第五章鋼的熱處理

1、 熱處理的概念熱處理的概念 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 鋼的退火與正火鋼的退火與正火 鋼的淬火鋼的淬火 鋼的回火鋼的回火 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理第五章第五章 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理的概念熱處理的概念把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，把固態(tài)金屬材料在一定介質(zhì)中的加熱、保溫和冷卻，以改變其組織和性能的一種工藝。以改變其組織和性能的一種工藝。第一節(jié)熱處理的基本概念第一節(jié)熱處理的基本概念熱處理的目的熱處理的目的改善性能、延長壽命、節(jié)約材料、便于加工。改善性能、延長壽命、節(jié)約材料、便于加工。熱處理的任務(wù)熱處理的任務(wù)僅僅改變金屬

2、材料的性能。僅僅改變金屬材料的性能。熱處理的兩個主要因素?zé)崽幚淼膬蓚€主要因素溫度和時間。溫度和時間。熱處理的分類熱處理的分類Fe-Fe3C相圖中理論與實(shí)際的臨界點(diǎn)：相圖中理論與實(shí)際的臨界點(diǎn)：平衡時：平衡時：A1、 A3、Acm實(shí)際加熱時：實(shí)際加熱時： Ac1、 Ac3、Accm （熱滯現(xiàn)象，大于理論溫度）（熱滯現(xiàn)象，大于理論溫度）實(shí)際冷卻時：實(shí)際冷卻時： Ar1、Ar3、Arcm（過冷現(xiàn)象，小于理論溫度）（過冷現(xiàn)象，小于理論溫度） 注意：熱處理能使鋼的性能發(fā)生變化的原因，是由于其具有同素異晶注意：熱處理能使鋼的性能發(fā)生變化的原因，是由于其具有同素異晶轉(zhuǎn)變的特性，在冷卻過程中發(fā)生一系列組織轉(zhuǎn)變所

3、致。轉(zhuǎn)變的特性，在冷卻過程中發(fā)生一系列組織轉(zhuǎn)變所致。熱處理的臨界溫度熱處理的臨界溫度 普通熱處理普通熱處理退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火 表面淬火（火焰加熱、感應(yīng)加熱）表面淬火（火焰加熱、感應(yīng)加熱） 表面化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲）表面化學(xué)熱處理（滲碳、滲氮、碳氮共滲） 表面熱處理表面熱處理 第二節(jié)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變第二節(jié)鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成一、奧氏體的形成 Fe，C原子擴(kuò)散和晶格改變的過程。原子擴(kuò)散和晶格改變的過程。共析鋼加熱到共析鋼加熱到Ac1 以上時，以上時， P A 共析鋼共析鋼A化過程化過程 形核形核 、長大、長大、 FeFe3 3 C C 完全

4、溶解、完全溶解、A 的均勻化。的均勻化。亞（過）析鋼的亞（過）析鋼的A化化 先共析先共析 P A后，后，F(xiàn) 或或 Fe3C 溶解。溶解。二、二、A晶粒長大及影響因素晶粒長大及影響因素 晶粒長大是由于在高溫下原子的活動能力較強(qiáng)，晶粒間相互吞并所致。晶粒長大是由于在高溫下原子的活動能力較強(qiáng)，晶粒間相互吞并所致。1、奧氏體的晶粒度（起始、實(shí)際、本質(zhì)）、奧氏體的晶粒度（起始、實(shí)際、本質(zhì)）2、影響奧氏體晶粒長大的因素（加熱溫度、保溫時間、影響奧氏體晶粒長大的因素（加熱溫度、保溫時間、 含碳量、合金元素含量）含碳量、合金元素含量） A 晶粒度晶粒度加熱溫度，保溫時間加熱溫度，保溫時間 晶粒尺寸晶粒尺寸 合

5、金碳化物合金碳化物(W，V，Ti，Cr)，（C ，Mn） 晶粒尺寸晶粒尺寸3、奧氏體的晶粒度對鋼的機(jī)械性能的影響：、奧氏體的晶粒度對鋼的機(jī)械性能的影響： 晶粒愈細(xì)，鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性愈高晶粒愈細(xì)，鋼的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性愈高第三節(jié)第三節(jié) 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變常用的冷卻方式常用的冷卻方式連續(xù)冷卻、等溫冷卻連續(xù)冷卻、等溫冷卻一、一、 過冷過冷A的等溫轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變過冷過冷A :T S T珠光體珠光體 P ，3800索氏體索氏體 S 8000屈氏體屈氏體 T 80002、中溫轉(zhuǎn)變（、中溫轉(zhuǎn)變（550 MS） C原子擴(kuò)散，原子擴(kuò)散， Fe原子不擴(kuò)散原子不擴(kuò)散過冷過冷A 貝

6、氏體貝氏體 B（碳化物（碳化物（Fe3C） + 含過飽和含過飽和C的的F ）上上B， 550 350產(chǎn)物產(chǎn)物 羽毛狀，小片狀羽毛狀，小片狀Fe3C分布在分布在F間。間。上上B 強(qiáng)度和韌性差強(qiáng)度和韌性差光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片 1300電子顯微照片電子顯微照片 500045鋼，上鋼，上B+下下B，400 下下B， 350 MS 產(chǎn)物產(chǎn)物下下B 韌性高，綜合機(jī)械性能好。韌性高，綜合機(jī)械性能好。 F 針內(nèi)定向分布著細(xì)小針內(nèi)定向分布著細(xì)小Fe2.4C顆粒顆粒電子顯微照片電子顯微照片 12000T8鋼，下鋼，下B，黑色針狀，黑色針狀光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片 400 3、低溫轉(zhuǎn)變、低溫轉(zhuǎn)變馬氏體（馬氏體（

7、M）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)轉(zhuǎn)變特點(diǎn) 1) 無擴(kuò)散無擴(kuò)散Fe 和和 C 原子都不進(jìn)行擴(kuò)散，原子都不進(jìn)行擴(kuò)散，M是的是的C過飽和溶入過飽和溶入F中形成中形成 的體心正方固溶體，的體心正方固溶體，固溶強(qiáng)化顯著固溶強(qiáng)化顯著。2) 瞬瞬時性時性M 的形成速度很快，的形成速度很快，溫度溫度則則 轉(zhuǎn)變量轉(zhuǎn)變量3) 不徹底不徹底M 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變總要?dú)埩羯倭靠傄獨(dú)埩羯倭?A，A中的中的C% 則則 MS、Mf ，殘余，殘余A含量含量4) M形成時體積形成時體積，造成很大內(nèi)應(yīng)力造成很大內(nèi)應(yīng)力。M 的形態(tài)的形態(tài)C% 1.0 % 時，為針狀時，為針狀M（孿晶（孿晶M） 。C% = 0.251.0 % 時，為混合時，為混合M 。M 的性能

8、的性能C % M 硬度硬度針狀針狀M （高碳）（高碳）硬度高，塑性韌性差。硬度高，塑性韌性差。板條板條M（低碳）（低碳） 強(qiáng)度高，塑韌性較好。強(qiáng)度高，塑韌性較好。亞（過）共析鋼亞（過）共析鋼過冷過冷A A的等溫轉(zhuǎn)變的等溫轉(zhuǎn)變01時間/sT/A1100200300400500600700800-100100101010102345AABAPBPM+AMfMs01時間/sT/100200300400500600700800-100100101010234AABAPBP+FM+AA3AFA+FMfMsA101時間/sT/A1100200300400500600700800-1001001010102

9、35AMsMfABAPBP+Fe3CM+AAcmAFe3CA+Fe3C104與共析鋼相比，與共析鋼相比，C曲線左移，曲線左移，多一條過冷多一條過冷AF （Fe3C）的轉(zhuǎn)變開始線，且的轉(zhuǎn)變開始線，且Ms、Mf 線上（下）移。線上（下）移。二、二、 過冷過冷A的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變(CCT)曲線曲線Ps AP 開始線開始線Pf AP 終止線終止線Pk P型轉(zhuǎn)變終止線型轉(zhuǎn)變終止線Vk 上臨界冷卻速度上臨界冷卻速度Vk 下臨界冷卻速度下臨界冷卻速度 MS A M 開始溫度開始溫度 Mf A M 終止溫度終止溫度連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變產(chǎn)物轉(zhuǎn)變產(chǎn)物CCT 和和 TTT曲線的

10、比較曲線的比較CCT 位于位于 TTT曲線曲線 右下方右下方CCT中沒有中沒有 AB 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變爐冷爐冷 P (V )空冷空冷 S (V Vk)油冷油冷 T+M+A ( Vk Vk) 水冷水冷 M+A (VVk) 在共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)在共析鋼等溫冷卻轉(zhuǎn)變曲線上估計(jì)連續(xù)冷卻時變曲線上估計(jì)連續(xù)冷卻時的轉(zhuǎn)變情況。的轉(zhuǎn)變情況。注意：注意： V臨臨的大小與鋼中的化學(xué)成分、的大小與鋼中的化學(xué)成分、C曲線的曲線的位置有關(guān)（左移和右移）。位置有關(guān)（左移和右移）。第四節(jié)鋼的退火與正火第四節(jié)鋼的退火與正火退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理。在機(jī)械零件或工模具等零件退火與正火是應(yīng)用非常廣泛的熱處理。在機(jī)械零件或工模具等零

11、件的制造過程中，經(jīng)常作為預(yù)備熱處理，安排在鑄、鍛、焊之后，切的制造過程中，經(jīng)常作為預(yù)備熱處理，安排在鑄、鍛、焊之后，切削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所帶來的某些缺陷，并為削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所帶來的某些缺陷，并為隨后的工序做好準(zhǔn)備。隨后的工序做好準(zhǔn)備。一、鋼的退火一、鋼的退火1、目的、目的 退火的方法很多，常用的有完全退火、球化退火、等溫退火、均勻退火的方法很多，常用的有完全退火、球化退火、等溫退火、均勻化退火、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等?；嘶?、去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火等。 降低材料硬度，以利切削加工；消除各類應(yīng)力，防止零件變形；細(xì)降低材料硬度，以利切削加工；消除各類應(yīng)力，

12、防止零件變形；細(xì)化粗大晶粒，改善內(nèi)部組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。化粗大晶粒，改善內(nèi)部組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。 2、工藝、工藝 退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。緩冷是退火的主要特點(diǎn)，一般是將工件隨爐緩冷到小于處理工藝。緩冷是退火的主要特點(diǎn)，一般是將工件隨爐緩冷到小于550時出爐空冷。時出爐空冷。3、分類、分類（1）完全退火（重結(jié)晶退火）完全退火（重結(jié)晶退火）將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火加熱溫度為將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火加熱溫度為Ac3+(3050)

13、l目的：目的： 細(xì)化組織，降低硬度，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力。細(xì)化組織，降低硬度，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力。l用途：用途： 主要用于中小型亞共析鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。主要用于中小型亞共析鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。 也可用于高速鋼、高合金鋼淬火、返修前退火。也可用于高速鋼、高合金鋼淬火、返修前退火。l組織與性能：組織與性能：完全退火后可獲得接近平衡狀態(tài)的組織，一般為鐵完全退火后可獲得接近平衡狀態(tài)的組織，一般為鐵 素體加珠光體。硬度、強(qiáng)度較低，有利于切削加工。素體加珠光體。硬度、強(qiáng)度較低，有利于切削加工。（2）球化退火）球化退火 (不完全退火不完全退火 ) 為使工件中的碳化物球狀化而進(jìn)

14、行的退火，加熱溫度一般為為使工件中的碳化物球狀化而進(jìn)行的退火，加熱溫度一般為Ac1+(2030)，保溫一定時間，再冷至保溫一定時間，再冷至Ar1以下以下20左右等溫一定時左右等溫一定時間，然后出爐空冷。間，然后出爐空冷。l目的：目的： 降低硬度，改善組織，提高塑性和改善切削加工性能等。降低硬度，改善組織，提高塑性和改善切削加工性能等。l組織與性能：組織與性能： 球化退火時，網(wǎng)狀滲碳體在加熱保溫過程中將部分溶解而球化退火時，網(wǎng)狀滲碳體在加熱保溫過程中將部分溶解而斷開，成為許多細(xì)小點(diǎn)狀滲碳體彌散分布在奧氏體基體上。再隨后緩冷過斷開，成為許多細(xì)小點(diǎn)狀滲碳體彌散分布在奧氏體基體上。再隨后緩冷過程中，以

15、細(xì)小滲碳體質(zhì)點(diǎn)為核心，程中，以細(xì)小滲碳體質(zhì)點(diǎn)為核心，形成顆粒狀滲碳體，均勻分布在鐵形成顆粒狀滲碳體，均勻分布在鐵素體基體上，形成球狀（或粒狀）素體基體上，形成球狀（或粒狀）珠光體組織珠光體組織。l用途：用途： 主要用于過共析鋼的鍛、軋件主要用于過共析鋼的鍛、軋件球化退火前有網(wǎng)狀滲碳體的工件，應(yīng)先球化退火前有網(wǎng)狀滲碳體的工件，應(yīng)先經(jīng)正火消除后，再進(jìn)行球化退火。經(jīng)正火消除后，再進(jìn)行球化退火。（3）等溫退火）等溫退火亞共析鋼和共析鋼適用亞共析鋼和共析鋼適用（4）去應(yīng)力退火（低溫退火）去應(yīng)力退火（低溫退火）冷塑性變形的鋼種適用冷塑性變形的鋼種適用（5）再結(jié)晶退火）再結(jié)晶退火冷加工制件消除加工硬化的影響

16、冷加工制件消除加工硬化的影響加熱溫度加熱溫度 A1 ，一般為，一般為 500650目的：消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力（可消除目的：消除冷熱加工后的內(nèi)應(yīng)力（可消除5080的殘余應(yīng)力）。的殘余應(yīng)力）。加熱溫度加熱溫度 T再再 + 100200目的：消除加工硬化，恢復(fù)材料塑性目的：消除加工硬化，恢復(fù)材料塑性（6）擴(kuò)散退火（均勻化退火）擴(kuò)散退火（均勻化退火）加熱溫度略低于固相線加熱溫度略低于固相線目的：使成分、組織均勻，消除枝晶偏析目的：使成分、組織均勻，消除枝晶偏析將工件加熱到臨界溫度（亞共析鋼將工件加熱到臨界溫度（亞共析鋼Ac3，共析鋼和，共析鋼和Ac1 ）之上）之上 (3050)，保溫一段時間隨爐緩慢

17、冷卻至保溫一段時間隨爐緩慢冷卻至Ar1后進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，后進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，然后在空氣中冷卻的操作。然后在空氣中冷卻的操作。（周期較短）（周期較短）目的：使零件截面組織性能均勻，縮短工時目的：使零件截面組織性能均勻，縮短工時二、鋼的二、鋼的正火正火應(yīng)用：應(yīng)用：1) 調(diào)整硬度，增加低碳鋼的硬度，降低高碳鋼的硬度，以改善切削加工性能。調(diào)整硬度，增加低碳鋼的硬度，降低高碳鋼的硬度，以改善切削加工性能。2) 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理 淬火、球化退火前改善組織。淬火、球化退火前改善組織。3) 鋼的最終熱處理鋼的最終熱處理用正火替代調(diào)質(zhì)用正火替代調(diào)質(zhì)細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共析鋼中細(xì)化晶粒，組織均勻化，增加亞共

18、析鋼中P(S)% 強(qiáng)度、韌性、硬度強(qiáng)度、韌性、硬度加熱溫度加熱溫度 Ac3 ( Accm ) + 3050，空冷空冷 S （ + F 或或 Fe3CII ）注意：在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火，以提高生產(chǎn)效率。注意：在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火，以提高生產(chǎn)效率。 常用退火、常用退火、正火的奧氏正火的奧氏體化溫度范體化溫度范圍及工藝曲圍及工藝曲線線第五節(jié)第五節(jié) 鋼的淬火（蘸火）鋼的淬火（蘸火）加熱到加熱到Ac3、Ac1以上，保溫，快速冷卻以上，保溫，快速冷卻 M 。1、淬火溫度、淬火溫度1)亞共析鋼亞共析鋼 Ac3 + 3050 M + A （完全淬火）（完全淬火）2) （過）共析鋼（

19、過）共析鋼 Ac1 + 3050 ， M + Fe3CII + A ，硬度大。，硬度大。 （不完全淬火）（不完全淬火）一、鋼的淬火工藝一、鋼的淬火工藝2、加熱溫度與保溫時間、加熱溫度與保溫時間 奧氏體化時間既要保證零件的表面和心部都達(dá)到指定的奧氏奧氏體化時間既要保證零件的表面和心部都達(dá)到指定的奧氏體化溫度，又要保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行和化學(xué)成分?jǐn)U散均勻。體化溫度，又要保證組織轉(zhuǎn)變充分進(jìn)行和化學(xué)成分?jǐn)U散均勻。 影響奧氏體化時間的因素很多，如工件的材料、形狀和尺寸、加熱影響奧氏體化時間的因素很多，如工件的材料、形狀和尺寸、加熱介質(zhì)、加熱溫度、加熱方式、裝爐方式、裝爐量等。介質(zhì)、加熱溫度、加熱方式、裝爐

20、方式、裝爐量等。3、冷卻介質(zhì)、冷卻介質(zhì)冷卻速度：冷卻速度： 鹽水鹽水 水水 鹽浴油鹽浴油1）理想中的淬火冷卻速度）理想中的淬火冷卻速度2）常用的淬火冷卻介質(zhì)）常用的淬火冷卻介質(zhì) 水水廣泛用于碳素鋼零件淬火。廣泛用于碳素鋼零件淬火。 鹽水鹽水冷卻能力比水強(qiáng)，易使零件變形和開裂。冷卻能力比水強(qiáng)，易使零件變形和開裂。 油油適于合金鋼零件淬火。適于合金鋼零件淬火。淬火冷卻介質(zhì)的選擇原則：在保證淬硬的前提下，盡量選用較淬火冷卻介質(zhì)的選擇原則：在保證淬硬的前提下，盡量選用較 為緩和的冷卻劑，以減少工件的變形和開裂。為緩和的冷卻劑，以減少工件的變形和開裂。二、淬火方法二、淬火方法雙介質(zhì)淬火：雙介質(zhì)淬火：水冷

21、水冷 + 油冷油冷質(zhì)量不易控制。質(zhì)量不易控制。分級淬火：分級淬火： Ms鹽浴中均溫空冷鹽浴中均溫空冷可以防止變形和開裂，適于尺寸小而形狀可以防止變形和開裂，適于尺寸小而形狀 復(fù)雜的零件，如量具復(fù)雜的零件，如量具等溫淬火（等溫淬火（ 在鹽、堿浴中）在鹽、堿浴中）下下B 適于形狀復(fù)雜精度高又要具有較高硬度及沖適于形狀復(fù)雜精度高又要具有較高硬度及沖 擊韌性的小工件，如彈簧、板牙、絲錐、螺絲刀等擊韌性的小工件，如彈簧、板牙、絲錐、螺絲刀等單介質(zhì)淬火：單介質(zhì)淬火：水、油冷水、油冷適于簡單零件。適于簡單零件。三、鋼的淬透性三、鋼的淬透性淬透性大小的表示：淬硬層的深度。從淬硬的工件表面馬氏體層淬透性大小的表

22、示：淬硬層的深度。從淬硬的工件表面馬氏體層量至半馬氏體層（硬度值一般為量至半馬氏體層（硬度值一般為550HV）處的垂直距離。處的垂直距離。半馬氏體層的組織：半馬氏體層的組織：50%的馬氏體，的馬氏體， 50%的屈氏體（索氏體）的屈氏體（索氏體）1、淬透性：、淬透性：淬火時得到淬火時得到M的能力，取決于臨界冷卻速度的能力，取決于臨界冷卻速度VK 。(a)完全淬透完全淬透 (b)淬透較大厚度淬透較大厚度 (c)淬透較小厚度淬透較小厚度 淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較淬透性不同的鋼調(diào)質(zhì)后機(jī)械性能的比較 2、淬透性對鋼的性能的影響、淬透性對鋼的性能的影響淬透性高淬透性高 截面組織性能一致截面組織性

23、能一致充分發(fā)揮材料的潛能；充分發(fā)揮材料的潛能； 淬透性低淬透性低 截面組織性能不截面組織性能不一致，影響零件的使用。一致，影響零件的使用。4、淬硬性、淬硬性淬火后獲得的最高硬度，淬火后獲得的最高硬度，C%淬硬性淬硬性，淬火鋼的硬度一般為淬火鋼的硬度一般為HRC60因?yàn)橛绊懸驗(yàn)橛绊慥K的因素是鋼的化學(xué)成分，所以淬透性取決于鋼的化學(xué)成分。的因素是鋼的化學(xué)成分，所以淬透性取決于鋼的化學(xué)成分。亞共析鋼，亞共析鋼，C% ，淬透性亦，淬透性亦 ；過共析鋼，過共析鋼，C% ，淬透性反而，淬透性反而 。幾乎所有的合金元素（除鈷幾乎所有的合金元素（除鈷“Co”外）都會使鋼的過冷外）都會使鋼的過冷A穩(wěn)定性增加，其

24、穩(wěn)定性增加，其C曲線右移，曲線右移，VK ，淬透性，淬透性 。 注意：淬透性和淬硬性的區(qū)別。注意：淬透性和淬硬性的區(qū)別。3、影響淬透性的因素、影響淬透性的因素臨界冷卻速度（臨界冷卻速度（VK）。）。 四、淬火的缺陷及其防止方法四、淬火的缺陷及其防止方法1、氧化與脫碳、氧化與脫碳 工件加熱時，介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水等與金屬反應(yīng)生成氧化物的過工件加熱時，介質(zhì)中的氧、二氧化碳和水等與金屬反應(yīng)生成氧化物的過程稱為程稱為氧化氧化。氧化使工件表面形成氧化皮，易剝落質(zhì)量降低；。氧化使工件表面形成氧化皮，易剝落質(zhì)量降低； 加熱時由于氣體介質(zhì)和鋼鐵表面層碳的作用，使表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的加熱時由于氣體介質(zhì)和鋼鐵

25、表面層碳的作用，使表層碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為脫碳脫碳。脫碳使得淬火后硬度不均勻或偏低。脫碳使得淬火后硬度不均勻或偏低。防止措施：防止措施：采用保護(hù)氣氛或可控氣氛加熱（無氧加熱爐），采用保護(hù)氣氛或可控氣氛加熱（無氧加熱爐）， 也可在工件表面涂上防氧化劑（機(jī)油或石墨）也可在工件表面涂上防氧化劑（機(jī)油或石墨） 。2、硬度不足與軟點(diǎn)、硬度不足與軟點(diǎn) 鋼件淬火硬化后，表面硬度低于應(yīng)有的硬度，稱為鋼件淬火硬化后，表面硬度低于應(yīng)有的硬度，稱為硬度不足硬度不足； 表面硬度偏低的局部小區(qū)域稱為表面硬度偏低的局部小區(qū)域稱為軟點(diǎn)軟點(diǎn)。 引起硬度不足和軟點(diǎn)的主要原因有淬火加熱溫度偏低、保溫時間不足、引起硬度

26、不足和軟點(diǎn)的主要原因有淬火加熱溫度偏低、保溫時間不足、淬火冷卻速度不夠、以及表面氧化脫碳等。淬火冷卻速度不夠、以及表面氧化脫碳等。防止措施：防止措施：淬火前清潔零件表面，改正加熱、保溫和冷卻三個環(huán)節(jié)中的問題。淬火前清潔零件表面，改正加熱、保溫和冷卻三個環(huán)節(jié)中的問題。 （此類缺陷可采用正火后重新淬火的方法消除）（此類缺陷可采用正火后重新淬火的方法消除）3、過熱與過燒、過熱與過燒 淬火加熱溫度過高或保溫時間過長，晶粒過分粗大，以致鋼的性能顯淬火加熱溫度過高或保溫時間過長，晶粒過分粗大，以致鋼的性能顯著降低的現(xiàn)象稱為著降低的現(xiàn)象稱為過熱過熱。工件過熱后可通過正火細(xì)化晶粒予以補(bǔ)救。工件過熱后可通過正火

27、細(xì)化晶粒予以補(bǔ)救。 若加熱溫度達(dá)到鋼的固相線附近時，晶界氧化和開始部分熔化的現(xiàn)象若加熱溫度達(dá)到鋼的固相線附近時，晶界氧化和開始部分熔化的現(xiàn)象稱為稱為過燒過燒。工件過燒后無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢工件過燒后無法補(bǔ)救，只能報(bào)廢 。防止措施：防止措施：正確選擇和控制淬火加熱溫度和保溫時間。正確選擇和控制淬火加熱溫度和保溫時間。4、變形和開裂、變形和開裂 工件淬火冷卻時，由于各部分存在著溫度的差異，而且組織轉(zhuǎn)變也不工件淬火冷卻時，由于各部分存在著溫度的差異，而且組織轉(zhuǎn)變也不能同時進(jìn)行，所以將會形成內(nèi)應(yīng)力稱為淬火冷卻應(yīng)力。當(dāng)淬火應(yīng)力超過能同時進(jìn)行，所以將會形成內(nèi)應(yīng)力稱為淬火冷卻應(yīng)力。當(dāng)淬火應(yīng)力超過鋼的屈服點(diǎn)時，

28、工件將變形；超過鋼的抗拉強(qiáng)度時，工件將產(chǎn)生裂紋。鋼的屈服點(diǎn)時，工件將變形；超過鋼的抗拉強(qiáng)度時，工件將產(chǎn)生裂紋。防止措施：防止措施：全面考慮零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（避免不對稱、尖角、厚薄不均）；全面考慮零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（避免不對稱、尖角、厚薄不均）； 材料選擇（用淬透性好的材料，以降低冷卻速度材料選擇（用淬透性好的材料，以降低冷卻速度 ）；）； 加工工藝流程、熱處理工藝（如加熱前預(yù)熱）；加工工藝流程、熱處理工藝（如加熱前預(yù)熱）； 正確選擇淬火劑；盡量減少淬火應(yīng)力，并在淬火后及時進(jìn)行回正確選擇淬火劑；盡量減少淬火應(yīng)力，并在淬火后及時進(jìn)行回 火處理?；鹛幚怼?鋼淬火后的不穩(wěn)定組織鋼淬火后的不穩(wěn)定組織馬氏體（馬氏體

29、（M）+殘余奧氏體（殘余奧氏體（A） 第六節(jié)第六節(jié) 鋼的回火鋼的回火消除不穩(wěn)定淬火組織的方法消除不穩(wěn)定淬火組織的方法回火回火定義：定義：淬火后，加熱到淬火后，加熱到A1以下，保溫，冷卻。以下，保溫，冷卻。實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)： M+ A 穩(wěn)定的組織穩(wěn)定的組織一、回火的目的一、回火的目的 淬火后的馬氏體和殘余奧氏體都是不穩(wěn)定的組織，具有自發(fā)向穩(wěn)定淬火后的馬氏體和殘余奧氏體都是不穩(wěn)定的組織，具有自發(fā)向穩(wěn)定 狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向。隨著回火溫度的升高，組織轉(zhuǎn)變將分四個階段進(jìn)行。狀態(tài)轉(zhuǎn)變的傾向。隨著回火溫度的升高，組織轉(zhuǎn)變將分四個階段進(jìn)行。 消除或減小內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，防止變形與開裂，減小脆性，調(diào)消除或減小內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)

30、定工件尺寸，防止變形與開裂，減小脆性，調(diào)整硬度，獲得所需的組織和性能。整硬度，獲得所需的組織和性能。二、回火時組織與性能的變化二、回火時組織與性能的變化 第一階段（第一階段（100200）轉(zhuǎn)變特征：轉(zhuǎn)變特征： 馬氏體分解馬氏體分解， M M（M+極細(xì)小片狀碳化物）極細(xì)小片狀碳化物）產(chǎn)物：回火馬氏體（產(chǎn)物：回火馬氏體（M） , 低飽和狀態(tài)馬氏體低飽和狀態(tài)馬氏體第二階段（第二階段（200300）轉(zhuǎn)變特征：殘余奧氏體分解，轉(zhuǎn)變特征：殘余奧氏體分解， A M （鋼的體積增加，出現(xiàn)回火脆性）（鋼的體積增加，出現(xiàn)回火脆性）產(chǎn)物：回火馬氏體（產(chǎn)物：回火馬氏體（M ） 產(chǎn)物：回火屈氏體（產(chǎn)物：回火屈氏體（ T

31、 ） 第三階段（第三階段（300400）轉(zhuǎn)變特征：馬氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，轉(zhuǎn)變特征：馬氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體， 極細(xì)的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細(xì)顆粒狀極細(xì)的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闃O細(xì)顆粒狀Fe3C M T （F+Fe3C極細(xì)顆粒）極細(xì)顆粒）產(chǎn)物：回火索氏體（產(chǎn)物：回火索氏體（ S ） 第四階段第四階段 （400以上）以上）轉(zhuǎn)變特征：滲碳體顆粒長大，轉(zhuǎn)變特征：滲碳體顆粒長大，F(xiàn)再結(jié)晶為等軸晶粒再結(jié)晶為等軸晶粒 T S （F+Fe3C細(xì)顆粒）細(xì)顆粒）低溫回火（低溫回火（150250） 回火馬氏體回火馬氏體M ( 過飽和過飽和F +薄片狀薄片狀Fe2.4C ) + A 性能：淬火應(yīng)力性能：淬火應(yīng)力 ，脆性，脆性 ，保持淬

32、火后的高硬度。，保持淬火后的高硬度。應(yīng)用：用于高應(yīng)用：用于高C工具鋼等工具鋼等中溫回火（中溫回火（350500） 回火屈氏體回火屈氏體T (F +極細(xì)粒狀極細(xì)粒狀Fe3C ) 性能：性能：彈性極限和屈服強(qiáng)度彈性極限和屈服強(qiáng)度，韌性和硬度中等，韌性和硬度中等。應(yīng)用：用于應(yīng)用：用于彈簧等彈簧等高溫回火（高溫回火（500600） 回火索氏體回火索氏體S (等軸狀等軸狀F +細(xì)粒狀細(xì)粒狀Fe3C) 性能：綜合機(jī)械性能最好性能：綜合機(jī)械性能最好, 即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好即強(qiáng)度、塑性和韌性都較好。應(yīng)用：用于曲軸、連桿、齒輪等應(yīng)用：用于曲軸、連桿、齒輪等重要零件重要零件調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 淬火淬火 + 高溫

33、回火高溫回火三、回火工藝及應(yīng)用三、回火工藝及應(yīng)用 高溫軟化回火（高溫軟化回火（640680） 回火珠光體回火珠光體P （等軸狀（等軸狀F +粒狀粒狀Fe3C ）性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性高。性能：強(qiáng)度、硬度低，塑性和韌性高。應(yīng)用：馬氏體鋼的軟化和高碳合金鋼零件的返修。應(yīng)用：馬氏體鋼的軟化和高碳合金鋼零件的返修?；鼗甬a(chǎn)物的組織形態(tài)比較回火產(chǎn)物的組織形態(tài)比較 回火回火M 400 回火回火T 7500回火回火S 7500M低倍低倍 T 1000 S 1000 回火時性能的變化回火時性能的變化 :回火溫度回火溫度 硬度、強(qiáng)度硬度、強(qiáng)度 ， 塑性塑性 工件回火后的性能主要取決于回火溫度和時間，工件回

34、火后的性能主要取決于回火溫度和時間，與回火后的冷卻速度關(guān)系不大！與回火后的冷卻速度關(guān)系不大！四、回火脆性四、回火脆性 隨著回火溫度的提高，鋼的沖擊韌度在隨著回火溫度的提高，鋼的沖擊韌度在250250350350和和450 450 6 65050兩個回火溫度區(qū)出現(xiàn)明顯的下降，這種隨回火溫度提高而沖擊韌度下降的現(xiàn)兩個回火溫度區(qū)出現(xiàn)明顯的下降，這種隨回火溫度提高而沖擊韌度下降的現(xiàn)象稱為鋼的回火脆性。象稱為鋼的回火脆性。1 1、低溫回火脆性、低溫回火脆性2 2、高溫回火脆性、高溫回火脆性 這類回火脆性發(fā)生在這類回火脆性發(fā)生在250350之間，也稱之間，也稱第一類回火脆性第一類回火脆性。其產(chǎn)生的原。其產(chǎn)

35、生的原因是碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)楸∑瑺顫B碳體，沿馬氏體晶界析出，破壞了馬氏體之間的因是碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)楸∑瑺顫B碳體，沿馬氏體晶界析出，破壞了馬氏體之間的連續(xù)性，使韌性下降。幾乎所有的鋼都產(chǎn)生低溫回火脆性。不在該回火溫度連續(xù)性，使韌性下降。幾乎所有的鋼都產(chǎn)生低溫回火脆性。不在該回火溫度區(qū)間回火（彈簧鋼除外）或使用含區(qū)間回火（彈簧鋼除外）或使用含Si的鋼將脆化溫度推向高溫，可防止低溫回的鋼將脆化溫度推向高溫，可防止低溫回火脆性產(chǎn)生。火脆性產(chǎn)生。 這類回火脆性發(fā)生在這類回火脆性發(fā)生在450650之間，也稱之間，也稱第二類回火脆性第二類回火脆性，是由雜質(zhì)和，是由雜質(zhì)和合金元素在晶界處偏聚而造成的，主要在含合金元素在

36、晶界處偏聚而造成的，主要在含Cr、Mn、Si、Ni等的鋼中產(chǎn)生。等的鋼中產(chǎn)生。生產(chǎn)中可通過回火后快冷（水冷或油冷）或選用生產(chǎn)中可通過回火后快冷（水冷或油冷）或選用Mo、W等元素的鋼，阻止雜等元素的鋼，阻止雜質(zhì)元素?cái)U(kuò)散，削弱雜質(zhì)元素在晶界處的偏聚等措施予以消除。質(zhì)元素?cái)U(kuò)散，削弱雜質(zhì)元素在晶界處的偏聚等措施予以消除。 第七節(jié)鋼的表面熱處理第七節(jié)鋼的表面熱處理 表面熱處理的目的表面熱處理的目的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)外硬內(nèi)韌外硬內(nèi)韌，以滿足運(yùn)動零件之需要。，以滿足運(yùn)動零件之需要。 表面熱處理的種類：表面熱處理的種類： 表面淬火（只改變表面組織）表面淬火（只改變表面組織）表面化學(xué)熱處理（既改變表面化學(xué)成分，又改變表面

37、組織）表面化學(xué)熱處理（既改變表面化學(xué)成分，又改變表面組織）一、表面淬火一、表面淬火特點(diǎn)：不改變心部組織，利用快速加熱將表層特點(diǎn)：不改變心部組織，利用快速加熱將表層A化后進(jìn)行淬火。化后進(jìn)行淬火。目的目的 ： 提高表面硬度，保持心部良好的塑性、韌性。提高表面硬度，保持心部良好的塑性、韌性。工藝過程：表面淬火工藝過程：表面淬火+低溫回火低溫回火注意：注意：表面淬火適用的材料表面淬火適用的材料中碳鋼（碳素鋼、合金鋼）、鑄鐵；中碳鋼（碳素鋼、合金鋼）、鑄鐵；表面淬火前的預(yù)先熱處理表面淬火前的預(yù)先熱處理正火或調(diào)質(zhì)；正火或調(diào)質(zhì)；表面淬火后的組織表面淬火后的組織表面為回火馬氏體（表面為回火馬氏體（M），），心部為回火索氏體（心部為回火索氏體（S ）或索氏體（）或索氏體（S）。）。2、感應(yīng)加熱表面淬火、感應(yīng)加熱表面淬火交變磁場交變磁場 感應(yīng)表面電流感應(yīng)表面電流 表面加熱表面加熱特點(diǎn)：特點(diǎn)：1) 加熱速度快，晶粒度小，硬度加熱速度快，晶粒度小，硬度，脆性，脆性；2) 表層殘余壓應(yīng)力表層殘余壓應(yīng)力 提高疲勞強(qiáng)度；提高