熱處理的4種方法

1、鋼鐵熱處理的四種基本工藝什么是退火鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火是將金屬或合金加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的：退火所能達(dá)到的目的主在是：消除鍛件及焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，消除冷加工后的加工應(yīng)力，避免零件在加熱和使用過程中產(chǎn)生變形及開裂；消除鑄件和鍛件的不均勻組織和粗大晶粒，消除合金鋼硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，脹管時的管頭，脹接前也要進(jìn)行退火。(1) 降低硬度，改善切削加工性； (2)消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸，減少變形與裂紋傾向；(3)細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。 在生產(chǎn)中，退火工藝應(yīng)用很廣泛。根據(jù)工件要求退火的目的不同

2、，退火的工藝規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。正火與退火的區(qū)別，處理溫度正火的冷卻速度比退火快，得到的組織較細(xì)，工件的強(qiáng)度和硬度比退火高。對于高碳鋼的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能變差，故宜采用退火工藝。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，正火比退火的生產(chǎn)周期短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)效率高，節(jié)約能源、降低成本以及操作簡便，所以在滿足工作性能及加工要求的條件下，應(yīng)盡量以正火代替退火。 退火和正火可在電阻爐或煤、油、煤氣爐中進(jìn)行，最常用的是電阻爐。電阻爐是利用電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量來加熱工件，同時用熱電偶等電熱儀表控制溫度，操作簡單、溫度準(zhǔn)確。在加熱過程中，由于工件與外界介質(zhì)在高溫下發(fā)生化學(xué)

3、反應(yīng)，當(dāng)加熱溫度和加熱速度控制不當(dāng)或裝爐不合適時，會造成工件氧化、脫碳、過熱、過燒及變形等缺陷。因此要嚴(yán)格控制加熱溫度和加熱速度等。圖2-2為退火和正火的加熱溫度范圍。什么樣叫金屬冷加工硬化現(xiàn)象？在工程中，有時需用對鋼件進(jìn)行冷加工，如鍛打、壓延、彎曲、沖壓等。當(dāng)冷加工產(chǎn)生塑性變形時，不但其外形發(fā)生了變化，其內(nèi)部的晶粒形狀也會發(fā)生變化，晶粒沿受力方向被拉長。冷加工塑性變形較大時，還會產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。這種現(xiàn)象稱為冷加工硬化。利用冷加工硬化對鋼材使用強(qiáng)度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及殘存的內(nèi)應(yīng)力則是有害的。故一般在冷加工以后，還在進(jìn)行回火處理予以消除。冷加工后變形的晶是不穩(wěn)定的，加熱后

4、晶粒有恢復(fù)原狀的趨勢，這就是再結(jié)晶，出現(xiàn)再結(jié)晶時的溫度稱再晶溫度。再結(jié)晶會使鋼材強(qiáng)度和韌性降低，球化、石墨化進(jìn)程加速。工程上對冷、熱加工劃分，不是以加工時是否加熱來區(qū)別，而是以加工時的溫度是否高于再結(jié)晶溫度來劃分。高于再結(jié)晶溫度屬熱加工，低于再結(jié)晶溫度即為冷加工。在低于再結(jié)晶溫度下加工，冷加工硬化的一些缺陷就會出現(xiàn)。主蒸汽管道和再熱蒸汽管道和工作溫度均在再結(jié)晶溫度的下限，冷加工硬化造成的危害作用時間長，因此，制訂合金鋼的彎制、鍛打等熱加工工藝時，對加工溫度的下限作了嚴(yán)格規(guī)定，即熱加工低于某一溫度時應(yīng)立即停止加工。否則，就等于進(jìn)行冷加工，會出現(xiàn)冷加工硬化所造成的缺陷。冷加工硬化現(xiàn)象有害處，但有時

5、利用這一原理還可得到一定益處。如轉(zhuǎn)軸彎曲后的直軸方法中，有一種捻打法，就是在彎軸的凹面進(jìn)行冷加工，使軸的這部分金屬表面延伸、硬化，并在內(nèi)應(yīng)力作用下達(dá)到直軸的目的。什么是正火鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。 正火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上的一定溫度，保溫一定時間、取出爐外，在空氣中冷卻，將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Acm（共析、過共析鋼）以上3050°C，保溫一定時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝方法。 正火的目的：（1）對于力學(xué)性能要求不高的碳鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)件，可作最終熱處理。（2）對于低碳鋼可用來調(diào)整硬度，避免切削加工中的“粘刀”現(xiàn)象，改善切削加工性。（

6、3）對于共析、過共析鋼，正火可消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作準(zhǔn)備。 碳鋼的可淬性較小，正火是最終熱處理。對于合金鋼，由于淬硬傾向強(qiáng)，正火后還需補(bǔ)以回火處理。正火的冷卻速度比退火快，得到的組織較細(xì)，工件的強(qiáng)度和硬度比退火高。對于高碳鋼的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能變差，故宜采用退火工藝。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，正火比退火的生產(chǎn)周期短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)效率高，節(jié)約能源、降低成本以及操作簡便，所以在滿足工作性能及加工要求的條件下，應(yīng)盡量以正火代替退火。正火與退火的區(qū)別，處理溫度正火的冷卻速度比退火快，得到的組織較細(xì)，工件的強(qiáng)度和硬度比退火高。對于高碳鋼的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能變差，故宜

7、采用退火工藝。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，正火比退火的生產(chǎn)周期短，設(shè)備利用率高，生產(chǎn)效率高，節(jié)約能源、降低成本以及操作簡便，所以在滿足工作性能及加工要求的條件下，應(yīng)盡量以正火代替退火。 退火和正火可在電阻爐或煤、油、煤氣爐中進(jìn)行，最常用的是電阻爐。電阻爐是利用電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量來加熱工件，同時用熱電偶等電熱儀表控制溫度，操作簡單、溫度準(zhǔn)確。在加熱過程中，由于工件與外界介質(zhì)在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)加熱溫度和加熱速度控制不當(dāng)或裝爐不合適時，會造成工件氧化、脫碳、過熱、過燒及變形等缺陷。因此要嚴(yán)格控制加熱溫度和加熱速度等。圖2-2為退火和正火的加熱溫度范圍。什么是淬火淬火是將工件加熱到Ac1或Ac3以上某

8、一溫度，保溫一定時間使其奧氏體化，然后以一定的冷卻速度冷卻，從而獲得馬氏體（或貝氏體）的熱處理工藝方法。（馬氏體：C在a-Fe中的過飽和固容體） 淬火的目的是提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性以滿足零件的使用性能。鋼的淬火是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序，如工具、量具、模具、軸承、彈簧和汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、切削加工機(jī)床、氣動工具、鉆探機(jī)械、農(nóng)機(jī)具、石油機(jī)械、化工機(jī)械、紡織機(jī)械、飛機(jī)等零件都在使用淬火工藝。 1. 淬火加熱溫度 淬火加熱溫度根據(jù)鋼的成分、組織和不同的性能要求來確定。亞共析鋼是AC3+（3050）；共析鋼和過共析鋼是AC1+（3050）。 亞共析鋼淬火加熱溫度若選用低于AC3的溫度

9、，則此時鋼尚未完全奧氏體化，存在有部分未轉(zhuǎn)變的鐵素體，淬火后鐵素體仍保留在淬火組織中。鐵素體的硬度較低，從而使淬火后的硬度達(dá)不到要求，同時也會影響其他力學(xué)性能。若將亞共析鋼加熱到遠(yuǎn)高于AC3溫度淬火，則奧氏體晶粒會顯著粗大，從而破壞淬火后的材料性能。所以亞共析鋼淬火加熱溫度選用AC3+（3050），這樣既保證充分奧氏體化，又保持奧氏體晶粒的細(xì)小。 過共析鋼的淬火加熱溫度一般推薦為AC1+（3050）。在實(shí)際生產(chǎn)中還根據(jù)情況適當(dāng)提高20左右。在此溫度范圍內(nèi)加熱，其組織為細(xì)小晶粒的奧氏體和部分細(xì)小均勻分布的未溶碳化物。淬火后除極少數(shù)殘余奧氏體外，其組織為片狀馬氏體基體上均勻分布的細(xì)小的碳化物質(zhì)點(diǎn)。

10、這樣的組織硬度高、耐磨性好，并且脆性相對較少。 過共析鋼的淬火加熱溫度不能低于AC1，因?yàn)榇藭r鋼材尚未奧氏體化。若加熱到略高于AC1溫度時，珠光體完全轉(zhuǎn)變成奧氏體，并有少量的滲碳體溶入奧氏體。此時奧氏體晶粒細(xì)小，且其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)已稍高于共析成分。如果繼續(xù)升高溫度，則二次滲碳體不斷溶入奧氏體，致使奧氏體晶粒不斷長大，其碳濃度不斷升高，會導(dǎo)致淬火變形傾向增大、淬火組織顯微裂紋增多及脆性增大。同時由于奧氏體含碳量過高，使淬火后殘余奧氏體數(shù)量增多，降低工件的硬度和耐磨性。因此過共析鋼的淬火加熱溫度高于AC1過多是不合適的。在生產(chǎn)實(shí)踐中選擇工件的淬火加熱溫度時，除了遵守上述一般原則外，還要考慮工件的化學(xué)

11、成分、技術(shù)要求、尺寸形狀、原始組織以及加熱設(shè)備、冷卻介質(zhì)等諸多因素的影響，對加熱溫度予以適當(dāng)調(diào)整。如合金鋼零件，通常取上限，對于形狀復(fù)雜零件取下限。 強(qiáng)韌化新工藝選用的淬火加熱溫度與常用淬火溫度有所區(qū)別。如亞溫淬火是亞共析鋼在略低于AC3的溫度奧氏體化后淬火，這樣可提高韌性，降低脆性轉(zhuǎn)折溫度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亞溫淬火加熱溫度為AC3（510）。 采用高溫淬火可獲得較多的板條狀馬氏體或使全部板條馬氏體提高強(qiáng)度和韌性。如16Mn鋼在940淬火，5CrMnMo鋼在890淬火，20CrMnMo鋼在920淬火，效果較好。 高碳鋼低溫、快速、短時加熱淬火，適當(dāng)

12、降低高碳鋼的淬火加熱溫度，或采用快速加熱及縮短保溫時間的辦法，可減少奧氏體的碳含量，提高鋼的韌性。 2. 保溫時間 為了使工件內(nèi)外各部分均完成組織轉(zhuǎn)變、碳化物溶解及奧氏體的成分均勻化，就必須在淬火加熱溫度保溫一定時間，即保溫時間。 3. 淬火介質(zhì) 工件進(jìn)行淬火冷卻所使用的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)（或淬火介質(zhì)）。理想的淬火介質(zhì)應(yīng)具備的條件是使工件既能淬成馬氏體，又不致引起太大的淬火應(yīng)力。這就要求在C曲線的“鼻子”以上溫度緩冷，以減小急冷所產(chǎn)生的熱應(yīng)力；在“鼻子”處冷卻速度要大于臨界冷卻速度，以保證過冷奧氏體不發(fā)生非馬氏體轉(zhuǎn)變；在“鼻子”下方，特別使Ms點(diǎn)一下溫度時，冷卻速度應(yīng)盡量小，以減小組織轉(zhuǎn)變的

13、應(yīng)力。 生產(chǎn)中常用的冷卻介質(zhì)有：水、水溶液、油，另外還有熔鹽、熔堿等。 水：優(yōu)點(diǎn)是在650550范圍內(nèi)有很大的冷卻能力，且安全、價廉、對環(huán)境污染較小且易控制，易實(shí)現(xiàn)自動化；其缺點(diǎn)是在300200范圍內(nèi)冷卻仍很快，易引起鋼的淬裂。 食鹽水溶液：常用5%15%的NaCl溶液，優(yōu)點(diǎn)是可增加650550范圍內(nèi)的冷卻，且基本上不改變300200時的冷卻能力，可避免淬火軟點(diǎn)，使硬度均勻，是工廠中最常用之淬火介質(zhì)。 堿水溶液：常用5%15%的NaOH水溶液，優(yōu)點(diǎn)是可增加650550范圍內(nèi)的冷速，基本不改變300200的冷卻能力，缺點(diǎn)是腐蝕性大，化學(xué)穩(wěn)定性差，易變質(zhì)。 油：優(yōu)點(diǎn)是無論在高溫650550，還是在

14、低溫300200，冷卻中都很緩慢，且工件一般不易開裂。缺點(diǎn)是易燃，使用性質(zhì)會逐漸改變，價格高。 一般而言，碳素鋼淬火用水冷，合金鋼淬火用油冷。 4. 冷卻方法 生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的淬火分類是以冷卻方式的不同劃分的。主要有單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等。 特殊工件也采用壓縮空氣淬火、噴霧淬火、噴流淬火。 （1）單液淬火法 將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫的操作方法。優(yōu)缺點(diǎn)：操作簡單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化與自動化，適用于形狀簡單的工件，但此法水冷變形大，油冷難淬硬，可將油、水雙冷結(jié)合起來進(jìn)行如下的雙液淬火。（2）雙液淬火法 將加熱的碳鋼先在水或鹽水中冷卻，冷到（300400）時迅速

15、移入油中冷卻，這種水淬油冷的方法稱為雙液淬火法。優(yōu)缺點(diǎn)：既可使工件淬硬，又能減少淬火的內(nèi)應(yīng)力，有效地防止產(chǎn)生淬火裂紋，主要用于形狀復(fù)雜的高碳工具鋼，如絲錐、板牙等。缺點(diǎn)是操作困難，技術(shù)要熟練。 （3）分級淬火法 分級淬火法是把加熱好的工件先投入溫度稍高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中快速冷卻停留一段時間，待其表面與心部達(dá)到介質(zhì)溫度后取出空冷，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。 優(yōu)缺點(diǎn)：比雙液淬火進(jìn)一步減少了應(yīng)力和變形，操作較易。但由于鹽浴、堿浴的冷卻能力較小，故只適用于形狀較復(fù)雜、尺寸較小的工作。 （4）等溫淬火法 此法與分級淬火法相類似，只是在鹽浴或堿浴中的保溫時間要足夠長，使過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變?yōu)橛懈邚?qiáng)韌性的下貝氏

16、體組織，然后取出空冷。 優(yōu)缺點(diǎn)：由于淬火內(nèi)應(yīng)力小，能有效地防止變形和開裂，但此法缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期較長又要一定設(shè)備，常用于薄、細(xì)而形狀復(fù)雜的尺寸要求精確，并且要求強(qiáng)韌性高的工件，如成型刀具、模具和彈簧等。 5. 淬透性 淬透性是指材料獲得淬硬層深度的能力。 一般規(guī)定從工件表層深入到半馬氏體區(qū)(馬氏體與非馬氏體組織各占一半的地方易測定硬度)的深度為淬硬層深度。淬硬層越深，就表明鋼的淬透性越好，如果淬硬層深度達(dá)到心部，則表明該鋼全部淬透。 鋼的淬透性好壞對機(jī)械性能影響很大，但并非所有的機(jī)械零件都必須完全淬透。例如，承受彎、扭應(yīng)力的軸類零件，表面熱處理的零件等，只需要一定深度的淬硬層就已滿足使用要求。

17、鋼的淬透性主要決定于臨界冷卻速度，臨界冷卻速度越小，鋼的淬透性就越好，反之，則降低鋼的淬透性。除Co以外，大多數(shù)合金元素都能顯著提高鋼的淬透性。 應(yīng)當(dāng)注意的是，淬透性和淬硬性是兩個不同的概念，不可混淆。淬硬性是指淬火后獲得的最高硬度，主要取決于馬氏體中的含碳量。淬透性好的鋼，它的淬硬性不一定高。如高碳工具鋼與低碳合金鋼相比，前者淬硬性高但淬透性低，后者淬硬性低但淬透性高。淬火操作的注意事項(xiàng)淬火操作時，應(yīng)注意淬火工件浸入淬火劑的方式。如果浸入方式不正確，則可能因工件各部分的冷卻速度不一致而造成極大的內(nèi)應(yīng)力，使工件發(fā)生變形、裂紋或產(chǎn)生局部淬不硬等缺陷。浸入方式的根本原則是保證工件最均勻地冷卻，具體

18、操作如圖23所示 厚薄不勻的工件，厚的部分應(yīng)先浸入淬火劑中；細(xì)長的工件，如鉆頭、挫刀、軸等，應(yīng)垂直地浸入淬火劑中；薄而平的工件，如圓盤銑刀等，不能平著放入而必須立著放入淬火劑中；薄壁環(huán)狀工件，必須沿其軸線垂直于液面方向浸入；截面不均勻的工件，應(yīng)斜著浸入淬火劑中，使工件各部分的冷卻速度接近。 淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和檢測方法：淬火工件的硬度影響了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度計，測試HRC硬度。淬火的薄硬鋼板和表面淬火工件可測試HRA的硬度。厚度小于0.8mm的淬火鋼板、淺層表面淬火工件和直徑小于5mm的淬火鋼棒，可改用表面洛氏硬度計，測試HRN硬度 。</P<

19、p>  什么是回火回火是將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理。鋼鐵工件在淬火后具有以下特點(diǎn)：得到了馬氏體、貝氏體、殘余奧氏體等不平衡（即不穩(wěn)定）組織。存在較大內(nèi)應(yīng)力。力學(xué)性能不能滿足要求。因此，鋼鐵工件淬火后一般都要經(jīng)過回火?；鼗鸬淖饔迷谟冢禾岣呓M織穩(wěn)定性，使工件在使用過程中不再發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而使工件幾何尺寸和性能保持穩(wěn)定。消除內(nèi)應(yīng)力，以便改善工件的使用性能并穩(wěn)定工件幾何尺寸。調(diào)整鋼鐵的力學(xué)性能以滿足使用要求。回火的目的是減小或消除工件在淬火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低淬火鋼的脆性，使工件獲得較好的強(qiáng)度、韌性、塑性、彈性等綜合力學(xué)性能。 回火之所以具有這些作用，是因?yàn)闇囟壬邥r，原子活動能力增強(qiáng)，鋼鐵中的鐵、碳和其他合金元素的原子可以較快地進(jìn)行擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)原子的重新排列組合，從而使不穩(wěn)定的不平衡組織逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的平衡組織。內(nèi)應(yīng)力的消除還與溫度升高時金屬強(qiáng)度降低有關(guān)。一般鋼鐵回火時，硬度和強(qiáng)度下降，塑性提高。回火溫度越高，這些力學(xué)性能的變化越大。有些合金元素含量較高的合金鋼，在某一溫度范圍回火時，會析出一些顆粒細(xì)小的金屬化合物，使強(qiáng)度和硬度上升。這種現(xiàn)象稱為二次硬化。根據(jù)回火溫度的不同，回火分為低溫回火、