黄科院金属材料及热处理课件项目5 钢的整体热处理

项目五钢的整体热处理黄河科技学院材料成型教研室【内容简介】

本项目主要介绍钢在整体热处理中各处理方法的目的，具体热处理的工艺和应用。

【学习目标】(1)了解整体热处理的工艺过程；

(2)掌握退火、正火、淬火、回火目的、特点及应用。黄河科技学院材料成型教研室冶炼→铸造

↑工艺性能预备热处理↑使用性能最终热处理铸锭板棒型管焊接机加工冷轧冷拔深冲锻件铸件机加工零件或构件热轧→热锻→金属材料加工过程：热处理工艺是指通过加热、保温和冷却来改变材料内部组织和结构，以获得所需性能的方法。分为退火、正火、淬火、回火及化学热处理等。黄河科技学院材料成型教研室二、退火的方法与应用根据钢的成分和目的不同，退火又分为完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和去应力退火等。1.完全退火和不完全退火

完全退火又称重结晶退火。将亚共析钢加热至Ac3以上30~50℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却(或随炉冷却至500~600℃以下后空冷)，从而获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为完全退火。§5.1钢的退火将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为退火。一、退火的目的1.降低钢件的硬度以利于切削加工；2.消除残余应力，以防钢件变形与开裂；3.细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做准备。黄河科技学院材料成型教研室完全退火的目的为：消除铸、锻件中存在的内应力，细化晶粒，降低硬度，便于切削加工。完全退火只适用于亚共析钢，不适用于过共析钢。适用范围亚共析钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理(切削加工前或热处理前的预备热处理)。

不完全退火是将亚共析钢在Ac1~Ac3之间或过共析钢在Ac1~Accm之间两相区加热，保温足够时间后缓慢冷却的热处理工艺。不完全退火的目的是：改善珠光体组织，消除内应力，降低硬度以便切削加工。亚共析钢不完全退火的温度一般为740~780℃，其优点是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。黄河科技学院材料成型教研室2.等温退火将钢件加热至Ac3+(30~50)℃(亚共析钢)或Ac1+(20~40)℃(共析钢和过共析钢)，保温一定时间后冷却到稍低于Ar1某一温度进行等温转变，以而获得珠光体组织，然后空冷却的工艺方法称为等温退火。等温退火的目的与完全退火相同，能获得均匀的预期组织，可有效缩短退火时间。生产中常用等温退火来代替完全退火。3.球化退火

球化退火是将过共析钢加热到Ac1+(10~20)℃,保温一定时间后以适当的方式冷却使钢中的碳化物由片状变为球状，并均匀分布在铁素体基体上的热处理工艺。主要用于过共析钢及共析钢的锻轧件，是一种不完全退火。球化退火的目的是：由片状珠光体变为粒状珠光体，可降低钢的硬度、改善切削加工性，改善组织、提高塑性。黄河科技学院材料成型教研室图5-1

GCr15轴承钢球化退火工艺曲线黄河科技学院材料成型教研室4.去应力退火去应力退火是将钢件加热到Ac1以下100~200℃，保温一定时间后缓慢随炉冷却的工艺方法。这种处理可以消除由于变形加工、机械加工、铸造、锻造、热处理及焊接所产生的残余应力。去应力退火温度通常为500~650℃，随炉缓慢冷却至200℃出炉。5.扩散退火(均匀化退火)

扩散退火是把铸锭或铸件加热到Ac3以上150~200℃(通常为1100~1200℃)，保温时间为10~15小时后随炉冷却。主要用于合金钢锭或铸件，使合金元素扩散均匀，以消除或减弱枝晶偏析。扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般还要进行完全退火或正火来细化晶粒。黄河科技学院材料成型教研室正火是将钢加热到Ac3或Acm以上约50~70℃，保温一定时间后，在空气中冷却得到珠光体类组织的热处理工艺。正火和退火的主要区别在于前者冷却速度较快，过冷度较大，通常获得索氏体组织。§5.2钢的正火正火的目的：(1)对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织(如消除魏氏组织或带状组织)，为淬火处理作好组织准备，此时正火相当于退火的效果。(2)低碳钢退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光洁度较差。改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。(3)可以作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理，具有一定的综合力学性能。(4)用于过共析纲，可消除网状二次碳化物，为球化退火作好组织上的准备。黄河科技学院材料成型教研室图5-2退火与正火的加热温度范围示意图黄河科技学院材料成型教研室将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上30~50℃，保温一定时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，得到马氏体等不稳定组织的热处理工艺称为淬火。淬火的主要目的是：把奥氏体化工件淬成马氏体，获得所需要的力学性能。淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是钢的主要强化方法。§5.3钢的淬火黄河科技学院材料成型教研室一、淬火工艺

1.淬火温度的选择淬火温度即钢的奥氏体化温度，原则是获得均匀细小的奥氏体组织。亚共析钢的淬火加热温度为：Ac3+30~50℃；过高会得到粗大的马氏体组织，过低会保留未溶铁素体，使钢的强度硬度下降。过共析钢的淬火加热温度为：Ac1+30~50℃；过高得到粗针状马氏体，引起严重变形，增大开裂倾向；过低则得不到马氏体组织。黄河科技学院材料成型教研室3、淬火冷却介质为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。2.保温时间保温时间是指工件装炉后，炉温升到淬火加热温度后所需保持的时间。保温的目的是：①使工件透热，即工件整个截面都达到规定的淬火加热温度；②完成加热时的转变过程，获得所需成分的细晶粒奥氏体。生产中通常根据加热设备与工件的有效厚度确定。黄河科技学院材料成型教研室钢的理想淬火方式是：只在鼻尖附近快冷，为了减少零件淬火时因快冷产生应力而开裂或变形，在鼻尖以外温度采用缓慢冷却。不过目前生产中还没有找到完全理想的淬火冷却介质。工业上最常用的冷却介质有水和油。水：主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。油：一般用作合金钢和某些小型复杂碳素钢件的淬火。图5-3钢的理想淬火冷却曲线黄河科技学院材料成型教研室二、常用淬火方法图5-4各种淬火方法的冷却曲线示意图(a)单液淬火(b)双液淬火(c)分级淬火(d)等温淬火1.普通淬火(单液)法将淬火零件放入到一种淬火冷却介质中，连续冷却到室温的淬火冷却方式。容易实现机械化、自动化，故广泛应用。2.双液淬火法将工件先在水中淬火，防止工件发生珠光体和贝氏体转变，待工件表面温度接近Ms点时，从水中取出，投入油中冷却，在油冷过程中发生马氏体转变，这种淬火冷却方式称为双液淬火。黄河科技学院材料成型教研室3.分级淬火(热浴淬火)法将奥氏体化后的高温工件迅速投入温度略高于Ms点的盐浴或碱浴中，等温停留一段时间(以不发生贝氏体转变为准)，使工件内外温度均匀，然后取出空冷，这种淬火冷却方式称为分级淬火。优点是应力小，变形小；但由于盐浴或碱浴冷却能力不大，只适宜形状复杂的小零件。4.等温淬火将奥氏体化后的高温工件迅速投入温度略高于Ms点的盐浴中，停留足够时间，使过冷奥氏体等温转变为下贝氏体，然后取出空冷，这种淬火冷却方式称为等温淬火。获得的下贝氏体具有较高的硬度、强度，同时具有良好的塑韧性。黄河科技学院材料成型教研室回火是将淬火钢件加热到临界点Ac1以下的某一温度，保温一段时间(1~3h)，然后以适当方式冷却(通常是空冷)至室温，以获得所需组织和性能的热处理工艺。一、

回火的主要目的(1)降低零件脆性，消除或降低内应力，以防止工件开裂和变形；(2)调整工件的内部组织和性能，以满足工件的使用要求；(3)减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸；(4)改善加工性能。§5.4钢的回火黄河科技学院材料成型教研室二、淬火钢在回火时发生的转变钢淬火后，得到的马氏体和参与奥氏体组织是不稳定的，存在着向稳定组织转变的自发倾向。回火加热可加速这种自发转变过程。回火可分为四个阶段：第一阶段(200℃以下):马氏体分解—回火马氏体；第二阶段(200~300℃):残余奥氏体分解；第三阶段(250~400℃):碳化物的转变—回火托氏体；第四阶段(400℃以上):渗碳体的聚集长大与α相的再结晶—回火索氏体或回火珠光体。黄河科技学院材料成型教研室三、回火种类及应用(1)低温回火在150~250℃之间进行，回火后组织为回火马氏体。目的是在保持高强度、高硬度的前提下，降低钢的淬火内应力，减小其脆性。主要用来处理刀具、量具、冷作模具、滚动轴承和渗碳件等。(2)中温回火在350~500℃之间进行，回火后组织为回火屈氏体。中温回火后具有最高的弹性极限和足够的韧性。主要用来处理各种弹簧，也可用于处理要求高强