熱處理的基本方法(淬火與回火)

一、鋼的淬火鋼的淬火——將鋼加熱到臨界溫度（A1或A3）以上，保溫一定時間（使其奧氏體化）以大于臨界冷卻速度（V臨）進行冷卻，以獲得馬氏體或下貝氏體組織的熱處理工藝。其目的是為了獲得馬氏體組織，提高鋼的強度、硬度和耐磨性。淬火工藝①淬火加熱溫度亞共析鋼：Ac3+30～50℃;共析和過共析鋼：Ac1+

30～50℃為什么過共析鋼淬火加熱溫度在Ac1+

30～50

℃，而不是Acm+

30～50℃？(1)淬火加熱溫度選擇

為什么過共析鋼淬火加熱溫度在Ac1+

30～50

℃，而不是Acm+

30～50℃？(1)淬火加熱溫度選擇答：1）由于滲碳體全部溶于奧氏體，淬火后耐磨性下降；2）溫度過高會引起奧氏體粗化，淬火后得到粗大的馬氏體，顯微裂紋增大；3）滲碳體溶于奧氏體，導(dǎo)致奧氏體中含碳量增加，Ms點下降，殘余奧氏體增加，導(dǎo)致鋼的硬度下降；4）溫度過高，會使氧化脫碳加劇，淬火變形和開裂傾向加大，這樣Ac1+

30～50

℃得到奧氏體和滲碳體，淬火后得到馬氏體和粒狀滲碳體(1)淬火加熱溫度選擇在A1～650℃緩慢冷卻，以減少熱應(yīng)力；在過冷奧氏體最不穩(wěn)定區(qū)域（650～400℃

），快速冷卻；而在MS附近的溫度區(qū)域冷速比較緩慢，它可以減少淬火內(nèi)應(yīng)力，避免淬火變形

開裂。緩冷（理想冷卻速度）快冷緩冷淬火介質(zhì)：為實現(xiàn)淬火目的用的冷卻介質(zhì)。理想淬火介質(zhì)具備：高溫慢冷；奧氏體鼻子溫度快冷；馬氏體轉(zhuǎn)變慢冷。(2)淬火冷卻介質(zhì)選擇

傳統(tǒng)的淬火冷卻介質(zhì)有油、水、鹽水和堿水等，它們的冷卻能力依次增加。其中，水和油是目前生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的冷卻介質(zhì)。介質(zhì)冷卻特點應(yīng)用場合水、鹽水和堿水油在550—650℃范圍內(nèi)的冷卻能力較大,但在200—300℃范圍內(nèi)冷卻能力過強，易使淬火零件變形與開裂常用于尺寸不大，外形較簡單的碳鋼零件的淬火油的冷卻能力較低，在200—300℃范圍內(nèi)冷卻速度較慢，能減少工件變形與開裂的現(xiàn)象，但是在550—650℃范圍內(nèi)冷卻能力過低對截面較低的碳鋼及低合金鋼不易淬硬，一般作為形狀復(fù)雜的中小型合金鋼零件的淬火介質(zhì)(3)淬火方法：單液淬火：操作方法：將鋼件奧氏體化后，在單一淬火介質(zhì)中冷卻到室溫的處理，稱為單液淬火。單液淬火時碳鋼一般采用水冷淬火，合金鋼采用油冷特點及應(yīng)用場合：操作簡單，易于實現(xiàn)機械化、自動化。但由于單獨用水或油進行冷卻，冷卻特征不夠理想，所以容易產(chǎn)生硬度不足或開裂等淬火缺陷。雙液淬火：將鋼件奧氏體化后，先浸入一種冷卻能力強的介質(zhì)中，在鋼的組織還未開始轉(zhuǎn)變時候迅速取出，馬上浸入另一種冷卻能力弱的介質(zhì)中，緩冷到室溫，如先水后油、先油后空氣等優(yōu)點是內(nèi)應(yīng)力小、變形及開裂少，缺點是操作困難，不易掌握，故主要應(yīng)用于碳素工具鋼制造的易開裂的工件，如絲錐等。操作方法：特點及應(yīng)用場合：馬氏體分級淬火：將鋼件奧氏體化后，隨之浸入溫度稍高或者稍低于Ms點的液態(tài)介質(zhì)中，保持適當(dāng)?shù)臅r間，待鋼件的內(nèi)外層都達到介質(zhì)溫度后取出空冷以獲得馬氏體組織的淬火工藝。

通過Ms點附近的保溫，使工件內(nèi)外溫差最小，可以減小淬火應(yīng)力，防止工件變形和開裂。但由于鹽浴的冷卻能力較差，對碳鋼零件，淬火后悔出現(xiàn)非馬氏體組織，因此主要應(yīng)用于淬透性好的合金鋼或截面不大、形狀復(fù)雜的碳鋼工件操作方法：特點及應(yīng)用場合：貝氏體等溫淬火：將鋼件奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間（260～400℃）等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的淬火工藝稱為貝氏體等溫淬火

主要目的是強化鋼材，使工件獲得較高的強度、硬度，較好的耐磨性和比馬氏體好的韌性，可以顯著地減少淬火應(yīng)力，從而減少工件的淬火變形，避免淬火工件的開裂，常應(yīng)用于各種中、高碳工具鋼和低合金鋼制造的形狀復(fù)雜、尺寸較小、韌性要求較高的各種模具、成形刀具等工件操作方法：特點及應(yīng)用場合：Ⅰ.概念淬透性——鋼材被淬透的能力，或者說淬火時獲得馬氏體的能力。

其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來表示。工件淬硬層與冷卻速度的關(guān)系示意圖（a）零件截面的不同冷卻速度;（b）未淬透區(qū)的示意圖ab(4)鋼的淬透性與淬硬性M量和硬度隨深度的變化淬硬層深度——

由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M+50%P)的深度。如果工件中心在淬火后獲得了50％以上的M，則認為工件已經(jīng)被淬透。鋼的淬透性淬透性的大小對鋼的熱處理后的力學(xué)性能的影響未淬透淬透HRCHRC鋼的淬透性Ⅱ、影響淬透性的因素決定因素:臨界冷卻速度;取決于A成分。因此使C曲線右移的元素均使淬透性提高;奧氏體化溫度越高,保溫時間越長,則晶粒越粗大,成分越均勻,過冷奧氏體越穩(wěn)定,C曲線越向右移,淬火臨界冷卻速度越小,鋼的淬透性越好鋼的淬透性注意區(qū)別：鋼的淬透性——鋼材本身的固有屬性，與外部因素?zé)o關(guān)工件的淬透深度——取決于鋼材淬透性,還與冷卻介質(zhì)、工件尺寸等外部因素有關(guān)。同一材料的淬硬層深度與工件的尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強，淬硬層深。淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)。它只用于不同材料之間的比較。是在尺寸、冷卻介質(zhì)相同時，用不同材料的淬硬層深度來進行比較的。鋼的淬透性注意區(qū)別：淬透性和淬硬性淬硬性:

鋼在理想條件下淬火后所能達到的最高硬度。影響因素:

主要取決于馬氏體的含碳量。馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%

淬硬性與淬透性:（兩個完全不同的概念）淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T12A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(20Cr2Ni4A)大高高碳高合金工具鋼(W18Cr4V)(5)淬透性的實際意義

1、對于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等?！x用高淬透性鋼2、對于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的1/2～1/3），如軸類?！痛阃感凿摯阌矊由疃扰c工件尺寸有關(guān)，設(shè)計時應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。高強螺栓柴油機連桿齒輪五、淬火缺陷在熱處理生產(chǎn)中，由于淬火工藝控制不當(dāng)，常會產(chǎn)生氧化與脫碳、過熱與過燒、變形與開裂、硬度不足及軟點等缺陷。五、鋼的淬火缺陷五、淬火缺陷缺陷名稱缺陷含義及產(chǎn)生原因后果防止與補救方法氧化與脫碳過熱與過燒

鋼在加熱時，爐內(nèi)的氧與鋼表面的鐵相互作用，形成一層松脆的氧化鐵皮的現(xiàn)象稱為氧化脫碳是指鋼在加熱時，鋼表面的碳與氣體介質(zhì)作用而逸出，使鋼件表面含碳量降低的現(xiàn)象

鋼在淬火加熱時,由于加熱溫度過高或高溫停留時間過長,造成奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象稱為過熱若加熱溫度達到固相線附近，晶界已開始出現(xiàn)氧化和熔化的現(xiàn)象，則稱為過燒

氧化與脫碳會降低鋼件的表層的硬度和疲勞強度，而且還會影響零件的尺寸

工件過熱后，晶粒粗大，使鋼的力學(xué)性能(尤其是韌性)降低，并易引起淬火時的變形和開裂

在鹽浴爐內(nèi)加熱，或在工件表面涂覆保護劑，也可在保護氣氛及真空中加熱

嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間，發(fā)現(xiàn)過熱，馬上出爐空冷至火色消失，再立即重新加熱到規(guī)定溫度或通過正火予以補救

過燒后的工件只能報廢，無法補救。五、淬火缺陷缺陷名稱缺陷含義及產(chǎn)生原因后果防止與補救方法變形與開裂硬度不足

淬火內(nèi)應(yīng)力是造成工件變形和開裂的主要原因

由于加熱溫度過低、保溫時間不足、冷卻速度不夠快或表面脫碳等原因，在淬火后無法達到預(yù)期的硬度無法使用

無法滿足使用性能

應(yīng)選用合理的工藝方法變形的工件課采取校正的方法補救，而開裂的工件只能報廢

嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程發(fā)現(xiàn)硬度不足，可先進行一次退火或正火處理，再重新淬火軟點

淬火后攻擊表面有許多未淬硬的小區(qū)域原因包括加熱溫度不夠，局部冷卻速度不足(局部有污物、氣泡等)及局部脫碳

組織不均勻，性能不一致

冷卻時注意操作方法，增加攪拌產(chǎn)生軟點后，可先進行一次退火，正火或者調(diào)質(zhì)處理，再重新淬火8.2回火回火——在A1線以下很寬溫度范圍內(nèi)進行，是使淬火組織的亞穩(wěn)定進一步向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程，獲得穩(wěn)定的組織和性能，減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力?；鼗鹉康模禾岣叽慊痄撍苄院晚g性，降低其脆性；降低或消除淬火引起的殘余應(yīng)力；

穩(wěn)定尺寸一、回火時鋼的組織轉(zhuǎn)變

隨溫度升高，淬火組織將發(fā)生五個階段變化：馬氏體中碳原子偏聚（80～100℃）馬氏體的分解（80～250℃）產(chǎn)物：M回殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200～300℃）產(chǎn)物：M回（主要）+B下（微量）碳化物析出和轉(zhuǎn)變（250～400℃）產(chǎn)物：T回α相狀態(tài)變化及碳化物聚集長大（>400℃)產(chǎn)物：S回一、回火時組織轉(zhuǎn)變按回火溫度劃分如下階段，但各階段也不是單獨發(fā)生，而是相互重疊的。

1.碳原子偏聚（時效階段）——(80—100℃以下)

由于淬火馬氏體為過飽和固溶體，晶格中有大量微觀缺陷的亞穩(wěn)態(tài)。對位錯馬氏體，低溫下C、N原子短程擴散到位錯線附近對孿晶馬氏體，低溫下C、N原子短程擴散聚集到某一晶面2.馬氏體分解（80--250℃）高碳馬氏體發(fā)生分解，馬氏體中過飽和碳不斷以ε碳化物形式析出，使馬氏體碳含量降低。低碳馬氏體，低于150℃無碳化物析出，只有C偏聚高于200℃，馬氏體中可析出穩(wěn)定碳化物；

產(chǎn)物：回火馬氏體。性能：保留淬火后高硬度3.殘余奧氏體分解（200--300℃）淬火后的殘余奧氏體是不穩(wěn)定組織，在本階段，殘余奧氏體分解為低碳馬氏體和ε碳化物，此組織為回火馬氏體?；鼗鹎象w4.碳化物的轉(zhuǎn)變（250--400℃）亞穩(wěn)碳化物將轉(zhuǎn)變成為更加穩(wěn)定的碳化物形式存在。高碳鋼：

α’α’+εα’+ε+χα’+ε+χ+θ

α’+χ+θα’+θ（穩(wěn)定的回火屈氏體）中碳鋼：α’α’+εα’+θ（穩(wěn)定的回火屈氏體）低碳鋼：α’α’+θ（穩(wěn)定的回火屈氏體）5.α相狀態(tài)變化和碳化物聚集長大（400--700℃）鐵素體發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶為等軸狀、碳化物球化粗化——回火索體。主要發(fā)生如下變化：內(nèi)應(yīng)力消除：

宏觀區(qū)域性內(nèi)應(yīng)力（工件內(nèi)外），550℃全部消除；微觀區(qū)域性內(nèi)應(yīng)力（晶粒之間），500℃基本消除；晶格彈性畸變應(yīng)力（碳過飽和），ε轉(zhuǎn)變完即消除?；貜?fù)與再結(jié)晶：回火使亞結(jié)構(gòu)（位錯、孿晶）消失；板條和片狀馬氏體特征保留（回復(fù)）、消失（再結(jié)晶）。碳化物聚集長大：原棒狀、片狀、粒狀滲碳體消失、溶解，并逐漸球化長大，越來越粗大?；鼗鹚魇象w二、回火組織機械性能回火組織機械性能取決于回火組織（請同學(xué)們自己根據(jù)上述內(nèi)容進行總結(jié)）硬度強度三、合金元素對回火的影響提高鋼的回火抗力引起二次硬化四、回火脆性在某些溫度區(qū)間回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象。

第一類（低溫）回火脆性:是指淬火鋼在250-350℃回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法。除彈簧鋼之外，其它零件淬火后應(yīng)避免在250?350℃回火。第二類（高溫）回火脆性：（500?650℃）是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性?；鼗鸷罂炖洳怀霈F(xiàn)。多發(fā)生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金鋼中，是一種可逆性的回火脆性。預(yù)防措施：（1）高溫回火后，在水中快速冷卻。一般適用于較小截面的零件。（2）加入降低回火脆性傾向的元素Mo或W。適用大截面零件或合金鋼(如Cr-Ni鋼等)。五、回火的工藝包括：加熱溫度保溫時間冷卻方法回火溫度的確定1、低溫回火回火溫度：

150~250℃組織轉(zhuǎn)變：從馬氏體中析出細片狀-碳化物；AR分解為-碳化物＋低碳M。這種在馬氏體基體上分布著細片狀碳化物的組織稱為回火馬氏體，用M回表示。目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。用途：處理各種工具、模具、量具、軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火的工件。2、中溫回火回火溫度：350-500℃組織轉(zhuǎn)變：-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C。到350℃,馬氏體中的含碳量已降到鐵素體的平衡成分，內(nèi)應(yīng)力大量消除?；鼗鹎象w

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粒狀Fe3C的組織，稱為回火屈氏體，用T回表示?；鼗鹎象w組織具有較高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，硬度一般為35~45HRC。主要用于各類彈簧的熱處理。汽車板簧熱卷彈簧回火索氏體3、高溫回火

回火溫度：500-650℃組織轉(zhuǎn)變：Fe3C發(fā)生聚集長大，鐵素體發(fā)生多邊形化。這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示?；鼗鹚魇象w組織具有良好的綜合力學(xué)性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。通常把淬火＋高溫回火的熱處理工藝稱作“調(diào)質(zhì)處理”，簡稱“調(diào)質(zhì)”。調(diào)質(zhì)廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結(jié)構(gòu)件的處理。也可作為精密零件、量具等的預(yù)備熱處理。柴油機連桿用途組織性能溫度(℃)名稱耐磨件回火馬氏體高硬度58～64HRC150～250低溫回火彈簧等回火屈氏體高彈性35～45HRC350～500中溫回火調(diào)質(zhì)件回火索氏體良好綜合力學(xué)性能500～650高溫回火

淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理用于各種重要結(jié)構(gòu)零件，如軸、連桿等回火索氏體和索氏體在組織和性能上的差別回火索氏體性能優(yōu)于索氏體回火馬氏體和下貝氏體在性能上的差別下貝