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1、本章目的： 介绍钢的常用热处理工艺及其应用。 本章重点： （1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺组织性能应用的规律和特点； （2）淬透性、淬硬性的概念与应用,第九章 钢的热处理工艺,金属材料加工过程： 冶炼铸造,铸锭,板棒型管,焊接,机加工,冷轧冷拔,深冲,锻件,铸件,机加工,零件或构件,工艺性能 预备热处理,使用性能 最终热处理,热轧,热锻,热处理分类,普通热处理：退火、正火、 淬火、回火 表面热处理：表面淬火 化学热处理 形变热处理：控制轧制,9-1 钢的退火与正火,一 退火 1 定义：钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平衡组织的工艺。 参见教材“高于或低
2、于AC1”,AC1,S,2 分类,（1）高温退火 （相变重结晶退火） T加热AC1 （2）低温退火 T加热AC1,3 退火目的,总体：改善组织，提高性能 降低硬度，改善切削加工性能； 适合机加工的硬度范围：150250HB 细化晶粒；均匀组织； 消除内应力. 注：当为目的 时，往往用正火代替退火,4 退火工艺及特点,(1) 完全退火,注：目的不同，组织控制(珠光体片间距)不同,原因：粗片状P,原因：重结晶,45钢锻造后与完全退火后机械性能,.,完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高 主要目的：改善组织与加工性能,晶粒细化的原因： 完全退火相变重结晶过程. ,40钢退火前后金相组织,晶粒
3、细化,AC1 +2030,ACm或AC3,AC1,t,T,(2) 球化退火 不完全退火的一种。,工艺关键： Fe3C形态控制 球的大小控制,控制奥氏体化程度 控制过冷奥氏体冷却转变的温度,片状与球状珠光体组织切削性能比较,层片状珠光体,粒(球)状珠光体,刀具,T12钢球化退火与完全退火的性能比较： 球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工,T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较,完全退火、球化退火工艺缺陷： 周期长；且为变温转变组织大小不均 (3) 等温退火,是完全退火、球化退火工艺的改进, 等温完全退火 等温球化退火,高速钢等温退火与普通退火工艺曲线
4、,870880 ,t,T,4h,3h,等温退火,普通退火,40 /h,720740 ,炉冷15 /h,空冷,空冷,等温退火优势： (1) 缩短工艺时间：高速钢 40h20h （2）组织均匀：碳化物球大小一致,(4) 扩散(均匀化)退火,AC1,650700 ,300650 ,t,T,(5) 再结晶退火与去应力退火,二 正火目的、用途和工艺,1 定义：钢加热到AC3 或ACm以上的A区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺。 常化 与退火的区别： 加热温度较高； 冷却速度较快； 获得组织较细(索氏体) 强硬度与塑韧性较高； 生产效率较高, ,正火 退火, ,正火与退火态45
5、钢机械性能,碳钢正火与退火后的硬度（HB）,注：正火态强硬度与塑韧性均较高,2 目的： 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷； 提高低碳钢硬度，改善切削加工性能； 消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备； 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理,三 正火与退火的选用 C%0.75% 球化退火 C%0.9% 有网状碳化物 正火(消网)球化退火 1 退火与正火珠光体类型组织的应用 2 能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理,9-2 钢的淬火与回火,淬火：AC3 或AC1以上，奥氏体化， V冷 VC急剧冷却，获马氏体组织。 等温淬火B下,一 淬火加热工艺
6、参数的选择 1 加热温度 （1）化学成分： 亚共析钢： AC3 +3050 过共析钢： AC1 +3050,回火：淬火钢， AC1 以下,低合金钢： AC3 或AC1 +50100 高合金钢： AC3 或AC1 +300400 ,（2）工件尺寸、形状、淬火介质、晶粒长大倾向等 2 保温时间 保温= 升温+ 热透+转,AC1,ACm,AC3,M+AR,A,M+AR+,A+Fe3C,(C),(),A+F,M+F,Fe3C,若T Acm ： C%，MS；AR 粗大M， 氧化脱碳 变形开裂,3 淬火介质,（1） 淬火介质的要求 鼻点冷速大, MS附近冷速小； 稳定，成本低； 安全：无毒；不腐蚀工件。,
7、T,A1,MS,理想,水,油,(2) 常用淬火介质, 水： 鼻 温：150/S； Ms：450 /S。 优点：冷却能力强；成本低。 缺点：M 转变温区冷速过大，变形； 应用：小尺寸、形状简单碳钢件, 油： Vmax ： 100250 /S ，400500； 鼻 温：6070/S；Ms：50 /S。 优： M 转变温区冷速小，不易变形； 缺点：鼻温区冷速过小，淬不透。 应用：合金钢件, 盐水与碱水 10%NaCl水溶液；15%NaOH水溶液； 5%NaCO3水溶液； 使蒸汽膜提前破裂； 但腐蚀,二 钢的淬透性,为什么引入“淬透性”概念,1 概念：奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力 用钢在一定条
8、件下淬火获得的淬透层深度表示其大小。,淬透层深度：由工件表面半马氏体点(50%M)的深度。,硬度测量法： 50%M的硬度 C%,淬透性与实际条件下淬透层深度的差别,影响淬透性的因素： 与影响 C 曲线因素一致 与钢种、奥氏体化条件 实际淬透层深度： 与淬透性、工件大小、淬火介质等有关,淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示。 取决于马氏体中的 C% 。 淬透性: 钢的临界冷却速度合金元素 例：T10、15MnVB,2 淬透性与淬硬性,3 淬透性测定方法,（1）顶端淬火法, 25100 ，,（2）临界淬火直径 临界淬火直径：钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径(Dk),
9、临界淬火直径测量方法： C%半马氏体硬度； 测该钢端淬曲线找出对应半马氏体硬度的d端值 ； 根据对零件淬透深度的实际要求(淬透至1/2R、3/4R、中心等)从下图查出对应的临界淬火直径Dk,T,A1,MS,分级淬火,双液淬火,等温淬火,单液淬火,三 淬火方法,1 单液淬火 尺寸小、 形状简单的碳钢、合金钢件 。 2 双液淬火（水淬油冷） 尺寸较大碳钢件。,3 分级淬火 稍高于MS ，盐浴； 小尺寸工模具、变形小、精密件,三 淬火方法,4 等温淬火 淬火热应力、组织应力小， 变形小； 形状复杂、尺寸精密件。 5 冷处理,目的： 减少AR%，HRC；, 稳定尺寸；, 挽救,四 钢的回火工艺,1 回
10、火工艺参数的选择 回火温度的选择： （1） 零件使用性能硬度回火温度 （2）应力消除： T500,1h； T200,23h； 回火后冷却方式： 回火脆性钢水、油冷； 高合金钢的多次回火,2 回火种类,回火温度，内应力； 强硬度；塑韧性。 根据温度不同划分回火种类,（1）低温回火（150250） 组织：回火马氏体（与淬火马氏体比较） 高碳钢：淬火片状M回火M (片状过饱和+碳化物，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性；韧性略。 但低碳钢：板条M，只有C的偏聚,应用： 工、模具钢； 低碳马氏体钢,（2）中温回火（350500）,组织：回火屈氏体（与屈氏体比较） 条、针状 (未再结
11、晶，平衡C)相 + 弥散分布细粒状相 性能： 基体已回复；内应力； 弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。,应用：弹簧钢、热锻模。（0.60.9%）,（3）高温回火（550680）,组织：回火索氏体（与索氏体比较） 等轴状(再结晶)相 + 均匀分布粒状(球化)相 性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合； 综合机械性能高 应用：重要结构件，轴、齿轮,调质处理：淬火+高温回火,b,S,HRC(0.8%C),片状 粒状,30,50,200,600,400,800,10,退火与淬、回火组织性能比较,五 钢的淬、回火缺陷,1 种类： 变形、开裂、氧化、脱碳、 硬度不足、软点、过热、过烧。 过热：晶粒粗大
12、重结晶 过烧：晶界熔化或氧化,2 变形与淬火应力,变形方式：体积变化、弯曲翘曲。 产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、 组织转变不同步内应力 种类：热应力、组织应力 改进方法分级淬火、等温淬火,第九章 习题与思考题,1 确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的与退火后的组织： （1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度； （2）锻造过热的60钢锻坯； （3）具有片状渗碳体的T12钢坯。 2 指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织： (1) 20钢齿轮； (2) 45钢小轴；(3) T12钢锉刀 3 何谓钢的淬透性？何谓钢的淬硬性？影响淬透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？ 4 何谓钢
13、的淬火临界冷却速度？影响因素有哪些？它和钢的淬透性有何关系？,5 试分析下列说法是否正确：（1）钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高； （2）同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 6 指出10mm的45钢(退火态)经下列温度加热并水冷后获得的组织：700、760、840。(知Ac1724，Ac3780，D水冷20mm) 7 今有Cr15钢，制成轴承套，试述其预备热处理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。,8 现有60Si2Mn钢用作弹簧、40Cr钢用作轴（要求良好的综合机械性能）、T10钢用作工具，请分别针对这三个钢种回答：(1)淬火加热温度选择原则；(2)加热后的组织；淬火后的组织；(3)回火温度选择原则；(4)回火后的组织,
