机械设计之工艺热处理

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1、正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织用于铸

2、钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化回火科技名词定义中文名称：回火 英文名称：tempering 定义：将淬火后的钢，在AC1以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺钢的回火回火是工件淬硬后加热到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。 热处理科技名词定义中文名称：热处理 英文名称：heat treatment 定义：对固态

3、金属或合金采用适当方式加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构与性能的加工方法。 回火一般紧接着淬火进行，其目的是： (a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂； (b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求； (c)稳定组织与尺寸，保证精度； (d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。 按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。 残留应力浇铸到铸型内的金属溶液变凉变硬，其中细的部位、薄的部位很快变冷，最后形成结晶。 还有即使是同一个部位，因外侧冷却快而内部冷却慢，所以内外侧温度不同。较晚固化的内部因冷却收缩，但外部已经固化，所

4、以内部将受到外部的拉力。因铸件各部位都存在这种现象，所以铸件外侧残留着压缩力，内侧残留着拉力。 淬火也好，焊接也好，均存在这种现象。 工件经过加工或热处理后，外部虽然没有施加力量，但内部还残留着应力，把这种力就叫残留应力或内应力。 举例：切削铸件的角部余量，有时候就会发生探出来的部位往两侧张开的现象。这是因为在切削前，在残留应力的平衡下保持着铸件的形状，切削引起残留应力的不平衡，才发生了上述变化。 因为这种现象的存在，所以铸件应提前进行自然时效处理，即在常温下放置一定时间，通过内部原子的流动，达到内应力平衡的状态。为了消除应力，我们人为地进行这种时效处理，而这种处理就是回火。硬度科技名词定义中

5、文名称：硬度 英文名称：grade;hardness 定义1：表示磨粒从结合剂中完全脱离的难易程度。 所属学科：机械工程（一级学科）；磨料磨具（二级学科）；磨料磨具一般名词（三级学科） 定义2：水沉淀肥皂的能力，大体反映水中钙、镁离子的含量。钙镁浓度的总和称为总硬度，以每升水含碳酸钙的毫克数或毫克当量表示。 所属学科：生态学（一级学科）；水域生态学（二级学科） 定义3：固体材料对外界物体压陷、刻划等作用的局部抵抗能力，是衡量材料软硬程度的一个指标。 所属学科：水利科技（一级学科）；工程力学、工程结构、建筑材料（二级学科）；工程力学（水利）（三级学科） 塑性科技名词定义中文名称：塑性 英文名称：

6、plastic property 定义：煤在干馏时形成的胶质体的黏稠、流动、透气等性能。 所属学科：煤炭科技（一级学科）；煤炭加工利用（二级学科）；煤转化（三级学科）(1)低温回火工件在250以下进行的回火。 目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性 回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 回火马氏体科技名词定义中文名称：回火马氏体 英文名称：-martensite 定义：淬火马氏体回火时，碳已经部分地从固溶体中析出并形成了过渡碳化物的基体组织。 所

7、属学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；机械工程(2)一般热处理名词（三级学科） 渗碳科技名词定义中文名称：渗碳 英文名称：carburizing 定义：为增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层的化学热处理工艺。 所属学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；化学热处理（三级学科） (2)中温回火工件在250500 之间进行的回火。 目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。 预先热处理回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能

8、：3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。 铁素体科技名词定义中文名称：铁素体 英文名称：ferrite 定义：铁或其内固溶有一种或数种其他元素所形成的晶体点阵为体心立方的固溶体。 所属学科：机械工程（一级学科）；机械工程(2)_热处理（二级学科）；机械工程(2)一般热处理名词（三级学科） (3)高温回火工件在500以上进行的回火。 目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。 回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广

9、泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。 45钢正火和调质后性能比较见下表所示。 45钢(20mm40mm)正火和调质后性能比较 热处理方法力学性能力学性能力学性能力学性能组织b/Mpa100Ak/JHBS正火70080015204064163220索氏体+铁素体调质75085020256496210250回火索氏体（由于百度的表格功能太差，所以这里不够美观） 钢淬火后在300左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避免它，一般不在250350 范围内回火。 含铬、镍

10、、锰等元素的合金钢淬火后在500650回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。 感应淬火感应淬火（induction hardening） 感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。感应加热表面淬火与普通淬火比具有如下优点： 1.热源在工件表层，加热速度快，热效率高 2.工件因不是整体加热，变形小 3.工件加热时间短，表面氧化脱碳量少 4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥材料的潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命 5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好 6.便于机械化和自动化

11、7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。编辑本段注意事项将淬火成马氏体的钢加热到临界点A1以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在-Fe中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度c/a随含碳量的增加而增大(c/a=1+0.045wtC)。马氏体组织在热力学上是不稳定的，有向稳定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的

12、，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同（见马氏体相变） 二次预热。 碳钢的回火过程淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。低、中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图1中。根据它们的反应温度，可描述为相互交叠的四个阶段。 回火 第一阶段回火（250以下） 马氏体在室温是不稳定的,填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动,产生某

13、种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出-碳化物（图2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50100回火后观察到的硬度增高现象，就是由于-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。 -碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的 -碳化物很可能和基体保持共格。在250回火后，马氏体内仍保持含碳约0.25。含碳低于 0.2的马氏体在200以下回火时不发生-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。 回火 第二阶段回火(200300) 残留奥氏体转变。回火到200300的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏

14、体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。 第三阶段回火(200350) 马氏体分解完成,正方度消失。-碳化物转化为渗碳体 (Fe3C)。这一转化是通过 -碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的Fe3C。 回火 第四阶段回火(350700) 渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400开始球化，600以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。 铁素体在350600发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到600；