第四章鋼的熱處理

1、第四章 鋼的熱處理第四章 鋼的熱處理熱處理：熱處理：通過對鋼件加熱、保溫和冷卻的操作方法，來改善其內(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熱處理工藝常見熱處理工藝普通熱處理表面熱處理退火淬火正火回火表面淬火化學(xué)熱處理實際生產(chǎn)中的臨界點實際生產(chǎn)中的臨界點4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變4.3 鋼的退火和正火鋼的退火和正火4.4 鋼的淬火鋼的淬火4.5 鋼的回火鋼的回火4.7 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理4.6 鋼的化學(xué)熱處理鋼的化學(xué)熱處理第四章 鋼的熱處理4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變4.1 鋼在

2、加熱時的轉(zhuǎn)變鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變一、奧氏體的形成過程一、奧氏體的形成過程共析鋼的奧氏體形成過程共析鋼的奧氏體形成過程 ：l奧氏體的形核l奧氏體晶核的長大l殘余滲碳體的溶解l奧氏體成分的均勻化 Play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 過過共析鋼的共析鋼的A A化化： PA PA 后，后， FeFe3 3C C 溶解溶解4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變PlayPlay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 奧氏體形成速度與奧氏體形成速度與加熱溫度加熱溫度、加熱速度加熱速度、鋼的成分鋼的成分以及以及原始組織原始組織等有關(guān)。等有關(guān)。

3、加熱溫度加熱溫度越高，奧氏體形成速度越快越高，奧氏體形成速度越快加熱速度加熱速度越快，奧氏體形成速度越快越快，奧氏體形成速度越快含碳量含碳量增加，利于奧氏體加速形成增加，利于奧氏體加速形成合金元素合金元素顯著影響奧氏體的形成速度顯著影響奧氏體的形成速度組織組織（珠光體）越細(xì)，奧氏體形成速度越快（珠光體）越細(xì)，奧氏體形成速度越快4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)W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

4、下鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性，并不代表具體的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)粗晶粒鋼本質(zhì)細(xì)晶粒鋼4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變n 溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明顯溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明顯n 晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻礙作晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻礙作用，使奧氏體晶粒長大傾向減小用，使奧氏體晶粒長大傾向減小n 合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外幾乎合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大2. 2. 影響奧氏體晶粒長大的因素影

5、響奧氏體晶粒長大的因素4.1 鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變鋼在冷卻時的組織轉(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組織呢？4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體：過冷奧氏體：在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體，稱為氏體，稱為過冷奧氏體過冷奧氏體。臨界點以下臨界點以下不穩(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)用廣等溫冷卻方式等溫冷卻方式連續(xù)冷卻方式連續(xù)冷卻

6、方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細(xì)不勻甚至類型不同的混合轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細(xì)不勻甚至類型不同的混合組織，實際生產(chǎn)中廣泛采用組織，實際生產(chǎn)中廣泛采用4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變高溫轉(zhuǎn)變： A1 550過冷過冷A P 型組織型組織中溫轉(zhuǎn)變中溫轉(zhuǎn)變： 550 MS 過冷過冷A 貝氏體貝氏體低溫轉(zhuǎn)變低溫轉(zhuǎn)變： MS Mf 過冷過冷A 馬氏體馬氏體 ( M )一、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線一、共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線TmTt轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變終了線C曲線：曲線：形狀似形狀似CTTT曲線曲線： Time，Temperature、Transformation4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變01時間/sT/M+AA11002

7、00300400500600700800-100100101010102345AMsMf過冷冷A過冷冷AAMA下BAS轉(zhuǎn)變開始轉(zhuǎn)變結(jié)束A上BATAPM下B上BTSP525HRC2535HRC3540HRC4050HRC5060HRC6065HRC孕育期：孕育期：過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變開始所經(jīng)歷的時間，反映了過冷奧氏體的穩(wěn)定性4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體轉(zhuǎn)變及其產(chǎn)物的組織形態(tài)與性能二、過冷奧氏體轉(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 在在A1550 之之間，過冷奧氏體間，過冷奧氏體（A） 珠光體珠光體（P：F+F

8、e3C）l 過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過形核形核和和長大長大的過程來完成的的過程來完成的；l 珠光體轉(zhuǎn)變是一個珠光體轉(zhuǎn)變是一個擴(kuò)散型擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（轉(zhuǎn)變（FeFe、C C原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；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、過共析鋼在先析相上形核 FeFe原子的擴(kuò)散，完成原子的擴(kuò)散，完成相（相（面心立方）向面心立方）向相（體心立方）的轉(zhuǎn)變相（體心立方）的轉(zhuǎn)變 C C原子的擴(kuò)散，原子的擴(kuò)散， 相相 相過程中多余的相過程中多余的C C原子以原子以FeFe3 3C C形式析出形式析出根據(jù)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的不同，共析成

9、分碳鋼的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可根據(jù)過冷奧氏體轉(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（分為珠光體（A1550） 、貝氏體（、貝氏體（550MS）和馬氏體）和馬氏體（MSMf）三種。）三種。4.2 鋼在冷卻時的組織轉(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，稱為織，稱為片狀珠光體片狀珠光體；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

10、照片間距的大小，可將片狀珠光體分為按照片間距的大小，可將片狀珠光體分為珠光體珠光體P，索氏體索氏體S和和托托氏體氏體T（屈氏體（屈氏體），片間距），片間距PS T；4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變珠光體 P 3800索氏體 S 8000托氏體 T 8000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）600550308035404.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變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 鋼的過冷奧氏體鋼的過冷奧

11、氏體550Ms的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴(kuò)散型相的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴(kuò)散型相變，稱之為貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母變，稱之為貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。表示。1）貝氏體轉(zhuǎn)變特征）貝氏體轉(zhuǎn)變特征 在珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間在珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變溫度之間550Ms ， 過冷奧氏體（過冷奧氏體（A，相相） 貝氏體（貝氏體（B，相相+碳化物碳化物） 半擴(kuò)散型半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間 ； 兩相混合物，其中兩相混合物，其中相過飽和。相過飽和。l Fe原子不擴(kuò)散，切變完成晶格改組原子不擴(kuò)散，切變完成晶格改組 ；l C原子擴(kuò)散，析出

12、碳化物原子擴(kuò)散，析出碳化物4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2）貝氏體的形貌及性能（上貝氏體、下貝氏體）貝氏體的形貌及性能（上貝氏體、下貝氏體）上貝氏體形貌：羽毛狀，由成束的、大體上平行的板條狀鐵上貝氏體形貌：羽毛狀，由成束的、大體上平行的板條狀鐵素體和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體所組成的非片層狀組織。素體和條間的呈粒狀或條狀的滲碳體所組成的非片層狀組織。上貝氏體性能：上貝氏體性能： 強(qiáng)度和韌性差強(qiáng)度和韌性差光學(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 4.2 鋼在冷卻時的組織轉(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。

13、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 4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變下下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，來不及發(fā)生擴(kuò)散分解而產(chǎn)生的非擴(kuò)散型的相變，轉(zhuǎn)變產(chǎn)物稱為馬氏體。 在Ms點以下，過冷奧氏體（A，

14、相） 馬氏體（M，相） 馬氏體轉(zhuǎn)變的無擴(kuò)散性 馬氏體轉(zhuǎn)變的瞬時性，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l Fe原子通過切變和原子的微小調(diào)整來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變（fccbcc）；l C原子不擴(kuò)散，保留在相中；4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體轉(zhuǎn)變的馬氏體轉(zhuǎn)變的不徹底性不徹底性， 馬氏體轉(zhuǎn)變具有很大的馬氏體轉(zhuǎn)變具有很大的體積效應(yīng)體積效應(yīng)，造成較大的內(nèi)應(yīng)力，造成較大的內(nèi)應(yīng)力l M轉(zhuǎn)變在不斷的降溫過程中形成，至轉(zhuǎn)變在不斷的降溫過程中形成，至Mf溫度，溫度，M轉(zhuǎn)變終止，但轉(zhuǎn)變終止，但仍保留部仍保留部 分殘余奧氏體；分殘余奧氏體；l 一般生產(chǎn)中快速冷卻的室溫（一般生產(chǎn)

15、中快速冷卻的室溫（ Ms和和Mf溫度之間），保留更多溫度之間），保留更多的殘余的殘余 奧氏體，高碳鋼可達(dá)奧氏體，高碳鋼可達(dá)10-15%；l 存在殘余奧氏體，對材料的穩(wěn)定性有很大影響。存在殘余奧氏體，對材料的穩(wěn)定性有很大影響。4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變 馬氏體是馬氏體是C在在 -Fe中過飽和間隙固溶體，過飽和的中過飽和間隙固溶體，過飽和的C原子處在體原子處在體 心立方的八面體間隙中，體心立方心立方的八面體間隙中，體心立方體心正方，具有一定的體心正方，具有一定的正方度正方度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范圍4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變l

16、 C% 1.0 % ，針狀針狀M （孿晶孿晶M ）l C% = 0.251.0 % 時，時，混合混合M板條板條M 每個單元呈窄每個單元呈窄而細(xì)長的板條，而細(xì)長的板條，許多板條總是成許多板條總是成群地、相互平行群地、相互平行地連在一起地連在一起針狀針狀M（凸透鏡狀）（凸透鏡狀） 空間形態(tài)為雙凸透鏡空間形態(tài)為雙凸透鏡片狀，相鄰的馬氏體片片狀，相鄰的馬氏體片一般不互相平行，而是一般不互相平行，而是呈一定交角分布呈一定交角分布 鋼中馬氏體的形態(tài)主要為板條狀和針片狀馬氏體鋼中馬氏體的形態(tài)主要為板條狀和針片狀馬氏體4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變板條板條針狀針狀u 較高的強(qiáng)度和硬度，較高的強(qiáng)度和硬度，C %

17、M 硬度硬度u針狀針狀M 硬度高，塑韌性差；板條硬度高，塑韌性差；板條M 強(qiáng)度高，塑韌性強(qiáng)度高，塑韌性較好。較好。u 盡可能細(xì)化奧氏體粒度，是細(xì)化馬氏體晶粒提高馬盡可能細(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氏體韌性的有效手段3）馬氏體的性能）馬氏體的性能4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素三、影響過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的因素含碳量的影響：含碳量的影響：亞共析鋼的C曲線隨著含碳量的增加右移，過共析鋼的C曲線隨著含碳量增加左移；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，

18、使C曲線左移；奧氏體化過程越充分，奧氏體越穩(wěn)定，使C曲線右移。01時 間 / sT /A11 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 01 01 01 02345AABAPBPM + A MfMs01時 間 / sT /1 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001 0 1 0 1 0234AABAPBP + FM + A A3AFA + FMfMsA101時 間 /sT /A11 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 0-1 0 01 001

19、 01 01 0235AMsMfABAPBP + F e3CM + A AcmAF e3CA + F e3C1 044.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變四、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（四、過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCTCCT）PST+M+ARM+AR 連續(xù)冷卻過程連續(xù)冷卻過程不會不會發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變發(fā)生貝氏體轉(zhuǎn)變 ； 存在轉(zhuǎn)變終止線存在轉(zhuǎn)變終止線KK 連續(xù)冷卻，產(chǎn)物不連續(xù)冷卻，產(chǎn)物不可能是單一均勻物質(zhì)可能是單一均勻物質(zhì)4.2 鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變4.3 鋼的退火和正火鋼的退火和正火4.3 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

20、正火的選擇 4.3 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4.3 鋼的退火和正火名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題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)該具體在哪一個溫度段保溫？問題1:在相圖的哪一個區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？ 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)力完全退火加熱溫度：Ac3以上30-50

21、度溫度過高：奧氏體晶粒粗大，綜合機(jī)械性能下降溫度過低： 測溫儀器的偏差，適當(dāng)顧及熱處理效率完全退火答：答：完全退火不能用于過共析鋼過共析鋼，因為加熱到Accm 以上再緩慢冷卻時會得到平衡組織，即在晶界平衡組織，即在晶界處處析出網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼，不適用于過共析鋼。不適用于過共析鋼。 反問：過共析鋼的平衡組織？反問：過共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體網(wǎng)狀滲碳體問題：為什么不適用于過共析鋼呢？問題：為什么不適用于過共析鋼呢？完全退火完全退火組織P+F問題：問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？平衡狀態(tài)組織？完全退火等溫退火：等溫退火：先以較快的速

22、度，將工件加熱到Ac3以上3050，保溫一定時間后，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間。 完全退火的缺點：完全退火的缺點：所需時間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時解決：解決： 為了縮短退火時間，可采用等溫退火?？梢姷葴赝嘶鹚钑r間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。4.3 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。 實質(zhì)：實質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變

23、為球狀滲碳體，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。球化退火球化退火工藝：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：過共析鋼，共析鋼組織：組織：球狀P（F+球狀FeC3）球化退火去應(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)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。去應(yīng)力退火 將工件隨爐緩慢加熱至500650（A1點 ），保溫一段時間后隨爐緩慢冷卻，至200出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分，退火所需的時間越短。 在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。 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），組織細(xì)，強(qiáng)/

24、硬度提高。 應(yīng)用范圍廣 保溫溫度高4.3 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。4.3 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，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，耗能少，操作簡便，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）

25、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。4.3 鋼的退火和正火 淬火的定義和目的 鋼的淬火工藝 鋼的淬透性 4.4 鋼的淬火鋼的淬火4.4 鋼的淬火 概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050，保溫一定時間，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） 。4.4 鋼的淬火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

26、冷卻介質(zhì) 淬火方法 4.4 鋼的淬火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以上30 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。 溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴(yán)重變形溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足?！败淈c軟點”淬火加熱溫度的選擇共析鋼和過共析鋼 溫度： Ac1(3050) 組織：共折鋼: 均勻細(xì)小 M M+少量 A AR R 過共析鋼: 均勻細(xì)小 M M+粒狀 FeFe3 3C C+少量 A AR R

27、有利于獲得最佳硬度和耐磨性。 溫度過高：粗大的M+較多A AR R，降低了鋼的硬度和耐磨度 性，增大淬火變形和開裂傾向。 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。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起工件變形和開裂，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時間(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“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)

28、變時的相變應(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)用水水形狀簡單、硬度要求高、變形度要求形狀簡單、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

29、近MS點溫度時快速轉(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。 分級淬火：是將奧氏體化后的鋼件淬入稍高于MS點溫度的鹽浴中，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)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

30、火時獲得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，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影響淬透性 鋼的淬透性回火的主要目的是：l調(diào)節(jié)硬度，降低脆性 l穩(wěn)定組織和工件尺寸 l減少或消除淬火應(yīng)力，獲得要求的機(jī)械性能

31、回火回火是將淬火鋼加熱到臨界點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、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變與回火組織一、淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變與回火組織1.淬火鋼在回火時的轉(zhuǎn)變淬火鋼在回火時的轉(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(T回回的形成的形成)250-400 滲碳體聚集長大和滲碳體聚集長大和相再結(jié)晶相再結(jié)晶400 以上以上 馬氏體分解馬氏體分解200 4.5 鋼的回火2. 回火組織回火組織 碳鋼的主要回火組織分為三類： 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

32、程中，回火溫度回火組織鋼的性能之間存在著一一對應(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，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。 4.5 鋼的回火三、回火種類三、回火種類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：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)處理調(diào)質(zhì)處理4.5 鋼的回火四、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)的脆性稱為低溫回火脆性，也叫第一類回火脆性。 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)的脆性稱為高溫回火脆性，又叫第二類回火脆性。 不可逆回火