改工程材料中钢的热处理工程

改工程材料中钢的热处理工程

热处理原理的基本内容：在加热及冷却过程中组织的变化规律。注：热处理只适用于固态下能发生组织转变的材料，无固态相变的材料不能用热处理来进行强化。

热处理工艺的基本内容：根据热处理原理制订的加热温度及冷却速度等具体参数。

分类：普通热处理

：包括退火、正火、淬火和回火；

表面及化学热处理：包括表面淬火和化学热处理（渗碳、氮化、碳氮共渗等）；

其他热处理：包括形变热处理、真空热处理。

转变温度平衡:A1、A3、Acm

加热:Ac1、Ac3、Accm

冷却:Ar1、Ar3、Arcm

加热是热处理的第一

道工

序，淬火、正火及多数退火处理都要把钢件加热到临界温度以上，使钢的组织全部或部分转变为奥氏体。

钢在加热时的组织转变

奥氏体化－－通过加热得到成分均匀的奥

氏体的过程。

1.奥氏体的形成过程

(１)晶核的形成温度在Ac1以上,珠光体不稳定,在铁素体和渗碳体界面首先形成奥氏体晶核。(２)晶核的长大

奥氏体晶核形成后，依靠铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，奥氏体晶核不断向铁素体和渗碳体两个方向长大。(３)、剩余渗碳体的溶解

(４)、奥氏体成分的均匀化取决于影响碳的扩散速度的因素

１）加热温度：增高，奥氏体化速度加快

２）加热速度：愈快，过热度愈大，发生转变的温度愈高，转变的温度范围愈宽，完成转变所需的时间愈短。

３)钢中碳含量：增加，渗碳体量增多,

铁素体和渗碳体的相界面增大，因而奥氏体的核心增多,转变速度加快。

４）合金元素：不改变奥氏体形成的基本过程，但显著降低奥氏体的形成速度。

５）原始组织：原始P中，渗碳体为片状时，A形成速度快、长大速度快。

3.奥氏体晶粒大小及影响因素钢的奥氏体晶粒的大小直接影响冷却所得组织和性能。注意：加热时获得的奥氏体晶粒细小，则冷却后转变产物的晶粒也细小，其强度、塑性和韧性较好；反之，粗大的奥氏体晶粒冷却后转变产物也粗大，其强度和塑性较差，特别是冲击韧性显著下降。

（1）奥氏体的晶粒度晶粒度是表示晶粒的大小。即表示多晶体内晶粒的粗细。国家标准GB6394-86《金属平均晶粒度测量法》将奥氏体标准晶粒度分为00，0，1，2，…，10等12个等级。常用的1～8级。加热中对钢的性能影响最大的组织因素是奥氏体晶粒的粗细。加热的基本要求是在保证奥氏体化的前提下使奥氏体晶粒细小。起始晶粒度：指珠光体刚全部转变为奥氏体时晶粒的粗细。实际晶粒度：指具体热处理或热加工条件下奥氏体晶粒的粗细。本质晶粒度：钢加热到930℃±10℃、保温8小时、冷却后测得的晶粒度。本质粗晶粒钢：仅用硅、锰脱氧的钢，其晶粒随温度升高逐渐长大，加热到930℃保温后晶粒已粗化到4级以下；本质细晶粒钢：进一步用铝脱氧的钢，加热温度在930℃以下基本不长大，晶粒度在4级以上；这类钢热处理后的质量优于粗晶粒钢，但加热温度一般应控制在930℃以下。

（2）影响奥氏体晶粒度的因素１）加热温度及保温时间：加热温度越高，保温时间越长，奥氏体晶粒愈粗。

２）钢的化学成分：含碳量越高（以未溶碳化物的形式存在时），有阻碍晶粒长大的作用，使晶粒越细。加入碳化物形成元素，氧化物、氮化物形成元素，使晶粒变细；Mn、P促进晶粒长大冷却方式:

A.等温冷却：将已奥氏体化的钢迅速冷却到Ar1以下某一温度，并保持该温度直到过冷奥氏体分解完毕。

B.连续冷却：将己奥氏体化的钢置于某种介质中使其温度连续下降的过程。钢通过加热和保温，使其奥氏体化后，以不同的速度（或等温）冷却下来，可得到差别显著的性能。这些差别都是过冷奥氏体在不同冷却速度下转变为不同组织的结果。1.过冷奥氏体等温转变曲线

C曲线（等温转变图）:较全面地反映了过冷奥氏体在不同过冷度下等温转变的开始和终了时间、转变产物及其转变与温度和时间的关系。C曲线的建立:（以共析钢为例）建立步骤：①做不同温度下的等温转变动力学曲线。②建立坐标系以时间为横坐标，温度为纵坐标。③把等温转变动力学曲线中意义相同的点描述在坐标系中，并以光滑曲线连接起来。C曲线分析:A1以上，奥氏体稳定，不发生转变；A1以下,孕育期的长短标志着过冷奥氏体在该温度下的稳定性。“鼻尖”孕育期最短，转变速度也最快；高于550的高温区，等温温度愈高，孕育期愈长，转变速度也愈慢；自“鼻尖”以下至马氏体

线的中温区内，等温温度愈低，孕育期愈长，转变速度也愈慢。

Ms-Mf之间为马氏体转变区间。珠光体：铁素体和渗碳体的机械混合物。贝氏体：碳化物（渗碳体）分布在碳过饱和的铁素体基体上的两相混合物。马氏体：碳在－Ｆe中的过饱和固溶体。索氏体：亦是铁素体与渗碳体层状复相组织，但比珠光体细密，索氏体又称为细珠光体。托氏体：亦是铁素体与渗碳体层状复相组织，但比索氏体细密。

１.珠光体型转变（高温转变－－扩散型转变）珠光体转变：在A１~550℃

温度范围内，等温转变的产物为珠光体。首先在奥氏体晶界上形成一薄层渗碳体，这时其周围由于碳集中形成渗碳体而贫碳，奥氏体的局部贫碳

促使铁素体形成，因此在渗碳体二侧出现铁素体薄层，铁素体的形成使其周围成为富碳区，

这又有利渗碳体薄层在铁素体一侧形成，在这种横向长大的同时，渗碳体薄层和铁素体薄层向前增长，这样互相促进，就形成了层状珠光体组织。

２.贝氏体型转变（中温转变－－半扩散型转变）贝氏体转变：在550℃~Ms（230℃）之间，等温转变的产物为贝氏体。上贝氏体：约在550℃~350℃温度范围内形成，其金相组织呈羽毛状，是一束相间大致平行、含碳过饱和度较小铁素体板条，并在诸板条的间界上分布着沿板条长轴方向顺着排列的碳化物短棒或小片。这种组织强度低，塑性和韧性较差。下贝氏体：约在350℃~250℃温度范围内形成，其金相组织呈针状，这种组织是双凸透镜状的、含过饱和碳的铁素体，并在其内分布着单向排列的碳化物小薄片。这种组织强度高，塑性和韧性好，具有良好的综合机械性能。３.马氏体型转变（低温转变－－非扩散型转变）马氏体转变：温度低于Ms点，转变产物为马氏体。与珠光体、贝氏体转变不同，马氏体转变不能在恒温下发生,而是在Ms-Mf之间连续冷却时完成。马氏体的形成：马氏体晶核一般在奥氏体晶界,孪晶界,滑移面或晶内其它晶格畸变较大的地方形成并瞬时长大到最终尺寸。转变方式：“共格切变”－－转变阻力最小，为非扩散型。原因是转变温度低。（1）马氏体的组织形态：A.板条马氏体（也称位错马氏体或低碳马氏体）金相特征是由一束束平行排列的细板条组成；

亚结构：板条马氏体内大量位错；B.针状(片状)马氏体（也称孪晶马氏体或高碳马氏体）金相特征在显微镜下,呈竹叶状或凸透镜状,马氏体针之间互成角度(60度或120度)；

亚结构：马氏体内有大量细孪晶带。马氏体的形态取决于：

钢中含碳量：<0.6％C的奥氏体：基本上形成板条状马氏体，>1.0％C的奥氏体：几乎只形成针状马氏体，0.6~1.0%的奥氏体：形成这两种马氏体的混合组织。原始奥氏体晶粒大小：奥氏体越小，马氏体越细；隐晶马氏体：在光学显微镜下分辨不出晶体特征的马氏体。针状马氏体的形成过程：当温度降到Ms点时，开始形成马氏体针，每片马氏体针形成时间极短（仅１０－７s），即马氏体的转变速度极快。但是，如果在Mf点以上某一温度停止冷却时，马氏体转变也随即停止。（2）马氏体的力学性能马氏体中含碳量越高，马氏体的硬度则越高。原因：碳原子间隙于-Fe晶格间隙中造成晶格畸变，过饱和度愈大，晶格畸变程度愈大，晶格畸变程度愈严重，对位错移动的限制愈大，因而固溶强化效应愈明显，这是马氏体的强度和硬度随其含量增高而增大的主要原因。高碳马氏体：硬而脆，塑性，韧性极差；因为碳的过饱和度大，内应力高，存在孪晶结构。但隐晶马氏体有一定韧性。低碳马氏体：强韧性好；因为碳的过饱和度小,内应力低，存在位错亚结构。对马氏体性能的解释高碳马氏体由于过饱和度大、内应力大，马氏体针在形成过程中可能已存在显微裂纹，又是孪晶亚结构，因此其塑性及韧性极差，性质硬脆（如果是隐性马氏体，其塑性和韧性会稍有改善）；低碳马氏体由于过饱和度小，再加上自回火，淬火应力也较小，板条马氏体在形成过程中不会引起显微裂纹，又是位错亚结构，因此在具有一定强度和硬度的同时，还有良好的塑性的韧性马氏体具有高硬度和强度原因：A.过饱和碳原子造成固溶强化；B.时效强化：α-Fe中的过饱和碳原子易于在晶体缺陷处发生偏聚或者弥散析出碳化物微粒，使位错难以运动由此造成的强化，称为时效强化。C.马氏体中孪晶亚结构引起的强化：位错马氏体主要是碳的固溶强化。孪晶马氏体，由于孪晶界往往是位错运动的障碍，故孪晶亚结构将引起附加的强化效应。为什么高碳马氏体的强度和硬度比低碳马氏体更高？低碳马氏体的强化主要是靠碳的固溶强化；随马氏体中含碳量的增加，除固溶强化效应增大外，孪晶亚结构的附加强化效应也增大，因此高碳马氏体的强度和硬度比低碳马氏体更高。残余奥氏体:当奥氏体中含碳量超过0.5％时，Mf点下降到室温下，这些钢即使快冷到室温，奥氏体也不能完全转变成马氏体，还有部分被残留下来，这部分被残留下来的奥氏体称为残余奥氏体。（3）马氏体转变的特点：A.马氏体转变是在一定温度范围内(Ms~Mf)进行：马氏体是在Ms-Mf内连续降温,不断形成新马氏体，停止降温，奥氏体就停止向马氏体转变。B.为非扩散转变：马氏体开始转变较低在此温度下，铁、碳原子都已不能扩散，由－Fe转变为－Fe的相变过程，是通过共格切变来完成的。原先固溶于－Fe中的碳原子被迫固溶于－Fe中，形成马氏体。马氏体中碳的过饱和程度愈大，体心正方晶格的正方度愈大，马氏体的硬度便愈高。C.马氏体形成速度极快，仅１０－７s，瞬间形核，瞬间长大。D.转变不彻底：有残余奥氏体存在，可改善韧性；E.马氏体形成时体积膨胀：在钢中造成很大内应力。

影响C曲线的因素凡是提高过冷奥氏体稳定的因素，都使孕育期延长，转变速度减慢，表现为C曲线右移；凡是降低过冷奥氏体稳定的因素，则结果相反，表现为C曲线

左移。

１).含碳量的影响：*共析碳钢的过冷奥氏体最稳定，C曲线最靠右；

*亚共析碳钢过冷奥氏体稳定性随含碳量的增多而增加，C曲线随含碳的增加向右移；

*过共析碳钢过冷奥氏体的稳定性随含碳量的增加而降低，C曲线随含碳量增加向左移。

２).合金元素的影响：*多数合金元素（钴除外），只要在加热时溶于奥氏体中，都会增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移；*非碳化物形成元素,如:Si,Ni,Cu,只使C曲线右移；*铬、钼、钨、钒等碳化物形成元素溶入量较多时还有改变C曲线形状的作用，不仅使C曲线右移,而且产生两个“鼻子”。３).其它因素的影响

*奥氏体晶粒愈大，则晶界愈少，从而使新相生核的界面减少，即C曲线向右移；*奥氏体的成分愈均匀，则愈难分解，即C曲线右移；*凡不溶于奥氏体的质点均会使C曲线左移。因为此时奥氏体发生分解时，它们便成为珠光体形成的核心，从而增大珠光体的生核率，使奥氏体愈易分解。*加热温度愈高、保温时间愈长，C曲线右移。

(CCT曲线)

CCT曲线与C曲线比较：CCT曲线位于C曲线的右下方，说明连续冷却转变的时间有所推迟，完成珠光体转变的温度要低些；CCT曲线中没有贝氏体区。贝氏体组织只有在等温处理时才能得到。

1退火定义：将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）的热处理工艺称为退火。退火态组织基本上接近于平衡组织。

分类：完全退火(重结晶退火)；等温退火；扩散退火；球化退火；去应力退火。1）完全退火定义：使钢完全奥氏体化的工艺。主要用于亚共析钢。目的:＊使热加工造成的粗大、不均匀的组织细化、均匀化；＊降低硬度，改善切削加工性能。规范：把钢加热至Ａc3以上30℃~50℃,保温一定时间，然后随炉缓冷。应用：＊主要用于中碳钢和中碳合金钢的铸、锻、焊、轧制件等。铸钢件进行完全退火的目的，是消除其粗大晶粒及对机械性能有害的魏氏组织，以提高其机械性能。＊过共析钢不易采用完全退火。2）等温退火

定义：将钢件加热到高于Ａc3的温度，保温适当时间后，以较快速度冷却到稍低于Ar1的温度，并等温保持，直至相变完毕，再炉冷及空冷的热处理工艺。

目的：与完全退火相同。3）扩散退火

规范：将钢材加热到很高的温度（略低于固相线的温度），进行8~15小时的长时间保温后缓慢冷却的热处理工艺。

目的：减少工件的化学成分和组织的不均匀性。

不利面：晶粒很粗，需加完全退火或正火。

4）球化退火

定义：使钢中碳化物球化的热处理工艺。部分奥氏体化。主要用于：过共析钢，如:工具钢，T8、T9、T10...T12，滚动轴承钢等；

规范：将钢件加热到Ac1以上10℃~20℃，保温后随炉以很缓慢的速度（20℃/h~60℃/h）冷却到点500℃出炉。

目的：＊使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球化，以降低硬度、改善切削加工性、改善组织；＊为后续的淬火处理作好组织上的准备。

5）去应力退火

定义：为消除工件中的残余应力而进行的低温退火。

规范：将工件加热到低于Ac１的某一温度（一般为500℃~600℃），保温，然后随炉冷却。

目的：消除应力。广泛用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工件中的残余应力，以稳定钢件尺寸，减少变形，防止开裂。2钢的正火

定义：将工件加热到Ac3或Accm以上30-50℃，保温适当时间后，空冷，得到珠光体类组织(一般为索氏体）的热处理工艺。

目的：使组织正常化、细化。

应用：＊作为最终热处理：对机械性能要求不很高的零件；＊作为预先热处理：在淬火或调质处理前进行，以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的组织；＊改善切削加工性能：主要是低碳钢或低合金结构钢退火后硬度低，不利于切削加工，以正火提高硬度。1)退火和正火的选择退火与正火在实际生产中有时两者可以相互替代，选用时主要从如下三个方面考虑。(1)．从切削加工性考虑

一般地说钢的硬度在170~260HBS范围内时，切削加工性能较好。各种碳钢退火和正火后的硬度范围(图中影线部分为切削加工性能较好的硬度范围）如右图。由图可见，碳的质量分数小于％的结构钢选用正火为宜；碳的质量分数大于％的结构钢选用完全退火为宜；而高碳工具钢则应选用球化退火作为预备热处理。

(2)．从零件的结构形状考虑对于形状复杂的零件或尺寸较大的大型钢件，若采用正火，冷却速度太快，可能产生较大的内应力，导致变形和裂纹，因此宜采用退火。(3)．从经济性考虑因正火比退火的生产周期短，成本低，操作简单，故在可能条件下应尽量采用正火，以降低生产成本。正火与退火的异同＊加热温度相近,正火冷速快,生产周期较短；＊正火能获得更高的强度,硬度；＊正火因是空冷,设备利用率较高,节约能源,成本较低。

从含碳量的多少选择正火或退火＊含碳量用正火。可细化晶粒，改善切削加工性能。＊含碳量C=0.3%~0.5%的碳钢用正火。可使加工表面光洁、生产率高，因而降低成本。但复杂零件尚须进行消除内应力的退火。＊含碳量C=0.5%~0.75%的碳钢应采用完全退火以降低硬度，便于切削。＊含碳量C=0.75%~1%的碳钢应先采用球化退化，改善加工性能。＊含碳量C=1%~1.3%的碳钢应先用正火消除网状渗碳体，再球化退火改善加工性能。＊高合金钢用退火，而不用正火，因正火后硬度高，有时其变为马氏体，不易加工。

3钢的淬火

定义：将钢加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却（油冷或水冷）以获得马氏体组织的热处理工艺。

淬火的本质:是马氏体转变。(1)淬火工艺1)淬火温度的选择＊亚共析钢：Ac3以上30~100℃；

＊共析钢、过共析钢：Ac1以上30~70℃(在Ac1以上保留二次渗碳体)；＊保留二次渗碳体：有利于提高硬度和耐磨性，降低奥氏体中的含碳量，改变马氏体的形态，降低脆性；＊淬火温度太高：会形成粗大的马氏体，且淬火应力越大，变形、开裂的倾向越大。

2)加热保温时间的选择

包括：升温时间+保温时间

影响因素：钢件成分、尺寸、形状、装炉量、加热炉类型、炉温和加热介质。

3)淬火冷却介质冷却的要求:得到马氏体，且不开裂，变形尽可能小。理想的淬火冷却曲线

＊>650℃时,在保证不形成珠光体的前提下，尽可能慢冷，以减少应力；

＊650~400℃内快冷，避免碰上“鼻子”

＊<400℃慢冷，以减轻马氏体转变的相变应力。常用的冷却介质：是水和油水：冷却曲线不好，650~550℃冷速较大，300～200℃的冷速也大，易造成变形、开裂；应用：主要用于形状简单，截面较大的碳钢。盐水或碱水：如：水+NaCl，能改变冷却能力，冷速比水大；应用：用于大面积工件、碳钢。油：各种矿物油。优点：在300-200℃范围内冷却能力低，减少变形与开裂；缺点：在650-550℃冷速也低，不利于淬硬；应用：合金钢。盐浴：如硝盐P124表2-9。优点：减少淬火变形；

应用：分级淬火和等温淬火。冷却能力比较：盐水>水>盐浴>油；冷却特性比较：盐水与油较好，水较差。选用淬火冷却介质的基本原则是：保证奥氏体在冷却过程中只发生马氏体转变或下贝氏体转变的前提下，尽可能缓慢冷却

4)淬火方法单介质淬火法：将加热到淬火温度的工件放入一种淬

火冷却介质中连续冷却至室温的操作方法。主要用于形状简单的钢件。

双介质淬火法：将加热到淬火温度的工件先在水中淬

火，待冷300~400℃时，取出放入油中，故又称水淬油冷法。主要用于形状复杂的碳钢件和大件合金钢。

分级淬火：将加热到淬

火温度的工件放入150~260℃的硝盐浴中冷却，保温一定时间，使其表面与心部的温度均匀，然后取出空泠，故又称为热浴淬火。适于小工件。等温淬火：将加热到淬

温度的工件放入260~400℃的盐浴或碱浴中冷却，使奥氏体转变成下贝氏体，然后取出空泠。常用于形状复杂，强度、韧性要求较高的小型模具、成型刃具等。深泠处理：指钢件淬火冷却

到室温后，继续在0℃以下的介质中冷却的处理工艺，也简称为冷处理。常用的介质是干冰和酒精的混合物。

(2)钢的淬透性与淬硬性1)钢的淬透性及其测量方法定义：指在规定条件下,决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性，即钢在规定条件下经受淬火形成马氏体的能力。常用的测量方法有两种：临界直径法和末端淬火法。（a）临界直径法淬火处理中，奥氏体转变为马氏体的必要条件是冷却速度要大于V临,钢能够淬透的最大直径称为临界淬透直径。当工件中心的冷速>V临时，为全马氏体或马氏体+小量奥氏体残，表明工件已淬透。

淬透层深度：以表面至马氏体区或半马氏体区(即马氏体和非马氏体各占一半)的距离。油淬时的冷速较水淬低，所以水淬易淬透。(b)未端淬火法

是将一个标准尺寸的试棒加热到完全奥氏体化后放在支架上，从它的一端进行喷水冷却，然后在试棒表面上从端面起依次测定硬度，便可得到硬度与距端面距离之间的变化曲线，如图2—84、85、86所示。2)影响淬透性的因素由对C曲线的讨论可知，影响钢淬透性的决定性因素是V临的大小，C曲线位置右，V临愈小，即过泠奥氏体愈稳定，淬透性就越好。凡是影响过冷奥氏体稳定性的因素都影响钢的淬透性。主要有:

a.合金元素：除Co以外，Me溶入奥氏体后都使淬透性提高；

b.含C量：共析钢的淬透性最好；

c.奥氏体化温度：温度愈高，奥氏体晶粒愈粗大，成分也均匀，

V临愈小，淬透性愈高；

d.未溶第二相：成为奥氏体分解非自发核心，使V临增大，淬透性降低。

3)淬透性的实用意义

淬透性对钢件热处理后的力学性能有很大影响。若钢件被淬透，经回火后整个截面上的性能均匀一致；若淬透性差，钢件未被淬透，经回火后钢件表里性能不一，心部强度和韧性均较低。因此，钢的淬透性是一项重要的热处理工艺性能，对于合理选用钢材和正确制定热处理工艺具有重要意义。

对于多数的重要结构件，如发动机的连杆和连杆螺钉等，为获得良好的使用性能和最轻的结构重量，调质处理时都希望能淬透，需要选用淬透性足够好的钢材；对于形状复杂、截面变化较大的零件，为减少淬火应力和变形及裂纹，淬火时宜采用冷却较缓和的淬火冷却介质，也需要选用淬透性较好的钢材；而对于焊接结构件，为避免在焊缝热影响区形成淬火组织，使焊接件产生变形和裂纹，增加焊接工艺的复杂性，则不应选用淬透性较好的钢材。

4)淬硬性的概念

淬硬性是钢在理想条件下进行淬火硬化所能达到的最高硬度的能力。钢的淬硬性主要取决于钢在淬火加热时固溶于奥氏体中的碳含量，奥氏体中碳含量愈高，则其淬硬性越好。淬硬性与淬透性是两个意义不同的概念，淬硬性好的钢，其淬透性并不一定好。

5)钢的淬火缺陷①过热与过烧

淬火加热温度过高或保温时间过长，晶粒过分粗大，以致使钢的性能显著降低的现象称为过热。工件过热后可通过正火细化晶粒予以补救。若加热温度达到钢的固相线附近时，晶界氧化和开始部分熔化的现象称为过烧。工件过烧后无法补救，只能报废。防止过热和过烧的主要措施是正确选择和控制淬火加热温度与保温时间。

②变形与裂纹

是由淬火应力引起。淬火应力：热应力、组织应力。

淬火应力超过s时，引起钢件变形；淬火应力超过b时，引起开裂。预防措施：a.正确地选用钢材；b.合理地设计工件结构；c.严格控制加热温度；d.减小马氏体转变时的冷速；e.淬火前进行退火或正火，以细化晶粒，淬火后应及时回火。

③氧化与脱碳

氧化：工件加热时，介质中的氧、二氧化碳和水等与金属反应生成氧化物的过程称。

脱碳：加热时由于气体介质和钢铁表层碳的作用，使表层碳含量降低的现象。氧化脱碳使工件表面质量降低，淬火后硬度不均匀或偏低。防止氧化脱碳的主要措施是采用保护气氛或可控气氛加热，也可在工作表面涂上一层防氧化剂。

④硬度不足或出现软点原因：a.加热温度低或保温时间不充分，有残留铁素体；

b.钢件表面发生氧化、脱碳，淬火后局部生成非马氏体组织；

c.冷速不足或冷却不均匀，未全部得到马氏体；

d.淬火介质不清洁，工件表面不干净，影响了工件的冷却速度，致使未完全淬硬。

4钢的回火

回火：将钢加热到Ac1以下的某一温度保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺。

1）回火的目的

a.消除或降低淬火应力

b.稳定工件的组织和尺寸

c.利于切削加工:对高淬透性合金钢通过回火降低硬度。d.把钢的机械性能调整到符合使用性能的要求。

2）淬火钢的回火转变

①淬火钢回火时的组织转变

第一阶段：(<200℃)马氏体分解碳以极细的碳化物的形式析出，与母体有共格联系，形成回火马氏体;第二阶段：(200-300℃)残余奥氏体分解残余奥氏体转变为下贝氏体，主要为回火马氏体；第三阶段：(250-400℃)回火屈氏体的形成形成回火屈氏体；第四阶段：(>450℃)碳化物聚集长大形成回火索氏体。

②淬火钢回火时的性能变化A.回火马氏体:碳化物具有密排六方晶格，是变成Ｆe3C前的一种过渡碳化物，它以极薄的小片均布在马氏体基体上，并与马氏体有共格关系，这种组织称为回火马氏体。150-350℃回火(低温)，得到回火马氏体、残余奥氏体和下贝氏体的混合组织。主要是回火马氏体。

显微镜下：高碳回火马氏体为黑色针状；低碳回火马氏体为暗板条状。中碳马氏体为上两者的混合。B.回火屈氏体:铁素体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织。350-500℃回火得到。其中铁素体呈马氏体针形，渗碳体比回火马氏体的碳化物粗；具有高的弹性极限,屈服极限和韧性35-45HRC。

C.回火索氏体:粗粒状渗碳体和多边形铁素体的混合组织。500-650℃回火(高温)得到。综合性能好,即强度,塑性和韧性比较好25-35HRC。渗碳体粒子已明显聚集长大。

3）回火的分类和应用

①低温回火(150-250℃)组织：回火马氏体；目的：在保持淬火所得到的高硬度和耐磨性(58~64HRC)的前提下,降低淬火应力,提高韧性。

主要应用：各种高碳钢工具,模具,滚动轴承以及渗碳和表面淬火的零件。

②中温回火(350-500℃)组织：回火屈氏体；目的：获得高的弹性极限,屈服极限和较好的韧性。

主要应用：处理各类弹簧；

③高温回火(500-650℃)调质处理：淬火+高温回火组织：回火索氏体。

目的：获得良好的综合力学性能。

广泛用于：重要的机器构件，特别是受交变载荷的零件。如：齿轮、连杆及轴类零件等。此外，常用作氮化零件，重要表面淬火零件的预备热处理。钢淬火及回火的目的总的来说是使性能达到使用要求，致于各类钢件的具体目的有：A.提高钢件的硬度及耐磨性；B.提高钢件的综合机械性能；C.提高钢件的弹性极限与疲劳极限。4）回火脆性

定义：在250-350℃和450-650℃两个区间冲击韧性明显下降的脆化现象。a.低温回火脆性（250-350℃回火）(第一类回火脆性)、不可逆回火脆性，几乎所有钢都存在这类脆性。

产生原因:250-400℃回火时,碳化物薄片沿板条马氏体的边界或针状马氏体的孪晶带以及晶界析出，破坏了马氏体之间的连接，降低了韧性。

防止:不在该温度范围内回火或等温淬火。b.高温回火脆性（450-650℃回火）(第二类回火脆性)、可逆回火脆性，将已产生脆性的工件重新加热至600℃以上快冷,可消除脆性。

产生原因:Sb,Sn,P等杂质在原奥氏体晶界上偏聚；

防止:尽量减少杂质元素的含量。

2.4.4钢的表面热处理钢的表面淬火

定义：将工件的表层迅速加热到淬火温度进行淬火的工艺方法。常用的方法有：a.感应加热表面淬火；b.火焰加热表面淬火；c.激光加热表面淬火；d.电接触加热表面淬火等。

基本原理：感应线圈产生交变磁场，在工件内产生感应电流，并由于电阻的作用而被加热。由于交流电的集肤效应，表面的电流密度最大，通过频率的选定，可以得到不同的淬硬层深度。频率愈高，电流愈集中在工件表层，淬硬层越薄。

分类及应用:

a.高频感应加热表面淬火法;

b.中频感应加热表面淬火法;

c.工频感应加热表面淬火法.

适用于淬硬层深度要求不同的工件，表面淬火一般用于中碳钢和中碳低合金钢,如45,40Cr,40MnB。预先热处理(正火或调质)，心部保持较高的综合机械性能；表面淬火使表层具有较高的硬度(>HRC50)和耐磨性。感应加热表面淬火特点:

a.加热速度快得细隐晶马氏体;

b.残余压应力;

c.心部无组织变化,淬火变形小;

d.淬硬层厚度容易控制;

e.劳动条件好，生产效率高，适宜大批量生产；

f.不适宜复杂的零件。加热方法和加热后淬火

加热：对小型零件(如小模数齿轮)：

一次同时加热法；

对大模数齿轮：逐齿加热法

淬火：水淬或油淬，或乳化液淬火后180-200℃低温回火，或自回火

。利用火焰加热工件表面，立即用水喷射冷却的工艺。

特点：设备简单，成本低，但质量不稳定。

适用于:单件小批量生产。

3．激光加热表面淬火

激光加热表面淬火是将激光束照射到工件表面上，在激光束能量的作用下，使工件表面迅速加热到奥氏体化状态，当激光束移开后，由于基体金属的大量吸热而使工件表面获得急速冷却，以实现工件表面自冷淬火的工艺方法

激光加热表面淬火的特点：

a.激光能量集中，加热点准确，热影响区小；

b.可对工件表面进行选择性处理；

c.能量利用率高；

d.表面存在有高的残余压应力，疲劳强度高。

e.淬火后形成的表面硬化层，硬度高且耐磨性良好.

适合于：大尺寸工件的局部表面加热淬火；形状复杂或有深沟、孔槽的工件，细长件或薄壁件的工件。

2.4.5钢的化学热处理

化学热处理(chemico－thermaltreatment)是将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其表层,以改变表面化学成分,组织和性能的热处理工艺。

分为：渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗铬、渗铝等。

化学热处理的过程：

a.介质的分解：加热时介质分解，释放出欲渗入元素的活性原子。

b.表面吸收：活性原子溶入金属表面先形成固溶体，固溶体饱和后便形成化合物；

c.原子扩散：在浓度梯度的作用下由表及里扩散，这是得到一定渗碳层深度的保证。