第四節(jié)鋼的退火與正火

第4章金屬材料熱處理4.1退火與正火4.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性及技術(shù)條件標注4.7鋼的化學(xué)熱處理4.6固溶熱處理與時效強化4.5鋼的淬透性4.4鋼的回火

4.3鋼的表面淬火4.2鋼的淬火

圖4.1熱處理工藝曲線

金屬材料的熱處理是金屬材料在固態(tài)下，通過適當?shù)姆绞竭M行加熱、保溫和冷卻，改變材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而改善材料性能的一種工藝方法。也稱之為金屬材料的改性處理。熱處理的工藝過程如圖：根據(jù)工序位置，熱處理可分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。根據(jù)熱處理的目的要求和工藝方法的不同，熱處理可分為三大類：

退火退火是將鋼加熱到預(yù)定溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻，獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。退火的目的是：（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，減少變形與開裂傾向。（3）細化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。4.1退火與正火根據(jù)鋼成分和退火的目的不同，退火可分為完全退火、球化退火、擴散退火和去應(yīng)力退火。1.完全退火將鋼加熱到Ac3以上30℃

～50℃

，保溫一定時間后隨爐冷卻到500℃以下再出爐空冷的熱處理工藝。圖4.2高速鋼等溫退火與完全退火的比較2.球化退火將鋼加熱到Ac1以上10℃～30℃，保溫較長時間緩慢冷卻到600℃以下，再出爐空冷的熱處理工藝。適用于共析鋼,過共析鋼的退火,使鋼中二次滲碳體和珠光體中的滲碳體球化,降低硬度,提高切削加工性能,并減小最終淬火變形和開裂,為以后熱處理做準備.3.擴散退火（均勻化退火）將鋼加熱到Ac3以上150℃～200℃，長時間保溫（10～15h）后隨爐緩冷。適用于大型鑄鍛件,消除其化學(xué)成分的偏析和組織不均勻性.擴散退火容易使鋼晶粒粗大,所以要進行完全退火或正火以細化晶粒.4.去應(yīng)力退火

加熱低于Ac1以上，一般為500℃～650℃，充分保溫后緩慢冷卻到200℃出爐空冷.在退火過程中無組織變化,適用于鑄鍛焊件及經(jīng)過切削加工的零件,消除毛胚零件中的殘余應(yīng)力,穩(wěn)定工件尺寸,減少零件在適用中的變形和裂紋傾向.正火

正火是將鋼加熱到Ac3或Ac㎝以上30℃～50℃，保溫適當時間后在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝。正火組織晶粒細小,分布較均勻圖4.3碳鋼的硬度與熱處理關(guān)系圖4.4各種退火及正火的加熱溫度范圍圖4.5碳鋼的淬火加熱溫度范圍4.2鋼的淬火淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30°C～50°C，經(jīng)過保溫后在冷卻介質(zhì)中迅速冷卻的熱處理工藝。淬火加熱溫度和加熱時間

碳鋼的淬火加熱溫度范圍如圖所示。

1-單介質(zhì)淬火法；2-雙介質(zhì)淬火法；3-馬氏體分級淬火法；4-貝氏體等溫淬法

圖4.7各種淬火方法示意圖淬火冷卻方法淬火冷卻介質(zhì)使零件獲得某種冷卻速度的介質(zhì)稱為淬火冷卻介質(zhì)。最常用的有水、鹽（堿）水、油三類。圖4.6理想淬火冷卻曲線45號鋼在水中,油中,空氣中冷卻后得到組織及硬度:

表面淬火方法是將淬火零件迅速加熱至相變溫度以上，而心部未被加熱，然后迅速冷卻，使零件表層獲得馬氏體而心部仍為原始組織的“外硬內(nèi)韌”狀態(tài)。一、感應(yīng)加熱表面淬火二、火焰加熱表面淬火4.3鋼的表面淬火見視頻134.4鋼的回火回火就是把經(jīng)過淬火的零件重新加熱到低于Ac1某一溫度，適當保溫后，冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹉康模?）消除或降低內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，防止變形和開裂。（2）穩(wěn)定組織、尺寸和形狀，保證零件的使用精度和性能。（3）調(diào)整零件的強度、硬度，獲得所需的韌性和塑性。回火組織轉(zhuǎn)變及性能變化

回火時的加熱、保溫將促使淬火馬氏體和殘余奧氏體向穩(wěn)定組織轉(zhuǎn)變，可分為四個階段：馬氏體的分解；殘余奧氏體的分解；滲碳體的形成；滲碳體聚集長大。淬火鋼回火時硬度和強度隨溫度升高而下降，其塑性和韌性相應(yīng)提高。回火工藝及應(yīng)用鋼淬火回火后的組織和性能取決于回火溫度，根據(jù)回火溫度不同，回火方法分為三種：低溫回火（150℃～250℃）；中溫回火（350℃～500℃）；高溫回火（500℃～650℃）。

回火規(guī)范主要用于碳鋼和低合金鋼，對含合金元素多的合金鋼則應(yīng)適當提高回火溫度?；鼗鸫嘈源慊痄撛谀承囟葏^(qū)間回火，或從回火溫度緩慢冷卻通過該溫度區(qū)，產(chǎn)生的組織沖擊韌性顯著降低，這現(xiàn)象稱為回火脆性4.5鋼的淬透性

鋼鐵淬透性

鋼的淬透性是在規(guī)定的淬火條件下，決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性。通常用所獲得的淬硬層深度來表示。圖4.8工件截面的不同冷卻速度

鋼的淬硬層深度是指從淬硬的工件表面量至規(guī)定硬度值處的垂直距離。

淬透性高的鋼材淬硬層深度一定深嗎?

影響鋼的淬透性的因素：與鋼的臨界冷速有關(guān)，臨界冷速越小，鋼的淬透性越大。1鋼的含碳量2合金元素(Mn,Cr,Si,Ni)(Co,Al)鋼中未熔解物質(zhì)鋼的淬硬性是指鋼在淬火時所能獲得的最高硬度。它反映鋼材在淬火時的硬化能力。與馬氏體的含碳量及馬氏體本身量有關(guān)。淬透性的測試方法常用的測定方法有臨界直徑法和端淬試驗法。1對承受交變載荷和動載荷下,整體界面受力均勻,應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜的零件,拉桿、鍛模、錘桿等工件，應(yīng)選用淬透性好的鋼。2受交變應(yīng)力和振動的彈簧類零件,也應(yīng)用淬透性好的鋼。淬透性與選材關(guān)系3受彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的軸類零件，受力時應(yīng)力分布不均勻，可選用淬透性較低的鋼。4工具類零件，為保證強度，硬度均勻一致，要求高強度，高硬度，高耐磨性，高淬透性。對于形狀復(fù)雜或尺寸精度要求高的工件，應(yīng)選用高淬透性材料。根據(jù)淬透性選擇材料必須考慮工件的尺寸效應(yīng)。4.6固溶熱處理與時效強化

固溶熱處理是將合金加熱到高溫單相區(qū)恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中后快速冷卻，以達到過飽和固溶體的工藝。Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼

時效處理是合金工件經(jīng)固溶熱處理后在室溫和稍高于室溫保溫，在金屬的過飽和固溶體中形成溶質(zhì)原子偏聚區(qū)和由之脫溶出微粒彌散分布于基體中導(dǎo)致硬化，達到沉淀硬化的目的。經(jīng)過固溶熱處理后進行時效應(yīng)具備的條件是：1.材料對合金元素應(yīng)具有一定的溶解度。2.合金元素的溶解度隨溫度的降低而減小。3.高溫固溶的合金元素快速冷卻后成為過飽和固溶體。4.在低溫下，合金元素具有一定的擴散速度。

1-風(fēng)扇電動機；2-廢氣火焰；3-爐蓋；4-砂封；5-電阻絲；6-耐熱罐；7-工件；8-爐體圖4.9氣體滲碳示意圖4.7鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的基本過程由三個階段組成：1、活性原子的產(chǎn)生2、活性原子的吸收3、活性原子的擴散

鋼的化學(xué)熱處理是將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入表層，以改變其化學(xué)成分、組織、和性能的熱處理工藝。一、滲碳1、氣體滲碳2、固體滲碳二、滲氮也稱為氮化處理三、碳氮共滲四、滲硼五、滲金屬見視頻13圖4.10

避免尖角設(shè)計（2）零件截面厚度應(yīng)力求均勻

圖4.11避免厚薄懸殊4.8熱處理零件的結(jié)構(gòu)工藝性及技術(shù)條件標注

熱處理零件