鋼的整體熱處理

冶煉→鑄造

↑工藝性能預(yù)備熱處理↑使用性能最終熱處理鑄錠板棒型管焊接機(jī)加工冷軋冷拔深沖鍛件鑄件機(jī)加工零件或構(gòu)件熱軋→熱鍛→金屬材料加工過程：

熱處理工藝是指通過加熱、保溫和冷卻來改變材料內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)，以獲得所需性能的方法。分為退火、正火、淬火、回火及化學(xué)熱處理等。二、退火的方法與應(yīng)用根據(jù)鋼的成分和目的不同，退火又分為完全退火、不完全退火、等溫退火、球化退火和去應(yīng)力退火等。1.完全退火和不完全退火

完全退火又稱重結(jié)晶退火。將亞共析鋼加熱至Ac3以上30~50℃，保溫足夠時(shí)間奧氏體化后，隨爐緩慢冷卻(或隨爐冷卻至500~600℃以下后空冷)，從而獲得接近平衡狀態(tài)的組織，這種熱處理工藝稱為完全退火?！?.1鋼的退火

將鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1以上或以下的一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)的組織，這種熱處理工藝稱為退火。一、退火的目的1.降低鋼件的硬度以利于切削加工；2.消除殘余應(yīng)力，以防鋼件變形與開裂；3.細(xì)化晶粒，改善組織，以提高鋼的力學(xué)性能，并為最終熱處理做準(zhǔn)備。

完全退火的目的為：消除鑄、鍛件中存在的內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒，降低硬度，便于切削加工。完全退火只適用于亞共析鋼，不適用于過共析鋼。適用范圍亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備熱處理(切削加工前或熱處理前的預(yù)備熱處理)。

不完全退火是將亞共析鋼在Ac1~Ac3之間或過共析鋼在Ac1~Accm之間兩相區(qū)加熱，保溫足夠時(shí)間后緩慢冷卻的熱處理工藝。不完全退火的目的是：改善珠光體組織，消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度以便切削加工。亞共析鋼不完全退火的溫度一般為740~780℃，其優(yōu)點(diǎn)是加熱溫度低，操作條件好，節(jié)省燃料和時(shí)間。2.等溫退火將鋼件加熱至Ac3+(30~50)℃(亞共析鋼)或Ac1+(20~40)℃(共析鋼和過共析鋼)，保溫一定時(shí)間后冷卻到稍低于Ar1某一溫度進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，以而獲得珠光體組織，然后空冷卻的工藝方法稱為等溫退火。等溫退火的目的與完全退火相同，能獲得均勻的預(yù)期組織，可有效縮短退火時(shí)間。生產(chǎn)中常用等溫退火來代替完全退火。3.球化退火

球化退火是將過共析鋼加熱到Ac1+(10~20)℃,保溫一定時(shí)間后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s使鋼中的碳化物由片狀變?yōu)榍驙睿⒕鶆蚍植荚阼F素體基體上的熱處理工藝。主要用于過共析鋼及共析鋼的鍛軋件，是一種不完全退火。

球化退火的目的是：由片狀珠光體變?yōu)榱钪楣怏w，可降低鋼的硬度、改善切削加工性，改善組織、提高塑性。圖5-1

GCr15軸承鋼球化退火工藝曲線4.去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火是將鋼件加熱到Ac1以下100~200℃，保溫一定時(shí)間后緩慢隨爐冷卻的工藝方法。這種處理可以消除由于變形加工、機(jī)械加工、鑄造、鍛造、熱處理及焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。去應(yīng)力退火溫度通常為500~650℃，隨爐緩慢冷卻至200℃出爐。5.擴(kuò)散退火(均勻化退火)

擴(kuò)散退火是把鑄錠或鑄件加熱到Ac3以上150~200℃(通常為1100~1200℃)，保溫時(shí)間為10~15小時(shí)后隨爐冷卻。主要用于合金鋼錠或鑄件，使合金元素?cái)U(kuò)散均勻，以消除或減弱枝晶偏析。擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般還要進(jìn)行完全退火或正火來細(xì)化晶粒。

正火是將鋼加熱到Ac3或Acm以上約50~70℃，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。正火和退火的主要區(qū)別在于前者冷卻速度較快，過冷度較大，通常獲得索氏體組織?！?.2鋼的正火正火的目的：

(1)對(duì)于大鍛件、截面較大的鋼材、鑄件，用正火來細(xì)化晶粒，均勻組織(如消除魏氏組織或帶狀組織)，為淬火處理作好組織準(zhǔn)備，此時(shí)正火相當(dāng)于退火的效果。

(2)低碳鋼退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光潔度較差。改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。

(3)可以作為某些中碳鋼或中碳低合金鋼工件的最終熱處理，以代替調(diào)質(zhì)處理，具有一定的綜合力學(xué)性能。

(4)用于過共析綱，可消除網(wǎng)狀二次碳化物，為球化退火作好組織上的準(zhǔn)備。圖5-2退火與正火的加熱溫度范圍示意圖

將鋼加熱到臨界點(diǎn)Ac1或Ac3以上30~50℃，保溫一定時(shí)間，然后在水或油等冷卻介質(zhì)中快速冷卻，得到馬氏體等不穩(wěn)定組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火的主要目的是：把奧氏體化工件淬成馬氏體，獲得所需要的力學(xué)性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是鋼的主要強(qiáng)化方法?！?.3鋼的淬火一、淬火工藝

1.淬火溫度的選擇淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度，原則是獲得均勻細(xì)小的奧氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度為：Ac3+30~50℃；過高會(huì)得到粗大的馬氏體組織，過低會(huì)保留未溶鐵素體，使鋼的強(qiáng)度硬度下降。過共析鋼的淬火加熱溫度為：Ac1+30~50℃；過高得到粗針狀馬氏體，引起嚴(yán)重變形，增大開裂傾向；過低則得不到馬氏體組織。3、淬火冷卻介質(zhì)為了得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但是，冷卻速度快必然產(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應(yīng)力，這往往會(huì)引起工件變形。2.保溫時(shí)間保溫時(shí)間是指工件裝爐后，爐溫升到淬火加熱溫度后所需保持的時(shí)間。保溫的目的是：①使工件透熱，即工件整個(gè)截面都達(dá)到規(guī)定的淬火加熱溫度；②完成加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變過程，獲得所需成分的細(xì)晶粒奧氏體。生產(chǎn)中通常根據(jù)加熱設(shè)備與工件的有效厚度確定。

鋼的理想淬火方式是：只在鼻尖附近快冷，為了減少零件淬火時(shí)因快冷產(chǎn)生應(yīng)力而開裂或變形，在鼻尖以外溫度采用緩慢冷卻。不過目前生產(chǎn)中還沒有找到完全理想的淬火冷卻介質(zhì)。工業(yè)上最常用的冷卻介質(zhì)有水和油。水：主要用于形狀簡(jiǎn)單、截面較大的碳鋼零件的淬火。油：一般用作合金鋼和某些小型復(fù)雜碳素鋼件的淬火。圖5-3鋼的理想淬火冷卻曲線二、常用淬火方法圖5-4各種淬火方法的冷卻曲線示意圖(a)單液淬火(b)雙液淬火(c)分級(jí)淬火(d)等溫淬火1.普通淬火(單液)法將淬火零件放入到一種淬火冷卻介質(zhì)中，連續(xù)冷卻到室溫的淬火冷卻方式。容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化，故廣泛應(yīng)用。2.雙液淬火法將工件先在水中淬火，防止工件發(fā)生珠光體和貝氏體轉(zhuǎn)變，待工件表面溫度接近Ms點(diǎn)時(shí)，從水中取出，投入油中冷卻，在油冷過程中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，這種淬火冷卻方式稱為雙液淬火。3.分級(jí)淬火(熱浴淬火)法將奧氏體化后的高溫工件迅速投入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中，等溫停留一段時(shí)間(以不發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn))，使工件內(nèi)外溫度均勻，然后取出空冷，這種淬火冷卻方式稱為分級(jí)淬火。優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)力小，變形小；但由于鹽浴或堿浴冷卻能力不大，只適宜形狀復(fù)雜的小零件。4.等溫淬火將奧氏體化后的高溫工件迅速投入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴中，停留足夠時(shí)間，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，然后取出空冷，這種淬火冷卻方式稱為等溫淬火。獲得的下貝氏體具有較高的硬度、強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑韌性。

回火是將淬火鋼件加熱到臨界點(diǎn)Ac1以下的某一溫度，保溫一段時(shí)間(1~3h)，然后以適當(dāng)方式冷卻(通常是空冷)至室溫，以獲得所需組織和性能的熱處理工藝。一、回火的主要目的(1)降低零件脆性，消除或降低內(nèi)應(yīng)力，以防止工件開裂和變形；(2)調(diào)整工件的內(nèi)部組織和性能，以滿足工件的使用要求；(3)減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸；(4)改善加工性能。§5.4鋼的回火二、淬火鋼在回火時(shí)發(fā)生的轉(zhuǎn)變鋼淬火后，得到的馬氏體和參與奧氏體組織是不穩(wěn)定的，存在著向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變的自發(fā)傾向?；鼗鸺訜峥杉铀龠@種自發(fā)轉(zhuǎn)變過程?；鼗鹂煞譃樗膫€(gè)階段：第一階段(200℃以下):馬氏體分解—回火馬氏體；第二階段(200~300℃):殘余奧氏體分解；第三階段(250~400℃):碳化物的轉(zhuǎn)變—回火托氏體；第四階段(400℃以上):滲碳體的聚集長(zhǎng)大與α相的再結(jié)晶—回火索氏體或回火珠光體。三、回火種類及應(yīng)用(1)低溫回火在150~250℃之間進(jìn)行，回火后組織為回火馬氏體。目的是在保持高強(qiáng)度、高硬度的前提下，降低鋼的淬火內(nèi)應(yīng)力，減小其脆性。主要用來處理刀具、量具、冷作模具、滾動(dòng)軸承和滲碳件等。(2)中溫回火在350~500℃之間進(jìn)行，回火后組織為回火屈氏體。中溫回火后具有最高的彈性極限和足夠的韌性。主要用來處理各種彈簧，