第三章.钢热处理

1、 第三章第三章 钢的热处理钢的热处理 热处理：通过加热、保温和冷却来改变热处理：通过加热、保温和冷却来改变钢的内部组织，使钢能够获得新性能的钢的内部组织，使钢能够获得新性能的工艺方法工艺方法目的：改变钢的性能目的：改变钢的性能碳钢存在三种可逆的固态转变：碳钢存在三种可逆的固态转变：1. A1. A的形成与分解的形成与分解沿沿A A1 1线线：加热时，加热时，PAPA，冷却时，冷却时APAP2. F2. F的溶解与析出的溶解与析出沿沿A A3 3线：加热时，线：加热时，FAFA，冷却时，冷却时AFAF3. Fe3. Fe3 3C C的溶解与析出的溶解与析出沿沿A Acmcm线：加热，线：加热，F

2、eFe3 3C CAA，冷却，冷却，AFeAFe3 3C C 第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变一、一、A A 的形成的形成1. 1. 共析钢的共析钢的A A形成过程形成过程 P P（ F + FeF + Fe3 3C C ） A A 0.0218%C 6.69%C 0.77%C0.0218%C 6.69%C 0.77%C 体心立方体心立方 正交晶体正交晶体 面心立方面心立方转变必须包含以下过程：转变必须包含以下过程： 铁、碳原子的扩散过程铁、碳原子的扩散过程 铁晶格的重组过程铁晶格的重组过程 渗碳体的溶解过程渗碳体的溶解过程 A A晶核总是优先在晶核总是优先在 F F 和和 Fe

3、Fe3 3C C 的相界面上形成的相界面上形成 2. 2. 影响影响A A化的因素化的因素 加热温度越高，加热温度越高，P A P A 的转变速度越快的转变速度越快 加热速度越快，加热速度越快，P AP A 的转变速度越快，的转变速度越快，A A 晶粒越细晶粒越细 P P 越细，越细，P P 向向A A 转变速度越快，转变速度依次为：转变速度越快，转变速度依次为： 细片状细片状 P P粗片状粗片状 P P， 片状片状 P P粒状粒状 P P 3. 3. 非共析钢的非共析钢的A A化化 在在A A1 1以上，完成以上，完成 PA PA 的转变的转变 在在A A3 3 和和 A Acmcm 以上，

4、分别完成以上，分别完成 F F 和和 FeFe3 3C C 的的 A A 化化 二、二、A A晶粒大小晶粒大小A A晶粒度超过规定等级，被称为晶粒度超过规定等级，被称为“过热过热”本质粗晶粒钢：本质粗晶粒钢：A A晶晶粒长大倾向大的钢粒长大倾向大的钢 本质细晶粒钢本质细晶粒钢 ：A A晶晶粒长大倾向小的钢粒长大倾向小的钢 本质晶粒度本质晶粒度: : 能反映不能反映不同的钢在相同加热条同的钢在相同加热条件下的件下的A A晶粒长大倾向晶粒长大倾向实际晶粒度：指在具体实际晶粒度：指在具体加热条件下，钢中加热条件下，钢中A A的晶粒大小的晶粒大小 第二节第二节 过冷奥氏体转变曲线过冷奥氏体转变曲线一、

5、过冷一、过冷A A等温转变曲线等温转变曲线过冷过冷A A ：处于临界转变温：处于临界转变温度以下的度以下的A A 1. 1. 过冷过冷A A等温转变曲线等温转变曲线的建立与分析（共析钢）的建立与分析（共析钢） 孕育期孕育期高于鼻尖温度，高于鼻尖温度，A A的转变速的转变速度主要取决于过冷度大小度主要取决于过冷度大小低于鼻尖温度，低于鼻尖温度，A A的转变速度主要取决于原子扩的转变速度主要取决于原子扩散能力散能力 转变类型转变类型在在A A1 1560560之间，过之间，过冷冷A A 发生珠光体转变发生珠光体转变在在560560MMs s温度之间，温度之间，过冷过冷A A发生贝氏体转变发生贝氏体

6、转变在在MMs s MMf f 温度之间，温度之间，过冷过冷A A发生马氏体转变发生马氏体转变MMs s温度是温度是MM转变的开转变的开始温度，始温度，MMf f 温度是温度是MM转变的终了温度转变的终了温度 2. 2. 转变过程及产物转变过程及产物 珠光体转变珠光体转变 粗片粗片P P，硬度为，硬度为 5 520 HRC 20 HRC 细片细片P P，也称索氏体（，也称索氏体（S S），），硬度：硬度： 202030 HRC30 HRC极细片极细片P P，也称托氏体（，也称托氏体（T T），），硬度：硬度：303040 HRC40 HRC 贝氏体转变贝氏体转变 B B：由过饱和碳的：由过饱和

7、碳的F F和和FeFe3 3C C所组成的混合物所组成的混合物在在560560350350范围内形成的范围内形成的B B称为上贝氏体称为上贝氏体 在在350 350 MMs s温度内形成的温度内形成的B B称为下贝氏体称为下贝氏体 上上B B中中F F条较粗，且条较粗，且F F条平行排列有各向异性，条平行排列有各向异性，其韧性较差，应用较少其韧性较差，应用较少下下B B中中F F片较细，强韧性很好，硬度高达片较细，强韧性很好，硬度高达505060HRC60HRC，应用较为广范，应用较为广范 M M转变转变 转变特点转变特点 ：a Ma M沿沿A A晶界形核并迅速向晶内长大晶界形核并迅速向晶内长

8、大b Mb M的长大速度极快的长大速度极快 C C 必须降温，才会有新的必须降温，才会有新的MM针叶形成针叶形成d d 直到直到MMf f点，转变才告结束点，转变才告结束 e e 马氏体是碳在马氏体是碳在 FeFe中的过饱和固溶体，具有中的过饱和固溶体，具有 体心正方结构体心正方结构f M M 转变时，会产生显著的固溶强化和相变强转变时，会产生显著的固溶强化和相变强 化，使化，使 M M 具有很高的强度和硬度具有很高的强度和硬度 g g M M 的含碳量越高，其强度、硬度越高，塑性、的含碳量越高，其强度、硬度越高，塑性、 韧性越低韧性越低 马氏体的性能马氏体的性能 : :含碳含碳 0.25%

9、0.25%的低碳的低碳M, M, s ss s = 800 = 800 1300 MPa1300 MPa HRC = 35 HRC = 35 45 45 = 9 = 9 17 % 17 %含碳为含碳为0.8%0.8%的高碳的高碳M, M, , , s ss s = 1500 = 1500 2000 MPa 2000 MPa HRC = 62 HRC = 62 6464， = 1 %= 1 %残余残余A A：相变结束后被残留下来的：相变结束后被残留下来的A A 3 3、影响、影响C C曲线的主要因素曲线的主要因素 碳含量的影响碳含量的影响 A A 随着随着c%c%的增加，亚共折钢的的增加，亚共折

10、钢的C C曲线逐渐右曲线逐渐右 移，过共折钢的移，过共折钢的C C曲线逐渐左移，共折钢的曲线逐渐左移，共折钢的 C C曲线最靠右曲线最靠右 B B 随着随着C%C%增加，钢的增加，钢的MMs s点和点和 MMf f点逐渐降低点逐渐降低 合金元素的影响合金元素的影响A A 除除CoCo以外，其余合金元素溶入以外，其余合金元素溶入A A后，都会后，都会 使使C C曲线右移曲线右移 B B 除除CoCo、AlAl之外，其余合金元素溶入之外，其余合金元素溶入A A后，后， 都会降低钢的都会降低钢的MsMs点和点和 MfMf点点 二、过冷奥氏体连续转变曲线二、过冷奥氏体连续转变曲线在热加工过程中，工件的

11、冷却通常都是在热加工过程中，工件的冷却通常都是采采用用连续冷却的方式来进行连续冷却的方式来进行例如例如：钢件在锻造、轧制和焊接后，通常都是采钢件在锻造、轧制和焊接后，通常都是采用空冷的方式来进行冷却用空冷的方式来进行冷却在热处理过程中，工件的冷却则在热处理过程中，工件的冷却则可可分别采分别采用随炉冷却用随炉冷却、空冷空冷、油冷油冷和和水水冷冷等方式来等方式来进行进行在钢经过在钢经过A A化后的连续冷过程中，过冷化后的连续冷过程中，过冷A A仍仍然会向然会向P P、B B和和MM进行转变进行转变但但由于此时过冷由于此时过冷A A可能会先后经过不同的可能会先后经过不同的转变区，可能会发生不同的转变

12、区，可能会发生不同的组织组织转变转变且且冷速不同，可能发生的转变也不同冷速不同，可能发生的转变也不同所以，过冷所以，过冷A A的连续冷却转变较的连续冷却转变较为为复杂复杂建立建立A A连续冷却转变曲线的基本的方法是连续冷却转变曲线的基本的方法是金相法金相法金相法金相法：就是组织观测法就是组织观测法例如例如：将一组共析钢式样将一组共析钢式样A A化后，以某一化后，以某一相相同的同的冷却速度冷却速度对这些试样对这些试样进行连续冷却，并进行连续冷却，并相隔不同的时间将这些试样分别淬入水中相隔不同的时间将这些试样分别淬入水中通过通过组织观测，就能判断出每一个试样在组织观测，就能判断出每一个试样在这这一

13、一连续冷过程中，是否发生了组织转变连续冷过程中，是否发生了组织转变？发生的是哪种转变发生的是哪种转变？转变到了那种程度转变到了那种程度？从而从而能确定出各种转变所对应的温度和时间能确定出各种转变所对应的温度和时间贝氏体是由过饱和碳的贝氏体是由过饱和碳的F F和和FeFe3 3C C所组成的所组成的混合物混合物A A向贝氏体转变，不仅需要碳的扩散，而向贝氏体转变，不仅需要碳的扩散，而且还要且还要进行进行铁的晶格重组铁的晶格重组当当A A的成分不均匀时，能的成分不均匀时，能导致导致过饱和碳的过饱和碳的F F和和FeFe3 3C C的形成的形成当碳在当碳在A A中的分布能够满足中的分布能够满足B B

14、的形的形核要求时，核要求时，B B转变的孕育效果就能转变的孕育效果就能达到达到100%100%在冷速较快的连续冷却过程中，在冷速较快的连续冷却过程中，大量大量碳原子碳原子的扩散很难进行，因此，的扩散很难进行，因此，当当A A被冷至被冷至B B转变转变区时，区时，碳的重新分布很难完成碳的重新分布很难完成A A的孕育效果不能达到的孕育效果不能达到100%100%，A A向向B B的转变就不能进行的转变就不能进行在共折钢的连续冷却转变曲线上，就不在共折钢的连续冷却转变曲线上，就不会出现会出现B B转变区转变区V Vk k和和V Vk1k1是是A A转变的两个临界状态转变的两个临界状态冷速小于冷速小于

15、V Vk1k1时，时， A A会会发生珠光体型转变发生珠光体型转变冷速大于冷速大于V Vk k时，时，A A会会发生马氏体转变发生马氏体转变冷速冷速处处于于V Vk1 k1 V Vk k时，时，A A会向托氏体和马氏会向托氏体和马氏体转变体转变V Vk k是是A A在连续冷却过程中在连续冷却过程中能全部形成能全部形成MM的最小冷速的最小冷速V Vk1k1是是A A在连续冷却过程在连续冷却过程中只能形成珠光体型组织中只能形成珠光体型组织的最大冷速的最大冷速 临界冷却速度临界冷却速度V V临临: A: A能直接转变成能直接转变成 M M 的最小的最小 冷却速度冷却速度 第三节第三节 钢的普通热处理

16、钢的普通热处理普通热处理：普通热处理： 退火、正火、淬火及回火退火、正火、淬火及回火预先热处理：用于消除各类晶体缺陷，为零件的机预先热处理：用于消除各类晶体缺陷，为零件的机加工和后续热处理进行组织准备的热处理加工和后续热处理进行组织准备的热处理最终热处理：为满足零件使用要求而进行的热处理最终热处理：为满足零件使用要求而进行的热处理 钢的实际转变温度：钢的实际转变温度：A Ac c1 1： 实际加热时，实际加热时， P P向向A A转变的最低温度转变的最低温度 A Ac c3 3： 实际加热时，实际加热时， F F向向A A转变的最低温度转变的最低温度A AC Ccmcm： 实际加热时，实际加热

17、时， FeFe3 3C C溶入溶入A A的最低温度的最低温度 A Ar r1 1： 实际冷却时，实际冷却时， A A向向P P转变的开始温度转变的开始温度 A Ar r3 3： 实际冷却时，实际冷却时， A A析出析出F F的开始温度的开始温度A Ar rcmcm： 实际冷却时，实际冷却时， A A析出析出FeFe3 3C C的开始温度的开始温度 一、钢的退火一、钢的退火退火：将钢加热至某一温度保温一定时间后，退火：将钢加热至某一温度保温一定时间后，再将钢缓慢冷却至室温的工艺过程再将钢缓慢冷却至室温的工艺过程 退火类型退火类型 适用范围适用范围 退火目的退火目的完全退火完全退火 亚共析钢铸锻件

18、亚共析钢铸锻件 消除过热、细化晶粒消除过热、细化晶粒AcAc3 3 + 30+ 305050扩散退火扩散退火 各类铸件各类铸件 消除成分偏析消除成分偏析AcAc3 3 （AcAcCmCm ）+ 150+ 150250250 使成分均匀化使成分均匀化球化退火球化退火 共析钢和过共析钢锻、轧件共析钢和过共析钢锻、轧件 AcAc1 1 + 30 + 305050 使使FeFe3 3C C球化，为淬火作准备球化，为淬火作准备退火类型退火类型 适用范围适用范围 退火目的退火目的去应力退火去应力退火 铸、锻、焊及铸、锻、焊及 去应力、稳定尺寸、去应力、稳定尺寸、 500500 650650 各类冷冲压件各

19、类冷冲压件 防止工件变形与开裂防止工件变形与开裂再结晶退火再结晶退火 冷变形产品冷变形产品 消除加工硬化、消除加工硬化、650650700700 恢复钢的塑性恢复钢的塑性完全退火和扩散退火后的组织：完全退火和扩散退火后的组织： 亚共析钢：亚共析钢：F +F +片状片状P P 过共析钢：过共析钢：P + FeP + Fe3 3C C共析钢和过共析钢的球化退火组织：共析钢和过共析钢的球化退火组织：从表面能较高的片状渗碳体向表面能较低的从表面能较高的片状渗碳体向表面能较低的球状渗碳体转化，也是自由能降低的自发过程球状渗碳体转化，也是自由能降低的自发过程要想获得球状珠光体，在球化退火时，要想获得球状珠

20、光体，在球化退火时，A A中必中必须要存富碳区和未溶解的渗碳体颗粒须要存富碳区和未溶解的渗碳体颗粒球状球状P P的体积大于片状的体积大于片状P P，球状，球状P P形成的形成的A A，体积大于片状体积大于片状P P形成的形成的A A球状球状P P形成的形成的A A向向MM转变时，钢的体积膨胀较转变时，钢的体积膨胀较小，内应力较小，不容易产生变形和开裂小，内应力较小，不容易产生变形和开裂 球状珠光体球状珠光体 二、钢的正火二、钢的正火正火：将工件加热到正火：将工件加热到 AcAc3 3或或ACACcm cm 以上以上30308080，保温后将工件空冷至室温的工艺过程，保温后将工件空冷至室温的工艺

21、过程工艺特点：工艺特点： 能提高钢中的珠光体含量能提高钢中的珠光体含量 能够细化珠光体组织能够细化珠光体组织亚共析钢的正火组织：亚共析钢的正火组织：F + S F + S 或或 F + T F + T 过共析钢的正火组织：过共析钢的正火组织：S + FeS + Fe3 3C C 或或 T + FeT + Fe3 3C C 共析钢的正火组织：共析钢的正火组织： S S 或或 T T 能提高钢的强度和硬度能提高钢的强度和硬度正火的目的：正火的目的：细化钢的组织，消除过热缺陷，使组织细化钢的组织，消除过热缺陷，使组织 正常化正常化 提高低碳钢硬度，改善其切削加工性能，提高低碳钢硬度，改善其切削加工性

22、能， 作为低碳钢机加工前的预先热处理作为低碳钢机加工前的预先热处理消除或减少过共析钢中的网状消除或减少过共析钢中的网状FeFe3 3C C， 使过共析钢易于球化退火使过共析钢易于球化退火 作为最终热处理用于某些性能要求不高作为最终热处理用于某些性能要求不高 的零件的零件 三、钢的淬火三、钢的淬火淬火：将工件加热到淬火：将工件加热到 AcAc3 3或或AcAc1 1以上以上30305050保温后，再将工件放在水中或油中进行保温后，再将工件放在水中或油中进行快速冷却，以使工件能够获得快速冷却，以使工件能够获得MM或或B B下下组织组织的工艺过程的工艺过程（ 一）一） 淬火目的及工艺淬火目的及工艺

23、提高零件的硬度和耐磨性提高零件的硬度和耐磨性 提高零件的弹性极限提高零件的弹性极限 提高钢的强韧性提高钢的强韧性 淬火加热温度的选择：淬火加热温度的选择：过共析钢在过共析钢在A AC Ccmcm温度以上加热淬火的害处：温度以上加热淬火的害处： 零件在淬火过程中的变形开裂倾向显著增大零件在淬火过程中的变形开裂倾向显著增大 淬火钢中的残余淬火钢中的残余A A数量增多，钢的硬度降低，零数量增多，钢的硬度降低，零 件的尺寸不稳定性增大件的尺寸不稳定性增大 钢的耐磨性下降钢的耐磨性下降 亚共析钢亚共析钢 ： t =t = Ac Ac3 3 + ( 30 + ( 30 50 ) 50 ) 共析钢和过共析钢

24、：共析钢和过共析钢：t =t = Ac Ac1 1 + ( 30 + ( 30 50 ) 50 ) 钢在连续冷却时的淬火组织：钢在连续冷却时的淬火组织： 亚共析钢及共析钢：亚共析钢及共析钢：M + M + 残余残余A A 过共析钢：过共析钢：M + M + 残余残余A +A +未溶未溶FeFe3 3C C （二（二） 淬火介质淬火介质 热应力：零件内外冷速热应力：零件内外冷速 不同，热胀冷缩不能同不同，热胀冷缩不能同 时进行所产生的内应力时进行所产生的内应力 组织应力：工件内外冷组织应力：工件内外冷 速不同，速不同，MM转变不能同转变不能同 时进行所产生的内应力时进行所产生的内应力 冷却能力：

25、盐水冷却能力：盐水 水水 油油 （三三） 淬火方法淬火方法 单液淬火法单液淬火法 在一种介质中进行冷却的淬火方法在一种介质中进行冷却的淬火方法 缺点缺点： 冷却特性不好冷却特性不好 优点：优点： 工艺简单，适合大批量作业工艺简单，适合大批量作业 双液淬火法双液淬火法 高温区快冷，高温区快冷，300300后慢冷，以减后慢冷，以减少淬火应力的淬火方法少淬火应力的淬火方法缺点：双液转换时间难把握缺点：双液转换时间难把握优点：冷却特性好优点：冷却特性好 分级淬火分级淬火 将工件淬入温度为将工件淬入温度为MsMs101030 30 的硝盐浴中保温的硝盐浴中保温 2 25 5分钟，再对工件进分钟，再对工件

26、进行空冷的淬火方法行空冷的淬火方法 优点：冷却特性好优点：冷却特性好缺点：只能用于尺寸较小、变形要求较小的工模具缺点：只能用于尺寸较小、变形要求较小的工模具 等温淬火等温淬火 将工件淬入温度为将工件淬入温度为 Ms + 30Ms + 30的的盐浴中保温半小时以上，直到下盐浴中保温半小时以上，直到下B B转变结束后，再转变结束后，再将工件进行空冷的淬火方法将工件进行空冷的淬火方法 缺点：只能用于尺寸较小、变形要求较小的工模具缺点：只能用于尺寸较小、变形要求较小的工模具优点：冷却特性好优点：冷却特性好 （四）（四） 钢的淬透性钢的淬透性淬透性：钢在淬火时能够获得淬透性：钢在淬火时能够获得MM的能力

27、的能力 在零件尺寸与淬火介质一定时，由于钢种不同，在零件尺寸与淬火介质一定时，由于钢种不同，C C曲线的位置不同，钢在淬火时能够获得曲线的位置不同，钢在淬火时能够获得MM的的能力不同，所以钢的淬透性不同能力不同，所以钢的淬透性不同测定淬透性的方法：临界直径法和顶端淬火法测定淬透性的方法：临界直径法和顶端淬火法 钢的钢的C C曲线越靠右，淬透性越好，钢在淬火时曲线越靠右，淬透性越好，钢在淬火时获得获得MM的能力越强，钢的淬硬层深度越大的能力越强，钢的淬硬层深度越大 淬硬层深度：由工件表面至至零件内部半马氏淬硬层深度：由工件表面至至零件内部半马氏体层的深度体层的深度合金钢的淬透性优于碳钢合金钢的淬

28、透性优于碳钢 碳钢中，共析钢的淬透性最好碳钢中，共析钢的淬透性最好零件截面性能要求一致时，应该选用高零件截面性能要求一致时，应该选用高淬透性钢制造，使零件整个截面均能淬透性钢制造，使零件整个截面均能获得获得MM 对全部淬硬反而会影响使用性能的零件，应对全部淬硬反而会影响使用性能的零件，应选用低淬透性钢制造选用低淬透性钢制造 注意：不能把钢的淬透性与具体淬火条注意：不能把钢的淬透性与具体淬火条条件下的零件淬硬层深度混为一谈条件下的零件淬硬层深度混为一谈 四、钢的回火四、钢的回火钢经淬火后所得到的钢经淬火后所得到的M+M+残余残余A A组织是不组织是不稳定的稳定的原因：原因： 马氏体处于含碳过饱和

29、状态不稳定马氏体处于含碳过饱和状态不稳定 马氏体中存在大量晶体缺陷不稳定马氏体中存在大量晶体缺陷不稳定 残余奥氏体处于过冷状态不稳定残余奥氏体处于过冷状态不稳定 钢中存在很大的淬火应力不稳定钢中存在很大的淬火应力不稳定 消除淬火应力，避免工件在淬火应力作消除淬火应力，避免工件在淬火应力作 用下发生变形与开裂用下发生变形与开裂 通过碳的扩散和碳化物的析出，来降低通过碳的扩散和碳化物的析出，来降低MM中的缺陷密度和碳在中的缺陷密度和碳在MM中的过饱和度，使中的过饱和度，使MM能向稳定状态转变能向稳定状态转变 使残余使残余A A向稳定状态转变，使钢的组织和向稳定状态转变，使钢的组织和工件的形状尺寸能

30、趋于稳定工件的形状尺寸能趋于稳定 调整钢的组织，使工件获得所需的性能调整钢的组织，使工件获得所需的性能 回火的目的：回火的目的：回火：将淬火钢重新加热到回火：将淬火钢重新加热到A A1 1以下某一温度以下某一温度保温一定时间后，再将钢冷却至室温的工艺保温一定时间后，再将钢冷却至室温的工艺过程过程 回火过程：是淬火回火过程：是淬火MM和残余和残余A A的分解，碳化的分解，碳化物物的析出和长大，过饱和碳的的析出和长大，过饱和碳的 FeFe的回复的回复和再结晶过程和再结晶过程 回火组织转变的四个阶段：回火组织转变的四个阶段： 8080200200回火，淬火马氏体分解成过回火，淬火马氏体分解成过饱和饱

31、和 碳的碳的 Fe Fe 与与碳化物碳化物回火马氏体：由过饱和碳的回火马氏体：由过饱和碳的 Fe Fe 与与碳碳化物所组成的混合物化物所组成的混合物 200200300300回火，残余回火，残余A A分解成过饱和分解成过饱和碳的碳的 Fe Fe 与与碳化物碳化物 250250400400回火，过饱和碳的回火，过饱和碳的 FeFe逐渐转变成针叶状逐渐转变成针叶状F F， 碳化物逐渐转碳化物逐渐转变成极细小的颗粒变成极细小的颗粒状状FeFe3 3C C回火托氏体：回火托氏体： 由针叶状由针叶状F F和极细小的颗和极细小的颗粒状粒状FeFe3 3C C所组成的混合物所组成的混合物 400 400以上

32、回火，颗粒状以上回火，颗粒状FeFe3 3C C通过聚集通过聚集和长大会变成球状和长大会变成球状FeFe3 3C C，针叶状，针叶状F F通过回通过回复和再结晶会转变成等轴状复和再结晶会转变成等轴状F F 回火素氏体回火素氏体：由等轴状由等轴状F F和球状和球状FeFe3 3C C所组成的混合物所组成的混合物上述回火阶段对应着四种不同的转变上述回火阶段对应着四种不同的转变： 淬火淬火MM分解成由过饱和碳的分解成由过饱和碳的 FeFe与与 碳化物所组成的混合物碳化物所组成的混合物 回火马氏体回火马氏体 Fe 残余残余A A分解成回火马氏体分解成回火马氏体 回火马氏体转变成回火托氏体回火马氏体转变

33、成回火托氏体 回火托氏体转变成回火索氏体回火托氏体转变成回火索氏体 三个回火温区：三个回火温区： 在在300300以下回火，以下回火， 得到回火得到回火MM 在在300 300 500500回火，回火， 得到回火得到回火T T 在在500 500 650650回火，回火， 得到回火得到回火S S s ss s ： MM回回 T T回回 S S回回 、ak ak ：MM回回 T T回回 S S回回 颗粒状和球状颗粒状和球状FeFe3 3C C对对F F基体的切割作用基体的切割作用比较小，所以：比较小，所以：T T回回和和S S回回的综合的综合力学性能分别优力学性能分别优于正火于正火T T和正火和

34、正火S S 回火工艺：回火工艺：1.1. 低温回火（低温回火（ 250250） 主要用于高碳钢和高碳合金钢制造的各类工主要用于高碳钢和高碳合金钢制造的各类工模具，回火后钢的硬度为模具，回火后钢的硬度为585864HRC64HRC2. 2. 中温回火（中温回火（ 350 350 500500 ） 主要用于中高碳钢制造的各类弹簧，回火后主要用于中高碳钢制造的各类弹簧，回火后钢的硬度为钢的硬度为353545HRC45HRC3. 3. 高温回火（高温回火（500500650650 ）主要用于中碳钢制造的各种机械零件，调质主要用于中碳钢制造的各种机械零件，调质后钢的硬度为后钢的硬度为252535HRC3

35、5HRC第四节第四节 钢的表面热处理钢的表面热处理一、表面淬火一、表面淬火表面淬火：采用快速加热方法将零件表面淬火：采用快速加热方法将零件表层迅速表层迅速A A化，再将零件迅速冷却，化，再将零件迅速冷却，使零件表层能够得到有效强化的淬火使零件表层能够得到有效强化的淬火方法方法工艺特点：工件表面能得到一定深度的淬硬工艺特点：工件表面能得到一定深度的淬硬层，工件的心部组织不会发生变化层，工件的心部组织不会发生变化用途：用于表面硬度、耐磨性要求高，心部用途：用于表面硬度、耐磨性要求高，心部塑韧性要求好的机械零件塑韧性要求好的机械零件（一）（一）火焰加热淬火火焰加热淬火燃烧气：天燃气、燃烧气：天燃气、

36、煤气、乙炔、丙烷等煤气、乙炔、丙烷等 助燃气助燃气 ：氧气和空气：氧气和空气 乙炔一氧气火焰温度：乙炔一氧气火焰温度：31003100 使用条件：淬硬层深度使用条件：淬硬层深度 3 mm3 mm煤气一氧气火焰煤气一氧气火焰, ,温度温度: 2540: 2540 使用条件：淬硬层深度使用条件：淬硬层深度 3 mm 3 mm 火焰加热用钢：中碳钢火焰加热用钢：中碳钢 钢的原始组织：细片状珠光体钢的原始组织：细片状珠光体+ +铁素体铁素体加热温度：加热温度：A Ac c3 3 + ( 80+ ( 80100 ) 100 ) 淬硬层深度：淬硬层深度：2 26 mm6 mm 优点：设备简单，适用于特大工

37、件的表面淬火优点：设备简单，适用于特大工件的表面淬火缺点：表面易过热，淬火质量不稳定缺点：表面易过热，淬火质量不稳定（二（二） 感应加热淬火感应加热淬火感应加热淬火是利用电感应加热淬火是利用电磁感应现象，在工件的磁感应现象，在工件的表层中形成强大的感应表层中形成强大的感应电流，使工件表层能够电流，使工件表层能够迅速升温并可立即进行迅速升温并可立即进行淬火的工艺方法淬火的工艺方法 外加电流频率越高，表面效应越显著，淬硬外加电流频率越高，表面效应越显著，淬硬层深度越小层深度越小 高频感应淬火：高频感应淬火： f =100 f =1001000KHz1000KHz 淬硬层深度：淬硬层深度： 0.20

38、.22 mm2 mm 中频感应淬火：中频感应淬火：f = 0.5f = 0.5 10KHz10KHz淬硬层深度：淬硬层深度：2 28 mm8 mm 工频感应淬火：工频感应淬火：f = 50Hzf = 50Hz 淬硬层深度：淬硬层深度：101015 mm 15 mm 优点优点 ： 生产效率高生产效率高 淬火质量好淬火质量好 淬硬层硬度比普通淬火高淬硬层硬度比普通淬火高 2 23 HRC 3 HRC 产品质量稳定产品质量稳定感应淬火用钢：中碳钢或中碳合金钢感应淬火用钢：中碳钢或中碳合金钢 预先热处理：淬火预先热处理：淬火+ +高温回火高温回火 （回火索氏体）（回火索氏体） 或正火处理或正火处理 （

39、 细片状细片状P+FP+F）淬火加热温度淬火加热温度 = Ac= Ac3 3 + (100 + (100 200) 200) 回火温度：回火温度： 180180200200 回火组织：回火组织： 表层为回火马氏体，心部为回表层为回火马氏体，心部为回 火索氏体或细片状火索氏体或细片状P+FP+F自回火：利用淬火余热进行自回火：利用淬火余热进行 回火的工艺方法回火的工艺方法 二、化学热处理二、化学热处理化学热处理：将某些活性元素渗入工件表层，化学热处理：将某些活性元素渗入工件表层，来改变工件表层成分和组织的热处理工艺来改变工件表层成分和组织的热处理工艺分解过程：从活性介质中分解出活性原子的过程分解过程：从活性介质中分解出活性原子的过程 如渗如渗C C： 2CO C + CO2CO C + CO2 2 CHCH4 4 C + 2H C + 2H2 2吸收过程：活性原子渗入到工件表面的过程吸收过程：活性原子渗入到工件表面的过程扩散过程：渗入表面的活性原子向工