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1、第六讲、钢热处理工艺任务：任务：常用热处理工艺及应用。常用热处理工艺及应用。重点：重点：（1）各类热处理）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）（退火、正火、淬火、回火）工艺工艺组织性能应用；组织性能应用；（2）淬透性、淬硬性概念）淬透性、淬硬性概念热处理分类：热处理分类：普通热处理普通热处理表面热处理表面热处理其他热处理其他热处理退火退火AnnealingAnnealing正火正火NormalizingNormalizing淬火淬火Hardening(Quenching)Hardening(Quenching)回火回火TemperingTempering表面淬火表面淬火化学热处理化学热处理火焰
2、加热火焰加热FlameFlame感应加热感应加热InductionInduction渗碳渗碳CarburizationCarburization渗氮渗氮NitrogenizingNitrogenizing碳氮共渗碳氮共渗真空热处理真空热处理VacuumVacuum可控气氛热处理、形变热处理可控气氛热处理、形变热处理 Controled AtmosphereControled Atmosphere热热处处理理一一.热处理工艺热处理工艺 Heat Treatment1.退火 Annealing：加热到适当温度，保温后缓冷，获得接近平衡组织。目的：1）降低硬度利于切削；2）细化晶粒，提高性能；3）除
3、内应力，为下一工序作准备；4）降低钢锭、铸件或锻坯成分不均匀性。分类：完全退火、球化退火、去应力退火和扩散退火。各种退火的加热温度：1）完全退火：只适用亚共析钢。加热到Ac3以上2030，保温一定时间，完全A化，随炉缓冷，或埋入石灰中冷却。目的：细化晶粒或降低中碳钢或合金钢硬度，或用于亚共析钢在铸造、锻造和焊后预备热处理。2）球化退火：适用共析和过共析钢。加热至Ac1以上2030，使片或网状Fe3C球化。目的：降低过共析钢硬度或为下一步淬火做组织准备。3）去应力退火：加热到低于Ac1，如200400 目的：消除残余应力。用于铸、锻、焊及冷变形的去除应力。4）扩散退火（均匀化）：加热略低于固相线
4、温度，长时间保温后缓冷。用于钢锭、铸件和锻坯。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围 (1)高温、高温、长时间；长时间；(2)需完全需完全退火或正退火或正火以细化火以细化晶粒晶粒消除或消除或减轻：减轻：偏析、偏析、带状组带状组织等织等合金钢锭、合金钢锭、大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或ACm+200300AC3或ACm 扩散(均匀化)退火2.正火 Normalizing：加热到Ac3或Accm以上3050，保温后在空气中冷却得到P。注：注：合金钢合金钢在空气中连续冷却可能发生在空气中连续冷却可能发生P、B甚至甚至M相变。相变。目的：1）提高低碳钢或低碳合金钢的硬度，改善切削性；2）对
5、于亚共析的低、中碳合金钢，代替完全退火消除缺陷和内消除缺陷和内应力应力，降低硬度，均匀组织和，降低硬度，均匀组织和细化晶粒。3）消除过共析钢的网状Fe3C，使呈链状，利于球化。碳钢正火温度：（1）低碳钢）低碳钢-正火代替退火正火代替退火防止低碳钢沿晶界析出三次防止低碳钢沿晶界析出三次Fe3C；提高硬度，改善切削性能。；提高硬度，改善切削性能。（2）中碳钢）中碳钢-正火代替退火正火代替退火成本低，生产率高。成本低，生产率高。（3）高碳钢）高碳钢-利于球化退火利于球化退火因网状碳化物存在，须先正火再球化退火因网状碳化物存在，须先正火再球化退火（为淬火作好准备）；（为淬火作好准备）；（4）不重要零件
6、可代替调质处理。）不重要零件可代替调质处理。退火与正火选择退火与正火选择-正火代替退火正火代替退火45钢正火与退火机械性能钢正火与退火机械性能状态状态b(MPa)(%)k(J.cm-2)HB正火正火70080015205080220完全退火完全退火65070015204060180碳钢正火与退火的硬度（HB）状态状态结构钢结构钢 软的软的 中等的中等的 硬的硬的工具钢工具钢退火退火正火正火125140160190185230220270注：正火强、硬度与塑、韧性较高3.3.淬火淬火 Quenching：加热到Ac1或Ac3以上3050，保温后快冷，获得M，提高钢硬度和耐磨性。注：M不是最终组织
7、，需经回火，才获得需要的组织和性能。n淬火获得Mn回火获得回火M对亚共析钢淬火：M+少量残余A对共析、过共析钢淬火：细小M+少量残余A +粒状Fe3C淬火介质：决定冷速淬后组织。理想的淬火介质：（1）足够冷速以得到M；（2）为防止零件变形、开裂，绕过“鼻 尖”后，应减缓冷速。开始缓冷，快发生组织转变时快冷，随后再慢冷让M转变慢慢进行。盐水、碱水_ (1015NaCl+水)强冷却介质。清水_冷却力很强，用于碳钢件；碱浴、硝盐浴_在120180以上有好的冷却力（适 用分级淬火）。冷力中等，用于形状复杂的小工具。矿物油_冷却力约为水的1/41/8，大多用于合金钢，防止零件变形与开裂。常用介质：淬火加
8、热温度：淬火加热温度：亚共析钢：亚共析钢：t=Ac3+3050 过共析钢：过共析钢：t=Ac1+3050 冷却：速冷（油或水中）冷却：速冷（油或水中）淬火方法淬火方法1单液淬火单液淬火2双液淬火双液淬火3分级淬火分级淬火4等温淬火等温淬火不同淬火的应用：不同淬火的应用：1）单液淬火：）单液淬火：碳钢用水；合金钢用油。碳钢用水；合金钢用油。2）双液淬火：）双液淬火：水淬水淬+油冷。先在水或盐水中快冷，油冷。先在水或盐水中快冷，绕过绕过“鼻尖鼻尖”再装入油中，缓冷至室温，用于结构复杂件。再装入油中，缓冷至室温，用于结构复杂件。3）分级淬火）分级淬火：先淬入稍高于：先淬入稍高于Ms盐浴中盐浴中保温使
9、工件表面与心部保温使工件表面与心部温度接近温度接近，之后再快淬，适于大尺寸的工件。，之后再快淬，适于大尺寸的工件。4）等温淬火：）等温淬火：先快冷到某一温度保温，使先快冷到某一温度保温，使AB下下转变，再空转变，再空冷至室温得冷至室温得B下下。5）深冷处理：）深冷处理：将冷至室温的零件继续冷到更低温度，入液氮将冷至室温的零件继续冷到更低温度，入液氮（179），减少钢中残余），减少钢中残余A。4.4.回火回火 Tempering：将淬火钢加热到Ac1以下一温度，保温后自然冷却。目的：降低淬火钢脆性，减小或消除内应力1）消除内应力 钢在淬火后有较大内应力（热应力和相变应力），工件易开裂。回火可消除
10、或减小内应力，防止变形与开裂。2）稳定组织和尺寸 钢淬火组织为M 残余A，因不稳定，即零件在使用中会发生组织转变，将带来尺寸和性能变化。回火让可能变化的组织发生转变，达到稳定。3）调整性能 因淬火M碳含量较高，钢的硬度高、脆性大，经回火使工件达到所需强度、塑性和韧性的综合。4）便于加工 降低硬度，便于切削加工。回火转变：1 1）M分解（分解（200200以下）以下）回火回火M M中过饱和的碳会发生中过饱和的碳会发生短距离迁移短距离迁移，形成极细碳化物，形成极细碳化物FeFe2.42.4C C（碳化物），碳化物），以以薄片形式薄片形式存在存在M中，称为中，称为回火回火M。2 2）残余）残余A分解
11、（分解（200200300300）发生回火发生回火M转变时，因转变时，因应力减小应力减小，残余残余A将发生分解形成将发生分解形成下下B，最终组织：最终组织：回火回火M下下B 3）形成形成回火回火T（300300500500）随回火温度升高，碳的扩散加强，随回火温度升高，碳的扩散加强，过渡碳化物过渡碳化物将转变成稳定的转变成稳定的Fe3C，M也转变为也转变为F，最终组织：在，最终组织：在F F上均匀分布极细的上均匀分布极细的Fe3C，称为，称为“回火回火T”，F FFeFe3 3C C（弥散分布）。（弥散分布）。4）形成回火回火S S（500500650650）F会发生会发生再结晶再结晶形成形成
12、等轴晶等轴晶，同时细小的，同时细小的FeFe3 3C C颗粒不断长大，得到平衡组颗粒不断长大，得到平衡组织：织：F中分布颗粒状中分布颗粒状Fe3C混合组织，称为混合组织，称为“回火回火S S”，最终组织：等轴晶，最终组织：等轴晶 F F颗粒状颗粒状FeFe3 3C C。回火组织：回火组织：回火后性能：回火后性能：硬度和强度：硬度和强度：硬度在硬度在200200以下变化不明显，之后随温度的上升而下降，以下变化不明显，之后随温度的上升而下降，强度也如此；强度也如此；塑性：塑性：塑性随回火温度提高而提高；塑性随回火温度提高而提高；韧性：韧性：韧性随回火温度的提高而提高。韧性随回火温度的提高而提高。回
13、火脆性回火脆性：将：将回火中韧性下降称为回火脆性回火中韧性下降称为回火脆性,因因碳化物的析出和长大碳化物的析出和长大导致。导致。回火种类及应用：回火种类及应用：1 1）低温回火低温回火150200。组织：组织：回火马氏体回火马氏体 性能：性能：高硬度，高硬度，硬度达硬度达585864HRC64HRC，耐磨性好。，耐磨性好。应用：应用：常用于轴承、冷作模具热处理。常用于轴承、冷作模具热处理。2 2）中温回火中温回火350500 组织组织：回火屈氏体回火屈氏体T_ T_ F基体+极细粒状渗碳体 性能：性能：有一定韧性，同时也有高有一定韧性，同时也有高弹性弹性 应用：应用：弹簧钢（如：弹簧钢（如：6
14、5,70)65,70)和其它较高强度和一定韧性工件，和其它较高强度和一定韧性工件，如刀杆、轴套等。如刀杆、轴套等。3 3）高温回火）高温回火500650（淬火后又高温回火称为（淬火后又高温回火称为“调质调质”处理）处理）组织组织：回火索氏体回火索氏体S_ S_ F基体+较细粒渗碳体。性能性能：有良好有良好综合性能综合性能，尤其冲击韧性高。，尤其冲击韧性高。应用：应用：可进行切削加工。主要用于承受较大应力，特别是有可进行切削加工。主要用于承受较大应力，特别是有 冲击力场合下的零件，如各种冲击力场合下的零件，如各种轴、连杆、齿轮轴、连杆、齿轮等等。钢回火分类：钢回火分类：温度温度低温（低温（250
15、）中温（中温（350500）高温（高温（500650）时间时间2h冷却冷却通常空冷，特殊急冷通常空冷，特殊急冷低温回火：（低温回火：（150200）目的：减小内应力，降低脆性，保持良好淬目的：减小内应力，降低脆性，保持良好淬火硬度（火硬度（5665HRC）和高耐磨性。）和高耐磨性。应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件。应用：工具、刃具、模具及其它耐磨件。中温回火（中温回火（350500）目的：获得高弹性，表面保持较高硬度目的：获得高弹性，表面保持较高硬度（3550HRC），获得一定韧性。），获得一定韧性。应用：弹簧、发条、锻模板。应用：弹簧、发条、锻模板。高温回火（高温回火（500600）目的：
16、获得高强度、高塑性和高冲击韧性目的：获得高强度、高塑性和高冲击韧性应用：应用于承受疲劳载荷中碳钢重要件，应用：应用于承受疲劳载荷中碳钢重要件，如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。如连杆、主轴、齿轮、重力螺钉等。硬度硬度2035HRC。调质组织：F基体+较细粒状Fe3C调质性能：高强度、塑性和韧性。调质应用：用于各种重要零件，尤其受动载荷和交变载荷零件：像传动轴、齿轮和连杆等。调质处理：淬火+高温回火的热处理。二、钢的淬透性二、钢的淬透性 1.1.淬透性：淬透性：指钢淬火能获得指钢淬火能获得淬硬层淬硬层（M）的深度。工件表面冷速）的深度。工件表面冷速高于心部，从高于心部，从表面至心部表面至心部M的量存在一个分布的量存在一个分布。通常，将。通常，将M量量达达5050处的深度作为处的深度作为淬硬层深度淬硬层深度，用来表征钢的淬透性。，用来表征钢的淬透性。2.2.淬硬性淬硬性：指在正常淬火时获得：指在正常淬火时获得M所达的所达的最高硬度最高硬度。取决于马。取决于马氏体的氏体的C含量含量（与合金元素关系不大），与淬火工艺有关。（与合金元素关系不大），与淬火工艺有关。注意：淬透性是一种钢自身的特性，注
