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简要介绍天津大学金工教研室钢的热处理钢铁材料的基本组织热处理基本原理钢的普通热处理钢的表面热处理钢的化学热处理1钢铁材料的基本组织钢铁材料基本上是铁与碳组成的合金。由于铁和碳元素相互作用不同，铁碳合金的基本组织有5种。铁素体F，奥氏体A，渗碳体Fe3C，珠光体P，莱氏体Ld常见铁金属晶格类型的晶胞a)体心立方晶胞b）面心立方晶胞纯铁的同素异构转变1600150014001300120011001000900800温度（°C）700时间α-Feγ-Fe91213941538-Feδ-L（解释冷却曲线和同素异构转变）铁碳合金状态图解释点线面5.03.01.20.4500.774.32.11FeF温度（°C）912PG1538ACE1148727S6.69Fe3CDKF1227ALQWcPL’d钢的冷却组织转变过程1.20.4500.772.11FeWc(%)QF温度（°C）912P43G153812AE43S32112ⅡⅠⅢLAPWc0.77亚共析钢ⅡWc=0.77共析钢ⅠWc0.77过共析钢Ⅲ钢的冷却组织转变过程：ⅠL-→L+A-→A-→PⅡL-→L+A-→A-→F+A-→F+PⅢL-→L+A-→A-→A+F3C-→F+P112342312342热处理基本原理由Fe-Fe3C相图得知，碳钢在极缓慢地加热和冷却时的转变温度为A1、A3和Acm，由图可知，实际加热时各临界点的位置分别为图中的Ac1、Ac3和Accm线，而实际冷却时各临界点的位置分别为图中的Ar1、Ar3和Arcm线。钢进行热处理时其组织加热发生奥氏体的转变。奥氏体化后的钢以不同的冷却方式进行冷却转变，得到不同的组织，从而使钢获得不同的性能。温度（℃）→GCFeP+P+F含碳量（%）→3ⅡArcmAr3SF+AA1FeA+Ⅱ3CAAc3AcA3AcmcmE1ArAc1奥氏体等温转变曲线-100800700500600100200300400温度（℃）43时间（s)101010M0f1023101045M+AMS5550SPTBA1A32404138HRC21奥氏体等温转变曲线又简称为C曲线（又称TTT曲线）。过冷奥氏体的转变可分为三种：550℃以上为珠光体转变，Ms线以下为马氏体转变，550℃到Ms点之间为贝氏体转变。连续冷却转变曲线4003002001000600500700102103104105101800AA→MMS1温度（℃）时间（s)TTTCCTK在实际热处理过程中奥氏体的转变大多是在连续冷却过程中进行的，可用连续冷却转变C曲线（CCT曲线）来描述奥氏体转变的规律。3普通热处理钢的热处理主要目的在于改善钢的工艺性能和提高钢的使用性能。它是通过对钢材的加热、保温和冷却来改变钢的组织实现的。钢的普通热处理方法是退火、正火、淬火与回火（俗称四火）。退火将钢加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，这一过程称为退火。退火的主要目的在于减少钢材化学成分和组织的不均匀性、消除内应力、调整和改善钢材的力学性能和工艺性能，为最终热处理做好组织准备。常用的退火工艺有完全退火、球化退火、去应力退火等。去应力退火C/%温度/℃完全退火球化退火正火正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温后在空气中冷却得到珠光体基体组织的热处理工艺。冷却速度比退火快，组织细小（索氏体），因而钢的力学性能也有所提高。正火的主要应用范围如下:①对低碳钢、低合金钢可达到消除应力、细化组织、改善切削加工性能的目的，也可作为淬火前的预备热处理，消除内应力和细化组织。②对过共析钢进行正火，可消除网状碳化物，为球化退火做准备；③正火操作简便，生产周期短，消耗少，故一般零件的最终热处理在应优先采用正火处理，。淬火淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温后再以大于临界冷却速度进行快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火的目的主要是为了获得马氏体，淬火后再经回火可提高钢的硬度和耐磨性。它是强化钢材最重要的热处理方法。碳钢的淬火加热温度范围700P+FC/%0.77P+温度/℃800900A+F100011001200AA+Fe3CA1Fe3C回火淬火钢一般不能直接使用。钢的淬火组织是淬火马氏体和残余奥氏体，都是不稳定组织，而淬火马氏体又极脆，并存在很大的内应力，若不及时回火，会使工件发生变形甚至开裂。回火是将淬火钢重新加热到Ac1点以下适当温度，保温后再冷却的热处理工艺。其目的就是为了消除工件淬火后的上述缺陷，调整和改善钢的性能，以满足各种工件不同的性能要求。钢在不同的温度下回火，可分为三类：1）低温回火（150～250℃）组织为回火马氏体，其目的是降低淬火应力和脆性，保持高硬度（HRC58～64）和高耐磨性。常用于处理各种工模具以及渗碳淬火或表面淬火的工件。2）中温回火（350～500℃）组织为回火屈氏体，硬度HRC35～45。具有较高的弹性极限和屈服极限，并有一定的韧性，多用于各种弹簧。3）高温回火（500～650℃）组织为回火索氏体，硬度HRC25～35。特点是在保持较高强度的同时，具有较好的塑性和韧性。淬火加高温回火的热处理又称为调质，广泛用于处理各类重要零件，例如轴、齿轮、连杆、螺栓等。