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1、编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页 共30页第 1 页 共 30 页回火回火定义：定义：将淬火后的钢，在 AC1 以下加热、保温后冷却下来的热处理工艺。钢的回火钢的回火回火是工件淬硬后加热到 AC1 以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：(a)消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；(b)调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；(c)稳定组织与尺寸，保证精度；(d)改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。按回火温度范围
2、，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。(1)低温回火低温回火工件在 250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。(2)中温回火中温回火工件在 250500 之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。预先热处理回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。力学性能：3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。编号：时间
3、：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页 共30页第 2 页 共 30 页应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。(3)高温回火高温回火工件在 500以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。力学性能：200350HBS，较好的综合力学性能。应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理
4、。45 钢正火和调质后性能比较见下表所示。45 钢(20mm40mm)正火和调质后性能比较热处理方法力学性能力学性能力学性能力学性能组织b/Mpa100Ak/JHBS正火70080015204064163220索氏体+铁素体调质75085020256496210250回火索氏体（由于百度的表格功能太差，所以这里不够美观）钢淬火后在 300左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避免它，一般不在 250350 范围内回火。含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在 500650回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。注意事项注意事项将淬火成马氏体的钢加热
5、到临界点 A1 以下某个温度，保温适当时间，再冷到室温的一种热处理工艺。回火的目的在于消除淬火应力，使钢的组织转变为相对稳定状态。在不降低或适当降低钢的硬度和强度的条件下改善钢的塑性和韧性，以获得所希望的性能。中碳和高碳钢淬火后通常硬度很高，但很脆，一般需经回火处理才能使用。钢中的淬火马氏体，是碳在-Fe 中的过饱和固溶体,具有体心正方结构，其正方度 c/a 随含碳量的增加而增大(c/a=1+0.045wtC)。马氏体组织在热力学上是不稳定的，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页 共30页第 3 页 共 30 页有向稳
6、定组织过渡的趋势。许多钢淬火后还有一定量的残留奥氏体，也是不稳定的，回火过程中将发生转变。因此，回火过程本质上是在一定温度范围内加热粹火钢，使钢中的热力学不稳定组织结构向稳定状态过渡的复杂转变过程。转变的内容和形式则视淬火钢的化学成分和组织，以及加热温度而有所不同（见马氏体相变）二次预热。碳钢的回火过程碳钢的回火过程淬火碳钢回火过程中的组织转变对于各种钢来说都有代表性。回火过程包括马氏体分解，碳化物的析出、转化、聚集和长大，铁素体回复和再结晶，残留奥氏体分解等四类反应。低、中碳钢回火过程中的转变示意地归纳在图 1 中。根据它们的反应温度，可描述为相互交叠的四个阶段。回火第一阶段回火（250以下
7、）马氏体在室温是不稳定的,填隙的碳原子可以在马氏体内进行缓慢的移动,产生某种程度的碳偏聚。随着回火温度的升高，马氏体开始分解,在中、高碳钢中沉淀出-碳化物（图 2），马氏体的正方度减小。高碳钢在 50100回火后观察到的硬度增高现象，就是由于-碳化物在马氏体中产生沉淀硬化的结果（见脱溶）。-碳化物具有密排六方结构，呈狭条状或细棒状，和基体有一定的取向关系。初生的-碳化物很可能和基体保持共格。在 250回火后，马氏体内仍保持含碳约 0.25。含碳低于 0.2的马氏体在 200以下回火时不发生-碳化物沉淀，只有碳的偏聚，而在更高的温度回火则直接分解出渗碳体。回火第二阶段回火(200300)残留奥氏
8、体转变。回火到 200300的温度范围，淬火钢中原来没有完全转变的残留奥氏体，此时将会发生分解，形成贝氏体组织。在中碳和高碳钢中这个转变比较明显。含碳低于 0.4的碳钢和低合金钢，由于残留奥氏体量很少，所以这一转变基本上可以忽略不计。第三阶段回火(200350)马氏体分解完成,正方度消失。-碳化物转化为渗碳体(Fe3C)。这一转化是通过-碳化物的溶解和渗碳体重新形核长大方式进行的。最初形成的渗碳体和基体保持严格的取向关系。渗碳体往往在-碳化物和基体的界面上、马氏体界面上、高碳马氏体片中的孪晶界上和原始奥氏体晶粒界上形核（图 3）。形成的渗碳体开始时呈薄膜状，然后逐渐球化成为颗粒状的 Fe3C。
9、回火第四阶段回火(350700)渗碳体球化和长大,铁素体回复和再结晶。渗碳体从400开始球化，600以后发生集聚性长大。过程进行中，较小的渗碳体颗粒溶于编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第4页 共30页第 4 页 共 30 页基体，而将碳输送给选择生长的较大颗粒。位于马氏体晶界和原始奥氏体晶粒间界上的碳化物颗粒球化和长大的速度最快，因为在这些区域扩散容易得多。铁素体在 350600发生回复过程。此时在低碳和中碳钢中，板条马氏体的板条内和板条界上的位错通过合并和重新排列，使位错密度显著降低，并形成和原马氏体内板条束密切关联的
10、长条状铁素体晶粒。原始马氏体板条界可保持稳定到 600；在高碳钢中,针状马氏体内孪晶消失而形成的铁素体，此时也仍然保持其针状形貌。在 600700间铁素体内发生明显的再结晶，形成了等轴铁素体晶粒。此后，Fe3C颗粒不断变粗，铁素体晶粒逐渐长大。合金元素的影响合金元素的影响对一般回火过程的影响 合金元素硅能推迟碳化物的形核和长大,并有力地阻滞-碳化物转变为渗碳体；钢中加入 2左右硅可以使-碳化物保持到 400。在碳钢中，马氏体的正方度于 300基本消失，而含 Cr、Mo、W、V、Ti 和 Si 等元素的钢,在 450甚至 500回火后仍能保持一定的正方度。说明这些元素能推迟铁碳过饱和固溶体的分解
11、。反之，Mn 和 Ni 促进这个分解过程（见合金钢）。合金元素对淬火后的残留奥氏体量也有很大影响。残留奥氏体围绕马氏体板条成细网络;经 300回火后这些奥氏体分解，在板条界产生渗碳体薄膜。残留奥氏体含量高时，这种连续薄膜很可能是造成回火马氏体脆性(300350)的原因之一。合金元素,尤其是 Cr、Si、W、Mo 等，进入渗碳体结构内,把渗碳体颗粒粗化温度由 350400提高到 500550，从而抑制回火软化过程,同时也阻碍铁素体的晶粒长大。特殊碳化物和次生硬化 当钢中存在浓度足够高的强碳化物形成元素时，在温度为 450650范围内，能取代渗碳体而形成它们自己的特殊碳化物。形成特殊碳化物时需要合
12、金元素的扩散和再分配，而这些元素在铁中的扩散系数比 C、N 等元素要低几个数量级。因此在形核长大前需要一定的温度回火条件。基于同样理由，这些特殊碳化物的长大速度很低。在 450650形成的高度弥散的特殊碳化物,即使长期回火后仍保持其弥散性。图 4 表明，在 450650之间合金碳化物的形成对基体产生强化作用，使钢的硬度重新升高，出现峰值。这一现象称为次生硬化。回火钢在回火后的性能钢在回火后的性能编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第5页 共30页第 5 页 共 30 页淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组织；钢的显微组织又
13、随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。碳钢在 100250之间回火后能获得较好的力学性能。合金结构钢在 200700之间回火后的力学性能的典型变化如图 5 所示。从图 5 可以看出,随着回火温度的升高，钢的抗拉强度b 单调下降；屈服强度0.3 先稍升高而后降低;断面收缩率 和伸长率 不断改善；韧性(用断裂韧度 K1c 为指标)总的趋势是上升，但在 300400之间和 500550之间出现两个极小值，相应地被称为低温回火脆性与高温回火脆性。因此，为了获得良好的综合力学性能，合金结构钢往往在三个不同温度范围回火:超高强度钢约在 200300；弹簧钢在 460附近；调质钢在 550650回火。碳素及
14、合金工具钢要求具有高硬度和高强度,回火温度一般不超过 200。回火时具有次生硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等都在 500650范围内回火。回火回火脆性回火脆性低温回火脆性 许多合金钢淬火成马氏体后在 250400回火中发生的脆化现象。已经发生的脆化不能用重新加热的方法消除，因此又称为不可逆回火脆性。引起低温回火脆性的回火软化性原因已作了大量研究。普遍认为，淬火钢在 250400范围内回火时，渗碳体在原奥氏体晶界或在马氏体界面上析出，形成薄壳，是导致低温回火脆性的主要原因。钢中加入一定量的硅，推迟回火时渗碳体的形成，可提高发生低温回火脆性的温度，所以含硅的超高强度钢可在 300320回火而不发
15、生脆化，有利于改进综合力学性能。高温回火脆性 许多合金钢淬火后在 500550之间回火,或在 600以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过 500550区间时发生的脆化现象。如果重新加热到600以上温度后快速冷却，可以恢复韧性,因此又称为可逆回火脆性。已经证明,钢中P、Sn、Sb、As 等杂质元素在 500550温度向原奥氏体晶界偏聚，导致高温回火脆性;Ni、Mn 等元素可以和 P、Sb 等杂质元素发生晶界协同偏聚(cosegregation),Cr元素则又促进这种协同偏聚，所以这些元素都加剧钢的高温回火脆性。相反，钼与磷交互作用，阻碍磷在晶界的偏聚，可以减轻高温回火脆性。稀土元素也有类似的作用。
16、钢在 600以上温度回火后快速冷却可以抑止磷的偏析，在热处理操作中常用来避免发生高温回火脆性。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第6页 共30页第 6 页 共 30 页调质处理调质处理调质调质淬火+高温回火=调质钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面热处理等方法。其中回火又包括调质处理和时效处理。钢的回火：按照所希望的机械性能将已经淬火的钢重新加热到（350650）一定温度之间进行，碳是以细均分布的渗碳体形式析出。随着回火温度的增加，碳化物的颗粒就增大，屈服点和拉伸强度就下降，降低硬度和脆性，延伸率和收缩率就升高。
17、其目的是消除淬火产生的内应力，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。解释解释调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在 500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体。回火索氏体(tempered sorbite)是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大 500600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也
18、为稳定型碳化物。常温下是一种平衡组织。时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度 150-250）精加工前，把工件重新加热到 100-150，保持 5-20 小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。应用应用调质常常应用在中碳(低合金)结构钢，也用在低合金铸钢中。总之对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理。编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第7页 共30页第 7 页 共
19、30 页金属材料热处理工艺之一。材料在淬火后高温回火叫调质处理。目的是使钢件有很高的韧性和足够的强度，具有综合的优良机械性能。例如立轴、丝杠、齿轮等。一般是在零件加工后进行，也可将粗坯调质后再进行机械加工。退火定义退火定义将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如重结晶退火、等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。1
20、、金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。2、把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。退火的目的退火的目的(1)降低硬度，改善切削加工性；(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；(3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。正火正火定义：编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第8页 共30页第 8 页 共 30 页将钢件加热到上临界点
21、(AC3 或 Acm)以上 4060或更高的温度，保温达到完全奥氏体化后，在空气中冷却的简便、经济的热处理工艺。正火，又称常化，是将工件加热至 Ac3 或 Accm 以上 3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。简介简介正火，又称常化，是将工件加热至 Ac3 或 Accm 以上 3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。
22、另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除
23、网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。正火后的组织：亚共析钢为 F+S，共析钢为 S，过共析钢为 S+二次渗碳体，且为不连续。将工件加热到适当温度（Ac3 或 ACcm 以上 3050）（见钢铁显微组织），保温后在空气中冷却的金属热处理工艺。正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随
24、炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于 0.25的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为 0.250.5的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。钢件的热处理工艺钢件的热处理工艺正火正火钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：
25、第9页 共30页第 9 页 共 30 页正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。正火是将钢件加热到临界温度以上 30-50,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。一个合格的产品，一定要严格的经过各个环节，每一个环节的细小差别，最终
26、都影响着产品的质量。我们公司专业制造各种铸铁平板，铸铁平台，划线平台，划线平板等量具，细心做好每一个细节，精心做好每一个产品。其他其他将工件加热到适当温度，保温一段时间后从炉中取出，在空气中冷却的金属热处理工艺。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、
27、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。淬火淬火定义：将钢件加热到奥氏体化温度并保持一定时间，然后以大于临界冷却速度冷却，以获得非扩散型转变组织，如马氏体、贝氏体和奥氏体等的热处理工艺。钢的淬火是将钢加热到临界温度 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体 1 化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到 Ms 以
28、下（或 Ms 附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。淬火目的淬火目的淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第10页 共30页第 10 页 共 30 页或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。淬火工艺淬
29、火工艺将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入
30、水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火 4 类。淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法：淬火工件的硬度淬火工件的硬度淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试 HRC硬度。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试 HRA 的硬度。厚度小于 0.8mm 的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于 5mm 的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试 HR
31、N 硬度。在焊接中碳钢和某些合金钢时，热影响区中可能发生淬火现象而变硬，易形成冷裂纹，这是在焊接过程中要设法防止的。由于淬火后金属硬而脆，产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火可作为在不影响硬度的基础上，消除冷裂纹的手段之一。淬火对厚度、直径较小的零件使用比较合适，对于过大的零件，淬火深度不够，渗碳也存在同样问题，此时应考虑在钢材中加入铬等合金来增加强度。淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相(表 1)，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。表 1 钢中铁基固溶体的显微硬度值
32、淬火工艺的应用淬火工艺的应用淬火工艺在现代机械制造工业得到广泛的应用。机械中重要零件，尤其在汽车、编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第11页 共30页第 11 页 共 30 页飞机、火箭中应用的钢件几乎都经过淬火处理。为满足各种零件干差万别的技术要求，发展了各种淬火工艺。如，按接受处理的部位，有整体、局部淬火和表面淬火；按加热时相变是否完全，有完全淬火和不完全淬火(对于亚共析钢，该法又称亚临界淬火)；按冷却时相变的内容，有分级淬火，等温淬火和欠速淬火等。工艺过程 包括加热、保温、冷却 3 个阶段。下面以钢的淬火为例，介绍上
33、述三个阶段工艺参数选择的原则。淬火加热温度淬火加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。碳素钢的淬火加热温度范围如图 1 所示。由本图示出的淬火温度选择原则也适用于大多数合金钢，尤其低合金钢。亚共析钢加热温度为 Ac3 温度以上 3050。从图上看，高温下钢的状态处在单相奥氏体(A)区内，故称为完全淬火。如亚共析钢加热温度高于 Ac1、低于 Ac3 温度，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，即为不完全(或亚临界)淬火。过共析钢淬火温度为 Ac1 温度以上 3050，这温度范围处于奥氏体与渗碳体(A+C)双相区。因而过共析钢的正常的淬火仍
34、属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。这-组织状态具有高硬度和高耐磨性。对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。淬火编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第12页 共30页第 12 页 共 30 页后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。常用钢种淬火的温度参见表 2。表 2 常用钢种淬火的加热温度实际生产中，加热温度的选择
35、要根据具体情况加以调整。如亚共析钢中碳含量为下限，当装炉量较多，欲增加零件淬硬层深度等时可选用温度上限；若工件形状复杂，变形要求严格等要采用温度下限。淬火保温淬火保温淬火保温时间 由设备加热方式、零件尺寸、钢的成分、装炉量和设备功率等多种因素确定。对整体淬火而言，保温的目的是使工件内部温度均匀趋于一致。对各类淬火，其保温时间最终取决于在要求淬火的区域获得良好的淬火加热组织。加热与保温是影响淬火质量的重要环节，奥氏体化获得的组织状态直接影响淬火后的性能。-般钢件奥氏体晶粒控制在 58 级。淬火冷却淬火冷却要使钢中高温相奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工
36、件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第13页 共30页第 13 页 共 30 页有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持
37、零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。淬火方式淬火方式单介质淬火单介质淬火工件在一种介质中冷却，如水淬、油淬。优点是操作简单，易于实现机械化，应用广泛。缺点是在水中淬火应力大，工件容易变形开裂；在油中淬火，冷却速度小，淬透直径小，大型工件不易淬透。双介质淬火双介质淬火工件先在较强冷却能力介质中冷却到 300左右，再在一种冷却能力较弱的介质中冷却，如：先水淬后油淬，可有效减少马氏体转变的内应力，减小工件变形开裂的倾向，可用于形状复杂、截面不均匀的工件淬火。双液淬火的缺点是难以掌握双液转换的时刻，转换过早容易淬不硬，转换过迟又容易淬裂。为了克服这一缺点，发展了分级淬火法。分级淬火分级淬火
38、工件在低温盐浴或碱浴炉中淬火，盐浴或碱浴的温度在 Ms 点附近，工件在这一温度停留 2min5min，然后取出空冷，这种冷却方式叫分级淬火。分级冷却的目的，是为了使工件内外温度较为均匀，同时进行马氏体转变，可以大大减小淬火应力，防止变形开裂。分级温度以前都定在略高于 Ms 点，工件内外温度均匀以后进入马氏体区。现在改进为在略低于 Ms 点的温度分级。实践表明，在 Ms 点以下分级的效果更好。例如，高碳钢模具在编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第14页 共30页第 14 页 共 30 页160的碱浴中分级淬火，既能淬硬，变形
39、又小，所以应用很广泛。等温淬火等温淬火工件在等温盐浴中淬火，盐浴温度在贝氏体区的下部(稍高于 Ms)，工件等温停留较长时间，直到贝氏体转变结束，取出空冷。等温淬火用于中碳以上的钢，目的是为了获得下贝氏体，以提高强度、硬度、韧性和耐磨性。低碳钢一般不采用等温淬火。表面淬火表面淬火表面淬火是将刚件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。感应淬火感应淬火感应加热就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热。渗碳渗碳渗碳：渗碳：是对金属表面处理的一种，采用渗碳的多为
40、低碳钢或低合金钢，具体方法是将工件置入具有活性渗碳介质中,加热到 900-950 摄氏度的单相奥氏体区,保温足够时间后,使渗碳介质中分解出的活性碳原子渗入钢件表层,从而获得表层高碳,心部仍保持原有成分.相似的还有低温渗氮处理。这是金属材料常见的一种热处理工艺，它可以使渗过碳的工件表面获得很高的硬度，提高其耐磨程度。简介简介渗碳是指使碳原子渗入到钢表面层的过程。也是使低碳钢的工件具有高碳钢的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。渗碳工件的材料一般为低碳钢或低碳合金钢(含碳量小于 0.25)。渗碳后钢件表面的化学成分可接近高碳
41、钢。工件渗碳后还要经过淬火以得到高的表面硬度高编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第15页 共30页第 15 页 共 30 页的耐磨性和疲劳强度并保持心部有低碳钢淬火后的强韧性使工件能承受冲击载荷。渗碳工艺广泛用于飞机汽车和拖拉机等的机械零件如齿轮轴凸轮轴等。渗碳工艺在中国可以上溯到 2000 年以前。最早是用固体渗碳介质渗碳。液体和气体渗碳是在 20 世纪出现并得到广泛应用的。美国在 20 年代开始采用转筒炉进行气体渗碳。30 年代连续式气体渗碳炉开始在工业上应用。60 年代高温(9601100)气体渗碳得到发展。至 70
42、 年代出现了真空渗碳和离子渗碳。原理原理渗碳与其他化学热处理一样也包含 3 个基本过程。分解分解渗碳介质的分解产生活性碳原子。吸附吸附活性碳原子被钢件表面吸收后即溶到表层奥氏体中使奥氏体中含碳量增加。扩散扩散表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差表面的碳遂向内部扩散。碳在钢中的扩散速度主要取决于温度同时与工件中被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。渗碳零件的材料 一般选用低碳钢或低碳合金钢(含碳量小於 0.25)。渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织但应避免出
43、现铁素体。一般渗碳层深度范围为 0.81.2 毫米深度渗碳时可达 2 毫米或更深。表面硬度可达 HRC5863心部硬度为 HRC3042。渗碳淬火后工件表面产生压缩内应力对提高工件的疲劳强度有利。因此渗碳被广泛用以提高零件强度冲击韧性和耐磨性借以延长零件的使用寿命。分类分类按含碳介质的不同渗碳可分为固体渗碳液体渗碳气体渗碳和碳氮共渗。渗碳工艺渗碳工艺1、直接淬火低温回火组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低适用范围：操作简单，成本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。2、预冷直接淬火、低温回火，淬火
44、温度 800-850组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第16页 共30页第 16 页 共 30 页表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。3、一次加热淬火，低温回火，淬火温度 820-850或 780-810组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用 820-850淬火，心部为低碳 M，表面要求硬度高者，采用 780-810淬火可以细化晶粒。适用范围：适用于固体渗碳后的碳
45、钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。4、渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火，淬火温度 840-860组织及性能特点：高温回火使 M 和残余 A 分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后残余 A 减少。适用范围：主要用于 CrNi 合金渗碳工件5、二次淬火低温回火组织及性能特点：第一次淬火（或正火），可以消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870），第二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时可在材料的 Ac1Ac3 之间淬火，对心部性能要求高时要在 Ac3 以上淬火。适用范围：主要用于对力学性能要
46、求很高的重要渗碳件，特别是对粗晶粒钢。但在渗碳后需经过两次高温加热，使工件变形和氧化脱碳增加，热处理过程较复杂。6、二次淬火冷处理低温回火组织及性能特点：高于 Ac1 或 Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余 A 较多，经冷处理（-70/-80）促使 A 转变从而提高表面硬度和耐磨性。适用范围：主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件。7、渗碳后感应加热淬火低温回火组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。适用范围：各种齿轮和轴类渗碳工艺新发展渗碳工艺新发展渗碳工艺是一个十分古老的工艺，在中国，最早可上溯到 2000 年以前。起先是用固体渗
47、碳介质渗碳。在 20 世纪出现液体和气体渗碳并得到广泛应用。后来又出现了真空渗碳和离子渗碳。到现在，渗碳工艺仍然具有非常重要的实用价值，原因就在于它的合理的设计思想，即让钢材表层接受各类负荷（磨损、疲劳、机械负载及化学腐蚀）最多的地方，通过渗入碳等元素达到高的表面硬度高的耐磨性和疲劳强度及耐蚀性而不必通过昂贵的合金化或其它复杂工艺手段对整个材料进行处理。这不仅能用低廉的碳钢或合金钢来代替某些较昂贵的高合金钢，而且能够保持心部有低碳钢淬火后的强韧性使工件能承受冲击载荷。因此，完全符合节能、降耗，可持续发展编号：时间：2021 年 x 月 x 日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟书山有路勤为径，学海无
48、涯苦作舟页码：第17页 共30页第 17 页 共 30 页的方向。近年来，出现了高浓度渗碳工艺，与传统工艺在完全奥氏体区（温度在 900950，渗碳后表面碳质量分数为 0.85%1.05%）进行渗碳不同，它是在 Ac1Accm之间的不均匀奥氏体状态下进行，其渗层表面碳浓度可高达 24。其结果可获得细小颗粒碳化物均匀、弥散分布的渗层。其渗碳温度降至 800860温度范围，可实现一般钢材渗碳后直接淬火；由于高浓度渗碳层含有很高数量（2050）的弥散分布的碳化物，故显示出比普通渗碳更优异的耐磨性、耐蚀性，更高的接触与弯曲疲劳强度，较高的冲击韧度、较低的脆性及较好的回火稳定性。该工艺还具有适用性广、对
49、设备无特殊要求等优点，具有较高的经济效益和实用价值，近年来在国内外获得竞相研究与开发。为了防止渗碳过程中奥氏体晶粒的粗化，一般都在钢材中添加适量的钛，通过形成碳氮化钛粒子钉扎晶界而阻止晶粒长大。国家标准规定渗碳钢中钛添加量为 0.040.08wt%。然而，最近有研究工作表明，当钛含量超过 0.032%，就会在渗碳钢冶炼铸锭凝固时析出氮化钛。这种氮化钛尺寸达到微米数量级，起不到阻止奥氏体晶粒长大的作用，反而由于这种呈立方体的粒子的尖角效应以及与基体组织的不连续性而成为微裂纹的策源地和裂纹扩展的中继站，严重损害钢材的韧塑性。工作还表明，将钛含量降至 0.020.032%，仍然能够同样有效地起到控制
50、奥氏体晶粒长大的作用，而又可避免有害氮化钛粒子的形成，因此是值得推荐的合理的选择范围。1渗碳的常见缺陷及其防止渗碳的常见缺陷及其防止(一)碳浓度过高产生原因及危害：如果渗碳时急剧加热，温度又过高或固体渗碳时用全新渗碳剂，或用强烈的催渗剂过多都会引起渗碳浓度过高的现象。随着碳浓度过高，工件表面出现块状粗大的碳化物或网状碳化物。由于这种硬脆组织产生，使渗碳层的韧性急剧下降。并且淬火时形成高碳马氏体，在磨削时容易出现磨削裂纹。防止的方法不能急剧加热，需采用适当的加热温度，不使钢的晶粒长大为好。如果渗碳时晶粒粗大，则应在渗碳后正火或两次淬火处理来细化晶粒。严格控制炉温均匀性，不能波动过大，在反射炉中固