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1、热热 处处 理理 工工 艺艺一.退火二.正火(常化处理)三.淬火四.淬透性和淬硬性五.回火六.钢的化学热处理组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度,保温一定时间,然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火.钢的退火分为完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火和去应力退火等.一.退火扩散退火球化退火去应力退火完全退火正火1.完全退火（重结晶退火）完全退火是把亚共析钢（含铸钢）加热至Ac3+2030,保温后炉冷(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.目的:使热加工造成的粗大,不均匀的组织均匀化和细化,以提高性能;使中碳以上的碳钢(0.50.75%C)和中
2、碳合金钢降低硬度,改善切削加工性能.消除内应力.等温退火是将钢件加热到高于Ac3(或Ac1)的温度,保温适当时间后,较快地冷却到珠光体区的某一温度,并等温保持,使奥氏体等温转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。等温退火的目的与完全退火相同,能获得均匀的预期组织。2.等温退火球化退火是使钢中碳化物球状化的热处理工艺.目的：使Fe3C及P中的渗碳体球状化(退火前正火将网状渗碳体破碎),以降低硬度,改善切削加工性能,为以后的淬火作组织准备.球化退火用于过共析钢(0.75%C).球化退火后的显微组织为在F基体上分布着细小均匀的球状渗碳体.球化退火的加热温度为Ac1+2030,保温24小时,保温后炉冷至600
3、出炉.3.球化退火为减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均匀性，将其加热到略低于固相线（固相线以下100200）的温度，长时间保温（10h15h），并进行缓慢冷却的热处理工艺，称为扩散退火或均匀化退火。扩散退火后钢的晶粒很粗大，因此一般再进行完全退火或正火处理。4.扩散退火为消除冷热加工在工件中造成的残留内应力而进行的低温退火，称为去应力退火。去应力退火是将工件加热温度低于Ac1(一般为500650)，保温后随炉冷却,这种处理可以消除约50%80%的内应力,不引起组织变化。铸造过程中产生很大的内应力,降低铸造强度并产生变形,铸铁件须进行去应力退火（人工时效）.即缓慢加热至500-560,每1
4、0mm截面保温2h后,炉冷至150-200出炉空冷5.去应力退火二.正火(常化处理)将亚共析钢加热到Ac3(过共析钢Accm)以上3050(含V.Ti.Nb的合金钢100150)适当保温后,在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火.正火后的组织：亚共析钢为F+S,共析钢为S,过共析钢为S+Fe3CII。正火目的：1.正火使0.25%C低碳钢、低合金钢提高硬度,改善切削加工性能.(正火成本低,生产率高,用于0.5%C碳钢)2.消除热加工缺陷魏氏组织(铸钢)铸钢的浇注温度很高,而且冷却较慢,所以1.奥氏体晶粒粗大,2.在冷却过程中,铁素体首先沿着奥氏体晶界呈网状析出,然后沿一定方向以片状生长,并
5、呈针状插入珠光体内,即形成“魏氏组织”.另外3.偏析严重,4.内应力大,使钢的塑性和韧性下降,不能直接使用.必须进行完全退火或正火.带状组织(热轧钢)夹杂物在热轧过程中被碾成流线,先共析F在富P区域形核长大,形成F带,F带两侧富碳形成P带.形成“带状组织”,使横向韧性塑性明显下降.3.截面较大的合金结构钢件,在淬火或调质处理前常进行正火,以消除魏氏组织和带状组织,并获得细小而均匀的组织.对于过共析钢可减少二次渗碳体量,并使其不形成连续网状,为球化退火作组织准备.4.提高普通结构零件的机械性能作为零件的最终热处理正火可以细化晶粒,使组织均匀化,减少亚共析钢中铁素体含量,并使珠光体含量增多、细化,
6、以提高钢的强度硬度和韧性.三.淬火1.亚共析钢加热到Ac3+3050,共析钢和过共析钢加热到Ac1+3050,保温一定时间后快速冷却以获得马氏体的热处理工艺称为淬火.2.目的:获得马氏体(或下贝氏体)3.淬火分为:淬火表面淬火等温淬火钢的淬火温度范围4.淬火冷却介质常用的冷却介质是水(30)和矿物油(60-80).水冷却能力大,容易造成淬火工件变形或开裂,用于大截面的碳钢.油在300-200范围冷却能力小,有利于减小淬火件变形.在650-550范围冷却能力也小,不利于钢的淬硬,用于合金钢和球铁.为了减少零件淬火时的变形,可用盐浴作介质.5.常用的淬火方法有单介质淬火1，双介质淬火2，分级淬火3
7、和等温淬火4等。盐浴或碱浴成分 熔点使用温度55%KNO3+45%NaNO3218230-55080%KOH+20%NaOH+外6%水130140-2501234钢淬火后能够达到的最高硬度叫钢的淬硬性.淬硬性主要决定于M的碳含量.四.淬透性和淬硬性(一).淬硬性1.钢接受淬火时形成马氏体的能力为钢的淬透性.淬透性用“末端淬火法”测定(GB225-63)淬透性表示方法:HRCd淬透性曲线生产中测定淬透层深度(试样表面到半M区的距离)(二).淬透性J(1)碳含量在碳钢中,共析钢的临界冷速最小,淬透性最好(亚共析钢随碳含量减少,临界冷速增加,淬透性降低,过共析钢随碳含量增加,临界冷速增加,淬透性降低
8、).(2)合金元素除钴以外,其余合金元素溶于奥氏体后,降低临界冷却速度,使C曲线右移,提高钢的淬透性,因此合金钢比碳钢的淬透性要好.常用提高淬透性的元素:Mn、Cr、Ni、Si、B2.影响淬透性的因素注意:加入的合金元素,只有完全溶于A时,才能提高淬透性.若未完全溶解,碳化物会成为P的核心,则降低钢的淬透性.)两种或多种合金元素同时加入比单个元素对淬透性的影响要强得多.(除CoAl外,多数合金元素都使Ms和Mf点下降.作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、WSi.Ms和Mf点的下降,使淬火后钢中残余奥氏体量增多)(3)奥氏体化温度提高奥氏体化温度,将使奥氏体晶粒长大、成分均匀,可减少珠光体
9、的生核率,降低钢的临界冷却速度,增加其淬透性。(4)钢中未溶第二相钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物,可成为奥氏体分解的非自发核心,使临界冷却速度增大,降低淬透性。3.淬透性不同的钢调质后的力学性能钢材经调质处理后,淬透性好的钢棒整个截面都是回火索氏体,机械性能均匀,强度高,韧性好,而淬透性差的钢心部为片状索氏体+铁素体,只表层为回火索氏体,心部强韧性差.淬透性不同的钢材经调质处理后,沿截面的组织和机械性能差别很大.利用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线,找出钢的半马氏体区所对应的距水冷端距离.该距离越大,则淬透性越好.截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件
10、,要求截面机械性能均匀,应选用淬透性好的钢.而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大,心部受力较小,可选用淬透性较低的钢种.4.淬透性是钢材选用的重要依据之一五.回火钢件淬火后,为了消除内应力并获得所要求的组织和性能,将其加热到Ac1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到室温的热处理工艺叫做回火。淬火钢不直接使用,必须进行回火.原因:M组织硬脆,并存在内应力,容易变形和开裂.M和残余A是不稳定组织,在工作中会发生分解,导致零件尺寸变化.回火能得到所要求的强度、硬度、塑性和韧性，以满足零件的使用性能要求。在低温回火时,从淬火马氏体内部会析出碳化物薄片（Fe2.4C),马氏体的过饱和度减小.部
11、分残余奥氏体转变为下贝氏体.亚共析钢低温回火后组织为回火M.过共析钢低温回火后组织为回火MFe3C残余A.低温回火的目的：1.降低淬火应力2.提高工件韧性3.回火后保持高硬度(5864HRC)和高耐磨性.碳素工具钢最终热处理为淬火淬火+低温回火低温回火.1.淬火淬火+低温回火低温回火低温回火温度：150250表面淬火+低温回火表面淬火是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面获得淬火组织的热处理方法.火焰加热、高工频感应加热、激光加热等都可用于表面淬火。加热后,采用水、乳化液等喷射淬火。得到铁素体基体与大量弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织，叫做回火屈氏体(回火T)。铁素体仍保留马氏体的
12、形态，渗碳体比回火马氏体中的碳化物粗。回火屈氏体具有高的弹性极限和屈服强度，同时也具有一定的韧性，硬度一般为35HRC45HRC。弹簧钢最终热处理为淬火+中温回火2淬火+中温回火中温回火温度:350500通常把淬火加高温回火称为调质处理。得到粒状渗碳体和铁素体基体的混和组织,称回火索氏体(回火S).回火索氏体综合力学性能最好,即强度、塑性和韧性都比较好,硬度一般为25HRC35HRC.3.调质处理高温回火温度:500650六六.钢的化学热处理钢的化学热处理(一).渗碳1.工艺为了增加表层的碳含量和获得一定碳浓度梯度,钢件在渗碳介质中加热和保温,使碳原子渗入表面的工艺称为渗碳.将工件装在密封的渗
13、碳炉中,加热到900950,向炉内滴入煤油、苯、甲醇等有机液体,或直接通入煤气、石油液化气等气体,通过化学反应产生活性碳原子,使钢件表面渗碳.渗碳使低碳(碳质量分数为0.150.30%)钢件表面获得高浓度碳（碳质量分数约1.0%）。2.渗碳后的热处理淬火+低温回火(150-200)(1)直接淬火渗碳后直接淬火，由于渗碳温度高,奥氏体晶粒长大,淬火后马氏体较粗,残余奥氏体也较多,所以耐磨性较低,变形较大。为了减少淬火时的变形,渗碳后常将工件预冷到830850后淬火。(2)一次淬火一次淬火是在渗碳缓慢冷却之后,重新加热到临界温度以上保温后淬火.对于受载不大但表面性能要求较高的零件,淬火温度应选用A
14、c1以上3050,使表层晶粒细化,而心部组织无大的改善,性能略差一些.心部组织要求高时,淬火温度为略高于Ac3.(3)二次淬火对于机械性能要求很高或本质粗晶钢,应采用二次淬火.第一次淬火是为了改善心部组织,加热温度为Ac3+3050。第二次淬火是为细化表层组织,获得细马氏体和均匀分布的粒状二次渗碳体,加热温度为Ac1+3050.3.钢渗碳、淬火、回火后的性能(1)表面硬度高达58HRC64HRC以上,耐磨性较好；心部韧性较好,硬度较低，可达30HRC45HRC。(2)疲劳强度高表层体积膨胀大，心部体积膨胀小，结果在表层中造成压应力，使零件的疲劳强度提高。氮化就是向钢件表面渗入氮的工艺。氮化的目
15、的在于更大地提高钢件表面的硬度和耐磨性，提高疲劳强度和抗蚀性。常用的氮化钢有35CrAlA,38CrMoAlA,38CrWVAlA等。球墨铸铁制曲轴的轴颈、齿轮可采用氮化强化表面。1.工艺目前广泛应用的是气体氮化。氨被加热分解出活性氮原子（2NH33H2+2N),氮原子被钢吸收并溶入表面,在保温过程中向内扩散,形成渗氮层。(二).氮化（1）氮化温度一般为500600,氮化时间长,一般为20h50h.（2）氮化前零件须经调质处理目的是改善机加工性能和获得均匀的回火索氏体组织,保证较高的强度和韧性.对于形状复杂或精度要求高的零件,在氮化前精加工后还要进行消除内应力的退火,以减少氮化时的变形.2.组
16、织：氮化后,工件的最外层为一白色或相的氮化物薄层,很脆,常用精磨磨去.中间是暗黑色含氮共析体（）层.心部为原始回火索氏体组织.38CrMoAl钢氮化层的显微组织400倍：Fe4N：Fe2NFe-N相图Fe（1）钢件氮化后具有很高的硬度(1000HV1100HV),且在600650下保持不下降,所以具有很高的耐磨性和热硬性.（2）钢氮化后,渗层体积增大,造成表面压应力,使疲劳强度大大提高.（3）氮化温度低,零件变形小.（4）氮化后表面形成致密的化学稳定性较高的相层,所以耐蚀性好,在水中、过热蒸气和碱性溶液中均很稳定.3.性能(三).碳氮共渗碳氮共渗就是同时向零件表面渗入碳和氮的化学热处理工艺,也
17、称氰(音晴)化.1.碳氮共渗工艺将工件放入密封炉内,加热到共渗温度830850,向炉内滴入煤油,同时通以氨气,经保温12h后.共渗层可达0.2mm0.5mm.高温碳氮共渗主要是渗碳,但氮的渗入使碳浓度很快提高,从而使共渗温度降低和时间缩短.2.碳氮共渗后淬火+低温回火.3.碳氮共渗后的机械性能(1)共渗及淬火后,得到的是含氮马氏体,耐磨性优于渗碳.(2)共渗层具有比渗碳层更高的压应力,因而疲劳强度更高,耐蚀性也较好。作业一.术语解释15：完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、常化(正火)、淬火、等温淬火、调质、回火、淬硬性、渗碳、氮化、氰化、淬透性二.填空是非判断选择题：P9-2(21)(24)(27)(28).P11-3(24)(25)(26)(28)(30).P12-4(15)(26).P22-3(2)三.综合分析题8：47.P15-5(28)48.P15-5(29)49.P15-5(30)50.P15-5(31)51.P15-5(32)52.P15-5(33)53.P15-5(34)54.P15-5(42)