第5章钢的热处理

1、第五章第五章 钢的热处理钢的热处理 学习要求学习要求 1.了解钢热处理的定义、分类及在生产中的作用；了解钢热处理的定义、分类及在生产中的作用； 2.了解钢热处理的原理，明确钢热处理后的组织了解钢热处理的原理，明确钢热处理后的组织与平衡组织的区别；与平衡组织的区别； 3.了解各种热处理工艺在生产中的应用，为零件了解各种热处理工艺在生产中的应用，为零件热处理工艺建立感性经验，做到触类旁通。热处理工艺建立感性经验，做到触类旁通。1 概述概述 热处理的概念热处理的概念 将固态金属采用适当的方式进行将固态金属采用适当的方式进行加热加热、保温保温和和冷却冷却以获得所以获得所需组织与性能的工艺。需组织与性能

2、的工艺。热处理的目的热处理的目的 （1）提高钢的力学性能）提高钢的力学性能 （2）改善钢的工艺性能）改善钢的工艺性能热处理的理论依据热处理的理论依据： 铁碳相图（组织转变规律）铁碳相图（组织转变规律）热处理分类热处理分类2 钢在加热时的组织转变钢在加热时的组织转变 对于对于加热加热：非平衡条件下的相变：非平衡条件下的相变温度高于平衡条件下的相变温度；温度高于平衡条件下的相变温度； 对于对于冷却冷却：非平衡条件下的相变：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件下的相变温度。温度低于平衡条件下的相变温度。 加热与冷却速度越大，加热与冷却速度越大，温度提高与下降的幅度就越大。温度提高与下降的幅度就越大。一

3、、相变温度一、相变温度 临界温度：临界温度：A1、A3、Acm是钢在极缓慢加热和极缓慢冷却是钢在极缓慢加热和极缓慢冷却 时组织转变温度。时组织转变温度。在实际操作中，加热时要高于、冷却时要低于状态图上所指出在实际操作中，加热时要高于、冷却时要低于状态图上所指出的临界温度，为便于区别：的临界温度，为便于区别：通常：把加热时的各临界温度用通常：把加热时的各临界温度用Ac1、Ac3、Accm表示；表示；冷却时各临界温度有冷却时各临界温度有Ar1、Ar3、Arcm二、奥氏体的形成过程二、奥氏体的形成过程 1、A形核形核 2、A长大长大 3、残余、残余FeC3的溶解的溶解 4、A均匀化均匀化共析钢共析钢

4、10秒秒几百秒几百秒千秒千秒万秒万秒碳浓度破坏平衡和碳浓度破坏平衡和恢复平衡的反复循恢复平衡的反复循环过程，促使环过程，促使A向向F、Fe3C长大长大思考：共析钢加热时思考：共析钢加热时 P中的铁素体总是先比渗碳中的铁素体总是先比渗碳体转变的原因？体转变的原因？ l F与与A是同素异构体是同素异构体,无需成分变化就可直接转变；无需成分变化就可直接转变；l不同成分的合金渗碳体的稳定性不同，完全溶入不同成分的合金渗碳体的稳定性不同，完全溶入A中中的过程有长有短，甚至有难熔的（如高速钢中的某些的过程有长有短，甚至有难熔的（如高速钢中的某些合金元素碳化物）合金元素碳化物） l渗碳体与渗碳体与A晶体结构

5、不同，且呈现复晶体结构不同，且呈现复杂的晶格结构，碳浓度与杂的晶格结构，碳浓度与A也有很大的也有很大的差别，在转变时需要更多的扩散。差别，在转变时需要更多的扩散。 亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析相。其奥氏亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是有先共析相。其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的转变，然后再进行体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的转变，然后再进行先共析相的溶解。这个先共析相的溶解。这个PAPA的转变过程同共析钢相同，也是的转变过程同共析钢相同，也是经过前面的四个阶段。经过前面的四个阶段。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC331 三三、影响奥氏体形成速度

6、的因素影响奥氏体形成速度的因素 加热速度越快，奥氏体化温度越高，原子扩散速度也加快，加热速度越快，奥氏体化温度越高，原子扩散速度也加快，提高形核与长大的速度，从而加快奥氏体的形成。提高形核与长大的速度，从而加快奥氏体的形成。 钢中原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，钢中原始珠光体越细，其片间距越小，相界面越多，越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距越有利于形核，同时由于片间距小，碳原子的扩散距离小，扩散速度加快，导致奥氏体形成速度加快。离小，扩散速度加快，导致奥氏体形成速度加快。钢中钢中含碳量含碳量增加，碳化物数量相应增多，增加，碳化物数量相应增多，F和和Fe3C的相的相界面增多

7、，奥氏体晶核数增多，其转变速度加快。界面增多，奥氏体晶核数增多，其转变速度加快。合金元素合金元素影响奥氏体的形成速度，如影响奥氏体的形成速度，如Ni、Co促进促进A的形的形成，强碳化物形成元素成，强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等阻碍等阻碍A的形成。的形成。1. 加热速度的影响加热速度的影响2. 化学成分的影响化学成分的影响3. 原始组织的影响原始组织的影响四四. 奥氏体晶粒度及对力学性能的影响奥氏体晶粒度及对力学性能的影响 A晶粒大小晶粒大小对钢冷却转变及转变产物的组织及性能有重要影响。对钢冷却转变及转变产物的组织及性能有重要影响。晶粒细小的钢强度塑性好，尤其冲击韧性比粗大晶粒高。晶粒细小

8、的钢强度塑性好，尤其冲击韧性比粗大晶粒高。一般结构钢的奥氏体晶粒度分为一般结构钢的奥氏体晶粒度分为8级，级，1级最级最粗，粗，8级最细。级最细。14级本质粗晶粒钢，级本质粗晶粒钢，58级本级本质细晶粒钢。质细晶粒钢。奥氏体奥氏体晶粒度晶粒度起始晶粒度起始晶粒度:珠光体刚刚全部转变成奥氏体时的晶粒大小。珠光体刚刚全部转变成奥氏体时的晶粒大小。实际晶粒度实际晶粒度:热处理或热加工后所获得的奥氏体晶粒的大小。热处理或热加工后所获得的奥氏体晶粒的大小。本质晶粒度本质晶粒度:表示在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向表示在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大倾向 性的高性的高低。根据低。根据YB27-64实

9、验方法，即在实验方法，即在93010保温保温38h后测定的奥氏后测定的奥氏体晶粒大小。体晶粒大小。l不能认为本质细晶粒钢在任何条件下都不能粗化，不能认为本质细晶粒钢在任何条件下都不能粗化，因为工艺实验规定的是因为工艺实验规定的是930，如热处理温度在，如热处理温度在9501000，就完全有可能得到相反的结果，这，就完全有可能得到相反的结果，这时本质细晶粒钢的实际晶粒反而比本质粗晶粒钢时本质细晶粒钢的实际晶粒反而比本质粗晶粒钢要大。要大。 奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响 奥氏体晶粒均匀细小奥氏体晶粒均匀细小,热处理后钢的力学性能提高。热处理后钢的力学性能提高

10、。 粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。大的变形甚至开裂。加热温度与奥氏体晶粒长大的关系 奥氏体晶粒大小的控制奥氏体晶粒大小的控制 加热温度加热温度越高，越高，保温时间保温时间越长，奥氏体晶粒越粗大。越长，奥氏体晶粒越粗大。 加热速度加热速度越快，过热度越大，奥氏体实际形成温度越高，越快，过热度越大，奥氏体实际形成温度越高，可获得细小的起始晶粒。可获得细小的起始晶粒。快速加热，短时保温。快速加热，短时保温。 钢的化学成分钢的化学成分 Ti、Zr、V、Nb、Al等，当其形成弥散稳定的碳化等，当其形成弥散稳定的碳化物和氮化物时，由于

11、分布在晶界上，因而阻碍晶界物和氮化物时，由于分布在晶界上，因而阻碍晶界的迁，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到细晶粒钢。的迁，阻止奥氏体晶粒长大，有利于得到细晶粒钢。Mn和和P是促进奥氏体晶粒长大的元素。是促进奥氏体晶粒长大的元素。l碳碳l合金元素合金元素全部溶于奥氏体时，随奥氏体中含碳量的增加，晶粒长大倾向全部溶于奥氏体时，随奥氏体中含碳量的增加，晶粒长大倾向增大。但是超过一定限度时出现增大。但是超过一定限度时出现Fe3C Fe3C对晶界移动对晶界移动有阻碍作用，反而细小。有阻碍作用，反而细小。2 钢在冷却时的组织转变钢在冷却时的组织转变 过冷奥氏体：高温时所形成的奥氏体冷却到过冷奥氏体：高温时

12、所形成的奥氏体冷却到A A1 1以下尚未发生以下尚未发生转变的奥氏体转变的奥氏体 。冷却方式：冷却方式：l等温转变等温转变l连续冷却转变连续冷却转变TTT曲线 ( C 曲线 )过冷奥氏体等温转变图T - timeT - temperatureT - transformation一、共析钢一、共析钢TTT曲线的建立曲线的建立在等温冷却条件下，在等温冷却条件下，通过金相实验的方通过金相实验的方法绘制奥氏体法绘制奥氏体等温等温转变曲线转变曲线。过冷过冷A在不同温在不同温度下等温转变所度下等温转变所需的需的孕育期孕育期不同。不同。550度孕育期最度孕育期最短，过冷短，过冷A最不最不稳定。稳定。二、过冷

13、奥氏体等温转变的产物的组织和性能二、过冷奥氏体等温转变的产物的组织和性能 珠光体型转变珠光体型转变Fe、C的扩散性相变的扩散性相变( Ar1550 ) :P、S、T之间无本质区别，其形成温度也无之间无本质区别，其形成温度也无严格界线，只是其片层厚薄和间距不同，片严格界线，只是其片层厚薄和间距不同，片间距愈小，间距愈小，硬度强度愈高，同时塑性韧性也有所改善。硬度强度愈高，同时塑性韧性也有所改善。片间距为片间距为0.40.5m ( 500 )。A1650650600600550极细片状极细片状P屈氏体屈氏体(); 片间距为片间距为0.2m ( 电镜电镜 );细片状细片状P索氏体索氏体; 片间距为片

14、间距为0.20.4m (1000，只有在，只有在800 以上以上才能分辨才能分辨F和和Fe3C片层组织状态片层组织状态); P ST珠光体珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体P的形成伴随着两个过程：的形成伴随着两个过程： 1、Fe和和C原子的扩散；原子的扩散；2是晶格的重构是晶格的重构先在先在A晶界上产生晶界上产生Fe3C小片状晶核小片状晶核吸收两侧吸收两侧C，使两，使两侧侧A含含C量降低量降低F片，片，F横向长大时，向侧面排出多余横向长大时，向侧面排出多余的的C 促进了另一片促进了另一片Fe3C，这样持续下去，这样持续下去， 许多许多F和和Fe3C层层相间的层片状组织。这时在晶界其它部分层层相间的

15、层片状组织。这时在晶界其它部分有可能产生新的有可能产生新的Fe3C小片状晶核。小片状晶核。珠光体型转变示意图珠光体型转变示意图2.贝氏体型贝氏体型 转变转变过冷度较大，过冷度较大，C原子扩散，铁原子不扩散。原子扩散，铁原子不扩散。半半扩散相变扩散相变( 550230 中温转变中温转变) ，是含，是含C过饱和的过饱和的F和碳化和碳化物的混合物。物的混合物。过饱和针状过饱和针状F弥散弥散碳化物，碳化物，针片或竹叶状，针片或竹叶状，综合性能好综合性能好。350230550350上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体过饱和条束状过饱和条束状F渗碳体，渗碳体，呈羽毛状，性脆无实用价值呈羽毛状，性脆无实用价值上

16、贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体过饱和过饱和片状片状F渗碳体渗碳体过饱和过饱和针状针状F弥散弥散碳化物碳化物F中过饱和的中过饱和的C和高密度位错，和高密度位错，下贝氏体强度高，韧性塑性好，下贝氏体强度高，韧性塑性好，综合力学性能优良综合力学性能优良F条粗大，塑变抗力低，上贝氏体条粗大，塑变抗力低，上贝氏体中的中的Fe3C分布在分布在F条间，易脆断。条间，易脆断。强度韧性均较低。强度韧性均较低。 马氏体转变马氏体转变非扩散相变非扩散相变，Ms以下以下, AM当当冷却冷却VVK （临界冷却速度，（临界冷却速度，是获得全部是获得全部M的最小冷却速度）的最小冷却速度）且过冷到且过冷到MS线以下，过冷线以

17、下，过冷AM，Fe Fe，过饱和的碳来，过饱和的碳来不及以渗碳体形式自不及以渗碳体形式自Fe中析中析出，而很快由出，而很快由A 直接转变成直接转变成碳在碳在Fe中过饱和固溶体中过饱和固溶体，这就称，这就称为马氏体（为马氏体（M）。）。l 降温转变，在一个温度范围内连续冷却完成降温转变，在一个温度范围内连续冷却完成;l 转变速度极快转变速度极快,即瞬间形核与长大即瞬间形核与长大;l 无扩散转变无扩散转变( Fe、C原子均不扩散原子均不扩散 ), M与原与原A的碳浓度相同。的碳浓度相同。l 转变不完全性转变不完全性, 多数钢的多数钢的Mf在室温下，这时有部分在室温下，这时有部分 未转变的残余未转变

18、的残余A。随着。随着CAr 转变特点转变特点淬火工件容易变形和开裂淬火工件容易变形和开裂Fe 比Fe比容大，而比容大，而M是碳在是碳在Fe的过饱的过饱和固溶体，故比容最大。因此和固溶体，故比容最大。因此A转变为转变为M时体积要时体积要膨胀。含碳量越高，膨胀越大。膨胀。含碳量越高，膨胀越大。奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响当当A中含碳量中含碳量0.6%以上时以上时,Mf点便下降至室温以下点便下降至室温以下,C%,M转变温度下降愈大转变温度下降愈大,残残A量愈多量愈多.奥氏体含碳量对残余奥氏体量的影响奥氏体含碳量对残余奥氏体量的影响马氏体晶格示意图马氏体晶格示意

19、图（图中原子为可能出现的位置）（图中原子为可能出现的位置）M是碳溶于是碳溶于 -Fe 中的过饱和间隙固溶体，其中的中的过饱和间隙固溶体，其中的C择优分布在择优分布在c轴方向的八面体间隙位置，其轴比轴方向的八面体间隙位置，其轴比c/a1 称为马氏体的称为马氏体的正方度正方度，含碳量高，正方度大。，含碳量高，正方度大。M的形态主要有两种：的形态主要有两种：板条状板条状 M针片状针片状 M奥氏体含奥氏体含C1.0%以上几以上几乎全是，乎全是，硬而脆硬而脆。显微。显微组织呈针状或竹叶状，组织呈针状或竹叶状，立体形态呈双凸透镜状。立体形态呈双凸透镜状。奥氏体含奥氏体含C0.6%以以下的钢淬火时获得，下的

20、钢淬火时获得，高的强韧性高的强韧性。显微。显微组织为一束束细组织为一束束细 条条状。状。板条状板条状 M针片状针片状 MM的性能特点的性能特点1、高硬度和高强度、高硬度和高强度硬度主要取决于硬度主要取决于M的含的含C量，由于过饱和碳原子与量，由于过饱和碳原子与M中晶体缺中晶体缺陷交互作用引起固溶强化。随含陷交互作用引起固溶强化。随含C量增加硬度升高。量增加硬度升高。淬火钢硬度取决于淬火钢硬度取决于M和残和残A相对含量，只有残相对含量，只有残A量少时，钢的量少时，钢的硬度才和硬度才和M的硬度趋于一致。的硬度趋于一致。2、塑性和韧性、塑性和韧性取决于取决于M的亚结构，的亚结构，片状片状 M 含含C

21、高，点阵畸变大，高，点阵畸变大，硬而脆，板硬而脆，板条条M含含C低，低，高的塑性和韧性高的塑性和韧性影响影响C曲线形状与位置的因素曲线形状与位置的因素奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使氏体的稳定性，使C曲线右移。曲线右移。影响影响C曲线的主要因素是曲线的主要因素是奥氏体的成分奥氏体的成分和和奥氏体化条件奥氏体化条件。l含碳量的影响含碳量的影响l合金元素的影响合金元素的影响l奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析

22、钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右。由共析钢成分开始，曲线最靠右。由共析钢成分开始，含碳量增加或减少都使含碳量增加或减少都使C曲线左移。与共析钢相比，亚共析钢和曲线左移。与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢过共析钢C曲线的上部还各多一条先共析相的析出线，曲线的上部还各多一条先共析相的析出线，除除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素都使外，凡溶入奥氏体的合金元素都使C曲线右移。碳化物曲线右移。碳化物形成元素含量较多时，还会使形成元素含量较多时，还会使C曲线的形状发生变化，曲线的形状发生变化， 为珠光体转变终止线为珠光体转变终止线三三.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变VKVK下临界冷却速度，

23、下临界冷却速度，是保证过冷是保证过冷A全部转变为全部转变为P的的最大冷却速度。最大冷却速度。Ps线线Pf线线K线线为珠光体转变开始线为珠光体转变开始线为珠光体转变终了线为珠光体转变终了线VKVK为马氏体的（上）临界为马氏体的（上）临界冷却速度，是过冷冷却速度，是过冷A全部转全部转变为变为M的最小冷却速度。的最小冷却速度。三三.过冷奥氏体的连续冷却转变过冷奥氏体的连续冷却转变CCT曲线曲线 Continuous、 Cooling、 TransformationV1 = 5.5/s，炉冷：，炉冷：PV2 = 20/s，空冷，空冷 SV3 = 33/s 油冷：少量油冷：少量P与与MV4 138/s，

24、水冷，水冷 ：M和残和残A 同一成份的钢在冷却时，由于冷却方式的不同，奥氏体过冷同一成份的钢在冷却时，由于冷却方式的不同，奥氏体过冷到不同的温度，将转变成不同的组织，体现出不同的性能。到不同的温度，将转变成不同的组织，体现出不同的性能。CCC曲线和曲线和CCT曲线的区别曲线的区别l 连续冷却曲线靠右一些；连续冷却曲线靠右一些；l 连续冷却的转变温度均比等温转连续冷却的转变温度均比等温转变温度低一些，所以连续冷却到变温度低一些，所以连续冷却到达这个温度进行转变时需要较长达这个温度进行转变时需要较长的孕育期，约为的孕育期，约为C曲线的曲线的1.5倍。倍。l CCT曲线只有只有曲线只有只有C曲线的上

25、半部曲线的上半部分，说明共析钢在连续冷却时只分，说明共析钢在连续冷却时只有珠光体和马氏体转变，没有贝有珠光体和马氏体转变，没有贝氏体转变。氏体转变。l 连续冷却曲线获得的组织不均匀，连续冷却曲线获得的组织不均匀，先转变的组织较粗，后转变的组先转变的组织较粗，后转变的组织较细。织较细。3 钢的普通热处理钢的普通热处理 一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:一、钢的退火一、钢的退火 定义定义:将金属缓慢将金属缓慢加热加热到一定温度，到一定温度，保温保温足够时间，然后以足够时间，然后以适宜速度冷却适宜速度冷却(通常是通常是缓慢冷却缓慢冷却)的一种金属热处理工艺的一种金属热处理工艺 。目的目的

26、:使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件消使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件消除内应力；降低硬度，利于切削加工和冷变形加工除内应力；降低硬度，利于切削加工和冷变形加工;细化晶细化晶粒；均匀成分；为最终热处理作好组织准备。粒；均匀成分；为最终热处理作好组织准备。 扩散退火扩散退火 扩散退火是将工件加热到扩散退火是将工件加热到略低于固相线略低于固相线的温度（的温度（Ac3或或Accm以上以上150300 ）（亚共析钢通常为）（亚共析钢通常为10501150，合金钢为，合金钢为10501200），长时间（），长时间（1020小小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温。时）保温，然后随炉缓慢

27、冷却到室温。扩散退火的主要扩散退火的主要目的目的是是使合金中的元素发生固态扩散使合金中的元素发生固态扩散，使，使各元素在各元素在A中充分扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏中充分扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。退火温度所以如此之高，是为了加偏析或称枝晶偏析）。退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。主要适用于铸造后的主要适用于铸造后的高合金钢高合金钢。 完全退火完全退火 完全退火是将钢件或钢材加热到完全退火是将钢件或钢

28、材加热到Ac3+3050 ，经完全，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。处理工艺。完全退火完全退火主要用于亚共析钢主要用于亚共析钢，得到细小均匀，得到细小均匀P和和F，降低硬，降低硬度，充分消除内应力。主要用一于中碳钢及低、中碳合金结构度，充分消除内应力。主要用一于中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火退火不适用于过共析钢不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到，因为过共析钢完全退火需加热到Accm以上，在缓慢冷

29、却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。网状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。3、不完全退火、不完全退火 将钢件加热到将钢件加热到Ac1或或AC3（Acm）之间，经保温并缓慢冷却，）之间，经保温并缓慢冷却，以获得拉近平衡组织。以获得拉近平衡组织。对于亚共析钢，只有在退火前组织基本上达到要求，才进行不对于亚共析钢，只有在退火前组织基本上达到要求，才进行不完全退火。完全退火。退火后退火后P的片间距有所增大，硬度、内应力均有所降低。的片间距有所增大，硬度、内应力均有所降低。4、等温退火、等温退火

30、等温退火是将钢加热到等温退火是将钢加热到 Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或 Ac1（共析钢（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体使钢奥氏体化化,然后迅速移入温度在然后迅速移入温度在A1线以下的另一炉内，等温保持直线以下的另一炉内，等温保持直到到奥氏体全部转变为珠光体奥氏体全部转变为珠光体为止，然后出炉空冷。为止，然后出炉空冷。与完全退火相比与完全退火相比：目的基本相同，：目的基本相同，但工艺操作和所需设备都比较复但工艺操作和所需设备都比较复杂，所以通常主要是杂，所以通常主要是应用应用于过冷于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间奥氏体在

31、珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。转变相当缓慢的合金钢。高速钢高速钢5、球化退火、球化退火 球化退火球化退火是将钢加热至是将钢加热至Ac1以上以上、Accm以下以下的双相区，较的双相区，较长时间保温，以不大于长时间保温，以不大于50 /h的冷却速度随炉冷却的工艺。的冷却速度随炉冷却的工艺。适用适用于于共析钢与过共析钢共析钢与过共析钢。（这两种钢锻造轧制后，为细片状（这两种钢锻造轧制后，为细片状P，硬度高，硬度高，Fe3C片状，片状，切削加工时刀具易磨损，淬火加热时切削加工时刀具易磨损，淬火加热时A晶粒易粗大冷却时易产晶粒易粗大冷却时易产生变形和开裂。球状生变形和开裂。球状Fe3C硬度低

32、，易切削加工。在球化退火硬度低，易切削加工。在球化退火前钢中如有网状前钢中如有网状Fe3C，应先正火消除。，应先正火消除。目的：目的：在于使珠光体内的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体片状渗碳体以及先共析渗碳体都都变为变为球粒状渗碳体球粒状渗碳体，均匀分布于铁素体基体中，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称这种组织称为球化珠光体为球化珠光体)。降低硬度提高韧性，具有这种组织的中碳。降低硬度提高韧性，具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、切削性好、冷形变能力大。钢和高碳钢硬度低、切削性好、冷形变能力大。 T10钢球化退火组织 500 这种这种F和球状渗碳体机械混合物的组织叫做球化体。硬度较低

33、。和球状渗碳体机械混合物的组织叫做球化体。硬度较低。6、再结晶退火、再结晶退火：将冷变形加工的金属及合金加热到再结晶温：将冷变形加工的金属及合金加热到再结晶温度以上，适当保温后，使金属内部变形的晶粒变为细小的度以上，适当保温后，使金属内部变形的晶粒变为细小的等轴晶粒等轴晶粒，消除形变硬化和残余内应力，恢复金属或合金，消除形变硬化和残余内应力，恢复金属或合金的塑性和形变能力（回复和再结晶）。的塑性和形变能力（回复和再结晶）。7、去应力退火去应力退火：铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度：铸、锻、焊件在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件不同而产生内应力，金

34、属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去除，常导致工件予以去除，常导致工件变形变形甚至形成甚至形成裂纹裂纹。去除应力退火去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度低于是将工件缓慢加热到较低温度低于A1的某一温度（钢是的某一温度（钢是500650），保温一段时间），保温一段时间, 然后缓冷下来。去应力退然后缓冷下来。去应力退火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除火并不能将内应力完全去除，而只是部分去除，从而消除它的有害作用，稳定尺寸。它的有害作用，稳定尺寸。消除内应力消除内应力500650去应

35、力退火去应力退火消除加工硬化消除加工硬化TR +3050 再结晶退火再结晶退火过共析、共析钢过共析、共析钢使使Fe3C球化球化HRC， 韧性韧性，切削性，切削性为淬火作组织准备为淬火作组织准备Ac1 +2030球化退火球化退火亚共折钢、共析钢亚共折钢、共析钢细化晶粒，均匀化组织细化晶粒，均匀化组织降低硬度降低硬度 切削性切削性消除内应力消除内应力Ac3 +3050完全退火完全退火高合金钢高合金钢均匀钢内部的化学成分均匀钢内部的化学成分略低于固相线略低于固相线扩散退火扩散退火适用钢种退火目的加热温度退火工艺冷塑性变形后金属冷塑性变形后金属二、钢的正火二、钢的正火 正火正火是将钢加热到是将钢加热到

36、Ac3以上以上3050（亚共析钢）或（亚共析钢）或Accm以上以上3050 （过共析钢），保温后（过共析钢），保温后空冷空冷的热处理工艺。的热处理工艺。应用范围应用范围: 1.预备热处理预备热处理:调整低、中碳钢的硬度调整低、中碳钢的硬度;消除过共析钢中消除过共析钢中的的Fe3C。 2.最终热处理最终热处理:用于力学性能要求不高的普通零件。用于力学性能要求不高的普通零件。正火与退火的不同点正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷

37、却不占用设备，生产率较高，因提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火后的组织：正火后的组织：亚共析钢为亚共析钢为F+S，共析钢为共析钢为S，过共析钢为过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。二次渗碳体，且为不连续。 各类退火工艺加热温度示意图各类退火工艺加热温度示意图三、钢的淬火三、钢的淬火 淬火：淬火：将钢加热到临界温度将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或Ac1（过共析（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后化，然后以

38、大于临界冷却速度的冷速快冷以大于临界冷却速度的冷速快冷到到Ms以下（或以下（或Ms附近等温）进行附近等温）进行马氏体马氏体（或（或贝氏体贝氏体）转变的热处理工艺。）转变的热处理工艺。是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏得到马氏体或贝氏体组织体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的：幅提高钢的：1、强度、硬度、耐磨性强度、硬度、耐磨性；高碳钢，淬火；高碳钢，淬火+低温回火低温回火2、疲劳强度以及韧性疲劳强度以及韧性；低、中碳钢，淬火；低、中碳钢，淬火+高温回火高温回火3、弹性弹性，中、高碳钢，淬火，中

39、、高碳钢，淬火+中温回火中温回火从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。淬火的目的淬火的目的钢的淬火工艺钢的淬火工艺1、淬火加热温度的确定、淬火加热温度的确定温度的选择应以得到均匀细小的温度的选择应以得到均匀细小的A晶粒为原则，以便淬火晶粒为原则，以便淬火后得到细小的后得到细小的M。温度高不利影响：温度高不利影响：A晶粒粗大，淬火后得到脆性大的粗针状晶粒粗大，淬火后得到脆性大的粗针状M；而且淬火；而且淬火时工件时工件内外温差大，不能同时发生转变而产生大的内应力，引内外温差大，不能同时发生转变而产生大的内应力，引起工件变形或开裂；起工件变形或开裂；温度

40、偏低：温度偏低：工件不能被淬硬，达不到使用性能要求。工件不能被淬硬，达不到使用性能要求。钢的淬火加热温度应以钢的临界点来确定（根据铁碳钢的淬火加热温度应以钢的临界点来确定（根据铁碳相图含碳量）相图含碳量）可以适当提高淬火温度，使可以适当提高淬火温度，使A成分均匀，高碳区减少，成分均匀，高碳区减少，能减少片状能减少片状M，提高韧性。，提高韧性。亚共析钢亚共析钢过共析钢过共析钢中碳钢中碳钢合金钢合金钢淬火加热温度淬火加热温度Ac3+（3050），）， 淬火后组织：均匀的淬火后组织：均匀的M，若温度低若温度低Ac3，则出现，则出现F，产生软点，产生软点Ac1+（3050），组织：隐晶），组织：隐晶M

41、和粒状和粒状Fe3C。 若加热温度若加热温度高于高于Accm，淬火后得到粗针状，淬火后得到粗针状M和多的残和多的残A，使，使 硬度降低，脆硬度降低，脆性增加。性增加。稍微提高淬火加热温度（锰钢除外，稍微提高淬火加热温度（锰钢除外，A晶粒易长大），晶粒易长大），以便使合金元素充分溶解和均匀。以便使合金元素充分溶解和均匀。思考：过共析钢淬火加热温度为何思考：过共析钢淬火加热温度为何Ac1-Accm之间之间？1为了在加热过程中保留一部分未溶碳化物抑制奥氏体晶粒长为了在加热过程中保留一部分未溶碳化物抑制奥氏体晶粒长大，从而获得细小的淬火马氏体组织；大，从而获得细小的淬火马氏体组织；2是防止奥氏体溶入过

42、多的碳降低是防止奥氏体溶入过多的碳降低Ms温度增加残奥数量；温度增加残奥数量； （残奥：益处残奥：益处；提高其含量可提高工件的抗冲击韧性，工件不易发生脆断，；提高其含量可提高工件的抗冲击韧性，工件不易发生脆断，即使发生裂纹，裂纹扩展的时间也较长，易发现可避免出现突然的工件即使发生裂纹，裂纹扩展的时间也较长，易发现可避免出现突然的工件失效。失效。危害：危害：促使工作在使用过程中尺寸的变化，残奥有向稳定组织转促使工作在使用过程中尺寸的变化，残奥有向稳定组织转变的趋势，特别是对一些尺寸尺寸要求较高的场合。例：量具变的趋势，特别是对一些尺寸尺寸要求较高的场合。例：量具/轴承等。轴承等。3少量碳化物的存

43、在可以提高耐磨性；少量碳化物的存在可以提高耐磨性；4如果淬火加热温度高不仅增加能耗，零件也易于氧化脱碳甚如果淬火加热温度高不仅增加能耗，零件也易于氧化脱碳甚至变形开裂。至变形开裂。2、选择加热介质和确定保温时间、选择加热介质和确定保温时间 淬火加热设备：电炉、燃烧炉、盐浴炉、铅浴炉等。淬火加热设备：电炉、燃烧炉、盐浴炉、铅浴炉等。 浴炉浴炉中加热速度快，表面氧化、脱碳少，淬火后表面质量高中加热速度快，表面氧化、脱碳少，淬火后表面质量高 电炉、燃烧炉电炉、燃烧炉：操作方便，大件热处理，淬火后表面氧化脱：操作方便，大件热处理，淬火后表面氧化脱 碳严重，用于对质量要求不太严格工件的热处理。碳严重，用

44、于对质量要求不太严格工件的热处理。 加热保温时间长短加热保温时间长短与加热介质、钢的成分、工件尺寸和形状与加热介质、钢的成分、工件尺寸和形状装炉量和加热方法有关。装炉量和加热方法有关。3、淬火冷却、淬火冷却淬火冷却速度必须大于临界冷却速度，但冷速过快会产淬火冷却速度必须大于临界冷却速度，但冷速过快会产生热应力，引起钢件变形开裂。生热应力，引起钢件变形开裂。 选择比较理想的冷却介质；设法改进冷却方法。选择比较理想的冷却介质；设法改进冷却方法。淬火得到淬火得到M：在：在C曲线的曲线的“鼻尖鼻尖”附近要求快冷，而附近要求快冷，而在上部和下部不必要快冷。在上部和下部不必要快冷。冷却介质冷速比较：冷却介

45、质冷速比较：碱水、盐水冷速大，其次是碱水、盐水冷速大，其次是冷水，冷水，它们在它们在Ms附近冷速仍附近冷速仍大，产生大的组织应力易淬大，产生大的组织应力易淬裂。裂。油的冷速在油的冷速在鼻尖和鼻尖和Ms点都较点都较慢慢，只能用于一些合金钢的，只能用于一些合金钢的淬火。淬火。硝盐水和聚乙烯醇水硝盐水和聚乙烯醇水溶液是理想的冷却介质。溶液是理想的冷却介质。淬火方法示意图淬火方法示意图 淬火方法淬火方法单液淬火单液淬火：直冷，简单易操作。直冷，简单易操作。双液淬火双液淬火：先快后慢，降低组织应力。：先快后慢，降低组织应力。分级淬火分级淬火：快：快-恒恒-快，降低热应力与组织应力。快，降低热应力与组织应

46、力。等温淬火等温淬火：得到：得到B下下（工模具、弹簧）。（工模具、弹簧）。局部淬火局部淬火：量具等的局部区域。：量具等的局部区域。1.冷冷 处处 理理：-70-80，降低，降低A残残%，稳定尺寸。，稳定尺寸。卡规局部淬火卡规局部淬火 钢的淬透性钢的淬透性 淬透性：淬透性：是指钢在淬火时是指钢在淬火时获得马氏体的能力获得马氏体的能力。主要受奥氏体中。主要受奥氏体中的碳含量和合金元素的影响。钢材淬透性好与差，常用的碳含量和合金元素的影响。钢材淬透性好与差，常用淬淬硬层深度硬层深度来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。来表示。淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。淬硬层一般规定为工件表面至半马氏体（

47、马氏体量占淬硬层一般规定为工件表面至半马氏体（马氏体量占50%）之间的区域，它的深度叫淬硬层深度。之间的区域，它的深度叫淬硬层深度。淬硬性淬硬性：是指钢淬火后获得的是指钢淬火后获得的马氏体马氏体组织所能达到的组织所能达到的最高最高硬度硬度。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于。钢的淬硬性主要决定于马氏体的含碳量，即取决于淬火前奥氏体的含碳量。淬火前奥氏体的含碳量。用末端淬火法测定淬透性用末端淬火法测定淬透性四、钢的回火四、钢的回火 定义定义：将：将淬火钢淬火钢重新加热到重新加热到A1点以下某一温度，保温后冷点以下某一温度，保温后冷却到室温的热处理工艺。却到室温的热处理工艺。改变强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。改变强度、硬度高，塑性、韧性差的淬火组织。使不稳定的淬火组织使不稳定的淬火组织M和残余和残余A转变为稳定组织，保转变为稳定组织，保证工件不再发生形状和尺寸的改变。证工件不再发生形状和尺寸的改变。消除淬火内应力，防止进一步变形、开裂。消除淬火内应力，防止进一步变形、开