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1、本章目的介绍钢的常用热处理工艺及其应用。介绍钢的常用热处理工艺及其应用。本章重点1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺组织组织性能应用的规律和特点；性能应用的规律和特点；2）淬透性、淬硬性的概念与应用。）淬透性、淬硬性的概念与应用。第九章第九章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 热处理分类l一般热处理：一般热处理：”四把火四把火”l退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火l表面热处理：表面热处理（淬火）表面热处理：表面热处理（淬火）l化学热处理化学热处理l形变热处理：限制轧制（形变）形变热处理：限制轧制（形变）l限制冷却限制冷却9-1 9-1 钢
2、的退火与正火钢的退火与正火一、退火1、定义钢加热到适当温度，保温确定时间后缓慢随炉冷却或限制其冷速，获得平衡组织的工艺。参见教材“高于或低于AC1”AC1S2、分类、分类（1）高温退火）高温退火（相变重结晶退火）（相变重结晶退火）T加热加热AC1（2）低温退火）低温退火T加热加热AC1完全退火完全退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火等温退火等温退火扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火.3、退火目的、退火目的总体：改善组织；提高性能。总体：改善组织；提高性能。降低硬度，改善切削加工性能；降低硬度，改善切削加工性能；适合机加工的硬度范围：适合机加工的硬度范围：150250H
3、B细化晶粒；匀整组织；细化晶粒；匀整组织；消退内应力。消退内应力。注：实现目的注：实现目的时，往往用正火代替退火。时，往往用正火代替退火。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围工艺：工艺：完全奥氏完全奥氏体化体化组织：组织：层片状珠层片状珠光体光体硬度，改硬度，改善切削加工性善切削加工性能；能；细化晶粒；细化晶粒；消除内应消除内应力；力；减轻组织不减轻组织不均匀性均匀性(消除消除魏氏组织等魏氏组织等)亚共析钢、合亚共析钢、合金钢的铸、锻、金钢的铸、锻、热轧、焊件的热轧、焊件的预备热处理预备热处理(切切削加工前削加工前或或热热处理前处理前的预备的预备热处理热处理)4、退火工艺及特点、退
4、火工艺及特点AC3+2030AC3AC1tT（1）完全退火完全退火45钢锻造后与完全退火后机械性能钢锻造后与完全退火后机械性能状态状态b(Mpa)s(Mpa)(%)(%)k(kJ.m-2)HB锻造锻造6507503004005152040200400230完全退火完全退火60070030035015204050400600200完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高。完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高。主要目的：改善组织匀整性以及加工性能。主要目的：改善组织匀整性以及加工性能。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围工艺：工艺：不完全奥氏不完全奥氏体化体化组织：组织
5、：球状球状(粒状粒状)珠光体珠光体降低降低(过过)共共析钢硬度适合析钢硬度适合切削；切削；为最终热处为最终热处理（淬火与低理（淬火与低温回火）做组温回火）做组织准备织准备含碳量较含碳量较高的工、高的工、模具钢的模具钢的预备热处预备热处理理AC1+2030ACm或或AC3AC1tT（2）球化退火）球化退火不完全退火的一种不完全退火的一种工艺关键：工艺关键：Fe3C形态限制形态限制K球的大小限制球的大小限制限制奥氏体化程度。限制奥氏体化程度。限制过冷奥氏体冷却转变的温度。限制过冷奥氏体冷却转变的温度。片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体层片状珠光体粒粒(球球
6、)状状珠光体珠光体刀具刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较：钢球化退火与完全退火的性能比较：球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。状态状态b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040180T12钢完全退火与球化退火后性能比较钢完全退火与球化退火后性能比较T12钢完全退火与球化退火后组织比较钢完全退火与球化退火后组织比较完全退火、球化退火的工艺缺陷：完全退火、球化退火的工艺缺陷：周期长；变温转变周期长；变温转变组织大小不均组织大小不均开发出等温退火。开发出等温退火。（3）等温退火等温退
7、火是完全退火、球化退火工艺的改进是完全退火、球化退火工艺的改进一般退火一般退火等温完全退火等温完全退火等温球化退火等温球化退火AC3+2030AC3Ar1tTAc1AC1+2030Ar1-2030高速钢等温退火与普通退火工艺曲线高速钢等温退火与普通退火工艺曲线870880 tT4h3h等等温温退退火火普普通通退退火火40/h720740 炉冷炉冷15/h空空冷冷空空冷冷等温退火优势等温退火优势1）缩短工艺时间：高速钢）缩短工艺时间：高速钢40h20h；2）组织匀整：碳化物球大小一样。）组织匀整：碳化物球大小一样。工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围(1)高温、长时高温、长时间；间；
8、(2)需再经重结需再经重结晶工艺晶工艺(完全退完全退火或正火火或正火)以细以细化晶粒化晶粒消除或减消除或减轻偏析、轻偏析、带状组织带状组织等等合金钢锭合金钢锭大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或或ACm+200300AC3或或ACm（4）扩散（匀整化）退火）扩散（匀整化）退火工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结晶再结晶退火退火消除加工硬化消除加工硬化完全消除残余完全消除残余应力应力冷塑性变形件冷塑性变形件去应力去应力退火退火消除内应力，防工消除内应力，防工件变形件变形铸、锻、焊、铸、锻、焊、冲压、机加工冲压、机加工件件（5）再结晶退火与去应力退火）再结晶退火与去应力退火AC
9、1650700300650tT二、正火目的、用途和工艺1.定义定义钢加热到钢加热到AC3或或ACm以上的以上的A区域，保持区域，保持确定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡确定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺状态组织的工艺又称常化。又称常化。2.目的目的细化晶粒，消退铸锻焊件组织缺陷；细化晶粒，消退铸锻焊件组织缺陷；提凹凸碳钢硬度，改善切削加工性能；提凹凸碳钢硬度，改善切削加工性能；消退高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组消退高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；织准备；型材或大型困难铸钢件的最终热处理。型材或大型困难铸钢件的最终热处理。正火与退火的区分正火与退火的区分加热
10、温度较高；加热温度较高；冷却速度较快；冷却速度较快；获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体)；强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；生产效率较高。生产效率较高。正火正火退火退火碳钢正火与退火后的硬度（碳钢正火与退火后的硬度（HB）状态状态结构钢结构钢软的软的中等的中等的硬的硬的工具钢工具钢退火退火正火正火125140160190185230220270正火与退火态正火与退火态45钢机械性能钢机械性能状态状态b(MPa)(%)k(J.cm-2)HB正火正火70080015205080220完全退火完全退火65070015204060180注：正火态强硬度与塑韧性均较高注：正火态强硬度与塑韧性均
11、较高三、正火与退火的选用C%0.75%球化退火球化退火C%0.9%有网状碳化物有网状碳化物正火正火(消网消网)球化退火球化退火留意：留意：1、退火与正火、退火与正火珠光体类型组织的应用；珠光体类型组织的应用；2、能用正火处则不用退火。、能用正火处则不用退火。正火可作为大正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理为最终热处理9-2 9-2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火l淬火淬火：AC3或或AC1以上奥氏体化，以上奥氏体化，V冷冷VC急剧冷急剧冷却，获马氏体组织。却，获马氏体组织。l等温淬火等温淬火B下。下。等温淬火等温淬火AC1M
12、SVCVC淬火淬火1、淬火加热温度、淬火加热温度（1）化学成分：）化学成分：碳钢：碳钢：亚共析钢：亚共析钢：AC3+3050过共析钢：过共析钢：AC1+3050低合金钢：低合金钢：AC3或或AC1+50100高合金钢：高合金钢：AC3或或AC1+300400（2）工件尺寸、形态、淬火介质等。）工件尺寸、形态、淬火介质等。一、淬火加热工艺参数的选择AC1ACmAC3M+ARM+AR+A+Fe3CA+FM+FFe3C淬火加热温度及淬火组织淬火加热温度及淬火组织2、保温时间、保温时间保温保温=升温升温+热透热透+转转6008001280W18Cr4VTt3、淬火介质、淬火介质（1）淬火介质的要求）淬
13、火介质的要求鼻点冷速大鼻点冷速大,MS旁边冷速小；旁边冷速小；稳定，成本低；稳定，成本低；平安：无毒；不腐蚀工件。平安：无毒；不腐蚀工件。TA1MS水水油油(2)常用淬火介质 水：鼻温：150/s；Ms：450/s。优点：冷却实力强；成本低。缺点：M 转变温区冷速过大，变形；应用：小尺寸、形态简洁碳钢件。油：油：鼻温：鼻温：6070/s；Ms：50/s；优点：优点：M转变温区冷速小，不易变形；转变温区冷速小，不易变形；缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；应用：合金钢件。应用：合金钢件。盐水与碱水盐水与碱水10%NaCl水溶液；水溶液；15%NaOH水溶液；水溶液；5
14、%Na2CO3水溶液；水溶液；使蒸汽膜提前裂开；但腐使蒸汽膜提前裂开；但腐蚀。蚀。二、钢的淬透性V表V心V表V心VC淬透层深度淬透层深度VC100%M50%M1、钢的淬透性概念、钢的淬透性概念l淬透层深度淬透层深度由工件表面由工件表面半马氏体点（半马氏体点（50%M）的深度。）的深度。l奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的实力奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的实力l用钢在确定条件下淬火获得的淬透层深度用钢在确定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小。表示其大小。l硬度测量法：硬度测量法：50%M的硬度的硬度C%50%M淬透层深度淬透层深度 淬透性与淬透层深度的差别淬透性与淬透层深度的差别影响淬透性的因
15、素影响淬透性的因素与影响与影响C曲线因素一样。主要与钢种（成分）有关，曲线因素一样。主要与钢种（成分）有关，另外，与奥氏体化条件有关。另外，与奥氏体化条件有关。实际淬透层深度实际淬透层深度与淬透性、工件大小、淬火介质等有关。与淬透性、工件大小、淬火介质等有关。l淬硬性淬硬性l钢淬火时的硬化实力，用淬成马氏体能得到的钢淬火时的硬化实力，用淬成马氏体能得到的最高硬度表示。最高硬度表示。主要取决于马氏体中的主要取决于马氏体中的C%。ll淬透性淬透性l主要取决于钢的化学成分（特殊是合金元素）主要取决于钢的化学成分（特殊是合金元素）并由此确定的临界冷却速度并由此确定的临界冷却速度。2、淬透性与淬硬性、淬
16、透性与淬硬性3、淬透性测定方法、淬透性测定方法（1）顶端淬火法）顶端淬火法25100（2）临界淬火直径）临界淬火直径l临界淬火直径临界淬火直径l钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径(Dk)。l临界淬火直径测量方法：临界淬火直径测量方法：lC%半马氏体硬度；半马氏体硬度；l测该钢端淬曲线测该钢端淬曲线找出对应半马氏体硬度的找出对应半马氏体硬度的d端值端值；l依据对零件淬透深度的实际要求依据对零件淬透深度的实际要求(淬透至淬透至1/2R、3/4R、中心等、中心等)从图中查出对应的临界淬火从图中查出对应的临界淬火直径直径Dk。TA1MS分分级级淬淬火火双双液液
17、淬淬火火等等温温淬淬火火单单液液淬淬火火三、淬火方法 1 1、单液淬火、单液淬火 尺寸小、尺寸小、形态简洁的碳钢、合金钢形态简洁的碳钢、合金钢件。件。2 2、双液淬火（水淬油冷）、双液淬火（水淬油冷）尺寸较大碳钢件。尺寸较大碳钢件。3、分级淬火、分级淬火稍高于稍高于MS，盐浴；盐浴；小尺寸工模具、变形小、精密件。小尺寸工模具、变形小、精密件。4、等温淬火、等温淬火 淬火热应力、组织应力小，变形小淬火热应力、组织应力小，变形小 形态困难、尺寸精密件。形态困难、尺寸精密件。5、冷处理、冷处理 目的：目的：削减削减AR%，HRC；稳定尺寸。稳定尺寸。四、钢的回火工艺1、回火工艺参数的选择、回火工艺参
18、数的选择回火温度的选择：回火温度的选择：（1）零件运用性能）零件运用性能硬度硬度回火温度回火温度（2）应力消退：）应力消退：T500，1h；T200，23h。回火后冷却方式：回火后冷却方式：回火脆性钢回火脆性钢水、油冷；水、油冷；高合金钢的多次回火高合金钢的多次回火。回火温度对高碳低合金钢回火温度对高碳低合金钢(0.82C、0.84Mn)机械性能的影响机械性能的影响2、回火种类、回火种类回火温度回火温度内应力内应力，强硬度，强硬度，塑韧性，塑韧性。依据温度不同划分回火种类。依据温度不同划分回火种类。（1）低温回火（）低温回火（150250）组织：回火马氏体组织：回火马氏体(与淬火马氏体比较与淬
19、火马氏体比较)特征：过饱和特征：过饱和+碳化物碳化物高碳钢：淬火片状高碳钢：淬火片状M回火回火M，碳化物析出；碳化物析出；低碳钢：板条低碳钢：板条M，只有，只有C的偏聚，不形成的偏聚，不形成碳碳化物。化物。性能：保持高强硬度；内应力和脆性性能：保持高强硬度；内应力和脆性；韧性略；韧性略。应用：应用：工、模具钢；工、模具钢；低碳马氏体钢。低碳马氏体钢。（2）中温回火（）中温回火（350500）组织：组织：条、针状条、针状相相+弥散分布细粒状弥散分布细粒状相相回火屈氏体（与屈氏体比较）回火屈氏体（与屈氏体比较）性能：性能：基体已回复；内应力基体已回复；内应力；弹性极限高；较；弹性极限高；较高的强硬
20、度与良好韧性。高的强硬度与良好韧性。应用：应用：弹簧钢、热锻模。弹簧钢、热锻模。（3）高温回火（）高温回火（550680）组织组织等轴状等轴状(再结晶再结晶)相相+匀整分布粒状匀整分布粒状(球化球化)相相回火索氏体（与索氏体比较）。回火索氏体（与索氏体比较）。性能性能内应力基本消退，强度与韧性最佳协作内应力基本消退，强度与韧性最佳协作综合综合机械性能高。机械性能高。应用应用重要结构件，轴、齿轮。重要结构件，轴、齿轮。五、钢的淬、回火缺陷1、种类：、种类：变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足、软变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足、软点、过热、过烧等。点、过热、过烧等。过热：晶粒粗大过热：晶粒粗大重结晶
21、消退；重结晶消退；过烧：晶界熔化或氧化过烧：晶界熔化或氧化无法挽回。无法挽回。2、变形与淬火应力、变形与淬火应力变形方式：体积变更、弯曲翘曲；变形方式：体积变更、弯曲翘曲；产生缘由：加热或冷却中热胀冷缩；产生缘由：加热或冷却中热胀冷缩；组织转变不同步组织转变不同步内应力内应力（热应力、组织应（热应力、组织应力）力）改进方法改进方法分级淬火、等温淬火。分级淬火、等温淬火。第九章第九章习题与思索题习题与思索题1、确确定定下下列列钢钢件件的的退退火火方方法法，并并指指出出退退火火的的目目的的与与退退火火后后的的组织：组织：（1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度；）经冷轧后的钢板，要求降低硬度；（2）锻造
22、过热的）锻造过热的60钢锻坯；钢锻坯；（3）具有片状渗碳体的）具有片状渗碳体的T12钢坯。钢坯。2、指指出出下下列列零零件件的的锻锻造造毛毛坯坯进进行行正正火火的的主主要要目目的的及及正正火火后后的的组织：组织：(1)20钢齿轮；钢齿轮；(2)45钢小轴；钢小轴；(3)T12钢锉刀钢锉刀3、何何谓谓钢钢的的淬淬透透性性？何何谓谓钢钢的的淬淬硬硬性性？影影响响淬淬透透性性的的因因素素有有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？哪些？影响淬硬性的因素有哪些？4、何何谓谓钢钢的的淬淬火火临临界界冷冷却却速速度度？影影响响因因素素有有哪哪些些？它它和和钢钢的的淬透性有何关系？淬透性有何关系？5、试分析下列说法是
23、否正确：试分析下列说法是否正确：（1）钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；）钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；（2）同同一一钢钢材材在在相相同同加加热热条条件件下下，水水淬淬比比油油淬淬的的淬淬透透性性好好，小件比大件的淬透性好。小件比大件的淬透性好。6、指指出出10mm的的45钢钢(退退火火态态)经经下下列列温温度度加加热热并并水水冷冷后后获获得得的的组组织织：700、760、840。(知知Ac1724，Ac3780，D水冷水冷20mm)7、今今有有Cr15钢钢，制制成成轴轴承承套套，试试述述其其预预备备热热处处理理及及最最终终热热处处理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。理
24、的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。8、现现有有60Si2Mn钢钢用用作作弹弹簧簧、40Cr钢钢用用作作轴轴（要要求求良良好好的的综综合合机机械械性性能能）、T10钢钢用用作作工工具具，请请分分别别针针对对这这三三个个钢钢种种回答：回答：(1)淬火加热温度选择原则；淬火加热温度选择原则；(2)加热后的组织；淬火后的组织；加热后的组织；淬火后的组织；(3)回火温度选择原则；回火温度选择原则；(4)回火后的组织。回火后的组织。7今今有有Cr15钢钢，制制成成轴轴承承套套，试试述述其其预预备备热热处处理理及及最最终终热热处处理理的的名名称称、目目的的、工工艺艺、获获得得的的组组织和性能。织和性能。8现现有有60Si2Mn钢钢用用作作弹弹簧簧、40Cr钢钢用用作作轴轴（要要求求良良好好的的综综合合机机械械性性能能）、T10钢钢用用作作工工具具，请请分分别别针针对对这这三个钢种回答：三个钢种回答：(1)淬火加热温度选择原则；淬火加热温度选择原则；(2)加热后的组织；淬火后的组织；加热后的组织；淬火后的组织；(3)回火温度选择原则；回火温度选择原则；(4)回火后的组织回火后的组织