钢的热处理课件

钢的热处理课件三、热处理的分类1、根据热处理的目的和工序位置不同（1）预先热处理

工序位置一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前，（或粗加工之后，半精加工之前）主要作用

消除毛坯生产中的缺陷与内应力，调整硬度改善切削加工性能，细化晶粒，改善组织，为最终热处理作好组织上的准备。（2）最终热处理工序位置常比较靠后，一般均安排在半精加工之后，精加工之前。最终热处理常依据零件对性能要求的不同而具体实施，因而其作用也各不相同，旨在满足工件的组织和使用性能要求。2、根据加热和冷却方法的不同第2页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-2钢在加热时的转变

热处理方法较多，用热处理工艺曲线表示，但都是由加热、保温和冷却三个阶段组成，如图1所示。因此，要了解各种热处理方法对钢的组织与性能的改变情况，必须首先研究钢在加热（包括保温）和冷却过程中的相变规律。图2实际加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变温度的位置Al、A3、Acm：为平衡条件下的相变临界点AC1、AC3、Accm：加热的相变点Arl、Ar3、Arcm：冷却时的相变点AC1点：组织由珠光体向奥氏体的转变点奥氏体化：加热时获得奥氏体组织的转变称为“奥氏体化”。一、奥氏体的形成过程二、奥氏体晶粒长大及其控制措施下一节第3页,共97页，2024年2月25日，星期天一、奥氏体的形成过程（一）共析碳钢奥氏体的形成过程共析碳钢在室温下的组织为珠光体，珠光体由具有体心立方晶格、且在A1温度时由ωc=0.0218%的铁素体和具有复杂晶格、ωc=6.69%的渗碳体组成。加热转变后的奥氏体具有面心立方晶格，在A1温度时ωc=0.77%。因此，珠光体向奥氏体转变过程中，必须进行晶格改组和铁、碳原子的扩散，并遵循形核和核长大的基本规律。奥氏体形成过程分为四个阶段如下：（a）A晶核形成（b）A晶核长大（c）残留Fe3C溶解（d）A均匀化图3共析钢奥氏体形成过程示意图第4页,共97页，2024年2月25日，星期天1.奥氏体晶核的形成(图3a)奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的相界面上形成。这是由于相界面上原子排列比较紊乱，位错密度较高，空位较多，成分不均匀，而且奥氏体含碳量处于铁素体和渗碳体之间，于是在浓度和结构两方面为奥氏体晶核形成提供了有利条件。2.奥氏体晶核的长大(图3b)奥氏体晶核形成后，通过铁、碳原子的扩散，使相邻的铁素体体心立方晶格不断转变为面心立方晶格的奥氏体，与其相邻的渗碳体则不断溶入奥氏体中，使奥氏体晶核逐渐向铁素体和渗碳体两个方向长大，直至铁素体全部转变为奥氏体为止。第5页,共97页，2024年2月25日，星期天3.残留渗碳体溶解(图3c)

由于渗碳体的晶体结构和含碳量都与奥氏体有很大差别，因此，当铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解，随着保温时间的延长，残留渗碳体不断溶入奥氏体，直至全部消失为止。4.奥氏体均匀化(图3d)

残留渗碳体完全溶解后，奥氏体中碳的浓度不均匀，原先渗碳体处碳浓度高于原先铁素体处，只有延长保温时间，通过碳原子的扩散，才能使奥氏体成分逐渐趋于均匀小结：奥氏体晶粒的长大是朝向两侧母相内发展，但向铁素体一侧发展较快。当铁素体全部转变为奥氏体之后，尚有部分渗碳体要在继续保温过程中逐步溶于奥氏体。此时，奥氏体相的成分尚未均匀，原渗碳体处碳浓度较高，原铁素体处碳浓度较低。进一步延长保温时间才能使奥氏体成分均匀化。因此，热处理加热后进行的保温，除了热透工件和使相变完全外，还能获得成分均匀的奥氏体，以便在冷却后得到良好的组织和性能。第6页,共97页，2024年2月25日，星期天（二）亚共析碳钢奥氏体的形成过程亚共析钢加热到AC1点以上时，原始组织中珠光体已奥氏体化，随后在AC1～AC3点的升温过程中，先共析铁素体逐渐转变为奥氏体，直至加热温度超过AC3点时，亚共析钢的奥氏体化全部完成。此时，获得细小的单相奥氏体晶粒，继续提高温度或延长保温时间，奥氏体晶粒逐渐长大。（三）过共析碳钢奥氏体的形成过程过共析钢在室温下平衡组织为珠光体和二次渗碳体，当加热至AC1～Accm温度范围内，珠光体已先转变为奥氏体，先共析二次渗碳体才逐步溶入奥氏体中，当温度超过Accm点时，先共析二次渗碳体完全溶解于奥氏体中，过共析钢的奥氏体化结束，全部组织为奥氏体，但此时的奥氏体组织已经粗化。※若亚共析钢和过共析钢的加热温度处于上、下临界点之间，其组织由奥氏体与一部分尚未转变的先共析相所组成，这种加热方法称为“不完全奥氏体化”。第7页,共97页，2024年2月25日，星期天（四）奥氏体形成速度的影响因素：钢的成分、原始组织、温度和加热速度等因素的影响。（1）钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体相界面总量增多，有利于奥氏体的形成；（2）在钢中加入合金元素虽不改变奥氏体形成的基本过程，但却显著影响奥氏体的形成速度；（3）若钢的成分相同，组织中珠光体越细小，奥氏体形成速度越快，层片状比粒状珠光体相界面大，加热时奥氏体形核容易；（4）在连续加热时，随加热速度增快，奥氏体形成温度升高，形成奥氏体的温度范围扩大，所需时间缩短。返回第8页,共97页，2024年2月25日，星期天二、奥氏体晶粒长大及其控制措施

钢中奥氏体晶粒的大小直接影响到冷却后的组织和性能，奥氏体晶粒越细小，则其转变产物的晶粒也越细小，其力学性能也就越好；反之，转变产物的晶粒粗大，其力学性能也就越差。因而，细化奥氏体晶粒对提高钢的力学性能有着重要的意义。起始晶粒度：将钢加热到临界点以上时，由珠光体刚刚转变成的奥氏体晶粒是细小的，此时称为起始晶粒度。实际晶粒度：钢在某一具体加热条件下实际获得的奥氏体晶粒大小，称为奥氏体的实际晶粒度。本质晶粒度：某种钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒大小的倾向，不是晶粒大小的实际度量。

实际晶粒一般总比起始晶粒大，因为热处理生产中都要加热和保温，结果使奥氏体晶粒有不同程度的长大。第9页,共97页，2024年2月25日，星期天1、奥氏体晶粒长大的影响因素

（1）加热温度↑或保温时间↑――奥氏体晶粒长大↑通常加热温度对奥氏体晶粒长大的影响比保温时间更显著。（2）当加热温度确定后，加热速度越快――奥氏体晶粒越细小。因此，快速高温加热和短时间保温是生产中常用的一种细化晶粒方法。另外，在钢中加入一定量的合金元素也能不同程度地阻止奥氏体晶粒长大。钢的原始组织越细，奥氏体晶粒越细小。2、控制奥氏体晶粒的长大的措施（1）合理选择加热温度和保温时间（2）选用合金元素含量多的钢种；（3）采用快速加热方式或循环加热方式的热处理工艺。返回第10页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-3

钢在冷却时的转变

奥氏体化不是钢热处理的最终目的，它的作用在于为随后的冷却转变作组织准备。钢的性能最终取决于奥氏体冷却转变后的组织，可见，冷却过程是钢的热处理的关键，它对控制钢在冷却后的组织与性能具有决定性的意义。表1为45钢在同样奥氏体化条件下，不同方式冷却后的力学性能。可见，成分相同的钢奥氏体化后，采用不同方式冷却，获得的组织和性能明显不相同，这是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生的变化不同。过冷奥氏体：奥氏体在临界点A1以下就处于不稳定状态，必然要发生相变。但过冷到A1点以下的奥氏体并不是立即发生转变，而是要经过一个孕育期后才开始转变，这种在孕育期内暂时存在的、处于不稳定状态的奥氏体称为“过冷奥氏体”。第11页,共97页，2024年2月25日，星期天一、过冷奥氏体冷却转变方式在热处理生产中，常见的过冷奥氏体冷却转变方式有两种：1、等温转变:工件奥氏体化后，快速冷却到相变点Ar1以下某一温度，并等温停留一段时间，使过冷奥氏体发生转变，然后再冷却到室温；2、连续冷却转变即工件奥氏体化后，以不同冷却速度连续冷却到室温，在冷却的过程中过冷奥氏体发生转变。热处理生产中冷却速度一般较快，而Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或冷却条件下建立的，它没有考虑到冷却条件对相变的影响，实际热处理中奥氏体的组织转变不符合Fe-Fe3C相图所示的规律。为了更好地了解和掌握钢热处理后的组织与性能的变化规律，必须研究奥氏体在冷却过程中的变化规律。在热处理中，通常都是根据上述两种冷却方式分别测绘出过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线，这两种曲线能正确说明奥氏体在冷却时的冷却条件与相变间的关系，是热处理的重要基础。第12页,共97页，2024年2月25日，星期天二、过冷奥氏体等温转变（一）共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立

将共析钢制成若干小圆形薄片试样，加热至AC1以上使其奥氏体化后，分别迅速放入到A1以下不同温度(如710℃、650℃、600℃、550℃……)的恒温盐浴槽中，进行等温转变。分别测出在各温度下，过冷奥氏体转变的开始时间、终止时间及转变产物量，将这些时间画在温度-时间坐标图上，并把各转变开始点和转变终了点分别用光滑曲线连起来，便得到共析钢过冷奥氏体等温转变图，如图5a。由于曲线形状与字母“C”相似，故又称C曲线。因过冷奥氏体在不同过冷度下，转变所需时间相差很大，因而图中采用对数坐标表示时间。第13页,共97页，2024年2月25日，星期天（二）共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的分析图5b中左边一条曲线为过冷奥氏体等温转变开始线，右边一条曲线为过冷奥氏体等温转变终止线。1、A1线以上是奥氏体稳定区；2、A1线以下，转变开始线以左是过冷奥氏体存在区；3、A1线以下，转变终止线以右是转变产物区；4、转变开始线和转变终止线之间是过冷奥氏体和转变产物共存区。孕育期：工件的不平衡组织在给定温度恒温保持时，从到达该温度至开始发生组织转变所经历的时间为孕育期，也就是转变开始线与纵坐标轴之间的时间。5、孕育期越长，过冷奥氏体越稳定，反之越不稳定。共析钢等温转变曲线拐弯处(或称鼻尖)约为550℃左右，孕育期最短，过冷奥氏体最不稳定，转变速度最快。6、Ms称为上马氏体点(或Ms点)，是指工件经奥氏体化后以大于或等于马氏体临界冷却速度淬火冷却时，过冷奥氏体开始向马氏体转变的温度；7、Mf称为下马氏体点(或Mf点)，是指工件淬火冷却到Ms点后，继续冷却时，马氏体量不断增多，一直到奥氏体停止向马氏体转变的温度。8、符号A＇表示残留奥氏体(残存奥氏体)，它是指工件淬火冷却至室温后残存的奥氏体。第14页,共97页，2024年2月25日，星期天（三）共析钢过冷奥氏体等温转变产物的

组织和性能

共析钢按转变温度和转变产物的组织不同，可分为三种不同类型的转变：A1点至C曲线鼻尖区间的高温转变，其转变产物是珠光体，故又称为珠光体型转变；C曲线鼻尖至Ms点区间的中温转变，其转变产物是贝氏体，故又称为贝氏体型转变；在Ms点以下的低温转变，其转变产物是马氏体，故又称为马氏体型转变。

第15页,共97页，2024年2月25日，星期天1.珠光体型转变（A1～550℃）在高温区间的过冷奥氏体向珠光体转变是扩散型相变，要进行铁、碳原子的扩散和晶格改组。其转变过程也是通过形核和核长大来完成的（1）在A1～650℃范围内，因转变温度较高，过冷度较小，故得到铁素体与渗碳体相间的、片层间距较大(<0.4μm)的珠光体(P)，在低倍(<500倍)显微镜下就能分辨出片层形态，硬度<25HRC；（2）在650～600℃范围内，因过冷度增大，转变速度加快，得到片层间距较小(0.2～0.4μm)的细珠光体，称为索氏体，用符号“S”表示，只有在600倍以上的光学显微镜下，才能分辨出片层的形态，如图6，硬度为25～35HRC；（3）在600～550℃范围内，因过冷度更大，转变速度更快，得到片层间距更小(<0.2μm)的极细珠光体，称为托氏体，用符号“T”表示，只有在电子显微镜下，才能分辨出片层的形态，如图7，硬度为35～40HRC。※片状珠光体的性能主要取决于片层间距离，片层间距越小，相界面就越多，变形抗力也越大，强度和硬度越高。另外因渗碳体片变薄，容易随铁素体一同变形而不脆断，同时塑性与韧性也有所改善。第16页,共97页，2024年2月25日，星期天2.贝氏体型转变（550℃～Ms）中温区间的过冷奥氏体在此温度范围内等温转变为贝氏体，用符号“B”表示，贝氏体是由过饱和α固溶体和碳化物组成的两相组织。由于转变温度较低，只有碳原子的扩散，铁原子基本不扩散，故贝氏体转变是半扩散型转变。按转变温度和贝氏体组织形态不同，贝氏体分为上贝氏体(B上)和下贝氏体(B下)两种。（1）温度范围为550～350℃，形成上贝氏体，它是由大致平行、碳轻微过饱和的铁素体板条为主体，板条间分布着短棒状或短片状碳化物所组成的两相组织，在显微镜下观察呈羽毛状，如图8。其硬度(40～45HRC)、强度比珠光体类型高，但塑性较低，脆性较大，很少使用。（2）下贝氏体形成温度范围为350℃～Ms，它是由双凸透镜片状、碳过饱和的铁素体为主体，片中分布着与片的纵向轴呈55°～65°角平行排列的碳化物所组成的两相组织，在光学显微镜下观察呈黑色针(片)状，如图9。下贝氏体硬度(45～55HRC)、强度较高，塑性、韧性良好。生产中常采用等温淬火获得下贝氏体，以提高零件的强韧性。第17页,共97页，2024年2月25日，星期天3．马氏体型转变当奥氏体过冷到MS以下，即发生马氏体型转变。其转变产物是马氏体，用符号“M”表示。因为马氏体转变是在连续冷却过程中进行的，故马氏体转变详细内容将在后面的过冷奥氏体连续冷却转变中讨论。

亚共析钢和过共析钢的等温转变曲线与共析钢的等温转变曲线相比，分别多出一条先析出铁素体和先析出二次渗碳体的析出线。先共析相的量随着过冷度的增加而逐渐减少，随着转变温度越低时，先共析相的量就越少，珠光体的量相应地就越多，因而钢的性能也就不同。第18页,共97页，2024年2月25日，星期天三、过冷奥氏体的连续冷却转变

在生产实际中，大多热处理工艺都是在连续冷却过程中进行的，如一般淬火、正火、退火等。因此，为了研究过冷奥氏体在连续冷却时的转变规律，必须要先测出过冷奥氏体连续冷却转变曲线。图10是用实验方法测得的共析钢连续冷却转变曲线图。

Ps线为过冷奥氏体向珠光体转变的开始线

Pf线为过冷奥氏体向珠光体转变终了线

K线为过冷奥氏体向珠光体转变中止线即当冷却速度与K线相交时，过冷奥氏体不再向珠光体转变，而一直保留到Ms点以下转变为马氏体。vk

称为上临界冷却速度(或称马氏体临界冷却速度)，它是获得全部马氏体的最小冷却速度。vk′称为下临界冷却速度，它是获得全部珠光体的最大冷却速度。1、共析钢连续冷却转变曲线较等温转变曲线向右下方移一些，且只有C曲线上半部分，没有下半部分，即不发生贝氏体转变。2、在连续冷却过程中，由于过冷奥氏体的转变是在一个温度区间内进行的，因而，在同一冷却速度下，先后转变获得的组织粗细不均匀。有时在某种冷却速度下还可获得几种转变产物的混合组织。第19页,共97页，2024年2月25日，星期天1、马氏体转变当冷却速度大于临界冷却速度vk时，奥氏体被过冷到MS点以下，就开始发生马氏体转变。（1）由于这时转变温度低，过冷度很大，铁、碳原子均不能扩散，只有依靠铁原子作短距离移动来完成γ—Fe向α—Fe

晶格改组；（2）马氏体形成速度极快，使原来固溶于奥氏体中的碳来不及析出，被全部保留在α—Fe晶格中，即过冷奥氏体直接转变为碳在α—Fe中的过饱和固溶体，这就是马氏体，用符号“M”表示。（3）马氏体中的含碳量与原来奥氏体中的含碳量是相同的。第20页,共97页，2024年2月25日，星期天2、马氏体的组织形态

马氏体组织形态主要有针片状和板条状两种，其组织形态主要取决于奥氏体的含碳量（1）若ωc>1.0%时，形成针片状高碳马氏体，其立体形态呈双凸透镜状，在显微镜下看到的是截面形态，故呈片状或针状，如图11。（2）若ωc<0.20%时，形成板条状低碳马氏体，其立体形态呈椭圆形截面的细长条状，成群相互平行地定向排列，故在显微镜下看为一束束细长板条状组织，如图12。若ωc在0.20%～1.0%之间，形成针片状和板条状的混合组织。

图11针片状马氏体显微组织（T12A钢）图12板条状马氏体显微组织（15钢）第21页,共97页，2024年2月25日，星期天3.马氏体的性能（1）马氏体的强度、硬度主要取决于马氏体含碳量，如图13。马氏体强度、硬度随马氏体含碳量的增加而升高，尤其是含碳量较低时增高比较明显，当马氏体的含碳量超过0.6%以后图13马氏体强度、硬度与含碳量关系就趋于平缓。（2）马氏体的塑性和韧性也与马氏体含碳量有关。针片状高碳马氏体的塑性和韧性很差，而板条状低碳马氏体有良好的塑性和韧性，强韧性高，韧脆转变温度低。可见，针片状马氏体的性能特点是硬度高而脆性大；而板条状马氏体不仅具有较高的强度和硬度，还具有良好的塑性和韧性。此外，钢的组织不同，其比体积(即单位质量物质的体积，俗称比容)也不同，马氏体比体积最大，奥氏体比体积最小，珠光体比体积介于二者之间。（3）钢淬火得到马氏体时体积要膨胀，产生应力，易导致钢件变形和开裂。

第22页,共97页，2024年2月25日，星期天4.马氏体转变的特点（1）过冷奥氏体向马氏体转变是无扩散型相变，即只有晶格的改组，没有铁、碳原子的扩散。马氏体转变的速度极快。（2）马氏体转变是在一个温度范围内形成的，若在MS与Mf间的某一温度等温，则马氏体量不会显著增加，即马氏体形核数取决于温度，与时间无关；（3）MS与Mf的位置与冷却速度无关，主要取决于奥氏体的含碳量，含碳量越高，MS与Mf温度越低。（4）马氏体转变的不完全性，当奥氏体的含碳量超过0.50%时，Mf降至室温以下，因此淬火至室温时，马氏体转变并未百分之百的完成，而是保留了一定数量的残留奥氏体。残留奥氏体量随奥氏体含碳量的增加而增多。

残留奥氏体的存在不仅降低了淬火钢的硬度和耐磨性，而且在零件长期使用中，残留奥氏体将继续转变为马氏体，使零件尺寸发生变化，尺寸精度降低。因此，对某些高精度零件(如精密量具、精密丝杠等)，淬火冷却至室温后，继续在一般制冷设备或低温介质中冷却(如干冰+酒精可冷却到-78℃，液态氧可冷却到-183℃)，以尽量减少残留奥氏体量，这种处理称为“冷处理”。第23页,共97页，2024年2月25日，星期天（三）过冷奥氏体等温转变曲线在连续冷却中的应用

由于过冷奥氏体连续冷却转变曲线的测定比较困难，而且有些使用较广泛的钢种的连续冷却转变曲线至今尚未被测出，所以，目前生产技术中常应用过冷奥氏体等温转变曲线定性地、近似地来分析奥氏体在连续冷却中的转变。下面以共析钢为例，将连续冷却速度曲线画在等温转变图上，根据与C曲线相交的位置，可估计出连续冷却转变的产物，如图14。图中v1相当于随炉冷却(退火)，根据它与C曲线相交的位置，可估计出连续冷却后转变产物为珠光体，硬度为170～220HBS；v2相当于空冷(正火)，可估计出转变产物为索氏体，硬度为25～35HRC；v3相当于油冷(油淬)，它只与C曲线转变开始线相交于550℃左右处，未与转变终了线相交，这表明只有一部分过冷奥氏体转变为托氏体，其余的被过冷到MS点以下转变为马氏体，最后得到托氏体与马氏体两相的混合组织，硬度为45～55HRC；v4相当于水或盐水冷(淬火)，冷却曲线不与C曲线相交，一直被过冷到与MS点相交，过冷奥氏体开始转变为马氏体，最后得到马氏体和残留奥氏体组织，硬度为55～65HRC。第24页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-4钢的退火与正火

在机械零件及工模具等加工中，往往要经过各种冷、热加工，而且在加工工序中还要穿插热处理工序。退火与正火主要是用于消除铸造、锻造、焊接等热加工过程中产生的某些缺陷，为随后的切削加工或最终热处理作组织上的准备。所以退火与正火属于预先热处理；对于某些性能要求不高的零件，经退火与正火后可直接使用，此时退火与正火也就成为最终热处理。退火或正火的主要目的：1．降低或调整钢件硬度，提高塑性，以利于随后的切削加工或塑性变形加工，如冲压、拉拔等。2．消除残余应力，以稳定钢件尺寸并防止其变形和开裂。3．细化晶粒，均匀成分，改善组织，提高钢的力学性能。4．为最终热处理（淬火、回火等）作组织上的准备。第25页,共97页，2024年2月25日，星期天一、钢的退火将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得稳定的组织的一种热处理工艺方法。根据钢的成分与退火工艺目的的不同，常用的几种退火方法及应用如下：1、完全退火将亚共析钢工件加热到AC3以上20～50℃，保温一定时间，随炉缓慢冷却到600℃左右时，再出炉在空气中冷却的工艺方法。用途：完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、焊件等。不宜用于过共析钢，因为加热到Accm温度以上缓慢冷却时会沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳体，使钢的脆性明显增大。但完全退火所需时间比较长，是一种较费时的工艺。为缩短完全退火时间，生产中常采用等温退火方法等温退火:即将工件加热到高于Ac3(或Ac1)的温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体转变温度区间的适当温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体类型组织后，出炉在空气中冷却的退火工艺。等温退火与完全退火目的相同，但所用时间比完全退火缩短约1／3，并能获得均匀的组织。等温退火主要用于过冷奥氏体比较稳定的合金钢。第26页,共97页，2024年2月25日，星期天2．球化退火

将过共析钢加热到Acl以上20～30℃，充分保温后随炉缓冷到600℃以下再出炉空冷的工艺方法。适用范围：主要适用于共析钢、过共析钢和合金钢。目的：使钢中的片状渗碳体和网状二次渗碳体变为粒状，以降低钢的硬度，改善切削加工性，并为后续热处理做好组织准备。碳化物呈颗粒状弥散分布于铁素体基体中的珠光体称为粒状珠光体，如图15。若钢中存在有严重的网状二次渗碳体，应在球化退火前进行一次正火。图15粒状珠光体显微组织第27页,共97页，2024年2月25日，星期天3．均匀化退火均匀化退火是将工件加热到AC3以上150～250℃（通常为1000～1200℃），并长时间保温（约10～15h），然后再随炉缓慢冷却，以使工件化学成分和组织达到均匀化的工艺方法。也有的称为扩散退火适用范围：主要用于合金钢铸锭或铸件，目的是为了消除铸造结晶过程中产生的枝晶偏析，使成分均匀化。。均匀化退火后，钢的晶粒过分粗大，因此，随后还应进行一次完全退火或正火来消除过热缺陷。均匀化退火耗费能量很大，时间长，成本高。主要用于质量要求高的优质合金钢的铸锭或铸件。4．去应力退火通常将工件加热到500～600℃，保温后随炉缓冷至200℃以下出炉空冷。由于加热温度低于Acl，故钢在去应力退火过程中不发生相变目的：为了去除工件由塑性变形加工、切削加工或焊接造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火。适用范围：去应力退火主要用于消除铸件、锻压件、焊件、切削加工件的残留应力，稳定尺寸，减小变形，对于形状复杂和壁厚不均匀的零件尤为重要。第28页,共97页，2024年2月25日，星期天二、钢的正火指将工件加热到完全奥氏体化，经保温后在空气中冷却的热处理工艺1、正火的加热温度与钢的化学成分有关。一般低碳钢的加热温度为AC3以上100～150℃；中碳钢的加热温度为AC3以上50～100℃；过共析钢的加热温度为Accm以上30～50℃。保温后一般在空气中冷却，但一些大型工件或在气温较高的夏天，有时也采用吹风或喷雾冷却。2、正火的特点（与退火相比）（1）奥氏体化温度高；（2）冷却速度稍快，过冷度较大，因此正火后所得到的组织比较细小，强度和硬度比退火高一些，对含碳为0.6～1.4%的钢经正火后，组织中一般不出现先共析相，只形成伪共析的珠光体或索氏体，所以使强度和硬度得到提高；（3）具有操作简便、生产周期短、生产效率高、成本低等特点。生产中一般优先采用正火工艺。第29页,共97页，2024年2月25日，星期天3、生产中正火主要作用（1）改善低碳钢和低碳合金钢切削加工性能，一般认为钢的硬度在160～230HBS范围内为最佳。低碳钢和低碳合金钢退火后铁素体所占比例较大，硬度偏低，切削加工时都有“粘刀”现象，而且表面粗糙度参数值都较大。通过正火能适当提高硬度，改善切削加工性。因此，低碳钢、低碳合金钢都选择正火作为预备热处理；而ωc>0.5%的中高碳钢、合金钢都选择退火作为预备热处理。（2）消除过共析钢中的网状渗碳体，为球化退火作组织准备。对于过共析钢，正火加热到Accm以上可使网状渗碳体充分溶解到奥氏体中，空气冷却时渗碳体来不及析出，因而消除了网状渗碳体组织，同时细化了珠光体组织，有利于以后的球化处理。（3）作为使用性能要求不高的普通结构零件的最终热处理；对一些大型的或形状较复杂的零件，淬火可能有开裂危险时，用正火代替调质处理，而作为这类零件的最终热处理，如铁道车辆的车轴。（4）用于淬火返修件，消除应力，细化组织，防止重新淬火时产生变形与开裂。退火与正火的加热温度范围及热处理工艺曲线，示意于图16中第30页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-5钢的淬火淬火：将工件加热奥氏体化后以适当方式冷却，获得马氏体或(和)贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的：为了得到马氏体或(和)贝氏体组织。淬火是强化钢最重要的热处理方法。适用范围：重要的结构件，特别是承受动载荷和剧烈摩擦作用的零件，以及各种类型的工具必须指出，马氏体不是热处理所要求的最终组织。在淬火之后必须配以适当的回火工艺；淬火马氏体在不同回火温度下可获得不同组织，从而使钢具有不同的力学性能，以满足各类工具或零件的使用要求。淬火作用：是为回火时调整和改善钢的性能作好组织准备，而回火才能最后决定工件的使用性能和寿命，所以一般淬火后必须进行回火。第31页,共97页，2024年2月25日，星期天一、淬火工艺（一）淬火加热温度（二）淬火加热时间（三）淬火冷却介质二、常用淬火方法（一）单介质淬火(水淬或油淬)（二）双介质淬火(双液淬火)（三）马氏体分级淬火(分级淬火)（四）贝氏体等温淬火三、钢的淬透性（一）淬透性与淬硬性概念

（二）淬透性的应用四、淬火缺陷

过热与过烧；氧化与脱碳；硬度不足和软点；变形和开裂。

§3-6淬火钢的回火第32页,共97页，2024年2月25日，星期天一、淬火工艺（一）淬火加热温度钢的化学成分是决定其淬火加热温度的最主要因素，碳钢的淬火加热温度一般可利用Fe-Fe3C相图来选择，如图17所示。其原则为：1、亚共析钢淬火加热温度一般为AC3+(30～50℃)，以得到全部细小的奥氏体晶粒，淬火后为均匀细小的马氏体组织。原因：（1）若加热温度在AC1～AC3之间，淬火后组织中将有一部分先共析铁素体存在，使钢的淬火硬度降低；（2）若加热温度超过AC3过高时，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体组织，钢的性能变差，淬火应力增大，导致变形和开裂。第33页,共97页，2024年2月25日，星期天2、共析钢和过共析钢淬火加热温度为AC1+(20～30℃)，淬火后共析钢得到细小马氏体，过共析钢为马氏体和少量渗碳体组织，渗碳体的存在不降低硬度还可提高钢的硬度和耐磨性。原因：（1）若加热温度在Accm以上，由于渗碳体全部溶入奥氏体中，提高了奥氏体含碳量，淬火后残留奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性将会降低；另外，因奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体，使钢的脆性增大。（2）若加热温度低于ACl，工件没有发生相变，达不到淬火目的。3、合金钢的淬火加热温度的选择原则：（1）根据其临界点来确定。但大多数合金元素有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，所以合金钢的淬火温度一般可以高出临界点多一点，这有利于合金元素在奥氏体中的溶解，获得更好的淬火效果。（2）工件的形状与尺寸、淬火冷却介质或淬火方法等不同，其淬火加热温度也有所不同。故在实际生产中必须全面考虑各种因素的影响，结合具体情况来确定合适的淬火加热温度。返回第34页,共97页，2024年2月25日，星期天（二）淬火加热时间：升温时间(工件加热到预定处理温度的时间)和保温时间。加热时间的影响因素：加热介质、加热速度、钢的种类、工件形状和尺寸、装炉方式、装炉量等。生产中常根据实际情况,综合考虑上述各个影响因素，并通过实验才能合理地选定。也可依据有关资料中的经验公式计算确定。返回第35页,共97页，2024年2月25日，星期天（三）淬火冷却介质（冷却速度）：淬火冷却介质是指工件进行淬火时所用的介质1、依据：在淬火冷却时，既要快速冷却(淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk)以保证淬火工件得到马氏体组织，但又要减小变形和防止开裂(快冷不可避免地会带来较大的内应力)。因此，冷却是关系到淬火质量高低的关键操作。图18理想的淬火冷却曲线（1）A1点处过冷奥氏体较稳定，冷却速度可慢些（2）曲线鼻尖处过冷奥氏体最不稳定，必须进行快速冷却，且冷却速度应大于马氏体临界冷却速度，以保证过冷奥氏体能避开非马氏体型的组织转变；（3）在Ms点及以下的冷却速度要更缓慢一些，以减小产生的淬火应力，避免由此而产生的变形和开裂。

找到具有理想淬火冷却曲线的介质是困难的。现生产中常用的冷却介质都不能完全满足理想冷却速度的要求，在淬火时应结合生产实际情况合理地选用。第36页,共97页，2024年2月25日，星期天2、冷却介质水：是经济的且冷却能力较强的淬火介质，主要用于形状简单、截面尺寸较大的碳钢工件。淬火油：（矿物油或植物油）是另一种使用较广的淬火介质，其主要用于形状复杂的中、小合金钢工件。熔融状态的盐或碱：只用于形状复杂和变形要求严格的小件的分级淬火或等温淬火此外，还有在水中加入盐、碱、聚醚、聚乙烯醇、水玻璃等所形成的各种水溶液，乳化液，肥皂液等也都是生产中常用的淬火冷却介质。返回第37页,共97页，2024年2月25日，星期天二、常用淬火方法

根据钢材成分及对组织、性能和钢件尺寸精度的要求，在保证技术要求规定的前提下，应选择简便而经济的淬火方法。（一）单介质淬火(水淬或油淬)单介质淬火是将工件加热奥氏体化后浸入某一种冷却介质中冷却的淬火工艺，如图19中①所示。特点：此法操作简便，易实现机械化和自动化，但易产生变形和开裂适用范围：一般形状简单的碳钢件在水中淬火，合金钢件和尺寸较小的碳钢件在油中淬火。（二）双介质淬火(双液淬火)

例如先水淬后油冷、先水淬后空冷等。双介质淬火是将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力弱的介质中冷却的淬火工艺，如图5-19中②所示。特点：此种方法操作时的困难在于水中停留时间不易控制，过早淬不硬，过迟仍有变形淬裂可能。如能控制好工件在水中停留的时间，就能有效的防止淬火变形和开裂，因此要求有较高的操作技术。适用范围：主要用于形状复杂的高碳钢件和尺寸较大合金钢件的淬火第38页,共97页，2024年2月25日，星期天（三）马氏体分级淬火(分级淬火)马氏体分级淬火是将工件加热奥氏体化后浸入温度稍高或稍低于Ms点的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火工艺，如19中③所示。特点：马氏体分级淬火比双介质淬火易于操作，能够减小工件中的热应力，并缓和相变产生的组织应力，可有效地防止工件的变形和开裂。适用范围：主要用于尺寸较小、形状较复杂工件的淬火。第39页,共97页，2024年2月25日，星期天（四）贝氏体等温淬火(等温淬火)贝氏体等温淬火是将工件加热奥氏体化后快冷到贝氏体转变温度区间等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，如图19中④所示。特点：贝氏体等温淬火后的工件淬火应力很小，不易变形和开裂，具有较高的强度、韧性和耐磨性，但生产周期长，效率低。适用范围：主要用于处理形状复杂和尺寸要求精确，强韧性要求较高的各种中、高碳钢和合金钢制造的小型复杂工件，如某些工模具和弹簧等。应当指出，由于马氏体具有转变不完全的特点，而对于量具、精密轴承、精密丝杠、精密刀具等这类工件，残余奥氏体的存在会影响其在使用中的尺寸稳定，甚至造成报废。故对于这类工件均应在淬火之后进行一次冷处理，这样可以消除残余奥氏体，稳定工件尺寸，获得更多的马氏体，还提高了硬度。大多数钢种的Mf点在-60℃左右，所以生产实际中的冷处理大多选用-70～-80℃。选高了起不到冷处理的效果，选低了又不经济。返回第40页,共97页，2024年2月25日，星期天三、钢的淬透性（一）淬透性与淬硬性概念钢的淬透性是评定钢淬火质量的一个重要参数，它对于钢材选择，编制热处理工艺都具有重要意义。（1）淬透性：指在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。换句话说，淬透性是钢材的一种属性，是指钢淬火时获得马氏体的能力。可用在规定条件下的有效淬硬层深度来表示。有效淬硬层深度：指从淬硬的工件表面量至规定硬度值处(一般为550HV)的垂直距离；也可用临界直径d0来表示(钢制圆柱试样在某种介质中淬冷后，中心得到全部或50%马氏体组织的最大直径)。淬透性主要影响因素：钢中合金元素的种类和含量，除钴外，大多数合金元素都能显著提高钢的淬透性。此外，奥氏体化条件对淬透性也有较大影响。钢淬火后可以获得较高硬度，不同化学成分的钢淬火后所得马氏体组织的硬度值是不相同的。第41页,共97页，2024年2月25日，星期天（2）淬硬性：以钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度来表征的材料特性，称为淬硬性。淬硬性主要影响因素：主要与钢中碳的质量分数有关，更确切地说，它取决于淬火加热时间。溶于奥氏体中的碳的质量分数的多少。奥氏体中碳的质量分数越高，钢的淬硬性越高，淬火后硬度值也越高。（3）淬硬性与淬透性的区别①淬硬性：是指钢在淬火时的硬化能力，用淬火后马氏体所能达到的最高硬度表示，它主要取决于马氏体中的含碳量，合金元素对它没有显著影响。②淬透性：是钢的一种工艺性能，对于一种钢它是完全确定的，它的大小用规定条件的淬硬层深度表示，其主要取决于钢被加热奥氏体化后的成分。③淬火后硬度高的钢，不一定淬透性就高；淬火后硬度低的钢，不一定淬透性就低。如低碳合金钢的淬透性相当好，但它的淬硬性却不高；再如高碳工具钢的淬透性较差，但它的淬硬性很高。第42页,共97页，2024年2月25日，星期天（4）零件的淬硬层深度与淬透性的区别淬硬层深度：是指在具体条件下淬火得到的马氏体到半马氏体层的厚度，是不确定的，除取决于钢的淬透性外，还与零件形状、尺寸、采用的冷却介质及其它外界因素有关。如同一钢种在相同的奥氏体化条件下，水淬要比油淬的淬硬层深；小件要比大件的淬硬层深。这决不能因此就说成是，同一种钢水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。返回第43页,共97页，2024年2月25日，星期天（二）淬透性的应用钢的淬透性是选用材料和制订热处理工艺规程时的主要依据，在机械设计中也有重要的指导作用。（1）若工件整个截面都被淬透，回火后工件表面和心部组织和性能均匀一致。（2）若工件整个截面未被淬透，回火后整个截面硬度虽近似一致，但未淬透部分的屈服点和韧性却明显降低。（3）机械中许多大截面和形状复杂的重要零件，以及轴向承受拉应力或压应力或交变应力、冲击载荷的连杆、螺柱、锻模、锤杆等，应选用淬透性高的钢；（4）对承受交变弯曲应力、扭转应力、冲击载荷和局部磨损的轴类零件，其表面受力很大，心部受力较小，不要求全部淬透，可选用淬透性较低的钢；（5）焊接件一般选用淬透性低的钢，否则易在焊缝和热影响区出现淬火组织，导致变形和开裂；（6）承受交变应力和振动的弹簧，为防止心部淬不透，导致工作时产生塑性变形，应选用淬透性高的钢。返回第44页,共97页，2024年2月25日，星期天四、淬火缺陷工件在淬火加热和冷却过程中，由于加热温度高，冷却速度快，很容易产生某些缺陷。在热处理过程中设法减轻各种缺陷的影响，对提高产品质量有重要的实际意义。1、过热与过烧（1）过热：工件在热处理加热时，由于加热温度偏高而使晶粒过度长大，导致力学性能显著降低的现象称为过热。危害：工件过热后，形成粗大的奥氏体晶粒，可以通过正火和退火来消除。（2）过烧：工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔化的现象称为过烧。危害：过烧工件淬火后强度低，脆性大，且无法补救，只能报废防止措施：过热和过烧主要都是由于加热温度过高引起的，因此，合理确定加热规范，严格控制加热温度和时间可以防止过热和过烧。返回第45页,共97页，2024年2月25日，星期天2、氧化与脱碳氧化：工件在加热时，介质中的O2、CO2、H2O等与之反应生成氧化物的过程称为氧化。

危害：氧化使工件表面烧损，增大表面粗糙度参数值，减小工件尺寸，甚至使工件报废。脱碳：工件在加热时介质与其表层的碳发生反应，使表层碳的质量分数降低的现象称为脱碳。危害：脱碳使工件表面碳的质量分数降低，使力学性能下降，引起工件早期失效。防止措施：（1）控制加热介质的化学成分和性质，使之对工件不发生氧化与脱碳反应，如采用可控气氛、氮基气氛等；（2）工件表面进行涂层保护和真空加热。返回第46页,共97页，2024年2月25日，星期天3、硬度不足和软点硬度不足：钢件淬火后硬度达不到技术要求，称为硬度不足。加热温度过低或保温时间过短；淬火介质冷却能力不够；工件表面氧化脱碳等，均容易使工件淬火后达不到要求的硬度值。软点：钢件淬火硬化后，其表面存在硬度偏低的局部小区域，该小区域称为软点。防止措施：工件产生硬度不足和大量的软点时，可在退火或正火后，重新进行正确的淬火即可消除硬度不足和大量的软点。返回第47页,共97页，2024年2月25日，星期天4．变形和开裂变形：淬火时工件产生形状或尺寸偏差的现象。开裂：淬火时工件产生裂纹的现象。工件产生变形与开裂的主要原因：由于热处理过程中工件内部存在着较大的内应力造成的。热应力：指工件加热和(或)冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和(或)

冷缩不均所产生的应力。相变应力：热处理过程中，因工件不同部位组织转变不同步而产生的内应力淬火应力：工件在淬火时，热应力和相变应力同时存在，这两种应力总称为淬火应力。当淬火应力大于钢的屈服点时，工件就会发生变形；当淬火应力大于钢的抗拉强度时，工件就会产生开裂。防止措施：为减少工件淬火时产生变形和开裂现象，要从工件的整个工艺过程考虑（1）正确选择材料、编制热冷加工搭配合理的工序和合理设计工件的结构外，还必须在热处理工艺方面采取措施，采用合理的热处理工艺；（2）正确编制淬火时的加热温度、保温时间和冷却方式，淬火后及时进行回火处理，采用正确的操作方法可以有效地减少工件变形和开裂现象。返回第48页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-6淬火钢的回火淬火的缺点：淬火钢的组织主要由马氏体和少量残余奥氏体组成(有时还有未溶碳化物)，其内部存在很大的内应力，脆性大，韧性低，一般都不能直接使用，如不及时消除，将会引起工件的变形，甚至开裂。回火：将工件淬火后，重新加热到AC1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。目的：1、减少和消除淬火时产生的淬火应力，降低脆性，减小工件变形，防止开裂；

2、稳定组织与尺寸，保证工件在使用中不发生变形，获得强度和韧性之间较好的配合，达到工件所要求的使用性能。一、淬火钢回火时的组织转变与性能变化（一）淬火钢回火时的组织转变

马氏体分解，残余奥氏体分解，碳化物转变，碳化物的聚集长大与铁素体的再结晶（二）淬火钢回火时的性能变化二、回火种类及应用

1、低温回火(<250℃)2、中温回火(250～500℃)3、高温回火(>500℃)三、回火脆性

1、低温回火脆性

；2、高温回火脆性§3-7钢的表面热处理

第49页,共97页，2024年2月25日，星期天1．回火第一阶段(≤200℃)——马氏体分解（1）在80℃以下温度回火时，淬火钢没有明显的组织转变，此时只发生马氏体中碳的偏聚，没有开始分解。（2）100℃以上回火时，马氏体开始分解，碳以ε碳化物(Fe2.4C的过渡型碳化物)形式析出，使马氏体碳的过饱和度逐渐降低，在这一阶段中，由于回火温度较低，马氏体中仅析出了一部分过饱和的碳原子，但此时α相仍保持针状特征，它仍是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。这种由过饱和度较低的α相与极细的ε碳化物所组成的混合组织，称为回火马氏体，如21所示。特点：硬度降低不明显，但由于碳化物的析出，晶格畸变降低，使淬火应力有所减小。返回第50页,共97页，2024年2月25日，星期天2．回火第二阶段(200～300℃)——残余奥氏体分解淬火钢中残留奥氏体从200℃开始分解，到300℃左右基本结束，残余奥氏体分解是通过碳原子的扩散先形成偏聚区，进而分解为α相和碳化物的混合组织，即转变为下贝氏体。由于在回火的第一阶段马氏体分解尚未结束，在此阶段中马氏体分解继续进行，到350℃左右马氏体含碳量降至接近平衡成分，马氏体分解才基本结束。特点：马氏体的继续分解虽然会使钢的硬度降低，但同时由于较软的残余奥氏体转变为较硬的下贝氏体，故此阶段内钢的硬度没有明显降低，淬火应力且进一步减小。返回第51页,共97页，2024年2月25日，星期天3．回火第三阶段(250～400℃)——碳化物转变在250℃以上回火时，随着温度的升高，碳原子的扩散能力增强，铁原子也恢复了扩散能力，马氏体分解和残余奥氏体分解析出的过渡ε碳化物逐渐向稳定的渗碳体转变，到400℃时全部转变为极其细小球状颗粒渗碳体。随着碳化物的析出和转变，马氏体中碳的质量分数不断降低,马氏体的晶格畸变消失，马氏体转变为铁素体，但仍保持针状，于是得到由针状铁素体和极其细小的球状颗粒渗碳体组成的两相组织，称为回火托氏体。特点：淬火应力基本消除，硬度有所下降，塑性、韧性得到提高。返回第52页,共97页，2024年2月25日，星期天4．回火第四阶段(>400℃)——碳化物的聚集长大与

铁素体的再结晶在400℃以上回火时，由于回火温度已经很高，碳原子和铁原子均具有较强的扩散能力，高度弥散分布的渗碳体逐渐聚集长大，在500～600℃以上时，α相逐渐发生再结晶，使铁素体形态失去原来的板条状或片状，转变成为多边形晶粒。这种在多边形铁素体基体上分布着球粒状渗碳体的两相组织，称为回火索氏体，回火索氏体具有良好的综合力学性能。特点：应力和晶格畸变完全消除，硬度明显下降。综上所述，淬火钢回火时的组织转变是在不同温度范围内产生的，但多半又是交叉重叠进行的，即在同一回火温度，可能进行几种不同的变化。返回第53页,共97页，2024年2月25日，星期天（二）淬火钢回火时的性能变化淬火钢回火后的性能取决于组织变化，随着回火温度升高，强度、硬度降低，塑性、韧性提高。温度越高，其变化越明显。1、在较低温度（200～300℃）回火时，因内应力消除，钢的强度得到提高，随着回火温度的进一步提高，钢的强度迅速下降。而钢的塑性和韧性随回火温度的提高稳步增长，在600℃左右回火时，塑性和韧性达到较高的数值，并保持相当高的强度。图2340钢回火后的力学性能与回火温度的关系在硬度相同时，回火托氏体和回火索氏体比由过冷奥氏体直接转变的一般托氏体和索氏体的性能高，它们具有较高的强度、塑性和韧性。这主要是由于回火组织中渗碳体呈粒状形态存在的缘故。2、回火温度是决定工件回火后硬度的主要因素，回火时间增长，工件的硬度也下降，但增长到一定程度后硬度下降就趋向平缓。3、冷却方式对回火后的性能影响不大。为防止回火后重新产生应力，回火后一般采用在空气中缓慢冷却。返回第54页,共97页，2024年2月25日，星期天1．低温回火(<250℃)特点：经低温回火后组织为回火马氏体，保持了淬火组织的高硬度和耐磨性，降低了淬火应力，减小了钢的脆性，低温回火后硬度一般为58～64HRC。适用范围：低温回火主要用于高碳钢、合金工具钢制造的刃具、量具、冷作模具、滚动轴承及渗碳件、表面淬火件等。2．中温回火(250～500℃（卓越)特点：淬火钢经中温回火后组织为回火托氏体，大大降低了淬火应力，使工件获得高的弹性极限和屈服强度，并具有一定的韧性。中温回火后硬度为35～50HRC。适用范围：主要用于处理弹性元件，如各种卷簧、板簧、弹簧钢丝；以及热作模具，如热锻模、压铸模等。有些受小能量多次冲击载荷的结构件，为了提高强度，增加小能量多冲抗力，也采用中温回火。返回第55页,共97页，2024年2月25日，星期天3．高温回火(>500℃)特点：组织为回火索氏体，淬火应力可完全消除，强度较高，有良好的塑性和韧性，即具有良好的综合力学性能，高温回火后硬度一般为200～350HBS。适用范围：主要用于各种重要结构件，如轴、连杆、螺栓、齿轮等工件。※调质处理：工件经淬火后再进行高温回火的复合热处理工艺又称为调质处理。（1）在抗拉强度大致相同的情况下，调质后的塑性和韧性均显著高于正火，见表2。（2）调质处理可作为最终热处理，但由于调质处理后钢的硬度不高，便于切削加工，并能得到较好的表面质量，因此也可作为表面淬火和化学热处理的预备热处理。返回第56页,共97页，2024年2月25日，星期天三、回火脆性：随回火温度提高而韧性下降的现象称为钢的

回火脆性1．低温回火脆性发生在250～400℃的脆性为低温回火脆性，也称为第一类回火脆性。原因：由于碳化物以断续的薄片沿马氏体晶界析出造成的不可逆回火脆性：若使已产生低温回火脆性的钢在较高温度下进行回火，这种脆性将消除并不会重新产生，即使再一次在低温回火脆性温度范围内回火，也不会出现脆性。为了防止低温回火脆性，一般是不在该温度范围内回火。几乎所有的钢在此温度范围内回火时，都会不同程度地产生这种脆性。返回第57页,共97页，2024年2月25日，星期天2．高温回火脆性发生在500～600℃的脆性为高温回火脆性，也称为第二类回火脆性。原因：当淬火钢在上述温度范围内长时间保温，或以缓慢的冷却速度通过时，会发生明显的脆化现象；但快速冷却时，脆化现象消失或受到抑制。（与杂质及某些合金元素向晶界偏聚有关；组织粗大）材质：这类回火脆性主要发生在含有铬、镍、硅、锰等合金元素的合金钢中。可逆回火脆性：若将已产生脆性的钢件重新加热，并快速通过脆化温区时，可消除脆性；相反，如将已消除脆性的钢件重新加热，然后慢冷，则脆性将会再次出现。所以，高温回火脆性又称为可逆回火脆性。防止措施：（1）快冷（2）在钢中加入钼、钨等合金元素，也可有效地抑制这类回火脆性。返回第58页,共97页，2024年2月25日，星期天§3-7钢的表面热处理

表面淬火：不改变表层化学成分，只改变工件表面的组织和性能的热处理工艺化学热处理：是通过改变其表层化学成分，同时改变工件表面的组织和性能的热处理工艺。一、表面淬火

(一)感应加热表面淬火

1．感应加热表面淬火的基本原理

2．感应加热表面淬火的特点

3、感应加热表面淬火的种类

4．感应加热表面淬火的介质及应用

5、注意事项

(二)火焰加热表面淬火二、化学热处理

(一)钢的渗碳

1．气体渗碳2．固体渗碳3．渗碳后的组织及热处理

(二)钢的渗氮

1．气体渗氮

2．离子氮化

(三)钢的碳氮共渗§3-8热处理零件的结构工艺性第59页,共97页，2024年2月25日，星期天一、表面淬火

通过快速加热，使表面奥氏体化并立即快冷获得马氏体，以使钢的表面强化的一种特殊淬火工艺。目的：使工件表面获得高硬度和耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲等交变循环载荷或在摩擦、冲击、接触应力大等工作条件下的使用寿命。适用范围：表面淬火主要用于要求表面有高的强度、硬度和耐磨性，而心部应具有足够的强度、塑性和韧性的零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴等。种类：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火、激光加热表面淬火及电解液加热表面淬火等。返回第60页,共97页，2024年2月25日，星期天(一)感应加热表面淬火感应加热表面淬火是指利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火工艺。1．感应加热表面淬火的基本原理将工件放入铜管制成的感应器(线圈）中，感应器通入一定频率的交流电，以产生交变磁场，于是在工件中产生同频率的感应电流，此电流在工件内自成回路，故称为“涡流”。“涡流”在工件截面上分布是不均匀的，表面密度大，心部密度小，电流频率越高，“涡流”集中的表面层越薄，称此现象为“集肤效应”。“集肤效应”可使工件表面层迅速被加热到淬火温度，而心部温度仍接近于室温，在随即喷水快冷后，工件表面层被淬硬。返回第61页,共97页，2024年2月25日，星期天2．感应加热表面淬火的特点（1）感应加热表面淬火的加热速度极快(一般仅需几秒～几十秒)，加热温度高(高频感应淬火为AC3以上100～200℃)。奥氏体晶粒均匀细小，且不易长大，淬火后表面层得到细小马氏体，硬度比普通淬火高2～3HRC，且脆性较低，而心部仍保持原来的退火、正火或调质组织，塑性、韧性较好；（2）因马氏体体积膨胀，工件表面层产生残余压应力，疲劳强度可提高20%～30%；（3）工件表面层不易氧化和脱碳，变形小，淬硬层深度易控制，易实现机械化和自动化，生产率高。（4）感应加热设备昂贵，维修、调整比较困难，形状复杂的工件不易制造感应器，且不适于单件生产。返回第62页,共97页，2024年2月25日，星期天3、种类所用电流频率不同，感应加热表面淬火分为以下三种：(1)高频感应加热表面淬火

常用频率为200～300kHz，淬硬层深度为0.5～2mm。适用于淬硬层较薄的中、小模数齿轮和中、小尺寸的轴类零件等。(2)中频感应加热表面淬火

常用频率为2500～8000Hz，淬硬层深度为2～10mm。适用于大、中模数齿轮和较大直径轴类零件等。(3)工频感应加热表面淬火

电流频率50Hz，淬硬层深度为10～20mm。适用于大直径轧辊、火车车轮等零件的表面淬火和穿透加热。返回第63页,共97页，2024年2月25日，星期天4．感应加热表面淬火的介质及应用淬火的介质：（1）中碳钢淬火剂用水；（2）合金钢可用聚乙烯醇水溶性淬火剂，如用油淬火，以埋入油中淬火较为安全，喷油很易着火应用：（1）用于中碳钢(如45钢)和中碳合金钢(如40Cr、40MnB等)

制造的中小型工件的成批生产。（2）可用于高碳工具钢、低合金工具钢和铸铁等工件。返回第64页,共97页，2024年2月25日，星期天5、注意事项（1）淬火时工件表面加热深度主要取决于电流频率，频率愈高，电流透入深度愈浅，工件表层淬硬层愈薄。生产上可通过选择不同的电流频率来达到不同要求的淬硬层深度。（2）为保证零件心部有良好的强韧性，并使淬火表面获得均匀的高硬度和耐磨性，通常表面淬火前进行正火或调质。（3）为降低淬火应力和脆性，感应加热表面淬火后需要进行低温回火，但回火温度比普通低温回火温度稍低。生产中有时采用自回火法，即当工件淬火冷至200℃左右时，停止喷水，利用工件中的余热达到回火的目的。（4）感应器一般用方形或圆形紫铜管制成，感应器与工件表面间隙一般为1.5～3.0mm。为避免感应器与工件不同心造成加热不均匀，工件在加热时以能旋转为宜。（5）在加热过程中，应注意工件不能与感应器接触，否则有产生局部烧毁的危险。（6）感应器内部应通冷却水，感应器下面常带有一个喷水套，其表面开有小孔以喷水冷却实现淬火。返回第65页,共97页，2024年2月25日，星期天(二)火焰加热表面淬火1、原理利用氧—乙炔火焰(最高温度达3000℃)或其它可燃气火焰使工件表层快速加热，并随后喷水冷却的表面淬火方法。加热层的温度和深度通过调节火焰喷嘴移动速度、喷嘴与工件距离、喷嘴与冷却水的距离来控制。火焰加热表面淬火的淬硬层深度一般为2～6mm，若淬硬层过深，往往使工件表面严重过热，产生变形与裂纹。2、特点：火焰加热表面淬火操作简便，设备简单，成本低，灵活性大。但加热温度不易控制，工件表面易过热，质量不稳定。3、适用范围：单件小批生产，以及大型工件(如大模数齿轮、大轴轴颈等)的表面淬火。返回第66页,共97页，2024年2月25日，星期天二、化学热处理原理：化学热处理是将工件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺方法。种类及应用：通常以渗入元素来命名，如渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硅、渗金属及多元共渗等。由于渗入元素的不同，工件表面处理后获得的性能也不同。渗碳、渗氮、碳氮共渗是以提高工件表面硬度和耐磨性为主；渗金属的主要目的是提高耐腐蚀性和抗氧化性等。化学热处理的三个基本过程：分解：即渗入活性介质在一定温度下通过化学反应进行分解，形成渗入元素的活性原子；吸收：渗入元素的活性原子被工件表面吸收，吸收的方式有两种，即活性原子溶入钢的固溶体中，或与钢中某种元素形成化合物；扩散：被吸收的活性原子由工件表面逐渐向内部扩散，形成一定深度的渗层。返回第67页,共97页，2024年2月25日，星期天(一)钢的渗碳：渗碳是将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入工件表层，以提高表层的含碳量并在其中形成一定的碳含量梯度的化学热处理工艺。渗碳的目的：提高工件表层硬度和耐磨性，并保持心部良好的韧性。为此，渗碳后应进行淬火和低温回火。适用范围：用于承受较大冲击载荷和在严重磨损条件下工作的零件，如汽车齿轮、套筒等。渗碳用钢：低碳钢和低碳合金钢。主要牌号有15、20、20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。渗碳种类：按渗碳时介质的物理状态不同，渗碳工艺可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，常用的是前两种，尤其是气体渗碳应用最广泛。(电梯)返回第68页,共97页，2024年2月25日，星期天1．气体渗碳