第四节退火与正火、淬火、回火、表面处理

1、2022年4月23日星期六2022年4月23日星期六概述根据热处理作用不同，生产中热处理分为：预先热处理：预先热处理： 是指为消除坯料或半成品的缺陷或为后续的切削加工和最终热处理作组织准备的热处理。正火、退火是比较常见的预先热处理工艺。最终热处理：最终热处理： 是指为获得所要求的使用性能的热处理。淬火、调质、渗碳、表面淬火等比较常见。结论：预先热处理：为加工或热处理做准备的热处理工艺。 最终热处理：为获得所需性能的热处理工艺。2022年4月23日星期六一、退火退火概述退火含义： 是指把钢加热到一定温度，保温一定时把钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺间，然后缓慢冷却的热处理

2、工艺。关键词：缓慢冷却-炉冷。所以，退火也称“焖火”分类： 根据退火工艺与目的不同，退火分为：完全退火等温退火球化退火均化退火去应力退火目的：消除应力；降低硬度；为最终热处理做组织上的准备；何谓缓慢冷却注在退火后面注在空白处2022年4月23日星期六一、退火（一）完全退火 将钢加热Ac3以上30-50C,保温一定时间，随炉缓慢冷却到600C以下，再出炉空冷的热处理工艺。工艺曲线：或50C70C注在书上！Ac3+(3050)炉冷空冷冷约600C2022年4月23日星期六一、退火常用钢的加热温度：钢号Ac3退火温度/退火后的硬度值/HBS4578080084021740Cr785830850207

3、3580084086018745Mn277081084035CrMo80083085065Mn7407808402022年4月23日星期六加热速度： 从冷炉升到规定温度的时间。 要求： 中低碳钢：一般不限制 高碳钢：一般控制在100 200/h。保温时间： 从加热到规定温度开始计时，直到工件停止加热所用时间。保温时间确定方法：经验法： 堆装：碳钢：23h 合金钢：取上限或略高 按工件有效厚度计算： 1h/25mm 按装炉量计算：1h/1000kg一、退火2022年4月23日星期六 热处理有效厚度估算方法：1、圆棒类零件： 以零件直径计算 2、扁平工件： 以工件厚度计算 3、实心圆锥体： 以离大

4、端1/3高度处的直径计算4、垫圈类工件： H1.5（D-d）/2时，以H为有效厚度。H为工件的高度或厚度；D为工件的外径；d为工件的内径。5、套类零件： 当H1.5（D-d）/2时，则取1.5（D-d）/2为有效厚度，D/d7,而d50时，按外径计算。6、阶梯轴或截面有突变的工件，按较大直径或较大截面计算。7、当工件形状较复杂时，应以工件的主要部分有效厚度计算。一、退火2022年4月23日星期六一、退火冷却-炉冷至500600左右，空冷 注意：对于含合金元素较高的合金钢，如果按上述冷去方式完全退火后，硬度仍比较高，不易切削加工，可采用等温冷却，即在650 左右等温24h，炉冷至500 左右出炉

5、空冷。为什么炉冷至该温度即可出炉2022年4月23日星期六一、退火 完全退火目的：消除应力；降低硬度。 应用：中、低碳钢（合金钢）的铸、锻、 焊件。完全退火结论：1. 目的：消除应力；降低硬度。2. 适用：中、低碳钢（合金钢）的铸、锻、 焊件。3、时间长、效率低。2022年4月23日星期六一、退火（二）等温退火： 将钢加热Ac3以上30-50C（亚共析钢）或Accm以上20-40C（共析钢和过共析钢）,保温适当时间后，较快地冷却到Ar1以下某一温度，等温一定时间，使奥氏体发生珠光体转变，然后再空冷至室温的退火工艺。u结论：1.原理：同完全退火2.不同点：冷却方式不同。3.特点：缩短退火周期，效

6、率高。退火可控性高（组织状态；硬度）应用范围广（高中低碳钢、合金钢，特别适合高碳钢、合金钢）u等温工艺几点说明：1.加热参数与完全退火相同2.等温温度一般在600C800C（温度越高，硬度越低温度越高，硬度越低）3.等温时间与等温温度有关（温度高，时间短），一般碳钢12h，合金钢34h。4.等温完成后的冷却一般为空冷。也可以油冷（高碳钢、合金钢）或水冷（中低碳钢），但要符合硬度要求。2022年4月23日星期六一、退火u常见等温工艺参数：钢号等温温度等温时间h硬度HBST865068023187T10680700231631979CrSi70072034197241GCr156807103420

7、7229Cr12720750342072552022年4月23日星期六一、退火（三）球化退火含义：含义：将钢加热到Ac1以上20-30 C,充分保温后，以缓慢的速度随炉冷至600 C以下，再出炉空冷的退火工艺。目的：目的： 使钢中的渗碳体球状化渗碳体球状化，以降低钢的硬度、改善可加工性。 为以后的热处理工序作好组织准备，降低淬火时变形及开裂倾 向。 球化退火后获得的组织为铁素体基体上均匀分布着球状渗碳体，称为球状珠光体组织。应用：应用：工具钢必须进行的的预先热处理。注意：注意：钢厂供应的工具钢一般球化过，所以，使用前搞清供货状态，避免不必要的麻烦。2022年4月23日星期六一、退火（三）球化退

8、火分类： 普通球化退火 等温球化退火 循环球化退火 到模具厂就业的同学，可以进一步研究一下，参考书：热处理工艺方法300问，图书馆有。通用性强效果比普通球化好适用于球化困难的钢2022年4月23日星期六一、退火（四）均化退火-自学 通用机械加工一般不用。p 含义： 把钢加热到AC3线或ACCm线以上150200，长时间保温（1015h），然后随炉冷却的一种工艺。p 目的： 消除钢中的枝晶偏析和成分不均现象。p 用途： 质量要求较高的零件。p 特点： 时间长、效率低、烧损严重。p 主意： 均化退火后一定进行完全退火或正火处理，以消除均化退火时长时间保温而造成的晶粒粗大现象。2022年4月23日星

9、期六一、退火（五）去应力退火n 含义 将钢加热到Ac1以下某一温度（一般500-600 C）,保温后缓冷至200-300 C再出炉空冷。又称低温退火。n 目的： 消除工件（铸件、锻件、焊接件）、热轧件及切削加工过程中的工件）的残余应力。n 注意：加热温度越高，应力去除越彻底，但要防止烧损或脱碳。n 常见工艺参数消除毛坯制造（铸、锻、焊）后的应力材料种类钢铸铁加热温度/600650500550保温时间（h）2424冷却速度/（/h）100（炉冷）50 （炉冷）2022年4月23日星期六一、退火结论：1. 何谓退火-缓冷2. 目的 降低硬度；消除应力；3、应用： 毛坯制造（铸、锻、焊）之后。炉冷、

10、坑冷2022年4月23日星期六二、正火（常化处理）含义： 正火是指把钢加热到AC3线或ACCm线以上3050的温度，保温适当时间后，在自由流动的空气中冷却的热处理工艺。工艺特点：空冷目的：高碳钢-消除网状渗碳物，降低硬度，为球化退火做准备。中碳钢-替代调质处理、淬火。调质处理、淬火易变形的工件。主要用于大型、结构复杂的工件。低碳钢-提高硬度，便于加工。用于淬火（过热）件返修。对于要求不高的工件可以作为最终热处理。2022年4月23日星期六二、正火（常化处理）常见正火工艺参数：钢号加热温度正火硬度HBS备注15900950143358609001461974584088017021720Cr87

11、0900143197为渗碳做准备40Cr870890179229GCr15900950消除网状碳化物2022年4月23日星期六二、正火（常化处理） 操作注意事项： 可以高温装炉，一般略高于工作温度装炉 工艺规范类似工件可以同炉处理 出炉后应放在比较干燥的地方，避免淋雨。 夏天温度高时可适当采用喷雾、吹风等手段加大冷却速度。2022年4月23日星期六二、正火（常化处理）正火、退火、淬火选用原则1、从切削性考虑： 低碳钢-正火为宜 中碳钢-具体问题具体分析。 高碳钢-退火为宜2、从使用性考虑： 正火能满足，不淬火、不调质。 消除应力，以退火为宜3、从经济性考虑：能正火满足要求，不退、不淬。结论：一

12、定根据本单位设备、人员、工件要求综合 考虑，合理选用。2022年4月23日星期六三、淬火（一）概述1、淬火含义： 是指将钢加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后以适当速度冷却而得到马氏体马氏体或贝氏体贝氏体组织的热处理工艺。2、实质： -获得M或B下。激冷注在书空白处激冷激冷目的目的硬度、耐磨性硬度、耐磨性2022年4月23日星期六淬火（二）淬火工艺过程1、加热温度：理论上：铁碳相图理论。具体而言：亚共析钢：Ac3+(3050)过共析钢：Ac1 +(3050)为什么不加热到Accm以上2022年4月23日星期六三、淬火2、常见钢具体加热参数钢号加热温度冷却剂淬火后硬度HRC152

13、0渗碳后700800水5935870水或盐水5045820850水或盐水5020Cr渗碳后790820油5540Cr840860油5035CrMo830860油45T7T12770800油60仅供参考2022年4月23日星期六三、淬火3、加热时间 对于45#、40Cr经验公式（仅供参考）加热时间=k（10+0.6D+0.2G） k-装炉系数：单排放：取1 散装：1.11.3 D-有效厚度:mm G-装炉重量：Kg2022年4月23日星期六三、淬火3、加热方式 碳钢、调质钢等中碳钢：可以高温装炉，一般比淬火温度高20 30. 高碳钢、高合金钢：低温装炉，分级加热为宜，避免高温装炉。4、装炉要求

14、允许不同材质但参数相近工件同炉加热 加热温度相同但保温时间不同，可以同炉加热，按顺序出炉（先出炉的放在炉口附近加热）。 细长轴类零件吊装，尽量在井式炉加热。2022年4月23日星期六三、淬火（二）冷却1、冷却介质 水（循环水） 优点：成本低，硬度高。 缺点：变形大。 应用：中碳钢，高碳钢原则不用。 注意:水淬变形、开裂怎么办 ？ 碱水（5%15%）盐水（5%15%）腐蚀性大2022年4月23日星期六三、淬火 油（20、50） 优点：变形小 缺点：成本高，硬度低 应用：合金钢、高碳钢注意： 安全（防火），一定要低于闪点80 一下如果以上两种介质不能满足生产需要，可以选用第二类介质,一般用于分级淬

15、火和等温淬火。如:50%KNO3+ 50%NaNO3 ，可以有效避免变形和开裂现象的发生。2022年4月23日星期六三、淬火淬火介质选择结论： 水淬：中碳钢（碳素结构钢） 油淬：高碳钢、合金钢 水淬开裂，选盐水或减水；选油淬，但 硬度要够。 水淬、油淬都不行，选第二类介质。 2022年4月23日星期六三、淬火2、冷却方法1）单介质淬火（油淬）：含义：用一种介质连续冷却至室温常见方法：水淬；油淬优点：成本低；操作简单；效率高；常用缺点：变形大，易开裂；怎么办？双介质淬火！ 中碳钢形状简单、不易变形的工件高碳钢、合金钢2022年4月23日星期六三、淬火2）双介质淬火：用于截面变化比较大的工件用于截

16、面变化比较大的工件 含义：工件先在一种冷却能力比较强的介质中冷却到300左右，再转入另一种冷却能力比较弱的介质中冷却到室温的淬火工艺。 优点：减少淬火应力，防止变形和开裂，减少软点，综合了两种介质的优点。 缺点：操作难度大 常见双介质淬火发方法先水后油：主要用于大截面的碳钢 方法：水淬时间：3mm6mm/s计算 经验：工件入水后鸣声或振动停止瞬间出水入油先油后空：重要用于合金钢方法：油淬时间：1mm/s2022年4月23日星期六三、淬火3)分级淬火-用于截面变化不大的工件用于截面变化不大的工件含义：将钢件先浸入Ms附近温度的恒温液态介质（盐浴或碱浴炉）中，等温一定时间，等工件内外温度趋于一致后

17、，再取出空冷，以获得马氏体的淬火工艺，称为马氏体分级淬火工艺。优点：工件内外温度均匀，减少变形和开裂倾向。缺点：冷却能力低，只适合小型工件。2022年4月23日星期六三、淬火4）贝氏体等温淬火 含义：将工件快速冷却到贝氏体转变温度区间等温，使奥氏体全部转变为贝氏体，然后出炉空冷的淬火工艺。 优点;显著减少变形，基本避免开裂。 缺点：硬度不如马氏体。 应用：形状复杂，精度要求较高的小型工件，如模具、量具等 注意;p 等温温度和时间根据C曲线确定。原则：选在转变最快、转变量最大的温度，等温时间适中。p 充分考虑工件截面问题，截面变化大的不适合。p 等温淬火与分级淬火的区别：等温淬火发生组织转变（贝

18、氏体），分级等温时，不发生组织转变。 2022年4月23日星期六三、淬火5）深冷处理-自学 将钢冷却到室温后继续冷却到0一下的热处理工艺，目的是减少残余奥氏体，提高硬度和尺寸稳定性，主要用于精密量具、精密零件等。2022年4月23日星期六三、淬火三、淬火操作注意事项（补充）1.淬火易变形工件，可采用预冷处理。 方法：碳钢、低合金结构钢预冷到工件表 面深红色即可淬入介质，可以减小变形。2、轴类零件应垂直淬入介质。3、长板状零件应横向侧面淬入介质4、套类和薄壁环状零件应轴向淬入介质中。5、在保证硬度的情况下，工件淬入介质中只可上下运动不可摆动。 2022年4月23日星期六三、淬火四、淬透性、淬硬性

19、四、淬透性、淬硬性（一）淬透性淬透性 淬透性的概念 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层(也称为淬透层)深度的能力 衡量方法： 用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示。同样淬火条件下，淬硬层越深，表明钢的淬透性越好。2022年4月23日星期六三、淬火 影响因素 化学成分：共析钢（0.77%）附近淬透性好。奥氏体稳定性：奥氏体稳定性好，即C曲线右移，临界速度小，淬透性好。合金钢中常加入怎增加奥氏体稳定性的金属元素。结论： 低碳钢一般不淬火。合金钢比碳钢淬透性好。2022年4月23日星期六三、淬火（二）淬硬性淬硬性 含义：淬硬性是钢在理想条件下淬火硬化所能达到的最高硬度。 影响因素：

20、含碳量高低，含碳量高，淬硬性一般比较好 结论：高碳钢淬透性比中碳钢好！低碳钢不淬火。（三）淬透性、淬硬性的区别 两个不同的概念 淬透性好不一定淬硬行也好.2022年4月23日星期六三、淬火五、淬火常见缺陷及预防措施-自学为主1、硬度不足与软点 含义：P60 原因：淬火加热温度过低、淬火介质的冷却能力不够、钢件表面氧化脱碳等 措施：可以重新淬火，但必须先正火。工作最常见原因2022年4月23日星期六三、淬火2、变形与开裂、变形与开裂原因：原因： 由于淬火冷却时产生的由于淬火冷却时产生的淬火冷却应力淬火冷却应力使工件的尺寸和形状发生不使工件的尺寸和形状发生不希望的变化（淬火变形）或当淬火冷却应力过

21、大超过了钢的抗拉强度希望的变化（淬火变形）或当淬火冷却应力过大超过了钢的抗拉强度时，在工件上产生的裂纹时，在工件上产生的裂纹(淬火开裂淬火开裂)。 措施：措施： 合理选择钢材与正确设计零件结构；合理选择钢材与正确设计零件结构； 合理锻造与预先热处理；合理锻造与预先热处理； 采用合理的热处理工艺；采用合理的热处理工艺； 采用正确的浸入淬火介质；采用正确的浸入淬火介质； 淬火后及时回火。淬火后及时回火。结论：结论： 一切有助于减小淬火应力的措施都是有效的！一切有助于减小淬火应力的措施都是有效的！2022年4月23日星期六四、回火1.回火的概念回火的概念 淬火后的钢加热到淬火后的钢加热到Ac1线以下

22、某一温度，保温一定时间，然后线以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称为回火。冷却到室温的热处理工艺，称为回火。回火的目的回火的目的 淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。其目的是：淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。其目的是： 获得工件需要的性能；获得工件需要的性能； 消除淬火冷却应力，降低钢的脆性；消除淬火冷却应力，降低钢的脆性； 稳定工件的尺寸。稳定工件的尺寸。结论：结论： 回火是回火是-淬火的跟屁虫！淬火的跟屁虫！目的：目的： 消除淬火冷却应力。消除淬火冷却应力。为什么回火可以有上述目的呢？为什么回火可以有上述目的呢？2022年4月23日星期六四、回火理论：回火转变产物

23、不同。自学！结论：回火温度越高，硬度越低，塑性越 好！回火种类：回火种类：高温回火：综合性能好。高温回火：综合性能好。中温回火中温回火:要弹性。要弹性。低温回火：要硬度。低温回火：要硬度。调质处理调质处理与正火的区别调质处理：回火索氏体，渗碳体呈颗粒状，塑性更好正火为片状渗碳体，硬度尚可，塑性差2022年4月23日星期六四、回火空气炉回火保温时间参数空气炉回火保温时间参数有效厚度/mm 2020404060608080100保温时间/min3060609090120120150 150180盐浴炉回火保温时间盐浴炉回火保温时间有效厚度/mm2020404060608080100保温时间/min

24、102020303040405050602022年4月23日星期六四、回火常用调质钢回火温度表常用调质钢回火温度表钢号钢号回火温度回火温度/硬度硬度HBSHBS备注备注455506202002805056062020028035CrMo60066025028040Cr55065020028042SiMn60065022025045Mn26006402202802022年4月23日星期六钢号钢号回回 火火 后后 硬硬 度度 值值 HRCHRC备注备注25303035354040454550505555606030350300200160160200355204604203502901704555

25、0520450380320300180T7580530470420370320250160180T1058054049043038034025016018040Cr58051047042034020024016040CrMo62058050040030065Mn6606005204403604003002301709SiCr670620580520450380280300180200Cr12650750620660600620560580480520360380180200Cr12MoV770710740650670610620560580480520360380180200GCr156805

26、80530480420380270180GCr15SiMn4804203502801Cr135805505002Cr136005605204504003Cr136206005705405002022年4月23日星期六四、回火 回火操作注意事项回火操作注意事项 装炉时，尽量将有效厚度接近、回火规范相同的工件同装一炉，以便提高效率。 工件入炉后，炉温不得超过规定的回火温度及保温时间。应经常查看炉温，保持炉温的准确。 盐浴炉回火时，工件应完全沉没，且距液面的距离应20cm。 需多次回火的工件，每次回火出炉后，应冷却至室温，才能再次回火。 易变形的细长、薄壁工件及弹簧装炉时，应尽可能平放或吊挂，防止变

27、形。2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理概述：含义：P62目的：只改变零件表面的力学性能，不改变零 件芯部的状态。分类：表面淬火；表面化学热处理2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火 含义：仅对零件表面进行淬火，而芯部保含义：仅对零件表面进行淬火，而芯部保 留原来的状态。留原来的状态。 目的：提高零件的表面硬度、耐磨性。目的：提高零件的表面硬度、耐磨性。 分类：感应淬火；火焰淬火分类：感应淬火；火焰淬火（一）、（一）、感应表面淬火感应表面淬火：实例实例1 1、原理：交变磁场、原理：交变磁场-感应电流感应电流-发热发热-淬火淬火2 2、特点：、特点：

28、3 3、应用：普遍；常见中碳钢、调质钢。、应用：普遍；常见中碳钢、调质钢。4 4、方法：专用设备（感应淬火炉）；、方法：专用设备（感应淬火炉）；5 5、设备选择：频率越高，淬硬层越薄。、设备选择：频率越高，淬硬层越薄。6 6、注意：、注意：先进行正火或调质处理，淬火后跟低温回火。先进行正火或调质处理，淬火后跟低温回火。效率高，易控制2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理（二）火焰表面淬火：原理：目的：应用：大型工件。特点：设备简单；效率低；不易控制。结论：结论：“小件有奇效小件有奇效”怎么理解？不便于感应淬 火2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理二、钢的化学热处理p含义：P64p

29、与表面淬火不同点：改变零件表层化学成 分。p原理：活性介质-加热-分解-吸收- 扩散。p常见工艺：渗碳；渗氮；碳氮共渗。2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理（一）渗碳1、含义：P642、目的：增加低碳钢件的表面含碳量，保留 芯部低碳钢所具有的良好塑性、韧 性。3、应用：工作中承受冲击的零件。结论：渗碳主要用于低碳钢件。结论：渗碳主要用于低碳钢件。 渗碳后一定要表面淬火、低温回火。渗碳后一定要表面淬火、低温回火。4、淬火方法：、淬火方法：P65 直接淬火：简单，成本低；一般零件直接淬火：简单，成本低；一般零件 一次淬火：麻烦，成本高；重要零件一次淬火：麻烦，成本高；重要零件2022年4月

30、23日星期六五、钢的表面热处理5、渗碳工艺 液体渗碳；固体渗碳；气体渗碳1）固体渗碳 原理：活性介质-加热-保温-冷却最广泛；批量生产。成本最低木炭：以白桦木最佳催碳剂：Na2CO3 Ba2CO3 Ca2CO3 930左右渗碳层越厚，保温时间越长；和介质有关；和炉子有关；2022年4月23日星期六五、钢的表面热处理几种常用固体渗碳剂配方几种常用固体渗碳剂配方（质量分数）序号木炭碳酸钠碳酸钡碳酸钙备 注1768012161834可加少量（2%4%）重油或糖浆粘和；催碳剂一般采用碳酸钠或碳酸钡，前者催渗性强，持续性差，后者持续性好，催渗性弱。285901015-390-10-47277-20253注意：渗碳剂可重复使用。 方法：筛去粉末，按1%5%添加催碳剂 新旧比：1：21;32022年4月23日星期六五、钢的表面热处理 渗碳箱 -铸铁铸造；低碳焊接； 要求：密封好；大小以零件大小及装 箱个数而定定。 装箱要求：项目保持间距/m