材料熱處理分類和工程師考試必備知識點

1、材料熱處理分類和工程師考試必備知識點鋼的分類按相圖分C%0.77%：亞共析鋼，組織為F+P；C%=0.77%：共析鋼，組織為P；0.77% C% 2.11%：過共析鋼，組織為P+Fe3C；2.11% C%4.3%：亞共晶鑄鐵，組織為P+Fe3C+Ld（萊氏體）；C%=4.3%：共晶鑄鐵，組織為Ld4.3% C%6.69%：過共晶鑄鐵，組織為Ld+Fe3C鋼的分類按含碳量分：C%0.25%：低碳鋼0.25% C%0.60%：中碳鋼0.60% C%2.11%：高碳鋼2.11% C%4.3%：亞共晶鑄鐵C%=4.3%：共晶鑄鐵4.3% C%6.69%：過共晶鑄鐵按用途分：結構鋼工具鋼特殊性能鋼結構鋼

2、調質鋼45、40Cr、 40CrNiMo、42CrMo、 38CrMoAl（氮化鋼）滲碳鋼20、20Cr、20CrNiMo 、 20CrMnTi彈簧鋼65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA軸承鋼GCr15、GCr9、GCr6工具鋼的分類刃具鋼碳素工具鋼：T7、T8、T10、T12低合金工具鋼：大截面9CrSi、CrWMn等高速鋼：18-4-1、6-5-4-2、9-3-4-1等分級淬火；溫度高，接近熔點，隨爐試樣；A,多，三次回火，紅硬性好；冷處理“風鋼”。特殊性能鋼不銹鋼：馬氏體不銹鋼；1Cr13、 2Cr13、 3Cr13、 4Cr13 奧氏體不銹鋼：1Cr18Ni9Ti 鐵素體不銹鋼：

3、1Cr17Ni2 沉淀硬化不銹鋼00Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)耐熱鋼：15CrMo低溫鋼：1Cr18Ni9Ti耐磨鋼:Mn13(水韌化處理）合金元素的作用強碳化物形成元素：Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Mn非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B強化F：由強到弱：P、 Si、Ti、Mn、 Al、 Cu、 Ni、 Mo、 V、 W、 Cr（需控制含量，降低k）防止晶界腐蝕：Ti提高電位： Cr合金元素對加熱的影響擴大區(qū)：Mn、 Ni、 Co、 C、 N、 B、 Cu縮小區(qū)：Cr、W、Mo、V、Ti、 Al 、 Si、 Nb、Zr阻止A晶粒長大： 強烈： V、

4、 Nb、 Ti、 Zr 中等： W、Mo、 Cr 不大： Si、 Ni、 Cu促進A晶粒長大：Mn 合金元素對冷卻的影響除Co外，所有合金元素均使C曲線右移對C曲線影響由弱到強：Mn、 Mo 、Cr、 W 、Si、 Ni降低Ms由強到弱：Mn、 Cr、 Ni、 Mo、 W 、Si合金元素對回火的影響提高回火穩(wěn)定性： W 、V、 Mo 、 Si Ni、 Co產(chǎn)生二次硬化： W 、Mo 、V AM （二次淬火） 沉淀硬化、彌散強化回火脆性：產(chǎn)生： Cr、 Ni、 Mn 抑制： Mo、 W 第一講鋼的整體熱處理 退火正火淬火回火鋼的正火 將鋼加熱到Ac3（或Accm）點以上3050，保溫適當時間后，

5、在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。 風冷 霧冷 預先熱處理 代替調質正火的目的細化晶粒，均勻組織；提高低碳鋼工件的硬度和切削加工性；消除加工硬化和去除內應力；消除過共析鋼的網(wǎng)狀碳化物；為下一步熱處理做好準備；低碳鋼代替退火；大工件感應淬火前的預備熱處理。鋼的退火將金屬或合金加熱到適當溫度，保持一定的時間然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的降低硬度，改善力學性能；消除組織缺陷，均勻化學成分；消除或減少內應力，穩(wěn)定尺寸；為最終熱處理做組織準備退火的分類完全退火 中低碳鋼鑄件、熱軋件、焊接件不完全退火 共析鋼球化退火 共析鋼、過共析鋼均勻化退火 大型鑄鋼件和合金鋼鋼錠去應力退火 鑄件、焊接件、鍛軋件及機

6、械 加工件幾種退火的加熱溫度范圍鋼的淬火將鋼件加熱到Ac3或Ac1點以上某一溫度，保持一定時間，然后以適當速度冷卻，獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火目的提高鋼的強度、硬度、耐磨性等力學性能，提高不銹鋼的耐蝕性，增加磁鋼的永磁性。1.3.1 加熱參數(shù)的選擇B和M均為A的轉變產(chǎn)物，為了獲得這些組織，首先要加熱獲得A。加熱的目的：獲得適當成分、晶粒細小的奧氏體加熱溫度（淬火溫度）、保溫時間都是以以上目的為依據(jù)的，同時考慮能源及設備消耗、零件氧化脫碳淬火溫度的選擇亞共析鋼: Ac3 （3050）共、過共析鋼:Ac1（3050）保溫時間的選擇保溫是加熱的繼續(xù)，目的相同因為碳鋼奧氏體轉變所需的時間

7、較短，保溫至整個零件達到淬火溫度即可；合金元素擴散較慢，可能影響碳化物的溶解和C的擴散，合金鋼可以適當延長保溫時間。按裝爐量、工件尺寸、材料種類估算1.3.2 鋼的淬透性與淬硬性鋼的淬透性是指鋼在淬火后獲得馬氏體或淬硬層深度（又稱為淬透層深度）的能力。一定尺寸的工件，淬火時工件表面冷卻較快，心部冷卻較慢 。不同位置轉變產(chǎn)物不同。鋼的淬透性取決于過冷 奧氏體的穩(wěn)定性淬透性通常用規(guī)定條件(試樣形狀、尺寸、加熱冷卻條件等）下的淬硬層深度表示，淬硬層深度越深，表明其淬透性越好。淬透性與鋼材成分、原始狀態(tài)及加熱條件有關，而與工件尺寸、淬火介質無關 C曲線靠右的鋼（臨界冷卻速度較?。?，淬透性較好在尺寸、形

8、狀、冷卻條件均相同時，淬透性大的鋼，淬透層深度越深。 不同尺寸的工件淬硬層深度不同大直徑零件淬硬層較??；根據(jù)工件的淬透性優(yōu)化熱處理工藝。 如正火代替調質量安排工藝路線考慮淬透性；淬透性是選材制定工藝的依據(jù)淬透性與選材和制定熱處理工藝的重要依據(jù)。如截面尺寸大、形狀復雜、承受復雜應力、對心部性能要求高較高淬透性材料對于承受彎扭的軸類、齒輪類零件，可選用淬透性低、淬硬層淺（如為半徑的1/31/2）的鋼。為了防止焊件變形和裂紋、強力沖擊脆斷，材料的淬透性不能太好。 鋼的淬硬性鋼的淬硬性是指鋼在理想條件下淬火所能達到的最大硬度能力。鋼的淬硬性取決于鋼（A）的含碳量。1.3.3 常用淬火冷卻介質與淬火方法

9、淬火介質與方法的選擇要考慮兩方面的因素避免形成珠光體減小變形、開裂理想介質的冷卻特性如圖 理想冷卻速度淬火加熱方式1.空氣爐 氧化脫碳 毛坯料 改進：裝箱 涂保護涂料2. 鹽浴爐 加熱速度快，氧化脫碳小，可 實現(xiàn)局部加熱。注意：定期脫氧撈渣，嚴格控制水分。3.保護氣氛4.真空爐加熱 無氧化脫碳，可實現(xiàn)光亮淬火；工件變形?。还ぜ砻婀饬?；無污染，勞動條件好。淬火溫度亞共析鋼 Ac3(30-50)過共析鋼 Ac1(30-50) 過共析鋼中碳化物溶解困難，淬火溫度還要高，一般要(30-70)，甚至大于100 淬火加熱時間 1）鋼的成分 合金鋼碳鋼 2）工件尺寸及裝爐量 3）加熱設備 真空爐空氣爐鹽浴

10、爐 4）裝爐狀況 間隙小，時間長 5）裝爐溫度 高溫裝爐可以縮短時間淬火冷卻根據(jù)C-曲線常用冷卻介質1.水及水溶液（水基）2.油3.鹽浴和堿浴4.氣體（氮氣、空氣）1.水及水溶液 10% NaCl水溶液在550-650范圍的冷卻能力比清水提高近10倍；10-15% NaOH水溶液好于NaCl，但其易變質且有腐蝕。10% NaCl水溶液最高使用溫度為5010-15% NaOH水溶液最高使用溫度為60.水基淬火劑2.油油的溫度高，冷卻能力強，機油最好使用溫度60-80.等溫淬火油快速淬火油真空淬火油光亮淬火油。油淬火件需清洗。淬火冷卻介質3.鹽浴和堿浴4.氣體（氮氣、空氣）淬火冷卻方法P117（1

11、）單液淬火；（2）雙介質淬火：水-油；水-空氣；油-空氣；（3）分級淬火Ms（馬氏體）；（4）等溫淬火, 260-400,下貝區(qū)（貝氏體）；（5）冷處理：目的：提高硬度，穩(wěn)定尺寸，提高磁性。（主要是減少A） 冷卻操作方法P118復雜零件，預冷可減小變形；淬火方向軸類，套筒垂直入水；長板，橫向側面入水；凹面，槽口向上；截面相差較大時，大頭先入水等不擺動或只沿著淬入方向直線運動，可減小變形；淬火應用實例臨界直徑的零件容易開裂，如5-11的45鋼零件水淬。尤其是6-9最容易開裂。裂紋起源于最先入水的部位或缺陷處。避免危險尺寸；改進工藝改變淬火介質淬火缺陷 1.硬度不足和軟點；原因及措施 2.過熱和過

12、燒； 3.氧化和脫碳； 4.變形和開裂。鋼的回火：鋼件淬硬后，再加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷到室溫，獲得較穩(wěn)定組織及所需力學性能的熱處理工藝?；鼗鹉康?.降低應力和脆性，防止斷裂；2.獲得良好的綜合機械性能；3.防止工件變形，穩(wěn)定工件尺寸；4.改善加工性能?；鼗鸬姆诸惡蛻酶鶕?jù)回火時發(fā)生的轉變，回火分為三類低溫回火：發(fā)生馬氏體分解，產(chǎn)物為回火馬氏體M；中溫回火：碳化物沒有過分聚集長大，產(chǎn)物為回火屈氏體T (F+點狀Fe3C)；高溫回火：產(chǎn)物為回火索氏體S (F+球狀的Fe3C)回火的分類：1.低溫回火 150-250 M回 穩(wěn)定組織，用于高硬度的零件，軸承、滲碳淬火件。 2

13、.中溫回火 250-500 T回 獲得較好的彈性、韌性，用于彈簧、熱鍛模。3.高溫回火 500-700 S回 獲得較高的綜合力學性能，用于各種軸類、連桿、螺栓等。淬火高溫回火=調質處理高速鋼的560回火并非高溫回火，而是低溫回火。淬火鋼在回火時的變化淬火后鋼處于不穩(wěn)定狀態(tài)，加熱時由于原子活動能力增強，發(fā)生如下轉變（溫度碳鋼）(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由間隙位置逸出到位錯線附近;(2)馬氏體分解:在此溫度間馬氏體中的碳濃度不斷降低并發(fā)生M的分解，即從碳的過飽和固溶體中析出碳化物。M 100250析出 -FeC ； 250400之間， -FeC溶解并重新析出Fe3C。(3)殘余奧氏體的

14、轉變: （200300）在回火加熱、保溫或降溫過程中按 C曲線進行轉變，如AM或B組織(4)F的回復與再結晶及碳化物的聚集長大當T 400時，M中的碳原子全部脫溶，變成F，但是保持M外形。T當T 600時，F(xiàn)發(fā)生回復和再結晶，F(xiàn)e3C集聚長大并粗化。S淬火鋼在回火時性能的變化淬火鋼在回火時隨著回火溫度的升高，鋼的硬度不斷下降，塑性韌性、不斷升高鋼的回火脆性第一類回火脆 碳鋼在200-400溫度范圍內回火，合金鋼在250-450溫度范圍內回火，會出現(xiàn)室溫沖擊韌度下降。 消除之需重新淬火。（不可逆）鋼的回火脆性第二類回火脆性（高溫） 某些合金鋼在450-650溫度范圍內回火或回火后緩慢冷卻通過上述

15、溫度范圍時，會出現(xiàn)沖擊韌度降低的現(xiàn)象。將其重新加熱到回火溫度然后快冷至室溫，脆性就會消失。（可逆） 含Cr、Ni、Mn合金元素與雜質協(xié)同在晶界偏聚造成第二類回火脆性。 加入0.30.5%的Mo可以抑制第二類回火脆。 回火后快冷可以抑制第二類回火脆性。第二講典型零件熱處理結構鋼的熱處理調質鋼45、40Cr、 40CrNiMo、42CrMo、 38CrMoAl（氮化鋼）滲碳鋼20、20Cr、20CrNiMo 、 20CrMnTi彈簧鋼65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA軸承鋼GCr15、GCr9、GCr6調質鋼最終熱處理：軸類、連桿、高強螺栓等預先熱處理：滲氮、軟氮化、感應淬火工藝：淬火：A

16、C3+ （3050） 回火：根據(jù)硬度要求 （注意有回火脆的材料）彈簧鋼彈簧鋼：65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA 淬火+中溫回火；彈性硬度。T回 過熱敏感性 去應力退火：240-300 表面光潔度（疲勞源） 失效形式：疲勞（噴丸強化） 不得酸洗（氫脆）軸承鋼的熱處理 GCr15工藝路線鍛件正火球化退火機加工淬火+冷處理+回火磨削加工一次時效精磨二次時效研磨GCr15熱處理工藝1.正火溫度：920時間：冷卻方式：空冷（散堆）金相組織：細片狀珠光體（不得有網(wǎng)狀碳化物）GCr15熱處理工藝2.球化退火退火溫度800-820，保溫時間2-3小時，快冷至680 等溫溫度680-700，保溫時間3

17、-4小時，冷爐至500 以下空冷球化組織2-4級GCr15熱處理工藝3.淬火工藝預熱溫度500-550 ，保溫時間90min。淬火溫度850 ，保溫時間60min。（視工件大小及裝爐量而定）GCr15熱處理工藝4.冷處理工藝-70-80 ，保溫時間1h。冷處理目的：1）減少A；2）提高硬度及耐磨性；3）穩(wěn)定尺寸及性能；GCr15熱處理工藝5.回火工藝回火溫度 180 回火保溫時間2-4hGCr15熱處理工藝6.一次時效溫度150-160 時間4-6hGCr15熱處理工藝7.二次時效溫度120 -140時間4-6h齒輪拖拉機、重載汽車齒輪：滲碳+淬火轎車齒輪：高頻淬火機床齒輪：氮化滲碳+淬火齒輪

18、的工藝1.材料：20CrMnTi 、20CrNiMo2.工藝路線：鍛造正火粗車精車制齒滲碳+淬火、回火拋丸成品正火可使組織均勻化，調整硬度改善切削加工性。滲碳是提高齒面碳的質量分數(shù)（0.8-1.05%）；淬火可提高齒輪表面硬度并獲得一定淬硬層深度（），提高齒面耐磨性和接觸疲勞強度；低溫回火的作用是消除淬火應力，防止磨削裂紋，提高沖擊抗力。噴丸處理可提高齒面硬度約1-3HRC，增加表面殘余壓應力，從而提高接觸疲勞強度。 高頻淬火齒輪的工藝1.材料：45、40Cr2.工藝路線：鍛造正火粗車調質精車制齒高頻淬火、回火精磨成品正火可使組織均勻化，消除鍛造應力，調整硬度改善切削加工性。調質可使齒輪具有較高的綜合力學性能，提高齒輪心部強度和韌性，使齒輪能承受較大彎曲應力和沖擊載荷，并減小淬火變形；感應淬火可