鋼的退火、正火、淬火和回火

1、n機械零件的一般加工工藝為：機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）毛坯（鑄、鍛）預(yù)預(yù) 備熱處理備熱處理機加工機加工最終熱處理。最終熱處理。l退火與正火主要用于退火與正火主要用于預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理，只有當，只有當工件性能要求不高時工件性能要求不高時才作為最終熱處理。才作為最終熱處理。 n一、退火一、退火n將鋼件加熱至高于或低于鋼的臨界溫度，經(jīng)適當保溫將鋼件加熱至高于或低于鋼的臨界溫度，經(jīng)適當保溫后后隨爐或埋入導熱性較差的介質(zhì)中隨爐或埋入導熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻緩慢冷卻，以獲得，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。真空退火爐真空退火爐l1、退火目的：、退火目的：

2、l調(diào)整硬度，便于切削加工。調(diào)整硬度，便于切削加工。適適合加工的硬度為合加工的硬度為170-250HB。l 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。形。l 細化晶粒，為最終熱處理作細化晶粒，為最終熱處理作組織準備組織準備。 n2、退火工藝、退火工藝n退火的種類很多，常用的有退火的種類很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、完全退火、等溫退火、球化退火、擴散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火擴散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。n 完全退火完全退火l將工件加熱到將工件加熱到Ac3+3050保溫保溫后緩冷的退火工藝，后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析主要用于亞共析鋼鋼 .n 等溫退火等溫退火n亞

3、共析鋼加熱到亞共析鋼加熱到Ac3+3050, 共析、過共析鋼加熱到共析、過共析鋼加熱到Ac1+3050，保溫后快冷到，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時間。 高速鋼等溫退火與普通退火的比較高速鋼等溫退火與普通退火的比較n 球化退火球化退火n球化退火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。l將工件加熱到將工件加熱到Ac1+ 30-50 保溫后緩冷，或者加熱后保溫后緩冷，或者加熱后快冷到略低于快冷到略低于 Ar1 的溫度的溫度下保溫

4、，使珠光體中的滲下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。碳體球化后出爐空冷。主主要用于共析、過共析鋼。要用于共析、過共析鋼。n球化退火的組織為鐵素體基體球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱稱球狀珠光體球狀珠光體, 用用P球球表示。表示。球狀珠光體球狀珠光體l對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析對于有網(wǎng)狀二次滲碳體的過共析鋼，球化退火前應(yīng)先進行正火，鋼，球化退火前應(yīng)先進行正火，以消除網(wǎng)狀以消除網(wǎng)狀.n 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火l將工件緩慢加熱（將工件緩慢加熱（100150 /小小時）到時）到500600 ，經(jīng)過一段保溫，經(jīng)過一段保溫后，隨爐緩慢冷卻到后，隨爐

5、緩慢冷卻到300200 以以下，再出爐空冷。下，再出爐空冷。l主要用來主要用來消除熱加工、冷加工等消除熱加工、冷加工等工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力。工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力。l一般情況下，去應(yīng)力退火應(yīng)安排一般情況下，去應(yīng)力退火應(yīng)安排在在精加工之前精加工之前，或在，或在淬火之前淬火之前。n二、正火二、正火n正火是將正火是將亞共析鋼亞共析鋼加熱到加熱到Ac3+30 50，共析鋼共析鋼加熱到加熱到Ac1+3050，過共析鋼過共析鋼 加熱到加熱到Accm+30 50保溫保溫 后后空冷空冷的工藝。的工藝。n正火比退火冷卻速度大。正火比退火冷卻速度大。n1、正火后的組織：、正火后的組織： 0.6%C時，組織為時，組織為F

6、+S； 0.6%C時，組織為時，組織為S 。 正火溫度正火溫度n2、正火的目的、正火的目的n 對于低、中碳鋼對于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退火的相同。，目的與退火的相同。n 對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作對于過共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。組織準備。l 普通件最終熱處理。普通件最終熱處理。l要改善切削性能，要改善切削性能，低碳低碳鋼用正火，中碳鋼用退鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼用球火或正火，高碳鋼用球化退火化退火。熱處理與硬度關(guān)系熱處理與硬度關(guān)系合適切削加工硬度合適切削加工硬度三、淬火三、淬火n淬火淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大

7、于是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后以大于Vk速速 度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝為馬氏體的熱處理工藝.l淬火是應(yīng)用最廣的熱處淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。理工藝之一。l淬火目的是為獲得馬氏淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能體組織，提高鋼的性能.真空淬火爐真空淬火爐1、淬火溫度淬火溫度n（1）碳鋼）碳鋼n亞共析鋼亞共析鋼l淬火溫度為淬火溫度為Ac3+30-50。l預(yù)備熱處理組織為預(yù)備熱處理組織為退退火或正火組織火或正火組織。n亞共析鋼淬火組織：亞共析鋼淬火組織：n 0.5%C時為時為Mn 0.5%C時為時為M+A。65MnV鋼鋼(0.65%C) 淬火組織淬火組

8、織45鋼鋼(含含0.45%C)正常淬火組織正常淬火組織n在在Ac1 Ac3之間的加熱淬火之間的加熱淬火為亞溫淬火。為亞溫淬火。35鋼（含鋼（含0.35%C）亞溫淬火組織）亞溫淬火組織l亞溫淬火組織為亞溫淬火組織為F+M，強硬度低，強硬度低，但塑韌性好但塑韌性好.n共析鋼共析鋼n淬火溫度為淬火溫度為Ac1+30-50；淬火組織為；淬火組織為M+A。n過共析鋼過共析鋼n淬火溫度淬火溫度: Ac1+30-50.n溫度高于溫度高于Accm，則奧氏體晶，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高粒粗大、含碳量高,淬火后馬淬火后馬氏體晶粒粗大、氏體晶粒粗大、A量增多。量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆使鋼硬度、耐磨性下降，

9、脆性、變形開裂傾向增加。性、變形開裂傾向增加。n淬火組織淬火組織: M+Fe3C顆粒顆粒+A。(預(yù)備組織為預(yù)備組織為P球球)T12鋼（含鋼（含1.2%C）正常淬火組織）正常淬火組織n合金鋼合金鋼n由于多數(shù)合金元素由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外除外)對奧氏體晶粒長大有阻礙對奧氏體晶粒長大有阻礙作用，因而作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高合金鋼淬火溫度比碳鋼高。n 亞共析鋼亞共析鋼淬火溫度為淬火溫度為Ac3+ 50100。n 共析鋼、過共析鋼共析鋼、過共析鋼淬火溫度為淬火溫度為Ac1+50100。 鋼坯加熱鋼坯加熱2、淬火介質(zhì)、淬火介質(zhì)n理想的冷卻曲線應(yīng)只在理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在

10、曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量附近盡量緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小理想淬火曲線示意圖理想淬火曲線示意圖MsMf 內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒有找到理想的淬火介質(zhì)。有找到理想的淬火介質(zhì)。l常用淬火介質(zhì)是水和油常用淬火介質(zhì)是水和油.l水的冷卻能力強，但低溫卻水的冷卻能力強，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。單的碳鋼件。n油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。n熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，

11、冷卻能力在水和油之間熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。n聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì)聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).3、淬火方法、淬火方法n采用不同的淬火方法可采用不同的淬火方法可彌補介質(zhì)的不足。彌補介質(zhì)的不足。n1、單液淬火法、單液淬火法n加熱工件在一種介質(zhì)中加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。方法。n操作簡單，易實現(xiàn)自動操作簡單，易實現(xiàn)自動化。化。各種淬火方法示意圖各種淬火方法示意圖1單液淬火法單液淬火法2雙液淬火法雙液淬火法3分級淬火法分級淬火法

12、4等溫淬火法等溫淬火法n2、雙液淬火法、雙液淬火法n工件先在一種冷卻能力強的工件先在一種冷卻能力強的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。法。如水淬油冷，油淬空冷如水淬油冷，油淬空冷.n優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件鋼件及大型合金鋼件。n3、分級淬火法、分級淬火法n在在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。緩冷。l可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工

13、可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。件。鹽浴爐鹽浴爐n4、等溫淬火法、等溫淬火法n將工件在稍高于將工件在稍高于 Ms 的鹽浴或堿的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。下貝氏體組織的淬火方法。n經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學性能，淬火應(yīng)力小力學性能，淬火應(yīng)力小.n適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。型件。鋼的淬透性鋼的淬透性網(wǎng)帶式淬火爐網(wǎng)帶式淬火爐n淬透性是鋼的主要熱處理性能。淬透性是鋼的主要熱處理性能。n是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。淬透性的概念淬

14、透性的概念M量和硬度隨量和硬度隨深度的變化深度的變化n淬透性淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。l淬硬層深度淬硬層深度是指由工件是指由工件表面到半馬氏體區(qū)表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深的深度。度。l淬硬性淬硬性是指鋼淬火后所是指鋼淬火后所能達到的最高硬度，即能達到的最高硬度，即硬化能力硬化能力.淬透性與淬硬層深度的關(guān)系淬透性與淬硬層深度的關(guān)系 n同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能

15、力強，淬硬層深。尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強，淬硬層深。n淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同它只用于不同材料之材料之間的比較，是通過尺寸、冷卻介質(zhì)相同時的淬硬層深度來間的比較，是通過尺寸、冷卻介質(zhì)相同時的淬硬層深度來確定的。確定的。 影響淬透性的因素影響淬透性的因素n鋼的淬透性取決于臨界冷卻鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度速度Vk， Vk越小，淬透性越越小，淬透性越高。高。nVk取決于取決于C曲線的位置，曲線的位置，C 曲曲線越靠右，線越靠右，Vk越小。越小。l因而凡是影響因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素曲線的因素都是影響淬透性的因素.即即除除Co

16、外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時間長也使鋼的淬透性提高。體化溫度高、保溫時間長也使鋼的淬透性提高。 n利用淬透性可控制淬硬層深度利用淬透性可控制淬硬層深度。n對于截面承載均勻的重要件對于截面承載均勻的重要件,要全要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。部淬透。如螺栓、連桿、模具等。對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透必淬透(淬硬層深度一般為半徑的淬硬層深度一般為半徑的1/21/3)，如軸類、齒輪等。，如軸類、齒輪等。n淬硬層深度與工件尺寸有關(guān)淬硬層深度與工件尺寸有關(guān),設(shè)計設(shè)計時應(yīng)注意尺寸效

17、應(yīng)。時應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。 高強螺栓高強螺栓柴油機連桿柴油機連桿齒輪齒輪n不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物等溫退火等溫退火P退火退火(爐冷爐冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等溫淬火等溫淬火B(yǎng)下下M+A分級淬火分級淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf時間時間溫度溫度淬火淬火PP均勻均勻A細細A四、鋼的回火四、鋼的回火n回火回火是指將淬火鋼加熱到是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫適當以下的某溫度保溫適當時間后，置于空氣或水中時間后，置于空氣或水中冷卻的工藝。冷卻的工藝。n1、回火的目的、回火的目的n減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開裂。防

18、止變形或開裂。l獲得所需要的力學性能。獲得所需要的力學性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性?；鹂烧{(diào)整硬度、韌性。螺桿表面的螺桿表面的淬火裂紋淬火裂紋n穩(wěn)定尺寸。穩(wěn)定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒箍椶D(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時變形?？?，防止使用時變形。n對于某些高淬透性的鋼對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用，空冷即可淬火，如采用 回火軟化既能回火軟化既能降低硬度降低硬度，又能，又能縮縮短軟化周期。短軟化周期。l

19、未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬未經(jīng)淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂變形或開裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進行回火。進行回火。2、鋼在回火時的轉(zhuǎn)變鋼在回火時的轉(zhuǎn)變n淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。淬火鋼回火時的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個階段變化。 網(wǎng)帶式回火電爐網(wǎng)帶式回火電爐n回火時組織轉(zhuǎn)變回火時組織轉(zhuǎn)變n馬氏體的分解馬氏體的分解n 100回火時，鋼的組織無變化?；鼗饡r，鋼的組織無變化。n100-200加熱時，馬氏體將發(fā)生分解加熱時，馬氏體將

20、發(fā)生分解,從馬氏體中析出從馬氏體中析出 -碳碳化物化物( - FeXC)，使馬氏體過飽和度降低。使馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細析出的碳化物以細片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體回火馬氏體，用用M回回表示。表示。透射電鏡下的回火馬氏體形貌透射電鏡下的回火馬氏體形貌回火馬氏體回火馬氏體n在光鏡下在光鏡下M回回為黑色，為黑色，A為白色。為白色。n 0.2%C 時，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚。時，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯附近的偏聚。n殘余奧氏體分解殘余奧氏體分解l200-300時時, 由于馬由于馬氏體分解，奧氏體所氏體分解，奧氏體所受

21、的壓力下降受的壓力下降, Ms 上上升，升，A 分解分解為為 - 碳化碳化物和過飽和鐵素體，物和過飽和鐵素體，即即M回?；亍發(fā)生于發(fā)生于250-400，此時，此時， -碳化物溶解于碳化物溶解于F中，并從鐵素體中，并從鐵素體中析出中析出Fe3C。l到到350, 馬氏體含碳量降到鐵素體平馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分衡成分, 內(nèi)應(yīng)力大量消內(nèi)應(yīng)力大量消除，除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用組織，稱回火托氏體，用T回表示。回表示?；鼗鹜惺象w回火托氏體l -碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)樘蓟镛D(zhuǎn)變?yōu)镕e3C回火索氏體回

22、火索氏體nFe3C聚集長大和鐵素體多邊形化聚集長大和鐵素體多邊形化l400以上以上, Fe3C開始開始聚集長大。聚集長大。l450 以上鐵素體發(fā)生以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅螢槎噙呅?l這種在多邊形鐵素體基這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆體上分布著顆粒狀粒狀Fe3C的組織稱回火索的組織稱回火索氏體，用氏體，用S回表示?；乇硎?。 淬火鋼硬度隨回火溫度的變化淬火鋼硬度隨回火溫度的變化4040鋼力學性能與回火溫度的關(guān)系鋼力學性能與回火溫度的關(guān)系n回火時的性能變化回火時的性能變化n回火時力學性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，回火時力學性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，

23、鋼的強度、鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高硬度下降，塑性、韌性提高。n200以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。l200-300，由于高，由于高碳鋼中碳鋼中A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸回回, 硬度再次升高。硬度再次升高。l大于大于300,由于由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榇只?，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體鐵素體,硬度直線下硬度直線下降。降。3、回火脆性、回火脆性n淬火鋼的韌性并不總淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。是隨溫度升高而提高。n在某些溫度范圍內(nèi)回在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱性下降的現(xiàn)象，稱回回火脆性火脆性。 n第一類回火脆性第一類回火脆性n又稱不可逆回火脆性。又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在是指淬火鋼在250-350回火時出現(xiàn)的回火時出現(xiàn)的脆性。脆性。l這種回