鋼的五種熱處理工藝

1、鋼的五種熱處理工藝 熱處理工藝表面淬火、退火、正火、回火、調(diào)質(zhì)工藝： 1、把金屬材料加熱到相變溫度（700度）以下，保溫一段時(shí)間后再在空氣中冷卻叫回火。2、把金屬材料加熱到相變溫度（800度）以上，保溫一段時(shí)間后再在爐中緩慢冷卻叫退火。3、把金屬材料加熱到相變溫度（800度）以上，保溫一段時(shí)間后再在特定介質(zhì)中（水或油）快速冷卻叫淬火。  表面淬火  鋼的表面淬火      有些零件在工件時(shí)在受扭轉(zhuǎn)和彎曲等交變負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的作用下，它的表面層承受著比心部更高的應(yīng)力。在受摩擦的場(chǎng)合，表面層還不斷地被磨損，因此對(duì)一些零

2、件表面層提出高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性和高疲勞極限等要求，只有表面強(qiáng)化才能滿足上述要求。由于表面淬火具有變形小、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛。    根據(jù)供熱方式不同，表面淬火主要有感應(yīng)加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、電接觸加熱表面淬火等。   感應(yīng)表面淬火后的性能:1.表面硬度：經(jīng)高、中頻感應(yīng)加熱表面淬火的工件，其表面硬度往往比普通淬火高 23 單位（HRC）。2.耐磨性：高頻淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。這主要是由于淬硬層馬氏體晶粒細(xì)小，碳化物彌散度高，以及硬度比較高，表面的高的壓應(yīng)力等綜合的結(jié)果。3.疲勞強(qiáng)度：高、中頻表面淬

3、火使疲勞強(qiáng)度大為提高，缺口敏感性下降。對(duì)同樣材料的工件，硬化層深度在一定范圍內(nèi)，隨硬化層深度增加而疲勞強(qiáng)度增加，但硬化層深度過(guò)深時(shí)表層是壓應(yīng)力，因而硬化層深度增打疲勞強(qiáng)度反而下降，并使工件脆性增加。一般硬化層深（1020）D。較為合適，其中D。為工件的有效直徑。退火工藝    退火是將金屬和合金加熱到適當(dāng)溫度，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火后組織亞共析鋼是鐵素體加片狀珠光體；共析鋼或過(guò)共析鋼則是粒狀珠光體?？傊嘶鸾M織是接近平衡狀態(tài)的組織。  退火的目的     降低鋼的硬度，提高塑性，以利

4、于切削加工及冷變形加工。    細(xì)化晶粒，消除因鑄、鍛、焊引起的組織缺陷，均勻鋼的組織和成分，改善鋼的性能或?yàn)橐院蟮臒崽幚碜鹘M織準(zhǔn)備。消除鋼中的內(nèi)應(yīng)力，以防止變形和開(kāi)裂。 退火工藝的種類(lèi) 均勻化退火（擴(kuò)散退火)     均勻化退火是為了減少金屬鑄錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性，將其加熱到高溫，長(zhǎng)時(shí)間保持，然后進(jìn)行緩慢冷卻，以化學(xué)成分和組織均勻化為目的的退火工藝。      均勻化退火的加熱溫度一般為Ac3+（150200），即10501150，保溫時(shí)

5、間一般為1015h，以保證擴(kuò)散充分進(jìn)行，大道消除或減少成分或組織不均勻的目的。由于擴(kuò)散退火的加熱溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，晶粒粗大，為此，擴(kuò)散退火后再進(jìn)行完全退火或正火，使組織重新細(xì)化。完全退火    完全退火又稱(chēng)為重結(jié)晶退火，是將鐵碳合金完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平衡狀態(tài)組織的退火工藝。    完全退火主要用于亞共析鋼，一般是中碳鋼及低、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼鍛件、鑄件及熱軋型材，有時(shí)也用于它們的焊接構(gòu)件。完全退火不適用于過(guò)共析鋼，因?yàn)檫^(guò)共析鋼完全退火需加熱到Acm以上，在緩慢冷卻時(shí)，滲碳體會(huì)沿奧氏體晶界析出，呈網(wǎng)狀分布，導(dǎo)致材料脆性增大，

6、給最終熱處理留下隱患。    完全退火的加熱溫度碳鋼一般為Ac3+（3050）；合金鋼為Ac3+（50070）；保溫時(shí)間則要依據(jù)鋼材的種類(lèi)、工件的尺寸、裝爐量、所選用的設(shè)備型號(hào)等多種因素確定。為了保證過(guò)冷奧氏體完全進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變，完全退火的冷卻必須是緩慢的，隨爐冷卻到500左右出爐空冷。 不完全退火        不完全退火是將鐵碳合金加熱到Ac1Ac3之間溫度，達(dá)到不完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻的退火工藝。       

7、60;不完全退火主要適用于中、高碳鋼和低合金鋼鍛軋件等，其目的是細(xì)化組織和降低硬度，加熱溫度為Ac1+(4060)，保溫后緩慢冷卻。等溫退火    等溫退火是將鋼件或毛坯件加熱到高于Ac3（或Ac1）溫度，保持適當(dāng)時(shí)間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間地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退火工藝。    等溫退火工藝應(yīng)用于中碳合金鋼和低合金鋼，其目的是細(xì)化組織和降低硬度。亞共析鋼加熱溫度為Ac3+(3050)，過(guò)共析鋼加熱溫度為Ac3+(2040)，保持一定時(shí)間，隨爐冷至稍低于Ar3溫度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，然后出

8、爐空冷。等溫退火組織與硬度比完全退火更為均勻。球化退火    球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。將鋼加熱到Ac1以上2030，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或顆粒狀碳化物的組織。    球化退火主要適用于共析鋼和過(guò)共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過(guò)程中也容易變形和開(kāi)裂。而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度

9、低，便于切削加工，而且在淬火加熱時(shí)，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，冷卻時(shí)工件變形和開(kāi)裂傾向小。另外對(duì)于一些需要改善冷塑性變形（如沖壓、冷鐓等）的亞共析鋼有時(shí)也可采用球化退火。    球化退火加熱溫度為Ac1+(2040)或Acm-(2030)，保溫后等溫冷卻或直接緩慢冷卻。在球化退火時(shí)奧氏化是“不完全”的，只是片狀珠光體轉(zhuǎn)變成奧氏體，及少量過(guò)剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過(guò)共析鋼有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進(jìn)行正火，將其消除，才能保證球化退火正常進(jìn)行。    球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是普通球化退火和等溫球化

10、退火。普通球化退火是將鋼加熱到Ac1以上2030，保溫適當(dāng)時(shí)間，然后隨爐緩慢冷卻，冷到500左右出爐空冷。等溫球化退火是與普通球化退火工藝同樣的加熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ar1的溫度進(jìn)行等溫，等溫時(shí)間為其加熱保溫時(shí)間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500左右出爐空冷。和普通球化退火相比，球化退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能?chē)?yán)格地控制退火后的硬度。再結(jié)晶退火（中間退火）    再結(jié)晶退火是經(jīng)冷形變后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保持適當(dāng)時(shí)間，使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。去應(yīng)力退火   

11、; 去應(yīng)力退火是為了消除由于塑性形變加工、焊接等而造成的以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火工藝。    鍛造、鑄造、焊接以及切削加工后的工件內(nèi)部存在內(nèi)應(yīng)力，如不及時(shí)消除，將使工件在加工和使用過(guò)程中發(fā)生變形，影響工件精度。采用去應(yīng)力退火消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力十分重要。    去應(yīng)力退火的加熱溫度低于相變溫度A1，因此，在整個(gè)熱處理過(guò)程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。內(nèi)應(yīng)力主要是通過(guò)工件在保溫和緩冷過(guò)程中消除的。為了使工件內(nèi)應(yīng)力消除得更徹底，在加熱時(shí)應(yīng)控制加熱溫度。一般是低溫進(jìn)爐，然后以100/h左右得加熱速度加熱到規(guī)定溫度。焊接件得加熱溫度應(yīng)略

12、高于600。保溫時(shí)間視情況而定，通常為24h。鑄件去應(yīng)力退火的保溫時(shí)間取上限，冷卻速度控制在（2050）/h，冷至300以下才能出爐空冷。 正火工藝 正火工藝是將鋼件加熱到Ac3（或Acm）以上3050，保溫適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。把鋼件加熱到Ac3以上100150的正火則稱(chēng)為高溫正火。    對(duì)于中、低碳鋼的鑄、鍛件正火的主要目的是細(xì)化組織。與退火相比，正火后珠光體片層較細(xì)、鐵素體晶粒也比較細(xì)小，因而強(qiáng)度和硬度較高。       低碳鋼由于退火后硬度太低，切削加

13、工時(shí)產(chǎn)生粘刀的現(xiàn)象，切削性能差，通過(guò)正火提高硬度，可改善切削性能，某些中碳結(jié)構(gòu)鋼零件可用正火代替調(diào)質(zhì)，簡(jiǎn)化熱處理工藝。    過(guò)共析鋼正火加熱刀Acm以上，使原先呈網(wǎng)狀的滲碳體全部溶入到奧氏體，然后用較快的速度冷卻，抑制滲碳體在奧氏體晶界的析出，從而能消除網(wǎng)狀碳化物，改善過(guò)共析鋼的組織。    焊接件要求焊縫強(qiáng)度的零件用正火來(lái)改善焊縫組織，保證焊縫強(qiáng)度。        在熱處理過(guò)程中返修零件必須正火處理，要求力學(xué)性能指標(biāo)的結(jié)構(gòu)零件必須正火后進(jìn)行調(diào)質(zhì)才能滿足力學(xué)性能要

14、求。中、高合金鋼和大型鍛件正火后必須加高溫回火來(lái)消除正火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。        有些合金鋼在鍛造時(shí)產(chǎn)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，形成硬組織。為了消除這種不良組織采取正火時(shí)，比正常正火溫度高20左右加熱保溫進(jìn)行正火。        正火工藝比較簡(jiǎn)便，有利于采用鍛造余熱正火，可節(jié)省能源和縮短生產(chǎn)周期。        正火工藝與操作不當(dāng)也產(chǎn)生組織缺陷，與退火相似，補(bǔ)救方法基本相同。 正

15、火與退火的不同點(diǎn)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(xì)一些，其機(jī)械性能也有所提高。另外，正火爐外冷卻不占用設(shè)備，生產(chǎn)率較高，因此生產(chǎn)中盡可能采用正火來(lái)代替退火。 正火的主要應(yīng)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(yù)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(yīng)加熱方法進(jìn)行表面淬火前的預(yù)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。&

16、#160;   用于鑄鋼件，可以細(xì)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(shí)較大的開(kāi)裂傾向。    用于球墨鑄鐵，使硬度、強(qiáng)度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)、柴油機(jī)的曲軸、連桿等重要零件。 回火工藝回火是將淬火后的鋼重新加熱到Ac1以下某一溫度范圍(大大低于退火、正火和淬火時(shí)的加熱溫度)，保溫后在空氣中、油或水中冷卻的熱處理工藝。回火的目的是減小或消除工件在淬火時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低淬火鋼的脆性，使工件獲得較好的強(qiáng)度、韌性、塑性、彈性等綜合力學(xué)性能。根據(jù)回

17、火溫度的不同，回火分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。1低溫回火回火溫度為150250°C。低溫回火可以部分消除淬火造成的內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性，提高韌性，同時(shí)保持較高的硬度。故廣泛應(yīng)用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如量具、刃具、冷變形模具及表面淬火件等。2中溫回火回火溫度為300450°C。中溫回火可以消除大部分內(nèi)應(yīng)力，硬度有顯著的下降，但仍有一定的韌性和彈性。中溫回火主要應(yīng)用于各類(lèi)彈簧、高強(qiáng)度的軸、軸套及熱鍛模具等工件。3高溫回火回火溫度為500650°C。高溫回火可以消除內(nèi)應(yīng)力，使工件既具有良好的塑性和韌性，又具有較高的強(qiáng)度。淬火后再經(jīng)高溫回火的工藝稱(chēng)為調(diào)質(zhì)處理

18、。對(duì)于大部分要求較高綜合力學(xué)性能的重要零件，都要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，如軸、齒輪等。將經(jīng)過(guò)淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理。鋼鐵工件在淬火后具有以下特點(diǎn)：得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。存在較大內(nèi)應(yīng)力。力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過(guò)回火。    回火的作用在于：提高組織穩(wěn)定性，使工件在使用過(guò)程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。  &

19、#160; 回火之所以具有這些作用，是因?yàn)闇囟壬邥r(shí)，原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時(shí)金屬?gòu)?qiáng)度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時(shí)，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高?；鼗饻囟仍礁?，這些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時(shí)，會(huì)析出一些顆粒細(xì)小的金屬化合物，使強(qiáng)度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱(chēng)為二次硬化。    要求:用途不同的工件應(yīng)在不同溫度下回火，以滿足使用中的要求。刀具、軸承、滲碳淬火零件、表面淬火零件通常在250以下進(jìn)行低溫回火。低溫回火后硬度變