Chapter10钢的热处理工艺

1、本章目的本章目的 介绍钢的常用热处理工艺及其应用介绍钢的常用热处理工艺及其应用本章重点本章重点（1）各类热处理）各类热处理(退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火)工艺工艺组织性能应用的规律和特点组织性能应用的规律和特点（2）淬透性、淬硬性的概念与应用）淬透性、淬硬性的概念与应用第十章第十章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺内容内容n9.1 钢的退火和正火钢的退火和正火n9.2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火n9.3 其他类型热处理其他类型热处理热处理分类一热处理分类一n普通热处理：退火、正火、淬火、回火普通热处理：退火、正火、淬火、回火n表面热处理：表面淬火、化学热处理表面热处理：表面淬火、

2、化学热处理n形变热处理：控制轧制形变热处理：控制轧制 冶炼冶炼铸造铸造铸锭铸锭板棒型管板棒型管焊接焊接机加工机加工冷轧冷轧冷拔冷拔深冲深冲锻件锻件铸件铸件机加工机加工零零件件或或构构件件 工艺性能工艺性能 预备热处理预备热处理 使用性能使用性能 最终热处理最终热处理热轧热轧热锻热锻生产工艺过程中位置和作用不同，分为预备热处生产工艺过程中位置和作用不同，分为预备热处理和最终热处理。理和最终热处理。热处理分类二热处理分类二10-1 钢的退火与正火钢的退火与正火退火退火正火正火得到近似得到近似平衡组织平衡组织得到得到伪共析组织伪共析组织退火和正火是生产上应用广泛的预备热处理。也退火和正火是生产上应用

3、广泛的预备热处理。也可作为最终热处理（对于铸件）。可作为最终热处理（对于铸件）。定义：钢加热到适当温度（定义：钢加热到适当温度（Ac1以上或以下），保以上或以下），保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获近温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获近平衡组织的工艺平衡组织的工艺。主要目的：主要目的： 均匀成分、组织，细化晶粒，调整硬度，消除均匀成分、组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善成形和切削加工性能，内应力和加工硬化，改善成形和切削加工性能，为淬火做组织准备。为淬火做组织准备。一一 、退火的目的及工艺、退火的目的及工艺分类分类（1）高温退火）高温退火 （相变重结晶（相变重结

4、晶退火）退火） T加热加热AC1（2）低温退火）低温退火 T加热加热AC1完全退火完全退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火等温退火等温退火扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火根据加热温度不同分：根据加热温度不同分：根据冷却方式不同分：等温退火和连续退火。根据冷却方式不同分：等温退火和连续退火。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：完全奥氏完全奥氏体化体化组织：组织：层片状珠层片状珠光体光体 硬度，改硬度，改善切削加工性善切削加工性能能 细化晶粒；细化晶粒；消除内应力；消除内应力；减轻组织不均减轻组织不均匀性匀性(消除魏消除魏氏组织等氏组织等) 亚

5、共析钢、合金亚共析钢、合金钢的铸、锻、热钢的铸、锻、热轧、焊件的预备轧、焊件的预备热处理热处理(切削加工切削加工前前或或热处理前热处理前的的预备热处理预备热处理) AC3 +20-30 AC3 AC1 tT(一一) 完全退火完全退火注：目的不同，组织控制注：目的不同，组织控制(珠光体片间距珠光体片间距)不同不同原因：粗片状原因：粗片状P原因：重结晶原因：重结晶n 低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。n 低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。工。n 过共析钢加热至过共析钢加热至Accm以上奥氏体状态缓冷以上奥氏体状态缓冷

6、退退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的 强度、强度、塑性和冲击韧度显著降低。塑性和冲击韧度显著降低。退火保温时间退火保温时间完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。量和装炉方式等因素有关。=KD（单位为（单位为min）D工件有效厚度（工件有效厚度（mm），），K是加热系数，是加热系数，K=1.52.0min/mm完全退火需要的时间很长，实际生产时，为了提完全退火需要的时间很长，实际生产时，为了提高效率，退火冷却至高效率，退火冷却至600左右即可出炉空冷。左右即可出炉空冷。等温退火等温退火n等温

7、退火：将奥氏体化后的钢较快地冷至稍低等温退火：将奥氏体化后的钢较快地冷至稍低与与A Ar1r1温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空冷至室温的退火工艺。这种退火方法可大大缩冷至室温的退火工艺。这种退火方法可大大缩短退火时间。适用于高碳钢、合金工具钢和高短退火时间。适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢，但对于大截面钢件和大批量炉料不宜合金钢，但对于大截面钢件和大批量炉料不宜采用。采用。（二）不完全退火（二）不完全退火n将钢加热至将钢加热至Ac1Ac3（亚共析钢）或（亚共析钢）或Ac1Accm（过共析钢）之间，经保温后（过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以获得近于平衡

8、组织的热处理缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。工艺。n不改变先共析铁素体或渗碳体的形态和不改变先共析铁素体或渗碳体的形态和分布。可降低硬度、消除内应力、改善分布。可降低硬度、消除内应力、改善切削加工性。切削加工性。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 工艺：工艺：不完全奥氏不完全奥氏体化体化组织：组织：球状球状(粒状粒状)珠光体珠光体 降低降低(过过)共共析钢硬度适合析钢硬度适合切削切削为最终热处为最终热处理做组织准备理做组织准备含碳量较高含碳量较高的工、模具的工、模具钢的预备热钢的预备热处理处理 AC1 +20-30 ACm或或AC3 AC1 tT (三三) 球化退火球化退

9、火 不完全退火的一种不完全退火的一种片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状层片状珠光体珠光体粒粒(球球)状状珠光体珠光体刀具刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较钢球化退火与完全退火的性能比较球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工.状态状态b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040160T12T12钢完全退火与球化退火后性能比较钢完全退火与球化退火后性能比较T12钢完全退火与球化退火后组织比较

10、钢完全退火与球化退火后组织比较完全退火、球化退火工艺缺陷完全退火、球化退火工艺缺陷 生产周期长；且为变温转变，故所得组织、球生产周期长；且为变温转变，故所得组织、球大小不均，为此大小不均，为此 开发出等温转变开发出等温转变工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 (1)高温、长时间高温、长时间(2)需再经重结晶需再经重结晶工艺工艺(完全退火或完全退火或正火正火)以细化晶粒以细化晶粒消除或减消除或减轻偏析、轻偏析、带状组织带状组织等等合金钢锭合金钢锭大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或或ACm+ 150-300AC3或或ACm(四四) 均匀化均匀化(扩散扩散)退火退火将钢锭、铸件或锻坯加热至

11、略低于固相线的温度将钢锭、铸件或锻坯加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓冷以消除化学成分不均现下长时间保温，然后缓冷以消除化学成分不均现象的热处理工艺。象的热处理工艺。n均匀化退火需在高温下长时间加热，奥氏均匀化退火需在高温下长时间加热，奥氏体晶粒十分粗大，需再进行一次完全退火体晶粒十分粗大，需再进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。n生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本高。只一些优质合金钢及偏碳严重，成本高。只一些优质合金钢及偏析严重的合金铸件和钢锭才使用该工艺。析严重的合金铸件和钢锭才使用

12、该工艺。(五五) 再结晶退火与去应力退火再结晶退火与去应力退火n 为消除铸件、锻件、焊接件及机加工工件中的为消除铸件、锻件、焊接件及机加工工件中的残留应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和残留应力，以提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂，在精加工或淬火之前将工件加热到开裂，在精加工或淬火之前将工件加热到Ac1以以下某一温度，保温一定时间，然后缓冷的一种热下某一温度，保温一定时间，然后缓冷的一种热处理工艺称为处理工艺称为去应力退火去应力退火。n 把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶适当的时间，使变形晶粒重新转变为

13、均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留应力的热处理工艺，粒，同时消除加工硬化和残留应力的热处理工艺，称为称为再结晶退火再结晶退火。工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结晶再结晶退火退火 消除加工硬化消除加工硬化 完全消除残余完全消除残余应力应力冷塑性变冷塑性变形件形件去应力去应力退火退火消除内应力，防消除内应力，防工件变形工件变形铸、锻、铸、锻、焊、冲压、焊、冲压、机加工件机加工件AC1650-700 500-650 tT二、正火目的及工艺二、正火目的及工艺 定义：是将钢加热到定义：是将钢加热到Ac3或或Accm以上，保温一定时间，使以上，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然

14、后在空气中冷却，以得到细片状珠光之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到细片状珠光体类型组织的热处理工艺。（伪共析转变）体类型组织的热处理工艺。（伪共析转变）保温温度：亚共析钢保温温度：亚共析钢 Ac3 + 3050 共析钢共析钢/过共析钢过共析钢 Accm + 3050保温时间：保温时间：=KD（min）冷却方式：空冷冷却方式：空冷室温组织：室温组织：P类组织类组织-伪共析组织伪共析组织（1）提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；）提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；（2）消除中碳钢热加工组织缺陷，细化晶粒；）消除中碳钢热加工组织缺陷，细化晶粒；（3）消除过共析钢的网状碳化物，降低硬度、改）消除过

15、共析钢的网状碳化物，降低硬度、改善和冷塑性变形性能，为淬火作好准备；善和冷塑性变形性能，为淬火作好准备；（4）提高普通结构件的机械性能。不重要零件可）提高普通结构件的机械性能。不重要零件可代替调质处理。代替调质处理。正火的目的正火的目的正火与退火的区别正火与退火的区别 加热温度较高加热温度较高 冷却速度较快冷却速度较快 获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体) 强硬度与塑韧性较高强硬度与塑韧性较高 生产效率较高生产效率较高正火正火 退火退火注意注意 1 退火与正火退火与正火珠光体类型组织的应用珠光体类型组织的应用 2 能用正火处则不用退火能用正火处则不用退火 正火可作为大件或不重要工件的最终正

16、火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理热处理，而退火一般不作为最终热处理三、正火与退火的选用三、正火与退火的选用 C%0.75% 球化退火球化退火 C%0.9% 有网状碳化物有网状碳化物 正火正火(消网消网)球化退火球化退火10-2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火一、钢的淬火一、钢的淬火淬火：将钢件加热到淬火：将钢件加热到AC3 或或AC1以上，使发生奥氏体化，以上，使发生奥氏体化，以以 V冷冷 VC急剧冷却，获马氏体组织的热处理工艺。急剧冷却，获马氏体组织的热处理工艺。目的：获得尽量多的马氏体，配以不同温度回火获得各种目的：获得尽量多的马氏体，配以不同温度回火获得各种

17、需要的性能。需要的性能。不同的钢件获得马氏体的能力不同，不同的钢件获得马氏体的能力不同，“淬透性淬透性”的概念。的概念。淬火钢内应力比较大。淬火钢内应力比较大。淬火应力热应力组织应力变形、开裂变形、开裂温度梯度相的比容差（一）淬火应力（一）淬火应力实际淬火时，工件各截面冷却速度不同，内外温实际淬火时，工件各截面冷却速度不同，内外温差产生胀缩不一致以及相变不同时还会引起淬火差产生胀缩不一致以及相变不同时还会引起淬火应力。应力。1. 热应力热应力1)产生原因产生原因: 内外温差内外温差2)应力结果应力结果: 表层表层压应力压应力,心部心部拉应力拉应力3) 影响热应力因素影响热应力因素: （1）冷却

18、速度：）冷却速度：V （2）淬火温度：）淬火温度：T （3）截面尺寸：）截面尺寸：D （4）线膨胀系数：）线膨胀系数：1)产生原因产生原因: 冷却时组织转变的不同时性冷却时组织转变的不同时性2)应力结果应力结果: 表层表层拉应力拉应力, 心部心部压应力压应力(与热应力相反与热应力相反)3)影响因素影响因素:（1）化学成分）化学成分:含碳量含碳量 wc 合金元素合金元素wme（2）冷却速度：）冷却速度：v（3）淬火温度：）淬火温度：T（4）截面尺寸：）截面尺寸：D（5）线膨胀系数：）线膨胀系数：2.组织应力组织应力（1）含碳量）含碳量: wc 高高-组织应力为主组织应力为主 wc 低低-热应力为

19、主热应力为主（2）合金元素）合金元素: w 热应力热应力 /组织应力组织应力（3）截面尺寸：）截面尺寸：D大大-热应力为主热应力为主 D小小-组织应力为主组织应力为主3.影响内应力大小的主要因素影响内应力大小的主要因素（二）淬火加热温度（二）淬火加热温度淬火加热温度的选择以得到均匀细小的奥氏体淬火加热温度的选择以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则。通常淬火加热温度的选择主要根晶粒为原则。通常淬火加热温度的选择主要根据钢种是亚共析钢还是过共析钢而定，基本原据钢种是亚共析钢还是过共析钢而定，基本原则是则是亚共析钢亚共析钢采取完全奥氏体化，采取完全奥氏体化，Ac3以上以上3050，过共析钢，过共析钢采取

20、不完全奥氏体化，采取不完全奥氏体化，Ac1以上以上3050 。亚共析钢：亚共析钢：Ac3+3050；共析钢、过共析钢：共析钢、过共析钢：Ac1+3050；低合金钢：低合金钢：Ac1或Ac3+50100；高合金钢：高合金钢： Ac3 或Ac1 +300-400 根据化学成分根据化学成分过共析钢为何不采取完全奥氏体化？过共析钢为何不采取完全奥氏体化？ AC1 ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C)()A+FM+FFe3C若若T T A Acmcm C% C%，M MS S；A AR R 粗大粗大M M 氧化脱碳氧化脱碳，变形开裂，变形开裂（三）（三） 淬火介质淬火介质钢从奥氏体状态冷却

21、至钢从奥氏体状态冷却至Ms点点以下所用的冷却介质叫做淬火以下所用的冷却介质叫做淬火介质。介质。TA1MS水水油油1. 淬火介质的要求淬火介质的要求 鼻点冷速大鼻点冷速大, Ms附近冷速小附近冷速小 稳定，成本低稳定，成本低 安全、无毒、不腐蚀工件安全、无毒、不腐蚀工件2. 常用淬火介质常用淬火介质 水（不理想）水（不理想） 鼻温（鼻温（650400 ）：冷却速度小：冷却速度小150/S； 马氏体转变区马氏体转变区速度太大速度太大 340 时高达755 /S，易造成变形、开裂，易造成变形、开裂应用：小尺寸、形状简单碳钢件；水温：不超过应用：小尺寸、形状简单碳钢件；水温：不超过30。 盐水与碱水盐

22、水与碱水 10%NaCl或或10%NaOH水溶液水溶液 使蒸汽膜提前破裂，使高温区冷却能力显著提高，但低使蒸汽膜提前破裂，使高温区冷却能力显著提高，但低温区冷却速度还是很快，另外还有一定腐蚀性。温区冷却速度还是很快，另外还有一定腐蚀性。油油 冷却能力比水小得多，可降低淬火工件的组织应力，减小变冷却能力比水小得多，可降低淬火工件的组织应力，减小变形和开裂倾向。缺点是高温区的冷却能力低。形和开裂倾向。缺点是高温区的冷却能力低。应用：合金钢件应用：合金钢件 油温：油温：6080，过高会着火。，过高会着火。（四）（四） 淬火方法淬火方法选择适当的淬火方法可选择适当的淬火方法可以保证在获得所要求的淬以保

23、证在获得所要求的淬火组织和性能条件下尽量火组织和性能条件下尽量减小淬火应力，减少变形减小淬火应力，减少变形和开裂。和开裂。 单液淬火法单液淬火法 双液淬火法双液淬火法 分级淬火法分级淬火法 等温淬火法等温淬火法工艺过程：工艺过程：将加热至奥氏体状态的工件放入某将加热至奥氏体状态的工件放入某种淬火介质中，连续冷却至介质温种淬火介质中，连续冷却至介质温度的淬火方法。度的淬火方法。1.单液淬火单液淬火水淬则淬火应力大，容易产生变形与开裂；水淬则淬火应力大，容易产生变形与开裂；用油淬则不易淬硬，容易产生软点。用油淬则不易淬硬，容易产生软点。操作简单，容易实现机械化和自动化。操作简单，容易实现机械化和自

24、动化。尺寸小、尺寸小、形状简单的碳钢、合金钢件形状简单的碳钢、合金钢件2. 双液淬火双液淬火工艺过程：工艺过程：将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能将加热至奥氏体状态的工件先在冷却能力较强的淬火介质中冷却至接近力较强的淬火介质中冷却至接近Ms点点温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。火介质中冷却，直至完成马氏体转变。碳碳 钢：钢： 先水冷后油冷先水冷后油冷合金钢：合金钢： 先油冷后空冷先油冷后空冷关键：关键：准确地控制零件由一种介质转入另一介质时的温度，准确地控制零件由一种介质转入另一介质时的温度，要求较高的操作技术。要求较高的操作

25、技术。适用范围：适用范围： 尺寸较大的零件尺寸较大的零件3. 分级淬火分级淬火将奥氏体状态的工件首先淬入温度稍高将奥氏体状态的工件首先淬入温度稍高于于Ms点的盐浴或碱浴中保温，待内外点的盐浴或碱浴中保温，待内外均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变。完成马氏体转变。特点：特点： 淬火时工件内部温度均匀，组织转变几乎同时进行，淬火时工件内部温度均匀，组织转变几乎同时进行，因而减小了内应力，显著降低了变形开裂倾向。因而减小了内应力，显著降低了变形开裂倾向。缺点：缺点：液态介质（熔盐等）的冷却能力有限液态介质（熔盐等）的冷却能力有限适用范围：适用范围：对变

26、形要求严格且尺寸又较小的工件（如刀具、对变形要求严格且尺寸又较小的工件（如刀具、量具）。量具）。4. 等温淬火等温淬火将奥氏体化的工件淬入将奥氏体化的工件淬入Ms点以点以上某温度盐浴中，等温保持足上某温度盐浴中，等温保持足够长时间，使之转变为下贝氏够长时间，使之转变为下贝氏体组织，然后取出在空气中冷体组织，然后取出在空气中冷却的淬火方法。却的淬火方法。特点：淬火热应力、组织应力特点：淬火热应力、组织应力小，变形小小，变形小 适用于形状复杂、尺寸精密件适用于形状复杂、尺寸精密件n2 淬透性的测定方法淬透性的测定方法n3 淬透性的实际意义淬透性的实际意义（五）（五）钢的淬透性钢的淬透性 工件淬火时

27、，由表面至心部的冷却速度逐渐降低，工件淬火时，由表面至心部的冷却速度逐渐降低，只有冷却速度大于钢的临界冷却速度只有冷却速度大于钢的临界冷却速度v v临界临界的区域才能得的区域才能得到全部马氏体。到全部马氏体。为什么引入为什么引入“淬透性淬透性”概念概念1 淬透性的概念淬透性的概念淬透性定义淬透性定义淬透层深度：淬透层深度：由工件表面由工件表面半马氏体点半马氏体点(50%M)的深度的深度 。利用测定的淬火钢件截面硬度分布曲线，可测利用测定的淬火钢件截面硬度分布曲线，可测定淬透层深度。定淬透层深度。 指奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能指奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力，具体用钢在一定条件下淬

28、火获得的淬透力，具体用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度和硬度的分布来表示，越深，淬透性层深度和硬度的分布来表示，越深，淬透性越高。越高。例：例：直径为直径为30mm的的45钢和钢和40CrNiMo试样棒，加试样棒，加热到奥氏体区（热到奥氏体区（840），然后用水进行淬火。分），然后用水进行淬火。分析两根试样棒截面的组织，测定其硬度。析两根试样棒截面的组织，测定其硬度。结果结果：45钢表面组织为钢表面组织为M，心部组织为，心部组织为F+S，表面，表面硬度硬度55HRC，心部硬度仅，心部硬度仅20HRC，说明，说明45钢试样钢试样棒心部未淬火；棒心部未淬火；40CrNiMo试样棒表面至心部均为试

29、样棒表面至心部均为M组织，硬度均组织，硬度均为为55HRC，可见可见40CrNiMo的淬透性比的淬透性比45钢好。钢好。硬度测量法：硬度测量法：50%M的硬度的硬度淬透层深度淬透层深度50%MM量和硬度随深量和硬度随深度的变化度的变化M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化区分两组概念：区分两组概念：n淬透性和实际工件的淬透层深度淬透性和实际工件的淬透层深度n淬透性淬透性(hardenability)与淬硬性（与淬硬性（theabilityofhardenquenching)n是指钢在淬火时获得马氏体的是指钢在淬火时获得马氏体的能力。能力。n钢的淬透性好坏取决于过冷奥钢的淬透性好坏取决于过冷

30、奥氏体的稳定性，或者说，取决氏体的稳定性，或者说，取决于钢的临界冷却速度。于钢的临界冷却速度。n从本质上说，淬透性是奥氏体从本质上说，淬透性是奥氏体所具有的一种特性，它取决于所具有的一种特性，它取决于奥氏体的化学成分、晶粒度和奥氏体的化学成分、晶粒度和均匀性。均匀性。淬透性淬透性淬硬性：淬硬性：表示钢淬火时的硬化能力。表示钢淬火时的硬化能力。指钢在淬火后获得的马氏体组织所能达到的指钢在淬火后获得的马氏体组织所能达到的最高硬度，取决于马氏体中的含碳量。最高硬度，取决于马氏体中的含碳量。例如：例如：n高碳工具钢的淬透性较差，但淬硬性却很高；高碳工具钢的淬透性较差，但淬硬性却很高；n而低碳合金钢淬透

31、性很好，但淬硬性却不高。而低碳合金钢淬透性很好，但淬硬性却不高。淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性两者没有必然的联系。两者没有必然的联系。1） 断口法断口法2） 临界直径法临界直径法3） 末端淬火法末端淬火法2 淬透性测定方法淬透性测定方法3）末端淬火法（）末端淬火法（Jominy法，法，1938年）年）GB/T 225-2006钢淬透性的末端淬火试验方法钢淬透性的末端淬火试验方法(Jominy试验试验)淬透性淬透性-“-“末端淬火法末端淬火法”测定测定（GB/T225-2006）635640JJdJHRCJ-J-表示末端淬透性；表示末端淬透性；d-d-至水冷端的距离，至水冷端的距离，mmmmHRC

32、-HRC-在该处测得的硬度值在该处测得的硬度值3. 淬透性的实际意义n淬透性属于钢的热处理工艺性能。 影响工件的力学性能； 是机器零件选材的重要参考数据； 制定合理的冷却工艺；二、钢的回火二、钢的回火n1回火目的（淬火组织的问题）回火目的（淬火组织的问题） a. 消除淬火应力，降低脆性消除淬火应力，降低脆性 b. 稳定工件尺寸，由于稳定工件尺寸，由于M，残余残余A不稳定不稳定 c. 获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。获得要求的强度、硬度、塑性、韧性。 2. 回火种类回火种类 通常回火钢性能取决于回火温度，回火通常回火钢性能取决于回火温度，回火温度温度，内应力，内应力，同时强硬度，同时强硬度，而

33、塑韧性，而塑韧性强韧性要求不同，回火温度不同。实用中根据强韧性要求不同，回火温度不同。实用中根据温度不同划分回火种类。回火可分为：低温回温度不同划分回火种类。回火可分为：低温回火、中温回火和高温回火。火、中温回火和高温回火。（1）低温回火（）低温回火（150250） 应用：应用： 工、模具钢；工、模具钢； 低碳马氏体钢低碳马氏体钢（2）中温回火（）中温回火（350500） 应用：弹簧钢、热锻模应用：弹簧钢、热锻模（3）高温回火（）高温回火（550680）应用：重要结构件，轴、齿轮等应用：重要结构件，轴、齿轮等调质处理调质处理：淬火：淬火+高温回火高温回火三、淬火加热缺陷及防止三、淬火加热缺陷及

34、防止1. 淬火工件的过热和过烧淬火工件的过热和过烧 工件在淬火加热时，由于温度过高或者时间过工件在淬火加热时，由于温度过高或者时间过长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做长造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫做过热过热。 轻微的过热可用延长回火时间来补救，严重的需进行轻微的过热可用延长回火时间来补救，严重的需进行一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。一次细化晶粒退火，然后再重新淬火。 淬火加热温度太高，是奥氏体晶界出现局部熔淬火加热温度太高，是奥氏体晶界出现局部熔化或者发生氧化的现象叫做化或者发生氧化的现象叫做过烧过烧。 过烧是加热缺陷，无法补救，只能报废。过烧是加热缺陷，无法补救，只能报废。2. 淬火加热时的氧化

35、和脱碳淬火加热时的氧化和脱碳 氧化氧化是钢件在加热时与炉气中的是钢件在加热时与炉气中的O2、H2O及及CO2等氧等氧化性气体发生的化学作用。化性气体发生的化学作用。采用脱氧良好的盐浴加热或可控气氛加热等方法防止钢的氧采用脱氧良好的盐浴加热或可控气氛加热等方法防止钢的氧化。化。 钢件在加热过程中，钢中的碳与气氛中的钢件在加热过程中，钢中的碳与气氛中的O2、H2O、CO2及及H2等发生化学反应，形成含碳气体逸出钢外，使等发生化学反应，形成含碳气体逸出钢外，使钢件表面含碳量降低，这种现象称为钢件表面含碳量降低，这种现象称为脱碳脱碳。防止氧化和脱碳的方法：加入无水分的木炭；采用盐炉加热、防止氧化和脱碳

36、的方法：加入无水分的木炭；采用盐炉加热、用铸铁屑覆盖工件表面、热涂硼酸；采用真空加热或可控气用铸铁屑覆盖工件表面、热涂硼酸；采用真空加热或可控气氛加热。氛加热。n复杂应力条件下，工件表面和心部承受复杂应力条件下，工件表面和心部承受不同应力状态，要求表面和心部具有不不同应力状态，要求表面和心部具有不同的性能。为此，发展了表面热处理技同的性能。为此，发展了表面热处理技术。如表面淬火工艺和表面化学热处理术。如表面淬火工艺和表面化学热处理工艺。还有复合加工工艺，如形变热处工艺。还有复合加工工艺，如形变热处理工艺等。理工艺等。10-3 其他类型热处理其他类型热处理一、钢的形变热处理n定义：将塑性变形与热

37、处理操作相互结合，定义：将塑性变形与热处理操作相互结合，使金属材料同时受到形变强化和相变强化的使金属材料同时受到形变强化和相变强化的一种综合工艺。一种综合工艺。n作用：提高钢的强度，改善塑性和韧性，简作用：提高钢的强度，改善塑性和韧性，简化工艺，节省能源。化工艺，节省能源。n分类：高温形变热处理、低温形变热处理等。分类：高温形变热处理、低温形变热处理等。1. 高温形变热处理高温形变热处理n将钢加热使之奥氏体化，并在略将钢加热使之奥氏体化，并在略低于奥氏体化温度下进行塑性变低于奥氏体化温度下进行塑性变形（轧制、拔丝、旋压等），成形（轧制、拔丝、旋压等），成形后立即淬火，使之发生马氏体形后立即淬火

38、，使之发生马氏体转变并回火以获得需要的性能。转变并回火以获得需要的性能。n变形量：变形量：2040%，终锻温度：，终锻温度：900以内。以内。n强化程度有限，强度提高，塑韧强化程度有限，强度提高，塑韧性大大提高。性大大提高。n应用：锻件、曲轴、连杆等。应用：锻件、曲轴、连杆等。2. 低温形变热处理低温形变热处理nAr1以下（以下（500600）变形量变形量6090%，抗拉，抗拉强度可达强度可达3300MPa，超，超高强钢的热处理。高强钢的热处理。n应用：飞机起落架、模应用：飞机起落架、模具、冲头、板簧具、冲头、板簧二、钢的表面淬火二、钢的表面淬火n表面和心部性能要求不同的工件，如汽表面和心部性

39、能要求不同的工件，如汽车、拖拉机上的传动齿轮，表面硬度要车、拖拉机上的传动齿轮，表面硬度要求求5862HRC，而心部硬度则要求为，而心部硬度则要求为3338HRC。n表面淬火工艺可达到这种表硬心韧的性表面淬火工艺可达到这种表硬心韧的性能要求能要求n种类：感应加热、激光加热、电子束加种类：感应加热、激光加热、电子束加热及火焰加热。热及火焰加热。（一）感应加热表面淬火感应加热表面淬火的分类感应加热表面淬火的分类n(1) 高频感应加热表面淬火高频感应加热表面淬火 801000kHz，淬，淬硬深度为硬深度为0.52mm。中小模数齿轮、轴类零。中小模数齿轮、轴类零件等。件等。n(2) 中频感应加热表面淬

40、火中频感应加热表面淬火25008000Hz，淬，淬硬深度硬深度36mm，直径较大的轴类和较大模数，直径较大的轴类和较大模数的齿轮等。的齿轮等。n(3) 工频淬火工频淬火 50Hz，淬硬深度达，淬硬深度达1015mm，直径大于直径大于300mm的轧辊及轴类零件等。的轧辊及轴类零件等。(二二) 感应加热表面淬火的特点感应加热表面淬火的特点n淬火温度高淬火温度高：（：（Ac3+80150）组织：）组织：MM+F+托托 氏体氏体F+P/回火索氏体回火索氏体n升温速度快，保温时间极短。升温速度快，保温时间极短。n表面硬、脆性低。表面硬、脆性低。n耐腐蚀性好，调质态比正火态冲击韧度高耐腐蚀性好，调质态比正

41、火态冲击韧度高n表面质量好、变形小，不易氧化、脱碳、表面质量好、变形小，不易氧化、脱碳、n生产过程易于控制，适用于大批量生产。生产过程易于控制，适用于大批量生产。不足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。不足：设备较贵、复杂零件的感应器不易制造。适用材料：碳含量为适用材料：碳含量为0.40.5%的中碳碳素钢和合金钢。的中碳碳素钢和合金钢。三、钢的化学热处理三、钢的化学热处理n( (一一) ) 一般过程：一般过程： 加热加热：将工件加热到一定温度使之有利：将工件加热到一定温度使之有利于吸收渗入元素活性原子；于吸收渗入元素活性原子；分解分解：有化：有化合物分解或离子转变而得到渗入元素活合物分解或离

42、子转变而得到渗入元素活性原子；性原子；吸收吸收：活性原子被吸附并溶入：活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶体或化合物；工件表面形成固溶体或化合物；扩散扩散：渗入原子在一定温度下，由表层向内部渗入原子在一定温度下，由表层向内部扩散形成一定深度的扩散层。扩散形成一定深度的扩散层。化学热处理方法化学热处理方法n渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性能；渗碳、碳氮共渗可提高钢的硬度、耐磨性及疲劳性能；n渗氮、渗硼、渗铬是工件表面特别硬，可显著提高耐渗氮、渗硼、渗铬是工件表面特别硬，可显著提高耐磨性和耐蚀性；磨性和耐蚀性；n渗铝可提高耐热抗氧化性；渗铝可提高耐热抗氧化性；n渗硫可提高减摩性；渗硫可

43、提高减摩性；n渗硅可提高耐酸性等。渗硅可提高耐酸性等。常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗和氮碳共渗。常用：渗碳、渗氮和碳氮共渗和氮碳共渗。(二二) 钢的渗碳钢的渗碳u渗碳渗碳:向低碳钢件放入渗碳介质中，在向低碳钢件放入渗碳介质中，在900950加热保温，使活性碳原子渗入工件表面并获得高加热保温，使活性碳原子渗入工件表面并获得高碳渗层的工艺方法。碳渗层的工艺方法。u目的目的:是使工件在热处理后表面具有高硬度和高的是使工件在热处理后表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持低碳钢良好的塑、韧性。耐磨性，而心部仍保持低碳钢良好的塑、韧性。u应用：齿轮、凸轮、活塞、轴类等。应用：齿轮、凸轮、活塞、轴类等。u渗碳

44、用钢：合金渗碳钢含碳量渗碳用钢：合金渗碳钢含碳量0.150.25之间。之间。15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等等1. 渗碳方法渗碳方法(1) 固体渗碳固体渗碳将低碳钢件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中，密封后送入炉中将低碳钢件放入装满固体渗碳剂的渗碳箱中，密封后送入炉中加热至渗碳温度，使活性碳原子渗入工件表层。加热至渗碳温度，使活性碳原子渗入工件表层。根据渗碳剂的不同，钢的渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和根据渗碳剂的不同，钢的渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，常用的是前两种。液体渗碳，常用的是前两种。渗碳剂：木炭加碳酸盐渗碳剂：木炭加碳酸盐渗碳温度：渗碳温度：9009

45、30优点：工艺简单，适宜单件或优点：工艺简单，适宜单件或小批量生产。小批量生产。缺点：加热时间长，效率低，缺点：加热时间长，效率低，渗层深度及质量不易控制。渗层深度及质量不易控制。(2) 气体渗碳气体渗碳 n滴注式气体渗碳滴注式气体渗碳：将工件置于密封的加热炉中，将工件置于密封的加热炉中，滴入滴入煤油、丙酮、甲苯及甲醇煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有机热体，在炉中形等有机热体，在炉中形成含有成含有H2、CH4、CO、和少量的、和少量的CO2的渗碳气氛，的渗碳气氛，钢件在高温下与气体介质发生反应而形成渗碳。钢件在高温下与气体介质发生反应而形成渗碳。n渗碳剂：渗碳剂：液体或气体碳氢化物液体或气体碳氢化物。n渗后须进行渗后须进行淬火淬火，获得高硬度、高耐磨，获得高硬度、高耐磨性。性。2. 渗碳后的成分、组织和厚度渗碳后的成分、组织和厚度 渗碳缓冷后组织如图所示。即由工件表面到心部依次为：过渗碳缓冷后组织如图所示