热处理原理与工艺xp解析课件.ppt

1、热处理原理与工艺河北工业大学河北工业大学 教授教授材料科学系材料科学系 主任主任 武建军武建军 博士博士热处理原理与工艺河北工业大学 教授热处理工艺n材料材料的的组织和性能受成分、加工工艺的组织和性能受成分、加工工艺的影响，改善钢的性能主要有合金化、热影响，改善钢的性能主要有合金化、热处理、塑性变形等途径处理、塑性变形等途径。n热处理是将固态金属或合金在一定介质热处理是将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，中加热、保温和冷却，改变材料的组织结构，从而获得所需性能的加工工艺。，从而获得所需性能的加工工艺。比较重要的部件一般都需要进行热处理，比较重要的部件一般都需要进行热处理，比如汽车、拖

2、拉机工业中比如汽车、拖拉机工业中70 80%的的零件、工具模具等都需要进行热处理。零件、工具模具等都需要进行热处理。热处理工艺材料的组织和性能受成分、加工工艺的影响，改善钢的考试大纲要求n掌握钢的热处理原理掌握钢的热处理原理n掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸铁、有色金属）热处理工艺的知识与技铁、有色金属）热处理工艺的知识与技能能n能够分析现场出现的一般工艺问题能够分析现场出现的一般工艺问题考试大纲要求掌握钢的热处理原理1 钢的热处理原理n钢在加热时的转变钢在加热时的转变n钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变n回火转变回火转变1 钢的热处理原理钢在加热时的转变1.

3、1 钢在加热时的组织转变n加热是热处理的第一步，加热是热处理的第一步，加热温度依据加热温度依据相图和热处理目的而定。相图和热处理目的而定。n(钢钢)加热一般是为了获得晶粒细小、适当加热一般是为了获得晶粒细小、适当成分的奥氏体成分的奥氏体n加热以后得到的组织接近平衡组织加热以后得到的组织接近平衡组织基本上可以根据相图来确定。基本上可以根据相图来确定。1.1 钢在加热时的组织转变加热是热处理的第一步，加热温度依 1.1.1 钢的临界温度由由PA的开始温的开始温度线度线是常数吗？是常数吗？1.1.1 钢的临界温度A 1、A 3、A c m为相图上的平衡1.1.2 奥氏体的形成n奥氏体的形成是形核长大

4、过程。奥氏体的形成是形核长大过程。n共析钢的原始组织为共析钢的原始组织为P P，当加热到当加热到A Aclcl以上温度时，发生以上温度时，发生P P转变。转变。n在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。在转变过程中要发生晶格改组和碳原子的重新分布。包括如下四个基本环节包括如下四个基本环节奥氏体形核奥氏体形核 奥氏体长大奥氏体长大 残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 奥氏体均匀化奥氏体均匀化1.1.2 奥氏体的形成奥氏体的形成是形核长大过程。奥氏体形n对于非共析钢，在继对于非共析钢，在继续升温时，先共析产续升温时，先共析产物也会转化为物也会转化为A；n加热温度不同时，得加热温度不同时，得到的

5、组织、奥氏体的到的组织、奥氏体的组成（含碳量）不同；组成（含碳量）不同；n完全奥氏体化后，合完全奥氏体化后，合金成分与奥氏体相同金成分与奥氏体相同对于非共析钢，在继续升温时，先共析产物也会转化为A；1.1.3 影响奥氏体化速度的因素n加热条件：温度高，速度快；加热条件：温度高，速度快；速度快速度快?n合金成分合金成分nC含量高-相界面积大-A形核率高；n合金元素影响相图、C等的扩散、碳化物稳定性等；n原始组织原始组织n细小，碳化物分散度大，A形成容易；n片比球界面积更大；1.1.3 影响奥氏体化速度的因素加热条件：温度高，速度快；1.1.4 奥氏体的晶粒度n奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。

6、奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。在在100X时，时，1 in2内晶粒个数内晶粒个数n与晶粒度与晶粒度等级等级G之间符合之间符合n=2G-1.n冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分为为8级。级。1级最粗级最粗，8级最细（可拓展）。级最细（可拓展）。n起始晶粒度：奥氏体化刚完成时起始晶粒度：奥氏体化刚完成时n实际晶粒度：实际加热条件下实际晶粒度：实际加热条件下n本质晶粒度：规定加热条件下本质晶粒度：规定加热条件下1.1.4 奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小本质晶粒度的测定方法：本质晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时小时(100示意图示意

7、图)本质粗本质粗本质细本质细本质晶粒度的测定方法：9 3 0 1 0 保温3 8 小时(1 0 0 n实际晶粒度与本质晶实际晶粒度与本质晶粒度、加热条件有关。粒度、加热条件有关。n本质细晶粒钢，加热本质细晶粒钢，加热温度超过温度超过950可能可能得到粗大晶粒；得到粗大晶粒；n本质粗晶粒钢，加热本质粗晶粒钢，加热温度较低时，可能得温度较低时，可能得到很细的晶粒。到很细的晶粒。n实际用途？实际用途？实际晶粒度与本质晶粒度、加热条件有关。影响奥氏体晶粒大小的因素n加热条件加热条件n加热温度越高和保温时间越长，加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。其中晶粒越粗。其中加热温度是主要因素加热温度是主要因

8、素n加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒n化学成分化学成分n随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散速度原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。n强碳化物元素强碳化物元素Nb、Ti等元素碳化物不易溶解、阻止等元素碳化物不易溶解、阻止C扩散等原因强烈阻止扩散等原因强烈阻止A晶粒粗化，可细化晶粒晶粒粗化，可细化晶粒nMn，P，O等促进晶粒长大（界面能）等促进晶粒长大（界面能）影响奥氏体晶粒大小的因素加热条件1.2 钢在冷却时的组织转变n实际生产当中冷却速度较快，转变在较实际生产当中冷却

9、速度较快，转变在较大过冷度下进行，不能用相图来分析。大过冷度下进行，不能用相图来分析。n转变的方式通常有两种转变的方式通常有两种连续冷却时 间保 温 时 间保 温温度等温冷却临界点加热1.2 钢在冷却时的组织转变实际生产当中冷却速度较快，转变在1.2.1 过冷奥氏体的等温转变n共析钢的共析钢的TTT曲线（曲线（C，S曲线）曲线）n转变温度不同，产物不同，性能不同转变温度不同，产物不同，性能不同1101001000100001000001000000-1000100200300400500600700800AB下贝 氏体 5060 HRC上贝 氏体 4045 HRC细珠光体 3040 HRC 温

10、度/oC时 间/sA1Mf奥 氏体粗珠光体 520 HRC马氏体+残余奥 氏体 6065 HRCMs过冷A区AP1.2.1 过冷奥氏体的等温转变共析钢的T T T 曲线（C，S 曲高温转变产物珠光体类型n珠光体珠光体2500 索氏体索氏体5000 屈氏体屈氏体5000 组织名称符号形成温度/片层间距/m硬度能分辨片层的放大倍数珠光体PA16500.4170230 HBS1000屈氏体T6005002000高温转变产物珠光体类型组织名称符号形成温度/片层间距/珠光体类型组织的性能n珠光体的片层间距珠光体的片层间距=F和和Fe3C片的厚度之片的厚度之和；和；n珠光体的片层间距取决于冷却速度；珠光体

11、的片层间距取决于冷却速度；n珠光体的片层间距越小，珠光体的片层间距越小，P的力学性能越的力学性能越好。好。n与片状珠光体相比，粒状与片状珠光体相比，粒状P的强度硬度较的强度硬度较低，但是塑性韧性较好。低，但是塑性韧性较好。珠光体类型组织的性能珠光体的片层间距=F 和F e 3 C 片的厚度之低温转变产物马氏体n马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。n很强的固溶强化效应，同时很强的固溶强化效应，同时M M内又存在大内又存在大量晶体缺陷，具有很高的强度和硬度。量晶体缺陷，具有很高的强度和硬度。低温转变产

12、物马氏体马氏体是碳在-F e 中的过饱和固溶体。马马氏体的性能nM的强度、硬度较高。强化机制：固溶的强度、硬度较高。强化机制：固溶强化、相变（亚结构）强化及时效强化。强化、相变（亚结构）强化及时效强化。nM M的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性也越低。也越低。nM的塑性和韧性主要取决于其亚结构。的塑性和韧性主要取决于其亚结构。n位错马氏体：高强度、良好的韧性，脆性转变温度低，缺口敏感性小；n孪晶马氏体：硬而脆(本质、速率，方向)。马氏体的性能M的强度、硬度较高。强化机制：固溶强化、相变（亚中温

13、转变产物贝氏体n两相混合物两相混合物(过饱和过饱和F,粒状碳化物粒状碳化物)n与与M相比，上贝氏体强度低，不用。下相比，上贝氏体强度低，不用。下贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好。贝氏体强度硬度较高、塑性韧性好。中温转变产物贝氏体两相混合物(过饱和F,粒状碳化物)粒状贝氏体n形成时：由块状的铁素体形成时：由块状的铁素体 和高碳岛状奥和高碳岛状奥氏体组成；氏体组成；n岛状奥氏体在随后的冷却过程中转变成岛状奥氏体在随后的冷却过程中转变成黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体的形式存在。的形式存在。粒状贝氏体形成时：由块状的铁素体和高碳岛状奥氏体组成；亚共析钢和过共析钢的亚

14、共析钢和过共析钢的C曲线曲线n亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线n渐近线亚共析钢和过共析钢的C 曲线亚共析钢和过共析钢的T T T 曲线和共魏氏组织n魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的具有几何学特征的冷却转变组织，具有几何学特征的冷却转变组织，德国德国魏德曼施泰登魏德曼施泰登(AJWidmannstatten)首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。它是一种先共析转变组织。它是一种先共析转变组织。n铁素体魏氏组织呈针（片

15、）状，魏氏组铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组织与母相之间保持严格的晶体学关系，织与母相之间保持严格的晶体学关系，并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。魏氏组织魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的具有几何学特征的冷n先共析组织量大，奥氏体晶粒粗大，冷速或温先共析组织量大，奥氏体晶粒粗大，冷速或温度适当时容易出现魏氏组织度适当时容易出现魏氏组织n铸、锻、焊低中碳钢零件和低碳钢渗碳零件经铸、锻、焊低中碳钢零件和低碳钢渗碳零件经空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织n对一般低、中碳钢来说，不论奥氏体晶粒粗细，对一般低、中碳钢来

16、说，不论奥氏体晶粒粗细，只要冷却速度或者等温温度适宜应该都会有魏只要冷却速度或者等温温度适宜应该都会有魏氏组织出现的可能。当然，奥氏体晶粒粗大时，氏组织出现的可能。当然，奥氏体晶粒粗大时，出现这种组织所对应的钢的碳含量范围要宽些，出现这种组织所对应的钢的碳含量范围要宽些，而且在较慢的冷速下就能形成。而且在较慢的冷速下就能形成。先共析组织量大，奥氏体晶粒粗大，冷速或温度适当时容易出现魏氏n在在GB/T13299钢的显微组织评定方法钢的显微组织评定方法中中,根据针状根据针状铁素体数量、形状以及由铁素体网确定的奥氏体晶粒铁素体数量、形状以及由铁素体网确定的奥氏体晶粒的大小，魏氏组织分为的大小，魏氏组

17、织分为6级级n对于碳含量在对于碳含量在0.15-0.30%之间的钢种，其各个级别的之间的钢种，其各个级别的魏氏组织的特征描述如下：魏氏组织的特征描述如下：n0级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；n1级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；n2级：呈现个别针状组织区；级：呈现个别针状组织区；n3级：由铁素体网向晶内生长，分布于晶粒内部的细针级：由铁素体网向晶内生长，分布于晶粒内部的细针状魏氏组织；状魏氏组织；n4级：明显的魏氏组织；级：明显的魏氏组织；n5级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏

18、氏组织。级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。在G B/T 1 3 2 9 9 钢的显微组织评定方法中,根据针状铁素n魏氏组织由于魏氏组织由于粗大的魏氏组织对珠光体基体的粗大的魏氏组织对珠光体基体的割裂作用，割裂作用，一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大,从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。n消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；程度严重的工件可采用二次正火（较高温度程度严重的工件可采用二次正火（较高温度+较低温度）。较低温度）。n淬火淬火+回火也能消除魏氏组织。回火也能消除魏氏组织。

19、n控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现魏氏组织魏氏组织魏氏组织由于粗大的魏氏组织对珠光体基体的割裂作用，一般都伴随1.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变nCCT曲线在TTT的右下方；n（碳素钢中）共析钢和过共析钢的连续冷却无贝氏体转变；n上、下临界冷却速度，工艺应用1.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变C C T 曲线在T T T 的右下CCT曲线举例曲线举例45钢的钢的CCT曲线曲线T10钢的钢的CCT曲线曲线C C T 曲线举例4 5 钢的C C T 曲线T 1 0 钢的C C T 曲线思考题分别以v1、v2、v3、v4的冷速进行冷却，各获得何种组织

20、？思考题分别以v 1、v 2、v 3、v 4 的冷速进行冷却，各获得何种1.2.3 影响C曲线的因素n奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无第二相第二相C曲线曲线。和以下因素有关：和以下因素有关：n钢的化学成分钢的化学成分n正常加热条件下，共析钢的C曲线最右；n除Co以外，常用元素均使其右移；n一些碳化物形成元素还改变C曲线形状n加热温度与时间加热温度与时间n原始组织：细，原始组织：细，A均匀，均匀，C曲线右移，曲线右移，Ms 1.2.3 影响C 曲线的因素奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大1.3 淬火钢在回火时的变化n淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于

21、原子活动能力增强，发生如下转变n（温度对应于碳钢，典型时间）n(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;n(2)马氏体分解:在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M 100250析出 -Fe2.4C；250400之间，-Fe2.4C溶解并重新析出Fe3C。1.3 淬火钢在回火时的变化淬火后钢处于不稳定状态，加热时由n(3)残余奥氏体的转变:按 C曲线进行n例如高碳钢在例如高碳钢在200300回火加热、保回火加热、保温或降温过程中，温或降温过程中，AM或或B组织组织n(4)F的回复与再结晶及碳化物的聚集长大n当T 400时，M

22、中的碳原子全部脱溶，变成F，但是保持M外形和缺陷。Tn当T 600时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长大并粗化。Sn温度碳钢，几小时温度碳钢，几小时(3)残余奥氏体的转变:按 C 曲线进行淬火钢在回火时性能的变化淬火钢在回火时性能的变化n一般来说，淬火钢在回火时随着回火温度升高或时间延长，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高淬火钢在回火时性能的变化一般来说，淬火钢在回火时随着回火温度45钢的回火温度与力学性能4 5 钢的回火温度与力学性能 钢的回火脆性回火脆性回火脆性：淬火钢在淬火钢在某一回火温度范围某一回火温度范围内，随着回火的升内，随着回火的升高，使钢的冲击韧高，使钢的冲击韧性下降（脆性

23、增大）性下降（脆性增大）的现象称为回火脆的现象称为回火脆性。性。钢的回火脆性回火脆性：淬火钢在某一回火温度范围内，随着回火n第类回火脆性（低温回火脆性）：250400 原因是由于沿马氏体条间析出Fe3C所致。n避免在此温度区间回火。重新淬火避免在此温度区间回火。重新淬火n第类回火脆性（高温回火脆性）：含有Ni、Cr、Mn等元素的合金钢在450650回火后缓慢冷却时表现韧性降低。脆性为可逆性。n回火回火后快冷可防止或予以消除。合金元素后快冷可防止或予以消除。合金元素Mo可减可减轻第轻第类回火脆性。类回火脆性。第类回火脆性（低温回火脆性）：2 5 0 4 0 0 原因是2 整体热处理工艺n正火与退

24、火正火与退火n淬火淬火n回火回火2 整体热处理工艺正火与退火2.1 钢的退火和正火n毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等n缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高等等n退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、切削切削(粗粗)加工之前，用以消除前一工序所带来加工之前，用以消除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。的某些缺陷，

25、为随后的工序作准备。n对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件，对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件，退火和正火也可以作为最终热处理工序。退火和正火也可以作为最终热处理工序。2.1 钢的退火和正火毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等2.1.1 退火和正火的目的n改变性能、组织为目标，如改变性能、组织为目标，如n调整硬度（经常是软化）以便进行调整硬度（经常是软化）以便进行后续后续加工；加工；n经过适当退火或正火处理可使钢件的硬度达到170-250HBS，而且比较均匀，从而改善钢件的切削加工性能，如球化退火、完全退火等。n冷拉之间再结晶退火消除加工硬化n消除残余应力，以防变形、开裂；消除残余应力，以

26、防变形、开裂；n细化晶粒，改善组织以提高细化晶粒，改善组织以提高力学力学性能；性能；n为最终热处理为最终热处理(淬火回火淬火回火)作好组织上的准备，作好组织上的准备，如球化退火。如球化退火。2.1.1 退火和正火的目的改变性能、组织为目标，如2.1.2 钢的退火操作及应用n退火是通过将金属加热、保温，使金属退火是通过将金属加热、保温，使金属向（向（）平衡状态转化的工艺过程。）平衡状态转化的工艺过程。n分类方法乱，交叉分类方法乱，交叉n按用途按用途:、球化退火、扩散退火和去应力球化退火、扩散退火和去应力退火等退火等;按按加热温度：加热温度：完全退火、不完全完全退火、不完全退火退火，按介质：普通空

27、气、真空；按转，按介质：普通空气、真空；按转变条件：连续冷却、变条件：连续冷却、等温、循环退火等温、循环退火等；等；按材料：钢、有色合金等按材料：钢、有色合金等2.1.2 钢的退火操作及应用退火是通过将金属加热、保温，使（1）完全退火n加热温度：TAC3+(3050)n冷却方式：缓冷（炉冷、灰冷、坑冷）至550C后空冷。n组织：接近平衡组织（F+P）n应用：适用于亚共析钢铸、锻、焊件。如ZG35铸造齿轮。（1）完全退火加热温度：T A C 3+(3 0 5 0)（2）不完全退火n加热至加热至Ac1Ac3(Accm)之间，然后缓慢冷之间，然后缓慢冷却的退火方法；却的退火方法；n目的：软化、消除应

28、力、改善加工性能目的：软化、消除应力、改善加工性能n主要用于过共析钢，消除锻轧应力、降主要用于过共析钢，消除锻轧应力、降低硬度、提高韧性，低硬度、提高韧性，但是不能消除网状但是不能消除网状！n用于亚共析钢消除锻轧应力、降低硬度用于亚共析钢消除锻轧应力、降低硬度可以降低成本可以降低成本n球化？球化？（2）不完全退火加热至A c 1 A c 3(A c c m)之间，然后缓（3）球化退火n加热温度：加热温度：TAC1+(2030)n冷却方式：缓冷、等冷却方式：缓冷、等温或循环温或循环n组织：球状组织：球状P球状球状P的强度、硬度的强度、硬度稍低，塑性韧性好稍低，塑性韧性好（3）球化退火加热温度：T

29、 A C 1+(2 0 3 0)球状P 的球化退火工艺球化退火工艺球化退火工艺路线球化退火工艺路线球化退火工艺球化退火工艺路线球化退火的应用n任何钢种都可以采用；任何钢种都可以采用；n球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于切削加工；切削加工；n为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂倾向倾向n如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火进行球化（进行球化（111）球化退火的应用任何钢种都可以采用；（4）扩散退火）扩散退火n加热至固相线以下较高温度，长时间保加热至固相线以下较高温

30、度，长时间保温，消除枝晶偏析。温，消除枝晶偏析。n适用于钢铁、有色合金等，如适用于钢铁、有色合金等，如亚共析钢：TAc3 +（150300)过共析钢：TAccm+（150300)保温1015h后空冷（4）扩散退火加热至固相线以下较高温度，长时间保温，消除枝晶（5）再结晶退火与去应力退火n较低温度加热（较低温度加热（Ac1)，消除加工硬化或消除加工硬化或宏观应力，如宏观应力，如n500650保温缓冷至200后空冷，消除铸、焊件内应力n200 300 保温缓冷弹簧去应力退火n再结晶温度相变温度，软化加工硬化的金属n适用于所有金属与合金适用于所有金属与合金（5）再结晶退火与去应力退火较低温度加热（A

31、 c 1)，消除加几种退火的加热温度范围几种退火的加热温度范围2.1.3 钢的正火操作及应用n将钢加热到临界温度以上（AC3或Accm）保温一定时间后空冷、获得近平衡组织的工艺（0.4%C，不宜用正火代替调质。3)T12钢中存在连续的网状Fe3C，为提高切削加工性能，先正火消除网Fe3C，再球化退火得到粒状的P，HB。4）一些钢的最终热处理（115）正火工艺及应用亚共析钢中：T A c 3+（3 0 5 0）等温正火工艺举例（116）n合金渗碳钢要求组织与硬度的良好配合合金渗碳钢要求组织与硬度的良好配合n粗F+细片状Pn160180HBSn20CrMnTi得到以上组织性能的连续冷得到以上组织性

32、能的连续冷却工艺却工艺3338/min（难）难）n常用等温正火工艺：装料厚度常用等温正火工艺：装料厚度150mm，加热加热920960，150min；风冷至风冷至620630，25min，出炉。出炉。等温正火工艺举例（1 1 6）合金渗碳钢要求组织与硬度的良好配合2.2 钢的淬火n将钢加热到临界点（Ac3或Ac1）以上，保温后快速冷却得到马氏体或贝氏体组织的工艺过程。n淬火的目的：提高强度、硬度、耐磨性2.2 钢的淬火将钢加热到临界点（A c 3 或A c 1）以上，保温2.2.1 加热参数的选择nB和和M均为均为A的转变产物，为了获得这些的转变产物，为了获得这些组织，首先要加热获得组织，首先

33、要加热获得A。n加热的目的：获得适当成分、晶粒细小加热的目的：获得适当成分、晶粒细小的奥氏体的奥氏体n加热温度（淬火温度）、保温时间都是加热温度（淬火温度）、保温时间都是以以上目的为依据的，同时考虑以以上目的为依据的，同时考虑n能源及设备消耗、n零件氧化脱碳，变形，晶粒长大2.2.1 加热参数的选择B 和M均为A 的转变产物，为了获得这淬火温度的选择n亚共析钢:Ac3（3050）n共、过共析钢:Ac1（3050）n组织？n合金钢可适当提高n原因淬火温度的选择亚共析钢:A c 3 （3 0 5 0）保温时间的选择n保温是加热的继续，目的相同保温是加热的继续，目的相同n因为碳钢奥氏体转变所需的时间

34、较短，因为碳钢奥氏体转变所需的时间较短，热导率较大，保温至整个零件达到淬火热导率较大，保温至整个零件达到淬火温度温度(经常目测经常目测)即可；即可；n合金元素扩散较慢，而且可能影响碳化合金元素扩散较慢，而且可能影响碳化物的溶解物的溶解和和C的扩散，合金钢可以适当延的扩散，合金钢可以适当延长保温时间。长保温时间。n按装炉量、工件尺寸、材料种类估算按装炉量、工件尺寸、材料种类估算保温时间的选择保温是加热的继续，目的相同加热时间的估算（117-118）n=K DnK=11.3 装炉修正系数；n加热系数，与加热温度、介质有关；nD工件有效厚度n工件的有效厚度工件的有效厚度n圆棒的直径；阶梯轴按大端尺寸

35、计算；n扁平工件的厚度n实心圆椎：离大端1/3高度处的直径；n其余见118页。加热时间的估算（1 1 7-1 1 8）=K D2.2.2 钢的淬透性与淬硬性n一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却较快，心部冷却较慢较快，心部冷却较慢 。不同位置转变产不同位置转变产物不同物不同n钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的能力。能力。2.2.2 钢的淬透性与淬硬性一定尺寸的工件，淬火时工件表面n淬透性通常用规定条件淬透性通常用规定条件(试样形状、尺试样形状、尺寸、冷却条件等）

36、下的淬硬层深度表寸、冷却条件等）下的淬硬层深度表示，淬硬层深度越深，表明其淬透性示，淬硬层深度越深，表明其淬透性越好。越好。n临界直径临界直径n端淬实验端淬实验,JonomyJonomy曲线曲线淬透性通常用规定条件(试样形状、尺寸、冷却条件等）下的淬硬层n钢的淬透性取决于过冷奥氏体的稳定钢的淬透性取决于过冷奥氏体的稳定性性nC曲线靠右的钢（上临界冷却速度较曲线靠右的钢（上临界冷却速度较小），淬透性较好小），淬透性较好n淬透性与钢材成分、原始状态及加热淬透性与钢材成分、原始状态及加热条件有关，而与工件尺寸、淬火介质条件有关，而与工件尺寸、淬火介质无关无关 n在尺寸、形状、冷却条件均相同时，在尺寸

37、、形状、冷却条件均相同时，淬透性大的钢，淬透层深度越深。淬透性大的钢，淬透层深度越深。钢的淬透性取决于过冷奥氏体的稳定性淬透性是选材制定工艺的依据n淬透性是选材和制定热处理工艺的重要淬透性是选材和制定热处理工艺的重要依据。如依据。如n截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、对心部性能要求高较高淬透性材料对心部性能要求高较高淬透性材料n对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的1/31/31/21/2）的钢。）的钢。n为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆为了防止焊件变形和裂

38、纹、强力冲击脆断，材料的淬透性不能太好。断，材料的淬透性不能太好。淬透性是选材制定工艺的依据淬透性是选材和制定热处理工艺的重要n不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直径零件淬硬层较薄；径零件淬硬层较薄；n根据工件的淬透性优化热处理工艺根据工件的淬透性优化热处理工艺。如如正火代替调质量正火代替调质量n安排工艺路线考虑淬透性；安排工艺路线考虑淬透性；不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直径零件淬硬层较薄；淬硬性n钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的淬硬性。度称为钢的淬硬性。n钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含钢的淬硬性主要取决于马氏体中

39、的碳含量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。含量越高，淬硬性越好。淬硬性钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的淬硬性。2.2.3 常用淬火冷却介质与淬火方法常用淬火冷却介质与淬火方法n淬火介质与方法的淬火介质与方法的选择要考虑两方面选择要考虑两方面的因素的因素n避免奥氏体分解，满足性能要求n降低淬火应力，减小变形、防止开裂n理想介质的冷却特理想介质的冷却特性如图性如图 理想冷却速度理想冷却速度2.2.3 常用淬火冷却介质与淬火方法淬火介质与方法的选择要常用淬火介质常用淬火介质n水，（水，（5-15%）盐水，碱水）盐水，碱水n冷却速度快n

40、10-20号机油号机油n冷却速度较慢n硝盐浴（硝盐浴（50%KNO3,50%NaNO2）等等温淬火，分级淬火温淬火，分级淬火常用淬火介质水，（5-1 5%）盐水，碱水常用淬火方法（118）n单液淬火：一种介质冷却到底。如碳钢单液淬火：一种介质冷却到底。如碳钢在水中、合金钢在油中，高速钢在空气。在水中、合金钢在油中，高速钢在空气。n为了减小淬火应力，可以采用为了减小淬火应力，可以采用n双液淬火：如水淬油冷、油淬空冷n分级淬火：在Ms以上等温均温后冷却n等温淬火：得到Bn冷处理：淬火的继续冷处理：淬火的继续常用淬火方法（1 1 8）单液淬火：一种介质冷却到底。如碳钢在水冷却操作方法（119）n复杂

41、零件，预冷可减小变形；复杂零件，预冷可减小变形；n淬火方向淬火方向n轴类，套筒垂直入水；n长板，横向侧面入水；n凹面，槽口向上；n截面相差较大时，大头先入水等n不摆动或只沿着淬入方向直线运动，可不摆动或只沿着淬入方向直线运动，可减小变形；减小变形；冷却操作方法（1 1 9）复杂零件，预冷可减小变形；淬火应用实例（120）n临界直径的零件容易开裂，如临界直径的零件容易开裂，如 5-11的的45钢零件水淬。尤其是钢零件水淬。尤其是 6-9最容易开裂。最容易开裂。n裂纹起源于最先入水的部位或缺陷处。裂纹起源于最先入水的部位或缺陷处。n避免危险尺寸；n改进工艺n改变淬火介质淬火应用实例（1 2 0）临

42、界直径的零件容易开裂，如5-1 1 的2.3 钢的回火 2.3.1 回火的目的n淬火钢内应力较大、组织不稳定、塑性淬火钢内应力较大、组织不稳定、塑性和韧性较低，必须进行回火。和韧性较低，必须进行回火。n回火是将淬火钢加热到回火是将淬火钢加热到A Ac1c1以下某一温度，以下某一温度，经保温适当时间后冷却到室温的热处理经保温适当时间后冷却到室温的热处理工艺。工艺。n回火可以减小淬火内应力，稳定工件组回火可以减小淬火内应力，稳定工件组织和形状尺寸，提高零件的塑性和韧性织和形状尺寸，提高零件的塑性和韧性。2.3 钢的回火 2.3.1 回火的目的淬火钢内应力较大、2.3.2 回火的分类和应用n根据回火

43、时发生的转变，回火分为三类根据回火时发生的转变，回火分为三类n低温回火：发生马氏体分解，产物为回低温回火：发生马氏体分解，产物为回火马氏体火马氏体M；n中温回火：碳化物没有过分聚集长大，中温回火：碳化物没有过分聚集长大，F没有再结晶，产物为回火屈氏体没有再结晶，产物为回火屈氏体T(F+点状点状Fe3C)；n高温回火：产物为回火索氏体高温回火：产物为回火索氏体S(F+球球状状的的Fe3C)2.3.2 回火的分类和应用根据回火时发生的转变，回火分为三低温回火温度：（碳钢在150250C）组织：M+粒Fe3C性能：高硬度、较高强度，塑性及韧性较差，耐磨性好（如高碳钢达5864HRC）。应用：用于工模

44、具，轴承、齿轮等。低温回火温度：（碳钢在1 5 0 2 5 0 C）中温回火n温度：（碳钢温度：（碳钢350500）n组织：组织：回火屈氏体（T回），微细粒状碳化物弥散分布在F基体上 n性能特点：性能特点：高弹性极限及屈服极限，一定的韧性，硬度3545 HRC n应用：应用：各种弹簧。如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85钢。中温回火温度：（碳钢3 5 0 5 0 0 ）高温回火n温度温度 （碳钢碳钢500650）n组织：组织：回火索氏体（S），粒状碳化物分布在F基体上 n性能特点：性能特点：较高的强度和硬度（HB200350），良好的塑性和韧性。即具有良好的综合机械性能，参考点？n应用：应用：各种轴类、连杆、螺栓等。如：45、40Cr、40CrNiMo钢等。n调质处理 淬火高温回火 高温回火温度 （碳钢5 0 0 6 5 0 ）45钢（钢（2040mm）调质和正火组织及机械性能比较调质和正火组织及机械性能比较由此表可以看出：由此表可以看出：45钢钢调质处理的性能比正火调质处理的性能比正火后性能综合机械性能好。后性能综合机械性能好。4 5 钢（2 0 4 0 mm）调质和正火组织及机械性能比较由此