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1、第七章第七章 钢的热处理工艺钢的热处理工艺 7.1 退火退火7.2 正火正火7.3 淬火淬火7.4 回火回火 7.5 表面热处理表面热处理 7.6 化学热处理化学热处理7.1 退火退火(Annealing)退退火火是是将将组组织织偏偏离离平平衡衡状状态态的的钢钢加加热热到到确确定定温温度度保保温温确确定定时时间间，然然后后以以缓缓慢慢的的速速度度冷冷却却，以以获获得得接接近近平平衡衡状状态组织的热处理工艺；态组织的热处理工艺；退火分类：退火分类：亚临界退火：低于临界温度亚临界退火：低于临界温度A1的退火；的退火；不完全退火：临界温度不完全退火：临界温度A1A3(Acm)之间的退之间的退火；火；
2、完全退火：临界温度完全退火：临界温度A3(Acm)以上的退火；以上的退火；退火工艺：完全退火（重结晶退火）、等温退火工艺：完全退火（重结晶退火）、等温退火、球化退火退火、球化退火(不完全退火）、扩散退火不完全退火）、扩散退火（匀整化退火）、去应力退火（低温退火）、（匀整化退火）、去应力退火（低温退火）、中间退火（再结晶退火）中间退火（再结晶退火）退火目的：退火目的：消退残余应力；消退残余应力；降低硬度以改善切削加工性能；降低硬度以改善切削加工性能；细化晶粒，调整组织。细化晶粒，调整组织。（1）完全退火）完全退火(重结晶退火重结晶退火):把钢加热到把钢加热到Ac32030，保温确定时间后缓慢冷，
3、保温确定时间后缓慢冷却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），却（随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却），以获得接近平衡组织的热处理工艺；以获得接近平衡组织的热处理工艺；适用钢：亚共析钢，完全退火后组织为适用钢：亚共析钢，完全退火后组织为F+P;目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加目的：细化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消退内应力；工性能和消退内应力；留意：完全退火主要用于亚共析钢，过留意：完全退火主要用于亚共析钢，过共析钢不宜接受，因为加热到共析钢不宜接受，因为加热到Accm以上以上缓冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥缓冷时，二次渗碳体会以网状形式沿奥氏体晶界析出，使钢的韧性大大下降，氏体晶界析出，使钢
4、的韧性大大下降，并可能在以后的热处理中引起裂纹。并可能在以后的热处理中引起裂纹。（2）等温退火：）等温退火：是将钢或毛坯加热到是将钢或毛坯加热到Ac32030，保温适当的时间，较快地冷，保温适当的时间，较快地冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷使奥氏体转变为珠光体组织，然后缓慢冷却的热处理工艺。却的热处理工艺。“等温等温”的含义是，发生珠光体转变时是的含义是，发生珠光体转变时是在在Ar1以下珠光体转变区间的某一温度等温以下珠光体转变区间的某一温度等温进行；进行；目的：缩短退火时间，提高生产效率，获目的：缩短退火时间，提高
5、生产效率，获得匀整的组织和性能；得匀整的组织和性能；留意：等温退火的目的与完全退火相同，留意：等温退火的目的与完全退火相同，但转变较易限制，能获得匀整的预期组但转变较易限制，能获得匀整的预期组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可织；对于奥氏体较稳定的合金钢，常可大大缩短退火时间。大大缩短退火时间。（3）球化退火（不完全退火）：是使钢中）球化退火（不完全退火）：是使钢中碳化物球状化的热处理工艺。碳化物球状化的热处理工艺。加热温度：加热温度：Ac11030；适用钢种：主要用于共析钢和过共析钢，适用钢种：主要用于共析钢和过共析钢，如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗如工具钢、滚珠轴承钢，目的是使二次渗
6、碳体及珠光体中的渗碳体球状化；碳体及珠光体中的渗碳体球状化；目的：降低硬度、匀整组织、改善切削性目的：降低硬度、匀整组织、改善切削性能，为淬火作组织准备，获得粒状珠光体；能，为淬火作组织准备，获得粒状珠光体；片状珠光体片状珠光体球状珠光体球状珠光体（4）扩扩散散退退火火（匀匀整整化化退退火火）：为为削削减减钢钢锭锭、铸铸件件或或锻锻坯坯的的化化学学成成分分和和组组织织不不匀匀整整性性，将将其其加加热热到到略略低低于于固固相相线线的的温温度度，长长时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺。时间保温并进行缓慢冷却的热处理工艺。温温度度范范围围：Ac3或或Accm150300，保保温温时间：时间：10h1
7、5h留留意意：扩扩散散退退火火后后钢钢的的晶晶粒粒粗粗大大，须须要要完完全全退火或正火处理；退火或正火处理；扩散退火温度区间扩散退火温度区间（5）去应力退火（低温退火）：为消退铸造、）去应力退火（低温退火）：为消退铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热加工在工件中造成的残余内应力而进行的低温退火。工件中造成的残余内应力而进行的低温退火。退火温度：退火温度：500-650，保温后随炉缓慢冷却；，保温后随炉缓慢冷却；目的：消退因变形加工及铸造、焊接过程中目的：消退因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残余内应力，以提高工件的尺寸稳定引起的残余内应力，以提高工件的尺
8、寸稳定性，防止变形和开裂；性，防止变形和开裂；（6）中间退火（再结晶退火）：金属）中间退火（再结晶退火）：金属材料由于冷加工产生加工硬化，韧性下材料由于冷加工产生加工硬化，韧性下降，使进一步加工困难。这时常接受中降，使进一步加工困难。这时常接受中间退火来复原韧性，这种在过程之间的间退火来复原韧性，这种在过程之间的退火称为中间退火，通常也称再结晶退退火称为中间退火，通常也称再结晶退火。火。温度：温度：Ac1以下以下1122 保温适当时间，保温适当时间，空冷空冷7.2 正火（常化处理正火（常化处理）（）（Normalizing)正火：钢材或钢件加热到正火：钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析对于亚共
9、析钢钢)和和 Accm(对于过共析钢对于过共析钢)以上以上30-50，保温适当时间，在静止的或稍微搅动的，保温适当时间，在静止的或稍微搅动的空气中匀整冷却，得到含有珠光体组织的空气中匀整冷却，得到含有珠光体组织的热处理方式；热处理方式；正火后的组织：亚共析钢为正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢，共析钢为为S，过共析钢为，过共析钢为S+Fe3CII。正火应用范围：全部成分的碳钢锻件和正火应用范围：全部成分的碳钢锻件和铸件。铸件。留意：奥氏体钢、不锈钢和沉淀硬化钢留意：奥氏体钢、不锈钢和沉淀硬化钢通常不进行正火处理。通常不进行正火处理。应用：应用：作为最终热处理作为最终热处理 细化晶粒，组织匀
10、整化，细化晶粒，组织匀整化，增大增大P含量并细化，一般结构钢件；含量并细化，一般结构钢件；作为预先热处理作为预先热处理 淬火或调质处理前，以淬火或调质处理前，以消退魏氏组织消退魏氏组织(组织特征是先共析铁素体组织特征是先共析铁素体沿奥氏体确定晶面呈针片状析出）和带沿奥氏体确定晶面呈针片状析出）和带状组织，过共析钢是为了消退网状碳化状组织，过共析钢是为了消退网状碳化物；物；改善切削加工性能改善切削加工性能 低碳钢和某些低碳低低碳钢和某些低碳低合金钢接受正火来调整硬度。合金钢接受正火来调整硬度。留意：留意：（1）正火与完全退火的区分在于冷却）正火与完全退火的区分在于冷却速度更快，目的是使钢的组织正
11、常化，速度更快，目的是使钢的组织正常化，又称常化处理。又称常化处理。（2）有些钢如）有些钢如W18Cr4V高速钢在空气高速钢在空气中冷却得到的是马氏体，不能称为正火，中冷却得到的是马氏体，不能称为正火，而是淬火。而是淬火。退火和正火的缺陷及其质量限制退火和正火的缺陷及其质量限制1 1）退火硬度偏高：）退火硬度偏高：主要是由于退火时主要是由于退火时奥氏体化温度低、冷速快等造成。可通奥氏体化温度低、冷速快等造成。可通过重新退火改善。过重新退火改善。2 2）球化不完全：）球化不完全：共析钢和过共析钢球共析钢和过共析钢球化退火组织中出现细片状珠光体和点状化退火组织中出现细片状珠光体和点状珠光体，不仅使
12、硬度偏高，而且在随后珠光体，不仅使硬度偏高，而且在随后淬火时开裂倾向大。可通过重新球化退淬火时开裂倾向大。可通过重新球化退火，使渗碳体呈圆而匀分布。火，使渗碳体呈圆而匀分布。3 3）退火时形成石墨碳：碳素工具钢假如）退火时形成石墨碳：碳素工具钢假如退火温度高、保温时间长或多次返修退退火温度高、保温时间长或多次返修退火，会导致渗碳体发生分解形成石墨碳，火，会导致渗碳体发生分解形成石墨碳，且在石墨四周是大块铁素体。由于石墨且在石墨四周是大块铁素体。由于石墨碳的存在，淬火时易形成软点和开裂，碳的存在，淬火时易形成软点和开裂，工模具在运用过程中易发生磨损或崩刃。工模具在运用过程中易发生磨损或崩刃。4
13、4）过共析钢正火时出现网状二次渗碳体：）过共析钢正火时出现网状二次渗碳体：过共析钢球化退火前为消退二次渗碳体接过共析钢球化退火前为消退二次渗碳体接受正火处理，假如工件尺寸太大，冷速过受正火处理，假如工件尺寸太大，冷速过于缓慢，则达不到消退二次网状渗碳体的于缓慢，则达不到消退二次网状渗碳体的目的。必需接受鼓风冷却或喷淋水冷等方目的。必需接受鼓风冷却或喷淋水冷等方法加快正火冷却速度。法加快正火冷却速度。7.3 淬火（淬火（Quenching)淬火淬火：经过奥氏体化：经过奥氏体化的钢以大于临界冷却的钢以大于临界冷却速度速度vk进行冷却，获进行冷却，获得不平衡组织（马氏得不平衡组织（马氏体或下贝氏体）
14、的热体或下贝氏体）的热处理工艺；处理工艺；1、淬火加热温度、淬火加热温度亚共析钢：亚共析钢：Ac3以上以上30-50共共(过共过共)析钢：析钢：Ac1以上以上30-50淬火加热时间淬火加热时间:包括升温时间和保温时包括升温时间和保温时间两个阶段，工厂中接受阅历公式计算。间两个阶段，工厂中接受阅历公式计算。2 2、淬火冷却介质、淬火冷却介质淬火时如何达到既能获得马氏体组织，淬火时如何达到既能获得马氏体组织，又能减小变形和开裂倾向的目的？又能减小变形和开裂倾向的目的？途径：找寻一种比较志向的淬火冷却介途径：找寻一种比较志向的淬火冷却介质；从淬火的冷却方法上设法改进。质；从淬火的冷却方法上设法改进。
15、志向的冷却曲线：志向的冷却曲线：志向的冷却曲线：志向的冷却曲线：应只在应只在应只在应只在C C C C曲线鼻曲线鼻曲线鼻曲线鼻尖处快冷，而在尖处快冷，而在尖处快冷，而在尖处快冷，而在MsMsMsMs旁边旁边旁边旁边尽量缓冷，以达到既获尽量缓冷，以达到既获尽量缓冷，以达到既获尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小得马氏体组织，又减小得马氏体组织，又减小得马氏体组织，又减小内应力的目的。内应力的目的。内应力的目的。内应力的目的。志向冷却介质：志向冷却介质：志向冷却介质：志向冷却介质：使淬火钢件的冷却使淬火钢件的冷却使淬火钢件的冷却使淬火钢件的冷却过程符合志向冷却速度过程符合志向冷却速度过程符合志向冷却速度过程符合志向冷却速度的介质。的介质。的介质。的介质。l志向淬火介质的冷却实力l 650以上缓冷，降低淬火热应力；l 650 -400 快冷，避开P或B转变；l 400 以下缓冷，削减组织应力；l常用介质：水和油l 水，冷却实力大，形态简洁、截面较大的碳钢零件；l 油，冷却实力小，合金钢；l 盐浴，冷却实力中等，削减零件淬火时的变形，主要用于分级淬火和等温淬火；3、淬火冷却方法、淬火冷却方法1 1）单液淬火法）单液淬火法2 2）双液淬火法）双液淬火法3 3）分级淬火法）分级淬火法4 4）等温淬火）等温淬火