鋼鐵熱處理工藝簡介(1)

鋼的熱處理工藝簡介

鋼的退火一、鋼的退火：將鋼加熱到臨界點以上，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷）到600℃以下再空冷

（一）退火目的1、降低硬度，提高切削加工性

經(jīng)鑄、鍛、焊成形的工件，硬度偏高，退火后硬度降至200—250Hv。2、提高塑性，便于冷變形加工

消除加工硬化，↑塑性便于進行隨后的冷沖、冷軋、冷撥等（一）退火目的3、消除組織缺陷，改善性能

鑄、鍛、焊等壓力加工時，沿壓延方向出現(xiàn)兩種組織交替層狀分布（帶狀組織），造成鋼材各向異性，橫向塑性、韌性明顯降低(帶狀組織？）4、淬火過熱反修、消除偏析、脫除氧氣等退火消除過熱影響再淬火，擴散退火消除偏析、脫氫退火脫除氫氣return鋼的退火1、完全退火

主要用于亞共析鋼，目的是細化晶粒、消除過熱缺陷，↑塑性，便于冷加工→加熱溫度t=Ac3+（20—50）℃

→加熱速度、不加限制（但對高合金鋼和大型件，加熱不善易引起變形開裂）→保溫時間1h/25mm

→冷卻保證A1—650℃發(fā)生轉(zhuǎn)變

C素鋼V冷100—200℃/h600℃出爐鋼的退火2、等溫退火（與1類似）

奧氏體化的鋼快冷至A1以下某溫度并保溫，保證工件內(nèi)外部在同一溫度轉(zhuǎn)變，使工件各部分得到的組織和性能均勻一致。

利用C曲線確定等溫溫度和時間

與普通退火相比：組織性能更均勻，工藝可控性增強，盡量采用。鋼的退火3、擴散退火

主要用于合金鋼鑄錠和鑄件，消除晶內(nèi)偏析，使成份均勻化（合金元素的原子充分擴散)

加熱溫度

t=Ac3+(150-200℃)

保溫時間：10—15h左右

溫度高、時間長、高成本工藝，不僅能耗高、燒損，設(shè)備折舊大。且組織易過熱，必須完全退火細化晶粒,所以不是十分重要的零件或工具不采用此工藝鋼的退火4、去應(yīng)力退火

（鑄件、鍛件、焊接件、冷沖壓件及機加工件）,

在精加工或淬火前去應(yīng)力（提高尺寸穩(wěn)定性或防止淬火變形開裂）

加熱溫度低于A1，在500-600℃之間緩冷，至200℃出爐鋼的退火5、球化退火

所有共析鋼、過共析鋼都必須運用的熱處理方法。共析鋼和過共析鋼主要用于制造硬度要求高的零件或工具，如軸承，刀具，模具，量具等。這類鋼的特點是淬透性很強，即十分容易得到高硬度的馬氏體，有的甚至在空氣中冷卻即可得到馬氏體，如W18Cr4V。

高的硬度使切削加工無法進行，球化退火↓硬度便于機加工，并為淬火作準備。球化退火組織：粒狀珠光體加熱和保溫所得組織要求：奧氏體中保留大量未溶的C化物顆粒，C濃度的顯微不均勻，使C化物均勻彌散析出并球化。工藝特點：低溫短時加熱

t=Ac1+（20-50）℃

A1—Accm之間，兩相區(qū)加熱，冷卻要緩慢。奧氏體化越均勻充分，冷速越要小，否則冷速可大些，600℃出爐空冷→共析鋼原始組織的粗大網(wǎng)狀C化物，先正火，再球化退火鋼的正火過程：將鋼加熱至上臨界點（Ac3,Accm）以上，進行完全奧氏體化，然后在空氣中冷卻（夏天有時吹風或噴霧）正火目的：1、細化組織，消除熱加工中造成的過熱缺陷；2、用于低碳鋼（C<0.3%），提高硬度，改善切削性能，硬度太低，“粘刀”，且光潔度很差。正火增加P彌散度和偽共析量，提高硬度。 3、用于高碳鋼，消除網(wǎng)狀C化物便于球化退火。（Fe－C相圖，網(wǎng)狀C化物的形成）4、過熱淬火件返修，大件熱處理代替淬火等等，不太重要的工件在正火狀態(tài)下使用。6.67Lreturn1H:0.09J:0.17B:0.53Areas:①,ANH,NJBES,②AHB,NHJ,JECB,CDF,GPS,ESKF,③Lines:HJB,ECF,PSKPoints:E,S,C①②③A鋼的正火工藝1、加熱溫度

低C鋼t=Ac3+（100—150）℃中C鋼t=Ac3+(50—100)℃高C鋼t=Accm+（30—50）℃

加熱溫度高于退火，含C量↑，正火溫度↓含C多，C化物多，相界面積大，有利形核長大（形成什么核？）；2、冷卻方式：空氣冷卻，對大件或環(huán)境溫度高時可吹風或噴霧。鋼的淬火鋼的淬火：將鋼加熱到臨界點以上，保溫一定時間，然后在水或油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻。淬火目的：為了得到馬氏體。馬氏體回火得到最終所需要的組織1、提高硬度和耐磨性，刃具、模具、量具、軸承，要求硬而耐磨→馬氏體或下貝氏體+低溫回火。2、提高彈性，彈簧鋼、要求強度高，彈性好，中C、高C鋼制造并淬火成馬氏體+中溫回火，3、提高強韌性，軸、齒輪等，要求強度高，韌性好，用中低C鋼制造，淬火＋高溫或低溫回火，提高強韌性。

齒輪的制造？總之淬火可提高鋼的強度、硬度、耐磨性，強性韌性、疲勞強度等?！Ｓ玫拇慊鹄鋮s方式1、預(yù)冷淬火，工件從加熱爐中取出，先預(yù)冷到一定溫度再淬火，（減少激冷程度，減少工件內(nèi)外溫差，從而減少淬火內(nèi)應(yīng)力，防止變形開裂 兩種方式：空氣中預(yù)冷，或移至另一爐中等溫預(yù)冷。2、單液淬火：冷卻特性不理想，難免變形開裂。3、雙液淬火：工件先在一種快速冷卻劑中冷卻，300℃左右，立即轉(zhuǎn)入另一種緩和的介質(zhì)中冷卻，降低馬氏體區(qū)的冷速，減小淬火應(yīng)力，防止變開裂。缺點：雙淬轉(zhuǎn)換時刻不好掌握，過早淬不硬，過遲，易淬裂?！Ｓ玫拇慊鹄鋮s方式4、分級淬火

將奧氏體化的工件淬入略高于或略低于Ms的熔鹽（鹽浴）中，待工件內(nèi)外溫度均勻后，從熔鹽中取出，置于空氣中冷卻。適用于小尺寸工件，刀具、量具，要求精密度高，內(nèi)外均溫后進入馬氏體區(qū)，大大減小淬火應(yīng)力，防止變形開裂。分級時間，工件內(nèi)外均溫即可，一般2—5分鐘。→常用的淬火冷卻方式5、等溫淬火將奧氏體化后工件淬于略高于Ms,溫度的熔鹽中，停留足夠時間，使工件恒溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑惢w，轉(zhuǎn)變結(jié)束后將工件取出空氣中冷卻，適用于中碳以上的鋼，下貝氏體與淬火回火（針狀馬氏體）時相比，硬度相當，但韌性好，變形小，處理刀具、模具、齒輪等形狀復(fù)雜或尺寸要求精確的工件。低C鋼一般不用等溫淬火，因為低C貝氏體性能不如回火馬氏體好。分級淬火：分級時間短（2—5min），不發(fā)生任何轉(zhuǎn)變，全部為馬氏體轉(zhuǎn)變。等溫淬火：等溫時間長（0.5h）以上至數(shù)小時，下貝氏體。加熱溫度，亞共析鋼t=Ac3+（30-70）℃

共析、過共析鋼t=Ac1+（30—70）℃亞共析鋼：完全淬火，Ac3以上，不完全淬火導(dǎo)致殘存鐵素體，（馬氏體中有如“孔洞”）嚴重影響鋼的強度，韌性。過共析鋼：Ac1—Accm,不完全淬火，使淬火組織中保留一定數(shù)量細小，彌散的C化物顆粒，以提高耐磨性（通過控制C化物數(shù)量，控制A的C濃度及合金濃度；從而控制馬氏體成分，組織和性能）碳素工具鋼：t=Ac1+〔30-70〕℃,合金鋼，高合金鋼，遠遠高于Ac1接近Accm，保證γ中可能高的合金濃度。（二）淬火加熱加熱或冷卻速度對臨界溫度的影響

PSA3Ac3Ar3AccmArcmAcmA1Ac1Ar1C,wt.%T,℃Greturn淬火加熱生產(chǎn)中不允許過共析鋼加熱到Accm以上完全淬火因為若C化物完全溶入γ有多方面害處：1、C化物完全溶入γ，C濃度過高，淬火時全部形成針狀馬氏體，脆性大。并且殘γ'↑，尺寸不穩(wěn)定性↑。2、C化物完全溶入γ，淬火后，組織中失去硬而耐磨的C化物顆料，耐磨性↓ 3、C化物全部溶解，失去阻礙晶粒長大的C化物顆粒，易過熱，淬火后馬氏體粗大，脆性增大，強度下降，抗疲勞性能↓4、C化物溶解太多，C濃度過高，比容變化↑，↑變形開裂傾向。5、C化物溶解太多，加劇脫C，不易淬硬，反淬裂。鋼的淬火（三）淬火冷卻：冷卻是淬火的關(guān)鍵工序，關(guān)系到淬火質(zhì)量的好壞?！炖洌禾间摗浜辖痄摗屠淠康模悍乐惯^冷A在Ms點以上發(fā)生任何分解。600—400℃溫度分解快，只要在此期間快冷，其它溫度不需要，Ms點以下反而希望冷卻慢些，以防止變形開裂?！鋮s介質(zhì)的選擇原則快冷并非越快冷越好，在保證淬硬的前提下，盡量選擇緩和的介質(zhì)，以減小淬火變形和開裂。對冷卻介質(zhì)的要求是：要求的淬火硬度和深度、淬火變形不超過公差范圍，不出現(xiàn)淬火組織缺陷，不開裂鋼的淬火（四）鋼的淬透性

鋼的熱處理工藝性能，表示鋼在淬火時所能得到的淬硬層深度。淬透性取決于奧氏體的化學成分（注意：而非鋼材成分）、晶粒度、均勻性決定的過冷奧氏體的穩(wěn)定性，或鋼的臨界冷卻速度。1、奧氏體化學成份：C濃度越接近共析，越穩(wěn)定，淬透性越大，合金元素，↑淬透性（Co除外）。2、成份均勻性：越均勻、淬透性越大。3、奧氏體晶粒：越粗大，淬透性好4、未溶第二相：未溶第二相越少，淬透性越高。（為什么第二相的數(shù)量越多，淬透性越低？）（五）冷處理：室溫淬火過程在零下溫度的繼續(xù)，零下淬火，（通常冷卻至-60―-80）℃，目的是為了減少殘余奧氏體量，以提高硬度。②組織應(yīng)力

冷卻或加熱中由于工件內(nèi)外存在溫差，使得組織轉(zhuǎn)變先表面后心部，從而內(nèi)外比容變化不同，造成“組織應(yīng)力”或“相變應(yīng)力”（六）淬火變形和開裂：淬火變形開裂的原因是淬火應(yīng)力。淬火應(yīng)力分為熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，成因和作用不同。①熱應(yīng)力：由于工件各部分存在溫度差，因而熱脹冷縮不一致所造成的內(nèi)應(yīng)力。鋼的回火回火，將淬火鋼重新加熱到A1點以下的預(yù)定溫度，保溫預(yù)定時間，然后冷卻下來?；鼗鹁o接在淬火后，決定著鋼在使用狀態(tài)的組織和性能?；鼗鹬袖摻M織性能的變化前已敘述，生產(chǎn)中實際采用的回火方式：①低溫回火（150—200）℃，回火馬氏體，硬而耐磨，強度高，多用于刃具，量具、冷中模具，滾動軸承等。②中溫回火：（400-500）℃，回火屈氏體，（屈強比）彈性好，彈簧。③高溫回火（500—650）℃，回火索氏體，強度和韌性的綜合性能高，用于軸類，連桿等，“調(diào)質(zhì)”處理。④高溫軟化回火，低于A1（20—40）℃，馬氏體鋼的軟化等，代替球化退火。鋼的表面淬火

表面淬火：快速加熱表層奧氏體化，然后淬火，心部組織并不變化。有感應(yīng)加熱表面淬火，火焰加熱表面淬火，鹽浴加熱表面淬火等一、感應(yīng)加熱表面淬火：利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象

工件置于感應(yīng)線圈內(nèi)，線圈通電產(chǎn)生交變磁場，工件表面層產(chǎn)生巨大渦流快速加熱。隨后噴水或浸水淬火。電流頻率越高，淬硬層越薄，（但表面升溫速度快）高頻：<2mm(200—250)KHZ中頻：2—8mm（80—10）KHZ工頻：>8mm50HZ優(yōu)點：加熱速度快，生產(chǎn)率高鋼的表面熱處理二、火焰加熱表面淬火，

（0.8—6mm）深的淬火硬化層。氣體燃料與在氧氣或空氣中燃燒（2000℃以上），當乙炔和氧氣1：1時，火焰溫度最高，可達3000℃，氧炔焰。優(yōu)點：設(shè)備簡單，使用方便成本低等。缺點：不易控制加熱溫度，易過熱，且淬火質(zhì)量不易均一。鋼的化學熱處理

鋼件置于一定溫度的化學活性介質(zhì)中，使一種或幾種元素的原子滲入鋼件表面，改變鋼件表層化學成份，獲得預(yù)期的組織和性能。可利用C素鋼，低合金鋼代替高合金鋼，降低成本。

一、鋼的滲C

用于齒輪、活塞、銷軸等工件，需承受彎、扭，交變載荷，沖擊載荷，很大接觸應(yīng)用和磨損的情況低C鋼件，滲C性介質(zhì)(CO→[C]+CO2（放熱）、（CH4→[C]+H2（吸）、（固體滲C劑），加熱至單相奧氏體區(qū)（930℃左右），保溫足夠長時間，使