第2章鋼的熱處理

1、第2章 第第2章章 鋼的熱處理鋼的熱處理熱處理指將固態(tài)合金加熱到一定溫度后，保溫一段時間，再以適當?shù)乃俣冗M行冷卻，以改變其內(nèi)部組織結構，從而獲得所需性能的工藝方法。熱處理與其它加工工藝不同，它只改變材料的組織和性能、而不改變其形狀和大小。熱處理方法很多，但工藝過程都包括了加熱、保溫和冷卻三個階段，通常用溫度時間的坐標圖來表示，稱為熱處理工藝曲線，如圖2.1所示。圖2.1 熱處理的工藝曲線示意圖根據(jù)熱處理的目的和工藝方法不同，常用熱處理可分為以下幾類：（1）普通熱處理。包括退火、正火、淬火和回火。（2）表面熱處理。包括表面淬火（感應加熱，火焰加熱）。（3）化學熱處理。包括滲碳、氮化、碳氮共滲、滲

2、鉻、滲鋁等。（4）其它熱處理 。包括形變熱處理、可控氣氛熱處理、真空熱處理等。第2章 2.2 鋼的熱處理工藝2.2.1 退火與正火1 退火將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝稱為退火。根據(jù)退火的目的和要求不同，退火工藝可分為多種。 (1) 完全退火。也稱重結晶退火，是將鋼加熱到Ac3線以上（3050），保溫一定時間后，隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。完全退火的目的是細化晶粒，消除內(nèi)應力，降低硬度，改善切削加工性。完全退火主要用于亞共析鋼的鍛件、鑄件和軋件。 （2）球化退火。即將鋼加熱到Ac1線以上（2040），保溫后緩慢冷卻的熱處理工藝。球化退火可使鋼中的碳化物球化。球化退

3、火主要用于共析鋼和過共析鋼的鍛件、軋件等。目的是使網(wǎng)狀滲碳體及片狀滲碳體球化（粗大網(wǎng)狀滲碳體可先用正火破碎），降低硬度，改善切削加工性，并為以后的淬火作組織準備。為縮短退火時間，提高生產(chǎn)率，更好的控制轉變組織，在生產(chǎn)中可以采用等溫退火。等溫退火的加熱工藝與普通退火相同，只是冷卻工藝不同。第2章 （3）擴散退火。又稱均勻化退火，加熱溫度在Ac3線以上（150200），長時間保溫后隨爐冷卻。主要用于消除合金鋼鑄件和鑄錠的枝晶偏析，使成分均勻。擴散退火后，需進行完全退火或正火來細化晶粒。（4）去應力退火。將鋼件加熱至Ac1線以下溫度（約500650），保溫后隨爐冷卻的熱處理工藝。目的是消除鑄件、鍛件

4、、焊件、機加工及形變加工件內(nèi)的殘留應力。去應力退火可消除內(nèi)應力約5080%，且不引起組織變化。2 正火 將鋼件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上（3050），保溫一定時間后，在空氣中均勻冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的目的與退火相似，即細化晶粒，調(diào)整鋼的硬度，消除網(wǎng)狀碳化物，為淬火作組織準備。但正火的冷卻速度比退火快，能獲得更高的強度和硬度。且正火工藝簡單，成本低，因而得到廣泛應用。例如，正火用于改善低碳鋼或低碳合金鋼的切削加工性；對普通結構鋼件、大型件與復雜件，正火可以作為最終熱處理；正火用于高碳鋼，可消除網(wǎng)狀滲碳體，方便退火。第2章 2.2.2 淬火與回火淬火與回火1 淬火

5、（1）淬火工藝及目的。將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Ac1（共析鋼和過共析鋼）線以上（3050），保溫一定時間，然后快速冷卻，以獲得馬氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。淬火的目的是為了提高鋼的硬度、強度和耐磨性。（2）淬火冷卻介質(zhì)。常用的冷卻介質(zhì)有水、水溶液和油。（3） 淬火方法。單液淬火。加熱到淬火溫度的工件，放入單一淬火介質(zhì)中冷卻到室溫，如碳鋼的水淬，合金鋼的油淬。其操作簡單，淬火應力大，用于形狀簡單的工件。雙液淬火。加熱到淬火溫度的工件，先放入冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻到Ms點附近，再迅速轉入到冷卻能力較弱的介質(zhì)中繼續(xù)冷卻到室溫。工件組織轉變應力小，但操作復雜，用于形狀復雜的碳鋼件及較大尺寸的

6、合金鋼件。分級淬火。加熱到淬火溫度的工件，迅速投入Ms點附近的硝鹽浴或堿浴中，停留一段時間，取出空冷或油冷。能有效減少淬火應力，防止工件變形和開裂，適于形狀復雜和截面不均勻的小件的淬火。 等溫淬火。加熱到淬火溫度的工件，先淬入溫度稍高于Ms的鹽浴或堿浴中，停留到奧氏體全部轉變?yōu)橄仑愂象w后，取出空冷。淬火應力極小，適于形狀復雜和精度要求高的小件的淬火。 第2章 （4）鋼的淬透性。鋼的淬透性是指在規(guī)定條件下淬火時，獲得淬硬層深度的能力，淬硬層越深，鋼的淬透性越好。2 回火將淬火后的鋼，加熱到Ac1線以下某一溫度，保溫一定時間后，冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。其目的是：消除或減小淬火應力，降低組織

7、的脆性；獲得工件所需要的力學性能；穩(wěn)定工件尺寸?；鼗鸱譃橐韵氯悾?（1）低溫回火（150250） 。得到回火馬氏體組織，目的是降低淬火應力和脆性，保持淬火后的高硬度和高耐磨性。主要用于處理各種工具、模具、滾動軸承及表面處理的零件。（2）中溫回火（350500） 。得到回火屈氏體組織，具有高的彈性極限和屈服強度，并有一定韌性及硬度，主要用于處理各類彈簧、刀桿、發(fā)條等。（3）高溫回火（500650） 。得到回火索氏體組織，其綜合力學性能好。第2章 2.2.3 冷處理和時效處理冷處理和時效處理1冷處理高碳鋼及一些合金鋼淬火后組織中有大量殘留奧氏體，影響零件的尺寸穩(wěn)定性、硬度和耐磨性。要促使殘留奧氏

8、體繼續(xù)轉變?yōu)轳R氏體，必須將鋼冷卻到0以下（約70 80），這種方法稱為冷處理。2時效處理金屬材料經(jīng)冷、熱加工或熱處理后，在室溫下放置一段時間或適當加熱，會發(fā)生材料力學性能隨時間變化的現(xiàn)象，稱為時效。時效處理可以消除工件的部分內(nèi)應力，穩(wěn)定工件尺寸。2.2.4 表面淬火表面淬火表面淬火是利用快速加熱和迅速淬火冷卻，使工件表層獲得馬氏體組織，而心部仍保持原來退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)組織的熱處理工藝。根據(jù)加熱方法不同，常用的表面淬火分為以下兩種。第2章 1感應加熱表面淬火 將工件放入感應器內(nèi)，感應器通過一定頻率的交流電產(chǎn)生交變磁場，從而在工件內(nèi)形成頻率相同，方向相反的感應電流，感應電流的“集膚效應”及電阻

9、的作用，使工件表層迅速加熱到淬火溫度，隨即噴水（合金鋼浸油）冷卻，工件表層被淬硬。感應加熱表面淬火獲得的表層組織質(zhì)量好，操作過程易于實現(xiàn)機械化和自動化，但感應器昂貴。主要用于大批量生產(chǎn)。2火焰加熱表面淬火 火焰加熱表面淬火指用氣體火焰加熱工件表面到淬火溫度，立即噴水冷卻的操作工藝?；鹧婕訜岜砻娲慊鹪O備簡單，成本低，但工件表層易過熱，質(zhì)量控制較困難，且生產(chǎn)率低。主要用于單件、小批生產(chǎn)及大型零件的表面淬火。2.2.5 化學熱處理化學熱處理化學熱處理是將工件放入一定的化學介質(zhì)中加熱和保溫，使活性介質(zhì)滲入工件表層，改變其表面成分和組織，從而改變性能的熱處理工藝。 第2章 目前，生產(chǎn)上應用最多的是滲碳、

10、氮化及碳氮共滲三種。1滲碳 將鋼件置于滲碳介質(zhì)中加熱和保溫，使碳原子滲入鋼件表層的熱處理工藝稱為滲碳。滲碳的目的是提高鋼件的表層含碳量，再經(jīng)過淬火和低溫回火處理，使工件表層具有高硬度、高耐磨性和疲勞強度，心部仍保持良好的塑性和韌性。2氮化 氮化是向鋼件表面滲入氮原子的過程。其目的是提高鋼件的表面硬度、耐磨性、耐蝕性及疲勞強度。3碳氮共滲 碳氮共滲是同時向工件表面滲入碳原子和氮原子的過程，也稱為氰化。碳氮共滲的零件變形小，滲入速度快，成本低。目前應用較多的是中溫和低溫氣體碳氮共滲。第2章 2.2.6 熱處理新技術簡介熱處理新技術簡介1可控氣氛熱處理可控氣氛熱處理是指控制爐氣成分進行的熱處理工藝。

11、目前常用的可控氣氛種類有吸熱式氣氛、放熱式氣氛、氨分解氣氛、滴注式氣氛四種。2真空熱處理在（1.3 0.0133）Pa的真空度中進行的熱處理稱為真空熱處理。它包括真空淬火、真空退火、真空回火和真空化學熱處理等。真空熱處理可以減少工件變形，防止氧化和脫碳，有利于凈化工件表面，提高工件力學性能，減少或省去清洗和磨削工序，改善勞動條件，實現(xiàn)自動控制。3形變熱處理將塑性變形和熱處理有機結合起來，以提高工件力學性能的綜合熱處理工藝稱為形變熱處理。形變熱處理分為在相變前形變、相變中形變和相變后形變?nèi)N類型。4激光熱處理利用高功率密度的激光迅速把工件表層加熱到高溫，然后依靠工件自身的傳熱，實現(xiàn)快速冷卻的熱處

12、理工藝，稱為激光熱處理。激光熱處理的加熱速度快，加熱時間短，淬火后工件表面得到全部極細馬氏體組織，表面硬度高，殘余應力大，因此提高了耐磨性和疲勞強度。第2章 5離子注入離子注入是將被注入元素的原子進行電離，經(jīng)高壓電場加速成幾萬甚至幾百萬電子伏特能量的載能束，射入工件表面并停留在表層晶體內(nèi)的工藝方法。與其他表面處理方法相比，離子注入技術有以下特點：離子注入是一個非平衡過程，可將任何材料注入到任何基體材料中；注入層與基體間沒有界面，系冶金結合，結合強度高，附著性好；高能離子強行射入工件表面，使表面強化，疲勞強度提高；離子注入在真空和較低溫度下進行，工件不產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象，不存在變形問題。2.3 熱處理技術條件的標注根據(jù)零件的性能要求，設計者應在零件圖上標出熱處理技術條件。標注內(nèi)容包括最終熱處理方法及處理后應達到的力學性能指標。對于一般零件，力學性能僅需標出硬度值，因為硬度檢驗方便，又可近似反映出材料的其他性能。但對于一些力學性能要求高的重要零件，還應標出強度、塑性、韌性值的要求。對于滲碳零件還應標明滲碳、淬火、回火后表面和心部的硬度、滲碳部位、滲層深度等。表面淬火零件應標明淬硬層的硬度和深度