《鋼的熱處理基礎》PPT課件.ppt

鋼的熱處理,鋼的熱處理,熱處理是將材料放在一定的介質(zhì)內(nèi)加熱、保溫、冷卻，通過改變材料表面或內(nèi)部的組織結構,來控制其性能的一種綜合工藝過程。 金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的。 為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。 鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料，熱處理不僅提高零件的使用性能，延長其使用壽命，而且還能改善工件的熱加工工藝性能，提高加工質(zhì)量，在機械制造業(yè)中占有很重要的地位。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金甚至聚合物材料也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。,熱處理的分類,根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得組織和性能的不同，我們可以把熱處理工藝分成如下幾類： （1）普通熱處理：退火、正火、淬火和回火，根據(jù)其處理過程是否采取防護及采取的防護方法，又分為五保護氣氛熱處理、保護氣氛熱處理、鹽浴熱處理和真空熱處理等。 （2）化學熱處理：包括滲碳、氮化、碳氮共滲、軟氮化、滲金屬等。 （3）表面熱處理：僅在材料表面進行熱處理，如感應加熱、火焰加熱、激光加熱等各種表面加熱處理方式。 （4）復合熱處理：將兩種或兩種以上熱處理方式進行復合處理來改善材料使用性能的熱處理方式。,第一節(jié) 鋼的熱處理基礎知識,奧氏體（austenite）：碳在-Fe中的間隙固溶體，具有FCC結構，其中碳在-Fe中的最大溶解度成分只有.。在鋼的各種組織中，奧氏體的比容最小，奧氏體在形成或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌M織時，都會產(chǎn)生體積變化，引起殘余應力。此外奧氏體具有順磁性，而鐵素體和馬氏體具有鐵磁性。 鋼的普通熱處理主要是奧氏體的轉(zhuǎn)變。因此鐵碳相圖上奧氏體轉(zhuǎn)變點附近的溫度對熱處理來講非常重要。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,第一講 鋼的熱處理基礎知識,奧氏體晶核優(yōu)先在鐵素體和滲碳體界面處形成，由于此處原子排列紊亂，位錯、空位濃度較高，容易滿足形成奧氏體所需的能量和碳濃度所致。奧氏體形核后，一面與滲碳體相接，另一面與鐵素體相接。這使得在奧氏體中出現(xiàn)了碳的濃度梯度，即靠近鐵素體一側碳濃度低，靠近滲碳體一側碳濃度高，導致碳在奧氏體中由高濃度向低濃度擴散。隨著碳在奧氏體中的擴散，破壞了原有的相界面處碳濃度的平衡，形成新的碳濃度的平衡，促使鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變以及滲碳體的溶解。鐵素體消失后，隨著保溫時間延長或繼續(xù)升溫，殘余滲碳體通過碳原子的擴散，不短溶解到奧氏體中，直至全部消失為止。當滲碳體完全溶解后，奧氏體中的碳濃度仍是不均勻的，原來存在滲碳體的區(qū)域碳濃度較高，因此，還需要繼續(xù)延長保溫時間，才能獲得成分均勻的單相奧氏體。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,如果保溫時間過長或溫度過高，會導致奧氏體的晶粒急劇長大，冷卻后的晶粒也粗大，這種現(xiàn)象稱為過熱。會使鋼的力學性能下降，特別是強度和韌性變差。若加熱溫度更高，接近固相線時，在鋼的晶粒邊界上產(chǎn)生氧化或熔化，這種現(xiàn)象叫過燒。過燒的鋼力學性能很差，無法使用，只能報廢。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,影響奧氏體形成的因素 隨著鋼中碳含量的增加，鐵素體和滲碳體的界面總量增加，有利于加速奧氏體的形成。 合金元素的影響，Ni、Co促進奧氏體的形成；Cr、Mn、Mo、V等阻礙奧氏體的形成。 影響奧氏體晶粒長大的因素 （1）加熱溫度和保溫時間。溫度的影響較保溫時間更顯著。在一定溫度下，隨著保溫時間的延長，奧氏體晶粒長大。 （2）加熱速度。加熱速度越快，保溫時間越短，越能獲得細小的晶粒。因為加熱速度大，奧氏體轉(zhuǎn)變的過熱度大，奧氏體形核率高，起始晶粒越細，高溫下保溫時間短，晶粒來不及長大，可以獲得細晶組織。 （3）化學成分的影響。碳含量，奧氏體長大傾向增加，但當碳含量超過一定限度時，奧氏體晶粒長大傾向反減小。因為碳含量達到一定限度時，鋼中會出現(xiàn)二次滲碳體，對奧氏體晶粒的長大有阻礙作用。鋼中加入適量形成難熔中間相的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb等，能強烈阻礙奧氏體晶粒長大達到細化晶粒的目的，而Mn、P則有加速奧氏體晶粒長大傾向。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,珠光體pearlite 珠光體是奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變所形成的鐵素體與滲碳體的共析體。其形態(tài)為鐵素體薄層和滲碳體薄層交替重疊的層狀復相物，也稱片狀珠光體。用符號P表示，含碳量為wc0.77。在珠光體中鐵素體占88%，滲碳體占12%。由于鐵素體的數(shù)量大大多于滲碳體，所以鐵素體層片要比滲碳體厚得多。在球化退火條件下，珠光體中的滲碳休也可呈粒狀，其組織是在鐵素體基體上分布顆粒狀Fe3C。這樣的珠光體稱為粒狀珠光體。相對于相同成分的鋼，粒狀珠光體比片狀珠光體具有較少的相界面，因而其硬度、強度較低，但塑性、韌性較高。粒狀珠光體往往是高碳鋼切削加工前要求獲得的組織狀態(tài)。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,T8鋼 片狀珠光體 珠光體的性能介于鐵素體和滲碳體之間，強韌性較好。其抗拉強度為750 900MPa，180 280HBS，伸長率為20 25%，沖擊功為24 32J。力學性能介于鐵素體與滲碳體之間，強度較高，硬度適中，塑性和韌性較好。,第一講 鋼的熱處理基礎知識,馬氏體(martensite),典型的馬氏體組織 黑色片狀和針狀物為馬氏體，白色區(qū)域為殘余奧氏體 Fe-8Al-2c磁鋼淬火，4硝酸侵 400,馬氏體最初是在鋼（中、高碳鋼）中發(fā)現(xiàn)的：將鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織。許多有色金屬、合金以及陶瓷材料等也發(fā)現(xiàn)了馬氏體相變。馬氏體轉(zhuǎn)變是強化金屬材料的重要手段之一。最先由德國冶金學家 Adolf Martens(1850-1914)于19世紀90年代在一種硬礦物中發(fā)現(xiàn)。馬氏體的三維組織形態(tài)通常有片狀(plate)或者板條狀(lath)，但是在金相觀察中（二維）通常表現(xiàn)為針狀（needle-shaped），這也是為什么在一些地方通常描述為針狀的原因。馬氏體的晶體結構為體心四方結構（BCT）。中高碳鋼中加速冷卻通常能夠獲得這種組織。高的強度和硬度是鋼中馬氏體的主要特征之一。 20世紀以來，對鋼中馬氏體相變的特征累積了較多的知識，又相繼發(fā)現(xiàn)在某些純金屬和合金中也具有馬氏體相變,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前廣泛地把基本特征屬馬氏體相變型的相變產(chǎn)物統(tǒng)稱為馬氏體。,T10鋼淬火 顆粒狀碳化物（白）+隱針馬氏體（灰）+殘余奧氏體（白色基體）,45鋼淬火獲得的混合馬氏體（板條+針狀）組織+殘余奧氏體 1000 馬氏體的性能特點 （1）高強度和高硬度 （2）韌性和塑性相對較差，板條馬氏體的相對韌性與塑性比片狀馬氏體好。,貝氏體bainite 30年代初美國人ECBain等發(fā)現(xiàn)低合金鋼在中溫等溫下可獲得一種高溫轉(zhuǎn)變及低溫轉(zhuǎn)變相異的組織后被人們稱為貝氏體。 該組織具有較高的強韌性配合。在硬度相同的情況下貝氏體組織的耐磨性明顯優(yōu)于馬氏體，因此在鋼鐵材料中基體組織獲得貝氏體是人們追求的目標。 貝氏體等溫淬火：是將鋼件奧氏體化，使之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260400）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w的淬火工藝，有時也叫等溫淬火。一般保溫時間為3060min。,貝氏體;又稱貝茵體。鋼中相形態(tài)之一。鋼過冷奧氏體的中溫(350550)轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，-Fe和Fe3C 的復相組織。貝氏體轉(zhuǎn)變溫度介于珠光體轉(zhuǎn)變與馬氏體轉(zhuǎn)變之間。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度偏高區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫上貝氏體(up bai-nite)，其外觀形貌似羽毛狀，也稱羽毛狀貝氏體。沖擊韌性較差，生產(chǎn)上應力求避免。在貝氏體轉(zhuǎn)變溫度下端偏低溫度區(qū)域轉(zhuǎn)變產(chǎn)物叫下貝氏體。其沖擊韌性較好。為提高韌性，生產(chǎn)上應通過熱處理控制獲得下貝氏體。,羽毛狀為上貝氏體，白色基體為馬氏體16Mn鋼500等溫+10%鹽水淬火,T10鋼300等溫淬火，下貝氏體(B下),黑色針狀為下貝氏體，白色基體為馬氏體，白色顆粒為碳化物,過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變,等溫轉(zhuǎn)變,鋼經(jīng)加熱形成奧氏體后，冷卻到相變點以下的不同溫度區(qū)間內(nèi)等溫保持時，過冷奧氏體發(fā)生相變，形成不同的相。如果在不同溫度等溫保持，記下開始相變和終止相變的時間，在以溫度為縱坐標，以時間的對數(shù)值為橫坐標的圖上分別聯(lián)成曲線，就繪成奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖。這個圖的曲線因鋼的成分不同而不同，奧氏體化溫度和鋼的晶粒度對它也有影響。,等溫轉(zhuǎn)變曲線，即TTT曲線（Ttime，Ttemperature，Ttransformation），可綜合反映過冷奧氏體在不同過冷度下等溫溫度、保持時間與轉(zhuǎn)變產(chǎn)物所占的百分數(shù)（轉(zhuǎn)變開始及轉(zhuǎn)變終止）的關系曲線，又稱為“C曲線”。 等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物及性能：用等溫轉(zhuǎn)變圖可分析鋼在A1線以下不同溫度進行等溫轉(zhuǎn)變所獲的產(chǎn)物。根據(jù)等溫溫度不同，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物有珠光體型和貝氏體型兩種。,高溫轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變溫度范圍為A1550 ，獲片狀珠光體型（F+P）組織。 依轉(zhuǎn)變溫度由高到低，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物分別為珠光體、索氏體、托氏體，片層間距由粗到細。其力學性能與片層間距大小有關，片層間距越小，則塑性變形抗力越大，強度和硬度越高，塑性也有所改善。 中溫轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變溫度范圍為550MS，此溫度下轉(zhuǎn)變獲貝氏體型組織，貝氏體型組織是由過飽和的鐵素體和碳化物組成的，分上貝氏體和下貝氏體。 550350范圍內(nèi)形成的貝氏體稱為上貝氏體，金相組織呈羽毛狀； 350MS范圍內(nèi)形成的貝氏體稱為下貝氏體，金相組織呈黑色針狀或片狀，下貝氏體組織通常具有優(yōu)良的綜合力學性能，即強度和韌性都較高。 等溫轉(zhuǎn)變溫度組織性能變化規(guī)律：等溫轉(zhuǎn)變溫度越低，其轉(zhuǎn)變組織越細小，強度、硬度也越高。,下面列出了轉(zhuǎn)變類型 轉(zhuǎn)變溫度 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 符號 顯微組織特征 硬度HRC 高溫轉(zhuǎn)變 Ac1650 珠光體 P 粗片狀鐵素體與滲碳體混合物 HRC25 650600 索氏體 S 600倍光學金相顯微鏡下才能分辨的細片狀珠光體 HRC2535 600550 托氏體 T 在光學金相顯微鏡下已無法分辨的極細片狀珠光體 HRC3540 中溫轉(zhuǎn)變 550350 上貝氏體 B上 羽毛狀組織 HRC4045 350Ms 下貝氏體 B下 黑色針狀或稱竹葉狀組織 HRC4555,過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）,許多熱處理工藝是在連續(xù)冷卻過程中完成的，如爐冷退火、空冷正火、水冷淬火等。在連續(xù)冷卻過程中，過冷奧氏體同樣能進行等溫轉(zhuǎn)變時所發(fā)生的幾種轉(zhuǎn)變，即：珠光體轉(zhuǎn)變、貝氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體轉(zhuǎn)變等，而且各個轉(zhuǎn)變的溫度區(qū)也與等溫轉(zhuǎn)變時的大致相同。在連續(xù)冷卻過程中，不會出現(xiàn)新的在等溫冷卻轉(zhuǎn)變時所沒有的轉(zhuǎn)變。但是，奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變不同于等溫轉(zhuǎn)變。因為，連續(xù)冷卻過程要先后通過各個轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，因此可能先后發(fā)生幾種轉(zhuǎn)變。而且，冷卻速度不同，可能發(fā)生的轉(zhuǎn)變也不同，各種轉(zhuǎn)變的相對量也不同，因而得到的組織和性能也不同。所以，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變就顯得復雜一些，轉(zhuǎn)變規(guī)律性也不像等溫轉(zhuǎn)變那樣明顯，形成的組織也不容易區(qū)分。,過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的規(guī)律可以用C曲線來表示出來。同樣地，連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的規(guī)律也可以用另一種C曲線表示出來，這就是“連續(xù)冷卻C曲線”，也叫作“熱動力學曲線”。根據(jù)英文名稱字頭，又稱為“CCT(Continuous Cooling Transformation)曲線” 它反映了在連續(xù)冷卻條件下過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，是分析轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織與性能的依據(jù)，也是制訂熱處理工藝的重要參考資料。20 世紀50 年代以后，由于實驗技術的發(fā)展，才開始精確地測量許多鋼的連續(xù)冷卻C曲線，直接用來解決連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變問題。,以共析鋼為例，用若干組共析鋼的小圓片試樣，經(jīng)同樣奧氏體化以后，每組試樣各以一個恒定速度連續(xù)冷卻，每隔一段時間取出一個試樣淬入水中，將高溫分解的狀態(tài)固定到室溫，然后進行金相測定，求出每種轉(zhuǎn)變的開始溫度、開始時間和轉(zhuǎn)變量。將各個冷速下的數(shù)據(jù)綜合繪在“溫度時間對數(shù)”的坐標中，便得到共析鋼的連續(xù)冷卻C曲線，珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)由三條曲線構成，左邊一條是轉(zhuǎn)變開始線，右邊一條是轉(zhuǎn)變終了線，下面一條是轉(zhuǎn)變中止線。馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)則由兩條曲線構成；一條是溫度上限Ms線，另一條是冷速下線,。從圖可以看出：,用CCT曲線定性說明共析鋼連續(xù)冷卻時的組織轉(zhuǎn)變,過共析鋼的CCT曲線,亞共析鋼的CCT曲線,鋼的普通熱處理-退火,鋼的退火 annealing 鋼進行退火可以達到以下目的 （1）細化晶粒，均勻鋼的成分及組織，改善鋼的力學性能或為以后的熱處理作組織準備； （2）降低硬度，以便于切削加工或冷變形加工； （3）消除在前一道工序（如鑄造、鍛造、軋制）中所產(chǎn)生的應力，防止變形和開裂。,退火的種類 將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當溫度，保溫到一定時間，然后緩慢冷卻（隨爐冷卻），獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。 鋼的退火工藝種類很多,根據(jù)加熱溫度可分為兩大類: 一類是在臨界溫度(Ac1或Ac3)以上的退火,又稱為相變重結晶退火,包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴散退火等；另一類是在臨界溫度以下的退火，包括再結晶退火及去應力退火等。,鋼的普通熱處理-退火,退火的種類 1 完全退火和等溫退火 完全退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結構。將亞共析鋼加熱到AC3以上30-50，保溫一定時間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織的退火工藝。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。 過共析鋼不宜采用完全退火，因為過共析鋼加熱到ACCm以上，在緩慢冷卻的過程中將析出網(wǎng)狀的二次滲碳體，同時由于奧氏體晶粒的粗大，使鋼的力學性能變壞。,鋼的普通熱處理-退火,退火的種類 2. 不完全退火 將鋼加熱到AC1和AC3（或ACm）之間，經(jīng)保溫并緩慢冷卻，獲得近平衡組織，稱之為不完全退火。如果不必要通過完全重結晶去改變鐵素體與珠光體的分布及晶粒度，則總是采用不完全退火代替完全退火。 3. 等溫退火 由于完全退火所需時間長，對某些奧氏體穩(wěn)定的合金鋼。常需要數(shù)十小時，甚至幾天時間。常采用等溫退火代替完全退火。 等溫退火就是將鋼加熱到AC1或AC3溫度以上，保溫一段時間，較快的冷卻到珠光體溫區(qū)某一溫度，并等溫保持使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w型組織，然后在空氣中冷卻的工藝。,鋼的普通熱處理-退火,退火的種類 4 球化退火 球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。 將鋼加熱到AC1以上20-30，保溫一定時間，以不大于50/h的冷卻速度隨爐冷卻，使片狀滲碳體轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙罨蛄?。注意，在球化退火前，鋼的原始組織中如果有明顯的網(wǎng)狀二次滲碳體時，應先進行正火處理，以消除網(wǎng)狀滲碳體。 5. 擴散退火 將鋼加熱到AC3（或ACCm）以上150-300，長時間保溫，隨爐冷卻的處理工藝，主要是使鋼中的各元素在奧氏體中進行充分擴散，達到成分均勻化。主要用來減少金屬鑄錠、鑄件、鍛坯等化學成分偏析或組織不均勻性。,鋼的普通熱處理-退火,工具鋼中的網(wǎng)狀二次滲碳體組織（白色）+P 先進行正火消除網(wǎng)狀二次滲碳體，再進行球化退火處理,T10球化退火 4%硝酸酒精腐蝕 1000 組織：鐵素體基體+球狀、小塊狀碳化物（白）,退火的種類 6. 再結晶退火（recrystallization annealing） 將經(jīng)過冷變形加工的工件加熱至再結晶溫度以上，保溫一定時間后冷卻，使工件發(fā)生再結晶，從而消除加工硬化、改善切削性能、提高延展性的工藝。 再結晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間，使形變晶粒重新結晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強化和殘余應力的熱處理工藝。 再結晶溫度隨著合金的成分及冷塑性變形量而有所變化，為產(chǎn)生再結晶所需的最小變形量稱為臨界變形量，鋼的臨界變形量為6%-10%。再結晶隨變形量的增加而降低，到一定值時不再變化。下面列出純金屬的再結晶溫度： 鐵為450；銅為270；鋁為100；一般鋼材再結晶退火溫度為650-700；鋁合金為350-400。,鋼的普通熱處理-退火,退火的種類 7 去應力退火 去應力退火又稱低溫退火（低于A1的某一溫度，500-650），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。,鋼的普通熱處理-退火,鋼的正火 normalizing 正火，又稱?；?，鋼材或鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）和Accm（過共析鋼）以上3050，保溫適當時間后，在自由流動的空氣中均勻冷卻的熱處理工藝為正火。 正火后的組織:亞共析鋼為F+S,共析鋼為S，過共析鋼為S+Fe3C正火與完全退火的主要差別在于冷卻速度快些，目的是讓鋼組織正?；?，亦稱?；幚?。,鋼的普通熱處理-正火,鋼的正火 正火的主要應用范圍有： 用于低碳鋼，正火后硬度略高于退火，韌性也較好，可作為切削加工的預處理。 用于中碳鋼，可代替調(diào)質(zhì)處理作為最后熱處理，也可作為用感應加熱方法進行表面淬火前的預備處理。 用于工具鋼、軸承鋼、滲碳鋼等，可以消降或抑制網(wǎng)狀碳化物的形成，從而得到球化退火所需的良好組織。 用于鑄鋼件，可以細化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。 用于大型鍛件，可作為最后熱處理，從而避免淬火時較大的開裂傾向。 用于球墨鑄鐵，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的曲軸、連桿等重要零件。 過共析鋼球化退火前進行一次正火，可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，以保證球化退火時滲碳體全部球粒。,鋼的普通熱處理-正火,鋼的普通熱處理-正火,正火與退火的區(qū)別： 正火與退火的不同點是正火冷卻速度比退火冷卻速度稍快，因而正火組織要比退火組織更細一些，其機械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來代替退火。,45鋼 晶界先共析鐵素體+魏氏組織鐵素體+珠光體 400,45鋼 晶界先共析鐵素體+珠光體 400,45鋼 正火后組織 鐵素體+珠光體 400 組織得到細化,45鋼 880正火 鐵素體（白）+珠光體（黑） 200,某球鐵在氮化處理前預處理工藝采用正火+高溫回火，圖1所示。,退火與正火的選擇,、含碳量0.25的低碳鋼，通常采用正火代替退火。因為較快的冷卻速度可以防止低碳鋼沿晶界析出游離三次滲碳體，從而提高沖壓件的冷變形性能；用正火可以提高鋼的硬度，低碳鋼的切削加工性能；在沒有其它熱處理工序時，用正火可以細化晶粒，提高低碳鋼強度。 、 含碳量在 0.250.5之間的中碳鋼也可用正火代替退火，雖然接近上限碳量的中碳鋼正火后硬度偏高，但尚能進行切削加工，而且正火成本低、生產(chǎn)率高。 、 含碳量在 0.50.75之間的鋼，因含碳量較高，正火后的硬度顯著高于退火的情況，難以進行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 、 含碳量 0.75的高碳鋼或工具鋼一般均采用球化退火作為預備熱處理，如有網(wǎng)狀二次滲碳體存在，則應先進行正火消除。,鋼的淬火（Hardening or Quenching） (行業(yè)內(nèi)，淬讀“zn“音，即讀“zn hu”） 鋼的淬火是將鋼加熱到臨界溫度Ac3（亞共析鋼）或Ac1（過共析鋼）以上某一溫度，保溫一段時間，使之全部或部分奧氏體化，然后以大于臨界冷卻速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等溫）進行馬氏體（或貝氏體）轉(zhuǎn)變的熱處理工藝。 通常也將鋁合金、銅合金、鈦合金、鋼化玻璃等材料的固溶處理或帶有快速冷卻過程的熱處理工藝稱為淬火。,鋼的普通熱處理-淬火,淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體或貝氏體轉(zhuǎn)變，得到馬氏體或貝氏體組織，然后配合以不同溫度的回火，以大幅提高鋼的強度、硬度、耐磨性、疲勞強度、彈性以及韌性等，從而滿足各種機械零件和工具的不同使用要求。也可以通過淬火滿足某些特種鋼材的的鐵磁性、耐蝕性等特殊的物理、化學性能。 淬火能使鋼強化的根本原因是相變，即奧氏體組織通過相變而成為馬氏體組織（或貝氏體組織）。,鋼的普通熱處理-淬火,淬火 將金屬工件加熱到某一適當溫度并保持一段時間，隨即浸入淬冷介質(zhì)中快速冷卻的金屬熱處理工藝。 常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、油、氣體介質(zhì)等。淬火可以提高金屬工件的硬度及耐磨性，因而廣泛用于各種工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齒輪、軋輥、滲碳零件等）。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。另外淬火還可使一些特殊性能的鋼獲得一定的物理化學性能，如淬火使永磁鋼增強其鐵磁性、不銹鋼提高其耐蝕性等。,淬火工藝主要用于鋼件。常用的鋼在加熱到臨界溫度以上時，原有在室溫下的組織將全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。隨后將鋼浸入水或油中快速冷卻，奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。與鋼中其他組織相比，馬氏體硬度最高。鋼淬火的目的就是為了使它的組織全部或大部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，獲得高硬度，然后在適當溫度下回火，使工件具有預期的性能。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，當其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至開裂。為此必須選擇合適的冷卻方法。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火、雙相淬火等多種。,鋼的普通熱處理-淬火,工具鋼淬火后得到的隱針馬氏體+碳化物（白色顆粒）+殘余奧氏體,低碳鋼淬火+低溫回火得到的板條馬氏體,淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法： 淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計，測試HRC硬度。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測試HRA的硬度。厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計，測試HRN硬度。 淬火是鋼鐵材料強化的基本手段之一。鋼中馬氏體是鐵基固溶體組織中最硬的相(表1)，故鋼件淬火可以獲得高硬度、高強度。但是，馬氏體的脆性很大，加之淬火后鋼件內(nèi)部有較大的淬火內(nèi)應力，因而不宜直接應用，必須進行回火。,鋼的普通熱處理-淬火,淬火的冷卻方法 要使鋼中高溫相奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。 冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關鍵環(huán)節(jié)。,鋼的普通熱處理-淬火,淬火的冷卻方法 要使鋼中高溫相奧氏體在冷卻過程中轉(zhuǎn)變成低溫亞穩(wěn)相馬氏體，冷卻速度必須大于鋼的臨界冷卻速度。工件在冷卻過程中，表面與心部的冷卻速度有-定差異，如果這種差異足夠大，則可能造成大于臨界冷卻速度部分轉(zhuǎn)變成馬氏體，而小于臨界冷卻速度的心部不能轉(zhuǎn)變成馬氏體的情況。為保證整個截面上都轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體需要選用冷卻能力足夠強的淬火介質(zhì)，以保證工件心部有足夠高的冷卻速度。但是冷卻速度大，工件內(nèi)部由于熱脹冷縮不均勻造成內(nèi)應力，可能使工件變形或開裂。因而要考慮上述兩種矛盾因素，合理選擇淬火介質(zhì)和冷卻方式。 冷卻階段不僅零件獲得合理的組織，達到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形狀精度，是淬火工藝過程的關鍵環(huán)節(jié)。,雙液淬火 工件加熱后，先淬入水或其他冷卻能力強的介質(zhì)中冷卻至400左右，迅速轉(zhuǎn)入油或其他冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻。變溫曲線如圖中曲線2。所謂“水淬油冷”法使用得相當普遍。先淬入冷卻能力強的介質(zhì)，工件快速冷卻可避免鋼中奧氏體分解。低溫段轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)可有效減少工件的內(nèi)應力，降低工件變形和開裂傾向。本工藝的關鍵是如何控制在水中停留的時間。根據(jù)經(jīng)驗，按工件厚度計算在水中停留的時間，系數(shù)為O.2O.3s/mm，碳素鋼取上限，合金鋼取下限。這種工藝適用于碳素鋼制造的中型零件(直徑1040mm)和低合金鋼制造的較大型零件。,分級淬火 工件加熱后，淬入溫度處于馬氏體點(ms)附近的介質(zhì)(可用熔融硝鹽、堿或熱油)中，停留一段時間，然后取出空冷。變溫曲線如圖中曲線3。分級溫度應選擇在該鋼種過冷奧氏體的穩(wěn)定區(qū)域，以保證分級停留過程中不發(fā)生相變。對于具有中間穩(wěn)定區(qū)(“兩個鼻子”)型TTT曲線的某些高合金鋼，分級溫度也可選在中溫(400600)區(qū)。分級的目的是使工件內(nèi)部溫度趨于一致，減少在后續(xù)冷卻過程中的內(nèi)應力及變形和開裂傾向。此工藝適用于形狀復雜，變形要求嚴格的合金鋼件。高速鋼制造的工具淬火多用此工藝。 等溫淬火 工件加熱后，淬入溫度處于該鋼種下貝氏體(B下)轉(zhuǎn)變范圍的介質(zhì)中，保溫使之完成下貝氏體轉(zhuǎn)變，然后取出空冷，變溫曲線如圖中的曲線4。等溫溫度對下貝氏體性能影響較大，溫度控制要求嚴格。,羽毛狀上貝氏體,下貝氏體組織,鋼的回火 回火是工件淬硬后加熱到AC1以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 鋼回火的目的 1 降低脆性，消除或減少內(nèi)應力，鋼件淬火后存在很大內(nèi)應力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發(fā)生變形甚至開裂。 2 獲得工件所要求的機械性能，工件經(jīng)淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當回火的配合來調(diào)整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。 3 穩(wěn)定工件尺寸，保證精度； 4 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低，以利切削加工。,鋼的普通熱處理-回火,按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、 中溫回火和高溫回火 (1)低溫回火 工件在250以下進行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性，回火后得到回火馬氏體，指淬火馬氏體低溫回火時得到的組織。 力學性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。 應用范圍：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火的零件等。 (2)中溫回火 工件在250500 之間進行的回火。目的是得到較高的彈性和屈服點，適當?shù)捻g性?；鼗鸷蟮玫交鼗鹜校ㄇ┦象w，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著極其細小球狀碳化物（或滲碳體）的復相組織。 力學性能：3550HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。 應用范圍：彈簧、鍛模、沖擊工具等。,鋼的普通熱處理-回火,按回火溫度范圍，回火可分為低溫回火、 中溫回火和高溫回火 (3)高溫回火 工件在500以上進行的回火。目的是得到強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能?；鼗鸷蟮玫交鼗鹚魇象w，指馬氏體回火時形成的鐵素體基體內(nèi)分布著細小球狀碳化物（包括滲碳體）的復相組織。 力學性能：200350HBS，較好的綜合力學性能。 應用范圍：廣泛用于各種較重要的受力結構件，如連桿、螺栓、齒輪及軸類零件等。 調(diào)質(zhì)處理（quenching and tempering）：一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調(diào)質(zhì)處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優(yōu)。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩(wěn)定性和工件截面尺寸有關，一般在HB200350之間。,鋼的普通熱處理-回火,45鋼 840淬火（水冷）+600回火 回火索氏體 4%硝酸酒精腐蝕 1000,回火脆性 回火脆性是指淬火鋼回火后出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象。 回火脆性：淬火鋼在回火時，隨著回火溫度的升高，硬度降低，韌性升高，但是在許多鋼的回火溫度與沖擊韌性的關系曲線中出現(xiàn)了兩個低谷，一個在2003