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1、第六章钢的热处理第六章钢的热处理第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火第四节钢的淬火第四节钢的淬火第五节钢的回火第五节钢的回火第六节钢的表面热处理第六节钢的表面热处理第七节热处理技术要求标注、工序位置安排与第七节热处理技术要求标注、工序位置安排与工艺分析工艺分析第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变一、共析钢的奥氏体化一、共析钢的奥氏体化 共析钢在室温下的平衡组织是单一的珠光体，加热至共析钢在室温下的平衡组织是单一的珠光体，加热至以上珠光体将全部转变成奥氏体，其过程如以上珠光
2、体将全部转变成奥氏体，其过程如图图-所示。珠光体所示。珠光体向奥氏体转变可分为个阶段：向奥氏体转变可分为个阶段：奥氏体形核与长大阶段奥氏体形核与长大阶段 奥氏体的形成过程遵循相变的普遍规律，也是通过形核及晶奥氏体的形成过程遵循相变的普遍规律，也是通过形核及晶核长大来实现的。奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的相界面核长大来实现的。奥氏体的晶核优先在铁素体与渗碳体的相界面形成。奥氏体晶核形成后，通过铁、碳原子的扩散，使其相邻的形成。奥氏体晶核形成后，通过铁、碳原子的扩散，使其相邻的铁素体不断发生晶格改组（由体心立方晶格转变为面心立方晶格）铁素体不断发生晶格改组（由体心立方晶格转变为面心立方晶格）转
3、变为奥氏体，渗碳体也不断发生分解溶入奥氏体，使奥氏体晶转变为奥氏体，渗碳体也不断发生分解溶入奥氏体，使奥氏体晶核不断长大。与此同时，新的奥氏体晶核也在不断形成和长大，核不断长大。与此同时，新的奥氏体晶核也在不断形成和长大，直到铁素体全部转变为奥氏体为止。直到铁素体全部转变为奥氏体为止。下一页返回第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变残余渗碳体溶解阶段残余渗碳体溶解阶段 研究表明，由于渗碳体的晶体结构和含碳量与奥氏体相差很研究表明，由于渗碳体的晶体结构和含碳量与奥氏体相差很大，奥氏体向铁素体方向长大的速度远大于向渗碳体方向，因此大，奥氏体向铁素体方向长大的速度远大于向渗碳体方向，因
4、此当铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解。随着保温时间当铁素体全部消失后，仍有部分渗碳体尚未溶解。随着保温时间的延长，这部分残余的、不连续的颗粒状渗碳体将逐渐溶入奥氏的延长，这部分残余的、不连续的颗粒状渗碳体将逐渐溶入奥氏体当中。体当中。奥氏体均匀化阶段奥氏体均匀化阶段 在残余渗碳体的溶解刚完成时，由于原子的扩散不充分，奥在残余渗碳体的溶解刚完成时，由于原子的扩散不充分，奥氏体的成分是不均匀的。在原为渗碳体的地方碳浓度较高，而原氏体的成分是不均匀的。在原为渗碳体的地方碳浓度较高，而原为铁素体的地方碳浓度较低。只有继续延长保温时间，才能使碳为铁素体的地方碳浓度较低。只有继续延长保温时间，才能
5、使碳原子充分扩散，获得单相均匀的奥氏体组织，完成奥氏体化过程。原子充分扩散，获得单相均匀的奥氏体组织，完成奥氏体化过程。上一页下一页返回第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变二、影响奥氏体化的因素二、影响奥氏体化的因素加热温度和保温时间的影响加热温度和保温时间的影响 加热温度越高，铁、碳原子的扩散速度越快，铁素体的晶格加热温度越高，铁、碳原子的扩散速度越快，铁素体的晶格改组和渗碳体的溶解也越快，奥氏体的形成速度越快。保温时间改组和渗碳体的溶解也越快，奥氏体的形成速度越快。保温时间越长，残余渗碳体分解越彻底，碳原子扩散越充分，奥氏体化完越长，残余渗碳体分解越彻底，碳原子扩散越充分，
6、奥氏体化完成越彻底。成越彻底。加热速度的影响加热速度的影响 加热速度对奥氏体化过程有重要的影响。由加热速度对奥氏体化过程有重要的影响。由图图-可知，加可知，加热速度越快，转变开始温度越高，转变终了温度也越高，但转变热速度越快，转变开始温度越高，转变终了温度也越高，但转变所需时间越短，即奥氏体转化速度越快。所需时间越短，即奥氏体转化速度越快。上一页下一页返回第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变原始组织和合金元素的影响原始组织和合金元素的影响 在成分相同时，工件的原始组织越细，则相界面越多，越有在成分相同时，工件的原始组织越细，则相界面越多，越有利于奥氏体晶核的形成和长大，奥氏体化
7、速度越快。在合金钢中，利于奥氏体晶核的形成和长大，奥氏体化速度越快。在合金钢中，合金元素虽然不会改变珠光体向奥氏体转变的基本过程，但除合金元素虽然不会改变珠光体向奥氏体转变的基本过程，但除之外的大多数合金元素都会使奥氏体化减缓，所以合金钢的奥之外的大多数合金元素都会使奥氏体化减缓，所以合金钢的奥氏体化速度要比碳钢慢，特别是高合金钢更是慢得多。因此，实氏体化速度要比碳钢慢，特别是高合金钢更是慢得多。因此，实际生产中合金钢的加热温度和保温时间一般比碳钢的更高、更长。际生产中合金钢的加热温度和保温时间一般比碳钢的更高、更长。上一页下一页返回第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变三、奥氏
8、体晶粒的长大与控制三、奥氏体晶粒的长大与控制晶粒大小的表示方法晶粒大小的表示方法 金属组织中晶粒的大小通常用晶粒度来度量。奥氏体的晶粒金属组织中晶粒的大小通常用晶粒度来度量。奥氏体的晶粒度是指将钢加热至相变点以上某温度并保温一定时间所得到的奥度是指将钢加热至相变点以上某温度并保温一定时间所得到的奥氏体晶粒的大小。常用以下方法评定：将制备好的金相试样放在氏体晶粒的大小。常用以下方法评定：将制备好的金相试样放在显微镜下，放大倍观察，并通过与标准级别图进行比对来显微镜下，放大倍观察，并通过与标准级别图进行比对来确定晶粒度等级。常见的晶粒度在级范围内，其中确定晶粒度等级。常见的晶粒度在级范围内，其中级
9、为粗晶粒，级为中等晶粒，级为细晶粒。级为粗晶粒，级为中等晶粒，级为细晶粒。上一页下一页返回第一节钢在加热时的组织转变第一节钢在加热时的组织转变奥氏体晶粒的长大与控制奥氏体晶粒的长大与控制 在具有足够的能量和时间时，奥氏体可通过晶粒间的相互吞在具有足够的能量和时间时，奥氏体可通过晶粒间的相互吞并来长大，这是一种自发的倾向。因此，加热温度越高，保温时并来长大，这是一种自发的倾向。因此，加热温度越高，保温时间越长，则得到的奥氏体晶粒越粗大。一般将随着加热温度升高，间越长，则得到的奥氏体晶粒越粗大。一般将随着加热温度升高，奥氏体晶粒会迅速长大的钢称为本质粗晶粒钢；而将奥氏体晶粒奥氏体晶粒会迅速长大的钢
10、称为本质粗晶粒钢；而将奥氏体晶粒不易长大的，只有当温度达到一个较高值之后才会突然长大的钢不易长大的，只有当温度达到一个较高值之后才会突然长大的钢称为本质细晶粒钢。炼钢时只用锰铁、硅铁脱氧的钢其晶粒长大称为本质细晶粒钢。炼钢时只用锰铁、硅铁脱氧的钢其晶粒长大倾向较大，属本质粗晶粒钢。用铝脱氧的钢则晶粒不易长大，属倾向较大，属本质粗晶粒钢。用铝脱氧的钢则晶粒不易长大，属本质细晶粒钢。需要热处理的重要零件一般选用本质细晶粒钢制本质细晶粒钢。需要热处理的重要零件一般选用本质细晶粒钢制造。造。上一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变 钢经过合适的加热和保温后，获得了成分均匀、晶粒细
11、小的钢经过合适的加热和保温后，获得了成分均匀、晶粒细小的奥氏体组织，但这并不是热处理的最终目的。奥氏体在随后的冷奥氏体组织，但这并不是热处理的最终目的。奥氏体在随后的冷却中将根据冷却方式的不同而发生不同的组织转变，并最终决定却中将根据冷却方式的不同而发生不同的组织转变，并最终决定钢的组织和性能（见钢的组织和性能（见表表-）。因此，冷却过程是热处理的关键）。因此，冷却过程是热处理的关键工序。工序。热处理的冷却方式通常有两种，一种是等温冷却转变，即奥热处理的冷却方式通常有两种，一种是等温冷却转变，即奥氏体快速冷却到临界温度以下的某个温度，并在此温度下进行保氏体快速冷却到临界温度以下的某个温度，并在
12、此温度下进行保温和完成组织转变，如温和完成组织转变，如图图-曲线；另一种是连续冷却转变，曲线；另一种是连续冷却转变，即奥氏体以不同的冷却速度进行连续冷却，并在连续冷却过程中即奥氏体以不同的冷却速度进行连续冷却，并在连续冷却过程中完成组织转变，如完成组织转变，如图图-曲线。曲线。下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温转变一、过冷奥氏体的等温转变下面以共析钢为例来说明过冷奥氏体的等温转变规律。下面以共析钢为例来说明过冷奥氏体的等温转变规律。过冷奥氏体的等温转变曲线将已经奥氏体化的共析钢急速冷却至过冷奥氏体的等温转变曲线将已经奥氏体化的共析钢急速冷却至以下
13、的各个不同的温度（如投入不同温度的恒温盐浴槽中），以下的各个不同的温度（如投入不同温度的恒温盐浴槽中），并在这些温度下进行保温，分别测定在各个温度下过冷奥氏体发并在这些温度下进行保温，分别测定在各个温度下过冷奥氏体发生组织转变的开始时间、终止时间及转变产物量，并将它们绘制生组织转变的开始时间、终止时间及转变产物量，并将它们绘制在温度时间坐标图中。将测定的各个转变开始点、转变终止点在温度时间坐标图中。将测定的各个转变开始点、转变终止点分别用光滑的曲线连接起来，便得到了共析钢钢的等温转变曲线，分别用光滑的曲线连接起来，便得到了共析钢钢的等温转变曲线，如如图图-（）（）所示。由于该曲线形状与字母所示
14、。由于该曲线形状与字母“”相似，故又相似，故又简称为曲线。简称为曲线。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变过冷奥氏体的等温转变产物及其性能过冷奥氏体的等温转变产物及其性能 根据转变产物的不同，过冷奥氏体的等温转变分为两种类型，根据转变产物的不同，过冷奥氏体的等温转变分为两种类型，一种是珠光体型转变，另一种是贝氏体型转变。一种是珠光体型转变，另一种是贝氏体型转变。（）珠光体型转变。转变温度为（）珠光体型转变。转变温度为。当奥氏体被冷却到。当奥氏体被冷却到以下时，经过一定的孕育期将在晶界处产生渗碳体晶核，周围以下时，经过一定的孕育期将在晶界处产生渗碳体晶核，周围的奥
15、氏体不断向渗碳体晶核提供碳原子而促使其长大成为渗碳体的奥氏体不断向渗碳体晶核提供碳原子而促使其长大成为渗碳体片。随着渗碳体片周围奥氏体的含碳量不断降低，将有利于铁素片。随着渗碳体片周围奥氏体的含碳量不断降低，将有利于铁素体晶核的形成，这些奥氏体将转变成为铁素体片。由于铁素体的体晶核的形成，这些奥氏体将转变成为铁素体片。由于铁素体的溶碳能力极低，当它长大时将使多余的碳转移到相邻的奥氏体当溶碳能力极低，当它长大时将使多余的碳转移到相邻的奥氏体当中，使奥氏体的含碳量升高，促使新的渗碳体片形成。上述过程中，使奥氏体的含碳量升高，促使新的渗碳体片形成。上述过程不断循环，最终获得铁素体与渗碳体片层相间的珠
16、光体组织。不断循环，最终获得铁素体与渗碳体片层相间的珠光体组织。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变根据过冷度的不同，珠光体型转变分为以下种：根据过冷度的不同，珠光体型转变分为以下种：珠光体转变。珠光体转变。索氏体转变。索氏体转变。托氏体转变。托氏体转变。（）贝氏体型转变。转变温度为（）贝氏体型转变。转变温度为。过冷奥氏体在此。过冷奥氏体在此温度区间内等温停留，经过一定的孕育期后，将转变为贝氏体，温度区间内等温停留，经过一定的孕育期后，将转变为贝氏体，用符号用符号“”表示。贝氏体是由含碳过饱和的铁素体（表示。贝氏体是由含碳过饱和的铁素体（固溶体）固溶体）与碳化物
17、组成的两相混合物。由于过冷度大，转变温度较低，铁与碳化物组成的两相混合物。由于过冷度大，转变温度较低，铁原子已失去扩散能力，碳原子也只能进行短程扩散，所以贝氏体原子已失去扩散能力，碳原子也只能进行短程扩散，所以贝氏体型转变是半扩散型转变。型转变是半扩散型转变。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变按照组织形态和转变温度的不同，贝氏体型转变分为以下两种：按照组织形态和转变温度的不同，贝氏体型转变分为以下两种：上贝氏体转变。上贝氏体转变。下贝氏体转变。下贝氏体转变。影响犆曲线的因素影响犆曲线的因素（）含碳量的影响。含碳量对曲线的位置和形状均有影响。对于（）含碳量的影响
18、。含碳量对曲线的位置和形状均有影响。对于亚共析钢，随着含碳量的增加，过冷奥氏体的稳定性增大，曲亚共析钢，随着含碳量的增加，过冷奥氏体的稳定性增大，曲线右移，并且在过冷奥氏体发生珠光体型转变之前，先有先共析线右移，并且在过冷奥氏体发生珠光体型转变之前，先有先共析铁素体的析出，曲线的左上部多出一条先共析铁素体析出线，铁素体的析出，曲线的左上部多出一条先共析铁素体析出线，如如图图-所示。所示。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变（）合金元素的影响。合金元素对曲线的位置和形状都有影响。（）合金元素的影响。合金元素对曲线的位置和形状都有影响。除钴之外，所有的合金元素溶入奥
19、氏体后均可增大过冷奥氏体的除钴之外，所有的合金元素溶入奥氏体后均可增大过冷奥氏体的稳定性，使曲线右移。铬、钼、钨、钒等碳化物形成元素不仅稳定性，使曲线右移。铬、钼、钨、钒等碳化物形成元素不仅使曲线右移，而且还使曲线出现双型等特征，改变了曲使曲线右移，而且还使曲线出现双型等特征，改变了曲线的形状。线的形状。（）加热工艺的影响。加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体成（）加热工艺的影响。加热温度越高，保温时间越长，则奥氏体成分越均匀，晶粒越粗大。这既减少了形核所需的浓度起伏，也减分越均匀，晶粒越粗大。这既减少了形核所需的浓度起伏，也减少了形核的晶界面积。因此，将导致形核率降低，增大过冷奥氏少了形核的
20、晶界面积。因此，将导致形核率降低，增大过冷奥氏体的稳定性，使曲线右移。体的稳定性，使曲线右移。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变二、过冷奥氏体的连续冷却转变 在热处理生产中，除了少部分采取等温转变（如等温退火、等在热处理生产中，除了少部分采取等温转变（如等温退火、等温淬火等）外，大多数的热处理工艺是采取连续冷却转变。因此，温淬火等）外，大多数的热处理工艺是采取连续冷却转变。因此，钢在连续冷却过程中的组织转变规律更具有实际意义。钢在连续冷却过程中的组织转变规律更具有实际意义。过冷奥氏体的连续冷却转变曲线过冷奥氏体的连续冷却转变曲线 图
21、图-所示为共析钢的连续冷却转变曲线。与所示为共析钢的连续冷却转变曲线。与图图-（）（）比较，共析钢的连续冷却转变只有珠光体型转变区和马氏比较，共析钢的连续冷却转变只有珠光体型转变区和马氏体型转变区，而没有贝氏体型转变区。这表明共析碳钢在连续冷体型转变区，而没有贝氏体型转变区。这表明共析碳钢在连续冷却转变时不会形成贝氏体。却转变时不会形成贝氏体。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变连续冷却转变曲线的应用连续冷却转变曲线的应用 连续冷却转变曲线表达了过冷奥氏体在各种冷却速度下的组连续冷却转变曲线表达了过冷奥氏体在各种冷却速度下的组织转变规律。现以共析钢为例，分析其在
22、典型冷却速度下的组织织转变规律。现以共析钢为例，分析其在典型冷却速度下的组织转变。转变。在在图图-中，中，v相当于工件随炉冷却（退火），当冷却相当于工件随炉冷却（退火），当冷却速度线与珠光体型转变开始线相交时，便开始了过冷奥氏体向珠速度线与珠光体型转变开始线相交时，便开始了过冷奥氏体向珠光体的转变，与转变终了线相交时，转变结束，奥氏体全部转变光体的转变，与转变终了线相交时，转变结束，奥氏体全部转变为珠光体。为珠光体。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变马氏体转变马氏体转变 马氏体是碳在马氏体是碳在-中的过饱和固溶体，用符号中的过饱和固溶体，用符号“”表示。表示。
23、由过冷奥氏体的连续冷却转变曲线可知，当奥氏体被过冷到由过冷奥氏体的连续冷却转变曲线可知，当奥氏体被过冷到以下时，将发生马氏体转变。马氏体转变过冷度大、速度极快，以下时，将发生马氏体转变。马氏体转变过冷度大、速度极快，铁和碳原子均不能扩散，属于非扩散型转变。一般认为，马氏体铁和碳原子均不能扩散，属于非扩散型转变。一般认为，马氏体相变是通过铁原子的共格切变来实现的。因为没有扩散，所以马相变是通过铁原子的共格切变来实现的。因为没有扩散，所以马氏体与过冷奥氏体具有相同的化学成分。研究表明：若过冷奥氏氏体与过冷奥氏体具有相同的化学成分。研究表明：若过冷奥氏体在体在之间的某个温度停留，则马氏体转变基本停止
24、，即之间的某个温度停留，则马氏体转变基本停止，即等温时不发生马氏体转变。只有连续冷却，马氏体转变才能进行，等温时不发生马氏体转变。只有连续冷却，马氏体转变才能进行，当冷却至当冷却至后马氏体转变才会结束。后马氏体转变才会结束。上一页下一页返回第二节钢在冷却时的组织转变第二节钢在冷却时的组织转变残留奥氏体残留奥氏体 在马氏体转变过程中，当大量的马氏体形成后，剩下的过冷在马氏体转变过程中，当大量的马氏体形成后，剩下的过冷奥氏体被马氏体分割成一个个很小的区域，并受到周围马氏体巨奥氏体被马氏体分割成一个个很小的区域，并受到周围马氏体巨大的压力作用。随着马氏体转变的继续，压力不断提高，最终将大的压力作用。
25、随着马氏体转变的继续，压力不断提高，最终将使奥氏体停止向马氏体转变。因此，马氏体转变不能进行到底，使奥氏体停止向马氏体转变。因此，马氏体转变不能进行到底，既使冷却到既使冷却到以下仍不可能获得的马氏体。这些未发生以下仍不可能获得的马氏体。这些未发生转变的过冷奥氏体被称之为残留奥氏体，常用符号转变的过冷奥氏体被称之为残留奥氏体，常用符号“”表示。表示。残留奥氏体量的多少主要取决于奥氏体的含碳量。因为奥氏残留奥氏体量的多少主要取决于奥氏体的含碳量。因为奥氏体含碳量越高，过冷奥氏体的体含碳量越高，过冷奥氏体的和和越低（如越低（如图图-所示），所示），马氏体转变越不彻底。所以，残留奥氏体量随着奥氏体含碳
26、量的马氏体转变越不彻底。所以，残留奥氏体量随着奥氏体含碳量的增加而增加（如增加而增加（如图图-所示）。所示）。上一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火一、钢的退火一、钢的退火 退火是将钢件加热到适当的温度，保温一定的时间，然后缓退火是将钢件加热到适当的温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的：慢冷却的热处理工艺。退火的主要目的：降低钢的硬度，改善切削加工性；降低钢的硬度，改善切削加工性；消除加工硬化，提高钢的塑性；消除加工硬化，提高钢的塑性；细化晶粒，改善或消除成分不均、网状渗碳体等组织缺陷，为后续细化晶粒，改善或消除成分不均、网状渗碳体等组织缺陷，为后续热处理
27、做好组织准备；热处理做好组织准备；消除应力，稳定工件尺寸。消除应力，稳定工件尺寸。下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火完全退火完全退火 完全退火是指将钢件加热至完全退火是指将钢件加热至以上以上，经保，经保温完全奥氏体化后，随之缓慢冷却（一般为炉冷），获得接近于温完全奥氏体化后，随之缓慢冷却（一般为炉冷），获得接近于平衡组织的退火工艺。平衡组织的退火工艺。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件和热轧型材等，不完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件和热轧型材等，不宜用于过共析钢。因为过共析钢加热至宜用于过共析钢。因为过共析钢加热至 以上完全奥氏体化以上完全奥氏体化后，在随后的缓慢冷却过程
28、中会沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳后，在随后的缓慢冷却过程中会沿奥氏体晶界析出网状二次渗碳体，使得钢的韧性和切削加工性下降。体，使得钢的韧性和切削加工性下降。上一页下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火 由于冷却时工件内外冷速不一致，过冷度有大有小，组织转由于冷却时工件内外冷速不一致，过冷度有大有小，组织转变有先有后，使得退火后工件的内外组织形态和性能都不均匀。变有先有后，使得退火后工件的内外组织形态和性能都不均匀。另外，对于某些曲线特别靠右的高合金钢，由于过冷奥氏体稳另外，对于某些曲线特别靠右的高合金钢，由于过冷奥氏体稳定性高，退火时的冷却时间往往很长（有时需要几十个小时）。定性高
29、，退火时的冷却时间往往很长（有时需要几十个小时）。为此，生产中常采用等温退火工艺，即将钢件加热至为此，生产中常采用等温退火工艺，即将钢件加热至 以上以上，保温后以较快的速度冷却到珠光体转，保温后以较快的速度冷却到珠光体转变温度区间的某个温度并保温，待过冷奥氏体完成珠光体转变后，变温度区间的某个温度并保温，待过冷奥氏体完成珠光体转变后，工件出炉在空气中冷却。等温退火与完全退火的目的相同，但可工件出炉在空气中冷却。等温退火与完全退火的目的相同，但可以减少以上的时间，而且由于等温退火时工件内外温差更以减少以上的时间，而且由于等温退火时工件内外温差更小，因此退火后工件的组织和性能更加均匀。等温退火还可
30、以更小，因此退火后工件的组织和性能更加均匀。等温退火还可以更准确地控制珠光体转变的过冷度，所以可以更精确地控制退火的准确地控制珠光体转变的过冷度，所以可以更精确地控制退火的组织和硬度。组织和硬度。上一页下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火球化退火球化退火 球化退火是指将钢件加热至球化退火是指将钢件加热至以上以上，保温，保温一定时间后，随炉缓慢冷却获得球状碳化物的退火工艺。由于过一定时间后，随炉缓慢冷却获得球状碳化物的退火工艺。由于过共析钢、合金工具钢和滚动轴承钢等在热轧或锻造后，常出现粗共析钢、合金工具钢和滚动轴承钢等在热轧或锻造后，常出现粗片状珠光体和网状二次渗碳体组织，这不仅
31、使钢的力学性能和切片状珠光体和网状二次渗碳体组织，这不仅使钢的力学性能和切削加工性下降，而且淬火时易产生变形和开裂。为消除这种组织削加工性下降，而且淬火时易产生变形和开裂。为消除这种组织缺陷，生产中常采用球化退火，即钢在缺陷，生产中常采用球化退火，即钢在之间适当的之间适当的温度保温，使珠光体中的粗大渗碳体片和网状二次渗碳体发生不温度保温，使珠光体中的粗大渗碳体片和网状二次渗碳体发生不完全溶解，在形成细小的链状或点状残留渗碳体微粒后再缓慢冷完全溶解，在形成细小的链状或点状残留渗碳体微粒后再缓慢冷却，最终获得弥散分布在铁素体基体上的粒状渗碳体，使钢的性却，最终获得弥散分布在铁素体基体上的粒状渗碳体
32、，使钢的性能获得改善。对于存在严重网状二次渗碳体的工件，为提高球化能获得改善。对于存在严重网状二次渗碳体的工件，为提高球化退火的效果，可在球化退火前先进行一次正火，以减轻渗碳体的退火的效果，可在球化退火前先进行一次正火，以减轻渗碳体的网状形态。为了缩短生产周期，球化退火在冷却时也可以采用等网状形态。为了缩短生产周期，球化退火在冷却时也可以采用等温退火工艺。温退火工艺。上一页下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火扩散退火（均匀化退火）扩散退火（均匀化退火）扩散退火是指将钢件加热至远高于扩散退火是指将钢件加热至远高于或或的温度的温度（通常为（通常为），经长时间保温（一般为），经长时间保
33、温（一般为时），然后随炉缓慢冷却以获得均匀的成分和组织的时），然后随炉缓慢冷却以获得均匀的成分和组织的退火工艺。退火工艺。扩散退火是利用高温下原子具有较大的扩散能力来消除成分扩散退火是利用高温下原子具有较大的扩散能力来消除成分和组织不均匀现象的，退火后可以降低钢的热加工脆裂倾向和提和组织不均匀现象的，退火后可以降低钢的热加工脆裂倾向和提高钢的力学性能。因此扩散退火又被称为均匀化退火。由于加热高钢的力学性能。因此扩散退火又被称为均匀化退火。由于加热温度高，保温时间长，势必导致奥氏体晶粒粗化。因此经扩散退温度高，保温时间长，势必导致奥氏体晶粒粗化。因此经扩散退火后应进行热压力加工，使晶粒得到充分的
34、碎化。否则，需要通火后应进行热压力加工，使晶粒得到充分的碎化。否则，需要通过完全退火或正火来细化晶粒。过完全退火或正火来细化晶粒。上一页下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火去应力退火去应力退火 去应力退火是指将钢件加热至去应力退火是指将钢件加热至以下适当温度（通常为以下适当温度（通常为），保温后随炉缓慢冷却的退火工艺。去应），保温后随炉缓慢冷却的退火工艺。去应力退火的目的是为了消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加力退火的目的是为了消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件及机加工件中的残留应力，以提高尺寸稳定性，防止变形和开裂。去应工件中的残留应力，以提高尺寸稳定性，防止变形和开裂。去应
35、力退火的加热温度一般略高于钢的再结晶温度，加热温度越高和力退火的加热温度一般略高于钢的再结晶温度，加热温度越高和保温时间越长，应力消除越彻底，但加热温度不应超过保温时间越长，应力消除越彻底，但加热温度不应超过。上一页下一页返回第三节钢的退火与正火第三节钢的退火与正火二、钢的正火二、钢的正火 正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快，过冷奥氏体的正火与退火的主要区别是正火冷却速度稍快，过冷奥氏体的过冷度较大，获得的组织较细小，钢的强度和硬度有所提高。正过冷度较大，获得的组织较细小，钢的强度和硬度有所提高。正火具有操作简便、工艺周期短、成本较低等优点。正火的主要目火具有操作简便、工艺周期短、成本较低
36、等优点。正火的主要目的和应用：的和应用：提高硬度，改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；提高硬度，改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；细化晶粒，均匀成分，可作为中碳钢的预先热处理，为最终热处理细化晶粒，均匀成分，可作为中碳钢的预先热处理，为最终热处理做好组织准备；做好组织准备；减少网状二次渗碳体，为过共析钢的球化退火做好组织准备；减少网状二次渗碳体，为过共析钢的球化退火做好组织准备；代替淬火，当零件的力学性能要求不高，或因形状复杂在淬火时易代替淬火，当零件的力学性能要求不高，或因形状复杂在淬火时易产生严重变形，甚至开裂时，正火可以作为工件的最终热处理。产生严重变形，甚至开裂时，正火可以作为工件的
37、最终热处理。上一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火一、淬火工艺一、淬火工艺淬火加热温度通常亚共析钢的加热温度为淬火加热温度通常亚共析钢的加热温度为以上以上，淬火后得到细小的马氏体和少量的残留奥氏体；共析钢和过，淬火后得到细小的马氏体和少量的残留奥氏体；共析钢和过共析钢的加热温度为共析钢的加热温度为以上以上，淬火后得到细小，淬火后得到细小的马氏体、少量的未溶碳化物和残留奥氏体。之所以这样选择加的马氏体、少量的未溶碳化物和残留奥氏体。之所以这样选择加热温度是因为：若将亚共析钢的加热温度选择在热温度是因为：若将亚共析钢的加热温度选择在之间，之间，则淬火后组织中有强度和硬度不高的稳定相铁素体，这将降低
38、钢则淬火后组织中有强度和硬度不高的稳定相铁素体，这将降低钢的强度、硬度和耐磨性。若将过共析钢的加热温度选择在的强度、硬度和耐磨性。若将过共析钢的加热温度选择在 以上，则不仅由于温度高使奥氏体晶粒粗化，而且因为渗以上，则不仅由于温度高使奥氏体晶粒粗化，而且因为渗碳体全部溶解使得奥氏体的含碳量提高，降低，导致淬火后碳体全部溶解使得奥氏体的含碳量提高，降低，导致淬火后残留奥氏体量增加，钢的硬度和耐磨性降低。若加热温度低于残留奥氏体量增加，钢的硬度和耐磨性降低。若加热温度低于，则无论何种钢都没有相变，达不到淬火的目的。，则无论何种钢都没有相变，达不到淬火的目的。图图-所所示为碳钢的淬火加热温度示意图。
39、示为碳钢的淬火加热温度示意图。下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火加热时间加热时间 加热时间由工件装炉后炉温达到规定的加热温度所需时间、加热时间由工件装炉后炉温达到规定的加热温度所需时间、工件热透所需时间及组织转变所需时间三部分组成。加热时间取工件热透所需时间及组织转变所需时间三部分组成。加热时间取决于加热设备功率、装炉量、工件尺寸和形状、装炉方式、加热决于加热设备功率、装炉量、工件尺寸和形状、装炉方式、加热介质和钢中合金元素的含量等因素。生产中常用下列经验公式进介质和钢中合金元素的含量等因素。生产中常用下列经验公式进行估算：行估算：上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火淬火冷却介质淬
40、火冷却介质淬火冷却介质是指在淬火工艺中所用的冷却介质。淬火冷却介质是指在淬火工艺中所用的冷却介质。（）理想淬火冷却速度。为保证工件淬火后获得马氏体组织，淬火（）理想淬火冷却速度。为保证工件淬火后获得马氏体组织，淬火冷却介质必须使工件以大于马氏体临界冷却速度（冷却介质必须使工件以大于马氏体临界冷却速度（v）的冷速进）的冷速进行冷却。由于工件具有一定的厚度，心部可能因冷速过低而不能行冷却。由于工件具有一定的厚度，心部可能因冷速过低而不能淬透，这将影响材料性能的发挥。冷却速度越快，工件得到的淬淬透，这将影响材料性能的发挥。冷却速度越快，工件得到的淬透层越深，所以冷却速度应该越快越好。但是，过高的冷却
41、速度透层越深，所以冷却速度应该越快越好。但是，过高的冷却速度将加大工件截面温差，使热应力增大，容易引起变形和开裂，就将加大工件截面温差，使热应力增大，容易引起变形和开裂，就这点而言冷却速度应该越慢越好。这点而言冷却速度应该越慢越好。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火（）常用淬火冷却介质。为适应不同材料、不同淬火工艺的要求，（）常用淬火冷却介质。为适应不同材料、不同淬火工艺的要求，生产中使用的淬火冷却介质种类繁多，常用的几种介质如下：生产中使用的淬火冷却介质种类繁多，常用的几种介质如下：水。水是最古老的冷却介质。水。水是最古老的冷却介质。水溶液。主要有盐水溶液和碱水溶液。水溶液。主要有
42、盐水溶液和碱水溶液。矿物油。应用最多的矿物油是号、号和号机油。矿物油。应用最多的矿物油是号、号和号机油。新型淬火冷却介质。新型淬火冷却介质主要有专用淬火油、新型水新型淬火冷却介质。新型淬火冷却介质主要有专用淬火油、新型水溶性淬火剂等。溶性淬火剂等。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火二、淬火方法二、淬火方法 为了获得好的淬火效果，不仅需要合理选用冷却介质，还要为了获得好的淬火效果，不仅需要合理选用冷却介质，还要有正确的淬火方法。确定淬火方法的主要依据是钢的成分、工件有正确的淬火方法。确定淬火方法的主要依据是钢的成分、工件的形状和尺寸、工件的性能要求等。常用的淬火方法有：单液淬的形状和尺
43、寸、工件的性能要求等。常用的淬火方法有：单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火，如火、双液淬火、分级淬火和等温淬火，如图图-所示。所示。单液淬火单液淬火 单液淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入单一淬火冷却介质的单液淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入单一淬火冷却介质的淬火方法，如淬火方法，如图图-所示曲线。所示曲线。双液淬火双液淬火 双液淬火是指将钢件奥氏体化后，先淬入冷却能力较强的介双液淬火是指将钢件奥氏体化后，先淬入冷却能力较强的介质中，在即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力较弱的介质中质中，在即将发生马氏体转变时立即转入冷却能力较弱的介质中冷却的淬火方法，如冷却的淬火方法，如图图-所示曲线。所示曲
44、线。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火分级淬火分级淬火 分级淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入温度略高或略低于分级淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入温度略高或略低于的冷却介质中，停留一定时间使工件表面和心部温度均匀后，的冷却介质中，停留一定时间使工件表面和心部温度均匀后，取出在空气或油中冷却，并完成马氏体转变的淬火方法，取出在空气或油中冷却，并完成马氏体转变的淬火方法，如如图图-所示曲线。所示曲线。等温淬火等温淬火 等温淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入温度处于下贝氏体转等温淬火是指将钢件奥氏体化后，淬入温度处于下贝氏体转变温度区间的冷却介质中，待下贝氏体转变结束后取出空冷的淬变温度区间的冷却介
45、质中，待下贝氏体转变结束后取出空冷的淬火方法，如火方法，如图图-所示曲线。所示曲线。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火三、钢的淬透性三、钢的淬透性淬透性的概念淬透性的概念 淬透性是指钢在规定的条件下淬火时获得淬硬层深度大小的淬透性是指钢在规定的条件下淬火时获得淬硬层深度大小的能力。它是钢最重要的热处理工艺性能之一。能力。它是钢最重要的热处理工艺性能之一。淬火时，工件表面的冷却速度最快，越靠近中心冷却速度越淬火时，工件表面的冷却速度最快，越靠近中心冷却速度越慢，如慢，如图图-所示，所获得的马氏体量由表及里逐渐递减。淬所示，所获得的马氏体量由表及里逐渐递减。淬透性中所指的淬硬层是指从钢的
46、表面至马氏体的体积分数为透性中所指的淬硬层是指从钢的表面至马氏体的体积分数为处（即半马氏体区）之间的组织层。之所以将半马氏体区作为处（即半马氏体区）之间的组织层。之所以将半马氏体区作为淬硬层的界线，是由于恰好在半马氏体区钢的硬度会发生急剧变淬硬层的界线，是由于恰好在半马氏体区钢的硬度会发生急剧变化，容易用测量硬度的方法加以确定，如化，容易用测量硬度的方法加以确定，如图图-所示。据淬硬所示。据淬硬层的定义，如果工件淬火后其中心获得的马氏体，则认为层的定义，如果工件淬火后其中心获得的马氏体，则认为工件淬透了。工件淬透了。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火影响淬透性的因素影响淬透性的因素
47、凡是增加过冷奥氏体稳定性的因素，或者说凡是使曲线位凡是增加过冷奥氏体稳定性的因素，或者说凡是使曲线位置右移减小马氏体临界冷却速度（置右移减小马氏体临界冷却速度（v）的因素，都会提高钢的淬）的因素，都会提高钢的淬透性，反之则会降低淬透性。透性，反之则会降低淬透性。淬透性的测定淬透性的测定 钢的种类（牌号）繁多，为了能够以统一的尺度来定量表达钢的种类（牌号）繁多，为了能够以统一的尺度来定量表达不同钢种的淬透性，常用末端淬火试验法（不同钢种的淬透性，常用末端淬火试验法（）来测定钢的淬透性，如来测定钢的淬透性，如图图-所示。试验时先将标准试样（所示。试验时先将标准试样（）奥氏体化，然后垂直搁置并向试样
48、末端喷水冷）奥氏体化，然后垂直搁置并向试样末端喷水冷却。由于离末端越远则冷速越慢，所以沿试样长度方向各处的组却。由于离末端越远则冷速越慢，所以沿试样长度方向各处的组织和硬度不同。若沿着试样长度每隔一定距离测一个硬度值，则织和硬度不同。若沿着试样长度每隔一定距离测一个硬度值，则可得到硬度分布曲线，该曲线称为淬透性曲线，如可得到硬度分布曲线，该曲线称为淬透性曲线，如图图-所示。所示。上一页下一页返回第四节钢的淬火第四节钢的淬火淬透性的意义淬透性的意义 淬透性是选用材料和制订热处理工艺的主要依据之一，具有淬透性是选用材料和制订热处理工艺的主要依据之一，具有重要的实用价值。钢的淬透性对工件热处理后的力
49、学性能具有重重要的实用价值。钢的淬透性对工件热处理后的力学性能具有重要的影响。要的影响。（）大截面或形状复杂的重要零件、要承受动载荷的重要零件、承（）大截面或形状复杂的重要零件、要承受动载荷的重要零件、承受轴向拉伸或压缩截面负荷均匀的零件（如高强度螺栓、内燃机受轴向拉伸或压缩截面负荷均匀的零件（如高强度螺栓、内燃机连杆等），因要求整个截面力学性能均匀一致，所以应该淬透。连杆等），因要求整个截面力学性能均匀一致，所以应该淬透。（）承受弯曲、扭转应力的轴类零件或仅要求表面耐磨而心部受力（）承受弯曲、扭转应力的轴类零件或仅要求表面耐磨而心部受力小的零件，由于工作应力主要发生在轴的外缘或表面，越靠近心
50、小的零件，由于工作应力主要发生在轴的外缘或表面，越靠近心部应力越小，因此不必淬透。部应力越小，因此不必淬透。（）承受交变应力的弹簧，由于要求具有高的疲劳极限和足够的塑（）承受交变应力的弹簧，由于要求具有高的疲劳极限和足够的塑性、韧性，因此应该淬透。性、韧性，因此应该淬透。（）焊接件不宜选择高淬透性的钢，否则在焊缝热影响区容易发生（）焊接件不宜选择高淬透性的钢，否则在焊缝热影响区容易发生淬火，造成工件变形和开裂。淬火，造成工件变形和开裂。上一页返回第五节钢的回火第五节钢的回火 回火是指将经过淬火的钢件加热至回火是指将经过淬火的钢件加热至以下某一温度，保以下某一温度，保温一定的时间，然后冷却到室温