第7章鋼的熱處理第4節(jié)以后

第4節(jié)鋼的退火

機(jī)械零件的一般加工工藝為：

毛坯（鑄/鍛）→預(yù)備熱處理（正火/退火）→機(jī)加工→最終熱處理退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。

退火：將鋼加熱至適當(dāng)溫度保溫，然后緩慢冷卻獲得平衡組織的熱處理工藝。

工藝：1、完全退火（退火）目的：細(xì)化組織；調(diào)整硬度有利切削；適于鋼種：亞共析碳鋼；合金鋼的鑄、鍛件時(shí)間：數(shù)十小時(shí)~幾天將工件加熱到Ac3+30~50℃保溫后緩冷，至550℃下出爐空冷。為縮短工時(shí)，發(fā)展了“等溫退火”工藝：加熱溫度(Ac1＋20-30℃)保溫，然后等溫冷卻/非常緩慢的速度冷卻。組織：球狀P（F+顆粒狀Fe3C）目的：降低硬度、提高切削性；

為淬火作組織準(zhǔn)備。適于鋼種：共析鋼和過共析鋼、合金工具鋼3、球化退火是將鋼中滲碳體球化、獲得球狀珠光體的退火工藝。球狀珠光體完全退火與球化退火視頻4、再結(jié)晶退火將冷變形金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，消除加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，恢復(fù)加工變形能力的方法。目的：消除冷加工后的殘余內(nèi)應(yīng)力，以穩(wěn)定尺寸，減少變形。7、去應(yīng)力退火應(yīng)用鋼種：冷變形鋼件工藝：將冷變形后的金屬加熱到Ac1溫度以下保溫，緩慢冷卻的熱處理工藝。6、擴(kuò)散退火目的：消除偏析，使成分、組織均勻化。適于鋼種：合金鋼鑄件、焊接件及鍛坯。特點(diǎn)：高溫加熱時(shí)間長，10~15h，效率低，偏析嚴(yán)重時(shí)才用。工藝：將金屬鑄錠/件或鍛坯，在Ac3/Accm以上150~200℃（略低于固相線的溫度）長時(shí)間保溫，然后緩慢冷卻。正火：將鋼件加熱到臨界溫度以上30~50℃保溫，在空氣中冷卻獲得P的熱處理工藝。第5節(jié)鋼的正火正火比退火冷卻速度大；正火組織比退火組織更細(xì)小，鋼的強(qiáng)度硬度較高。1.改善低碳鋼切削加工性能。2.消除碳鋼熱加工缺陷，均勻組織。3.減少過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物的形成。Fe3CII4.作為最終熱處理，提高普通結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能。應(yīng)用：低碳鋼中的帶狀組織1、從切削加工性上考慮（最佳切削硬度170～220HBS）低碳鋼（＜0.25％C）高碳鋼（>0.7％C）退火與正火的選用原則在性能和工藝滿足的情況下，盡量正火3、從經(jīng)濟(jì)性上考慮2、從使用性能上考慮對(duì)性能要求不太高的零件，選用正火（P）作為最終熱處理?！Ｓ谜?，提高硬度，防粘刀→正火（提高生產(chǎn)率）→

球化退火中碳鋼、合金工具鋼（0.25～0.6％C）滿足一般性能又能提高效率。第6節(jié)鋼的淬火

淬火：將鋼加熱到高于臨界溫度，保溫后以大于臨界冷卻速度冷卻，使過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)镸或B下的熱處理工藝。！不能根據(jù)冷速來判斷是否為淬火，獲得M或者B下是關(guān)鍵淬火目的：提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性；淬火+回火=良好的綜合性能小零件淬火大型鋼材淬火一、淬火溫度的選擇1、亞共析鋼：Ac3＋30～50℃2、共析鋼、過共析鋼：Ac1＋30～50℃心部溫度達(dá)到以及F完全溶解可獲得A細(xì)+少量滲碳體溫度過高：A中含碳量過大，淬火開裂傾向大二、淬火介質(zhì)水、油、鹽水和空氣理想的冷卻曲線：在C曲線鼻尖處快冷，在Ms附近緩冷，既獲得馬氏體組織，又減小內(nèi)應(yīng)力的目的。目前還沒找到理想淬火介質(zhì)。理想淬火曲線示意圖MsMf箱式電阻爐燃?xì)鉅t1、油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。3、鹽水作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之上，高溫冷卻快，低溫冷卻變形開裂嚴(yán)重，于形狀復(fù)雜件的分級(jí)淬火和等溫淬火。2、水的冷卻能力強(qiáng)，低溫時(shí)冷卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。MsMf四、淬火的方法1、單液淬火法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。適于形狀簡單的碳鋼和合金鋼，操作簡單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。Ms各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法213缺點(diǎn)：水冷易開裂，油冷難淬硬2、雙液淬火法優(yōu)點(diǎn)：可淬硬，減少內(nèi)應(yīng)力；缺點(diǎn)：操作不易掌握。工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法213Ms用于形狀復(fù)雜的高碳鋼件及大截面合金鋼件。3、分級(jí)淬火法優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)一步降低內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件，如：刀具，量具。在略高M(jìn)s附近的鹽浴或堿浴爐中保溫，待內(nèi)外溫度均勻后再取出空冷至室溫，獲得M。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法213Ms缺點(diǎn)：鹽堿浴爐冷速慢，大截面難達(dá)到臨界冷速。4、等溫淬火法將工件在高于Ms的鹽浴或堿浴爐中保溫足夠長時(shí)間，從而獲得B下的淬火方法。優(yōu)點(diǎn)：淬火內(nèi)應(yīng)力小，有效防止開裂變形，強(qiáng)韌結(jié)合的力學(xué)性能，適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。各種淬火方法示意圖1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級(jí)淬火法4—等溫淬火法213Ms缺點(diǎn)：生產(chǎn)周期較長7、冷處理目的：盡量減少鋼中A’的數(shù)量以獲得最大數(shù)量的M。優(yōu)點(diǎn)：提高鋼的硬度和耐磨性，穩(wěn)定工件的尺寸，對(duì)于高精度的精密零件尤為重要（量具鋼）。工藝：將淬火鋼繼續(xù)冷卻到-70～-80℃（或更低溫度），并保持一段時(shí)間，使A’在繼續(xù)冷卻中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)P(油冷)P+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級(jí)淬火M+A’單液淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間溫度淬火PP均勻A細(xì)A0三、鋼的淬透性 1、淬透性指鋼在淬火時(shí)獲得M的能力，淬火后獲得M的深度越大，其淬透性越好。是鋼本身固有屬性。馬氏體區(qū)非M區(qū)取決于？馬氏體區(qū)淬透層深度是指由工件表面到半M區(qū)(50%M+50%P)的深度若工件淬火后心部獲得50%以上的M區(qū)域，可以認(rèn)為該工件被淬透。淬透深度：淬透性與淬透深度的關(guān)系：（1）淬透性是鋼的一種屬性，與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較，是通過淬透層深度來確定的。（2）實(shí)際工件的淬透層深度與鋼的淬透性、工件尺寸及淬火介質(zhì)的冷卻能力等許多因素有關(guān)。例如：45鋼在水中淬火，工件的體積越小，則冷卻速度越快，淬透層越深；尺寸相同的45鋼，水淬比油淬的淬透層深。例如：兩個(gè)相同尺寸的45鋼和T8鋼，相同條件下淬火，T8鋼的淬透層深度大，淬透性好。注意鋼的淬透性、淬硬性和淬透深度幾個(gè)概念的區(qū)別1、同一鋼種在水中淬火，小件比大件淬透層深。

2、同一鋼種，水淬時(shí)比油淬時(shí)淬透性好。3、高碳鋼比低碳鋼的淬硬性好。判斷：淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力。和碳含量有關(guān)，C%越高，淬硬性越高。兩種鋼的淬透性和淬硬性的對(duì)比00直徑直徑硬度HRC（注：棒料直徑相同，在相同淬火介質(zhì)中淬火）淬透區(qū)硬度HRC2、淬透性的測量頂端淬火法淬透性表示方法：JHRC/d如：距水冷端3mm處的硬度值為43HRC。表示為J43/3對(duì)比：表面中心表面HRCσbσ0.2AKU（a）已淬透淬透性對(duì)調(diào)質(zhì)后鋼的力學(xué)性能的影響HRCAKU表面表面中心σ0.2σb（b）未淬透鋼的化學(xué)成分:

（1）含碳量共析鋼的C曲線最靠右，Vk最小，淬透性最好。（2）合金元素

除Co外，其余合金元素降低Vk，C曲線右移，淬透性↑。影響淬透性的因素：鋼的淬透性越好，能淬透的截面尺寸越大，為增加有效淬硬深度，須選擇過冷奧氏體很穩(wěn)定的合金鋼。各類彎、扭件要求淬透1/4R～1/3R，軸類、齒輪等。2、熱處理工藝制定的依據(jù)１、根據(jù)零件不同的工作條件合理確定鋼的淬透性要求受拉、壓、沖擊載荷零件必須淬透，螺栓、連桿、模具、彈簧。3、淬透性的實(shí)際意義焊接工件應(yīng)選用低淬透性鋼，避免焊后冷卻獲得M，開裂。淬透性高的，可緩冷，避免變形和開裂；高強(qiáng)螺栓柴油機(jī)連桿齒輪不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B(yǎng)下M+A’分級(jí)淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時(shí)間溫度淬火PP均勻A細(xì)A？？？第7節(jié)鋼的回火回火的目的：

螺桿表面的淬火裂紋回火是指將淬火鋼加熱到Ac1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。1、降低或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形或開裂。2、降低鋼的脆性，調(diào)整力學(xué)性能。3、穩(wěn)定尺寸。未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂，因此，鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。一、淬火鋼回火時(shí)組織和性能變化

淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。1、馬氏體的分解100℃回火時(shí)，鋼的組織無變化。100-200℃加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解，從馬氏體中析出碳化物(FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。200-300℃時(shí),由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降,Ms上升，A’分解為-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。2、殘余奧氏體分解 250-400℃時(shí)，-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。到350℃,馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分,內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。3、-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C回火TT4、Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化 400℃以上，F(xiàn)e3C開始聚集長大。450℃以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅?。這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，S回表示?；鼗餝S5、回火時(shí)的性能變化

隨回火溫度提高，

鋼的強(qiáng)度、硬度下降，

塑性、韌性提高。區(qū)別：A分解得到的P、S、T以及M回、T回、S回相同硬度下：強(qiáng)度基本相同但M回、S回、T回的塑性、韌性高二、回火的分類和應(yīng)用

根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類。淬火+高溫回火的熱處理稱作調(diào)質(zhì)三、回火脆性

在某些溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象。1、第一類回火脆性

2、第二類回火脆性高溫回火脆。淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時(shí)出現(xiàn)的脆性。低溫回火脆。淬火鋼在250-350℃回火時(shí)出現(xiàn)的脆性。只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會(huì)出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r(shí)應(yīng)避開這一溫度范圍。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。第8節(jié)鋼的表面淬火通過對(duì)工件表面快速加熱然后淬火冷卻的工藝，表層為淬火馬氏體，心部為原始組織。表面淬火用材料：

0.4-0.5%C的中碳鋼：表硬里韌含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降;含碳量過高，心部韌性下降；感應(yīng)加熱表面淬火示意圖一、感應(yīng)加熱表面淬火利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪表面淬火后的回火：采用低溫回火，溫度不高于200℃。回火目的為降低內(nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。①高頻感應(yīng)加熱

頻率為250-300KHz，

淬硬層深度0.5-2mm傳動(dòng)軸連續(xù)淬火感應(yīng)器感應(yīng)加熱表面淬火齒輪的截面圖感應(yīng)加熱分為：②中頻感應(yīng)加熱

頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm。各種感應(yīng)器中頻感應(yīng)加熱表面淬火的機(jī)車凸輪軸③工頻感應(yīng)加熱

頻率為50Hz，淬硬層深度10-15mm各種感應(yīng)器感應(yīng)穿透加熱二、

火焰加熱表面淬火火焰加熱表面淬火利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制第9節(jié)鋼的化學(xué)熱處理

將工件置于特定介質(zhì)中加熱保溫，使介質(zhì)中活性原子滲入工件表層，從而改變工件表層化學(xué)成分和組織，進(jìn)而改變其性能的熱處理工藝。1、與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，

還改變其化學(xué)成分。2、根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、

多元共滲、滲其他元素等。

獲得表硬里韌性能的方法之一。化學(xué)熱處理的基本過程：（1）介質(zhì)(滲劑)的分解:分解的同時(shí)釋放出活性原子。

如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化2NH3→3H2+2[N]（2）工件表面的吸收:活性原子向固溶體溶解或與鋼中某些元素形成化合物。（3）高溫下被滲原子向內(nèi)部擴(kuò)散。

滲碳目的：提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時(shí)保持心部良好的韌性。一、滲碳經(jīng)滲碳的機(jī)車從動(dòng)齒輪滲碳用鋼：為含0.1-0.3%C的低碳鋼。碳高則心部韌性降低。滲劑：氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)。1、氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫900-950℃滲碳?xì)夥罩袧B碳。優(yōu)點(diǎn)：質(zhì)量好，

效率高；缺點(diǎn)：滲層成分與深度不易控制。2、固體滲碳法

將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳。

滲劑：木炭。

優(yōu)點(diǎn)：操作簡單；

缺點(diǎn)：滲速慢，勞動(dòng)條件差。真空滲碳爐3、滲碳后的熱處理—獲得M

淬火+低溫回火

（1）直接淬火法：

將工件自然滲碳溫度預(yù)冷到略高于Ac3溫度直接淬火，

回火溫度為160-180℃。M+Fe3CII+A‘（2）一次淬火法：

即滲碳緩冷后重新加熱淬火，回火后M回+Fe3C+A‘（3）二次