第7章钢的热处理第4节以后

第4节钢的退火

机械零件的一般加工工艺为：

毛坯（铸/锻）→预备热处理（正火/退火）→机加工→最终热处理退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。

退火：将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却获得平衡组织的热处理工艺。

工艺：1、完全退火（退火）目的：细化组织；调整硬度有利切削；适于钢种：亚共析碳钢；合金钢的铸、锻件时间：数十小时~几天将工件加热到Ac3+30~50℃保温后缓冷，至550℃下出炉空冷。为缩短工时，发展了“等温退火”工艺：加热温度(Ac1＋20-30℃)保温，然后等温冷却/非常缓慢的速度冷却。组织：球状P（F+颗粒状Fe3C）目的：降低硬度、提高切削性；

为淬火作组织准备。适于钢种：共析钢和过共析钢、合金工具钢3、球化退火是将钢中渗碳体球化、获得球状珠光体的退火工艺。球状珠光体完全退火与球化退火视频4、再结晶退火将冷变形金属加热到再结晶温度以上，消除加工硬化和内应力，恢复加工变形能力的方法。目的：消除冷加工后的残余内应力，以稳定尺寸，减少变形。7、去应力退火应用钢种：冷变形钢件工艺：将冷变形后的金属加热到Ac1温度以下保温，缓慢冷却的热处理工艺。6、扩散退火目的：消除偏析，使成分、组织均匀化。适于钢种：合金钢铸件、焊接件及锻坯。特点：高温加热时间长，10~15h，效率低，偏析严重时才用。工艺：将金属铸锭/件或锻坯，在Ac3/Accm以上150~200℃（略低于固相线的温度）长时间保温，然后缓慢冷却。正火：将钢件加热到临界温度以上30~50℃保温，在空气中冷却获得P的热处理工艺。第5节钢的正火正火比退火冷却速度大；正火组织比退火组织更细小，钢的强度硬度较高。1.改善低碳钢切削加工性能。2.消除碳钢热加工缺陷，均匀组织。3.减少过共析钢的网状碳化物的形成。Fe3CII4.作为最终热处理，提高普通结构件的力学性能。应用：低碳钢中的带状组织1、从切削加工性上考虑（最佳切削硬度170～220HBS）低碳钢（＜0.25％C）高碳钢（>0.7％C）退火与正火的选用原则在性能和工艺满足的情况下，尽量正火3、从经济性上考虑2、从使用性能上考虑对性能要求不太高的零件，选用正火（P）作为最终热处理。→常用正火，提高硬度，防粘刀→正火（提高生产率）→

球化退火中碳钢、合金工具钢（0.25～0.6％C）满足一般性能又能提高效率。第6节钢的淬火

淬火：将钢加热到高于临界温度，保温后以大于临界冷却速度冷却，使过冷A转变为M或B下的热处理工艺。！不能根据冷速来判断是否为淬火，获得M或者B下是关键淬火目的：提高钢的强度、硬度和耐磨性；淬火+回火=良好的综合性能小零件淬火大型钢材淬火一、淬火温度的选择1、亚共析钢：Ac3＋30～50℃2、共析钢、过共析钢：Ac1＋30～50℃心部温度达到以及F完全溶解可获得A细+少量渗碳体温度过高：A中含碳量过大，淬火开裂倾向大二、淬火介质水、油、盐水和空气理想的冷却曲线：在C曲线鼻尖处快冷，在Ms附近缓冷，既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。目前还没找到理想淬火介质。理想淬火曲线示意图MsMf箱式电阻炉燃气炉1、油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。3、盐水作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之上，高温冷却快，低温冷却变形开裂严重，于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。2、水的冷却能力强，低温时冷却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。MsMf四、淬火的方法1、单液淬火法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。适于形状简单的碳钢和合金钢，操作简单，易实现自动化。Ms各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法213缺点：水冷易开裂，油冷难淬硬2、双液淬火法优点：可淬硬，减少内应力；缺点：操作不易掌握。工件先在一种冷却能力强的介质中冷却，躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷.各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法213Ms用于形状复杂的高碳钢件及大截面合金钢件。3、分级淬火法优点：进一步降低内应力，用于小尺寸工件，如：刀具，量具。在略高Ms附近的盐浴或碱浴炉中保温，待内外温度均匀后再取出空冷至室温，获得M。各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法213Ms缺点：盐碱浴炉冷速慢，大截面难达到临界冷速。4、等温淬火法将工件在高于Ms的盐浴或碱浴炉中保温足够长时间，从而获得B下的淬火方法。优点：淬火内应力小，有效防止开裂变形，强韧结合的力学性能，适用于形状复杂及要求较高的小型件。各种淬火方法示意图1—单液淬火法2—双液淬火法3—分级淬火法4—等温淬火法213Ms缺点：生产周期较长7、冷处理目的：尽量减少钢中A’的数量以获得最大数量的M。优点：提高钢的硬度和耐磨性，稳定工件的尺寸，对于高精度的精密零件尤为重要（量具钢）。工艺：将淬火钢继续冷却到-70～-80℃（或更低温度），并保持一段时间，使A’在继续冷却中转变为马氏体。不同冷却条件下的转变产物等温退火P退火(炉冷)正火(空冷)P(油冷)P+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’单液淬火(水冷)A1MSMf时间温度淬火PP均匀A细A0三、钢的淬透性 1、淬透性指钢在淬火时获得M的能力，淬火后获得M的深度越大，其淬透性越好。是钢本身固有属性。马氏体区非M区取决于？马氏体区淬透层深度是指由工件表面到半M区(50%M+50%P)的深度若工件淬火后心部获得50%以上的M区域，可以认为该工件被淬透。淬透深度：淬透性与淬透深度的关系：（1）淬透性是钢的一种属性，与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过淬透层深度来确定的。（2）实际工件的淬透层深度与钢的淬透性、工件尺寸及淬火介质的冷却能力等许多因素有关。例如：45钢在水中淬火，工件的体积越小，则冷却速度越快，淬透层越深；尺寸相同的45钢，水淬比油淬的淬透层深。例如：两个相同尺寸的45钢和T8钢，相同条件下淬火，T8钢的淬透层深度大，淬透性好。注意钢的淬透性、淬硬性和淬透深度几个概念的区别1、同一钢种在水中淬火，小件比大件淬透层深。

2、同一钢种，水淬时比油淬时淬透性好。3、高碳钢比低碳钢的淬硬性好。判断：淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。和碳含量有关，C%越高，淬硬性越高。两种钢的淬透性和淬硬性的对比00直径直径硬度HRC（注：棒料直径相同，在相同淬火介质中淬火）淬透区硬度HRC2、淬透性的测量顶端淬火法淬透性表示方法：JHRC/d如：距水冷端3mm处的硬度值为43HRC。表示为J43/3对比：表面中心表面HRCσbσ0.2AKU（a）已淬透淬透性对调质后钢的力学性能的影响HRCAKU表面表面中心σ0.2σb（b）未淬透钢的化学成分:

（1）含碳量共析钢的C曲线最靠右，Vk最小，淬透性最好。（2）合金元素

除Co外，其余合金元素降低Vk，C曲线右移，淬透性↑。影响淬透性的因素：钢的淬透性越好，能淬透的截面尺寸越大，为增加有效淬硬深度，须选择过冷奥氏体很稳定的合金钢。各类弯、扭件要求淬透1/4R～1/3R，轴类、齿轮等。2、热处理工艺制定的依据１、根据零件不同的工作条件合理确定钢的淬透性要求受拉、压、冲击载荷零件必须淬透，螺栓、连杆、模具、弹簧。3、淬透性的实际意义焊接工件应选用低淬透性钢，避免焊后冷却获得M，开裂。淬透性高的，可缓冷，避免变形和开裂；高强螺栓柴油机连杆齿轮不同冷却条件下的转变产物等温退火P退火(炉冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf时间温度淬火PP均匀A细A？？？第7节钢的回火回火的目的：

螺杆表面的淬火裂纹回火是指将淬火钢加热到Ac1以下的某温度保温后冷却的工艺。1、降低或消除淬火内应力，防止变形或开裂。2、降低钢的脆性，调整力学性能。3、稳定尺寸。未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂，因此，钢经淬火后应立即进行回火。一、淬火钢回火时组织和性能变化

淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。1、马氏体的分解100℃回火时，钢的组织无变化。100-200℃加热时，马氏体将发生分解，从马氏体中析出碳化物(FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用M回表示。200-300℃时,由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降,Ms上升，A’分解为-碳化物和过饱和铁素体，即M回。2、残余奥氏体分解 250-400℃时，-碳化物溶解于F中，并从铁素体中析出Fe3C。到350℃,马氏体含碳量降到铁素体平衡成分,内应力大量消除，M回转变为铁素体基体上分布着细粒状Fe3C组织，称回火托氏体，用T回表示。3、-碳化物转变为Fe3C回火TT4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化 400℃以上，Fe3C开始聚集长大。450℃以上铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形。这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状Fe3C的组织称回火索氏体，S回表示。回火SS5、回火时的性能变化

随回火温度提高，

钢的强度、硬度下降，

塑性、韧性提高。区别：A分解得到的P、S、T以及M回、T回、S回相同硬度下：强度基本相同但M回、S回、T回的塑性、韧性高二、回火的分类和应用

根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。淬火+高温回火的热处理称作调质三、回火脆性

在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象。1、第一类回火脆性

2、第二类回火脆性高温回火脆。淬火钢在500-650℃范围内回火后缓冷时出现的脆性。低温回火脆。淬火钢在250-350℃回火时出现的脆性。只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。回火时应避开这一温度范围。防止办法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(约1%)、Mo(约0.5%)。第8节钢的表面淬火通过对工件表面快速加热然后淬火冷却的工艺，表层为淬火马氏体，心部为原始组织。表面淬火用材料：

0.4-0.5%C的中碳钢：表硬里韧含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降;含碳量过高，心部韧性下降；感应加热表面淬火示意图一、感应加热表面淬火利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热的方法。机床导轨表面淬火齿轮表面淬火后的回火：采用低温回火，温度不高于200℃。回火目的为降低内应力，保留淬火高硬度、耐磨性。①高频感应加热

频率为250-300KHz，

淬硬层深度0.5-2mm传动轴连续淬火感应器感应加热表面淬火齿轮的截面图感应加热分为：②中频感应加热

频率为2500-8000Hz，淬硬层深度2-10mm。各种感应器中频感应加热表面淬火的机车凸轮轴③工频感应加热

频率为50Hz，淬硬层深度10-15mm各种感应器感应穿透加热二、

火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火利用乙炔火焰直接加热工件表面的方法。成本低，但质量不易控制第9节钢的化学热处理

将工件置于特定介质中加热保温，使介质中活性原子渗入工件表层，从而改变工件表层化学成分和组织，进而改变其性能的热处理工艺。1、与表面淬火相比，化学热处理不仅改变钢的表层组织，

还改变其化学成分。2、根据渗入的元素不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、

多元共渗、渗其他元素等。

获得表硬里韧性能的方法之一。化学热处理的基本过程：（1）介质(渗剂)的分解:分解的同时释放出活性原子。

如：渗碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]（2）工件表面的吸收:活性原子向固溶体溶解或与钢中某些元素形成化合物。（3）高温下被渗原子向内部扩散。

渗碳目的：提高工件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，同时保持心部良好的韧性。一、渗碳经渗碳的机车从动齿轮渗碳用钢：为含0.1-0.3%C的低碳钢。碳高则心部韧性降低。渗剂：气体(煤气、液化气等)或有机液体(煤油、甲醇等)。1、气体渗碳法将工件放入密封炉内，在高温900-950℃渗碳气氛中渗碳。优点：质量好，

效率高；缺点：渗层成分与深度不易控制。2、固体渗碳法

将工件埋入渗剂中，装箱密封后在高温下加热渗碳。

渗剂：木炭。

优点：操作简单；

缺点：渗速慢，劳动条件差。真空渗碳炉3、渗碳后的热处理—获得M

淬火+低温回火

（1）直接淬火法：

将工件自然渗碳温度预冷到略高于Ac3温度直接淬火，

回火温度为160-180℃。M+Fe3CII+A‘（2）一次淬火法：

即渗碳缓冷后重新加热淬火，回火后M回+Fe3C+A‘（3）二次