Chapter10鋼的熱處理工藝

1、本章目的本章目的 介紹鋼的常用熱處理工藝及其應(yīng)用介紹鋼的常用熱處理工藝及其應(yīng)用本章重點本章重點（1）各類熱處理）各類熱處理(退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火)工藝工藝組織性能應(yīng)用的規(guī)律和特點組織性能應(yīng)用的規(guī)律和特點（2）淬透性、淬硬性的概念與應(yīng)用）淬透性、淬硬性的概念與應(yīng)用第十章第十章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝內(nèi)容內(nèi)容n9.1 鋼的退火和正火鋼的退火和正火n9.2 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火n9.3 其他類型熱處理其他類型熱處理熱處理分類一熱處理分類一n普通熱處理：退火、正火、淬火、回火普通熱處理：退火、正火、淬火、回火n表面熱處理：表面淬火、化學(xué)熱處理表面熱處理：表面淬火、

2、化學(xué)熱處理n形變熱處理：控制軋制形變熱處理：控制軋制 冶煉冶煉鑄造鑄造鑄錠鑄錠板棒型管板棒型管焊接焊接機(jī)加工機(jī)加工冷軋冷軋冷拔冷拔深沖深沖鍛件鍛件鑄件鑄件機(jī)加工機(jī)加工零零件件或或構(gòu)構(gòu)件件 工藝性能工藝性能 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 使用性能使用性能 最終熱處理最終熱處理熱軋熱軋熱鍛熱鍛生產(chǎn)工藝過程中位置和作用不同，分為預(yù)備熱處生產(chǎn)工藝過程中位置和作用不同，分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。理和最終熱處理。熱處理分類二熱處理分類二10-1 鋼的退火與正火鋼的退火與正火退火退火正火正火得到近似得到近似平衡組織平衡組織得到得到偽共析組織偽共析組織退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用廣泛的預(yù)備熱處理。也退火和正火是生產(chǎn)上應(yīng)用

3、廣泛的預(yù)備熱處理。也可作為最終熱處理（對于鑄件）?？勺鳛樽罱K熱處理（對于鑄件）。定義：鋼加熱到適當(dāng)溫度（定義：鋼加熱到適當(dāng)溫度（Ac1以上或以下），保以上或以下），保溫一定時間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲近溫一定時間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲近平衡組織的工藝平衡組織的工藝。主要目的：主要目的： 均勻成分、組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除均勻成分、組織，細(xì)化晶粒，調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善成形和切削加工性能，內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，改善成形和切削加工性能，為淬火做組織準(zhǔn)備。為淬火做組織準(zhǔn)備。一一 、退火的目的及工藝、退火的目的及工藝分類分類（1）高溫退火）高溫退火 （相變重結(jié)晶（相變重結(jié)

4、晶退火）退火） T加熱加熱AC1（2）低溫退火）低溫退火 T加熱加熱AC1完全退火完全退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火等溫退火等溫退火擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火根據(jù)加熱溫度不同分：根據(jù)加熱溫度不同分：根據(jù)冷卻方式不同分：等溫退火和連續(xù)退火。根據(jù)冷卻方式不同分：等溫退火和連續(xù)退火。工藝規(guī)范工藝規(guī)范特點特點目的目的適用范圍適用范圍 工藝：工藝：完全奧氏完全奧氏體化體化組織：組織：層片狀珠層片狀珠光體光體 硬度，改硬度，改善切削加工性善切削加工性能能 細(xì)化晶粒；細(xì)化晶粒；消除內(nèi)應(yīng)力；消除內(nèi)應(yīng)力；減輕組織不均減輕組織不均勻性勻性(消除魏消除魏氏組織等氏組織等) 亞

5、共析鋼、合金亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備軋、焊件的預(yù)備熱處理熱處理(切削加工切削加工前前或或熱處理前熱處理前的的預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理) AC3 +20-30 AC3 AC1 tT(一一) 完全退火完全退火注：目的不同，組織控制注：目的不同，組織控制(珠光體片間距珠光體片間距)不同不同原因：粗片狀原因：粗片狀P原因：重結(jié)晶原因：重結(jié)晶n 低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火。n 低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。工。n 過共析鋼加熱至過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態(tài)緩冷以上奧氏體狀態(tài)緩冷

6、退退火時，有網(wǎng)狀二次滲碳體析出，使鋼的火時，有網(wǎng)狀二次滲碳體析出，使鋼的 強(qiáng)度、強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度顯著降低。塑性和沖擊韌度顯著降低。退火保溫時間退火保溫時間完全退火保溫時間與鋼材成分、工件厚度、裝爐完全退火保溫時間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。量和裝爐方式等因素有關(guān)。=KD（單位為（單位為min）D工件有效厚度（工件有效厚度（mm），），K是加熱系數(shù)，是加熱系數(shù)，K=1.52.0min/mm完全退火需要的時間很長，實際生產(chǎn)時，為了提完全退火需要的時間很長，實際生產(chǎn)時，為了提高效率，退火冷卻至高效率，退火冷卻至600左右即可出爐空冷。左右即可出爐空冷。等溫退火等溫退火n等溫

7、退火：將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低等溫退火：將奧氏體化后的鋼較快地冷至稍低與與A Ar1r1溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，再空冷至室溫的退火工藝。這種退火方法可大大縮冷至室溫的退火工藝。這種退火方法可大大縮短退火時間。適用于高碳鋼、合金工具鋼和高短退火時間。適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼，但對于大截面鋼件和大批量爐料不宜合金鋼，但對于大截面鋼件和大批量爐料不宜采用。采用。（二）不完全退火（二）不完全退火n將鋼加熱至將鋼加熱至Ac1Ac3（亞共析鋼）或（亞共析鋼）或Ac1Accm（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后（過共析鋼）之間，經(jīng)保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡

8、組織的熱處理緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。工藝。n不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)和不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)和分布。可降低硬度、消除內(nèi)應(yīng)力、改善分布?？山档陀捕取⑾齼?nèi)應(yīng)力、改善切削加工性。切削加工性。工藝規(guī)范工藝規(guī)范特點特點目的目的適用范圍適用范圍 工藝：工藝：不完全奧氏不完全奧氏體化體化組織：組織：球狀球狀(粒狀粒狀)珠光體珠光體 降低降低(過過)共共析鋼硬度適合析鋼硬度適合切削切削為最終熱處為最終熱處理做組織準(zhǔn)備理做組織準(zhǔn)備含碳量較高含碳量較高的工、模具的工、模具鋼的預(yù)備熱鋼的預(yù)備熱處理處理 AC1 +20-30 ACm或或AC3 AC1 tT (三三) 球化退火球化退

9、火 不完全退火的一種不完全退火的一種片狀與球狀珠光體組織切削性能比較片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀層片狀珠光體珠光體粒粒(球球)狀狀珠光體珠光體刀具刀具T12鋼球化退火與完全退火的性能比較鋼球化退火與完全退火的性能比較球化退火的強(qiáng)硬度更低，塑韌性更好，碳化物對球化退火的強(qiáng)硬度更低，塑韌性更好，碳化物對基體的分割更均勻、徹底，更利切削加工基體的分割更均勻、徹底，更利切削加工.狀態(tài)狀態(tài)b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040160T12T12鋼完全退火與球化退火后性能比較鋼完全退火與球化退火后性能比較T12鋼完全退火與球化退火后組織比較

10、鋼完全退火與球化退火后組織比較完全退火、球化退火工藝缺陷完全退火、球化退火工藝缺陷 生產(chǎn)周期長；且為變溫轉(zhuǎn)變，故所得組織、球生產(chǎn)周期長；且為變溫轉(zhuǎn)變，故所得組織、球大小不均，為此大小不均，為此 開發(fā)出等溫轉(zhuǎn)變開發(fā)出等溫轉(zhuǎn)變工藝規(guī)范工藝規(guī)范特點特點目的目的適用范圍適用范圍 (1)高溫、長時間高溫、長時間(2)需再經(jīng)重結(jié)晶需再經(jīng)重結(jié)晶工藝工藝(完全退火或完全退火或正火正火)以細(xì)化晶粒以細(xì)化晶粒消除或減消除或減輕偏析、輕偏析、帶狀組織帶狀組織等等合金鋼錠合金鋼錠大型鑄鋼大型鑄鋼件件tTAC3或或ACm+ 150-300AC3或或ACm(四四) 均勻化均勻化(擴(kuò)散擴(kuò)散)退火退火將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至

11、略低于固相線的溫度將鋼錠、鑄件或鍛坯加熱至略低于固相線的溫度下長時間保溫，然后緩冷以消除化學(xué)成分不均現(xiàn)下長時間保溫，然后緩冷以消除化學(xué)成分不均現(xiàn)象的熱處理工藝。象的熱處理工藝。n均勻化退火需在高溫下長時間加熱，奧氏均勻化退火需在高溫下長時間加熱，奧氏體晶粒十分粗大，需再進(jìn)行一次完全退火體晶粒十分粗大，需再進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過熱缺陷?；蛘穑约?xì)化晶粒、消除過熱缺陷。n生產(chǎn)周期長，消耗能量大，工件氧化、脫生產(chǎn)周期長，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本高。只一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏碳嚴(yán)重，成本高。只一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析嚴(yán)重的合金鑄件和鋼錠才使用該工藝。析嚴(yán)重的合金鑄件和鋼錠才使用

12、該工藝。(五五) 再結(jié)晶退火與去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火與去應(yīng)力退火n 為消除鑄件、鍛件、焊接件及機(jī)加工工件中的為消除鑄件、鍛件、焊接件及機(jī)加工工件中的殘留應(yīng)力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形和殘留應(yīng)力，以提高尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形和開裂，在精加工或淬火之前將工件加熱到開裂，在精加工或淬火之前將工件加熱到Ac1以以下某一溫度，保溫一定時間，然后緩冷的一種熱下某一溫度，保溫一定時間，然后緩冷的一種熱處理工藝稱為處理工藝稱為去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火。n 把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持把冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上保持適當(dāng)?shù)臅r間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻容S晶適當(dāng)?shù)臅r間，使變形晶粒重新轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

13、均勻等軸晶粒，同時消除加工硬化和殘留應(yīng)力的熱處理工藝，粒，同時消除加工硬化和殘留應(yīng)力的熱處理工藝，稱為稱為再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火。工藝工藝名稱名稱工藝規(guī)范工藝規(guī)范目的目的適用范圍適用范圍再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火 消除加工硬化消除加工硬化 完全消除殘余完全消除殘余應(yīng)力應(yīng)力冷塑性變冷塑性變形件形件去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火消除內(nèi)應(yīng)力，防消除內(nèi)應(yīng)力，防工件變形工件變形鑄、鍛、鑄、鍛、焊、沖壓、焊、沖壓、機(jī)加工件機(jī)加工件AC1650-700 500-650 tT二、正火目的及工藝二、正火目的及工藝 定義：是將鋼加熱到定義：是將鋼加熱到Ac3或或Accm以上，保溫一定時間，使以上，保溫一定時間，使之完全奧氏體化，然

14、后在空氣中冷卻，以得到細(xì)片狀珠光之完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻，以得到細(xì)片狀珠光體類型組織的熱處理工藝。（偽共析轉(zhuǎn)變）體類型組織的熱處理工藝。（偽共析轉(zhuǎn)變）保溫溫度：亞共析鋼保溫溫度：亞共析鋼 Ac3 + 3050 共析鋼共析鋼/過共析鋼過共析鋼 Accm + 3050保溫時間：保溫時間：=KD（min）冷卻方式：空冷冷卻方式：空冷室溫組織：室溫組織：P類組織類組織-偽共析組織偽共析組織（1）提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能；）提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能；（2）消除中碳鋼熱加工組織缺陷，細(xì)化晶粒；）消除中碳鋼熱加工組織缺陷，細(xì)化晶粒；（3）消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，降低硬度、改）消除過

15、共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，降低硬度、改善和冷塑性變形性能，為淬火作好準(zhǔn)備；善和冷塑性變形性能，為淬火作好準(zhǔn)備；（4）提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。不重要零件可）提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。不重要零件可代替調(diào)質(zhì)處理。代替調(diào)質(zhì)處理。正火的目的正火的目的正火與退火的區(qū)別正火與退火的區(qū)別 加熱溫度較高加熱溫度較高 冷卻速度較快冷卻速度較快 獲得組織較細(xì)獲得組織較細(xì)(索氏體索氏體) 強(qiáng)硬度與塑韌性較高強(qiáng)硬度與塑韌性較高 生產(chǎn)效率較高生產(chǎn)效率較高正火正火 退火退火注意注意 1 退火與正火退火與正火珠光體類型組織的應(yīng)用珠光體類型組織的應(yīng)用 2 能用正火處則不用退火能用正火處則不用退火 正火可作為大件或不重要工件的最終正

16、火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理熱處理，而退火一般不作為最終熱處理三、正火與退火的選用三、正火與退火的選用 C%0.75% 球化退火球化退火 C%0.9% 有網(wǎng)狀碳化物有網(wǎng)狀碳化物 正火正火(消網(wǎng)消網(wǎng))球化退火球化退火10-2 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火一、鋼的淬火一、鋼的淬火淬火：將鋼件加熱到淬火：將鋼件加熱到AC3 或或AC1以上，使發(fā)生奧氏體化，以上，使發(fā)生奧氏體化，以以 V冷冷 VC急劇冷卻，獲馬氏體組織的熱處理工藝。急劇冷卻，獲馬氏體組織的熱處理工藝。目的：獲得盡量多的馬氏體，配以不同溫度回火獲得各種目的：獲得盡量多的馬氏體，配以不同溫度回火獲得各種

17、需要的性能。需要的性能。不同的鋼件獲得馬氏體的能力不同，不同的鋼件獲得馬氏體的能力不同，“淬透性淬透性”的概念。的概念。淬火鋼內(nèi)應(yīng)力比較大。淬火鋼內(nèi)應(yīng)力比較大。淬火應(yīng)力熱應(yīng)力組織應(yīng)力變形、開裂變形、開裂溫度梯度相的比容差（一）淬火應(yīng)力（一）淬火應(yīng)力實際淬火時，工件各截面冷卻速度不同，內(nèi)外溫實際淬火時，工件各截面冷卻速度不同，內(nèi)外溫差產(chǎn)生脹縮不一致以及相變不同時還會引起淬火差產(chǎn)生脹縮不一致以及相變不同時還會引起淬火應(yīng)力。應(yīng)力。1. 熱應(yīng)力熱應(yīng)力1)產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: 內(nèi)外溫差內(nèi)外溫差2)應(yīng)力結(jié)果應(yīng)力結(jié)果: 表層表層壓應(yīng)力壓應(yīng)力,心部心部拉應(yīng)力拉應(yīng)力3) 影響熱應(yīng)力因素影響熱應(yīng)力因素: （1）冷卻

18、速度：）冷卻速度：V （2）淬火溫度：）淬火溫度：T （3）截面尺寸：）截面尺寸：D （4）線膨脹系數(shù)：）線膨脹系數(shù)：1)產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因: 冷卻時組織轉(zhuǎn)變的不同時性冷卻時組織轉(zhuǎn)變的不同時性2)應(yīng)力結(jié)果應(yīng)力結(jié)果: 表層表層拉應(yīng)力拉應(yīng)力, 心部心部壓應(yīng)力壓應(yīng)力(與熱應(yīng)力相反與熱應(yīng)力相反)3)影響因素影響因素:（1）化學(xué)成分）化學(xué)成分:含碳量含碳量 wc 合金元素合金元素wme（2）冷卻速度：）冷卻速度：v（3）淬火溫度：）淬火溫度：T（4）截面尺寸：）截面尺寸：D（5）線膨脹系數(shù)：）線膨脹系數(shù)：2.組織應(yīng)力組織應(yīng)力（1）含碳量）含碳量: wc 高高-組織應(yīng)力為主組織應(yīng)力為主 wc 低低-熱應(yīng)力為

19、主熱應(yīng)力為主（2）合金元素）合金元素: w 熱應(yīng)力熱應(yīng)力 /組織應(yīng)力組織應(yīng)力（3）截面尺寸：）截面尺寸：D大大-熱應(yīng)力為主熱應(yīng)力為主 D小小-組織應(yīng)力為主組織應(yīng)力為主3.影響內(nèi)應(yīng)力大小的主要因素影響內(nèi)應(yīng)力大小的主要因素（二）淬火加熱溫度（二）淬火加熱溫度淬火加熱溫度的選擇以得到均勻細(xì)小的奧氏體淬火加熱溫度的選擇以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則。通常淬火加熱溫度的選擇主要根晶粒為原則。通常淬火加熱溫度的選擇主要根據(jù)鋼種是亞共析鋼還是過共析鋼而定，基本原據(jù)鋼種是亞共析鋼還是過共析鋼而定，基本原則是則是亞共析鋼亞共析鋼采取完全奧氏體化，采取完全奧氏體化，Ac3以上以上3050，過共析鋼，過共析鋼采取

20、不完全奧氏體化，采取不完全奧氏體化，Ac1以上以上3050 。亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3+3050；共析鋼、過共析鋼：共析鋼、過共析鋼：Ac1+3050；低合金鋼：低合金鋼：Ac1或Ac3+50100；高合金鋼：高合金鋼： Ac3 或Ac1 +300-400 根據(jù)化學(xué)成分根據(jù)化學(xué)成分過共析鋼為何不采取完全奧氏體化？過共析鋼為何不采取完全奧氏體化？ AC1 ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C)()A+FM+FFe3C若若T T A Acmcm C% C%，M MS S；A AR R 粗大粗大M M 氧化脫碳氧化脫碳，變形開裂，變形開裂（三）（三） 淬火介質(zhì)淬火介質(zhì)鋼從奧氏體狀態(tài)冷卻

21、至鋼從奧氏體狀態(tài)冷卻至Ms點點以下所用的冷卻介質(zhì)叫做淬火以下所用的冷卻介質(zhì)叫做淬火介質(zhì)。介質(zhì)。TA1MS水水油油1. 淬火介質(zhì)的要求淬火介質(zhì)的要求 鼻點冷速大鼻點冷速大, Ms附近冷速小附近冷速小 穩(wěn)定，成本低穩(wěn)定，成本低 安全、無毒、不腐蝕工件安全、無毒、不腐蝕工件2. 常用淬火介質(zhì)常用淬火介質(zhì) 水（不理想）水（不理想） 鼻溫（鼻溫（650400 ）：冷卻速度?。豪鋮s速度小150/S； 馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)速度太大速度太大 340 時高達(dá)755 /S，易造成變形、開裂，易造成變形、開裂應(yīng)用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件；水溫：不超過應(yīng)用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件；水溫：不超過30。 鹽水與堿水鹽

22、水與堿水 10%NaCl或或10%NaOH水溶液水溶液 使蒸汽膜提前破裂，使高溫區(qū)冷卻能力顯著提高，但低使蒸汽膜提前破裂，使高溫區(qū)冷卻能力顯著提高，但低溫區(qū)冷卻速度還是很快，另外還有一定腐蝕性。溫區(qū)冷卻速度還是很快，另外還有一定腐蝕性。油油 冷卻能力比水小得多，可降低淬火工件的組織應(yīng)力，減小變冷卻能力比水小得多，可降低淬火工件的組織應(yīng)力，減小變形和開裂傾向。缺點是高溫區(qū)的冷卻能力低。形和開裂傾向。缺點是高溫區(qū)的冷卻能力低。應(yīng)用：合金鋼件應(yīng)用：合金鋼件 油溫：油溫：6080，過高會著火。，過高會著火。（四）（四） 淬火方法淬火方法選擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒蛇x擇適當(dāng)?shù)拇慊鸱椒梢员ＷC在獲得所要求的淬以保

23、證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下盡量火組織和性能條件下盡量減小淬火應(yīng)力，減少變形減小淬火應(yīng)力，減少變形和開裂。和開裂。 單液淬火法單液淬火法 雙液淬火法雙液淬火法 分級淬火法分級淬火法 等溫淬火法等溫淬火法工藝過程：工藝過程：將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入某將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件放入某種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。度的淬火方法。1.單液淬火單液淬火水淬則淬火應(yīng)力大，容易產(chǎn)生變形與開裂；水淬則淬火應(yīng)力大，容易產(chǎn)生變形與開裂；用油淬則不易淬硬，容易產(chǎn)生軟點。用油淬則不易淬硬，容易產(chǎn)生軟點。操作簡單，容易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。操作簡單，容易實現(xiàn)機(jī)械化和自

24、動化。尺寸小、尺寸小、形狀簡單的碳鋼、合金鋼件形狀簡單的碳鋼、合金鋼件2. 雙液淬火雙液淬火工藝過程：工藝過程：將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近力較強(qiáng)的淬火介質(zhì)中冷卻至接近Ms點點溫度時，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬溫度時，再立即轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變?；鸾橘|(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。碳碳 鋼：鋼： 先水冷后油冷先水冷后油冷合金鋼：合金鋼： 先油冷后空冷先油冷后空冷關(guān)鍵：關(guān)鍵：準(zhǔn)確地控制零件由一種介質(zhì)轉(zhuǎn)入另一介質(zhì)時的溫度，準(zhǔn)確地控制零件由一種介質(zhì)轉(zhuǎn)入另一介質(zhì)時的溫度，要求較高的操作技術(shù)。要求較高的操作

25、技術(shù)。適用范圍：適用范圍： 尺寸較大的零件尺寸較大的零件3. 分級淬火分級淬火將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度稍高將奧氏體狀態(tài)的工件首先淬入溫度稍高于于Ms點的鹽浴或堿浴中保溫，待內(nèi)外點的鹽浴或堿浴中保溫，待內(nèi)外均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，均勻后，再從浴爐中取出空冷至室溫，完成馬氏體轉(zhuǎn)變。完成馬氏體轉(zhuǎn)變。特點：特點： 淬火時工件內(nèi)部溫度均勻，組織轉(zhuǎn)變幾乎同時進(jìn)行，淬火時工件內(nèi)部溫度均勻，組織轉(zhuǎn)變幾乎同時進(jìn)行，因而減小了內(nèi)應(yīng)力，顯著降低了變形開裂傾向。因而減小了內(nèi)應(yīng)力，顯著降低了變形開裂傾向。缺點：缺點：液態(tài)介質(zhì)（熔鹽等）的冷卻能力有限液態(tài)介質(zhì)（熔鹽等）的冷卻能力有限適用范圍：適用范圍：對變

26、形要求嚴(yán)格且尺寸又較小的工件（如刀具、對變形要求嚴(yán)格且尺寸又較小的工件（如刀具、量具）。量具）。4. 等溫淬火等溫淬火將奧氏體化的工件淬入將奧氏體化的工件淬入Ms點以點以上某溫度鹽浴中，等溫保持足上某溫度鹽浴中，等溫保持足夠長時間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂蠅蜷L時間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出在空氣中冷體組織，然后取出在空氣中冷卻的淬火方法。卻的淬火方法。特點：淬火熱應(yīng)力、組織應(yīng)力特點：淬火熱應(yīng)力、組織應(yīng)力小，變形小小，變形小 適用于形狀復(fù)雜、尺寸精密件適用于形狀復(fù)雜、尺寸精密件n2 淬透性的測定方法淬透性的測定方法n3 淬透性的實際意義淬透性的實際意義（五）（五）鋼的淬透性鋼的淬透性 工件淬火時

27、，由表面至心部的冷卻速度逐漸降低，工件淬火時，由表面至心部的冷卻速度逐漸降低，只有冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度只有冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度v v臨界臨界的區(qū)域才能得的區(qū)域才能得到全部馬氏體。到全部馬氏體。為什么引入為什么引入“淬透性淬透性”概念概念1 淬透性的概念淬透性的概念淬透性定義淬透性定義淬透層深度：淬透層深度：由工件表面由工件表面半馬氏體點半馬氏體點(50%M)的深度的深度 。利用測定的淬火鋼件截面硬度分布曲線，可測利用測定的淬火鋼件截面硬度分布曲線，可測定淬透層深度。定淬透層深度。 指奧氏體化的鋼在淬火時獲得馬氏體的能指奧氏體化的鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，具體用鋼在一定條件下淬

28、火獲得的淬透力，具體用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度的分布來表示，越深，淬透性層深度和硬度的分布來表示，越深，淬透性越高。越高。例：例：直徑為直徑為30mm的的45鋼和鋼和40CrNiMo試樣棒，加試樣棒，加熱到奧氏體區(qū)（熱到奧氏體區(qū)（840），然后用水進(jìn)行淬火。分），然后用水進(jìn)行淬火。分析兩根試樣棒截面的組織，測定其硬度。析兩根試樣棒截面的組織，測定其硬度。結(jié)果結(jié)果：45鋼表面組織為鋼表面組織為M，心部組織為，心部組織為F+S，表面，表面硬度硬度55HRC，心部硬度僅，心部硬度僅20HRC，說明，說明45鋼試樣鋼試樣棒心部未淬火；棒心部未淬火；40CrNiMo試樣棒表面至心部均為試

29、樣棒表面至心部均為M組織，硬度均組織，硬度均為為55HRC，可見可見40CrNiMo的淬透性比的淬透性比45鋼好。鋼好。硬度測量法：硬度測量法：50%M的硬度的硬度淬透層深度淬透層深度50%MM量和硬度隨深量和硬度隨深度的變化度的變化M量和硬度隨量和硬度隨深度的變化深度的變化區(qū)分兩組概念：區(qū)分兩組概念：n淬透性和實際工件的淬透層深度淬透性和實際工件的淬透層深度n淬透性淬透性(hardenability)與淬硬性（與淬硬性（theabilityofhardenquenching)n是指鋼在淬火時獲得馬氏體的是指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力。能力。n鋼的淬透性好壞取決于過冷奧鋼的淬透性好壞取決于過冷

30、奧氏體的穩(wěn)定性，或者說，取決氏體的穩(wěn)定性，或者說，取決于鋼的臨界冷卻速度。于鋼的臨界冷卻速度。n從本質(zhì)上說，淬透性是奧氏體從本質(zhì)上說，淬透性是奧氏體所具有的一種特性，它取決于所具有的一種特性，它取決于奧氏體的化學(xué)成分、晶粒度和奧氏體的化學(xué)成分、晶粒度和均勻性。均勻性。淬透性淬透性淬硬性：淬硬性：表示鋼淬火時的硬化能力。表示鋼淬火時的硬化能力。指鋼在淬火后獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的指鋼在淬火后獲得的馬氏體組織所能達(dá)到的最高硬度，取決于馬氏體中的含碳量。最高硬度，取決于馬氏體中的含碳量。例如：例如：n高碳工具鋼的淬透性較差，但淬硬性卻很高；高碳工具鋼的淬透性較差，但淬硬性卻很高；n而低碳合金鋼淬透

31、性很好，但淬硬性卻不高。而低碳合金鋼淬透性很好，但淬硬性卻不高。淬透性與淬硬性淬透性與淬硬性兩者沒有必然的聯(lián)系。兩者沒有必然的聯(lián)系。1） 斷口法斷口法2） 臨界直徑法臨界直徑法3） 末端淬火法末端淬火法2 淬透性測定方法淬透性測定方法3）末端淬火法（）末端淬火法（Jominy法，法，1938年）年）GB/T 225-2006鋼淬透性的末端淬火試驗方法鋼淬透性的末端淬火試驗方法(Jominy試驗試驗)淬透性淬透性-“-“末端淬火法末端淬火法”測定測定（GB/T225-2006）635640JJdJHRCJ-J-表示末端淬透性；表示末端淬透性；d-d-至水冷端的距離，至水冷端的距離，mmmmHRC

32、-HRC-在該處測得的硬度值在該處測得的硬度值3. 淬透性的實際意義n淬透性屬于鋼的熱處理工藝性能。 影響工件的力學(xué)性能； 是機(jī)器零件選材的重要參考數(shù)據(jù)； 制定合理的冷卻工藝；二、鋼的回火二、鋼的回火n1回火目的（淬火組織的問題）回火目的（淬火組織的問題） a. 消除淬火應(yīng)力，降低脆性消除淬火應(yīng)力，降低脆性 b. 穩(wěn)定工件尺寸，由于穩(wěn)定工件尺寸，由于M，殘余殘余A不穩(wěn)定不穩(wěn)定 c. 獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性。獲得要求的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性。 2. 回火種類回火種類 通常回火鋼性能取決于回火溫度，回火通常回火鋼性能取決于回火溫度，回火溫度溫度，內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力，同時強(qiáng)硬度，同時強(qiáng)硬度，而

33、塑韌性，而塑韌性強(qiáng)韌性要求不同，回火溫度不同。實用中根據(jù)強(qiáng)韌性要求不同，回火溫度不同。實用中根據(jù)溫度不同劃分回火種類?；鼗鹂煞譃椋旱蜏鼗販囟炔煌瑒澐只鼗鸱N類?；鼗鹂煞譃椋旱蜏鼗鼗?、中溫回火和高溫回火?；稹⒅袦鼗鼗鸷透邷鼗鼗?。（1）低溫回火（）低溫回火（150250） 應(yīng)用：應(yīng)用： 工、模具鋼；工、模具鋼； 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼（2）中溫回火（）中溫回火（350500） 應(yīng)用：彈簧鋼、熱鍛模應(yīng)用：彈簧鋼、熱鍛模（3）高溫回火（）高溫回火（550680）應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)件，軸、齒輪等應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)件，軸、齒輪等調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理：淬火：淬火+高溫回火高溫回火三、淬火加熱缺陷及防止三、淬火加熱缺陷及

34、防止1. 淬火工件的過熱和過燒淬火工件的過熱和過燒 工件在淬火加熱時，由于溫度過高或者時間過工件在淬火加熱時，由于溫度過高或者時間過長造成奧氏體晶粒粗大的缺陷叫做長造成奧氏體晶粒粗大的缺陷叫做過熱過熱。 輕微的過熱可用延長回火時間來補(bǔ)救，嚴(yán)重的需進(jìn)行輕微的過熱可用延長回火時間來補(bǔ)救，嚴(yán)重的需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。 淬火加熱溫度太高，是奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔淬火加熱溫度太高，是奧氏體晶界出現(xiàn)局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象叫做化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象叫做過燒過燒。 過燒是加熱缺陷，無法補(bǔ)救，只能報廢。過燒是加熱缺陷，無法補(bǔ)救，只能報廢。2. 淬火加熱時的氧化

35、和脫碳淬火加熱時的氧化和脫碳 氧化氧化是鋼件在加熱時與爐氣中的是鋼件在加熱時與爐氣中的O2、H2O及及CO2等氧等氧化性氣體發(fā)生的化學(xué)作用?；詺怏w發(fā)生的化學(xué)作用。采用脫氧良好的鹽浴加熱或可控氣氛加熱等方法防止鋼的氧采用脫氧良好的鹽浴加熱或可控氣氛加熱等方法防止鋼的氧化?；?。 鋼件在加熱過程中，鋼中的碳與氣氛中的鋼件在加熱過程中，鋼中的碳與氣氛中的O2、H2O、CO2及及H2等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成含碳?xì)怏w逸出鋼外，使等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成含碳?xì)怏w逸出鋼外，使鋼件表面含碳量降低，這種現(xiàn)象稱為鋼件表面含碳量降低，這種現(xiàn)象稱為脫碳脫碳。防止氧化和脫碳的方法：加入無水分的木炭；采用鹽爐加熱、防止氧化和脫碳

36、的方法：加入無水分的木炭；采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面、熱涂硼酸；采用真空加熱或可控氣用鑄鐵屑覆蓋工件表面、熱涂硼酸；采用真空加熱或可控氣氛加熱。氛加熱。n復(fù)雜應(yīng)力條件下，工件表面和心部承受復(fù)雜應(yīng)力條件下，工件表面和心部承受不同應(yīng)力狀態(tài)，要求表面和心部具有不不同應(yīng)力狀態(tài)，要求表面和心部具有不同的性能。為此，發(fā)展了表面熱處理技同的性能。為此，發(fā)展了表面熱處理技術(shù)。如表面淬火工藝和表面化學(xué)熱處理術(shù)。如表面淬火工藝和表面化學(xué)熱處理工藝。還有復(fù)合加工工藝，如形變熱處工藝。還有復(fù)合加工工藝，如形變熱處理工藝等。理工藝等。10-3 其他類型熱處理其他類型熱處理一、鋼的形變熱處理n定義：將塑性變形與熱

37、處理操作相互結(jié)合，定義：將塑性變形與熱處理操作相互結(jié)合，使金屬材料同時受到形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的使金屬材料同時受到形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化的一種綜合工藝。一種綜合工藝。n作用：提高鋼的強(qiáng)度，改善塑性和韌性，簡作用：提高鋼的強(qiáng)度，改善塑性和韌性，簡化工藝，節(jié)省能源。化工藝，節(jié)省能源。n分類：高溫形變熱處理、低溫形變熱處理等。分類：高溫形變熱處理、低溫形變熱處理等。1. 高溫形變熱處理高溫形變熱處理n將鋼加熱使之奧氏體化，并在略將鋼加熱使之奧氏體化，并在略低于奧氏體化溫度下進(jìn)行塑性變低于奧氏體化溫度下進(jìn)行塑性變形（軋制、拔絲、旋壓等），成形（軋制、拔絲、旋壓等），成形后立即淬火，使之發(fā)生馬氏體形后立即淬火

38、，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變并回火以獲得需要的性能。轉(zhuǎn)變并回火以獲得需要的性能。n變形量：變形量：2040%，終鍛溫度：，終鍛溫度：900以內(nèi)。以內(nèi)。n強(qiáng)化程度有限，強(qiáng)度提高，塑韌強(qiáng)化程度有限，強(qiáng)度提高，塑韌性大大提高。性大大提高。n應(yīng)用：鍛件、曲軸、連桿等。應(yīng)用：鍛件、曲軸、連桿等。2. 低溫形變熱處理低溫形變熱處理nAr1以下（以下（500600）變形量變形量6090%，抗拉，抗拉強(qiáng)度可達(dá)強(qiáng)度可達(dá)3300MPa，超，超高強(qiáng)鋼的熱處理。高強(qiáng)鋼的熱處理。n應(yīng)用：飛機(jī)起落架、模應(yīng)用：飛機(jī)起落架、模具、沖頭、板簧具、沖頭、板簧二、鋼的表面淬火二、鋼的表面淬火n表面和心部性能要求不同的工件，如汽表面和心部性

39、能要求不同的工件，如汽車、拖拉機(jī)上的傳動齒輪，表面硬度要車、拖拉機(jī)上的傳動齒輪，表面硬度要求求5862HRC，而心部硬度則要求為，而心部硬度則要求為3338HRC。n表面淬火工藝可達(dá)到這種表硬心韌的性表面淬火工藝可達(dá)到這種表硬心韌的性能要求能要求n種類：感應(yīng)加熱、激光加熱、電子束加種類：感應(yīng)加熱、激光加熱、電子束加熱及火焰加熱。熱及火焰加熱。（一）感應(yīng)加熱表面淬火感應(yīng)加熱表面淬火的分類感應(yīng)加熱表面淬火的分類n(1) 高頻感應(yīng)加熱表面淬火高頻感應(yīng)加熱表面淬火 801000kHz，淬，淬硬深度為硬深度為0.52mm。中小模數(shù)齒輪、軸類零。中小模數(shù)齒輪、軸類零件等。件等。n(2) 中頻感應(yīng)加熱表面淬

40、火中頻感應(yīng)加熱表面淬火25008000Hz，淬，淬硬深度硬深度36mm，直徑較大的軸類和較大模數(shù)，直徑較大的軸類和較大模數(shù)的齒輪等。的齒輪等。n(3) 工頻淬火工頻淬火 50Hz，淬硬深度達(dá)，淬硬深度達(dá)1015mm，直徑大于直徑大于300mm的軋輥及軸類零件等。的軋輥及軸類零件等。(二二) 感應(yīng)加熱表面淬火的特點感應(yīng)加熱表面淬火的特點n淬火溫度高淬火溫度高：（：（Ac3+80150）組織：）組織：MM+F+托托 氏體氏體F+P/回火索氏體回火索氏體n升溫速度快，保溫時間極短。升溫速度快，保溫時間極短。n表面硬、脆性低。表面硬、脆性低。n耐腐蝕性好，調(diào)質(zhì)態(tài)比正火態(tài)沖擊韌度高耐腐蝕性好，調(diào)質(zhì)態(tài)比正

41、火態(tài)沖擊韌度高n表面質(zhì)量好、變形小，不易氧化、脫碳、表面質(zhì)量好、變形小，不易氧化、脫碳、n生產(chǎn)過程易于控制，適用于大批量生產(chǎn)。生產(chǎn)過程易于控制，適用于大批量生產(chǎn)。不足：設(shè)備較貴、復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造。不足：設(shè)備較貴、復(fù)雜零件的感應(yīng)器不易制造。適用材料：碳含量為適用材料：碳含量為0.40.5%的中碳碳素鋼和合金鋼。的中碳碳素鋼和合金鋼。三、鋼的化學(xué)熱處理三、鋼的化學(xué)熱處理n( (一一) ) 一般過程：一般過程： 加熱加熱：將工件加熱到一定溫度使之有利：將工件加熱到一定溫度使之有利于吸收滲入元素活性原子；于吸收滲入元素活性原子；分解分解：有化：有化合物分解或離子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活合物分解或離

42、子轉(zhuǎn)變而得到滲入元素活性原子；性原子；吸收吸收：活性原子被吸附并溶入：活性原子被吸附并溶入工件表面形成固溶體或化合物；工件表面形成固溶體或化合物；擴(kuò)散擴(kuò)散：滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部滲入原子在一定溫度下，由表層向內(nèi)部擴(kuò)散形成一定深度的擴(kuò)散層。擴(kuò)散形成一定深度的擴(kuò)散層?；瘜W(xué)熱處理方法化學(xué)熱處理方法n滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性能；滲碳、碳氮共滲可提高鋼的硬度、耐磨性及疲勞性能；n滲氮、滲硼、滲鉻是工件表面特別硬，可顯著提高耐滲氮、滲硼、滲鉻是工件表面特別硬，可顯著提高耐磨性和耐蝕性；磨性和耐蝕性；n滲鋁可提高耐熱抗氧化性；滲鋁可提高耐熱抗氧化性；n滲硫可提高減摩性；滲硫可

43、提高減摩性；n滲硅可提高耐酸性等。滲硅可提高耐酸性等。常用：滲碳、滲氮和碳氮共滲和氮碳共滲。常用：滲碳、滲氮和碳氮共滲和氮碳共滲。(二二) 鋼的滲碳鋼的滲碳u滲碳滲碳:向低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在向低碳鋼件放入滲碳介質(zhì)中，在900950加熱保溫，使活性碳原子滲入工件表面并獲得高加熱保溫，使活性碳原子滲入工件表面并獲得高碳滲層的工藝方法。碳滲層的工藝方法。u目的目的:是使工件在熱處理后表面具有高硬度和高的是使工件在熱處理后表面具有高硬度和高的耐磨性，而心部仍保持低碳鋼良好的塑、韌性。耐磨性，而心部仍保持低碳鋼良好的塑、韌性。u應(yīng)用：齒輪、凸輪、活塞、軸類等。應(yīng)用：齒輪、凸輪、活塞、軸類等。u滲碳

44、用鋼：合金滲碳鋼含碳量滲碳用鋼：合金滲碳鋼含碳量0.150.25之間。之間。15、20、20Cr、20CrMnTi、20SiMnVB 等等1. 滲碳方法滲碳方法(1) 固體滲碳固體滲碳將低碳鋼件放入裝滿固體滲碳劑的滲碳箱中，密封后送入爐中將低碳鋼件放入裝滿固體滲碳劑的滲碳箱中，密封后送入爐中加熱至滲碳溫度，使活性碳原子滲入工件表層。加熱至滲碳溫度，使活性碳原子滲入工件表層。根據(jù)滲碳劑的不同，鋼的滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和根據(jù)滲碳劑的不同，鋼的滲碳可分為氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳，常用的是前兩種。液體滲碳，常用的是前兩種。滲碳劑：木炭加碳酸鹽滲碳劑：木炭加碳酸鹽滲碳溫度：滲碳溫度：9009

45、30優(yōu)點：工藝簡單，適宜單件或優(yōu)點：工藝簡單，適宜單件或小批量生產(chǎn)。小批量生產(chǎn)。缺點：加熱時間長，效率低，缺點：加熱時間長，效率低，滲層深度及質(zhì)量不易控制。滲層深度及質(zhì)量不易控制。(2) 氣體滲碳?xì)怏w滲碳 n滴注式氣體滲碳滴注式氣體滲碳：將工件置于密封的加熱爐中，將工件置于密封的加熱爐中，滴入滴入煤油、丙酮、甲苯及甲醇煤油、丙酮、甲苯及甲醇等有機(jī)熱體，在爐中形等有機(jī)熱體，在爐中形成含有成含有H2、CH4、CO、和少量的、和少量的CO2的滲碳?xì)夥?，的滲碳?xì)夥眨摷诟邷叵屡c氣體介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而形成滲碳。鋼件在高溫下與氣體介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而形成滲碳。n滲碳劑：滲碳劑：液體或氣體碳?xì)浠镆后w或氣體碳?xì)浠铩滲后須進(jìn)行滲后須進(jìn)行淬火淬火，獲得高硬度、高耐磨，獲得高硬度、高耐磨性。性。2. 滲碳后的成分、組織和厚度滲碳后的成分、組織和厚度 滲碳緩冷后組織如圖所示。即由工件表面到心部依次為：過滲碳緩冷后組織如圖所示