工程材料第章

第4章金属材料热处理4.1退火与正火4.8热处理零件的结构工艺性及技术条件标注4.7钢的化学热处理4.6固溶热处理与时效强化4.5钢的淬透性4.4钢的回火

4.3钢的表面淬火4.2钢的淬火

图4.1热处理工艺曲线

金属材料的热处理是金属材料在固态下，通过适当的方式进行加热、保温和冷却，改变材料内部组织结构，从而改善材料性能的一种工艺方法。也称之为金属材料的改性处理。热处理的工艺过程如图：根据工序位置，热处理可分为预备热处理和最终热处理。根据热处理的目的要求和工艺方法的不同，热处理可分为三大类：

4.1.1退火退火是将钢加热到预定温度，保温一定时间后缓慢冷却，获得接近于平衡组织的热处理工艺。退火的目的是：（1）降低硬度，改善切削加工性。（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。4.1退火与正火根据钢成分和退火的目的不同，退火可分为完全退火、球化退火、扩散退火和去应力退火。1.完全退火将钢加热到Ac3以上30℃

～50℃

，保温一定时间后随炉冷却到500℃以下再出炉空冷的热处理工艺。图4.2高速钢等温退火与完全退火的比较2.球化退火将钢加热到Ac1以上10℃～30℃，保温较长时间缓慢冷却到600℃以下，再出炉空冷的热处理工艺。适用于共析钢,过共析钢的退火,使钢中二次渗碳体和珠光体中的渗碳体球化,降低硬度,提高切削加工性能,并减小最终淬火变形和开裂,为以后热处理做准备.3.扩散退火（均匀化退火）将钢加热到Ac3以上150℃～200℃，长时间保温（10～15h）后随炉缓冷。适用于大型铸锻件,消除其化学成分的偏析和组织不均匀性.扩散退火容易使钢晶粒粗大,所以要进行完全退火或正火以细化晶粒.4.去应力退火

加热低于Ac1以上，一般为500℃～650℃，充分保温后缓慢冷却到200℃出炉空冷.在退火过程中无组织变化,适用于铸锻焊件及经过切削加工的零件,消除毛胚零件中的残余应力,稳定工件尺寸,减少零件在适用中的变形和裂纹倾向.4.1.2正火

正火是将钢加热到Ac3或Ac㎝以上30℃～50℃，保温适当时间后在静止空气中冷却的热处理工艺。正火组织晶粒细小,分布较均匀图4.3碳钢钢的的硬硬度度与与热热处处理理关关系系图4.4各种种退退火火及及正正火火的的加加热热温温度度范范围围图4.5碳钢钢的的淬淬火火加加热热温温度度范范围围4.2钢的的淬淬火火淬火火是是将将钢钢加加热热到到Ac3或Ac1以上上30°°C～50°°C，经经过过保保温温后后在在冷冷却却介介质质中中迅迅速速冷冷却却的的热热处处理理工工艺艺。。4.2.1淬火火加加热热温温度度和和加加热热时时间间碳钢钢的的淬淬火火加加热热温温度度范范围围如如图图所所示示。。1-单介介质质淬淬火火法法；；2-双介介质质淬淬火火法法；；3-马氏氏体体分分级级淬淬火火法法；；4-贝氏氏体体等等温温淬淬法法图4.7各种种淬淬火火方方法法示示意意图图4.2.3淬火火冷冷却却方方法法4.2.2淬火火冷冷却却介介质质使零零件件获获得得某某种种冷冷却却速速度度的的介介质质称称为为淬淬火火冷冷却却介介质质。。最最常常用用的的有有水水、、盐盐（（碱碱））水水、、油油三三类类。。图4.6理想想淬淬火火冷冷却却曲曲线线45号钢钢在在水水中中,油中中,空气气中中冷冷却却后后得得到到组组织织及及硬硬度度:表面面淬淬火火方方法法是是将将淬淬火火零零件件迅迅速速加加热热至至相相变变温温度度以以上上，，而而心心部部未未被被加加热热，，然然后后迅迅速速冷冷却却，，使使零零件件表表层层获获得得马马氏氏体体而而心心部部仍仍为为原原始始组组织织的的““外外硬硬内内韧韧””状状态态。。一、、感感应应加加热热表表面面淬淬火火二、、火火焰焰加加热热表表面面淬淬火火4.3钢的的表表面面淬淬火火见视视频频134.4钢的的回回火火回火火就就是是把把经经过过淬淬火火的的零零件件重重新新加加热热到到低低于于Ac1某一一温温度度，，适适当当保保温温后后，，冷冷却却到到室室温温的的热热处处理理工工艺艺。。4.4.1回火火目目的的（1）消消除除或或降降低低内内应应力力，，降降低低脆脆性性，，防防止止变变形形和和开开裂裂。。（2）稳稳定定组组织织、、尺尺寸寸和和形形状状，，保保证证零零件件的的使使用用精精度度和和性性能能。。（3）调调整整零零件件的的强强度度、、硬硬度度，，获获得得所所需需的的韧韧性性和和塑塑性性。。4.4.2回火火组组织织转转变变及及性性能能变变化化回火火时时的的加加热热、、保保温温将将促促使使淬淬火火马马氏氏体体和和残残余余奥奥氏氏体体向向稳稳定定组组织织转转变变，，可可分分为为四四个个阶阶段段：：马马氏氏体体的的分分解解；；残残余余奥奥氏氏体体的的分分解解；；渗渗碳碳体体的的形形成成；；渗渗碳碳体体聚聚集集长长大大。。淬火火钢钢回回火火时时硬硬度度和和强强度度随随温温度度升升高高而而下下降降，，其其塑塑性性和和韧韧性性相相应应提提高高。。4.4.3回火火工工艺艺及及应应用用钢淬淬火火回回火火后后的的组组织织和和性性能能取取决决于于回回火火温温度度，，根根据据回回火火温温度度不不同同，，回回火火方方法法分分为为三三种种：：低温温回回火火（（150℃～250℃）；；中中温温回回火火（（350℃～500℃）；；高高温温回回火火（（500℃～650℃）。。回火火规规范范主主要要用用于于碳碳钢钢和和低低合合金金钢钢，，对对含含合合金金元元素素多多的的合合金金钢钢则则应应适适当当提提高高回回火火温温度度。。4.4.4回火脆脆性淬火钢钢在某某些温温度区区间回回火，，或从从回火火温度度缓慢慢冷却却通过过该温温度区区，产产生的的组织织冲击击韧性性显著著降低低，这这现象象称为为回火火脆性性脱硫泵泵泵体体裂纹纹热处理理工艺艺:退火:800-850℃正火：：960-1000℃回火：：650℃4.5钢的淬淬透性性4.5.1钢铁淬淬透性性钢的淬淬透性性是在规规定的的淬火火条件件下，，决定定钢材材淬硬硬深度度和硬硬度分分布的的特性性。通通常用用所获获得的的淬硬硬层深深度来来表示示。图4.8工件截截面的的不同同冷却却速度度钢的淬淬硬层层深度度是指从从淬硬硬的工工件表表面量量至规规定硬硬度值值处的的垂直直距离离。淬透性性高的的钢材材淬硬硬层深深度一一定深深吗?影响钢钢的淬淬透性性的因因素：：与钢的的临界界冷速速有关关，临临界冷冷速越越小，，钢的的淬透透性越越大。。1钢的含含碳量量2合金元元素(Mn,Cr,Si,Ni)(Co,Al)钢中未未熔解解物质质钢的淬淬硬性性是指钢钢在淬淬火时时所能能获得得的最最高硬硬度。。它反反映钢钢材在在淬火火时的的硬化化能力力。与与马氏氏体的的含碳碳量及及马氏氏体本本身量量有关关。4.5.2淬透性性的测测试方方法常用的的测定定方法法有临界直直径法法和端淬试试验法法。1对承受受交变变载荷荷和动动载荷荷下,整体界界面受受力均均匀,应力状状态较较复杂杂的零零件,拉杆、、锻模模、锤锤杆等等工件件，应应选用用淬透透性好好的钢钢。2受交变变应力力和振振动的的弹簧簧类零零件,也应用用淬透透性好好的钢钢。4.5.3淬透性性与选选材关关系3受弯曲曲和扭扭转应应力的的轴类类零件件，受受力时时应力力分布布不均均匀，，可选选用淬淬透性性较低低的钢钢。4工具类类零件件，为为保证证强度度，硬硬度均均匀一一致，，要求求高强强度，，高硬硬度，，高耐耐磨性性，高高淬透透性。。对于形形状复复杂或或尺寸寸精度度要求求高的的工件件，应应选用用高淬淬透性性材料料。根据淬淬透性性选择择材料料必须须考虑虑工件件的尺尺寸效效应。。4.6固溶热热处理理与时时效强强化固溶热热处理理是将合合金加加热到到高温温单相相区恒恒温保保持，，使过过剩相相充分分溶解解到固固溶体体中后后快速速冷却却，以以达到到过饱饱和固固溶体体的工工艺。。Cr18Ni9Ti奥氏体体不锈锈钢时效处处理是合金金工件件经固固溶热热处理理后在在室温温和稍稍高于于室温温保温温，在在金属属的过过饱和和固溶溶体中中形成成溶质质原子子偏聚聚区和和由之之脱溶溶出微微粒弥弥散分分布于于基体体中导导致硬硬化，，达到到沉淀淀硬化化的目目的。。经过固固溶热热处理理后进进行时时效应应具备备的条条件是是：1.材料对对合金金元素素应具具有一一定的的溶解解度。。2.合金元元素的的溶解解度随随温度度的降降低而而减小小。3.高温固固溶的的合金金元素素快速速冷却却后成成为过过饱和和固溶溶体。。4.在低温温下，，合金金元素素具有有一定定的扩扩散速速度。。1-风扇电动机机；2-废气火焰；；3-炉盖；4-砂