金属学及热处理_第八章_钢的热处理工艺

1、金属学及热处理 第8章 钢的热处理工艺 钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组钢的热处理工艺是指根据钢在加热和冷却过程中的组 织转变规律制定的热处理具体加热、保温、冷却的工织转变规律制定的热处理具体加热、保温、冷却的工 艺参数。艺参数。 普通热处理包括：退火、正火、淬火和回火。普通热处理包括：退火、正火、淬火和回火。 表面热处理有：表面热处理有： 表面淬火和化学热处理等。表面淬火和化学热处理等。 还有预备热处理、最终热处理、形变热处理、真空热还有预备热处理、最终热处理、形变热处理、真空热 处理。处理。 第第8章章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 8.1 钢的退火和正火 加热温度高于临界温

2、度的退火称加热温度高于临界温度的退火称 为相变重结晶退火。包括完全退为相变重结晶退火。包括完全退 火、不完全退火、球化退火和扩火、不完全退火、球化退火和扩 散退火等。散退火等。 加热温度低于临界温度的退火包加热温度低于临界温度的退火包 括去应力退火和再结晶退火。括去应力退火和再结晶退火。 正火是退火的一种特殊形式。正火是退火的一种特殊形式。 8.1 钢的退火和正火 完全退火是将钢加热到完全退火是将钢加热到Ac3温温 度以上，保温足够时间，缓慢度以上，保温足够时间，缓慢 冷却，获得接近平衡组织的热冷却，获得接近平衡组织的热 处理工艺。处理工艺。 退火的目的是细化晶粒、均匀退火的目的是细化晶粒、均

3、匀 组织，消除应力和热加工缺陷、组织，消除应力和热加工缺陷、 降低硬度、改善切削加工和冷降低硬度、改善切削加工和冷 塑性变形性能。塑性变形性能。 8.1.1 完全退火完全退火 完全退火的加热温度一般在完全退火的加热温度一般在Ac3以上以上2030。 8.1 钢的退火和正火 中碳结构钢锻轧件中常有魏氏组织、晶粒粗大的中碳结构钢锻轧件中常有魏氏组织、晶粒粗大的 过热组织，和带状组织等缺陷，经过完全退火后，过热组织，和带状组织等缺陷，经过完全退火后， 组织发生重结晶，魏氏组织和带状组织消除，晶组织发生重结晶，魏氏组织和带状组织消除，晶 粒细化，切削加工性能得到改善。粒细化，切削加工性能得到改善。 焊

4、接工件中焊缝处组织不均匀，热影响区具有过焊接工件中焊缝处组织不均匀，热影响区具有过 热组织和魏氏组织，且存在很大内应力。焊后经热组织和魏氏组织，且存在很大内应力。焊后经 完全退火，组织均匀，晶粒细化，魏氏组织消除，完全退火，组织均匀，晶粒细化，魏氏组织消除， 内应力下降。内应力下降。 8.1.1 完全退火完全退火 8.1 钢的退火和正火 8.1.1 完全退火完全退火 退火加热温度：退火加热温度： 碳钢：碳钢：Ac3点以上点以上2030，如：，如： 20#钢进行完全退火时，加热钢进行完全退火时，加热 温度为温度为900-950。 合金钢：合金钢：Ac3点以上点以上5070。 8.1 钢的退火和正

5、火 退火保温时间取决于工件透烧所需要的时间和组织退火保温时间取决于工件透烧所需要的时间和组织 转变所需要的时间，与钢的化学成分、工件的形状转变所需要的时间，与钢的化学成分、工件的形状 和尺寸、加热设备类型、装炉量和装炉方式有关。和尺寸、加热设备类型、装炉量和装炉方式有关。 通常可以用工件的有效厚度来计算加热时间。通常可以用工件的有效厚度来计算加热时间。 对于碳素钢或低合金钢构件，当对于碳素钢或低合金钢构件，当装炉量不大装炉量不大时，在时，在 箱式炉中的保温时间（箱式炉中的保温时间（）可按下式计算：可按下式计算： KD （min） （K1.52 min/mm） D为工件有效厚度（为工件有效厚度（

6、mm），），K为加热系数。为加热系数。 8.1.1 完全退火完全退火 8.1 钢的退火和正火 退火后的冷却速度应该缓慢，保证在较高温度发生退火后的冷却速度应该缓慢，保证在较高温度发生 珠光体转变，避免硬度过高。珠光体转变，避免硬度过高。 一般碳钢的冷却速度应小于一般碳钢的冷却速度应小于200/h，低合金钢的 冷却速度应小于冷却速度应小于100/h，高合金钢的冷却速度应，高合金钢的冷却速度应 小于小于50/h。 当工件在炉内控制冷却到当工件在炉内控制冷却到600 以下后就可以出炉以下后就可以出炉 空冷。空冷。 8.1.1 完全退火完全退火 8.1 钢的退火和正火 将奥氏体化后的钢快冷至稍低于将奥

7、氏体化后的钢快冷至稍低于Ac1温度，等温一定温度，等温一定 时间，使奥氏体发生等温转变，得到珠光体后，再空时间，使奥氏体发生等温转变，得到珠光体后，再空 冷至室温，可以缩短退火时间，使退火组织更加均匀。冷至室温，可以缩短退火时间，使退火组织更加均匀。 这种退火方法称为等温退火。这种退火方法称为等温退火。 等温退火适用于高碳钢、合金工具钢、高合金钢等。等温退火适用于高碳钢、合金工具钢、高合金钢等。 对于大截面工件和大批量炉料，工件内部不易达到等对于大截面工件和大批量炉料，工件内部不易达到等 温程度，不适合进行等温退火。温程度，不适合进行等温退火。 8.1.1 完全退火完全退火 8.1 钢的退火和

8、正火 不完全退火是将钢加热到不完全退火是将钢加热到Ac1Ac3（Acm）温度，保）温度，保 温等温一定时间后缓慢冷却，得到接近平衡组织的热温等温一定时间后缓慢冷却，得到接近平衡组织的热 处理工艺。处理工艺。 加热保温过程中，珠光体转变为奥氏体，先共析铁素加热保温过程中，珠光体转变为奥氏体，先共析铁素 体或渗碳体的形态及分布基本不变。体或渗碳体的形态及分布基本不变。 不完全退火的目的是降低硬度，减小应力。不完全退火的目的是降低硬度，减小应力。 不完全退火温度低，能耗小，成本低，效率高。不完全退火温度低，能耗小，成本低，效率高。 不完全退火主要应用于大批量生产的亚共析钢锻件，不完全退火主要应用于大

9、批量生产的亚共析钢锻件， 20#钢不完全退火加热温度为钢不完全退火加热温度为800。 8.1.2 不完全退火不完全退火 8.1 钢的退火和正火 球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的 一种热处理工艺。一种热处理工艺。 球化退火主要针对共析钢、过共析钢、合金工具钢。球化退火主要针对共析钢、过共析钢、合金工具钢。 加热温度在加热温度在Ac1温度温度以上以上20203030，保温时间不易太长，保温时间不易太长， 使奥氏体中保留大量未溶碳化物质点，并且奥氏体中使奥氏体中保留大量未溶碳化物质点，并且奥氏体中 碳浓度分布不均匀。碳浓度分布不均匀。 炉冷

10、或炉冷或AcAc1 1以下以下2020保温等温处理，析出粒状碳化物。保温等温处理，析出粒状碳化物。 8.1.3 球化退火球化退火 8.1 钢的退火和正火 球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，组织球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，组织 均匀化，为以后淬火作准备。均匀化，为以后淬火作准备。 T10钢的球化退火工艺：钢的球化退火工艺： 加热温度是加热温度是760-780，保温，保温2-4小时，小时， 再炉冷到再炉冷到680，保温，保温4-6小时，出炉空冷。小时，出炉空冷。 球化退火前，如有网状碳化物存在，需正火消除网状球化退火前，如有网状碳化物存在，需正火消除网状 碳化物，再进行球化退

11、火。碳化物，再进行球化退火。 8.1.3 球化退火球化退火 8.1 钢的退火和正火 球化退火工艺有以下三种：球化退火工艺有以下三种： （1）一次球化退火：）一次球化退火：Ac1以上以上2030，缓冷至，缓冷至600 后出炉空冷。后出炉空冷。 （2）等温球化退火：）等温球化退火：Ac1以上以上2030，保温，保温24h， 快冷至快冷至Ac1以下以下20，等温，等温36h，炉冷至，炉冷至600后空冷。后空冷。 （3）往复球化退火：略高）往复球化退火：略高Ac1温度保温，随炉冷至略温度保温，随炉冷至略 低于低于Ac1温度等温，如此多次反复加热冷却，温度等温，如此多次反复加热冷却，600 出炉空冷。球

12、化效果好。出炉空冷。球化效果好。 8.1.3 球化退火球化退火 8.1 钢的退火和正火 扩散退火又称均匀化退火，将钢锭加热至略低于固相扩散退火又称均匀化退火，将钢锭加热至略低于固相 线温度，长时间保温，随炉缓慢冷却。线温度，长时间保温，随炉缓慢冷却。 加热温度一般为加热温度一般为Ac3和和Acm以上以上150300，固相线以，固相线以 下下100；保温时间可根据钢件最大界面厚度计算：；保温时间可根据钢件最大界面厚度计算： 每每1mm保温保温1.52.5min。一般不超过。一般不超过15h。 随炉冷至随炉冷至350后出炉。后出炉。 扩散退火的目的：消除晶内偏析，使成分均匀化。扩散退火的目的：消除

13、晶内偏析，使成分均匀化。 8.1.4 扩散退火扩散退火 8.1 钢的退火和正火 扩散退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完扩散退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完 全退火或正火来细化晶粒。全退火或正火来细化晶粒。 扩散退火周期长、能耗大、成本高、工件烧损严重，扩散退火周期长、能耗大、成本高、工件烧损严重， 只有一些优质合金和偏析较严重的合金钢铸件才使用只有一些优质合金和偏析较严重的合金钢铸件才使用 这种工艺。这种工艺。 加热温度：碳钢加热温度：碳钢1100-1200，合金钢，合金钢1200-1300。 8.1.4 扩散退火扩散退火 8.1 钢的退火和正火 去应力退火的目的：消除铸件、

14、锻件、焊接件、机加去应力退火的目的：消除铸件、锻件、焊接件、机加 件的残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形件的残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形 和开裂，在精加工或淬火之前，将工件加热至和开裂，在精加工或淬火之前，将工件加热至AC1以以 下某一温度，保温一定时间，缓慢冷却。下某一温度，保温一定时间，缓慢冷却。 加热温度：碳钢加热温度：碳钢500-650，弹簧钢，弹簧钢250-300。 保温时间：钢件：保温时间：钢件：3min/mm，铸铁件：，铸铁件：6min/mm。 冷却方式：缓冷至冷却方式：缓冷至250-300出炉空冷。出炉空冷。 8.1.5 去应力退火去应力退火 8.1 钢的

15、退火和正火 再结晶退火是将冷变形后的金属加热到再结晶温度以再结晶退火是将冷变形后的金属加热到再结晶温度以 上，保温适当时间后，使变形晶粒重新变成新的等轴上，保温适当时间后，使变形晶粒重新变成新的等轴 晶粒，消除加工硬化，降低残余应力。晶粒，消除加工硬化，降低残余应力。 加热温度：碳钢加热温度：碳钢650-700，纯铁，纯铁450，纯铝，纯铝100 。 冷却方式：空冷。冷却方式：空冷。 临界变形度（钢：临界变形度（钢：210）时，再结晶晶粒异常长大，）时，再结晶晶粒异常长大， 应该用正火或完全退火来代替再结晶退火。应该用正火或完全退火来代替再结晶退火。 两次冷变形工序之间的再结晶退火：中间退火。

16、两次冷变形工序之间的再结晶退火：中间退火。 8.1.6 再结晶退火再结晶退火 8.1 钢的退火和正火 正火是将钢加热到正火是将钢加热到Ac3（Acm）以上适当温度，保温一定）以上适当温度，保温一定 时间，完全奥氏体化，空冷，得到珠光体组织。时间，完全奥氏体化，空冷，得到珠光体组织。 加热温度：高于退火加热温度，加热温度：高于退火加热温度， Ac3(Acm)以上以上30-50。 保温时间：与完全退火相同，工件心部达到加热温度。保温时间：与完全退火相同，工件心部达到加热温度。 冷却方式：空冷，大件可用风冷或喷雾冷。冷却方式：空冷，大件可用风冷或喷雾冷。 正火适用于碳素钢和低、中合金钢，不适用于高合

17、金钢，正火适用于碳素钢和低、中合金钢，不适用于高合金钢， 高合金钢空冷易发生马氏体转变。高合金钢空冷易发生马氏体转变。 8.1.7 正火正火 8.1 钢的退火和正火 正火冷速较快，转变温度较低，珠光体片层间距较小，正火冷速较快，转变温度较低，珠光体片层间距较小， 钢的强度、硬度和韧性较高。钢的强度、硬度和韧性较高。 亚共析钢：析出的铁素体数量较少，珠光体数量较多；亚共析钢：析出的铁素体数量较少，珠光体数量较多； 过共析钢：先共析网状渗碳体析出受到抑制。过共析钢：先共析网状渗碳体析出受到抑制。 钢的碳含量为钢的碳含量为0.6-1.4，正火组织中不存在先共析相，正火组织中不存在先共析相， 只存在伪

18、共析珠光体和索氏体。只存在伪共析珠光体和索氏体。 8.1.7 正火正火 8.1 钢的退火和正火 正火工艺较简单，有以下几方面应用：正火工艺较简单，有以下几方面应用： （1）改善低碳钢的切削加工性能。）改善低碳钢的切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷。）消除中碳钢热加工缺陷。 （3）消除过共析钢的网状渗碳体。）消除过共析钢的网状渗碳体。 （4）提高普通结构件的机械性能。）提高普通结构件的机械性能。 20#钢，正火温度为：钢，正火温度为：920950； 45#钢，正火温度为，钢，正火温度为，850，抗拉强度，抗拉强度600MPa 8.1.7 正火正火 小结小结 处理工艺：处理工艺： 完全退火

19、，不完全退火，球化退火，扩散退火，去应力完全退火，不完全退火，球化退火，扩散退火，去应力 退火，再结晶退火，正火。退火，再结晶退火，正火。 工艺参数：工艺参数： 加热温度，保温时间，冷却方式。加热温度，保温时间，冷却方式。 处理目的很重要。处理目的很重要。 8.2 钢的淬火 将钢加热到将钢加热到Ac3（Acm）或）或Ac1临界温度以上的一定临界温度以上的一定 温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的温度，保温一定时间，然后以大于临界淬火速度的 速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体（或贝氏体）速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体（或贝氏体） 组织的热处理工艺为淬火。组织的热处理工艺为淬火。 淬火

20、后得到的组织是马氏体（或下贝氏体）和少量淬火后得到的组织是马氏体（或下贝氏体）和少量 的残余奥氏体及未溶的第二相。的残余奥氏体及未溶的第二相。 淬火的目的是提高工件的强度、硬度和耐磨性。淬火的目的是提高工件的强度、硬度和耐磨性。 8.2 钢的淬火 淬火冷却过程中由于工件表面和心部的冷却和相变淬火冷却过程中由于工件表面和心部的冷却和相变 的不同时性，会导致不同部位残余应力不同。各种的不同时性，会导致不同部位残余应力不同。各种 原因导致的残余应力之和就是淬火应力。原因导致的残余应力之和就是淬火应力。 当淬火应力超过材料的屈服极限时，工件会产生塑当淬火应力超过材料的屈服极限时，工件会产生塑 性变形；

21、当淬火应力超过材料的强度极限，工件将性变形；当淬火应力超过材料的强度极限，工件将 产生开裂。产生开裂。 淬火应力包括热应力和组织应力。淬火应力包括热应力和组织应力。 8.2.1 淬火应力淬火应力 8.2 钢的淬火 工件在加热或冷却时，由于工件在加热或冷却时，由于 不同部位的温度差异，导致不同部位的温度差异，导致 热胀冷缩的不一致性而产生热胀冷缩的不一致性而产生 的内应力称为的内应力称为热应力热应力。 冷却初期，表层先收缩，产冷却初期，表层先收缩，产 生拉应力；冷却后期，内部生拉应力；冷却后期，内部 收缩，表面形成压应力，成收缩，表面形成压应力，成 为残余应力。为残余应力。 8.2.1 淬火应力

22、淬火应力 （1）热应力及其变化规律）热应力及其变化规律 工件冷却时热应力变化示意图工件冷却时热应力变化示意图 8.2 钢的淬火 热应力的产生原因：快速冷却时工件截面上存在的温热应力的产生原因：快速冷却时工件截面上存在的温 差造成的。差造成的。 影响热应力大小的因素：影响热应力大小的因素： 冷却速度越大，截面上温差越大，热应力越大。冷却速度越大，截面上温差越大，热应力越大。 淬火温度越高、工件截面尺寸越大，热应力越大。淬火温度越高、工件截面尺寸越大，热应力越大。 钢材导热性越差、线膨胀系数越大，热应力越大。钢材导热性越差、线膨胀系数越大，热应力越大。 8.2.1 淬火应力淬火应力 （1）热应力及

23、其变化规律）热应力及其变化规律 8.2 钢的淬火 工件在冷却时，由于温差造成的不同部位组织转变不工件在冷却时，由于温差造成的不同部位组织转变不 同时而引起的内应力称为组织应力。同时而引起的内应力称为组织应力。 淬火初期工件表面冷却到淬火初期工件表面冷却到Ms以下发生马氏体转变而引以下发生马氏体转变而引 起体积膨胀，而内部不发生相变体积不变，导致表面起体积膨胀，而内部不发生相变体积不变，导致表面 产生压应力。继续冷却，心部发生马氏体转变，体积产生压应力。继续冷却，心部发生马氏体转变，体积 膨胀，而表面转变已经结束，不再有体积变化，使表膨胀，而表面转变已经结束，不再有体积变化，使表 面产生拉应力。

24、因此组织应力引起的残余应力为表面面产生拉应力。因此组织应力引起的残余应力为表面 拉应力，与热应力相反。拉应力，与热应力相反。 8.2.1 淬火应力淬火应力 （2）组织应力及其变化规律）组织应力及其变化规律 8.2 钢的淬火 亚共析钢：亚共析钢：Ac3+(30-50)。 共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢：Ac1+(30-50) 。 合金钢的加热温度要高一些。合金钢的加热温度要高一些。 加热温度高，将导致淬火应力增大、表加热温度高，将导致淬火应力增大、表 面氧化和脱碳严重。面氧化和脱碳严重。 8.2.2 淬火加热淬火加热 （1）加热温度的确定）加热温度的确定 淬火加热温度的确定以得到均淬火加热温

25、度的确定以得到均 匀细小的奥氏体晶粒为原则。匀细小的奥氏体晶粒为原则。 完全淬火完全淬火 不完全淬火不完全淬火 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （2）加热时间的确定）加热时间的确定 将升温和保温所需要的时间之和称为加热时间。将升温和保温所需要的时间之和称为加热时间。 影响加热时间的因素有：加热介质、炉温、工件尺寸影响加热时间的因素有：加热介质、炉温、工件尺寸 和装炉量。加热时间可由以下经验公式确定：和装炉量。加热时间可由以下经验公式确定： KD（min） ：加热系数，表示单位有效厚度需要的加热时间，：加热系数，表示单位有效厚度需要的加热时间， 单位：单位：min/mm，碳钢在，

26、碳钢在800900的箱式炉中加热的箱式炉中加热 时，时，1-1.5；若在盐浴炉中加热，；若在盐浴炉中加热，0.3-0.5。 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （2）加热时间的确定）加热时间的确定 KD（min） K：装炉修正系数，装炉量较大时，：装炉修正系数，装炉量较大时，K值取得较大，值取得较大， 一般由经验确定。一般由经验确定。 D：工件有效厚度（：工件有效厚度（mm）。）。 刚在加热淬火过程中，由于加热温度和时间选择不当，刚在加热淬火过程中，由于加热温度和时间选择不当， 可能产生过热、过烧、表面氧化、表面脱碳等缺陷。可能产生过热、过烧、表面氧化、表面脱碳等缺陷。 8.2 钢

27、的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （3）过热与过烧）过热与过烧 过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过过热是指工件在淬火加热时，由于温度过高或时间过 长，造成奥氏体晶粒长大的缺陷。长，造成奥氏体晶粒长大的缺陷。 过热将导致马氏体组织粗大，工件强度和韧性降低，过热将导致马氏体组织粗大，工件强度和韧性降低， 易产生淬火裂纹。易产生淬火裂纹。 对于过热工件，可进行细化晶粒的退火或正火，然后对于过热工件，可进行细化晶粒的退火或正火，然后 再进行正确的淬火，可以纠正过热组织。再进行正确的淬火，可以纠正过热组织。 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （3）过热与过烧）过热与过烧 过

28、烧是指工件在淬火加热时，温度过高，使奥氏体晶过烧是指工件在淬火加热时，温度过高，使奥氏体晶 界发生氧化或局部熔化的现象。界发生氧化或局部熔化的现象。 过烧工件无法补救，只能报废。过烧工件无法补救，只能报废。 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （4）表面氧化）表面氧化 淬火加热时，工件和加热介质相互作用，产生氧化现淬火加热时，工件和加热介质相互作用，产生氧化现 象。氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度降低，淬火冷象。氧化使工件尺寸减小，表面粗糙度降低，淬火冷 却速度减慢。却速度减慢。 氧化反应机理有：氧化反应机理有： 2Fe + O2 = 2FeO Fe + CO2 = FeO + CO

29、 Fe + H2O = FeO + H2 氧化速度一般用氧化氧化速度一般用氧化 增重来衡量。温度越增重来衡量。温度越 高，氧化速度越快。高，氧化速度越快。 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （4）表面脱碳）表面脱碳 脱碳是工件在加热和保温过程中，钢中的碳与炉气中脱碳是工件在加热和保温过程中，钢中的碳与炉气中 的介质发生化学反应，生成含碳气体，逸出钢外，使的介质发生化学反应，生成含碳气体，逸出钢外，使 工件表面碳含量降低的过程。主要反应有：工件表面碳含量降低的过程。主要反应有： C + O2 = CO2 C + CO2 = 2CO C + H2O = CO + H2 C + 2H2

30、 = CH4 脱碳速度取决于化学反应脱碳速度取决于化学反应 速度和碳原子扩散速度。速度和碳原子扩散速度。 加热温度越高，加热时间加热温度越高，加热时间 越长，脱碳层越深。越长，脱碳层越深。 8.2 钢的淬火 8.2.2 淬火加热淬火加热 （5）表面氧化和脱碳的防止方法）表面氧化和脱碳的防止方法 盐浴加热：常采用氯化盐或硝酸盐做加热介质。盐浴加热：常采用氯化盐或硝酸盐做加热介质。 保护气氛加热：加热炉中通入中性或还原性气体。保护气氛加热：加热炉中通入中性或还原性气体。 真空加热：主要用于要求较高的工具和精密零件。真空加热：主要用于要求较高的工具和精密零件。 装箱加热：将工件装入箱中，周围填充铸铁

31、屑或木装箱加热：将工件装入箱中，周围填充铸铁屑或木 炭，加热时间长，操作不方便，适于单件热处理。炭，加热时间长，操作不方便，适于单件热处理。 工件表面涂层：热涂硼酸等。工件表面涂层：热涂硼酸等。 8.2 钢的淬火 8.2.3 淬火冷却淬火冷却 为了使钢获得马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临为了使钢获得马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临 界冷却速度，但冷却速度过大，淬火应力增大，易产界冷却速度，但冷却速度过大，淬火应力增大，易产 生变形和开裂。选择合适的淬火冷却速度十分重要。生变形和开裂。选择合适的淬火冷却速度十分重要。 冷却速度与冷却介质有关：冷却速度与冷却介质有关： 盐水（盐水（NaClNa

32、Cl）和碱水（）和碱水（NaOHNaOH）的冷却速度最快；）的冷却速度最快； 普通水的冷速次之，与水温有关；普通水的冷速次之，与水温有关； 矿物油（机油）的冷速较低。矿物油（机油）的冷速较低。 8.2 钢的淬火 8.2.3 淬火方法淬火方法 单液淬火法是将加热至奥氏体状态的工件淬入某种淬单液淬火法是将加热至奥氏体状态的工件淬入某种淬 火介质中，连续冷却至介质温度的淬火方法。火介质中，连续冷却至介质温度的淬火方法。 一般情况下，碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。一般情况下，碳钢在水中淬火，合金钢在油中淬火。 为减小淬火应力，可将奥氏体化工件先慢冷至临界点为减小淬火应力，可将奥氏体化工件先慢冷至临

33、界点 附近温度，再淬入淬火介质中冷却。附近温度，再淬入淬火介质中冷却。 单液淬火法操作简单，易实现自动化，但组织应力较单液淬火法操作简单，易实现自动化，但组织应力较 大，工件易变形开裂，适于形状简单小尺寸工件。大，工件易变形开裂，适于形状简单小尺寸工件。 （1）单液淬火法）单液淬火法 8.2 钢的淬火 8.2.3 淬火方法淬火方法 双液淬火法是将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能双液淬火法是将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能 力较强的介质中快冷至接近力较强的介质中快冷至接近MsMs点温度，再转入冷却能点温度，再转入冷却能 力较弱的介质中继续慢冷的淬火方法。力较弱的介质中继续慢冷的淬火方法。 一般

34、采用水油双液淬火法，要控制好水中冷却时间，一般采用水油双液淬火法，要控制好水中冷却时间， 适用于中、高碳钢工件和合金钢大型工件。适用于中、高碳钢工件和合金钢大型工件。 也可采用油空气双介质淬火法，适用于合金钢工件。也可采用油空气双介质淬火法，适用于合金钢工件。 （2）双液淬火法）双液淬火法 8.2 钢的淬火 8.2.3 淬火方法淬火方法 分级淬火法是将加热至奥氏体状态的工件先淬入高于分级淬火法是将加热至奥氏体状态的工件先淬入高于 该钢该钢MsMs点的热浴中停留一定时间，待工件各部分与热点的热浴中停留一定时间，待工件各部分与热 浴温度一致后，取出空冷至室温的淬火方法。浴温度一致后，取出空冷至室温

35、的淬火方法。 缓慢冷却得到马氏体，组织应力较低。缓慢冷却得到马氏体，组织应力较低。 介质温度较高，冷速较慢，不易达到临界淬火速度，介质温度较高，冷速较慢，不易达到临界淬火速度， 适用于尺寸较小的工件。提高淬火加热温度，可提高适用于尺寸较小的工件。提高淬火加热温度，可提高 奥氏体的稳定性，降低淬火临界冷却速度。奥氏体的稳定性，降低淬火临界冷却速度。 （3）分级淬火法）分级淬火法 8.2 钢的淬火 8.2.3 淬火方法淬火方法 等温淬火法是将加热至奥氏体状态的工件淬入温度稍等温淬火法是将加热至奥氏体状态的工件淬入温度稍 高于该钢高于该钢MsMs点的盐浴中等温，保持足够长的时间，使点的盐浴中等温，保

36、持足够长的时间，使 之转变为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却的淬之转变为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷却的淬 火方法。火方法。 等温淬火得到下贝氏体组织，硬度和强度较高，韧性等温淬火得到下贝氏体组织，硬度和强度较高，韧性 良好。良好。 等温淬火组织应力小，适于处理中、高碳钢和低合金等温淬火组织应力小，适于处理中、高碳钢和低合金 钢制造的复杂形状精密构件。钢制造的复杂形状精密构件。 （4）等温淬火法）等温淬火法 8.3 钢的淬透性 8.3.1 淬透性的基本概念淬透性的基本概念 淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小用 钢在一定条件下淬火所获

37、得的淬透层深度来表示。淬钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度来表示。淬 透层深度越大，淬透性越好。透层深度越大，淬透性越好。 淬透层深度规定是由表面至得到马氏体体积分数为淬透层深度规定是由表面至得到马氏体体积分数为5050 的半马氏体区的深度。的半马氏体区的深度。 淬透性是钢的固有属性，取决于钢的奥氏体稳定性，淬透性是钢的固有属性，取决于钢的奥氏体稳定性， 是制定钢的热处理工艺的重要依据之一。是制定钢的热处理工艺的重要依据之一。 钢的淬透性和淬硬性是两个不同的概念。钢的淬透性和淬硬性是两个不同的概念。 8.3 钢的淬透性 8.3.2 淬透性的测定方法淬透性的测定方法 测定钢淬透性常用的方法是测

38、定钢淬透性常用的方法是 末端淬火法，即末端淬火法，即端淬法端淬法。 将将25mm25mm100mm100mm的标准试的标准试 样加热至奥氏体状态后，迅样加热至奥氏体状态后，迅 速对试样末端喷水冷却。试速对试样末端喷水冷却。试 样上距末端越远，冷却速度样上距末端越远，冷却速度 越小，硬度值越低。越小，硬度值越低。 端淬试验示意图端淬试验示意图 8.3 钢的淬透性 8.3.2 淬透性的测定方法淬透性的测定方法 从试样末端开始，沿轴向从试样末端开始，沿轴向 每隔每隔1.5mm1.5mm测一点硬度，得测一点硬度，得 到硬度与至末端距离的关到硬度与至末端距离的关 系曲线，称为系曲线，称为端淬曲线端淬曲线

39、。 由于钢的化学成分波动，由于钢的化学成分波动， 有关手册中给出的不是一有关手册中给出的不是一 条曲线，而是一条带，称条曲线，而是一条带，称 之为之为淬透性带淬透性带。 45钢的淬透性带钢的淬透性带 8.3 钢的淬透性 8.3.2 淬透性的测定方法淬透性的测定方法 根据钢的淬透性曲线，钢的淬透性值的表示方法是：根据钢的淬透性曲线，钢的淬透性值的表示方法是： d HRC J 其中其中J表示末端淬透性，表示末端淬透性，d表示至末端的距离，表示至末端的距离，HRC 表示表示在该处测得的硬度值。在该处测得的硬度值。 例如：淬透性值例如：淬透性值 表示在淬透性带上距末端表示在淬透性带上距末端5mm5mm

40、处的硬度值为处的硬度值为HRC40HRC40。 5 40 J 8.3 钢的淬透性 8.3.3 淬透性的实际意义淬透性的实际意义 选用淬透性较高的钢，可以保证整个零件截面全部得选用淬透性较高的钢，可以保证整个零件截面全部得 到马氏体组织，性能均匀一致。到马氏体组织，性能均匀一致。 选用淬透性较高的钢，可以在冷速较缓慢的介质中淬选用淬透性较高的钢，可以在冷速较缓慢的介质中淬 火，减小工件的变形。火，减小工件的变形。 表面淬火用钢可以选择淬透性较低的钢，保证只是表表面淬火用钢可以选择淬透性较低的钢，保证只是表 面得到马氏体组织。面得到马氏体组织。 焊接用钢也希望淬透性较低，避免焊缝及热影响区在焊接用

41、钢也希望淬透性较低，避免焊缝及热影响区在 焊后冷却过程中得到马氏体组织，防止焊接构件的变焊后冷却过程中得到马氏体组织，防止焊接构件的变 形和开裂。形和开裂。 8.4 钢的回火 回火是将淬火后的钢加热到一定温度，保温一定时间，回火是将淬火后的钢加热到一定温度，保温一定时间， 以一定的方式冷却的热处理工艺。以一定的方式冷却的热处理工艺。 回火的目的是稳定组织、减小或消除淬火应力、提高回火的目的是稳定组织、减小或消除淬火应力、提高 钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适钢的塑性和韧性，获得强度、硬度和塑性、韧性的适 当配合，满足不同工件的性能要求。当配合，满足不同工件的性能要求。 回火的主要

42、工艺参数包括：回火温度、回火保温时间、回火的主要工艺参数包括：回火温度、回火保温时间、 回火后的冷却速度。回火后的冷却速度。 8.4 钢的回火 8.4.1 回火温度回火温度 回火温度是决定回火后工件组织和性能的最重要因素。回火温度是决定回火后工件组织和性能的最重要因素。 可分为低温回火、中温回火和高温回火。可分为低温回火、中温回火和高温回火。 （1）低温回火）低温回火 低温回火温度范围是低温回火温度范围是150150250250。主要用于高碳钢和。主要用于高碳钢和 高合金钢。低温回火的组织是隐晶马氏体加细粒状碳高合金钢。低温回火的组织是隐晶马氏体加细粒状碳 化物，即回火马氏体，具有很高的强度、硬度和耐磨化物，即回火马氏体，具有很高的强度、硬度和耐磨 性，淬火应力和脆性得到降低，大量用于工具、量具、性，淬火应力和脆性得到降低，大量用于工具、量具、 轴承、渗碳件和表面淬火件等。轴承、渗碳件和表面淬火件等。 8.4 钢的回火 8.4.1 回火温度回火温度 （2）中温回火）中温回火 中温回火温度范围是中温回火温度范围是350350500500。回火组织为回火屈。回火组织为回火屈 氏体，具有