温度也越高，奥氏体转变速度也快。化学成分随碳量的增加，渗碳体与铁素体的界面数量也多，转变速度加快。碳化物形成元素与碳的结合力高于铁，会阻碍碳的扩散迁移；在碳化物消失后，合金元素自己扩散达到均匀（扩散速度慢），达到均匀奥氏体化的时间要大大延长。原始组织珠光体的层片越细，界面数量多，晶核也就越多，扩散的距离小，转变速度加快，片状珠光体的转变速度高于球化珠光体。四、奥氏体晶粒度第一节钢在加热时的组织转变1.奥氏体晶粒的长大奥氏体的晶粒度指奥氏体的晶粒尺寸大小。钢形成奥氏体后继续加热或保温，晶粒将会长大，其晶粒度对钢的力学性能有重要影响。需要控制晶粒的大小。2.几个概念

●起始晶粒度：奥氏体刚形成时的晶粒大小，无实际意义。●实际晶粒度：在实际加热条件下的奥氏体晶粒大小。●本质晶粒度：在规定加热条件下的奥氏体晶粒大小。为比较不同钢的奥氏体晶粒长大的倾向，把不同钢种在规定条件下加热保温（930℃,8h），比较其晶粒大小。晶粒易长大的称本质粗晶粒钢，晶粒不易长大的称本质细晶粒钢。四、奥氏体晶粒度及其影响因素第一节钢在加热时的组织转变3.影响奥氏体晶粒度的因素1).加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体晶粒越大。2).化学成分：晶粒长大是原子扩散过程，在加热时钢的组织中若有未溶质点存在，则扩散阻力增大，故可阻碍奥氏体晶粒长大。加热时未溶的碳化物质点可阻碍奥氏体晶粒长大，故●碳化物形成元素可以细化晶粒，碳化物形成元素越强，作用越显著。●过共析钢在Ac1~Acm之间加热，可获得较细小的奥氏体晶粒。钢中常见的碳化物有4类

渗碳体：Fe3C

合金渗碳体：(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等

合金碳化物：Cr7C3、Fe3W3C等

特殊碳化物：WC、MoC、VC、TiC等

渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高。碳化物的稳定性越高，就越难溶于奥氏体，也越不易聚集长大。

第二节钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体：钢奥氏体化后，从高温冷却到A1以下，此时奥氏体并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行转变。连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程种转变。冷却方式：

热加保温时间温度临界温度A1连续冷却等温冷却一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立

第二节钢在冷却时的组织转变

过冷奥氏体等温转变图，也称TTT(Time-Temperature-Transformation)曲线，或C曲线。⑴建立：实验方法，如右图。⑵孕育期：C曲线上曲线与纵轴间的距离。在550℃左右处孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定。此处称C曲线的鼻部。随温度降低，鼻尖上部因动力加大而转变速度加快；下部因降低原子活动能力而减慢。当快速冷却的温度低于某一临界值Ms后，孕育期消失，到达Ms立即发生转变，转变的方式发生了变化，Ms温度称为马氏体点。Ms一、共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立

第二节钢在冷却时的组织转变等温冷却试验：（a）

首先将若干薄圆片状试样放入熔炉中，在高于共析温度的条件下进行奥氏体化；（b）将上述奥氏体化后的试样迅速放入另一熔炉保温，炉温低于共析温度；（c）依据试样保温时间的差异，分别从炉中取出试样，置于水中快冷；（d）磨制金相试样，并观察显微组织。二、共析钢过冷奥氏体转变产物1.珠光体型转变（高温转变）区2.贝氏体型转变（中温转变）区3.马氏体型转变（低温转变）区1、珠光体型转变（高温转变）扩散型

发生在鼻部以上（Ar1~550℃），产物为层片状的F与Fe3C机械混合物，随温度由高至低，层片由粗到细，按层间距大小分别称为珠光体（P）、索氏体（S）、屈氏体（T），硬度逐渐升高，同时韧性也有改善。奥氏体向珠光体的转变为扩散型的生核、长大过程,是通过碳、铁的扩散和晶体结构的重构来实现的。

(a)珠光体

3800×(b)索氏体

8000×(c)屈氏体

8000

过冷奥氏体在Ar1到鼻尖(550℃)之间的转变方式基本相同,属于珠光体型转变。

首先在奥氏体晶界或缺陷处形成Fe3C的核心，再依靠奥氏体不断提供碳原子长大；同时周围奥氏体碳含量降低并发生晶格改组转变为铁素体。铁素体的生成又促使渗碳体的长大和形核，长大的渗碳体可以分枝，它们共同生长的结果便得到层片的分布。在一个奥氏体晶粒中可能有数处形核，各自分别发展成不同的领域，直到奥氏体完全消失。此外，渗碳体形核与原奥氏体有一定的位向关系，所以珠光体在奥氏体中常为几种特定方向。使Fe3C长大使奥氏体改变片状珠光体：片层方向大致相同的珠光体称为珠光体团（或领域），在一个奥氏体晶粒内可以形成3～5个珠光体团。球状珠光体：珠光体中的渗碳体呈球状分布，其渗碳体的大小、形态及分布，对最终热处理后的性能具有直接的影响，是球化退火验收的重要指标。珠光体的性能

不同类型的珠光体由于层片间距不同，力学性能在一个较大范围内变化，总体趋势是随着片间距的减小，材料的强度和硬度呈现上升；片间距越小，单位体积钢中铁素体和渗碳体的相界面越多，对位错运动的阻碍越大，即塑性变形抗力越大无本质区别,没有严格界限;只有形态不同;珠光体较粗;索氏体较细;屈氏体最细先在奥氏体晶界上碳含量较低的地方生成铁素体晶核,然后向晶粒内沿一定方向成排长大在上贝氏体温区内,碳有一定扩散能力,铁素体片长大时,它能扩散到其它的奥氏体中,使其富碳.当铁素体片间的奥氏体浓度增大到足够高时,便从中析出小条状或小片状渗碳体,连续分布在铁素体之间.渗碳体550℃～350℃2、贝氏体型转变（中温转变）（半扩散型）

第二节钢在冷却时的组织转变

发生在鼻部以下（550℃~Ms）

贝氏体是渗碳体分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。奥氏体向贝氏体的转变属于半扩散型转变，铁原子不扩散而碳原子有一定扩散能力。名称符号形成温度形貌性能

上贝氏体B上

550℃~350℃羽毛状HRC40~50,韧性差下贝氏体B下

350℃~Ms竹叶状HRC50~55,韧性好B上B下奥氏体晶界碳原子扩散，在原位一定方向形成铁素体相在新相旁生成Fe3C相温度降低，碳扩散能力减弱，只能在奥氏体晶粒内部沿一定方向生成渗碳体(1)上贝氏体形态第二节钢在冷却时的组织转变(a)光学显微照片

1300×(b)电子显微照片

5000×性能特点：上贝氏体中铁素体片较宽，塑性变形抗力较低；同时渗碳体分布在铁素体片之间，容易引起脆断，因此强度和韧性都较差。工业生产中一般不用这种组织的材料来制造机械零件。原奥氏体晶界贝氏体的形貌及其亚结构上贝氏体

其贝氏体铁素体板条成束地自晶界向晶内生长，在光学显微镜下形似羽毛状，故有羽毛状贝氏体之称，板条间的渗碳体呈粒状或短片状，可在电子显微镜下观察到渗碳体的形态。

(2)下贝氏体形态第二节钢在冷却时的组织转变性能特点：下贝氏体中铁素体针细小，无方向性，碳的过饱和度大，位错密度高，且碳化物分布均匀、弥散度大，所以硬度高，韧性好，具有较好的综合机械性能。生产实践中应用于要求高强韧性的工件（如工模具等）。(a)光学显微照片

500×(b)电子显微照片

12000×

下贝氏体（350℃～Ms）贝氏体片之间互成交角，金相显微镜下常可观察到的“竹叶状”组织即为之。无论是条状的还是片状的贝氏体铁素体。其内部总有细微碳化物沉淀，它们大多与铁素体的主轴呈55～60°。

上下贝氏体的主要区别在于贝氏体铁素体的形态及其碳化物的析出位置的不同；温度引起碳扩散能力的差别铁素体晶核首先在奥氏体晶界或晶内某些畸变较大地方生成,然后沿奥氏体的一定晶向呈针状长大.渗碳体下贝氏体的转变温度较低,碳原子的扩散能力较小,不能长距离扩散,只能在铁素体针内沿一定晶面以细碳化物粒子的形式析出350℃～MsGCr151050℃奥氏体化，320℃等温30分淬火，2000×轴承钢（高碳钢，含碳0.95～1.10％）电镜照片下贝氏体渗碳体与铁素体长轴交成55～60°角光学显微镜下呈羽毛状;电镜下为不连续的短杆状的渗碳体分布于自奥氏体晶界向晶内生长的平行的铁素体条之间.光学显微镜下黑色针状;电镜下可以看到细小的渗碳体分布于铁素体内,并与铁素体的长轴方向呈约55~60°的角.贝氏体的力学性能①强度和硬度

强度和转变温度的关系随转变温度的下降而升高，且下贝氏体的强度高于上贝氏体的。②韧性

下贝氏体的冲击韧性优于上贝氏体下贝氏体具有良好的强度和韧性配合，是一种有重要应用价值的组织，而上贝氏体是热处理时不希望获得的组织。热处理时注意保温温度的选择3、马氏体型转变（低温转变）

第二节钢在冷却时的组织转变

产生：奥氏体急冷至Ms（共析钢约230℃）线以下，过冷度极大，转变趋势极大，奥氏体极快地由fcc变成bcc，而碳原子来不及扩散，形成碳在α–Fe中的过饱和间隙固溶体，即马氏体，Martensite

(M)。

由于大量碳的过饱和，将会给这时的铁素体带来巨大的晶格畸变，马氏体的晶格点阵严格说来已经不是体心立方，而是体心正方，即晶格常数在一个方向被拉长。如果拉长的方向的晶格常数为c，另两个方向相等为a，对于马氏体来说，c/a（正方度）的值一般在1－1.05之间。(1)转变特点第二节钢在冷却时的组织转变1)马氏体转变在一个温度范围（即Ms～Mf之间）连续完成，等温过程马氏体量不增加。2)马氏体的形成速度极快（爆发式转变）

3)转变驱动力极大，过冷A转变为马氏体是一种非扩散型转变,

铁和碳原子都不能进行扩散，成分与奥氏体一样。4)马氏体转变是不彻底的，总要残留少量奥氏体,称为“残余奥氏体”，通常简记为A残或A’。就是冷却到Mf温度以下，钢中也总有一定数量的奥氏体存在不能转变。5)马氏体形成时体积膨胀,在钢中造成很大的内应力,严重时导致开裂。

(2)马氏体形态与性能第二节钢在冷却时的组织转变板条马氏体组织：含碳量在0.2%以下时，基本上是板条马氏体（亦称低碳马氏体，位错马氏体），板条马氏体在显微镜下为一束束平行排列的细板条。板条马氏体特点：得到的低碳板条马氏体过饱和度不大，位错的强化结构有较高的强度和韧性，具有良好的综合力学性能。(2)马氏体形态与性能第二节钢在冷却时的组织转变片状马氏体组织：当碳含量大于1.0%时，则形成片状马氏体,或针状马氏体（亦称高碳马氏体，孪晶马氏体）

。在光学显微镜中呈竹叶状或凸透镜状，在空间形同铁饼。性能特点：得到的高碳片状马氏体过饱和度大，严重的晶格畸变产生大的内应力，大片之间易产生显微裂纹。片状马氏体具有高的硬度和强度，但塑性和韧性很低。板状马氏体①马氏体变温形成与t保无关；②马氏体转变不完全性，钢中常存在残余A（性能下降）,常要求淬火T接近Mf“冷处理”.③马氏体性能与含碳量有关非扩散型（Fe和C均不扩散）C在α-Fe中的过饱和固溶体（bcc）240～-50M片、针状马氏体马氏体板状：低碳钢中，F和Fe2.4C的复相组织。片状：高碳钢中，复相组织F饱和+Fe2.4C350～240B下下贝氏体羽毛状：在平行密排的过饱和F板条间，不均匀分布短杆（片状）Fe3C，脆性大，工业没应用半扩散型（只有C扩散）F饱和+Fe3C550～350B上上贝氏体贝氏体间距：0.03～0.08μm，2000×600～550T屈氏体间距：0.25~0.08μm，1000×650～600S索氏体片层间距：0.25～1.9μm，500×扩散型（Fe和C均扩散）F+Fe3CA1～650P珠光体珠光体

特征转变类型相组成转变温度/℃符号组织名称注：w（c）≥1.0％时形成片状马氏体，HRC：64～66；w（c）≤0.2％时形成板状马氏体，HRC：30～50。三、影响C曲线的因素第二节钢在冷却时的组织转变1、C含量的影响亚共析碳钢的C曲线还有一条A→F转变线（F是先共析相）；过共析碳钢的C曲线还有一条A→Fe3C转变线（Fe3C是先共析相）随含碳量偏离0.77%，C曲线孕育期缩短，所以共析钢的奥氏体是最稳定的。共析钢亚共析钢过共析钢三、影响C曲线的因素第二节钢在冷却时的组织转变2．加热温度和保温时间随着加热温度的提高，保温时间的加长，奥氏体的均匀化程度高，晶粒粗大，可以增加过冷奥氏体的稳定性，C曲线右移。

3．合金元素的影响⑴加热时，合金元素溶入奥氏体后一般都使C曲线右移（Co除外），孕育期变长。这是合金元素提高钢淬透性的理论根据。⑵某些合金元素使C曲线出现二个鼻子。四、过冷奥氏体的连续冷却曲线也称为CCT曲线(ContinuousCoolingTransformation)1。CCT曲线的建立、形状及转变组织都与TTT曲线相似。主要区别：共析钢和过共析钢的CCT无贝氏体转变。在生产实践中一般以TTT曲线代替CCT曲线分析连续冷却转变组织。2。应用：根据TTT（或CCT）曲线可以方便地解决以下问题：冷却方式------所得组织3。临界冷却速度：在共析钢过冷A的连续冷却转变曲线（CCT曲线)中，共析钢以大于上临界冷却速度冷却时,得到的组织为马氏体。冷却速度小于（下临界冷却速度）时,钢将全部转变为珠光体型组织。共析钢过冷A在连续冷却转变时得不到贝氏体组织。五、小结第二节钢在冷却时的组织转变

综上所述，钢在冷却时，过冷奥氏体的转变产物根据其转变温度的高低可分为高温转变产物珠光体、索氏体、屈氏体，中温转变产物上贝氏体、下贝氏体，低温转变产物马氏体等几种。随着转变温度的降低，其转变产物的硬度增高，而韧性的变化则较为复杂。

第三节钢的整体热处理概述

1。机械零件加工的一般工艺流程铸（锻）造成形→预先（备）热处理→粗加工→最终热处理→精加工2。热处理工序的作用⑴预先（备）热处理：包括退火、正火。消除铸锻件的组织缺陷，均匀组织，细化晶粒，降低硬度，消除应力。⑵最终热处理：包括淬火、回火。形成零件使用时需要的组织和性能。一、退火（annealing）

退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却(例如随炉冷却)，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做“退火”。钢的退火分为完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等。各种退火工艺加热温度规范第三节钢的整体热处理1．完全退火方法：将亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃，保温一定时间，缓慢冷却(随炉冷却或埋入石灰、干沙中自然冷却)到500℃以下，取出空冷。目的：先得到均匀的奥氏体，缓慢冷却转变基本接近相图描述转变过程，得到接近平衡组织，降低硬度，便于加工，消除内应力。用途：碳钢和合金结构钢的锻、铸、轧制型材，可以作为一般要求工件的最终热处理，大多为重要零件的预先热处理。

2．等温退火

加热方法同上(将亚共析钢加热到Ac3以上30~50℃，保温一定时间)，然后快速冷却到稍低于Ar1下等温，使奥氏体转变成珠光体，再空冷至室温，可以大大缩短退火时间。目的和用途同完全退火，生成率和组织控制较好，操作要求也相应高一些。3．球化退火方法：将过共析钢加热到Ac1以上30~50℃，保温较长时间，冷却到Ar1温度附近时要足够慢的冷却(保温冷却，比随炉冷却还要缓慢)。目的：最终组织为铁素体的基体上均匀分布颗粒状的渗碳体，称为球状珠光体。用途：降低过共析钢材料的硬度，保证足够的韧性，便于进行机械加工，均匀组织为以后淬火作好组织准备。第三节钢的整体热处理4．去应力退火加热至Ac1以下（250~400℃），保温后缓冷。

无组织结构变化，用于铸、锻、焊及冷变形件去除应力。5．均匀化退火（扩散退火）加热到略低于固相线的温度（固相线以下100℃～200℃），长时间保温（10h～15h），缓慢冷却。减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性6.再结晶退火加热到Ac1以下（450－650℃），保温后缓冷。使塑性变形的组织再结晶，消除加工硬化。二、正火normalizing第三节钢的退火与正火1、工艺：加热温度：●亚共析钢Ac3+30~50℃●过共析钢Acm+30~50℃冷却方式：保温后在空气中冷却。相对退火冷却速度较快，晶粒细小。2、组织：●亚共析钢：F(少量)+S(或T)●过共析钢：Fe3C(少量)+S(或T)。主要作用：

●亚共析钢：在低、中碳钢中代替完全退火。●过共析钢：因空气冷却速度较快，先共析相Fe3C的析出量较少，不能连成网状，故起到消除网状组织的作用。三、淬火Quenching

(1)淬火概念

淬火：将钢加热至临界点以上保温后，以大于临界冷却速度的冷速冷至Ms点以下获得马氏体的热处理工艺目的：获得马氏体可以提高钢的硬度，保证高耐磨性和承受高接触应力。虽然马氏体不是热处理所要得到的最终组织，但马氏体再经过适当的回火，可以得到需要的组织和使用性能，最终达到理想的热处理目的。原则：淬火时既要快冷获得M，又要尽可能减小内应力，减少变形和开裂。依此制定工艺规范。(2)淬火加热温度

淬火加热温度的确定应以获得晶粒细小、成分均匀的奥氏体为原则，以便得到细小的马氏体组织。

亚共析钢：Ac3以上30~50℃，铁素体可以全部溶解得到单一的奥氏体，从而消除未溶铁素体而带来的软相。也不宜过高，防止奥氏体晶粒粗大带来马氏体粗大。淬火组织：M+A’（少量）过共析钢：Ac1以上30~50℃，保温时组织：A+Fe3C（粒）

淬火组织：M+A’少量+Fe3C（粒）未溶的Fe3C（粒）可阻碍奥氏体晶粒长大，淬火组织中Fe3C粒可以提高的耐磨性。最终得到高硬度、高耐磨性及适当韧性的淬火组织。(3)理想的淬火冷却速度

第三节钢的整体热处理

理想的淬火冷却速度：为了保证得到多的马氏体，冷却速度应该大于临界冷却速度Vk；为防止零件变形、开裂，冷却应慢一些。所以理想的冷却速度如图，开始慢，在快要发生组织转变时快冷，以躲开鼻子尖，随后又可以慢冷让马氏体转变慢慢的进行。(4)淬火冷却介质第三节钢的整体热处理清水直接冷却和沸腾的蒸汽冷却，冷却能力也很强。缺点：鼻尖区冷却能力不强，Ms区太快。盐水、碱水

10－15％的NaCl水溶液是最强的冷却介质。碱浴、硝盐浴熔融的氢氧化钠、硝酸盐、亚硝酸盐导热能力很强，在120－180℃以上的高温下有好的冷却能力。矿物油冷却能力约为水的1/4－1/8，用于奥氏体较稳定钢，如大多数合金钢，可以有效防止零件的变形开裂。其他先进淬火介质：如聚合物淬火介质(5)淬火方法第三节钢的整体热处理单液淬火直接放入某液体介质(水或油)中冷却到室温。碳钢－水，合金钢－油。方法简单，易于操作。双液淬火(水淬油冷)对复杂的碳钢零件，先在水或盐水中快速冷却，躲开鼻子温度，估计温度低于500℃时立即转入油中，放慢冷却速度继续冷却到室温。操作者的经验控制。3.分级淬火淬入150－260℃硝盐浴中躲过了鼻尖，停留一段时间让表面和心部温度均匀，热应力松弛。取出空冷。4.等温淬火直接淬入硝盐浴中保温，获得下贝氏体。5.局部淬火局部加热法或局部冷却法6.深冷处理冷却到室温以下的过程称为“深冷处理”。(6)淬火组织缺陷第三节钢的整体热处理加热缺陷硬度不足或出现软点变形与开裂四、回火

Tempering1.回火：将淬火钢再加热到Ac1以下某一温度，保温冷却，获得回火组织的一种热处理工艺。可以稳定组织，消除应力，降低脆性，调整性能。2.目的：淬火组织为M+A’，不稳定，内应力大，脆性大，所以钢淬火后必须回火。

(1)消除内应力。

(2)稳定组织和尺寸。

M+A’不稳定，随温度可能发生转变，带来零件的尺寸和性能变化。回火可让这种亚稳组织在不再发生变化，达到稳定零件的组织性能和尺寸。

(3)调整性能。淬火后得到的马氏体在含碳量较高时，材料的硬度高，脆性大，通过回火处理，控制回火的温度和时间，达到需要的强度、塑性和韧性。第三节钢的整体热处理(2)淬火钢的回火组织转变（简介）

1．马氏体的分解（100－200℃）：回火马氏体2．残余奥氏体的分解（200－300℃）：M回＋B下3．回火屈氏体的形成（300－500℃）4．碳化物的聚集长大（回火索氏体，500℃以上）第三节钢的整体热处理

回火时碳化物逐渐析出，A’逐渐消失，形成碳化物分布在M或F的基体之上的粒状组织。随温度升高，颗粒渐粗，硬度渐低。因此组织粒度可调，材料性能可调。与片状组织相比，粒状组织在相同强度时韧性更好，具有更好的综合力学性能。

(3)回火种类及其应用低温回火回火温度为150－250℃，得到的组织为回火马氏体，目的是保留淬火时的高硬度，消除淬火的残余应力。这时钢有好的耐磨性，常用于轴承、冷作模具的热处理，回火温度低于200℃时，硬度可达到58－64HRC。中温回火回火温度为350－500℃，得到的组织是回火屈氏体，在具有一定韧性的同时，有高的弹性极限和屈服强度。主要用于弹簧类和要求较高强度硬度又要一定韧性的工件，如刀杆、轴套等。高温回火回火温度为500－650℃，得到的组织是回火索氏体，目的是使钢得到强度、硬度、塑性、韧性有良好配合的综合力学性能，尤其是冲击韧性高，且可以直接进行机械加工。淬火后进行高温回火的工艺通常称为“调质”处理。主要用于承受较大应力，特别是有冲击应力场合下的结构零件，如各种轴、连杆、齿轮等，对具有第二类回火脆性的钢注意回火后应在水或油中冷却。第三节钢的整体热处理(4)回火组织回火组织第三节钢的整体热处理F基体与弥散分布Fe3C马氏体的板条状(4)回火组织回火组织第三节钢的整体热处理等轴F基体与颗粒状Fe3CF基体与弥散分布Fe3C(5)回火组织的性能硬度在200℃以下变化不明显，以后随温度的上升而下降，强度也如此。塑性随回火温度提高而提高,到超过600℃因碳化物过大会下降；韧性变化的趋势随回火温度的提高而提高，直到600℃附近最大而随后下降，此外在350℃附近有一低谷。第三节钢的整体热处理(6)回火脆性回火时韧性出现谷值的现象称为“回火脆性”。低温回火脆性：也称为第一类回火脆性。是指普通碳钢的韧性在250－400℃附近出现低谷。几乎所有的钢都存在第一类回火脆性，因此一般应避免在250-400℃进行回火。这是由于这个温度区间碳化物将沿马氏体的板条或片状的边缘析出，破坏基体的连续性。高温回火脆性：也称为第二类回火脆性。450－600℃时出现在某些合金结构钢中，如含Ni、Cr、Mn的调质钢出现韧性下降现象。可以在回火后采用快速冷却抑制其发生，因此对具有第二类回火脆性的钢在高温回火后必须采用快速冷却。

第三节钢的整体热处理五、钢的淬透性与淬硬性第三节钢的整体热处理1.淬透性：淬火得到马氏体的多少。以钢在淬火后能获得淬硬层（马氏体层）的深度来表示，记作J。淬硬层深度是指淬火钢件从表面到马氏体组织占50％处的距离。采用“末端淬火法”(简称端淬法)测量(国家标准GB225-88)。它是钢种本身固有的特性，与零件的尺寸和淬火工艺无关。影响淬透性主要因素是：加热时溶入A的合金元素越多，C曲线就越右移，则零件淬火时得到的M越多，淬透性就越好。合金钢的淬透性优于碳素钢。2.淬硬性：淬火得到马氏体硬度的高低。影响淬硬性主要因素是：马氏体内含碳量越多，硬度越高。3.淬透性和淬硬性的关系：淬透性高，淬硬性不一定高；反之亦然。第四节钢的表面热处理

目的：表面硬度高，心部韧性好。采用表面强化的热处理方法，统称为表面热处理。一、表面淬火表面淬火：将钢件表层迅速加热到奥氏体化温度后急冷使表层形成马氏体组织而心部组织仍保持不变的热处理工艺。表面淬火只改变表面组织性能，不改变钢的化学成分。表面淬火组织：加热时，从表面到心部的温度不同，淬火后在组织也不同，位置最表层次表层里层温度Ac3Ac1－Ac3Ac1以下组织细小MM＋F或F＋T原始组织二、感应加热表面淬火第四节钢的表面热处理

将工件置于感应器的交变磁场中，在工件上有感应电流，由于电流的集肤效应，电流集中于表层，电流产生的热量将工件表面迅速达到800－1000℃，然后迅速置于水中或喷水冷却，达到表层淬硬的结果。频率越高，淬硬层越浅。由于加热速度快，温度高，奥氏体晶粒细，硬度高于普通淬火硬度2－3HRC，象45、40Cr、40MnB经正火或调质后表面淬火，表层硬度大于50HRC。三、火焰加热表面淬火第四节钢的表面热处理

用氧－乙炔(或其他燃料气)的高温火焰，