钢的热处理，一份清晰的基础知识汇总PPT 钢的热处理
改善钢的性能，主要有两个途径
（1） 调整钢的化学成分，加入合金元素
（2） 钢的热处理，改变组织结构
热处理：通过加热，保温，冷却等操作方法，使钢的组织结构发生变化，以获得所需性能的一种加工工艺。
分类：
普通热处理：退火，正火，淬火，回火
表面热处理：表面淬火（火焰加热，感应加热），化学热处理（渗碳，氮化，碳氮共渗）
3.1 钢热处理的基本原理
加热或冷却时钢组织结构发生变化。
3.1.1 钢在加热时的组织转变
A1，A3，Acm是反映不同含碳量的钢在缓慢加热和冷却时的相变温度（平衡临界点）。实际生产中，加热和冷却速度不可能很慢，总有过冷和过热现象。加热和冷却速度越大，相变温度偏离平衡临界点的程度也越大，即过冷度和过热度越大。通常用Ac1，Ac3和Accm表示加热时偏离后的相变温度；用Ar1，Ar3和Arcm表示冷却时偏离后的相变温度。
大多数热处理工艺都是将钢加热至相变温度以上，使其室温组织转变为均匀奥氏体， 即“奥氏体化”。
以共析钢为例说明钢在加热时的组织转变。
3.1.1.1 形成过程
共析钢在室温时具有珠光体组织，将其加热到Ac1以上时，珠光体将全部转为含碳量为0.77%的奥氏体。
P=F（体心立方）+Fe3C（复杂晶格）——>A（面心立方）
奥氏体化是一个重结晶的过程，分为四个阶段：
* 奥氏体晶核形成
晶核易于在F和Fe3C相界面形成，这是因为此处原子排列紊乱，位错、空位密度高。
* 奥氏体晶核的长大
含碳量不同出现碳浓度梯度，引起F->A及Fe3C溶解。
* 残余奥氏体的溶解
F先转变完，Fe3C完全溶解
* 奥氏体成分均匀化
碳扩散使A含C量趋于均匀。
3.1.1.2 影响珠光体向奥氏体转变的因素
* 形成温度，钢的成分和原始组织及加热速度
形成温度越高，原子扩散能力增大，增大了A中C浓度梯度，加速成A形成。
* 含C量越高，F和Fe3C相界面增多，有得于A形成。
* P越细，A形成速度越快。
* 连续加热时，随着加热速度增大，A形成温度提高，所需时间缩短。
3.1.1.3 奥氏体晶粒的长大及其影响因素
晶粒度分为起始晶粒度，实际晶粒度和本质晶粒度。
起始晶粒度：指珠光体刚刚全部转变为A时的A晶粒度。
实际晶粒度：指钢在具体的热处理或热加工条件下实际获得的奥氏体晶粒大小。直接影响钢件性能。
本质晶粒：指A晶粒长大的倾向性（本质细晶粒钢，本质粗晶粒钢）
A晶粒长大及其影响因素：
* 奥氏体化温度越高，晶粒长大越明显。
* 加入合金元素影响奥氏体晶粒长大。
能形成稳定碳化物元素Ti，Cr，抑制A长大。
Mn，P等则加速A长大
3.1.2 钢在冷却时的组织转变
冷却方式有两种：
（1）等温冷却
就是将加热后组织为全部奥氏体的钢，先以较快的冷却速度冷却到Ar1线以下某一温度，这时奥氏体尚未来得及转变，但已成为过冷奥氏体。然后进行保温，使奥氏体在等温下发生组织转变。再继续冷却到室温，如等温退火、等温淬火等。
（2）连续冷却、
将加热后组织为全部奥氏体的钢，以某一速度冷却，使奥氏体在温度连续下降的过程中发生组织转变。如退火（炉冷），正火（空冷），普通淬火（油、水泠）。
过冷奥氏体转变产物的组织形态与性能
珠光体，索氏体，屈氏体：晶粒粗细之分。
马氏体：C在α-Fe中的过饱和固溶体，高强度，高硬度和耐磨性
贝氏体：由含碳过饱和F和碳化物组成的两相混合物。上贝氏体，下贝氏体（高强，韧）
3.1.2.1 过冷A等温冷却
将A过冷到Ar1以下的某一温度，并在此温度等温停留过程中完成其组织转变过程，称为过冷A的等温转变。
（1） 高温转变区Ar1-550
（2） 中温转变区550-230
（3） 低温转变区
3.1.2.2. 过冷A连续冷却转变
在实际热处理生产中，A的转变大多是在连续冷却过程中进行的，常在炉内、空气中，油中或水中冷却。与等温转变一样也能发生珠光体、贝氏体、马氏体等转变，但不同的是冷却过程要经过各个转变温度区，会发生几种转变，得到几种转变产物的复合组织。
3.2.1 退火与正火
钢的退火与正火是应用非常广泛的热处理工艺，例如各类铸、锻、焊生产的毛坯或半成品的预备热处理，目的在于消除冶金及热加工过程中产生的某此缺陷，改善组织和工艺性能，为以后的机加工及最终热处理做好组织与性能准备。对于某些性能要求不高的机械零件，经退火或正火后可直接使用。此时，退火或正火也就成为最终热处理。
退火：把钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一段时间，随后在炉中或埋入炉中或导热性较差的介质中，使其缓慢冷却以获得接近平衡状态的稳定的组织。
目的：
（1）降低钢的硬度，改善切削加工性；
（2）提高钢的塑韧性，便于成形加工；
（3）细化晶粒
（4）消除工件内的残余应力。
正火：将钢加热到Ac3或Accm以上30-50℃，适当保温后，从炉中取出在静止的空气中冷却至室温。
目的：
（1）细化晶粒，消除缺陷
（2）调整钢的硬度
（3 消除内应力
既可做为中间热处理，也可用作最终热处理。
3.2.2 淬火与回火
淬火：将钢加热到Ac3或Ac1线以上30-50℃，保温一定时间后，在水或油中快速冷却，以获得马氏体组织。
目的：主要是获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。
两个概念：淬透性，淬硬性
淬火后强度和硬度有了较大提高，但塑性和韧性却显著降低，此外，淬火工件内部有较大内应力，如不及时处理，
会进一步变形至开裂，为此，淬火后要及时回火。
回火：将淬火后的钢加热到Ac1线以下的某一温度，在该温度下保温一定时间（2-4小时），然后取出在空气或油中冷却。
回火通常作钢件热处理的最后一道工序，因此，把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。
目的：
（1）降低脆性，减少内应力，防止变形开裂
（2）调整钢件的机械性能
（3）稳定组织，保证工件尺寸、形状稳定。
低温回火：加热到150-250℃，保温1-3小时后空冷，得到回火马氏体。（保证高硬度，如刃具、量具）
中温回火：加热到350-450℃，保温后空冷，得到回火屈氏体。（高弹性极限，有一定韧度和硬度，如弹簧）
高温回火：加热到500-650℃，保温后空冷，得到回火索氏体。（有一定强度和硬度，又有良好的塑性和韧性，如曲轴，齿轮）
淬火+高温回火=调质处理
3.2.3 表面热处理
机器零件如齿轮，曲轴工件条件不同，有时受冲击，表面受摩擦，要求芯部有足够强度，韧性，表面有高的硬度和耐磨性。
3.2.3.1. 表面淬火
火焰加热表面淬火；感应加热表面淬火
3.2.3.2. 表面化学热处理
渗碳：向钢的表面渗入碳原子，提高表面含碳量，提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性。
渗氮：在工件表面渗入氮原子，形成一个富氮硬化层的过程。提高材料表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，且渗氮性能优于渗碳。
碳氮共渗：碳氮同时渗入工件表层。提高表面硬度、抗疲劳性和耐磨性，并兼具渗碳和渗氮的优点。
渗铬：有较好的耐蚀性和优良的抗氧化性、硬度和耐磨性，可代替不锈钢和耐热钢用于机械和工具制造。
渗硼：十分优秀的耐磨性、耐腐蚀磨损和泥浆磨损的能力，耐磨性明显优于渗氮、碳和碳氮共渗层，但不耐大气和水的腐蚀。主要用于泥浆泵零部件、热作模具和工件夹具。
下面我通过一组PPT 来学习一下这方面的知识:
来源：热处理小讲堂
