阀门热处理基础知识

1、1、铁的同素异晶转变、铁的同素异晶转变 纯铁的冷却曲线及晶体结构变化纯铁的冷却曲线及晶体结构变化 铁具有多晶型性，纯铁在铁具有多晶型性，纯铁在15381538结晶为结晶为-Fe-Fe，x x射线结构分忻表明，它具有体心立方晶格，射线结构分忻表明，它具有体心立方晶格，当温度继续冷却至当温度继续冷却至13941394时，时，-Fe-Fe转变为面转变为面心立方晶格的心立方晶格的-Fe-Fe，通常把，通常把-Fe-Fe到到-Fe-Fe的的转变称为转变称为A4A4转变，转变的平衡临界点称为转变，转变的平衡临界点称为A4A4点，点，当温度继续降至当温度继续降至912912时，面心立方晶格的时，面心立方晶格

2、的-FeFe又转变为体心立方晶格的又转变为体心立方晶格的-Fe-Fe，通常把，通常把-FeFe到到-Fe-Fe的转变称为的转变称为A3A3转变，转变的平衡临转变，转变的平衡临界点称为界点称为A3A3点，在点，在912912以下，铁的结构不再以下，铁的结构不再发生变化，这样一来，铁就具有三种同素异晶发生变化，这样一来，铁就具有三种同素异晶状态，即状态，即-Fe-Fe、-Fe-Fe和和-Fe-Fe 另外，另外，-Fe-Fe在在770770还将发生磁性转变，即由还将发生磁性转变，即由高温的顺磁性状态转变为低温的铁磁性状态，高温的顺磁性状态转变为低温的铁磁性状态，通常把这种磁性转变称为通常把这种磁性转

3、变称为A2A2转变，把磁性转变转变，把磁性转变温度称为铁的居里点，在发生磁性转变时，铁温度称为铁的居里点，在发生磁性转变时，铁的晶格类型不变，所以磁性转变不属于相变的晶格类型不变，所以磁性转变不属于相变 固态下的同素异晶转变与液态结晶一样，也是固态下的同素异晶转变与液态结晶一样，也是形核与长大的过程，为了与液态结晶相区别，形核与长大的过程，为了与液态结晶相区别，将这种固态下的相变结晶过程称为重结晶，铁将这种固态下的相变结晶过程称为重结晶，铁的多晶型转变具有很大的实际意义，它是钢的的多晶型转变具有很大的实际意义，它是钢的合金化和热处理的基础合金化和热处理的基础2、铁碳合金相图、铁碳合金相图 碳钢

4、和铸铁都是铁碳合金，是应用最广泛的金碳钢和铸铁都是铁碳合金，是应用最广泛的金属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要属材料。铁碳合金相图是研究铁碳合金的重要工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材工具，了解与掌握铁碳合金相图，对于钢铁材料的研究和使用、各种热加工工艺的制订以及料的研究和使用、各种热加工工艺的制订以及工艺废品原因的分析都有很重要的指寻意义工艺废品原因的分析都有很重要的指寻意义 铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体铁碳合金中的碳有两种存在形式：渗碳体Fe-Fe3C和石墨，在通常情况下，碳以渗碳体形式和石墨，在通常情况下，碳以渗碳体形式存在，即铁碳合金按存在，即铁碳合金按Fe-Fe3

5、C系转变，但是系转变，但是Fe3C是一个亚稳相，在一定条件下可以分解为是一个亚稳相，在一定条件下可以分解为铁铁(实际上是以铁为基的固溶体实际上是以铁为基的固溶体)和石墨，所以和石墨，所以石墨是碳存在的更稳定状态，这样一来，铁碳石墨是碳存在的更稳定状态，这样一来，铁碳相图就存在相图就存在Fe-Fe3C和和Fe-石墨两种形式，下面石墨两种形式，下面主要介绍主要介绍Fe-Fe3C相图相图 以相组成表示的铁碳相图以相组成表示的铁碳相图 3、热处理的作用、热处理的作用 热处理是将钢在固态下加热到顶定的温度，保热处理是将钢在固态下加热到顶定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的温一定的时间，然

6、后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺一种热加工工艺 通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而通过热处理可以改变钢的内部组织结构，从而改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的改善其工艺性能和使用性能，充分挖掘钢材的潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量，潜力，延长零件的使用寿命，提高产品质量，节约材料和能源节约材料和能源 正确的热处理工艺还可以消除钢材经铸造、锻正确的热处理工艺还可以消除钢材经铸造、锻造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷，细化造、焊接等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能晶粒、消除偏析、降低内应力，使组织和性能更加均匀更加均匀 在生产工艺流程中，

7、工件经切削加工等成形工在生产工艺流程中，工件经切削加工等成形工艺而得到最终的形状和尺寸后，再进行的赋于艺而得到最终的形状和尺寸后，再进行的赋于工件所需使用性能的热处理称为最终热处理，工件所需使用性能的热处理称为最终热处理，而将热加后为随后冷拔、冲压和切削加工或最而将热加后为随后冷拔、冲压和切削加工或最终热处理作好组织准备的热处理称为预备热处终热处理作好组织准备的热处理称为预备热处理理1、退火退火 将组织偏离平衡状态的钢加热到适当的温度，将组织偏离平衡状态的钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近乎保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近乎衡状态组织的热处理工艺称为退火衡状态组织

8、的热处理工艺称为退火 钢的退火工艺种类很多，根据加热温度可分为钢的退火工艺种类很多，根据加热温度可分为两大类，一类是在临界温度两大类，一类是在临界温度( (Ac1Ac1或或Ac3Ac3) )以上的以上的退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火、退火，又称为相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火等，另一类不完全退火、球化退火和扩散退火等，另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等，根据冷却方式不同，退火又可去应力退火等，根据冷却方式不同，退火又可分为连续退火和等温退火等分为连续退火和等温退火等 阀门零件常用的三种退火，

9、不完全退火与完全阀门零件常用的三种退火，不完全退火与完全退火、去应力退火退火、去应力退火 不完全退火：不完全退火是将钢加热至不完全退火：不完全退火是将钢加热至Ac1-Ac3 (亚共析钢亚共析钢)或或Ac1-Accm (过共析钢过共析钢)之间，之间，保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处保温后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺，不完全退火加热温度较完全退火低，理工艺，不完全退火加热温度较完全退火低，工艺周期也较短，消耗热能较少，可降低成本，工艺周期也较短，消耗热能较少，可降低成本，提高生产效率，因此，对锻造工艺正常的亚共提高生产效率，因此，对锻造工艺正常的亚共析钢锻件，可采用不完全退火代

10、替完全退火，析钢锻件，可采用不完全退火代替完全退火，一般马氏体不锈钢如一般马氏体不锈钢如1Cr13、2Cr13、1Cr17Ni2 等锻造后用此方法来达到目的等锻造后用此方法来达到目的 完全退火：完全退火是将钢加热到完全退火：完全退火是将钢加热到Ac3Ac3温度以温度以上，保温足够的时间，使组织完全奥氏体化后上，保温足够的时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺，缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺，完全退火的目的是为了细化品粒、均匀组织、完全退火的目的是为了细化品粒、均匀组织、消除内应力和热加工缺陷、降低硬度、改善切消除内应力和热加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性

11、能和冷塑性变形性能，完全退火加热削加工性能和冷塑性变形性能，完全退火加热温度不宜过高，一般在温度不宜过高，一般在Ac3Ac3以上以上2020、3030，退，退火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在Ar1Ar1温度以下不大的过冷条件下进行珠光体转变，温度以下不大的过冷条件下进行珠光体转变，避免硬度过高，一般碳钢的冷却速度应小于避免硬度过高，一般碳钢的冷却速度应小于200200h h，低合金钢的冷却速度应为，低合金钢的冷却速度应为100100h h ，高合金钢的冷却速度应为，高合金钢的冷却速度应为5050h h 完全退火需要的时间很长，尤其是过冷奥氏体完全退火需要

12、的时间很长，尤其是过冷奥氏体比较稳定的合金钢，如将奥氏体化后的钢很快比较稳定的合金钢，如将奥氏体化后的钢很快阵至稍低于阵至稍低于Ar1Ar1的温度等温，使奥氏体转变为的温度等温，使奥氏体转变为珠光体，再空冷至室温，则可显著缩短退火时珠光体，再空冷至室温，则可显著缩短退火时间，这种退火方法称为等温退火等温退火适用间，这种退火方法称为等温退火等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高台金钢等。等温退于高碳钢、合金工具钢和高台金钢等。等温退火还有利于工件获得均匀的组织和性能，但是，火还有利于工件获得均匀的组织和性能，但是，对于大截面工件和大批量炉料，等温退火不易对于大截面工件和大批量炉料，等温退火不易使工

13、件内部达到等温温度，故不宜采用此法，使工件内部达到等温温度，故不宜采用此法，在阀门零件中，在阀门零件中，35CrMo35CrMo的螺栓用此工艺的螺栓用此工艺 去应力退火：为了消除铸件、锻件、焊接件、去应力退火：为了消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力，冷冲压件以及机械加工工件中的残余内应力，提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂，在提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开裂，在精加工或淬火之前将工件加热至精加工或淬火之前将工件加热至Ac1Ac1以下目一以下目一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，这种热温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，这种热处理工艺称为去应力退火，钢件的去应力退

14、火处理工艺称为去应力退火，钢件的去应力退火加热温度很宽，应根据具体情况来决定，一班加热温度很宽，应根据具体情况来决定，一班在在500-650500-650之间，对于某些经受冷变形加工之间，对于某些经受冷变形加工的工件，如冷卷弹簧，为了消除冷卷时产生的的工件，如冷卷弹簧，为了消除冷卷时产生的内应力，同时保持其高弹性极限，去应力退火内应力，同时保持其高弹性极限，去应力退火的温度应在的温度应在250-300250-300之间，保温后应缓慢冷之间，保温后应缓慢冷却，以免产生新的应力，冷至却，以免产生新的应力，冷至200-300200-300出沪，出沪，再空冷至室温再空冷至室温 2 2、正火、正火 正火

15、是将钢加热到正火是将钢加热到Ac3Ac3 ( (对于亚共析钢对于亚共析钢) )或或AccmAccm ( (对于过共析钢对于过共析钢) )以上适当的温度，保温一定时以上适当的温度，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却，以得到珠光体类型组织的热处理工艺以得到珠光体类型组织的热处理工艺 正火与完全退火相比，二者的加热温度相同，正火与完全退火相比，二者的加热温度相同，但正火的冷却速度较快，转变温度较低但正火的冷却速度较快，转变温度较低 正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适正火只适用于碳素钢及低、中合金钢，而不适用于高合金钢。因为高合金钢的奥氏体非

16、常稳用于高合金钢。因为高合金钢的奥氏体非常稳定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织定，即使在空气中冷却也会获得马氏体组织 正火的加热温度通常在正火的加热温度通常在Ac3Ac3或或AccmAccm以上以上30-5030-50，正火是比较简单、经济的热处理方法，在生产正火是比较简单、经济的热处理方法，在生产中应用较广泛，主要目的是为了细化晶粒，使中应用较广泛，主要目的是为了细化晶粒，使其组织更加均匀，改善机加工性能，在阀门中其组织更加均匀，改善机加工性能，在阀门中一般一般25#25#，45#45#钢的零件采用此工艺钢的零件采用此工艺 3 3、淬火、淬火 将钢加热到临界点将钢加热到临界点Ac1Ac1

17、或或Ac3Ac3以上一定温度保温一以上一定温度保温一定时问，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使定时问，然后以大于临界淬火速度的速度冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火，它可以显著提高钢的强度和硬度艺称为淬火，它可以显著提高钢的强度和硬度 在正常淬火条件下，得到马氏体组织与零件材料含在正常淬火条件下，得到马氏体组织与零件材料含碳量有关，含碳量高，马氏体多，硬度就高，所以碳量有关，含碳量高，马氏体多，硬度就高，所以一般控制在含碳量大于一般控制在含碳量大于0.25%0.25%以上，才能通过淬火以上，才能通过淬火淬硬淬硬 淬火钢在

18、水中或在冷却最快的盐水中冷却，淬火钢在水中或在冷却最快的盐水中冷却，某些合金钢在油中冷却，高合金钢、马氏体某些合金钢在油中冷却，高合金钢、马氏体（1313）型不锈钢如）型不锈钢如1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr13 3Cr13 等等在空气中冷却在空气中冷却 淬火后应力较大淬火后应力较大, ,通常很硬和很脆通常很硬和很脆, ,容易断裂容易断裂, ,为使钢淬火后消除应力为使钢淬火后消除应力, ,具有韧性具有韧性, ,必须进行必须进行回火回火 4 4、表面热处理、表面热处理 表面热处理指零件的表面淬火，通过表面淬火来强表面热处理指零件的表面淬火，通过表面淬火来强化零件的表层，这种方

19、法不但能够使零件表面硬度、化零件的表层，这种方法不但能够使零件表面硬度、耐磨性得到提高，而且使心部保持较好的韧性，从耐磨性得到提高，而且使心部保持较好的韧性，从而使零件具有耐磨性，冲击韧性，疲劳强度、较高而使零件具有耐磨性，冲击韧性，疲劳强度、较高的综合机械性能。按加热方法，有不同表面淬火，的综合机械性能。按加热方法，有不同表面淬火，常用方法是火焰加热表面淬火与感应加热表面淬火常用方法是火焰加热表面淬火与感应加热表面淬火 火焰表面淬火，工厂常用氧一乙炔燃烧火焰来淬火，火焰表面淬火，工厂常用氧一乙炔燃烧火焰来淬火，特点：设备费用低、简单容易进行，方法灵活，可特点：设备费用低、简单容易进行，方法灵

20、活，可对大型零件的局部进行快速表面淬火，但难以控制对大型零件的局部进行快速表面淬火，但难以控制适中的加热温度，软点、软带缺陷难以控制，淬透适中的加热温度，软点、软带缺陷难以控制，淬透层深度不稳定层深度不稳定 高频感应加热淬火，高频感应加热是基于电磁感应高频感应加热淬火，高频感应加热是基于电磁感应的原理，将零件放在交流电源的交变磁中由于电磁的原理，将零件放在交流电源的交变磁中由于电磁感应在零件表面产生涡流，从而使零件本身得到加感应在零件表面产生涡流，从而使零件本身得到加热，这样方法为高频感应加热淬火。特点：淬透层热，这样方法为高频感应加热淬火。特点：淬透层深度可以控制，一般在深度可以控制，一般在

21、0.50.52mm 2mm 之间，加热速度之间，加热速度快，时间短，零件脱碳少，淬火变形小快，时间短，零件脱碳少，淬火变形小 表面淬火硬度比普通淬火硬度高表面淬火硬度比普通淬火硬度高2-3HRC2-3HRC，这样提高，这样提高了零件表面耐磨性和疲劳极限。但是加热设备成本了零件表面耐磨性和疲劳极限。但是加热设备成本高维修比较复杂，并且，由于感应器形状制作有一高维修比较复杂，并且，由于感应器形状制作有一定的限制表面局部淬火有一定局限性。在阀门中，定的限制表面局部淬火有一定局限性。在阀门中，表面淬火的零件由阀杆、阀瓣及密封圈等表面淬火的零件由阀杆、阀瓣及密封圈等5 5、回火、回火 把淬火后的零件加热

22、到低于相变温度（把淬火后的零件加热到低于相变温度（Ac1Ac1）的某一个温度，并在此温度下保持一定的时间，的某一个温度，并在此温度下保持一定的时间，然后以一定的冷却速度冷却到室温的热处理工然后以一定的冷却速度冷却到室温的热处理工艺称为回火艺称为回火 其目的是为了消除因淬火造成的内应力，提高其目的是为了消除因淬火造成的内应力，提高钢的韧性，并获得所需要的各项机械性能钢的韧性，并获得所需要的各项机械性能 回火可分为，高温回火、中温回火及低温回火回火可分为，高温回火、中温回火及低温回火三种回火方法三种回火方法 经正常淬火后的钢，其机械性能随回火温度的经正常淬火后的钢，其机械性能随回火温度的不同而变化

23、，一般说来，回火温度越高，硬度不同而变化，一般说来，回火温度越高，硬度和强度越低，而塑性和韧性越高和强度越低，而塑性和韧性越高6 6、调质、调质 把淬火后的零件进行高温回火，这种把淬火和把淬火后的零件进行高温回火，这种把淬火和高温回火结合在一起的热处理方法，高温回火结合在一起的热处理方法， 通常称通常称为调质处理为调质处理 通过调质后的零件材料金相组织为回火索低体，通过调质后的零件材料金相组织为回火索低体，其目的是得到强度硬度，塑性和韧性良好的综其目的是得到强度硬度，塑性和韧性良好的综合机械性能调质处理在阀门中的零件是常用的合机械性能调质处理在阀门中的零件是常用的热处理工序热处理工序 调质处理

24、用作于马氏体不锈钢（调质处理用作于马氏体不锈钢（1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、1Cr17Ni21Cr17Ni2）及合金钢软化手段，它可作为预先）及合金钢软化手段，它可作为预先热处理，也可作为最终热处理热处理，也可作为最终热处理 作为预选热处理，一方面是为了满足切削加工作为预选热处理，一方面是为了满足切削加工上的需要，如降低硬度，另一方面也是为最终上的需要，如降低硬度，另一方面也是为最终热处理作好组织准备调质处理，得到回火索氏热处理作好组织准备调质处理，得到回火索氏体组织，其机械性能比正火要优越得多，如碳体组织，其机械性能比正火要优越得多，如碳钢钢4545钢调质后屈服极限和冲击韧性

25、，比正火处钢调质后屈服极限和冲击韧性，比正火处理高理高40%40%，而强度极限和断面收缩率也比正火，而强度极限和断面收缩率也比正火高高5-6%5-6%，调质后的性能是与零件的淬透性密切，调质后的性能是与零件的淬透性密切相关的，只有当零件淬透时才能获得最佳的机相关的，只有当零件淬透时才能获得最佳的机械性能械性能 调质作为最终热处理是为了零件得到良好综合机调质作为最终热处理是为了零件得到良好综合机械性能特别是高的冲击韧性，尤其阀门零件，阀械性能特别是高的冲击韧性，尤其阀门零件，阀杆、阀瓣及内腔零件，有一些外腔零件如螺栓、杆、阀瓣及内腔零件，有一些外腔零件如螺栓、压板等，在动载荷下工作受到各种冲击、压力、压板等，在动载荷下工作受到各种冲击、压力、拉伸、扭曲的作用，采用调质处理工艺能保证零拉伸、扭曲的作用，采用调质处理工艺能保证零件抵抗的能力，达到使用要求。调质后的回火索件抵抗的能力，达到使用要求。调质后的回火索氏体组织实际在金相显微镜中看到