金屬學(xué)及熱處理_第八章_鋼的熱處理工藝

1、金屬學(xué)及熱處理第8章鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝是指根據(jù)鋼在加熱和冷卻過(guò)程中的組鋼的熱處理工藝是指根據(jù)鋼在加熱和冷卻過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律制定的熱處理具體加熱、保溫、冷卻的工織轉(zhuǎn)變規(guī)律制定的熱處理具體加熱、保溫、冷卻的工藝參數(shù)。藝參數(shù)。普通熱處理包括：退火、正火、淬火和回火。普通熱處理包括：退火、正火、淬火和回火。表面熱處理有：表面熱處理有： 表面淬火和化學(xué)熱處理等。表面淬火和化學(xué)熱處理等。還有預(yù)備熱處理、最終熱處理、形變熱處理、真空熱還有預(yù)備熱處理、最終熱處理、形變熱處理、真空熱處理。處理。第第8章章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝8.1 鋼的退火和正火加熱溫度高于臨界溫度的退火稱(chēng)加熱溫度高于臨

2、界溫度的退火稱(chēng)為相變重結(jié)晶退火。包括完全退為相變重結(jié)晶退火。包括完全退火、不完全退火、球化退火和擴(kuò)火、不完全退火、球化退火和擴(kuò)散退火等。散退火等。加熱溫度低于臨界溫度的退火包加熱溫度低于臨界溫度的退火包括去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火。括去應(yīng)力退火和再結(jié)晶退火。正火是退火的一種特殊形式。正火是退火的一種特殊形式。8.1 鋼的退火和正火完全退火是將鋼加熱到完全退火是將鋼加熱到Ac3溫溫度以上，保溫足夠時(shí)間，緩慢度以上，保溫足夠時(shí)間，緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的熱冷卻，獲得接近平衡組織的熱處理工藝。處理工藝。退火的目的是細(xì)化晶粒、均勻退火的目的是細(xì)化晶粒、均勻組織，消除應(yīng)力和熱加工缺陷、組織，消除應(yīng)力和熱

3、加工缺陷、降低硬度、改善切削加工和冷降低硬度、改善切削加工和冷塑性變形性能。塑性變形性能。8.1.1 完全退火完全退火完全退火的加熱溫度一般在完全退火的加熱溫度一般在Ac3以上以上2030。8.1 鋼的退火和正火中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛軋件中常有魏氏組織、晶粒粗大的中碳結(jié)構(gòu)鋼鍛軋件中常有魏氏組織、晶粒粗大的過(guò)熱組織，和帶狀組織等缺陷，經(jīng)過(guò)完全退火后，過(guò)熱組織，和帶狀組織等缺陷，經(jīng)過(guò)完全退火后，組織發(fā)生重結(jié)晶，魏氏組織和帶狀組織消除，晶組織發(fā)生重結(jié)晶，魏氏組織和帶狀組織消除，晶粒細(xì)化，切削加工性能得到改善。粒細(xì)化，切削加工性能得到改善。焊接工件中焊縫處組織不均勻，熱影響區(qū)具有過(guò)焊接工件中焊縫處組織不均勻，熱

4、影響區(qū)具有過(guò)熱組織和魏氏組織，且存在很大內(nèi)應(yīng)力。焊后經(jīng)熱組織和魏氏組織，且存在很大內(nèi)應(yīng)力。焊后經(jīng)完全退火，組織均勻，晶粒細(xì)化，魏氏組織消除，完全退火，組織均勻，晶粒細(xì)化，魏氏組織消除，內(nèi)應(yīng)力下降。內(nèi)應(yīng)力下降。8.1.1 完全退火完全退火8.1 鋼的退火和正火8.1.1 完全退火完全退火退火加熱溫度：退火加熱溫度：碳鋼：碳鋼：Ac3點(diǎn)以上點(diǎn)以上2030，如：，如：20#鋼進(jìn)行完全退火時(shí)，加熱鋼進(jìn)行完全退火時(shí)，加熱溫度為溫度為900-950。合金鋼：合金鋼：Ac3點(diǎn)以上點(diǎn)以上5070。 8.1 鋼的退火和正火退火保溫時(shí)間取決于工件透燒所需要的時(shí)間和組織退火保溫時(shí)間取決于工件透燒所需要的時(shí)間和組織轉(zhuǎn)

5、變所需要的時(shí)間，與鋼的化學(xué)成分、工件的形狀轉(zhuǎn)變所需要的時(shí)間，與鋼的化學(xué)成分、工件的形狀和尺寸、加熱設(shè)備類(lèi)型、裝爐量和裝爐方式有關(guān)。和尺寸、加熱設(shè)備類(lèi)型、裝爐量和裝爐方式有關(guān)。通?？梢杂霉ぜ挠行Ш穸葋?lái)計(jì)算加熱時(shí)間。通常可以用工件的有效厚度來(lái)計(jì)算加熱時(shí)間。對(duì)于碳素鋼或低合金鋼構(gòu)件，當(dāng)對(duì)于碳素鋼或低合金鋼構(gòu)件，當(dāng)裝爐量不大裝爐量不大時(shí)，在時(shí)，在箱式爐中的保溫時(shí)間（箱式爐中的保溫時(shí)間（）可按下式計(jì)算：可按下式計(jì)算：KD （min） （K1.52 min/mm）D為工件有效厚度（為工件有效厚度（mm），），K為加熱系數(shù)。為加熱系數(shù)。8.1.1 完全退火完全退火8.1 鋼的退火和正火退火后的冷卻速度應(yīng)該

6、緩慢，保證在較高溫度發(fā)生退火后的冷卻速度應(yīng)該緩慢，保證在較高溫度發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，避免硬度過(guò)高。珠光體轉(zhuǎn)變，避免硬度過(guò)高。一般碳鋼的冷卻速度應(yīng)小于一般碳鋼的冷卻速度應(yīng)小于200/h，低合金鋼的冷卻速度應(yīng)小于冷卻速度應(yīng)小于100/h，高合金鋼的冷卻速度應(yīng)，高合金鋼的冷卻速度應(yīng)小于小于50/h。當(dāng)工件在爐內(nèi)控制冷卻到當(dāng)工件在爐內(nèi)控制冷卻到600 以下后就可以出爐以下后就可以出爐空冷?？绽洹?.1.1 完全退火完全退火8.1 鋼的退火和正火將奧氏體化后的鋼快冷至稍低于將奧氏體化后的鋼快冷至稍低于Ac1溫度，等溫一定溫度，等溫一定時(shí)間，使奧氏體發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變，得到珠光體后，再空時(shí)間，使奧氏體發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變，

7、得到珠光體后，再空冷至室溫，可以縮短退火時(shí)間，使退火組織更加均勻。冷至室溫，可以縮短退火時(shí)間，使退火組織更加均勻。這種退火方法稱(chēng)為等溫退火。這種退火方法稱(chēng)為等溫退火。等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼、高合金鋼等。等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼、高合金鋼等。對(duì)于大截面工件和大批量爐料，工件內(nèi)部不易達(dá)到等對(duì)于大截面工件和大批量爐料，工件內(nèi)部不易達(dá)到等溫程度，不適合進(jìn)行等溫退火。溫程度，不適合進(jìn)行等溫退火。8.1.1 完全退火完全退火8.1 鋼的退火和正火不完全退火是將鋼加熱到不完全退火是將鋼加熱到Ac1Ac3（Acm）溫度，保）溫度，保溫等溫一定時(shí)間后緩慢冷卻，得到接近平衡組織的熱溫等溫一定時(shí)間

8、后緩慢冷卻，得到接近平衡組織的熱處理工藝。處理工藝。加熱保溫過(guò)程中，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，先共析鐵素加熱保溫過(guò)程中，珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布基本不變。體或滲碳體的形態(tài)及分布基本不變。不完全退火的目的是降低硬度，減小應(yīng)力。不完全退火的目的是降低硬度，減小應(yīng)力。不完全退火溫度低，能耗小，成本低，效率高。不完全退火溫度低，能耗小，成本低，效率高。不完全退火主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的亞共析鋼鍛件，不完全退火主要應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的亞共析鋼鍛件，20#鋼不完全退火加熱溫度為鋼不完全退火加熱溫度為800。8.1.2 不完全退火不完全退火8.1 鋼的退火和正火球化退火是使鋼中的碳化物球化

9、，獲得粒狀珠光體的球化退火是使鋼中的碳化物球化，獲得粒狀珠光體的一種熱處理工藝。一種熱處理工藝。球化退火主要針對(duì)共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼。球化退火主要針對(duì)共析鋼、過(guò)共析鋼、合金工具鋼。加熱溫度在加熱溫度在Ac1溫度溫度以上以上20203030，保溫時(shí)間不易太長(zhǎng)，保溫時(shí)間不易太長(zhǎng)，使奧氏體中保留大量未溶碳化物質(zhì)點(diǎn)，并且?jiàn)W氏體中使奧氏體中保留大量未溶碳化物質(zhì)點(diǎn)，并且?jiàn)W氏體中碳濃度分布不均勻。碳濃度分布不均勻。爐冷或爐冷或AcAc1 1以下以下2020保溫等溫處理，析出粒狀碳化物。保溫等溫處理，析出粒狀碳化物。8.1.3 球化退火球化退火8.1 鋼的退火和正火球化退火的目的是降低硬度，改善切削加

10、工性，組織球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性，組織均勻化，為以后淬火作準(zhǔn)備。均勻化，為以后淬火作準(zhǔn)備。T10鋼的球化退火工藝：鋼的球化退火工藝： 加熱溫度是加熱溫度是760-780，保溫，保溫2-4小時(shí)，小時(shí)， 再爐冷到再爐冷到680，保溫，保溫4-6小時(shí)，出爐空冷。小時(shí)，出爐空冷。球化退火前，如有網(wǎng)狀碳化物存在，需正火消除網(wǎng)狀球化退火前，如有網(wǎng)狀碳化物存在，需正火消除網(wǎng)狀碳化物，再進(jìn)行球化退火。碳化物，再進(jìn)行球化退火。 8.1.3 球化退火球化退火8.1 鋼的退火和正火球化退火工藝有以下三種：球化退火工藝有以下三種：（1）一次球化退火：）一次球化退火：Ac1以上以上2030，緩冷至，緩

11、冷至600后出爐空冷。后出爐空冷。（2）等溫球化退火：）等溫球化退火：Ac1以上以上2030，保溫，保溫24h，快冷至快冷至Ac1以下以下20，等溫，等溫36h，爐冷至，爐冷至600后空冷。后空冷。（3）往復(fù)球化退火：略高）往復(fù)球化退火：略高Ac1溫度保溫，隨爐冷至略溫度保溫，隨爐冷至略低于低于Ac1溫度等溫，如此多次反復(fù)加熱冷卻，溫度等溫，如此多次反復(fù)加熱冷卻，600 出爐空冷。球化效果好。出爐空冷。球化效果好。8.1.3 球化退火球化退火8.1 鋼的退火和正火擴(kuò)散退火又稱(chēng)均勻化退火，將鋼錠加熱至略低于固相擴(kuò)散退火又稱(chēng)均勻化退火，將鋼錠加熱至略低于固相線溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫，隨爐緩慢冷卻。線溫度

12、，長(zhǎng)時(shí)間保溫，隨爐緩慢冷卻。加熱溫度一般為加熱溫度一般為Ac3和和Acm以上以上150300，固相線以，固相線以下下100；保溫時(shí)間可根據(jù)鋼件最大界面厚度計(jì)算：；保溫時(shí)間可根據(jù)鋼件最大界面厚度計(jì)算：每每1mm保溫保溫1.52.5min。一般不超過(guò)。一般不超過(guò)15h。隨爐冷至隨爐冷至350后出爐。后出爐。擴(kuò)散退火的目的：消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化。擴(kuò)散退火的目的：消除晶內(nèi)偏析，使成分均勻化。8.1.4 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火8.1 鋼的退火和正火擴(kuò)散退火后，奧氏體晶粒十分粗大，必須進(jìn)行一次完擴(kuò)散退火后，奧氏體晶粒十分粗大，必須進(jìn)行一次完全退火或正火來(lái)細(xì)化晶粒。全退火或正火來(lái)細(xì)化晶粒。擴(kuò)散退火周期長(zhǎng)、能

13、耗大、成本高、工件燒損嚴(yán)重，擴(kuò)散退火周期長(zhǎng)、能耗大、成本高、工件燒損嚴(yán)重，只有一些優(yōu)質(zhì)合金和偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件才使用只有一些優(yōu)質(zhì)合金和偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件才使用這種工藝。這種工藝。加熱溫度：碳鋼加熱溫度：碳鋼1100-1200，合金鋼，合金鋼1200-1300。8.1.4 擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火8.1 鋼的退火和正火去應(yīng)力退火的目的：消除鑄件、鍛件、焊接件、機(jī)加去應(yīng)力退火的目的：消除鑄件、鍛件、焊接件、機(jī)加件的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形件的殘余內(nèi)應(yīng)力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開(kāi)裂，在精加工或淬火之前，將工件加熱至和開(kāi)裂，在精加工或淬火之前，將工件加熱至AC1以以下某一溫

14、度，保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻。下某一溫度，保溫一定時(shí)間，緩慢冷卻。加熱溫度：碳鋼加熱溫度：碳鋼500-650，彈簧鋼，彈簧鋼250-300。保溫時(shí)間：鋼件：保溫時(shí)間：鋼件：3min/mm，鑄鐵件：，鑄鐵件：6min/mm。冷卻方式：緩冷至冷卻方式：緩冷至250-300出爐空冷。出爐空冷。8.1.5 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火8.1 鋼的退火和正火再結(jié)晶退火是將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以再結(jié)晶退火是將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，使變形晶粒重新變成新的等軸上，保溫適當(dāng)時(shí)間后，使變形晶粒重新變成新的等軸晶粒，消除加工硬化，降低殘余應(yīng)力。晶粒，消除加工硬化，降低殘余應(yīng)力。加熱溫度

15、：碳鋼加熱溫度：碳鋼650-700，純鐵，純鐵450，純鋁，純鋁100 。冷卻方式：空冷。冷卻方式：空冷。臨界變形度（鋼：臨界變形度（鋼：210）時(shí)，再結(jié)晶晶粒異常長(zhǎng)大，）時(shí)，再結(jié)晶晶粒異常長(zhǎng)大，應(yīng)該用正火或完全退火來(lái)代替再結(jié)晶退火。應(yīng)該用正火或完全退火來(lái)代替再結(jié)晶退火。兩次冷變形工序之間的再結(jié)晶退火：中間退火。兩次冷變形工序之間的再結(jié)晶退火：中間退火。8.1.6 再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火8.1 鋼的退火和正火正火是將鋼加熱到正火是將鋼加熱到Ac3（Acm）以上適當(dāng)溫度，保溫一定）以上適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，完全奧氏體化，空冷，得到珠光體組織。時(shí)間，完全奧氏體化，空冷，得到珠光體組織。加熱溫度：高

16、于退火加熱溫度，加熱溫度：高于退火加熱溫度， Ac3(Acm)以上以上30-50。保溫時(shí)間：與完全退火相同，工件心部達(dá)到加熱溫度。保溫時(shí)間：與完全退火相同，工件心部達(dá)到加熱溫度。冷卻方式：空冷，大件可用風(fēng)冷或噴霧冷。冷卻方式：空冷，大件可用風(fēng)冷或噴霧冷。正火適用于碳素鋼和低、中合金鋼，不適用于高合金鋼，正火適用于碳素鋼和低、中合金鋼，不適用于高合金鋼，高合金鋼空冷易發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。高合金鋼空冷易發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。8.1.7 正火正火8.1 鋼的退火和正火正火冷速較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體片層間距較小，正火冷速較快，轉(zhuǎn)變溫度較低，珠光體片層間距較小，鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性較高。鋼的強(qiáng)度、硬度和韌性較

17、高。亞共析鋼：析出的鐵素體數(shù)量較少，珠光體數(shù)量較多；亞共析鋼：析出的鐵素體數(shù)量較少，珠光體數(shù)量較多；過(guò)共析鋼：先共析網(wǎng)狀滲碳體析出受到抑制。過(guò)共析鋼：先共析網(wǎng)狀滲碳體析出受到抑制。鋼的碳含量為鋼的碳含量為0.6-1.4，正火組織中不存在先共析相，正火組織中不存在先共析相，只存在偽共析珠光體和索氏體。只存在偽共析珠光體和索氏體。8.1.7 正火正火8.1 鋼的退火和正火正火工藝較簡(jiǎn)單，有以下幾方面應(yīng)用：正火工藝較簡(jiǎn)單，有以下幾方面應(yīng)用：（1）改善低碳鋼的切削加工性能。）改善低碳鋼的切削加工性能。（2）消除中碳鋼熱加工缺陷。）消除中碳鋼熱加工缺陷。（3）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀滲碳體。）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)

18、狀滲碳體。（4）提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。）提高普通結(jié)構(gòu)件的機(jī)械性能。20#鋼，正火溫度為：鋼，正火溫度為：920950；45#鋼，正火溫度為，鋼，正火溫度為，850，抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度600MPa 8.1.7 正火正火小結(jié)小結(jié)處理工藝：處理工藝： 完全退火，不完全退火，球化退火，擴(kuò)散退火，去應(yīng)力完全退火，不完全退火，球化退火，擴(kuò)散退火，去應(yīng)力退火，再結(jié)晶退火，正火。退火，再結(jié)晶退火，正火。工藝參數(shù)：工藝參數(shù)： 加熱溫度，保溫時(shí)間，冷卻方式。加熱溫度，保溫時(shí)間，冷卻方式。處理目的很重要。處理目的很重要。8.2 鋼的淬火將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3（Acm）或）或Ac1臨界溫度以上的一定臨界溫度以

19、上的一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界淬火速度的溫度，保溫一定時(shí)間，然后以大于臨界淬火速度的速度冷卻，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（或貝氏體）速度冷卻，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝為淬火。組織的熱處理工藝為淬火。淬火后得到的組織是馬氏體（或下貝氏體）和少量淬火后得到的組織是馬氏體（或下貝氏體）和少量的殘余奧氏體及未溶的第二相。的殘余奧氏體及未溶的第二相。淬火的目的是提高工件的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。淬火的目的是提高工件的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。8.2 鋼的淬火淬火冷卻過(guò)程中由于工件表面和心部的冷卻和相變淬火冷卻過(guò)程中由于工件表面和心部的冷卻和相變的不同時(shí)性，會(huì)導(dǎo)致不同部位殘余應(yīng)

20、力不同。各種的不同時(shí)性，會(huì)導(dǎo)致不同部位殘余應(yīng)力不同。各種原因?qū)е碌臍堄鄳?yīng)力之和就是淬火應(yīng)力。原因?qū)е碌臍堄鄳?yīng)力之和就是淬火應(yīng)力。當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，工件會(huì)產(chǎn)生塑當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的屈服極限時(shí)，工件會(huì)產(chǎn)生塑性變形；當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，工件將性變形；當(dāng)淬火應(yīng)力超過(guò)材料的強(qiáng)度極限，工件將產(chǎn)生開(kāi)裂。產(chǎn)生開(kāi)裂。淬火應(yīng)力包括熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。淬火應(yīng)力包括熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。8.2.1 淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力8.2 鋼的淬火工件在加熱或冷卻時(shí)，由于工件在加熱或冷卻時(shí)，由于不同部位的溫度差異，導(dǎo)致不同部位的溫度差異，導(dǎo)致熱脹冷縮的不一致性而產(chǎn)生熱脹冷縮的不一致性而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為熱應(yīng)

21、力熱應(yīng)力。冷卻初期，表層先收縮，產(chǎn)冷卻初期，表層先收縮，產(chǎn)生拉應(yīng)力；冷卻后期，內(nèi)部生拉應(yīng)力；冷卻后期，內(nèi)部收縮，表面形成壓應(yīng)力，成收縮，表面形成壓應(yīng)力，成為殘余應(yīng)力。為殘余應(yīng)力。8.2.1 淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力（1）熱應(yīng)力及其變化規(guī)律）熱應(yīng)力及其變化規(guī)律工件冷卻時(shí)熱應(yīng)力變化示意圖工件冷卻時(shí)熱應(yīng)力變化示意圖8.2 鋼的淬火熱應(yīng)力的產(chǎn)生原因：快速冷卻時(shí)工件截面上存在的溫?zé)釕?yīng)力的產(chǎn)生原因：快速冷卻時(shí)工件截面上存在的溫差造成的。差造成的。影響熱應(yīng)力大小的因素：影響熱應(yīng)力大小的因素：冷卻速度越大，截面上溫差越大，熱應(yīng)力越大。冷卻速度越大，截面上溫差越大，熱應(yīng)力越大。 淬火溫度越高、工件截面尺寸越大，熱應(yīng)力越

22、大。淬火溫度越高、工件截面尺寸越大，熱應(yīng)力越大。鋼材導(dǎo)熱性越差、線膨脹系數(shù)越大，熱應(yīng)力越大。鋼材導(dǎo)熱性越差、線膨脹系數(shù)越大，熱應(yīng)力越大。8.2.1 淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力（1）熱應(yīng)力及其變化規(guī)律）熱應(yīng)力及其變化規(guī)律8.2 鋼的淬火工件在冷卻時(shí)，由于溫差造成的不同部位組織轉(zhuǎn)變不工件在冷卻時(shí)，由于溫差造成的不同部位組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)而引起的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為組織應(yīng)力。同時(shí)而引起的內(nèi)應(yīng)力稱(chēng)為組織應(yīng)力。淬火初期工件表面冷卻到淬火初期工件表面冷卻到Ms以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而引以下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而引起體積膨脹，而內(nèi)部不發(fā)生相變體積不變，導(dǎo)致表面起體積膨脹，而內(nèi)部不發(fā)生相變體積不變，導(dǎo)致表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。繼續(xù)冷卻，心部發(fā)生馬氏體

23、轉(zhuǎn)變，體積產(chǎn)生壓應(yīng)力。繼續(xù)冷卻，心部發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，體積膨脹，而表面轉(zhuǎn)變已經(jīng)結(jié)束，不再有體積變化，使表膨脹，而表面轉(zhuǎn)變已經(jīng)結(jié)束，不再有體積變化，使表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此組織應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力為表面面產(chǎn)生拉應(yīng)力。因此組織應(yīng)力引起的殘余應(yīng)力為表面拉應(yīng)力，與熱應(yīng)力相反。拉應(yīng)力，與熱應(yīng)力相反。8.2.1 淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力（2）組織應(yīng)力及其變化規(guī)律）組織應(yīng)力及其變化規(guī)律8.2 鋼的淬火亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3+(30-50)。 共析鋼和過(guò)共析鋼：共析鋼和過(guò)共析鋼：Ac1+(30-50) 。合金鋼的加熱溫度要高一些。合金鋼的加熱溫度要高一些。加熱溫度高，將導(dǎo)致淬火應(yīng)力增大、表加熱溫度高，將導(dǎo)致淬火應(yīng)力增大

24、、表面氧化和脫碳嚴(yán)重。面氧化和脫碳嚴(yán)重。8.2.2 淬火加熱淬火加熱（1）加熱溫度的確定）加熱溫度的確定淬火加熱溫度的確定以得到均淬火加熱溫度的確定以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則。勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則。完全淬火完全淬火不完全淬火不完全淬火8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（2）加熱時(shí)間的確定）加熱時(shí)間的確定將升溫和保溫所需要的時(shí)間之和稱(chēng)為加熱時(shí)間。將升溫和保溫所需要的時(shí)間之和稱(chēng)為加熱時(shí)間。影響加熱時(shí)間的因素有：加熱介質(zhì)、爐溫、工件尺寸影響加熱時(shí)間的因素有：加熱介質(zhì)、爐溫、工件尺寸和裝爐量。加熱時(shí)間可由以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：和裝爐量。加熱時(shí)間可由以下經(jīng)驗(yàn)公式確定：KD（min） ：加

25、熱系數(shù)，表示單位有效厚度需要的加熱時(shí)間，：加熱系數(shù)，表示單位有效厚度需要的加熱時(shí)間，單位：?jiǎn)挝唬簃in/mm，碳鋼在，碳鋼在800900的箱式爐中加熱的箱式爐中加熱時(shí)，時(shí)，1-1.5；若在鹽浴爐中加熱，；若在鹽浴爐中加熱，0.3-0.5。8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（2）加熱時(shí)間的確定）加熱時(shí)間的確定KD（min）K：裝爐修正系數(shù)，裝爐量較大時(shí)，：裝爐修正系數(shù)，裝爐量較大時(shí)，K值取得較大，值取得較大，一般由經(jīng)驗(yàn)確定。一般由經(jīng)驗(yàn)確定。D：工件有效厚度（：工件有效厚度（mm）。）。剛在加熱淬火過(guò)程中，由于加熱溫度和時(shí)間選擇不當(dāng)，剛在加熱淬火過(guò)程中，由于加熱溫度和時(shí)間選擇不當(dāng)，可能產(chǎn)

26、生過(guò)熱、過(guò)燒、表面氧化、表面脫碳等缺陷?？赡墚a(chǎn)生過(guò)熱、過(guò)燒、表面氧化、表面脫碳等缺陷。8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（3）過(guò)熱與過(guò)燒）過(guò)熱與過(guò)燒過(guò)熱是指工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)過(guò)熱是指工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成奧氏體晶粒長(zhǎng)大的缺陷。長(zhǎng)，造成奧氏體晶粒長(zhǎng)大的缺陷。過(guò)熱將導(dǎo)致馬氏體組織粗大，工件強(qiáng)度和韌性降低，過(guò)熱將導(dǎo)致馬氏體組織粗大，工件強(qiáng)度和韌性降低，易產(chǎn)生淬火裂紋。易產(chǎn)生淬火裂紋。對(duì)于過(guò)熱工件，可進(jìn)行細(xì)化晶粒的退火或正火，然后對(duì)于過(guò)熱工件，可進(jìn)行細(xì)化晶粒的退火或正火，然后再進(jìn)行正確的淬火，可以糾正過(guò)熱組織。再進(jìn)行正確的淬火，可以糾正過(guò)熱組織。8

27、.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（3）過(guò)熱與過(guò)燒）過(guò)熱與過(guò)燒過(guò)燒是指工件在淬火加熱時(shí)，溫度過(guò)高，使奧氏體晶過(guò)燒是指工件在淬火加熱時(shí)，溫度過(guò)高，使奧氏體晶界發(fā)生氧化或局部熔化的現(xiàn)象。界發(fā)生氧化或局部熔化的現(xiàn)象。過(guò)燒工件無(wú)法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。過(guò)燒工件無(wú)法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（4）表面氧化）表面氧化淬火加熱時(shí)，工件和加熱介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生氧化現(xiàn)淬火加熱時(shí)，工件和加熱介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生氧化現(xiàn)象。氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度降低，淬火冷象。氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度降低，淬火冷卻速度減慢。卻速度減慢。氧化反應(yīng)機(jī)理有：氧化反應(yīng)機(jī)理有：2Fe + O2

28、= 2FeOFe + CO2 = FeO + COFe + H2O = FeO + H2氧化速度一般用氧化氧化速度一般用氧化增重來(lái)衡量。溫度越增重來(lái)衡量。溫度越高，氧化速度越快。高，氧化速度越快。8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（4）表面脫碳）表面脫碳脫碳是工件在加熱和保溫過(guò)程中，鋼中的碳與爐氣中脫碳是工件在加熱和保溫過(guò)程中，鋼中的碳與爐氣中的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含碳?xì)怏w，逸出鋼外，使的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成含碳?xì)怏w，逸出鋼外，使工件表面碳含量降低的過(guò)程。主要反應(yīng)有：工件表面碳含量降低的過(guò)程。主要反應(yīng)有：C + O2 = CO2C + CO2 = 2COC + H2O = CO

29、+ H2C + 2H2 = CH4脫碳速度取決于化學(xué)反應(yīng)脫碳速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度和碳原子擴(kuò)散速度。速度和碳原子擴(kuò)散速度。加熱溫度越高，加熱時(shí)間加熱溫度越高，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，脫碳層越深。越長(zhǎng)，脫碳層越深。8.2 鋼的淬火8.2.2 淬火加熱淬火加熱（5）表面氧化和脫碳的防止方法）表面氧化和脫碳的防止方法鹽浴加熱：常采用氯化鹽或硝酸鹽做加熱介質(zhì)。鹽浴加熱：常采用氯化鹽或硝酸鹽做加熱介質(zhì)。保護(hù)氣氛加熱：加熱爐中通入中性或還原性氣體。保護(hù)氣氛加熱：加熱爐中通入中性或還原性氣體。真空加熱：主要用于要求較高的工具和精密零件。真空加熱：主要用于要求較高的工具和精密零件。裝箱加熱：將工件裝入箱中，周?chē)畛滂T鐵

30、屑或木裝箱加熱：將工件裝入箱中，周?chē)畛滂T鐵屑或木炭，加熱時(shí)間長(zhǎng)，操作不方便，適于單件熱處理。炭，加熱時(shí)間長(zhǎng)，操作不方便，適于單件熱處理。工件表面涂層：熱涂硼酸等。工件表面涂層：熱涂硼酸等。8.2 鋼的淬火8.2.3 淬火冷卻淬火冷卻為了使鋼獲得馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨為了使鋼獲得馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度，但冷卻速度過(guò)大，淬火應(yīng)力增大，易產(chǎn)界冷卻速度，但冷卻速度過(guò)大，淬火應(yīng)力增大，易產(chǎn)生變形和開(kāi)裂。選擇合適的淬火冷卻速度十分重要。生變形和開(kāi)裂。選擇合適的淬火冷卻速度十分重要。冷卻速度與冷卻介質(zhì)有關(guān)：冷卻速度與冷卻介質(zhì)有關(guān)：鹽水（鹽水（NaClNaCl）和堿水（）和

31、堿水（NaOHNaOH）的冷卻速度最快；）的冷卻速度最快；普通水的冷速次之，與水溫有關(guān)；普通水的冷速次之，與水溫有關(guān)；礦物油（機(jī)油）的冷速較低。礦物油（機(jī)油）的冷速較低。8.2 鋼的淬火8.2.3 淬火方法淬火方法單液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件淬入某種淬單液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件淬入某種淬火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。火介質(zhì)中，連續(xù)冷卻至介質(zhì)溫度的淬火方法。一般情況下，碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。一般情況下，碳鋼在水中淬火，合金鋼在油中淬火。為減小淬火應(yīng)力，可將奧氏體化工件先慢冷至臨界點(diǎn)為減小淬火應(yīng)力，可將奧氏體化工件先慢冷至臨界點(diǎn)附近溫度，再淬入淬火介質(zhì)中冷卻

32、。附近溫度，再淬入淬火介質(zhì)中冷卻。單液淬火法操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但組織應(yīng)力較單液淬火法操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但組織應(yīng)力較大，工件易變形開(kāi)裂，適于形狀簡(jiǎn)單小尺寸工件。大，工件易變形開(kāi)裂，適于形狀簡(jiǎn)單小尺寸工件。（1）單液淬火法）單液淬火法8.2 鋼的淬火8.2.3 淬火方法淬火方法雙液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能雙液淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先在冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中快冷至接近力較強(qiáng)的介質(zhì)中快冷至接近MsMs點(diǎn)溫度，再轉(zhuǎn)入冷卻能點(diǎn)溫度，再轉(zhuǎn)入冷卻能力較弱的介質(zhì)中繼續(xù)慢冷的淬火方法。力較弱的介質(zhì)中繼續(xù)慢冷的淬火方法。一般采用水油雙液淬火法，要控制好水中冷卻時(shí)間，一般采用水油

33、雙液淬火法，要控制好水中冷卻時(shí)間，適用于中、高碳鋼工件和合金鋼大型工件。適用于中、高碳鋼工件和合金鋼大型工件。也可采用油空氣雙介質(zhì)淬火法，適用于合金鋼工件。也可采用油空氣雙介質(zhì)淬火法，適用于合金鋼工件。（2）雙液淬火法）雙液淬火法8.2 鋼的淬火8.2.3 淬火方法淬火方法分級(jí)淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先淬入高于分級(jí)淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件先淬入高于該鋼該鋼MsMs點(diǎn)的熱浴中停留一定時(shí)間，待工件各部分與熱點(diǎn)的熱浴中停留一定時(shí)間，待工件各部分與熱浴溫度一致后，取出空冷至室溫的淬火方法。浴溫度一致后，取出空冷至室溫的淬火方法。緩慢冷卻得到馬氏體，組織應(yīng)力較低。緩慢冷卻得到馬氏體，組織

34、應(yīng)力較低。介質(zhì)溫度較高，冷速較慢，不易達(dá)到臨界淬火速度，介質(zhì)溫度較高，冷速較慢，不易達(dá)到臨界淬火速度，適用于尺寸較小的工件。提高淬火加熱溫度，可提高適用于尺寸較小的工件。提高淬火加熱溫度，可提高奧氏體的穩(wěn)定性，降低淬火臨界冷卻速度。奧氏體的穩(wěn)定性，降低淬火臨界冷卻速度。（3）分級(jí)淬火法）分級(jí)淬火法8.2 鋼的淬火8.2.3 淬火方法淬火方法等溫淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件淬入溫度稍等溫淬火法是將加熱至奧氏體狀態(tài)的工件淬入溫度稍高于該鋼高于該鋼MsMs點(diǎn)的鹽浴中等溫，保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使點(diǎn)的鹽浴中等溫，保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然后取出在空氣中冷卻的淬之轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w組織，然

35、后取出在空氣中冷卻的淬火方法?；鸱椒?。等溫淬火得到下貝氏體組織，硬度和強(qiáng)度較高，韌性等溫淬火得到下貝氏體組織，硬度和強(qiáng)度較高，韌性良好。良好。等溫淬火組織應(yīng)力小，適于處理中、高碳鋼和低合金等溫淬火組織應(yīng)力小，適于處理中、高碳鋼和低合金鋼制造的復(fù)雜形狀精密構(gòu)件。鋼制造的復(fù)雜形狀精密構(gòu)件。（4）等溫淬火法）等溫淬火法8.3 鋼的淬透性8.3.1 淬透性的基本概念淬透性的基本概念淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，其大小用淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，其大小用鋼在一定條件下淬火所獲得的淬透層深度來(lái)表示。淬鋼在一定條件下淬火所獲得的淬透層深度來(lái)表示。淬透層深度越大，淬透性越好。透層深度越大，

36、淬透性越好。淬透層深度規(guī)定是由表面至得到馬氏體體積分?jǐn)?shù)為淬透層深度規(guī)定是由表面至得到馬氏體體積分?jǐn)?shù)為5050的半馬氏體區(qū)的深度。的半馬氏體區(qū)的深度。淬透性是鋼的固有屬性，取決于鋼的奧氏體穩(wěn)定性，淬透性是鋼的固有屬性，取決于鋼的奧氏體穩(wěn)定性，是制定鋼的熱處理工藝的重要依據(jù)之一。是制定鋼的熱處理工藝的重要依據(jù)之一。鋼的淬透性和淬硬性是兩個(gè)不同的概念。鋼的淬透性和淬硬性是兩個(gè)不同的概念。8.3 鋼的淬透性8.3.2 淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定方法測(cè)定鋼淬透性常用的方法是測(cè)定鋼淬透性常用的方法是末端淬火法，即末端淬火法，即端淬法端淬法。將將25mm25mm100mm100mm的標(biāo)準(zhǔn)試的標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至

37、奧氏體狀態(tài)后，迅樣加熱至奧氏體狀態(tài)后，迅速對(duì)試樣末端噴水冷卻。試速對(duì)試樣末端噴水冷卻。試樣上距末端越遠(yuǎn)，冷卻速度樣上距末端越遠(yuǎn)，冷卻速度越小，硬度值越低。越小，硬度值越低。端淬試驗(yàn)示意圖端淬試驗(yàn)示意圖8.3 鋼的淬透性8.3.2 淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定方法從試樣末端開(kāi)始，沿軸向從試樣末端開(kāi)始，沿軸向每隔每隔1.5mm1.5mm測(cè)一點(diǎn)硬度，得測(cè)一點(diǎn)硬度，得到硬度與至末端距離的關(guān)到硬度與至末端距離的關(guān)系曲線，稱(chēng)為系曲線，稱(chēng)為端淬曲線端淬曲線。由于鋼的化學(xué)成分波動(dòng)，由于鋼的化學(xué)成分波動(dòng)，有關(guān)手冊(cè)中給出的不是一有關(guān)手冊(cè)中給出的不是一條曲線，而是一條帶，稱(chēng)條曲線，而是一條帶，稱(chēng)之為之為淬透性帶淬透

38、性帶。45鋼的淬透性帶鋼的淬透性帶8.3 鋼的淬透性8.3.2 淬透性的測(cè)定方法淬透性的測(cè)定方法根據(jù)鋼的淬透性曲線，鋼的淬透性值的表示方法是：根據(jù)鋼的淬透性曲線，鋼的淬透性值的表示方法是：dHRCJ其中其中J表示末端淬透性，表示末端淬透性，d表示至末端的距離，表示至末端的距離，HRC表示表示在該處測(cè)得的硬度值。在該處測(cè)得的硬度值。例如：淬透性值例如：淬透性值 表示在淬透性帶上距末端表示在淬透性帶上距末端5mm5mm處的硬度值為處的硬度值為HRC40HRC40。540J8.3 鋼的淬透性8.3.3 淬透性的實(shí)際意義淬透性的實(shí)際意義選用淬透性較高的鋼，可以保證整個(gè)零件截面全部得選用淬透性較高的鋼，

39、可以保證整個(gè)零件截面全部得到馬氏體組織，性能均勻一致。到馬氏體組織，性能均勻一致。選用淬透性較高的鋼，可以在冷速較緩慢的介質(zhì)中淬選用淬透性較高的鋼，可以在冷速較緩慢的介質(zhì)中淬火，減小工件的變形。火，減小工件的變形。表面淬火用鋼可以選擇淬透性較低的鋼，保證只是表表面淬火用鋼可以選擇淬透性較低的鋼，保證只是表面得到馬氏體組織。面得到馬氏體組織。焊接用鋼也希望淬透性較低，避免焊縫及熱影響區(qū)在焊接用鋼也希望淬透性較低，避免焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過(guò)程中得到馬氏體組織，防止焊接構(gòu)件的變焊后冷卻過(guò)程中得到馬氏體組織，防止焊接構(gòu)件的變形和開(kāi)裂。形和開(kāi)裂。8.4 鋼的回火回火是將淬火后的鋼加熱到一定溫度，保溫

40、一定時(shí)間，回火是將淬火后的鋼加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，以一定的方式冷卻的熱處理工藝。以一定的方式冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖欠€(wěn)定組織、減小或消除淬火應(yīng)力、提高回火的目的是穩(wěn)定組織、減小或消除淬火應(yīng)力、提高鋼的塑性和韌性，獲得強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的適鋼的塑性和韌性，獲得強(qiáng)度、硬度和塑性、韌性的適當(dāng)配合，滿足不同工件的性能要求。當(dāng)配合，滿足不同工件的性能要求?；鼗鸬闹饕に噮?shù)包括：回火溫度、回火保溫時(shí)間、回火的主要工藝參數(shù)包括：回火溫度、回火保溫時(shí)間、回火后的冷卻速度。回火后的冷卻速度。8.4 鋼的回火8.4.1 回火溫度回火溫度回火溫度是決定回火后工件組織和性能的最重要因素?；鼗饻囟仁?/p>

41、決定回火后工件組織和性能的最重要因素。可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火?？煞譃榈蜏鼗鼗?、中溫回火和高溫回火。（1）低溫回火）低溫回火低溫回火溫度范圍是低溫回火溫度范圍是150150250250。主要用于高碳鋼和。主要用于高碳鋼和高合金鋼。低溫回火的組織是隱晶馬氏體加細(xì)粒狀碳高合金鋼。低溫回火的組織是隱晶馬氏體加細(xì)粒狀碳化物，即回火馬氏體，具有很高的強(qiáng)度、硬度和耐磨化物，即回火馬氏體，具有很高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，淬火應(yīng)力和脆性得到降低，大量用于工具、量具、性，淬火應(yīng)力和脆性得到降低，大量用于工具、量具、軸承、滲碳件和表面淬火件等。軸承、滲碳件和表面淬火件等。8.4 鋼的回火8.4.1 回火溫度回火溫度（2）中溫回火