第七章-钢的热处理工艺精讲

第七章钢的热处理工艺

7.1退火7.2正火7.3淬火7.4回火7.5表面热处理7.6化学热处理7.1退火(Annealing)退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到确定温度保温确定时间，然后以缓慢的速度冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺；退火分类：亚临界退火：低于临界温度A1的退火；不完全退火：临界温度A1~A3(Acm)之间的退火；完全退火：临界温度A3(Acm)以上的退火；退火工艺：完全退火（重结晶退火）、等温退火、球化退火(不完全退火）、扩散退火（匀整化退火）、去应力退火（低温退火）、中间退火（再结晶退火）退火目的：消退残余应力；降低硬度以改善切削加工性能；细化晶粒，调整组织。（1）完全退火(重结晶退火):把钢加热到Ac3＋20℃~30℃，保温确定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺；适用钢：亚共析钢，完全退火后组织为F+P;目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消退内应力；留意：完全退火主要用于亚共析钢，过共析钢不宜接受，因为加热到Accm以上缓冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。（2）等温退火：是将钢或毛坯加热到Ac3＋20℃~30℃，保温适当的时间，较快地冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。“等温”的含义是，发生珠光体转变时是在Ar1以下珠光体转变区间的某一温度等温进行；目的：缩短退火时间，提高生产效率，获得匀整的组织和性能；留意：等温退火的目的与完全退火相同，但转变较易限制，能获得匀整的预期组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。（3）球化退火（不完全退火）：是使钢中碳化物球状化的热处理工艺。加热温度：Ac1＋10~30℃；适用钢种：主要用于共析钢和过共析钢，如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化；目的：降低硬度、匀整组织、改善切削性能，为淬火作组织准备，获得粒状珠光体；片状珠光体→→→→球状珠光体（4）扩散退火（匀整化退火）：为削减钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不匀整性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺。温度范围：Ac3或Accm＋150~300℃，保温时间：10h~15h留意：扩散退火后钢的晶粒粗大，须要完全退火或正火处理；扩散退火温度区间（5）去应力退火（低温退火）：为消退铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余内应力而进行的低温退火。退火温度：500-650℃，保温后随炉缓慢冷却；目的：消退因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂；（6）中间退火（再结晶退火）：金属材料由于冷加工产生加工硬化，韧性下降，使进一步加工困难。这时常接受中间退火来复原韧性，这种在过程之间的退火称为中间退火，通常也称再结晶退火。温度：Ac1以下11~22℃保温适当时间，空冷7.2正火（常化处理）（Normalizing)正火：钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析钢)和Accm(对于过共析钢)以上30-50℃，保温适当时间，在静止的或稍微搅动的空气中匀整冷却，得到含有珠光体组织的热处理方式；正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+Fe3CII。正火应用范围：全部成分的碳钢锻件和铸件。留意：奥氏体钢、不锈钢和沉淀硬化钢通常不进行正火处理。应用：①作为最终热处理细化晶粒，组织匀整化，增大P含量并细化，一般结构钢件；②作为预先热处理淬火或调质处理前，以消退魏氏组织(组织特征是先共析铁素体沿奥氏体确定晶面呈针片状析出）和带状组织，过共析钢是为了消退网状碳化物；③改善切削加工性能低碳钢和某些低碳低合金钢接受正火来调整硬度。留意：（1）正火与完全退火的区分在于冷却速度更快，目的是使钢的组织正常化，又称常化处理。（2）有些钢如W18Cr4V高速钢在空气中冷却得到的是马氏体，不能称为正火，而是淬火。退火和正火的缺陷及其质量限制1）退火硬度偏高：主要是由于退火时奥氏体化温度低、冷速快等造成。可通过重新退火改善。2）球化不完全：共析钢和过共析钢球化退火组织中出现细片状珠光体和点状珠光体，不仅使硬度偏高，而且在随后淬火时开裂倾向大。可通过重新球化退火，使渗碳体呈圆而匀分布。3）退火时形成石墨碳：碳素工具钢假如退火温度高、保温时间长或多次返修退火，会导致渗碳体发生分解形成石墨碳，且在石墨四周是大块铁素体。由于石墨碳的存在，淬火时易形成软点和开裂，工模具在运用过程中易发生磨损或崩刃。4）过共析钢正火时出现网状二次渗碳体：过共析钢球化退火前为消退二次渗碳体接受正火处理，假如工件尺寸太大，冷速过于缓慢，则达不到消退二次网状渗碳体的目的。必需接受鼓风冷却或喷淋水冷等方法加快正火冷却速度。7.3淬火（Quenching)淬火：经过奥氏体化的钢以大于临界冷却速度vk进行冷却，获得不平衡组织（马氏体或下贝氏体）的热处理工艺；1、淬火加热温度亚共析钢：Ac3以上30-50℃共(过共)析钢：Ac1以上30-50℃淬火加热时间:包括升温时间和保温时间两个阶段，工厂中接受阅历公式计算。2、淬火冷却介质淬火时如何达到既能获得马氏体组织，又能减小变形和开裂倾向的目的？途径：找寻一种比较志向的淬火冷却介质；从淬火的冷却方法上设法改进。志向的冷却曲线：应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms旁边尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。志向冷却介质：使淬火钢件的冷却过程符合志向冷却速度的介质。志向淬火介质的冷却实力650℃以上缓冷，降低淬火热应力；650℃-400℃快冷，避开P或B转变；400℃以下缓冷，