鋼的熱處理工藝主要內(nèi)容二正火一退火三淬火四回火一、鋼的退火與球化退火0102球化退火鋼的退火1.1鋼的退火定義與目的退火定義將鋼加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻(如爐冷、坑冷、灰冷等)的熱處理工藝。退火目的均勻鋼的化學(xué)成分及組織，消除鑄造偏析，細化晶粒。消除內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定工件尺寸，減小變形，防止開裂。降低硬度，提高切削加工性能。提高塑性，便于冷變形加工。消除淬火后的過熱組織以便再進行重新淬火。脫氫，防止白點。1.1退火分類與常用工藝退火分類：按不同標準劃分包括5類

溫度冷卻方式零件面積設(shè)備表面狀態(tài)030405相變重結(jié)晶退火(臨界溫度以上),低溫退火(臨界溫度以下)等溫退火,連續(xù)冷卻退火,臨界區(qū)快速冷卻后緩慢冷卻退火整體退火,局部退火加熱爐退火,鹽浴退火,真空退火,感應(yīng)退火,磁場退火,包裝退火黑皮退火,光亮退火01021.1退火分類與常用工藝完全退火不完全退火球化退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火擴散退火1.退火分類與常用工藝時間溫度/℃Ac1Ac3溫度高,時間長,能耗大,易氧化脫碳。易導(dǎo)致退火后晶粒粗大,一般需要再次完全退火。不能消除合金元素偏析的,要反復(fù)鍛打。又稱為均勻化退火，將金屬鑄錠或鍛坯，在稍低于固相線的溫度下長期加熱通過鋼中元素的充分擴散，消除或減少化學(xué)成分偏析及顯微組織的不均勻性，已達到均勻化目的的熱處理工藝。擴散退火加熱溫度：Ac3或Accm以上150-300℃,碳鋼1100-1200℃,合金鋼1200-1300℃。保溫時間：10-15h。冷卻速度：一般為50℃/h,降溫到600℃后空冷;高合金鋼低于20-30℃/h,降溫到350℃后空冷。工藝參數(shù)注意事項1.1退火分類與常用工藝細化晶粒。消除內(nèi)應(yīng)力。得到平衡組織,切斷組織遺傳。時間溫度/℃Ac3Accm亞共析鋼過共析鋼完全退火又稱重結(jié)晶退火，一般指加熱并保溫足夠長時間使鋼完全得到奧氏體后慢冷，以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。退火目的加熱溫度：亞共析鋼Ac3+(30-50℃),合金鋼Ac3+(50-70℃)。保溫時間：結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及模具鋼8.5+Q/4,亞共析鍛、軋鋼(3-4)+(0.2-0.5)Q(Q:裝爐量)。冷卻速度：碳鋼100-200℃/h,隨爐冷;低合金鋼50-100℃/h,高合金鋼20-50℃/h在600℃出爐冷。工藝參數(shù)1.退火分類與常用工藝時間溫度/℃Ac1Ac3不完全退火將鋼件加熱到Ac1和Ac3(或Accm)之間,經(jīng)保溫后緩慢冷卻,以獲得接近平衡組織的熱處理工藝。相同點：目的相同，通過相變重結(jié)晶來細化晶粒，改善組織，去除應(yīng)力，改善切削性能。不同點：相變和重結(jié)晶不完全，細化晶粒的程度較差。與完全退火的異同優(yōu)點：加熱溫度低，消耗熱能少，工藝周期短，生產(chǎn)效率高，工藝成本低。工藝參數(shù)：保溫時間、冷卻速度等工藝參數(shù)的確定與完全退火基本相同。優(yōu)點與工藝參數(shù)1.退火分類與常用工藝時間溫度/℃Ac1將冷變形的金屬或合金加熱到再結(jié)晶溫度以上保溫適當時間，使畸變晶粒通過形核長大而形成新的無畸變的等軸晶，以消除形變強化和殘余應(yīng)力的熱處理工藝。再結(jié)晶退火目的：消除冷變形造成的強度、硬度提高，塑性韌性下降形變強化及殘余應(yīng)力。應(yīng)用范圍：冷變形的鋼材及冷變形成形工件，如冷軋鋼板及冷拉、冷擠壓成形工件。目的與應(yīng)用加熱溫度：一般碳鋼和低合金鋼600-700℃；溫度太高，晶粒粗化，溫度太低，再結(jié)晶不充分。保溫時間：1-3h。冷卻速度：隨爐冷至500℃，出爐空冷。工藝參數(shù)1.退火分類與常用工藝去應(yīng)力退火冷變形后的金屬在低于再結(jié)晶溫度加熱，以去除由于形變加工、鍛造、焊接等所引起的應(yīng)力,但仍保留冷作硬化效果的熱處理工藝。實際生產(chǎn)中應(yīng)用非常廣泛。組織沒有發(fā)生變化；在保留冷作/熱作/表面硬化條件下，去除應(yīng)力，減小變形和開裂。情況說明時間溫度/℃Ac1加熱溫度：碳鋼和低合金鋼550-650℃,鑄鐵500-600℃,熱作模具鋼、高合金鋼650-750℃。保溫時間：一般1-3h。冷卻速度：緩冷至500℃以下出爐空冷,大件、易畸變件冷至200-300℃再出爐空冷

。工藝參數(shù)小結(jié)按照溫度,退火分為相變重結(jié)晶退火和低溫退火;前者包括擴散退火、完全退火、不安全退火、球化退火,后者包括再結(jié)晶退火和去應(yīng)力退火。01退火得到接近平衡的組織,是生產(chǎn)中常用的熱處理方法,退火種類繁多,目的各不相同,工藝差別較大;大部分退火工藝有3個基本特點,一是加熱溫度在Ac1以上,二是慢冷,三是得到珠光體型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。022.球化退火0102球化退火方法球化退火定義與目的03球化退火案例分析2.1.球化退火定義與目的使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。高碳鋼及高合金鋼工件及某些冷擠壓成形的低中碳結(jié)構(gòu)鋼。降低硬度，改善切削性能。為最終熱處理做組織準備。改善亞共析鋼的冷塑性變形能力。球化退火適用范圍球化目的2.2.球化退火方法

3.周期球化退火主要球化退火方法普通球化退火2.等溫球化退火4.形變球化退火2.2.球化退火方法普通球化退火：又稱緩冷球化退火或一次球化退火，將鋼加熱到AC1+(20-30)℃，保溫適當時間(2-6h)，然后隨后爐冷至550℃左右出爐空冷的工藝。注意事項適用對象原始組織為細片狀P，無連續(xù)網(wǎng)狀滲碳體。保溫時間取決于燒透時間。冷卻速度通常10-20℃/h。冷卻速度太快，碳化物易呈細粒狀或片狀；冷速太慢，碳化物聚集長大較充分，導(dǎo)致碳化物較粗。時間溫度/℃Ac1Ac3AC1+(20-30)℃550℃隨爐緩冷空冷.特點球化效果較好，但退火周期較長，能耗較大，生產(chǎn)效率較低，緩冷速度不易控制。2.2.球化退火方法等溫球化退火：將鋼加熱到AC1+(10-30)℃，保溫一定時間(4h)，然后冷至Ar1-(20-30)℃，并在此溫度等溫較長時間，隨后爐冷至550℃后空冷的工藝。特點與普通球化退火相比，退火周期短，球化組織均勻，適用于大件。時間溫度/℃Ac1Ac3AC1+(10-30)℃Ar1-(20-30)℃550℃隨爐緩冷空冷.注意事項加熱溫度是決定球化質(zhì)量的關(guān)鍵。溫度高，奧氏體成分較均勻，碳化物與富碳區(qū)較少，退火后易出現(xiàn)粗片P；溫度低，溶斷碳化物較少，球化不易充分，硬度偏高。等溫溫度是另一關(guān)鍵參數(shù)。溫度再低，球化所需時間太長；保溫時間應(yīng)保證碳化物的球化。2.2.球化退火方法周期球化退火：又叫循環(huán)球化退火，將鋼加熱到AC1+(20-30)℃，短時保溫后爐冷到Ar1-(20-30)℃進行短時保溫，如此交替加熱和冷卻若干次的工藝。特點工藝周期較短，能耗較低、球化較充分，但操作較繁瑣，難以控制，適用于小批量小截面工件。時間溫度/℃Ac1Ac3AC1+(10-30)℃Ar-(20-30)℃550℃空冷.注意事項加熱、冷卻溫度與等溫球化相同；保溫時間主要取決于工件的均溫時間。等小件循環(huán)冷卻時，可由爐中取出，空冷至Ar1以下再放回爐中。2.2.晶?？刂频耐緩郊按胧┯绊懱蓟锴蚧Ч?個主要因素：溫度因素時間/冷速化學(xué)成分原始組織加熱溫度等溫溫度加熱時間等溫時間冷卻速度含碳量：碳增多球化效果好強碳化物形成元素：有利于球化碳化物薄細：易于球化網(wǎng)狀碳化物：不易球化04030201鋼在略高于Ac1臨界溫度加熱保溫，得到不均勻奧氏體；在緩冷或略低于Ac1等溫時，未溶碳化物質(zhì)點或富碳區(qū)域為核心形成球狀碳化物。普通(等溫、周期)球化退火共同點：2.2球化退火方法形變球化退火應(yīng)用案例:將T8A、T9A鋼絲冷拔后，加熱到700℃保溫60min后隨爐冷至500℃出爐空冷。室溫下對鋼件進行適量變形，然后在Ac1-(20-30)℃進行球化退火的工藝。低溫形變球化退火高溫形變后，立即在Ac1+(30-50)℃保溫，然后進行緩冷或等溫退火的工藝。高溫形變球化退火應(yīng)用案例：將GCr15鋼鍛造后，在780-800℃保溫2-5h后隨爐緩冷或出爐空冷。2.3.球化退火案例分析技術(shù)要求：GCr15鋼滾動軸承套圈鍛坯，球化退火后鍛坯硬度180-208HBW，球化級別2-3級。加工路線：備料-鍛造-球化退火-車削加工-淬火/冷處理/低溫回火-粗磨-時效-半精磨-時效-精磨。加熱溫度與等溫溫度的選擇：GCr15鋼的Ac1點為750-760℃,加熱溫度取790

℃,等溫溫度取720℃,硬度為210-215HBW。保溫與等溫時間的選擇：綜合考慮球化質(zhì)量、裝爐量、裝爐方法、工件大小等,通常保溫時間3-6h,等溫時間4-6h。冷卻：兩個保溫階段之間的冷卻方式可以隨爐冷卻、打開爐門冷卻、將工件移出爐外空冷、雙爐冷卻、風(fēng)冷;等溫后冷卻采用隨爐冷至650℃出爐空冷。時間溫度780-810℃680-720℃3-6h4-6h爐冷至650℃出爐空冷冷卻1冷卻2小結(jié)球化退火的工藝參數(shù)主要包括：溫度、時間、冷速，其中溫度因素對碳化物球化效果的作用大于時間因素的作用，這些因素參數(shù)的合理制定是退火質(zhì)量的保證。01球化退火是重要的退火方法，按照球化碳化物的實現(xiàn)路徑，又可細分為：普通球化退火、等溫球化退火、周期球化退火、形變球化退火等，它們既有不同點也有相同點，各有優(yōu)勢。02二、正火01正火定義02正火目的與應(yīng)用03正火工藝2.1.正火定義正火：將鋼加熱到Ac3或Accm以上適當溫度，保溫一定時間后，在空氣中冷卻，得到珠光體類型組織的熱處理工藝。理論基礎(chǔ)完全奧氏體化+偽共析轉(zhuǎn)變。?；幚碚鹚弥楣怏w的分散度大，先共析鐵素體的數(shù)量少，鋼的組織實現(xiàn)正?；?，正火后組織的強度、硬度高。T℃Wc/%GEPQKTS正火2.2.正火目的與應(yīng)用作為預(yù)備熱處理。消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，或減輕鑄鍛件的帶狀組織為后續(xù)的熱處理提供組織準備。作為最終熱處理。細化奧氏體晶粒，使組織均勻化；減少亞共析鋼中F含量，增加和細化P，提高強度/硬度/韌性，滿足普通工件使用性能要求。調(diào)整硬度。細化晶粒，提高強度，改善低碳或低碳合金鋼的切削加工性能，避免“粘刀”現(xiàn)象。目的與應(yīng)用取代部分完全退火。正火操作簡單，生產(chǎn)周期短，消耗少，可消除低碳鋼或含碳較低的中碳鋼的應(yīng)力。2.3.正火工藝

時間/h溫度/℃Ac3(Accm)Ac1空冷工藝參數(shù)加熱溫度：Ac3+(50-70℃)或Accm+(30-50℃)。保溫時間：τ=αkD,α為加熱時間常數(shù)，k為裝爐修正系數(shù)，D為工件有效厚度鋼。冷卻方式：通?？绽洌坏吞间?、含碳量較低的中碳鋼、高碳鋼及大件采用吹風(fēng)、噴霧冷卻。正火工藝曲線普通正火工藝2.3.正火工藝等溫正火：將工件加熱奧氏體化后，采用強制吹風(fēng)等方法快冷到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)的某一溫度并保溫，以獲得珠光體型組織，然后在空氣中冷卻的正火。應(yīng)用適用于過冷奧氏體較穩(wěn)定、珠光體轉(zhuǎn)變溫度范圍較窄的合金鋼，如20CrMnTi、20CrMo；批量生產(chǎn)的合金滲碳鋼齒輪毛坯預(yù)備處理；能夠利用鍛后預(yù)熱，值得推廣。工藝參數(shù)@奧氏體化與等溫之間的冷速：速度要快，采用強制鼓風(fēng)方式在很短的規(guī)定時間內(nèi)降到等溫溫度。@等溫溫度：不同鋼材的溫度不同(常為560-650℃)。時間/h溫度/℃Ac3(Accm)Ac1空冷強制風(fēng)冷2.3.正火工藝雙(多)重正火：對工件進行兩次或兩次以上的正火。工藝說明@含有粗大組織或魏氏組織的鍛件和鑄件，如20Mn、20CrMoV、15Cr等低合金鋼鑄件。@第一次正火消除組大組織。@第二次正火細化晶粒，使組織均勻化，提高沖擊韌性。AC3+(150-200)℃時間溫度/℃Ac3AC3+(30-50)℃2.3.正火工藝實例：20CrMoH鋼鍛件有嚴重帶狀組織，影響切削加工及最終熱處理質(zhì)量。時間/h溫度/℃Ac3Ac1空冷600℃空冷空冷1050-1250℃時間/h溫度/℃Ac3Ac1空冷風(fēng)冷950℃610℃小結(jié)正火的理論基礎(chǔ)是奧氏體化和偽共析轉(zhuǎn)變，其冷卻常采用空冷或風(fēng)冷的方式，關(guān)鍵工藝參數(shù)溫度通常比Ac3或Accm高于30到50℃，如工件尺寸大，溫度可以高出150-200℃。01正火是一種重要熱處理工藝，它既可做預(yù)備熱處理也可以為最終熱處理，包括普通正火、等溫正火、雙重或多重正火等，正火不僅可以獲得細化的組織，還可以消除網(wǎng)狀滲碳體、魏氏體、帶狀組織等組織缺陷。02三、淬火01淬火概念與介質(zhì)02鋼的淬透性03淬火方法04淬火應(yīng)力與變形開裂3.1.1.淬火概念與介質(zhì)0102淬火介質(zhì)淬火概念3.1.淬火概念將鋼加熱到臨界溫度(Ac3或Ac1)以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，以大于臨界冷卻速率的冷速進行冷卻的熱處理工藝。在工件界面上獲得所需要的馬氏體或者下貝氏體組織。

A1700溫度/℃

時間/s300500MsVk馬氏體的冷卻條件：V≥Vk。Vk:臨界冷卻速度，取決于鋼的化學(xué)成分和奧氏體化條件。V

:實際冷卻速度，取決于工件的幾何尺寸和冷卻介質(zhì)的冷卻特性。定義時間/h溫度/℃Ac3Ac1油冷或水冷目的3.1.2.淬火介質(zhì)理想淬火介質(zhì)>650℃:冷卻能力較弱，冷速較慢，減少熱應(yīng)力。淬火工藝中采用的冷卻介質(zhì)，其狀況影響淬火質(zhì)量。650-400℃：冷卻能力較強，冷速較快，保證過冷奧氏體不分解。<400℃：冷卻能力弱，冷速慢，減小M轉(zhuǎn)變的組織應(yīng)力。穩(wěn)定，廉價，無毒無味，不腐蝕工件，安全環(huán)保。

溫度

時間MsA1理想冷卻曲線示意淬火介質(zhì)3.1.2.淬火介質(zhì)有物態(tài)變化的介質(zhì)：包括水、油和水溶液等，其沸點低于工件淬火溫度，淬火時介質(zhì)沸騰汽化。無物態(tài)變化的介質(zhì)：包括熔鹽、熔堿、熔金屬等，其沸點高于工件淬火溫度，淬火時介質(zhì)不沸騰汽化。時間蒸汽膜階段沸騰階段對流階段溫度ABCD淬火時有物態(tài)變化介質(zhì)冷卻機理(1)蒸汽膜階段：工件表面出現(xiàn)連續(xù)的蒸汽膜，將工件與液體分開，此階段傳熱以輻射為主，對流與傳導(dǎo)作用較弱，工件冷速較慢；隨溫度降低，蒸汽膜逐漸變薄，直至破裂消失。(2)沸騰階段：蒸汽膜破裂后，液體與工件接觸，液體被汽化，發(fā)生沸騰，氣泡逸出液面，此階段輻射、對流、傳導(dǎo)作用明顯，冷速快。(3)對流階段：工件表面降溫至沸點(C點)以下時，輻射與傳導(dǎo)傳熱作用很小，主要依靠對流傳熱，冷速較慢。按物理特性，淬火介質(zhì)分兩類

1.油3.鹽浴與堿浴主要淬火介質(zhì)3.2.淬火介質(zhì)2.水及水溶液3.1.2.淬火介質(zhì)冷卻特點：在高溫區(qū)冷卻速度低，在500-350℃范圍冷卻速度最快，在小于350℃的低溫區(qū)冷速較慢。優(yōu)點：在低溫區(qū)的油的冷卻速度遠小于水的冷速，有利于減少工件的變形與開裂傾向。缺點：高溫區(qū)的冷卻能力很小，僅為水的1/5~1/6，使其適用于合金鋼或小尺寸碳鋼工件的淬火；油易老化，需定期過濾和更換。

油3.1.2.淬火介質(zhì)冷卻特點：在650-400℃范圍內(nèi)的冷卻速度較?。辉隈R氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)的冷卻速度特別快；水溫對冷卻特性影響很大，隨水溫提高，水的冷卻速度降低。適用對象：尺寸小、形狀簡單的碳鋼工件。

水

鹽水冷卻特點：冷卻能力在中、高溫區(qū)比水高很多，在200-300℃范圍內(nèi)也比水強，200℃以下與水相近；鹽水蒸汽膜易破裂，冷卻均勻，不易產(chǎn)生軟點。適用對象：硬度要求較高的碳素工具鋼及部分結(jié)構(gòu)鋼。3.1.2.

淬火介質(zhì)冷卻特點：在高溫區(qū)和中溫區(qū)冷速水的冷速(400℃/s)，低溫區(qū)的冷速介于水與油的之間(40-100℃/s)。適用對象：要求較小畸變的中、高碳鋼、低合金鋼、球墨鑄鐵等。硝酸鹽水溶液聚二醇水溶液適用對象：碳鋼、中低碳合金鋼及高碳高合金鋼。三硝水溶液：25%NaNO3+20%NaNO3+20%KNO3+35%H2O。PAG水溶液：聚二醇、水和添加劑。冷卻特點：冷速介于水和油之間，高溫區(qū)和中溫區(qū)冷速較大，低溫區(qū)冷速較慢；具有獨特的逆溶性。3.1.2.淬火介質(zhì)冷卻特點：高、中溫區(qū)冷卻速度較大，高溫時冷速介于水、油冷速之間，低溫區(qū)冷速慢，其冷速略低于油的冷速。適用對象：形狀復(fù)雜、易變形、開裂的工件或?qū)ψ冃我筝^嚴的工件。缺點：易造成環(huán)境污染，對工件有腐蝕氧化作用。

鹽浴小結(jié)淬火時選用理想的淬火介質(zhì)很關(guān)鍵，介質(zhì)包括水及水的鹽、堿溶液或者聚合物溶液、油介質(zhì)和鹽浴、堿浴，淬火介質(zhì)的選用既要關(guān)注其冷卻特性，也要兼顧介質(zhì)的成本、對環(huán)境的影響。01淬火是重要的熱處理工藝，為得到馬氏體或者下貝氏體，實際冷速要大于臨界冷卻速度，前者與工件尺寸與淬火介質(zhì)的冷卻特性有關(guān)，后者取決于鋼的成分及奧氏體化條件。022.鋼的淬透性01淬透性及相關(guān)概念02淬透性的測量03淬透性的影響因素3.2.1.淬透性及相關(guān)概念中心表面表面界面上冷速變化橫截面全淬硬VcVcV表面V中心時間OA1Ms溫度淬透中心表面表面界面上冷速變化橫截面淬硬層未淬硬層VcVcV表面V中心時間OA1Ms溫度未淬透淬透性？？淬硬性？？3.2.1.淬透性及相關(guān)概念

以在規(guī)定條件下鋼試樣淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。(GB/T7232-1999)

衡量鋼淬火獲得馬氏體的能力，是固有屬性。淬透性具體條件下淬透深度，隨淬火冷卻介質(zhì)、工件尺寸、加熱溫度等變化。實際淬透深度

以鋼在理想條件下淬火所能達到的最高硬度來表征的材料特性。

反應(yīng)鋼被淬硬能力的指標，取決于M的硬度高低，與含碳量有關(guān)。淬硬性淬硬性不一定高。3.2.1.淬透性及相關(guān)概念(注：直徑相同/淬火介質(zhì)相同)直徑硬度HRC直徑18Cr2Ni4WA鋼T10鋼淬透性高的鋼，3.2.2.淬透性的測量主要測量方法1234端淬法斷口檢驗法U曲線法臨界直徑法3.2.2.淬透性的測量端淬法末端淬透性實驗示意圖將Ф25×100mm

標準試樣加熱后對末端進行噴水冷卻(水壓恒定)，試樣末端相當于淬火零件的表面，距末端的距離越遠，冷卻速度越低，相當于淬火零件的內(nèi)部。試樣冷卻后沿長度方向磨出一狹條平面，每隔一定距離測量硬度值，繪出淬透性曲線至水冷端的距離(mm)3.2.2.淬透性的測量淬透性表示方法：J——表示末端淬透性d——測試點至水冷端的距離(mm)HRC——測試點處的硬度值:距水冷端6mm處試樣的硬度為40HRC。3.2.2.淬透性的測量斷口檢驗法適用對象碳素工具鋼、低合金工具鋼。試樣尺寸20×20×100mm，Φ22～23×100mm試樣，試樣側(cè)面開3～5mm刻槽。試樣熱處理參數(shù)淬火溫度760℃、800℃、840℃。加熱時間15～20min，淬火介質(zhì)為20-40℃水。淬透性表示斷口上“脆斷區(qū)”的深度h。測量方法將長度是直徑4倍的圓柱形試樣，經(jīng)奧氏體化后，在同樣冷卻介質(zhì)中冷卻，然后在試樣截面上沿直徑測量硬度，得到U形硬度分布曲線。淬透性表示DH/DU曲線法3.2.2.淬透性的測量臨界直徑法

Do含義工件心部被淬成半馬氏體的最大直徑，所能得到的最大淬透直徑。

淬透性表示

Do，Do越大，鋼的淬透性越好。將某種鋼做成各種不同直徑的一組圓棒試樣，按規(guī)定條件在某介質(zhì)中淬火后，找出其中界面中心恰好是含50%馬氏體組織的一根試樣，該試樣的直徑為臨界淬透直徑Do。測量方法3.2.3.淬透性的影響因素淬透性取決于臨界冷卻速度Vk(即取決于等溫轉(zhuǎn)變曲線鼻尖的位置)。

A1700溫度/℃

時間/s300500MsVk淬透性的變化：

“C”曲線右移，淬透性提高；“C”曲線左移，淬透性降低。

淬透性的影響因素：鋼的化學(xué)成分、奧氏體晶粒度和成分均勻程度、未溶的第二相。小結(jié)淬透性有多種測量方法，如端淬法、斷口檢驗法、U型曲線法、臨界直徑法，其中端淬法最常用。01鋼的淬透性是固有屬性，反應(yīng)其獲得馬氏體的能力，取決于鋼等溫轉(zhuǎn)變C形曲線的位置，明顯受合金元素的影響。023.3.淬火方法02雙介質(zhì)淬火法01單介質(zhì)淬火法03分級淬火法貝氏體等溫淬火法043.3.1.單介質(zhì)淬火法適用范圍形狀簡單、變形開裂傾向小或?qū)ψ冃瘟恳蟛桓叩奶间撆c合金鋼工件。實施要點@加熱時，防氧化脫碳與變形。@控制溫度與時間，保持晶粒細小與節(jié)能。@冷卻時，淬入介質(zhì)要快，淬入后適當運動。優(yōu)、缺點@易操作、易實現(xiàn)機械化、自動化，適宜批量生產(chǎn)。@工件硬度與畸變要求難以兼顧。單介質(zhì)淬火：將已加熱奧氏體化的工件淬火某種淬火冷卻介質(zhì)中，一直冷至室溫的淬火冷卻方式。時間溫度A1Ms3.3.2.雙介質(zhì)淬火法適用范圍相對于其淬透性來說，截面較大且要求畸變較小或形狀復(fù)雜的碳鋼和合金鋼工件。工藝原理先快冷，躲過C曲線鼻尖，獲得足夠硬度和淬硬層深度；后慢冷，使心部/表層同步轉(zhuǎn)變，減小組織應(yīng)力和畸變，避免開裂。優(yōu)、缺點@獲得足夠硬度和淬硬層深度的同時，減小畸變和開裂傾向性。@工件在第一種介質(zhì)中停留時間要精準，不易操作。雙介質(zhì)淬火：將工件加熱奧氏體化后先侵入冷卻能力強的介質(zhì)，在組織即將發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變時，立刻移入冷卻能力弱的介質(zhì)中冷卻的淬火方式。時間溫度A1Ms分級淬火將工件加熱奧氏體化后侵入溫度稍高或稍低于Ms點的鹽浴或堿浴中保持適當時間，待工件整體達到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得M的淬火方式。3.分級淬火法時間溫度A1Ms與雙介質(zhì)淬火方法相比，分級淬火適用于要求畸變較小或形狀復(fù)雜的小件和淬火易畸變開裂的小件。①冷卻介質(zhì)溫度多在200℃左右，與工件的溫差較小，冷速較慢，工件心部和表層溫差小，熱應(yīng)力減少。②在等溫過程中，工件心部、表面溫度趨于均勻，隨后空冷冷速較慢，心部和表層基本同時發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，組織應(yīng)力減小。③在等溫和較慢冷卻中發(fā)生一定程度的奧氏體穩(wěn)定化，殘余A增多，減小淬火畸變和開裂傾向。適用范圍工藝原理3.分級淬火法加熱溫度：比普通淬火高10-20℃，增大奧氏體的穩(wěn)定性。分級溫度：淬透性好的鋼，溫度Ms+(10-30)℃較長時間孕育，防止等溫時發(fā)生非M轉(zhuǎn)變；淬透性較差或截面較大的工件，溫度Ms-(80-100)℃。分級時間：短于該溫度下奧氏體分解的孕育期，盡量使工件內(nèi)外溫度均勻，先按30+5d秒(d:有效厚度)初定，后由工藝試驗確定。時間溫度A1Ms淬火介質(zhì)：硝鹽浴、分級淬火油或堿浴。4.貝氏體等溫淬火法貝氏體等溫淬火：將工件加熱好的工件置于溫度高于Ms點淬火介質(zhì)中保持適當時間，使其轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，然后取出空冷的淬火方式。適用范圍形狀復(fù)雜、要求畸變比分級淬火更小的工具及零件，不適用于尺寸較大的工件，但截面尺寸比分級的略大些。工藝原理①與M分級淬火相似，冷卻介質(zhì)與工件的溫差較小，冷速較慢，熱應(yīng)力較小。②貝氏體的比容較馬氏體的小，引起的相變應(yīng)力較小。③等溫時，工件心部和表層基本同時發(fā)生相變，組織應(yīng)力較小。時間溫度A1Ms等溫淬火優(yōu)、缺點4.貝氏體等溫淬火法①加熱溫度：一般與普通淬火相同。②等溫溫度：一般在Ms-Ms+30℃溫度范圍。③等溫時間：包括工件冷卻到介質(zhì)溫度所需時間、均溫時間和等溫轉(zhuǎn)變的時間，取決于成分、尺寸，不宜過長。④等溫介質(zhì)：硝鹽、堿浴、專用熱處理油。⑤冷卻：一般采用空冷。①工件變形開裂傾向極小。②操作較簡單，結(jié)構(gòu)鋼等溫淬火處理后可直接使用，節(jié)能效果顯著。③獲得的下貝氏體韌性良好，但硬度略低于普通淬火后的硬度。時間溫度A1Ms工藝參數(shù)4.貝氏體等溫淬火法小結(jié)單介質(zhì)淬火，適用于形狀簡單、變形開裂傾向小或?qū)円蟛粐赖墓ぜＦ渲刑间摱嘤盟螓}水淬冷，合金鋼采用油冷；雙介質(zhì)淬火主要用于硬度及淬硬深度要求高、而淬透性相對低的工件；分級與等溫淬火主要用于易畸變開裂的小件。3.4.主要內(nèi)容01淬火應(yīng)力02淬火變形與開裂03淬火缺陷的防止應(yīng)力方向3.4.1.淬火應(yīng)力淬火應(yīng)力①熱應(yīng)力在加熱/冷卻過程中，工件各部位因加熱和冷卻速度不同而存在溫度差異，致使不同部位熱脹冷縮不均勻所引起的內(nèi)應(yīng)力。②組織應(yīng)力在加熱/冷卻過程中，工件各部位難以同時發(fā)生相變或者相變產(chǎn)物有所不同，新舊相之間存在著結(jié)構(gòu)/比容差異和組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變不均勻所引起的內(nèi)應(yīng)力。①淬火不可避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。②淬火應(yīng)力狀態(tài)和分布影響熱處理質(zhì)量。③導(dǎo)致變形甚至開裂。徑向/軸向/切向徑向軸向切向3.4.1.淬火應(yīng)力開始冷卻表層先冷收縮，對心部產(chǎn)生壓應(yīng)力，受到心部的拉應(yīng)力。冷卻前期，表層受拉，心部受壓；冷卻后期，表層受壓，心部受拉。繼續(xù)冷卻表層與心部溫差增大，熱應(yīng)力增大；心部壓應(yīng)力大于屈服強度，塑變并軸向縮短，松弛應(yīng)力。進一步冷卻表層溫度較低，收縮較小或不再收縮，表層與心部收到的熱應(yīng)力減小，直至為零，此時試樣截面有溫差。Ⅱ后冷卻心部會收縮，而心部早被縮短，表層將阻礙心部收縮到室溫應(yīng)用長達，致使表層受到壓應(yīng)力，心部受拉應(yīng)力。3.4.1.淬火應(yīng)力切向表面表面中心軸向表面表面中心徑向表面表面中心800400-4000心部為拉應(yīng)力表層應(yīng)力為零表層為壓應(yīng)力心部為拉應(yīng)力表層為壓應(yīng)力心部為拉應(yīng)力圓柱試樣熱應(yīng)力分布1.淬火應(yīng)力(1)開始冷卻：表層先形成M而膨脹產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力；當心部的拉應(yīng)力超過鋼在該溫度的屈服強度，發(fā)生塑變，心部沿軸向伸長。(2)繼續(xù)冷卻：心部發(fā)生M轉(zhuǎn)變而膨脹，對表層產(chǎn)生壓應(yīng)力，受到拉應(yīng)力，此時表層受到壓應(yīng)力。組織應(yīng)力變化冷卻前期，表層受壓，心部受拉；冷卻后期，表層受拉，心部受壓。切向表面表面中心徑向表面表面中心軸向表面表面中心800400-4000表層為拉應(yīng)力心部為壓應(yīng)力表層為拉應(yīng)力心部為壓應(yīng)力表層應(yīng)力為零心部為壓應(yīng)力組織應(yīng)力分布-8003.4.2.淬火變形與開裂熱應(yīng)力引起變形規(guī)律：工件沿最大尺寸方向收縮，沿最小尺寸方向長大，使棱角變圓，平面凸起趨于球形。桿件趨于鼓形扁平件趨于鐵餅形正方件趨于球形套筒趨于甕形

源于淬火應(yīng)力大于鋼的下屈服強度。①扭曲或翹曲(工件幾何形狀發(fā)生變化)：源于熱應(yīng)力和組織應(yīng)力。②膨脹或縮小(工件體積發(fā)生變化)：源于相變時的比容差。淬火變形3.4.2.淬火變形與開裂桿件伸長，直徑縮短成樽形扁平件趨于雙凹透鏡形正方件表面癟凹，八角突出套筒趨于長鼓形均勻的膨脹或收縮。相變比容差引起變形規(guī)律：組織應(yīng)力引起變形規(guī)律：工件沿最大尺寸方向伸長，沿最小尺寸方向縮短，使棱角突出，平面內(nèi)凹。3.4.2.淬火變形與開裂加熱溫度/冷卻速率①淬火加熱溫度：加熱溫度越高，變形越大。②淬火冷卻速率：冷卻速率增大，變形增大。工件形狀原始組織化學(xué)成分①形狀與對稱性：形狀簡單，截面對稱的工件，變形小。②截面尺寸：工件截面尺寸越大，變形越大。①帶狀組織/成分偏析：增大工件變形不均勻性。②碳化物的分布：帶狀方向的變形大于垂直方向的變形。③比容：比容差越小，變形越小。①碳：低碳鋼熱應(yīng)力為主，C越少，熱應(yīng)力比例越大。②合金元素：降低導(dǎo)熱性，增大熱應(yīng)力；增大M，增大組織應(yīng)力；增大淬透性，降低淬火應(yīng)力；降低Ms增加A，減小組織應(yīng)力。淬火變形的4個主要因素：3.4.2.淬火變形與開裂縱向裂紋：多見于全淬透工件，與熱處理前的裂紋、非金屬夾雜等有關(guān)。橫向裂紋：多見于非全淬透工件的淬硬層與非淬硬層的過渡區(qū)，與工件的尖角、凹槽等有關(guān)。網(wǎng)狀裂紋：多見于表面脫碳的高碳鋼。剝離裂紋：多見于表面淬火和化學(xué)處理工件的表面皮下壓應(yīng)力向拉應(yīng)力急劇過渡區(qū)。顯微裂紋：多見于過熱的高碳鋼或滲碳件的片狀M中。淬火開裂：源于拉應(yīng)力超過材料的斷裂強度；或者材料內(nèi)部有缺陷。3.4.3.淬火缺陷的防止①形狀復(fù)雜、截面尺寸相差懸殊的工件，應(yīng)選用淬透性較高的合金鋼；使用前對原材料質(zhì)量嚴格檢驗，避免不合格的鋼材。②盡量減少截面厚薄懸殊，避免薄邊和尖角；形狀盡量對稱，復(fù)雜工件冷卻均勻或適當增加工藝孔。①對鋼材進行鍛造，消除冶金缺陷；并適當正火、退火等預(yù)備熱處理。②對復(fù)雜零件，在其加工工序間或淬火前，進行去應(yīng)力退火。①加熱溫度一般選下限溫度，減小溫差；調(diào)整變形量時，也適當增大溫度。②對復(fù)雜、厚薄不勻的高速鋼或高合金件，要預(yù)熱或限制加熱速度；正確選擇淬火介質(zhì)和方法。正確鍛造與預(yù)備熱處理：正確選材與合理設(shè)計：熱處理工藝合適：小結(jié)淬火應(yīng)力是工件變形和開裂的原因，該缺陷與工件成分、結(jié)構(gòu)尺寸和淬火工藝參數(shù)等有關(guān)，但淬火缺陷生產(chǎn)中可通過多種措施加以防止。01淬火時工件中存在內(nèi)應(yīng)力，包括熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，它們在工件不同部位變化規(guī)律相反，熱應(yīng)力在冷卻前期，使表層受拉，心部受壓，冷卻后期，使表層受壓，心部受拉。024.1主要內(nèi)容01回火概述02碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變4.1.1.回火概述①減小或消除淬火應(yīng)力；②提高韌性和塑形，獲得硬度、強度、塑形、韌性的適當配合；③穩(wěn)定組織和尺寸。淬火回火將淬硬工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫一段時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。定義：目的：4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變時效階段(20-100℃):碳原子偏聚第一階段(100-250℃):M分解第二階段(200-300℃):A’分解第三階段(200-400℃):K析出與轉(zhuǎn)變第四階段(350℃以上):Fe3C球化粗化及F相回復(fù)再結(jié)晶回火轉(zhuǎn)變的五個階段123454.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變碳原子偏聚實例時效階段：回火準備階段Fe-0.21wt%C鋼經(jīng)過1000℃奧氏體化水淬獲得馬氏體組織，再經(jīng)150℃回火10分鐘，用原子探針可以測得α基體的碳含量為0.029%，但板條馬氏體邊界的碳含量則高達0.42%，比平均的碳含量提高了一倍。板條馬氏體：碳偏聚在位錯線。wc≤0.2%的板條M亞結(jié)構(gòu)為位錯，馬氏體中過飽和C原子就近向位錯線附近擴散，形成碳的偏聚區(qū)。4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變碳原子偏聚實例時效階段：回火準備階段片狀馬氏體：碳偏聚在孿晶界面。片狀M亞結(jié)構(gòu)為孿晶，沒有足夠容納碳原子的位錯，C原子在一定界面上聚集，形成片狀的富碳聚集區(qū)。Fe-0.78％C-0.65％Mn(wt%)鋼，經(jīng)過1200℃奧氏體化水淬獲得馬氏體組織，再經(jīng)160℃回火一小時，用原子探針可以測得α基體的碳含量為0.32%，但孿晶界的碳含量則高達1.83%4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變回火第一階段＞100°C時，隨T↑，M中C%↓，晶格常數(shù)c↓，a↑正方度c/a↓－過飽和程度下降M發(fā)生分解(固溶強化消失)4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變高碳回火馬氏體①<150℃時：二相式分解，溫度升高孿晶界的富碳區(qū)進一步富碳并轉(zhuǎn)化為ε-碳化物，其附近馬氏體中碳含量降低，遠離ε的M中碳含量不變，在同一片M中出現(xiàn)成分不同結(jié)構(gòu)相同的兩相區(qū)。②>150℃時：連續(xù)式分解，溫度升高，碳原子擴散能力增強，使同一片馬氏體中的兩相碳濃度區(qū)域一致。εMMM/M/εM/Mwc%M/εεM/M/wc%回火第一階段高碳片狀馬氏體的分解2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變回火第一階段中碳鋼M分解①有片狀馬氏體的ε碳化物析出。②有低碳板條馬氏體的碳偏聚。低碳板條M分解(1)<200℃時：碳偏聚區(qū)比ε-碳化物穩(wěn)定，碳原子處于位錯線間隙位置，不析出ε碳化物。(2)>200℃時：析出ε碳化物低碳回火馬氏體2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變A/的等溫轉(zhuǎn)變：形成過飽和α固溶體和ε碳化物

A/M回或

B(α相+ε-FexC)(2)A/的二次淬火：回火時A/析出碳化物而碳含量減少，馬氏體分解使得A/所受壓應(yīng)力降低；這提高其M轉(zhuǎn)變的Ms和Mf，導(dǎo)致A在第二階段穩(wěn)定存在，不分解；隨后冷卻中才能M轉(zhuǎn)變。@殘余奧氏體本質(zhì)上與過冷奧氏體相同。@wc<0.5%碳鋼的殘余奧氏體數(shù)量<2%。@碳、合金元素量增加和淬火熱穩(wěn)定化、機械穩(wěn)定化增加殘余A

。回火第二階段殘余奧氏體的分解殘余奧氏體特點2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變(1)低碳位錯M：偏聚在位錯線附近的碳原子，直接在位錯線附近或M條間析出細小片狀的θ碳化物。ε碳化物密排六方Fe2.4Cχ碳化物單斜晶系θ碳化物正交晶系Fe2.5CFe3C(3)高碳孿晶M：回火第一階段析出的ε碳化物，在高于250℃通過原位或離位轉(zhuǎn)變，在M孿晶界或邊界處形成薄片狀狀的χ和θ碳化物。(2)中碳混合M：0.2-0.4%C時，亞穩(wěn)碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)棣忍蓟?，不析出χ碳化物；板條和片狀共存的M中孿晶M析出碳化物的過程與高碳M相同。回火第三階段碳化物的析出與轉(zhuǎn)變鋼中碳化物2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變回火溫度(℃)回火時間(h)回火屈氏體θ-K與針狀α無共格關(guān)系碳化物轉(zhuǎn)變：形核與長大①原位形核：在原碳化物的基礎(chǔ)上發(fā)生成分變化和點陣重構(gòu)，形成更穩(wěn)定的碳化物。②離位形核：原碳化物溶回母相中，新的更穩(wěn)定的碳化物在其它部位重新形核。4.1.2.碳鋼回火組織轉(zhuǎn)變回火第四階段板條M回火時α相回復(fù)再結(jié)晶：①400-600℃：回復(fù)時M位錯密度下降,剩余位錯排成位錯網(wǎng)組成亞晶界;局部板條界消失,板條外形可見。②>600℃：再結(jié)晶時板條特征消失,

α等軸狀。板條M回火時α相回復(fù)再結(jié)晶：①<400℃：回復(fù)時孿晶消失，出現(xiàn)位錯，片狀特征存在(回火屈氏體)。②>600℃：再結(jié)晶時片狀特征消失,α等軸狀?；鼗鹚魇象w=等軸α+粒狀Fe3C碳化物球化與長大：400℃球化，600℃聚集粗化；遵循小顆粒溶解、大顆粒長大機制。水淬態(tài)回復(fù)態(tài)再結(jié)晶態(tài)小結(jié)回火過程中，碳鋼經(jīng)過系列組織轉(zhuǎn)變，包括碳的擴散偏聚、馬氏體的分解、碳化物的析出轉(zhuǎn)變/球化粗化、殘余奧氏體的分解和α相的回復(fù)/再結(jié)晶。01淬火后通常需要回火，回火能夠消除淬火應(yīng)力，去除殘余奧氏體穩(wěn)定工件尺寸，在保持足夠強硬度的前提下提高鋼的塑韌性。024.2主要內(nèi)容01回火時力學(xué)性能的變化02回火時淬火應(yīng)力的變化4.2.1.回火時力學(xué)性能的變化碳鋼馬氏體的回火硬度曲線(1)低碳鋼：低于250℃時，硬度下降不多；超過300℃時，硬度迅速下降。(3)高碳鋼：~100℃時，硬度略有升高且碳含量越高越明顯；超過150℃，硬度下降；~200℃時，硬度下降緩慢；超過300℃，硬度快速下降。(2)中碳鋼：低于200℃時，硬度下降緩慢；

超過250℃時，硬度迅速下降。硬度與回火溫度的關(guān)系4.2.1.回火時力學(xué)性能的變化強度/塑性/韌性與回火溫度的關(guān)系低碳馬氏體回火時力學(xué)性能變化HRC回火溫度(℃)SK,σb,σ0.2(MPa)φK,δ5(%)αK

(J/cm2)碳偏聚針/片狀θ碳化物α再結(jié)晶顆粒狀θSKHRCσbσ0.2φKαKδ54.2.1.回火時力學(xué)性能的變化強度/塑性/韌性與回火溫度的關(guān)系高碳馬氏體回火時力學(xué)性能變化4.2.1.回火時力學(xué)性能的變化強度/塑性/韌性與回火溫度的關(guān)系中碳馬氏體回火時力學(xué)性能變化組織：淬火后得板條M和片狀M混合組織，性能變化介于低C和高C之間。<250°C回火時，隨T↑強度↑，硬度↓，塑性不變，宏觀應(yīng)力未消除，呈脆性斷裂。＞300°C回火，變化與低C鋼相似。4.2.2.回火時淬火應(yīng)力的變化4.2.2.回火時淬火應(yīng)力的變化4.3主要內(nèi)容01回火二次硬化02回火脆性4.3.1.回火二次硬化當M中K形成元素含量足夠多時，500°C以上回火會析出合金碳化物，細小的彌散分布的合金K將使已經(jīng)因回火溫度升高而下降的硬度重新升高，故稱二次硬化。能引起二次硬化的合金K是M2C及MC型K，主要有Mo、W、V、Ti、Nb等。如高速鋼W18Cr4V。二次硬化效應(yīng)的大小取決于引起二次硬化的合金K的種類，數(shù)量，大小和形態(tài)。4.3.2.回火脆性隨回火溫度升高，一般是鋼的強度、硬度降低，塑性升高，但沖擊韌性不一定總是隨回火溫度升高而升高，有些鋼在某些溫度回火時，韌性反而顯著下降的現(xiàn)象4.3.2.回火脆性幾乎所有的鋼均有第一類回火脆性特征：再加熱到更高溫度時脆性可消失，若再在200~350℃回火將不再出現(xiàn)－稱為不可逆回火脆性4.3.2.回火脆性第一類回火脆性影響因素第一類回火脆性防止降低雜質(zhì)元素含量；用Al脫氧或加入Nb、V、Ti，細化奧氏體晶粒；加入Mo、W減輕回火脆性元素；避開產(chǎn)生回火脆性的溫度區(qū)間?；瘜W(xué)成分有害元素：S、P、As、Sn、Sb、H、O促進回火脆性元素：Mn、Si、Cr、Ni、V減弱回火脆性元素：Mo