钢的热处理方法及应用

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1、钢的热处理方法及应用2008-01-27 17:341. 退火操作方法：将钢件加热到Ac3+3050度或Ac1+3050度或Ac1以下的温度（可 以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化品粒， 改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、 焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。2. 正火操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm以上3050度，保温后以稍大于退火的 冷却速度冷却。目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削

2、加工与压力加工性能；2.细化品粒， 改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于 性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处 理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后 热处理工序。3. 淬火操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、 硝盐、油、或空气中快速冷却。目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不 锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性 和耐蚀性。应用要点：

3、1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充 分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和 冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。4. 回火操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气 或油、热水、水中冷却。目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所要求的力学性能；3.稳定工件尺寸。应用要点：1.保持钢在淬火后的高硬度和耐磨性时用低温回火；在保持一定韧 度的条件下提高钢的弹性和屈服强度时用中温回火；以保持高的冲击韧度和塑 性为主，又有足够的强度时用高温回火；2.

4、一般钢尽量避免在230280度、不 锈钢在400450度之间回火，因为这时会产生一次回火脆性。5. 调质操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高1020度的温 度，保温后进行淬火，然后在400720度的温度下进行回火。目的：1.改善切削加工性能，提高加工表面光洁程度；2.减小淬火时的变形和 开裂；3.获得良好的综合力学性能。应用要点：1.适用于淬透性较高的合金结构钢、合金工具钢和高速钢；2.不仅 可以作为各种较为重要结构的最后热处理，而且还可以作为某些紧密零件，如 丝杠等的预先热处理，以减小变形。6. 时效操作方法：将钢件加热到80200度，保温520小时或更长时间，然后随炉取

5、 出在空气中冷却。目的：1.稳定钢件淬火后的组织，减小存放或使用期间的变形；2.减轻淬火以 及磨削加工后的内应力，稳定形状和尺寸。应用要点：1.适用于经淬火后的各钢种；2.常用于要求形状不再发生变化的紧 密工件，如紧密丝杠、测量工具、床身机箱等。7. 冷处理操作方法：将淬火后的钢件，在低温介质（如十冰、液氮）中冷却到一60 -80度或更低，温度均匀一致后取出均温到室温。目的：1 .使淬火钢件内的残余奥氏体全部或大部转换为马氏体，从而提高钢 件的硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；2. 稳定钢的组织，以稳定钢件的 形状和尺寸。应用要点：1 .钢件淬火后应立即进行冷处理，然后再经低温回火，以消除低 温冷

6、却时的内应力；2.冷处理主要适用于合金钢制的紧密刀具、量具和紧密 零件。8. 火焰加热表面淬火 操作方法：用氧一乙快混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热， 当达到淬火温度后立即喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍保持韧性状态。应用要点：1 .多用于中碳钢制件，一般淬透层深度为26mm；2 .适用 于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。9. 感应加热表面淬火操作方法：将钢件放入感应器中，使钢件表层产生感应电流，在极短的时间内 加热到淬火温度，然后喷水冷却。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部保持韧性状态。应用要点：1 .多用于中碳钢和中堂合金

7、结构钢制件；2. 由于肌肤效应， 高频感应淬火淬透层一般为12mm，中频淬火一般为35mm，高频淬 火一般大于1 Omm.10. 渗碳操作方法：将钢件放入渗碳介质中，加热至9 0 09 5 0度并保温，使钢件 便面获得一定浓度和深度的渗碳层。目的：提高钢件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，心部仍然保持韧性状态。应用要点：1 .用于含碳量为0 .15%0.2 5%的低碳钢和低合金钢制 件，一般渗碳层深度为0.52.5mm；2 .渗碳后必须进行淬火，使表 面得到马氏体，才能实现渗碳的目的。11. 氮化操作方法：利用在5 .6 0 0度时氨气分解出来的活性氮原子，使钢件表 面被氮饱和，形成氮化层。目的：提

8、高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：多用于含有铝、铭、钼等合金元素的中碳合金结构钢，以及碳钢和 铸铁，一般氮化层深度为0 .0 2 50.8 mm.12. 氮碳共渗操作方法：向钢件表面同时渗碳和渗氮。目的：提高钢件表面的硬度、耐磨性、疲劳强度以及抗蚀能力。应用要点：1.多用于低碳钢、低合金结构钢以及工具钢制件，一般氮化层深 0.0 23mm；2 .氮化后还要淬火和低温回火。金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保 持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不 改变工件的形

9、状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变 工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质 量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和 各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的 材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属 热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变 其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所 认识。早在公元前770前222

10、年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能 会因温度和加压变形的影响而变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工 艺。公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速 发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体 存在，说明是经过淬火的。随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在 今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中 国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中 国出土的西汉（公元前206公元24）中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15 0.4%，而表面

11、含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人 “手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组 织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时 转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥 斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时， 人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中 金属的氧化和脱碳等。18501880年，对于应用各种气体（如氢气、煤气、一氧化碳等）进行保护加热 曾有一系列专利。18891890年英国

12、人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得 到更大发展。一个显著的进展是19011925年，在工业生产中应用转筒炉进行 气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研 究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代， 热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束 技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。二金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。 这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤

13、之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和 煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污 染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以全浮动粒子进 行间接加热。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳（即钢铁零件表面碳含量 降低），这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可 控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护 加热。加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热 处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异， 但一般都是加热到相变温度以上，

14、以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间， 因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内 外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热 和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学 热处理的保温时间往往较长。冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要 是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却 速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷 却速度进行淬硬。金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理 等。根据加

15、热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同 的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具 有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂， 因此钢铁热处理工艺种类繁多。整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能 的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工 艺。退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后 进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性 能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度 后

16、在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材 料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快 速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件 在高于室温而低于710C的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种 工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬 火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了 获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合 金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较