9鋼的熱處理工藝解析

本章目的：介紹鋼的常用熱處理工藝及其應(yīng)用。本章重點(diǎn)：（1）各類熱處理（退火、正火、淬火、回火）工藝—組織－性能－應(yīng)用的規(guī)律和特點(diǎn)；（2）淬透性、淬硬性的概念與應(yīng)用第九章鋼的熱處理工藝金屬材料加工過程：

冶煉→鑄造鑄錠板棒型管焊接機(jī)加工冷軋冷拔深沖鍛件鑄件機(jī)加工零件或構(gòu)件↑工藝性能預(yù)備熱處理↑運(yùn)用性能最終熱處理熱軋→熱鍛→熱處理分類一般熱處理：退火、正火、淬火、回火表面熱處理：表面淬火化學(xué)熱處理形變熱處理：限制軋制§9-1鋼的退火與正火一退火1定義：鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫確定時(shí)間后緩慢隨爐冷卻或限制其冷速，獲平衡組織的工藝~。參見教材“高于或低于AC1”AC1S2分類（1）高溫退火（相變重結(jié)晶退火）T加熱>AC1（2）低溫退火

T加熱<AC1完全退火不完全退火與球化退火等溫退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火.3退火目的總體：改善組織，提高性能①降低硬度，改善切削加工性能；適合機(jī)加工的硬度范圍：150~250HB②細(xì)化晶粒；勻整組織；③消退內(nèi)應(yīng)力.注：當(dāng)為目的②時(shí)，往往用正火代替退火工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

①工藝：完全奧氏體化②組織：層片狀珠光體①↓硬度，改善切削加工性能；②細(xì)化晶粒；消除內(nèi)應(yīng)力；減輕組織不均勻性(消除魏氏組織等)亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備熱處理(切削加工前或熱處理前的預(yù)備熱處理)4退火工藝及特點(diǎn)

AC3+20~30℃

AC3

AC1

tT(1)完全退火注：目的不同，組織限制(珠光體片間距)不同緣由：粗片狀P緣由：重結(jié)晶45鋼鍛造后與完全退火后機(jī)械性能狀態(tài)σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)ψ(%)αk

(kJ.m-2)HB鍛造650~750300~4005~1520~40200~400230完全退火600~700300~35015~2040~50400~600200.完全退火后強(qiáng)硬度有所下降，而塑韌性較大幅度提高——主要目的：改善組織與加工性能晶粒細(xì)化的緣由：完全退火→相變重結(jié)晶過程.α→γ→ααγα40鋼退火前后金相組織——晶粒細(xì)化工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

①工藝：不完全奧氏體化②組織：球狀(粒狀)珠光體①降低(過)共析鋼硬度,適合切削；②為最終熱處理做組織準(zhǔn)備含碳量較高的工、模具鋼的預(yù)備熱處理

AC1+20~30℃ACm或AC3

AC1

tT(2)球化退火——不完全退火的一種。工藝關(guān)鍵：①Fe3C形態(tài)限制②球的大小限制

←限制奧氏體化程度←限制過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的溫度片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀珠光體粒(球)狀珠光體刀具T12鋼球化退火與完全退火的性能比較：

球化退火的強(qiáng)硬度更低，塑韌性更好，碳化物對(duì)基體的分割更勻整、徹底，更利切削加工狀態(tài)σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040160T12鋼完全退火與球化退火后組織與性能比較完全退火、球化退火工藝缺陷：周期長(zhǎng)；且為變溫轉(zhuǎn)變——組織大小不均(3)等溫退火——是完全退火、球化退火工藝的改進(jìn)——

等溫完全退火——等溫球化退火

AC3+20~30℃AC3

Ar1

tTAc1

AC1+20~30℃

Ar1-20~30℃高速鋼等溫退火與一般退火工藝曲線870~880

℃tT4h3h等溫退火一般退火40℃/h720~740

℃爐冷15℃/h空冷空冷等溫退火優(yōu)勢(shì)：(1)縮短工藝時(shí)間：高速鋼40h→20h（2）組織勻整：碳化物球大小一樣工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

(1)高溫、長(zhǎng)時(shí)間；(2)需再經(jīng)重結(jié)晶工藝(完全退火或正火)以細(xì)化晶粒消除或減輕偏析、帶狀組織等合金鋼錠、大型鑄鋼件tTAC3或ACm+200~300℃AC3或ACm(4)擴(kuò)散(勻整化)退火工藝名稱工藝規(guī)范目的適用范圍再結(jié)晶退火①

①消除加工硬化②完全消除殘余應(yīng)力冷塑性變形件去應(yīng)力退火②消除內(nèi)應(yīng)力，防工件變形鑄、鍛、焊、沖壓、機(jī)加工件AC1650~700℃300~650℃tT(5)

再結(jié)晶退火與去應(yīng)力退火①②二正火目的、用途和工藝1定義：鋼加熱到AC3或ACm以上的A區(qū)域，保持確定時(shí)間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝。——?；c退火的區(qū)分：加熱溫度較高；冷卻速度較快；獲得組織較細(xì)(索氏體)——強(qiáng)硬度與塑韌性較高；生產(chǎn)效率較高①②①正火②退火①②正火與退火態(tài)45鋼機(jī)械性能狀態(tài)σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180碳鋼正火與退火后的硬度（HB）狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼軟的中等的硬的工具鋼退火正火～125～140～160～190～185～230～220～270注：正火態(tài)強(qiáng)硬度與塑韌性均較高2目的：①細(xì)化晶粒，消退鑄鍛焊件組織缺陷；②提凹凸碳鋼硬度，改善切削加工性能；③消退高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備；④型材或大型困難鑄鋼件的最終熱處理三正火與退火的選用C%<0.25%的低碳鋼——多用正火；提高硬度C%:0.25~0.5%——可正火、可完全退火；

C%:0.5~0.75%——完全退火；

C%>0.75%——球化退火C%>0.9%——

有網(wǎng)狀碳化物┗正火(消網(wǎng))＋球化退火

1退火與正火—珠光體類型組織的應(yīng)用2能用正火處則不用退火。正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理§9-2鋼的淬火與回火淬火：AC3或AC1以上，奧氏體化，V冷>VC急劇冷卻，獲馬氏體組織。等溫淬火——B下一淬火加熱工藝參數(shù)的選擇1加熱溫度（1）化學(xué)成分：亞共析鋼：AC3+30~50℃

過共析鋼：AC1+30~50℃回火：淬火鋼，AC1以下等溫淬火

AC1

MS

VC

VC′淬火低合金鋼：AC3或AC1+50~100℃高合金鋼：AC3或AC1+300~400℃（2）工件尺寸、形態(tài)、淬火介質(zhì)、晶粒長(zhǎng)大傾向等2保溫時(shí)間τ保溫=τ升溫+τ熱透+τ轉(zhuǎn)

AC1

ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C↑)(↑)A+FM+FFe3C若T>Acm：①C%↑，MS↓；AR↑②粗大M，③氧化脫碳↑變形開裂↑600℃800℃1280℃W18Cr4V：Tt3淬火介質(zhì)（1）淬火介質(zhì)的要求①鼻點(diǎn)冷速大,MS旁邊冷速??；②穩(wěn)定，成本低；③平安：無毒；不腐蝕工件。TτA1MS志向水油(2)常用淬火介質(zhì)①水：鼻溫：150℃/S；Ms：450℃/S。優(yōu)點(diǎn)：冷卻實(shí)力強(qiáng)；成本低。缺點(diǎn)：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速過大，變形；應(yīng)用：小尺寸、形態(tài)簡(jiǎn)潔碳鋼件②油：

Vmax：100~250℃/S，400~500℃；

鼻溫：60~70℃/S；Ms：50℃/S。

優(yōu)：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速小，不易變形；缺點(diǎn)：鼻溫區(qū)冷速過小，淬不透。應(yīng)用：合金鋼件③鹽水與堿水10%NaCl水溶液；15%NaOH水溶液；5%NaCO3水溶液；使蒸汽膜提前裂開；但腐蝕二鋼的淬透性為什么引入“淬透性”概念V表V心VCV表V心淬透層深度VC1概念：奧氏體化的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的實(shí)力——用鋼在確定條件下淬火獲得的淬透層深度表示其大小。淬透層深度：由工件表面→半馬氏體點(diǎn)(50%M)的深度。硬度測(cè)量法：50%M的硬度←C%淬透層深度50%M淬透性與實(shí)際條件下淬透層深度的差別影響淬透性的因素：與影響C曲線因素一樣與鋼種、奧氏體化條件實(shí)際淬透層深度：與淬透性、工件大小、淬火介質(zhì)等有關(guān)淬硬性：鋼淬火時(shí)的硬化實(shí)力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示?！Q于馬氏體中的C%。淬透性:鋼的臨界冷卻速度—合金元素例：T10、15MnVB2淬透性與淬硬性3淬透性測(cè)定方法（1）頂端淬火法φ25×100，（2）臨界淬火直徑臨界淬火直徑：鋼在某種淬火介質(zhì)中能完全淬透的最大直徑(Dk)臨界淬火直徑測(cè)量方法：①C%→半馬氏體硬度；②測(cè)該鋼端淬曲線——找出對(duì)應(yīng)半馬氏體硬度的d端值；③依據(jù)對(duì)零件淬透深度的實(shí)際要求(淬透至1/2R、3/4R、中心等)從下圖查出對(duì)應(yīng)的臨界淬火直徑DkTτA1MS分級(jí)淬火雙液淬火等溫淬火單液淬火三淬火方法1單液淬火——尺寸小、形態(tài)簡(jiǎn)潔的碳鋼、合金鋼件。2雙液淬火（水淬油冷）——尺寸較大碳鋼件。3分級(jí)淬火稍高于MS，鹽??；

——小尺寸工模具、變形小、精密件三淬火方法4等溫淬火淬火熱應(yīng)力、組織應(yīng)力小，變形小；——形態(tài)困難、尺寸精密件。5冷處理目的：①削減AR%，↑HRC；②穩(wěn)定尺寸；③挽救四鋼的回火工藝1回火工藝參數(shù)的選擇回火溫度的選擇：（1）零件運(yùn)用性能→硬度→回火溫度（2）應(yīng)力消退：T>500℃,1h；T<200℃,2~3h；回火后冷卻方式：回火脆性鋼→水、油冷；—高合金鋼的多次回火2回火種類回火溫度↑，內(nèi)應(yīng)力↓；強(qiáng)硬度↓；塑韌性↑?！罁?jù)溫度不同劃分回火種類（1）低溫回火（150~250℃）

組織：回火馬氏體（與淬火馬氏體比較）高碳鋼：淬火片狀M→回火M(片狀過飽和α+ε碳化物，共格)

性能：保持高強(qiáng)硬度；微裂紋焊合；內(nèi)應(yīng)力和脆性↓；韌性略↑。

但低碳鋼：板條M，只有C的偏聚

應(yīng)用：①工、模具鋼；②低碳馬氏體鋼（2）中溫回火（350~500℃）組織：回火屈氏體（與屈氏體比較）條、針狀(未再結(jié)晶，平衡C)α相+彌散分布細(xì)粒狀θ相性能：基體已回復(fù)；內(nèi)應(yīng)力↓↓；彈性極限高；較高的強(qiáng)硬度與良好韌性。應(yīng)用：彈簧鋼、熱鍛模。（0.6~0.9%）（3）高溫回火（550~680℃）組織：回火索氏體（與索氏體比較）等軸狀(再結(jié)晶)α相+勻整分布粒狀(球化)θ相性能：內(nèi)應(yīng)力基本消退，強(qiáng)度與韌性最佳協(xié)作；——綜合機(jī)械性能高應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)件，軸、齒輪調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火σσbσSHRC(0.8%C)δ,ψψδ片狀粒狀305020060040080010退火與淬、回火組織性能比較五鋼的淬、回火缺陷1種類：變形、開裂、氧化、脫碳、硬度不足、軟點(diǎn)、過熱、過燒。

過熱：晶粒粗大——重結(jié)晶

過燒：晶界熔化或氧化2變形與淬火應(yīng)力變形方式：體積變更、彎曲翹曲。產(chǎn)生緣由：加熱或冷卻中熱脹冷縮、組織轉(zhuǎn)變不同步→內(nèi)應(yīng)力種類：熱應(yīng)力、組織應(yīng)力改進(jìn)方法