第2章钢的热处理

1、第2章 第第2章章 钢的热处理钢的热处理热处理指将固态合金加热到一定温度后，保温一段时间，再以适当的速度进行冷却，以改变其内部组织结构，从而获得所需性能的工艺方法。热处理与其它加工工艺不同，它只改变材料的组织和性能、而不改变其形状和大小。热处理方法很多，但工艺过程都包括了加热、保温和冷却三个阶段，通常用温度时间的坐标图来表示，称为热处理工艺曲线，如图2.1所示。图2.1 热处理的工艺曲线示意图根据热处理的目的和工艺方法不同，常用热处理可分为以下几类：（1）普通热处理。包括退火、正火、淬火和回火。（2）表面热处理。包括表面淬火（感应加热，火焰加热）。（3）化学热处理。包括渗碳、氮化、碳氮共渗、渗

2、铬、渗铝等。（4）其它热处理 。包括形变热处理、可控气氛热处理、真空热处理等。第2章 2.2 钢的热处理工艺2.2.1 退火与正火1 退火将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺称为退火。根据退火的目的和要求不同，退火工艺可分为多种。 (1) 完全退火。也称重结晶退火，是将钢加热到Ac3线以上（3050），保温一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理工艺。完全退火的目的是细化晶粒，消除内应力，降低硬度，改善切削加工性。完全退火主要用于亚共析钢的锻件、铸件和轧件。 （2）球化退火。即将钢加热到Ac1线以上（2040），保温后缓慢冷却的热处理工艺。球化退火可使钢中的碳化物球化。球化退

3、火主要用于共析钢和过共析钢的锻件、轧件等。目的是使网状渗碳体及片状渗碳体球化（粗大网状渗碳体可先用正火破碎），降低硬度，改善切削加工性，并为以后的淬火作组织准备。为缩短退火时间，提高生产率，更好的控制转变组织，在生产中可以采用等温退火。等温退火的加热工艺与普通退火相同，只是冷却工艺不同。第2章 （3）扩散退火。又称均匀化退火，加热温度在Ac3线以上（150200），长时间保温后随炉冷却。主要用于消除合金钢铸件和铸锭的枝晶偏析，使成分均匀。扩散退火后，需进行完全退火或正火来细化晶粒。（4）去应力退火。将钢件加热至Ac1线以下温度（约500650），保温后随炉冷却的热处理工艺。目的是消除铸件、锻件

4、、焊件、机加工及形变加工件内的残留应力。去应力退火可消除内应力约5080%，且不引起组织变化。2 正火 将钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上（3050），保温一定时间后，在空气中均匀冷却的热处理工艺称为正火。正火的目的与退火相似，即细化晶粒，调整钢的硬度，消除网状碳化物，为淬火作组织准备。但正火的冷却速度比退火快，能获得更高的强度和硬度。且正火工艺简单，成本低，因而得到广泛应用。例如，正火用于改善低碳钢或低碳合金钢的切削加工性；对普通结构钢件、大型件与复杂件，正火可以作为最终热处理；正火用于高碳钢，可消除网状渗碳体，方便退火。第2章 2.2.2 淬火与回火淬火与回火1 淬火

5、（1）淬火工艺及目的。将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢和过共析钢）线以上（3050），保温一定时间，然后快速冷却，以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。淬火的目的是为了提高钢的硬度、强度和耐磨性。（2）淬火冷却介质。常用的冷却介质有水、水溶液和油。（3） 淬火方法。单液淬火。加热到淬火温度的工件，放入单一淬火介质中冷却到室温，如碳钢的水淬，合金钢的油淬。其操作简单，淬火应力大，用于形状简单的工件。双液淬火。加热到淬火温度的工件，先放入冷却能力较强的介质中冷却到Ms点附近，再迅速转入到冷却能力较弱的介质中继续冷却到室温。工件组织转变应力小，但操作复杂，用于形状复杂的碳钢件及较大尺寸的

6、合金钢件。分级淬火。加热到淬火温度的工件，迅速投入Ms点附近的硝盐浴或碱浴中，停留一段时间，取出空冷或油冷。能有效减少淬火应力，防止工件变形和开裂，适于形状复杂和截面不均匀的小件的淬火。 等温淬火。加热到淬火温度的工件，先淬入温度稍高于Ms的盐浴或碱浴中，停留到奥氏体全部转变为下贝氏体后，取出空冷。淬火应力极小，适于形状复杂和精度要求高的小件的淬火。 第2章 （4）钢的淬透性。钢的淬透性是指在规定条件下淬火时，获得淬硬层深度的能力，淬硬层越深，钢的淬透性越好。2 回火将淬火后的钢，加热到Ac1线以下某一温度，保温一定时间后，冷却到室温的热处理工艺称为回火。其目的是：消除或减小淬火应力，降低组织

7、的脆性；获得工件所需要的力学性能；稳定工件尺寸。回火分为以下三类： （1）低温回火（150250） 。得到回火马氏体组织，目的是降低淬火应力和脆性，保持淬火后的高硬度和高耐磨性。主要用于处理各种工具、模具、滚动轴承及表面处理的零件。（2）中温回火（350500） 。得到回火屈氏体组织，具有高的弹性极限和屈服强度，并有一定韧性及硬度，主要用于处理各类弹簧、刀杆、发条等。（3）高温回火（500650） 。得到回火索氏体组织，其综合力学性能好。第2章 2.2.3 冷处理和时效处理冷处理和时效处理1冷处理高碳钢及一些合金钢淬火后组织中有大量残留奥氏体，影响零件的尺寸稳定性、硬度和耐磨性。要促使残留奥氏

8、体继续转变为马氏体，必须将钢冷却到0以下（约70 80），这种方法称为冷处理。2时效处理金属材料经冷、热加工或热处理后，在室温下放置一段时间或适当加热，会发生材料力学性能随时间变化的现象，称为时效。时效处理可以消除工件的部分内应力，稳定工件尺寸。2.2.4 表面淬火表面淬火表面淬火是利用快速加热和迅速淬火冷却，使工件表层获得马氏体组织，而心部仍保持原来退火、正火或调质状态组织的热处理工艺。根据加热方法不同，常用的表面淬火分为以下两种。第2章 1感应加热表面淬火 将工件放入感应器内，感应器通过一定频率的交流电产生交变磁场，从而在工件内形成频率相同，方向相反的感应电流，感应电流的“集肤效应”及电阻

9、的作用，使工件表层迅速加热到淬火温度，随即喷水（合金钢浸油）冷却，工件表层被淬硬。感应加热表面淬火获得的表层组织质量好，操作过程易于实现机械化和自动化，但感应器昂贵。主要用于大批量生产。2火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火指用气体火焰加热工件表面到淬火温度，立即喷水冷却的操作工艺。火焰加热表面淬火设备简单，成本低，但工件表层易过热，质量控制较困难，且生产率低。主要用于单件、小批生产及大型零件的表面淬火。2.2.5 化学热处理化学热处理化学热处理是将工件放入一定的化学介质中加热和保温，使活性介质渗入工件表层，改变其表面成分和组织，从而改变性能的热处理工艺。 第2章 目前，生产上应用最多的是渗碳、

10、氮化及碳氮共渗三种。1渗碳 将钢件置于渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入钢件表层的热处理工艺称为渗碳。渗碳的目的是提高钢件的表层含碳量，再经过淬火和低温回火处理，使工件表层具有高硬度、高耐磨性和疲劳强度，心部仍保持良好的塑性和韧性。2氮化 氮化是向钢件表面渗入氮原子的过程。其目的是提高钢件的表面硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。3碳氮共渗 碳氮共渗是同时向工件表面渗入碳原子和氮原子的过程，也称为氰化。碳氮共渗的零件变形小，渗入速度快，成本低。目前应用较多的是中温和低温气体碳氮共渗。第2章 2.2.6 热处理新技术简介热处理新技术简介1可控气氛热处理可控气氛热处理是指控制炉气成分进行的热处理工艺。

11、目前常用的可控气氛种类有吸热式气氛、放热式气氛、氨分解气氛、滴注式气氛四种。2真空热处理在（1.3 0.0133）Pa的真空度中进行的热处理称为真空热处理。它包括真空淬火、真空退火、真空回火和真空化学热处理等。真空热处理可以减少工件变形，防止氧化和脱碳，有利于净化工件表面，提高工件力学性能，减少或省去清洗和磨削工序，改善劳动条件，实现自动控制。3形变热处理将塑性变形和热处理有机结合起来，以提高工件力学性能的综合热处理工艺称为形变热处理。形变热处理分为在相变前形变、相变中形变和相变后形变三种类型。4激光热处理利用高功率密度的激光迅速把工件表层加热到高温，然后依靠工件自身的传热，实现快速冷却的热处

12、理工艺，称为激光热处理。激光热处理的加热速度快，加热时间短，淬火后工件表面得到全部极细马氏体组织，表面硬度高，残余应力大，因此提高了耐磨性和疲劳强度。第2章 5离子注入离子注入是将被注入元素的原子进行电离，经高压电场加速成几万甚至几百万电子伏特能量的载能束，射入工件表面并停留在表层晶体内的工艺方法。与其他表面处理方法相比，离子注入技术有以下特点：离子注入是一个非平衡过程，可将任何材料注入到任何基体材料中；注入层与基体间没有界面，系冶金结合，结合强度高，附着性好；高能离子强行射入工件表面，使表面强化，疲劳强度提高；离子注入在真空和较低温度下进行，工件不产生氧化脱碳现象，不存在变形问题。2.3 热处理技术条件的标注根据零件的性能要求，设计者应在零件图上标出热处理技术条件。标注内容包括最终热处理方法及处理后应达到的力学性能指标。对于一般零件，力学性能仅需标出硬度值，因为硬度检验方便，又可近似反映出材料的其他性能。但对于一些力学性能要求高的重要零件，还应标出强度、塑性、韧性值的要求。对于渗碳零件还应标明渗碳、淬火、回火后表面和心部的硬度、渗碳部位、渗层深度等。表面淬火零件应标明淬硬层的硬度和深度