第l六章鋼的熱處理

1、第六章第六章 鋼的熱處理及表面處理鋼的熱處理及表面處理第六章 鋼的熱處理熱處理：熱處理：通過(guò)對(duì)鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來(lái)改善其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需要性能的一種加工工藝。Tt隨爐冷卻空冷油冷加熱保溫常見(jiàn)熱處理工藝常見(jiàn)熱處理工藝普通熱處理普通熱處理表面熱處理表面熱處理退火退火淬火淬火（Zhan 通蘸）通蘸）正火正火回火回火表面淬火表面淬火化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理實(shí)際生產(chǎn)中的臨界點(diǎn)實(shí)際生產(chǎn)中的臨界點(diǎn)6.2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變6.3 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變6.4 鋼的退火和正火鋼的退火和正火6.5 鋼的淬火鋼的淬火6.7 鋼的回火鋼的回火6.8 鋼的表面淬火鋼的表面淬火

2、6.9 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理第六章 鋼的熱處理5.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變6.2 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成過(guò)程一、奧氏體的形成過(guò)程共析鋼的奧氏體形成過(guò)程共析鋼的奧氏體形成過(guò)程 ：l奧氏體的形核l奧氏體晶核的長(zhǎng)大l殘余滲碳體的溶解l奧氏體成分的均勻化 晶體結(jié)構(gòu)的改變：bcc fccFe、C原子的擴(kuò)散亞共析鋼的亞共析鋼的A A化：化：PA PA 后，先共析后，先共析 F F溶解溶解 過(guò)過(guò)共析鋼的共析鋼的A A化化： PA PA 后，后， FeFe3 3C C 溶解溶解5.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變二二. .、影響奧氏體形成速度的因素、影響奧氏體形成速度的因素 奧氏體形成速度與

3、加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。 加熱溫度越高，奧氏體形成速度越快加熱速度越快，奧氏體形成速度越快含碳量增加，利于奧氏體加速形成合金元素顯著影響奧氏體的形成速度組織（珠光體）越細(xì)，奧氏體形成速度越快鈷、鎳等鈷、鎳等 ；鉻、鉬、釩等鉻、鉬、釩等；硅、鋁、錳等。硅、鋁、錳等。5.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變?nèi)?、奧氏體晶粒大小及其影響因素三、奧氏體晶粒大小及其影響因素1. 奧氏體晶粒度奧氏體晶粒度：l 起始晶粒度l 實(shí)際晶粒度l 本質(zhì)晶粒度 奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時(shí)的晶粒大小奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小特定條件下鋼的奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向性，并不代表具體的

4、晶粒大小特定條件特定條件93010，保溫，保溫8h傾向性傾向性本質(zhì)粗晶粒鋼（Mn，Si）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（Al）5.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變n 溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，奧氏體晶粒長(zhǎng)大越明顯n 晶界上存在未溶的碳化物時(shí)，會(huì)對(duì)晶粒長(zhǎng)大起阻礙作用，使奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向減小n 合金元素，也影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大，除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大2. 2. 影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素影響奧氏體晶粒長(zhǎng)大的因素5.1 鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變返回5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1. 奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即 發(fā)生轉(zhuǎn)變呢？2. 不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織 呢？5.

5、2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變過(guò)冷奧氏體：過(guò)冷奧氏體：在臨界點(diǎn)以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體，稱(chēng)為過(guò)冷奧氏體。臨界點(diǎn)以下臨界點(diǎn)以下不穩(wěn)定不穩(wěn)定將要發(fā)生轉(zhuǎn)變將要發(fā)生轉(zhuǎn)變冷卻方式：冷卻方式：等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織性能均勻，研究領(lǐng)域應(yīng)用廣等溫冷卻方式連續(xù)冷卻方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細(xì)不勻甚至類(lèi)型不同的混合組織，實(shí)際生產(chǎn)中廣泛采用高溫轉(zhuǎn)變： A1 550過(guò)冷A P 型組織中溫轉(zhuǎn)變： 550 MS 過(guò)冷A 貝氏體低溫轉(zhuǎn)變： MS Mf 過(guò)冷A 馬氏體 ( M )一、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線一、共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線TmTt轉(zhuǎn)變開(kāi)始線轉(zhuǎn)變終了線C曲線：形狀似CTTT曲線： Time，T

6、emperature、Transformation5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變01時(shí) 間 / sT /M + A A11 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 01 01 01 02345AMsMf過(guò)冷冷A過(guò)冷冷AAMA 下BAS轉(zhuǎn) 變 開(kāi) 始轉(zhuǎn) 變 結(jié) 束A 上BATAPM下B上BTSP5 2 5 H R C2 5 3 5 H R C3 5 4 0 H R C4 0 5 0 H R C5 0 6 0 H R C6 0 6 5 H R C孕育期：孕育期：過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開(kāi)始所經(jīng)歷的時(shí)間，反映了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變

7、二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能1. 1. 珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能 根據(jù)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的不同，共析成分碳鋼的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可分為珠光體（A1550） 、貝氏體（550MS）和馬氏體（MSMf）三種。l 過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過(guò)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程來(lái)完成的；l 珠光體轉(zhuǎn)變是一個(gè)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（Fe、C原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；l 一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱(chēng)為片狀珠光體；5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變F滲碳體片間距：片間距：相鄰兩片滲碳體中心之間的距離二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組

8、織形態(tài)與性能二、過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能1. 1. 珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能 l 在A1550 之間，過(guò)冷奧氏體（A） 珠光體（P：F+Fe3C）l 過(guò)冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過(guò)形核和長(zhǎng)大的過(guò)程來(lái)完成的；l 珠光體轉(zhuǎn)變是一個(gè)擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（Fe、C原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變1）珠光體轉(zhuǎn)變特征）珠光體轉(zhuǎn)變特征 共析鋼成分易在奧氏體晶界處形核 先、過(guò)共析鋼在先析相上形核 Fe原子的擴(kuò)散，完成相（面心立方）向相（體心立方）的轉(zhuǎn)變 C原子的擴(kuò)散， 相 相過(guò)程中多余的C原子以Fe3C形式析出l 按照片間距的大小，可將片狀珠光體分為珠

9、光體P，索氏體S和托氏體T（屈氏體），片間距PS T；珠光體 P 3800索氏體 S 8000屈氏體 T 8000l 隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距減小，強(qiáng)硬度提高，塑韌性也有改善5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變F滲碳體片間距：片間距：相鄰兩片滲碳體中心之間的距離l 一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱(chēng)為片狀珠光體；2）珠光體的組織形態(tài)與性能）珠光體的組織形態(tài)與性能l 隨著轉(zhuǎn)變溫度的降低，片間距減小，強(qiáng)硬度提高，塑韌性也有改善l 按照片間距的大小，可將片狀珠光體分為珠光體P，索氏體S和托氏體T（屈氏體），片間距PS T；珠光體 P 3800索氏體 S 8000屈氏體 T 800

10、05.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變溫度轉(zhuǎn)變溫度（）片間距（片間距（nm）硬度硬度（ HRC ）珠光體（珠光體（P）7206802501900525索氏體（索氏體（S）680600802502535托氏體（托氏體（T）60055030803540l 相同成分條件下，粒狀珠光體的強(qiáng)硬度較低，塑韌性較好片狀珠光體粒狀珠光體5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變l 除片狀珠光體外，還存在球狀（粒狀）珠光體滲碳體呈細(xì)小的粒狀或球狀分布在鐵素體基體上返回返回2 2. . 貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的紐織形態(tài)與性能貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的紐織形態(tài)與性能 鋼的過(guò)冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴(kuò)散型

11、相變，稱(chēng)之為貝氏體轉(zhuǎn)變貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。1) 貝氏體貝氏體轉(zhuǎn)變特征轉(zhuǎn)變特征 半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間 ； Fe原子不擴(kuò)散，切變完成晶格改組 ；C原子擴(kuò)散，析出碳化物 兩相混合物，其中a相過(guò)飽和5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變2) 貝氏體貝氏體的形貌及性能的形貌及性能上貝氏體上貝氏體 羽毛狀，小片狀羽毛狀，小片狀Fe3C分布在分布在F間。間。光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片 1300電子顯微照片電子顯微照片 500045鋼，上鋼，上B+下下B，400 上上B 強(qiáng)度和韌性差強(qiáng)度和韌性差5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變下貝氏體下貝氏體 針片狀，鐵素體針片內(nèi)規(guī)則地分布著細(xì)片狀碳化物

12、。針片狀，鐵素體針片內(nèi)規(guī)則地分布著細(xì)片狀碳化物。下貝氏體下貝氏體 強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性均高于上貝氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性均高于上貝氏體，具有良好的綜合機(jī)械性能F 針內(nèi)定向分布著細(xì)小碳化物顆粒針內(nèi)定向分布著細(xì)小碳化物顆粒電子顯微照片電子顯微照片 12000T8鋼，下鋼，下B，黑色針狀，黑色針狀光學(xué)顯微照片光學(xué)顯微照片 400 5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變3. 3. 馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體的組織形態(tài)與性能馬氏體轉(zhuǎn)變和馬氏體的組織形態(tài)與性能 馬氏體轉(zhuǎn)變是指鋼從奧氏體狀態(tài)快速冷卻，來(lái)不及發(fā)生擴(kuò)散分解而產(chǎn)生的無(wú)擴(kuò)散型的相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱(chēng)為馬氏體。 在Ms點(diǎn)以下，過(guò)冷奧氏體（A，相） 馬

13、氏體（M，相） 馬氏體轉(zhuǎn)變的無(wú)擴(kuò)散性 馬氏體轉(zhuǎn)變的瞬時(shí)性，轉(zhuǎn)變速度很快（低碳馬氏體 100mm/s）1）馬氏體轉(zhuǎn)變特征）馬氏體轉(zhuǎn)變特征5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變l Fe原子通過(guò)切變和原子的微小調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變（fccbcc）；l C原子不擴(kuò)散，保留在相中；l 馬氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程中出現(xiàn)表面浮凸效應(yīng)。 馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性， 馬氏體轉(zhuǎn)變具有很大的體積效應(yīng)，造成較大的內(nèi)應(yīng)力 馬氏體轉(zhuǎn)變的可逆性l M轉(zhuǎn)變?cè)诓粩嗟慕禍剡^(guò)程中形成，至Mf溫度，M轉(zhuǎn)變終止，但仍保留部 分殘余奧氏體；l 一般生產(chǎn)中快速冷卻的室溫（ Ms和Mf溫度之間），保留更多的殘余 奧氏體，高碳鋼可達(dá)10-15%；l 存在殘余奧氏體，對(duì)材料

14、的穩(wěn)定性有很大影響。l 某些鐵或非鐵合金，馬氏體重新加熱時(shí)可直接轉(zhuǎn)變成奧氏體或母相；l 淬火鋼加熱過(guò)程中馬氏體會(huì)首先發(fā)生分解，觀察不到可逆性 馬氏體是C在a-Fe中過(guò)飽和間隙固溶體，過(guò)飽和的C原子處在體 心立方的八面體間隙中，體心立方體心正方，具有一定的正方度2）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)及組織形態(tài)）馬氏體的晶體結(jié)構(gòu)及組織形態(tài)鐵原子碳原子可能位置鐵原子的振動(dòng)范圍2) 馬氏體的組織形態(tài)馬氏體的組織形態(tài) C% 1.0 % 時(shí)，為針狀M （高碳M，孿晶M ） ； C% = 0.251.0 % 時(shí)，為混合M板條板條M, 平行的細(xì)板條束組成平行的細(xì)板條束組成針狀針狀M（凸透鏡狀）（凸透鏡狀）5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)

15、變 其它形態(tài)的馬氏體l 蝶狀馬氏體：蝶狀馬氏體： 蝴蝶形斷面的細(xì)長(zhǎng)條片l 薄片狀馬氏體：薄片狀馬氏體： 立體組織薄片狀，顯微組織細(xì)長(zhǎng)的帶狀l 馬氏體：馬氏體： 具有密排六方結(jié)構(gòu)的馬氏體u 較高的強(qiáng)度和硬度，C % M 硬度u低碳M 塑韌性較好，高碳M ，塑韌性差，并且存在顯微裂紋。u 盡可能細(xì)化奧氏體粒度，是細(xì)化馬氏體晶粒提高馬氏體韌性的有效手段時(shí)效強(qiáng)化5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變3）馬氏體的性能）馬氏體的性能固溶強(qiáng)化亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)硬度高三、影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素三、影響過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素1. 含碳量的影響含碳量的影響：亞共析鋼的C曲線隨著含碳量的增加右移，過(guò)共析鋼的C曲線隨著含碳量增加左移

16、；2. 合金元素的影響：合金元素的影響：除鈷以外所有的合金元素溶入奧氏體中都能增加奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移；合金碳化物降低奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線左移；3. 奧氏體化過(guò)程越充分，奧氏體越穩(wěn)定，使C曲線右移。01時(shí)間/sT/A1100200300400500600700800-100100101010102345AABAPBPM+AMfMs01時(shí)間/sT/100200300400500600700800-100100101010234AABAPBP+FM+AA3AFA+FMfMsA101時(shí)間/sT/A1100200300400500600700800-100100101010235AMsMf

17、ABAPBP+Fe3CM+AAcmAFe3CA+Fe3C1045.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變四、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（四、過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCTCCT）PST+M+AM+A 連續(xù)冷卻過(guò)程不會(huì)發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變 ； 存在轉(zhuǎn)變終止線KK 連續(xù)冷卻，產(chǎn)物不可能是單一均勻物質(zhì)5.2 鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變返回5.3 鋼的退火和正火鋼的退火和正火5.3 鋼的退火和正火 銅棒 24 mm如何消除拉拔過(guò)程中的硬化現(xiàn)象？ 電纜線 0.15 mm 切削件的硬度在170230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。 刀具具有較高的韌性時(shí)，不容易發(fā)生崩刃。切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？季裂加工過(guò)程（鑄、鍛、

18、焊、切削）產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力如何消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力？5.3 鋼的退火和正火 為什么將其安排在與 之間呢? 為什么退火與正火有著非常廣泛的應(yīng)用?5.3 鋼的退火和正火 在鑄/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能較低，還會(huì)導(dǎo)致以后淬火時(shí)的變形和開(kāi)裂。也會(huì)存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響后續(xù)的切削加工性能。經(jīng)過(guò)退火和正火后，便可得到細(xì)而均勻的組織，并消除應(yīng)力，改善鋼件的機(jī)械性能并為隨后的淬火作了準(zhǔn)備經(jīng)過(guò)退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時(shí)，退火或正火常作為最終熱處理。 5

19、.3 鋼的退火和正火 一. 鋼的退火 完全退火 等溫退火 球化退火 去應(yīng)力退火 擴(kuò)散退火 二. 鋼的正火 三. 退火和正火的選擇 5.3 鋼的退火和正火 定義：定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng) 溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻 （爐冷爐冷、坑冷、灰冷），以獲得接近 平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。 目的：目的： 減輕鋼的成分及組織的不均勻性， 細(xì)化晶粒， 調(diào)整硬度， 消除內(nèi)應(yīng)力， 為淬火作組織準(zhǔn)備返回5.3 鋼的退火和正火名稱(chēng)由來(lái)：經(jīng)歷完全奧氏體化過(guò)程問(wèn)題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認(rèn)為完全退火應(yīng)該具體在哪一個(gè)溫度段保溫？問(wèn)題1:在相圖的哪一個(gè)區(qū)域可以獲得完全奧

20、氏體組織？目的： 細(xì)化，均勻化粗大、不均勻組織 接近平衡組織調(diào)整硬度切削性 消除內(nèi)應(yīng)力5.3 鋼的退火和正火加熱溫度：Ac3以上30-50度溫度過(guò)高：奧氏體晶粒粗大， 綜合機(jī)械性能下降（霍爾佩奇公式）溫度過(guò)低： 測(cè)溫儀器的偏差，適當(dāng)顧及熱處理效率5.3 鋼的退火和正火應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼， 不適用于過(guò)共析鋼。不適用于過(guò)共析鋼。 答：答：完全退火不能用于過(guò)共析過(guò)共析鋼鋼，因?yàn)榧訜岬紸ccm 以上再緩慢冷卻時(shí)會(huì)得到平衡組織，平衡組織，即在晶界處即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。反問(wèn)：過(guò)共析鋼的平衡組織？反問(wèn)：過(guò)共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體問(wèn)題：為什么不適用

21、于過(guò)共析鋼呢？問(wèn)題：為什么不適用于過(guò)共析鋼呢？5.3 鋼的退火和正火完全退火組織P+F問(wèn)題：?jiǎn)栴}：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？平衡狀態(tài)組織？返回5.3 鋼的退火和正火等溫退火：等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上3050，保溫一定時(shí)間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時(shí)間。 完全退火的缺點(diǎn)：完全退火的缺點(diǎn)：所需時(shí)間很長(zhǎng)，特別是對(duì)于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時(shí)解決：解決： 為了縮短退火時(shí)間，可采用等溫退火。5.3 鋼的退火和正火可見(jiàn)等溫退火所需時(shí)間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組

22、織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。返回5.3 鋼的退火和正火 目的：目的：使Fe3C球化，降低硬度； 提高韌性，改善切削加工性； 為以后淬火做準(zhǔn)備。 實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：通過(guò)球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。5.3 鋼的退火和正火球化退火工藝：球化退火工藝：Ac1以上20-40度保溫，緩冷應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：過(guò)共析鋼，共析鋼組織：組織：球狀P（F+球狀FeC3）返回5.3 鋼的退火和正火去應(yīng)力退火目的：去應(yīng)力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工的5.3 鋼的退火和正火殘余內(nèi)應(yīng)力。 將

23、工件隨爐緩慢加熱至500650（A1點(diǎn) ），保溫一段時(shí)間后隨爐緩慢冷卻，至200出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分， 退火所需的時(shí)間越短。 在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。返回返回5.3 鋼的退火和正火為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100 200 ）的溫度，長(zhǎng)時(shí)間保溫（10h15h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱(chēng)為擴(kuò)散退火或均勻化退火擴(kuò)散退火或均勻化退火。返回返回5.3 鋼的退火和正火 擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。 正火：將工件加熱到Ac3或Accm以上3050，保溫后從爐中取出在冷卻。 冷速快（空冷），組織

24、細(xì)，強(qiáng)/硬度提高。 應(yīng)用范圍廣 保溫溫度高5.3 鋼的退火和正火共析鋼正火后組織：S，而退火后組織：P。5.3 鋼的退火和正火正火的應(yīng)用 （2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。 （3）用于過(guò)共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3C，有利于球化退火的進(jìn)行。 （1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能。返回5.3 鋼的退火和正火（2）從使用性能上考慮）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來(lái)提高其機(jī)械性能。但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險(xiǎn)，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮）從經(jīng)濟(jì)上考慮 正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能

25、少，操作簡(jiǎn)便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火。（1）從切削加工性上考慮）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過(guò)硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。對(duì)于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜。5.3 鋼的退火和正火5.3 鋼鋼的淬火的淬火 淬火的定義和目的 鋼的淬火工藝 鋼的淬透性 5.3 鋼的淬火 概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時(shí)間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。 目的：獲得馬氏體（或下貝氏體

26、） 。下下板條板條針狀針狀返回返回淬火加熱溫度的選擇 淬火冷卻介質(zhì) 淬火方法 中國(guó)古代淬火技術(shù)5.3 鋼的淬火返回返回淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點(diǎn)以上30一50范圍。細(xì)小細(xì)小細(xì)小細(xì)小淬火加熱溫度的選擇亞共析鋼: 溫度：Ac3(3050)。 組織：均勻細(xì)小的馬氏體組織。 溫度過(guò)高:粗大馬氏體組織，嚴(yán)重變形溫度過(guò)低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足?！败淈c(diǎn)軟點(diǎn)”淬火加熱溫度的選擇共析鋼和過(guò)共析鋼 溫度： Ac1(3050) 組織：共折鋼: 均勻細(xì)小 M+少量 A 過(guò)共析鋼:

27、 均勻細(xì)小 M+粒狀 Fe3C+少量 A 有利于獲得最佳硬度和耐磨性。 溫度過(guò)高：粗大的M+較多A，降低了鋼的硬度和耐磨度性，增大淬火變形和開(kāi)裂傾向。 溫度過(guò)低：？淬火加熱溫度的選擇淬火加熱溫度的選擇為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會(huì)引起工件變形和開(kāi)裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線 。淬火加熱溫度的選擇返回返回時(shí)間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度()0400A1MsMf在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類(lèi)型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開(kāi)“鼻尖”

28、，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點(diǎn)附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的相變應(yīng)力。淬火冷卻介質(zhì)高溫區(qū)高溫區(qū)（650-550oC）低溫區(qū)低溫區(qū)（300-200oC）理想介質(zhì)理想介質(zhì)快快慢慢水水慢慢快快鹽水鹽水快快快快油油慢慢慢慢堿堿/硝鹽浴硝鹽浴慢慢特慢特慢淬火冷卻介質(zhì)應(yīng)用應(yīng)用水水形狀簡(jiǎn)單、硬度要求高、變形度要求形狀簡(jiǎn)單、硬度要求高、變形度要求不高的碳鋼不高的碳鋼鹽水鹽水油油合金鋼和小尺寸碳鋼合金鋼和小尺寸碳鋼堿堿/硝鹽浴硝鹽浴截面不大、形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格截面不大、形狀復(fù)雜、變形要求嚴(yán)格的合金鋼的合金鋼淬火冷卻介質(zhì)單液淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻獲得馬氏體組織的一種淬火方

29、法雙液淬火：是先將奧氏體化后的鋼件淬入冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷至接近MS點(diǎn)溫度時(shí)快速轉(zhuǎn)人冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，直至完成馬氏體轉(zhuǎn)變。 分級(jí)淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入稍高于MS點(diǎn)溫度的鹽浴中，保持到工件內(nèi)外溫度接近后取出，使其在緩慢冷卻條件下發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 等溫淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入高于MS點(diǎn)溫度的鹽浴中，等溫保持，以獲得下貝氏體組織的一種淬火工藝。淬火冷卻介質(zhì)亞共析鋼亞共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷爐冷 F + P空冷空冷 F + S油冷油冷 T + M水冷水冷 M過(guò)共析鋼過(guò)共析鋼 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷爐冷 P + Fe3C空冷空冷 S + Fe3C油冷油冷 T +

30、 M + A水冷水冷 M + A返回返回中國(guó)在春秋晚期已掌握冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開(kāi)始進(jìn)入以鐵兵器代替銅兵器的時(shí)代。戰(zhàn)國(guó)晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。西漢史記天官書(shū)中有“水與火合為淬”一說(shuō)， 正確地說(shuō)出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點(diǎn)。漢書(shū)王褒傳中記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在天工開(kāi)物一書(shū)中對(duì)鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。返回返回鋼的淬透性一、淬透性的概念一、淬透性的概念 鋼的淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，其大小可用鋼在一定條件下淬火獲得淬透層的深度表示。淬透層越深，表明鋼的淬透性

31、越好。HBbsak（a）（b）（c）淬火得M組織淬火后未得M組織淬透性與淬硬性？淬透性與淬硬性？淬透性淬透性是鋼淬火時(shí)獲得M的能力！淬硬性淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時(shí)，其淬透性是不變的！具體工件的淬透深度具體工件的淬透深度是指在實(shí)際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。鋼的淬透性二、淬透性的影響因素二、淬透性的影響因素 主要為化學(xué)成分，除Co外，合金使VK , 淬透性 奧氏體的均勻性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都會(huì)影響淬透性

32、鋼的淬透性三、淬透性的測(cè)定及表示方法三、淬透性的測(cè)定及表示方法 測(cè)定鋼的淬透性的最常用的方法是末端淬火法末端淬火法（簡(jiǎn)稱(chēng)端淬法）。先將標(biāo)準(zhǔn)試樣加熱至奧氏體化溫度，停留30 40min，然后迅速放在端淬試驗(yàn)臺(tái)上噴水冷卻，從試樣的末端開(kāi)始向上測(cè)量硬度值，得出硬度沿軸線方向的分布。 鋼的淬透性四、淬透性曲線的應(yīng)用四、淬透性曲線的應(yīng)用 根據(jù)淬透性曲線可以比較比較不同鋼種的淬透性大小 利用淬透性曲線可以確定鋼棒的臨界淬火直徑臨界淬火直徑 利用淬透性曲線可推導(dǎo)圓鋼淬火后橫截面上的硬度分布硬度分布 淬透性與機(jī)械設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)鋼的淬透性5.5 鋼的回火回火的主要目的是：l降低脆性 l穩(wěn)定組織和工件尺寸 l獲得要求的

33、機(jī)械性能 回火回火是將淬火鋼加熱到臨界點(diǎn)Acl以下的某一溫度，保溫后以適當(dāng)方式冷卻到室溫的一種熱處理工藝。一、淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變與回火組織一、淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變與回火組織1.淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變淬火鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變 殘余奧氏體轉(zhuǎn)變殘余奧氏體轉(zhuǎn)變200-300 碳化物的轉(zhuǎn)變碳化物的轉(zhuǎn)變250-400 滲碳體聚集長(zhǎng)大和滲碳體聚集長(zhǎng)大和相再結(jié)晶相再結(jié)晶400 以上以上 馬氏體分解馬氏體分解80-200 第五章 鋼的熱處理2. 回火組織回火組織 碳鋼的主要回火組織分為三類(lèi)： n回火馬氏體回火馬氏體 n回火托氏體回火托氏體 n回火索氏體回火索氏體 二、回火鋼的性能二、回火鋼的性能淬火鋼在回火過(guò)程中，

34、回火溫度回火組織鋼的性能之間存在著一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。u回火溫度越高，鋼的硬度越低 u在較低溫度（200-300）回火時(shí)，因淬火引起的內(nèi)應(yīng)力被消除，鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。 第五章 鋼的熱處理三、回火種類(lèi)三、回火種類(lèi)淬火鋼回火后的組織和性能決定于回火溫度。按回火溫度范圍的不同，可將鋼的回火分為三類(lèi)：l 低溫回火：低溫回火：回火溫度范圍一般為150250，得到回火馬氏體組織。（HRC58-64）l 中溫回火：中溫回火：回火溫度范圍通常為350500，得到回火托氏體組織。 （HRC35-45）l 高溫回火：高溫回火：回火溫度范圍通常為500650，得到回火索氏體組織。 （HRC25-35）調(diào)質(zhì)

35、處理調(diào)質(zhì)處理四、回火脆性四、回火脆性1. 1. 低溫回火脆性低溫回火脆性 淬火鋼在250400溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱(chēng)為低溫回火脆性，也叫第一類(lèi)回火脆性。 2. 2. 高溫回火脆性高溫回火脆性 淬火鋼在500-650溫度范圍內(nèi)回火出現(xiàn)的脆性稱(chēng)為高溫回火脆性，又叫第二類(lèi)回火脆性。 不可逆回火脆性不可逆回火脆性可逆回火脆性，快速冷卻可消除可逆回火脆性，快速冷卻可消除 直徑為直徑為1010 mmmm 的的共析鋼小試樣加熱共析鋼小試樣加熱 AcAc+ + 6060 ，用圖，用圖1-6 所示的冷卻曲線進(jìn)所示的冷卻曲線進(jìn)行冷卻，分析其所得到的組織，說(shuō)明各屬于什么熱處理方法。行冷卻，分析其所得到的組織，說(shuō)

36、明各屬于什么熱處理方法。答：答：a a M + A M + A單液淬火單液淬火b b M + A M + A分級(jí)淬火分級(jí)淬火c c T + M + A T + M + A 油冷淬火油冷淬火d d 下下B B 等溫淬火等溫淬火e e S S 正火正火f f P P 完全退火完全退火g g P P 等溫退火等溫退火 5.6 鋼的表面淬火概念：概念：表面淬火表面淬火是采用快速加熱的方法使工件表面奧氏體化，然后快冷獲得表層淬火組織，而心部仍保持原來(lái)組織的一種熱處理工藝。應(yīng)用：應(yīng)用：中低碳鋼和中低碳合金鋼特點(diǎn)：特點(diǎn)： a. 加熱速度快 (幾秒幾十秒) b. 加熱時(shí)實(shí)際晶粒細(xì)小，淬火得到極細(xì)馬氏體 c. 殘余壓應(yīng)力，提高壽命 d. 不易氧化、脫碳、變形小 e