第四节钢的退火与正火

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：

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.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碳钢的硬度与热处理关系图4.4各种退火及正火的加热温度范围图4.5碳钢的淬火加热温度范围4.2钢的淬火淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30°C～50°C，经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。淬火加热温度和加热时间

碳钢的淬火加热温度范围如图所示。

1-单介质淬火法；2-双介质淬火法；3-马氏体分级淬火法；4-贝氏体等温淬法

图4.7各种淬火方法示意图淬火冷却方法淬火冷却介质使零件获得某种冷却速度的介质称为淬火冷却介质。最常用的有水、盐（碱）水、油三类。图4.6理想淬火冷却曲线45号钢在水中,油中,空气中冷却后得到组织及硬度:

表面淬火方法是将淬火零件迅速加热至相变温度以上，而心部未被加热，然后迅速冷却，使零件表层获得马氏体而心部仍为原始组织的“外硬内韧”状态。一、感应加热表面淬火二、火焰加热表面淬火4.3钢的表面淬火见视频134.4钢的回火回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理工艺。回火目的（1）消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。（2）稳定组织、尺寸和形状，保证零件的使用精度和性能。（3）调整零件的强度、硬度，获得所需的韧性和塑性。回火组织转变及性能变化

回火时的加热、保温将促使淬火马氏体和残余奥氏体向稳定组织转变，可分为四个阶段：马氏体的分解；残余奥氏体的分解；渗碳体的形成；渗碳体聚集长大。淬火钢回火时硬度和强度随温度升高而下降，其塑性和韧性相应提高。回火工艺及应用钢淬火回火后的组织和性能取决于回火温度，根据回火温度不同，回火方法分为三种：低温回火（150℃～250℃）；中温回火（350℃～500℃）；高温回火（500℃～650℃）。

回火规范主要用于碳钢和低合金钢，对含合金元素多的合金钢则应适当提高回火温度。回火脆性淬火钢在某些温度区间回火，或从回火温度缓慢冷却通过该温度区，产生的组织冲击韧性显著降低，这现象称为回火脆性4.5钢的淬透性

钢铁淬透性

钢的淬透性是在规定的淬火条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。通常用所获得的淬硬层深度来表示。图4.8工件截面的不同冷却速度

钢的淬硬层深度是指从淬硬的工件表面量至规定硬度值处的垂直距离。

淬透性高的钢材淬硬层深度一定深吗?

影响钢的淬透性的因素：与钢的临界冷速有关，临界冷速越小，钢的淬透性越大。1钢的含碳量2合金元素(Mn,Cr,Si,Ni)(Co,Al)钢中未熔解物质钢的淬硬性是指钢在淬火时所能获得的最高硬度。它反映钢材在淬火时的硬化能力。与马氏体的含碳量及马氏体本身量有关。淬透性的测试方法常用的测定方法有临界直径法和端淬试验法。1对承受交变载荷和动载荷下,整体界面受力均匀,应力状态较复杂的零件,拉杆、锻模、锤杆等工件，应选用淬透性好的钢。2受交变应力和振动的弹簧类零件,也应用淬透性好的钢。淬透性与选材关系3受弯曲和扭转应力的轴类零件，受力时应力分布不均匀，可选用淬透性较低的钢。4工具类零件，为保证强度，硬度均匀一致，要求高强度，高硬度，高耐磨性，高淬透性。对于形状复杂或尺寸精度要求高的工件，应选用高淬透性材料。根据淬透性选择材料必须考虑工件的尺寸效应。4.6固溶热处理与时效强化

固溶热处理是将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以达到过饱和固溶体的工艺。Cr18Ni9Ti奥氏体不锈钢

时效处理是合金工件经固溶热处理后在室温和稍高于室温保温，在金属的过饱和固溶体中形成溶质原子偏聚区和由之脱溶出微粒弥散分布于基体中导致硬化，达到沉淀硬化的目的。经过固溶热处理后进行时效应具备的条件是：1.材料对合金元素应具有一定的溶解度。2.合金元素的溶解度随温度的降低而减小。3.高温固溶的合金元素快速冷却后成为过饱和固溶体。4.在低温下，合金元素具有一定的扩散速度。

1-风扇电动机；2-废气火焰；3-炉盖；4-砂封；5-电阻丝；6-耐热罐；7-工件；8-炉体图4.9气体渗碳示意图4.7钢的化学热处理化学热处理的基本过程由三个阶段组成：1、活性原子的产生2、活性原子的吸收3、活性原子的扩散

钢的化学热处理是将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入表层，以改变其化学成分、组织、和性能的热处理工艺。一、渗碳1、气体渗碳2、固体渗碳二、渗氮也称为氮化处理三、碳氮共渗四、渗硼五、渗金属见视频13图4.10

避免尖角设计（2）零件截面厚度应力求均匀

图4.11避免厚薄悬殊4.8热处理零件的结构工艺性及技术条件标注

热处理零件