二﹑热处理基础

1、熱熱 處處 理理 基基 礎礎 知知 識識一一. . 鋼材的熱處理原理鋼材的熱處理原理二二. . 鋼材的熱處理工藝鋼材的熱處理工藝1. 熱處理的定義：熱處理就是將鋼材在固態下加熱到預定的溫度，並在該溫度下保持一段時間，然後以一定的速度冷卻下來的一種熱加工工藝一. 鋼材的熱處理原理2. 熱處理的作用： a.改變鋼材的內部組織結構，即消除鑄， 鍛，焊等熱加工工藝造成的各種缺陷， 細化晶粒，消除偏析，降低內應力，使 鋼材組織和性能均勻 b.改善鋼材表面的物理化學性能，使之具 有一定的抗磨性，耐腐蝕性等特殊性能3，熱處理通常由加熱，保溫，冷卻三個階段組成。3.1.加熱：就是鋼加熱到一定溫度而達到奧氏體狀

2、態，此過程稱為鋼材的奧氏體化。3.1.1.一般加熱時形成的奧氏體的化學成分，均勻化程度，以及晶粒大小直接影響鋼在冷卻後的組織和性能。3.1.2.加熱的目的是為了得到均勻細小的奧氏體晶粒，奧氏體晶粒越細小，鋼熱處理後的強度越高，塑性越好，沖擊韌性越高。3.2. .保溫：就是鋼材在一定溫度下保溫，使 鋼材組織充分奧氏體化。3.2.1.加熱溫度越高，保溫時間越長，則奧氏體晶粒越粗大。3.2.2.同時控制好加熱溫度和保溫時間是鋼材奧氏體晶粒度的保證。3.2.3.生產上采用短時快速加熱工藝是獲得超細化晶粒的重要手段之一。3.3.冷卻：鋼材經過奧氏體化後，以不同的 冷卻方式可得到不同形態的金相組織。鋼材的

3、性能最終取決於奧氏體冷卻轉變後的組織。3.3.1.冷卻方式一般可以分為兩大類： a, 等溫冷卻 b, 連續冷卻3.3.2.冷卻後一般的組織轉變： a, 珠光體相變 b, 貝氏體相變 c, 馬氏體相變3.3.3.等溫冷卻：將奧氏體化的鋼材快速冷卻到臨界點以下的某一溫度，在此溫度等溫一段時間，然後再冷卻到室溫。如等溫退火，等溫淬火，分級淬火。 3.3.4.連續冷卻：將奧氏體化的鋼材以一定速度連續冷卻到室溫。如淬火，退火，正火。3.3.5.珠光體相變：鋼材在奧氏體狀態下快速冷卻，在較高溫度下發生的相變，即為珠光體轉變。珠光體組織是退火和正火鋼的重要組織組成物，它的形態，數量與分布情況對退火和正火鋼的

4、性能有著直接影響。3.3.6.馬氏體相變：鋼材從奧氏體化狀態下快速冷卻，在較低溫度下發生的相變叫做馬氏體相變。它是強化金屬，提高鋼的硬度和強度最主要的途徑之一。一般而言，鋼中馬氏體的硬度主要取決於含碳量。3.3.7. 貝氏體相變：鋼材奧氏體化後，在珠光體轉變溫度以下，馬氏體轉變溫度以上的范圍內發生的相變為貝氏體相變，又稱為中溫轉變。它的轉變具有珠光體轉變和馬氏體轉變的某些共同特點。通常情況下，貝氏體組織具有較為優良的機械性能。4.回火時的轉變4.1. 鋼材淬火後進行回火，是為了消除或 減少內應力，防止變形或開裂，並獲 得穩定的組織和需要的性能。4.2. 回火轉變： 馬氏體分解形成回火馬氏體 殘

5、餘奧氏體轉變 碳化物轉變 4.3. .淬火鋼材在回火時性能的變化總趨勢為，一 般情形下，隨著溫度的昇高，鋼材的硬度不 斷降低。 4.4.回火脆性：某些鋼材在一定溫度范圍內回火 時，其沖擊韌性顯著下降，這種脆化現象叫 做鋼材的回火脆性。 a.a.低溫回火脆性：在250400溫度范圍內 出現的回火脆性，亦叫第一類回火脆性。 b.b.高溫回火脆性：在450650溫度范圍內 出現的回火脆性，亦叫第二類回火脆性。 1. .熱處理 鋼的熱處理就是將鋼在固態下施以不同的加 熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織結構，獲 得所需性能的一種加工工藝。在大多數熱處理 工藝中，鋼加熱的目的主要是獲得奧氏體組織 ，因此習慣

6、上把鋼從室溫組織加到奧氏體狀態 的過程稱為鋼的奧氏體化。其最基本的類型根 據加熱和冷卻方法不同，可分為退火、正火、 淬火、回火等四種。 2.退火2. .1. .退火概念:所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間,然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。2.2.退火目的: a. a. 降低鋼的硬度，提高塑性，以利於切削加工及冷變形加工;b.b.細化晶粒，消除因鍛、焊等引起的組織缺陷，均勻鋼的組織成分，改善鋼的性能或為以后的熱處理作準備;c.c.消除鋼中的內應力，以防止變形或開裂; 2.3. 退火方法:常用的退火方法有完全退火、球 化退火、去應力退火、

7、再結晶退火、擴散退 火和等溫退火等幾種。2. .3. .1. . 完全退火:又稱重結晶退火，是將鐵碳合金 完全奧氏體化，隨之緩慢冷卻，獲得接近平 衡狀態組織的退火工藝。適用於含碳量為 0.3%0.6%的中碳鋼和中碳合金鋼。 2. .3. .2. . 球化退火:使鋼中碳化物球狀化而進行的退 火工藝。常用的球化退火有普通球化退火和 等溫球化退火兩種，此工藝主要用於共析鋼 和過 析鋼的模具、量具和刃具鋼等。 2. .3. .3. . 去應力退火:為了去除由於塑性變形加工、 鍛造、焊接等造成及鍛件內存在的殘余應 力而進行的退火工藝。 2. .3. .4. . 再結晶退火:又稱中間退火,是指經冷形變 后

8、的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適 當時間 ，使形變晶粒重新結晶成均勻的 等軸晶粒， 以消除形變強化和殘余應力 的熱處理工藝。2. .3. .5. .等溫退火:就是將鋼件或毛坯加熱到高於 Ac3(或Ac1)溫度，保持適當時間后，較快 地冷卻到珠光體溫度區間的某一溫度並等 溫保持使奧氏體轉變為珠光體組織，然後 在空氣中冷卻的熱處理工藝。此種退火方 式主要用於過冷奧氏體比較穩定的合金鋼。 3. .正火火3.1. .正火概念:正火就是將鋼材或鋼件加熱到Ac3(或Accm) 以上3050，保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷 卻的熱處理工藝。3.2.正火目的: a.a.可消除過共析鋼中的网狀碳化物，改善鋼

9、的切削 加工性能; b.b.細化過熱鑄、鍛件晶粒和消除內應力; c.c.對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作 預先熱處理; d.d.含C量在0.40.7%的不太重要的工件可在正火狀 態下使用。4.淬火4.1.淬火概念:淬火就是將鋼加熱到Ac3或Ac1點以上某一溫度，保持一定的時間，然後以適當速度冷卻獲得馬氏體和(或)貝氏體組織的熱處理工藝。4.2.淬火目的:淬火的目的是使過冷奧氏體進行馬氏體(或貝氏體)轉變，得到馬氏體或(貝氏體)組織， 然後配合以不同溫度的回火，獲得所需的力學性能。注:淬火態工件不允許直接投入現場使用，通常在此之后必須即時進行12次或以上之回火加工，以調整其組織及應

10、力等!4.3. 深冷處理：深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室 溫后，繼續在以下的介質中冷卻的熱處 理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續。4.3.1.深冷處理目的：為了最大限度的減少殘余 奧氏體(常溫下不穩定組織，容易引起尺吋 變吋等)，以進一步提高工件淬火后的硬度 和防止在使用過程中因殘余奧氏體的分解而 引起的變形，同時強度、硬度和耐磨性都可 得到不同程度的提高。4.3.2.深冷處理注意要項:高合金鋼或高合金滲碳鋼，因Mf點很低，冷處理需在_120以下進行，保溫12h，冷處理后必須進行回火或時效，以獲得更穩定的回火馬氏體組織，並使殘余奧氏體進一步轉變和穩定化，同時使淬火應力及深冷應力充分消除。4.

11、3.3.深冷處理適用範圍：較適用於精度要求很高，必須保証其尺寸穩定性的工件，如量具等。5.回火5.1.回火概念:回火就是鋼件淬硬后，再加熱到低於Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工藝。5.2.回火目的:a.a.合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求；b.b.穩定組織，使工件在使用過程中不發生組織轉變，從而保證工件的尺寸、形狀不變；c.c.降低或消除淬火內應力，以減少工件的變形並防止開裂。5.3. 回火分類：按照加熱溫度的不同，回火可分為低溫、中溫和高溫回火三類。a.低溫回火：回火溫度在250以下，回火后的組織為回火馬氏體+殘餘奧氏體；b.中溫回火：回火溫度在350500

12、，回火后組織為回火托氏體+殘餘奧氏體；注注: :通常低溫回火之工件會含有較多殘餘奧氏體組織而不適合進行W/E、EDM加工，作為中溫回火工藝針對模具鋼材處理亦不屬理想之回火溫度區間c.高溫回火：回火溫度在500650，回火后組織為回火索氏體+殘餘奧氏體；此工藝也稱為調質處理（即淬火高溫回火）。主要用於中碳結構鋼工件，使鋼的的強度、塑性、韌性達到恰當的配合，具有良好的綜合機械性能，常用於高碳高合金鋼(如高速鋼等)之回火溫度在500600，以使發生二次硬化作用，促進殘余奧氏體的轉變。6.其它類型熱處理6.1.鋼材的形變熱處理：形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機結合在一起的一種復合工藝。該工藝既能提高鋼材的塑性和韌性，同時還能簡化工藝，節省能源。故形變熱處理是提高鋼材的強韌性的重要手段之一。6.1.1.高溫形變熱處理：適用於一般碳鋼，低合金鋼結構零件以及加工量不大的鍛件或軋材。6.1.2.低溫形變熱處理：適用於結構鋼，彈簧鋼，軸承鋼以及工具鋼。6.2.鋼材的表面淬火：是將工件快速加熱到淬火溫度，然後迅速冷卻，僅使表面層獲得淬火組織的熱處理方法。6.2.1.表面淬火鋼材的性能：表面具有高的強度，硬度和耐磨性，心部具有一定的強度，足夠的塑性和韌性。6.2.2.鋼材的表面淬火種類：感應加熱，火焰加熱，電接觸加熱，電解液加熱，激光加熱等。6.3.