第七章 钢的热处理工艺

1、第七章第七章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 7.1 退火退火7.2 正火正火7.3 淬火淬火7.4 回火回火 7.5 表面热处理表面热处理 7.6 化学热处理化学热处理7.1 退火退火(Annealing) 退火退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到一定是将组织偏离平衡状态的钢加热到一定温度保温一定时间，然后以温度保温一定时间，然后以缓慢缓慢的速度冷却，以获的速度冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺；得接近平衡状态组织的热处理工艺； 退火分类：退火分类： 亚临界退火亚临界退火：低于临界温度：低于临界温度A1的退火；的退火； 不完全退火不完全退火：临界温度：临界温度A1A3(Acm)之间的之间的

2、退火；退火； 完全退火完全退火：临界温度：临界温度A3(Acm)以上的退火；以上的退火； 退火工艺退火工艺：完全退火（重结晶退火）、等温：完全退火（重结晶退火）、等温退火、球化退火退火、球化退火(不完全退火）、扩散退火不完全退火）、扩散退火（均匀化退火）、去应力退火（低温退火）、（均匀化退火）、去应力退火（低温退火）、中间退火（再结晶退火）中间退火（再结晶退火）退火目的：退火目的： 消除残余应力；消除残余应力； 降低硬度以改善切削加工性能；降低硬度以改善切削加工性能； 细化晶粒，调整组织。细化晶粒，调整组织。 （1）完全退火完全退火(重结晶退火重结晶退火): 把钢加热到把钢加热到Ac32030

3、，保温一定时间后缓慢冷，保温一定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺；以获得接近平衡组织的热处理工艺； 适用钢：亚共析钢适用钢：亚共析钢，完全退火后组织为，完全退火后组织为F+P; 目的目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加：细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除内应力；工性能和消除内应力； 注意注意：完全退火主要用于亚共析钢，过：完全退火主要用于亚共析钢，过共析钢不宜采用，因为加热到共析钢不宜采用，因为加热到Accm以上以上缓冷时，缓冷时，二次渗碳体二次渗碳体会以网状形式沿奥会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧

4、性大大下降，氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。并可能在以后的热处理中引起裂纹。 （2）等温退火：等温退火： 是将钢或毛坯加热到是将钢或毛坯加热到Ac32030，保温适当的时间，较快地冷，保温适当的时间，较快地冷却到却到珠光体区珠光体区的某一温度，并的某一温度，并等温保持等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。却的热处理工艺。 “等温等温”的含义是，发生珠光体转变时是的含义是，发生珠光体转变时是在在Ar1以下珠光体转变区间的某一温度等温以下珠光体转变区间的某一温度等温进行；进行； 目的目的：缩短退火时间，提

5、高生产效率，获：缩短退火时间，提高生产效率，获得均匀的组织和性能；得均匀的组织和性能； 注意注意：等温退火的目的与完全退火相同等温退火的目的与完全退火相同，但转变较易控制，能获得均匀的预期组但转变较易控制，能获得均匀的预期组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。大大缩短退火时间。（3）球化退火（不完全退火）：球化退火（不完全退火）：是使钢中是使钢中碳化物球状化的热处理工艺。碳化物球状化的热处理工艺。 加热温度加热温度：Ac11030；适用钢种适用钢种：主要用于：主要用于共析钢共析钢和和过共析钢过共析钢，如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗如工具钢

6、、滚珠轴承钢，目的是使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化；碳体及珠光体中的渗碳体球状化；目的目的：降低硬度、均匀组织、改善切削性：降低硬度、均匀组织、改善切削性能，为淬火作组织准备，获得粒状珠光体；能，为淬火作组织准备，获得粒状珠光体；片状珠光体片状珠光体球状珠光体球状珠光体（4）扩散退火（均匀化退火）：扩散退火（均匀化退火）：为减少钢为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线的温度，长性，将其加热到略低于固相线的温度，长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺。时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺。 温度范围温度范围：Ac3或或Accm

7、150300，保温保温时间时间：10h15h 注意注意：扩散退火后钢的晶粒粗大，需要完：扩散退火后钢的晶粒粗大，需要完全退火或正火处理；全退火或正火处理； 扩散退火温度区间扩散退火温度区间 （5）去应力退火（低温退火）：去应力退火（低温退火）：为消除铸造、为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余内应力而进行的低温退火。工件中造成的残余内应力而进行的低温退火。 退火温度：退火温度： 500-650，保温后随炉缓慢冷却；，保温后随炉缓慢冷却； 目的目的：消除因变形加工及铸造、焊接过程中：消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力

8、，以提高工件的尺寸稳定引起的残余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂；性，防止变形和开裂； （6）中间退火（再结晶退火）中间退火（再结晶退火）：金属：金属材料由于冷加工产生加工硬化，韧性下材料由于冷加工产生加工硬化，韧性下降，使进一步加工困难。这时常采用中降，使进一步加工困难。这时常采用中间退火来恢复韧性，这种在过程之间的间退火来恢复韧性，这种在过程之间的退火称为中间退火，通常也称再结晶退退火称为中间退火，通常也称再结晶退火。火。 温度温度：Ac1以下以下1122 保温适当时间，保温适当时间，空冷空冷7.2 正火（常化处理正火（常化处理）（）（Normalizing)正火：正火：钢材

9、或钢件加热到钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析对于亚共析钢钢)和和 Accm(对于过共析钢对于过共析钢)以上以上30-50，保温适当时间，在静止的或轻微搅动的空保温适当时间，在静止的或轻微搅动的空气中均匀冷却，得到气中均匀冷却，得到含有珠光体组织含有珠光体组织的热的热处理方式；处理方式；正火后的组织正火后的组织：亚共析钢为：亚共析钢为F+S，共析钢，共析钢为为S，过共析钢为，过共析钢为S+Fe3CII。 正火应用范围正火应用范围：所有成分的：所有成分的碳钢碳钢锻件和锻件和铸件。铸件。 注意注意：奥氏体钢、不锈钢和沉淀硬化钢：奥氏体钢、不锈钢和沉淀硬化钢通常不进行正火处理。通常不进行正火处理。应

10、用：应用： 作为最终热处理作为最终热处理 细化晶粒，组织均匀细化晶粒，组织均匀化，增大化，增大P含量并细化，普通结构钢件；含量并细化，普通结构钢件； 作为预先热处理作为预先热处理 淬火或调质处理前，淬火或调质处理前，以消除魏氏组织以消除魏氏组织(组织特征是先共析铁素组织特征是先共析铁素体沿奥氏体一定晶面呈针片状析出）和体沿奥氏体一定晶面呈针片状析出）和带状组织，过共析钢是为了消除网状碳带状组织，过共析钢是为了消除网状碳化物；化物； 改善切削加工性能改善切削加工性能 低碳钢和某些低碳低碳钢和某些低碳低合金钢采用正火来调整硬度。低合金钢采用正火来调整硬度。 注意注意： （1）正火与完全退火的区别在

11、于）正火与完全退火的区别在于冷却速冷却速度更快度更快，目的是使钢的组织，目的是使钢的组织正常化正常化，又，又称称常化处理常化处理。 （2）有些钢如）有些钢如W18Cr4V高速钢在高速钢在空气空气中中冷却得到的是马氏体，不能称为正火，冷却得到的是马氏体，不能称为正火，而是淬火。而是淬火。退火和正火的缺陷及其质量控制退火和正火的缺陷及其质量控制 1 1）退火硬度偏高：）退火硬度偏高：主要是由于退火时主要是由于退火时奥氏体化温度低、冷速快等造成。可通奥氏体化温度低、冷速快等造成。可通过重新退火改善。过重新退火改善。 2 2）球化不完全：）球化不完全：共析钢和过共析钢球共析钢和过共析钢球化退火组织中出

12、现细片状珠光体和点状化退火组织中出现细片状珠光体和点状珠光体，不仅使硬度偏高，而且在随后珠光体，不仅使硬度偏高，而且在随后淬火时开裂倾向大。可通过重新球化退淬火时开裂倾向大。可通过重新球化退火，使渗碳体呈圆而匀分布。火，使渗碳体呈圆而匀分布。 3 3）退火时形成石墨碳：）退火时形成石墨碳：碳素工具钢如果碳素工具钢如果退火温度高、保温时间长或多次返修退退火温度高、保温时间长或多次返修退火，会导致渗碳体发生分解形成石墨碳，火，会导致渗碳体发生分解形成石墨碳，且在石墨周围是大块铁素体。由于石墨且在石墨周围是大块铁素体。由于石墨碳的存在，淬火时易形成软点和开裂，碳的存在，淬火时易形成软点和开裂，工模具

13、在使用过程中易发生磨损或崩刃。工模具在使用过程中易发生磨损或崩刃。 4 4）过共析钢正火时出现网状二次渗碳体：）过共析钢正火时出现网状二次渗碳体：过共析钢球化退火前为消除二次渗碳体采过共析钢球化退火前为消除二次渗碳体采用正火处理，如果工件尺寸太大，冷速过用正火处理，如果工件尺寸太大，冷速过于缓慢，则达不到消除二次网状渗碳体的于缓慢，则达不到消除二次网状渗碳体的目的。必须采用鼓风冷却或喷淋水冷等方目的。必须采用鼓风冷却或喷淋水冷等方法加快正火冷却速度。法加快正火冷却速度。7.3 淬火（淬火（Quenching)淬火淬火：经过奥氏体化：经过奥氏体化的钢以大于临界冷却的钢以大于临界冷却速度速度vk进

14、行冷却，获进行冷却，获得不平衡组织（马氏得不平衡组织（马氏体或下贝氏体）的热体或下贝氏体）的热处理工艺；处理工艺； 1、淬火加热温度、淬火加热温度 亚共析钢：亚共析钢：Ac3以上以上30-50 共共(过共过共)析钢：析钢：Ac1以上以上30-50 淬火加热时间淬火加热时间:包括包括升温时间升温时间和和保温时间保温时间两个阶段，工厂中采用经验公式计算。两个阶段，工厂中采用经验公式计算。 2 2、淬火冷却介质、淬火冷却介质 淬火时如何达到既能获得马氏体组织，淬火时如何达到既能获得马氏体组织，又能减小变形和开裂倾向的目的？又能减小变形和开裂倾向的目的？寻找一种比较理想的寻找一种比较理想的从淬火的从淬火的上设法改进。上设法改进。 应只在应只在C C曲线鼻尖曲线鼻尖处快冷，而在处快冷，而在附近尽附近尽量缓冷，以达到既获得量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小马氏体组织，又减小内内应力的目的。应力的目的。 使淬火钢件的冷却过使淬火钢件的冷却过程符合理想冷