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1、第一章钢的热处理工艺第一章钢的热处理工艺n热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的技术操作；的组织结构以获得工件所要求性能的技术操作；n制定基础：制定基础：热处理原理热处理原理n种类：种类：普通热处理（退火、正火、淬火和回火）普通热处理（退火、正火、淬火和回火）表面热处理（表面淬火和化学热处理）表面热处理（表面淬火和化学热处理）形变热处理形变热处理n 预备热处理，最终热处理预备热处理，最终热处理第一节第一节 钢的退火与正火钢的退火与正火毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理
2、机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:（一）、钢的退火（一）、钢的退火、定义：钢加热到临界点、定义：钢加热到临界点Ac1Ac1以上以上或以下或以下，保温后，保温后随炉慢冷随炉慢冷以获得以获得近近于平衡状态的组织于平衡状态的组织的热处理工艺。的热处理工艺。、目的：、目的：消除铸锻焊件的内应力；消除铸锻焊件的内应力；均匀成分、组织，细化晶粒；均匀成分、组织，细化晶粒；改善钢的成型性、切削加工性；改善钢的成型性、切削加工性；为淬火作组织上的准备；为淬火作组织上的准备；、种类：、种类：如图如图2
3、-12-1退火退火重结晶退火重结晶退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火低温退火低温退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火按冷却方式分：等温退火和连续退火按冷却方式分：等温退火和连续退火按加热温度分：按加热温度分：图图2-12-1（二）退火工艺：（二）退火工艺：1.1.完全退火完全退火 完完全全退退火火：将将工工件件加加热热到到AcAc3 3以以上上3050，保保温温足足够够的的时时间间，经经完完全全奥奥氏氏体体化化后后，随随炉炉缓缓慢慢冷冷却却，以以获获得得近近于于平衡组织的热处理工艺。平衡组织的热处理工艺。n（1 1）适适用用钢钢种种：亚亚共共析析钢
4、钢（W Wc c=0=0.30.6%）或或合合金金钢钢的的锻、铸、焊接件。锻、铸、焊接件。n（2 2）目目的的：细细化化晶晶粒粒、消消除除应应力力、均均匀匀组组织织、降降低低硬硬度度、便于切削加工。便于切削加工。n低碳钢和过共析钢低碳钢和过共析钢不适合于完全退火不适合于完全退火n低碳钢：退火后硬度偏低，切削时易粘刀低碳钢：退火后硬度偏低，切削时易粘刀n过过共共析析钢钢：加加热热至至AccmAccm以以上上奥奥氏氏体体化化后后缓缓冷冷退退火火时时，会会析析出出网网状状渗渗碳碳体体，组组织织为为P+P+FeFe3 3C C，硬硬度度较较高高，使使钢钢的的强强度、塑性、韧性大大降低。度、塑性、韧性大
5、大降低。7（）工艺参数：（）工艺参数：加热温度加热温度：30305050，原则原则：得到单相的，又防止晶粒的粗大；：得到单相的，又防止晶粒的粗大；保温时间：保温时间：（与钢材成分、工件厚度、装炉量及方式有关（与钢材成分、工件厚度、装炉量及方式有关)在箱式炉中：在箱式炉中：（单位为（单位为minmin）K=1.5 K=1.5 2.0min/mm2.0min/mm，D-D-工件有效厚度工件有效厚度mmmm。对锻、轧材：对锻、轧材：=(3=(3 4)+(0.2 4)+(0.2 0.5)Q 0.5)Q (单位为单位为hour,Qhour,Q为装炉量，单位为为装炉量，单位为t t）冷却方式冷却方式：炉冷
6、，或随炉冷至：炉冷，或随炉冷至500500以后出炉以后出炉空冷；空冷；（4 4）完全退火后的组织）完全退火后的组织：性能性能：硬度低，塑性好；：硬度低，塑性好；、等温退火：、等温退火：将将钢钢奥奥氏氏体体化化后后，快快冷冷至至稍稍低低于于r r的的某某一一温温度度等等温温，使使奥奥氏氏体体转转变变为为珠珠光光体体类类型型组组织织，转转变结束后，空冷至室温。这种退火方法叫变结束后，空冷至室温。这种退火方法叫-。适用于：高碳钢、合金工具钢、适用于：高碳钢、合金工具钢、高合金钢高合金钢优优点点：可可有有效效缩缩短短退退火火时时间间；保保证证工工件件内内外外在在同同一一温温度度转转变变，有有利利于于钢
7、钢件件获获得得均均匀匀的的组组织织性性能；生产中常用等温退火代替完全退火。能；生产中常用等温退火代替完全退火。缺点：对缺点：对大截面大截面钢件和钢件和大批量大批量炉料不适应炉料不适应目的：目的：A A转变为转变为P P类组织，通常得到索氏体组织类组织，通常得到索氏体组织等等温温退退火火的的等等温温温温度度根根据据钢钢的的成成分分和和要要求求的的硬硬度度，由由该该种钢的种钢的C曲线确定。曲线确定。、不完全退火：、不完全退火：亚共析亚共析钢在钢在c cAcAc3之间或过共析钢在之间或过共析钢在c cAccmAccm之间的两相区加热，保温，得到之间的两相区加热，保温，得到不完全奥氏体不完全奥氏体后，
8、缓慢冷却以得到近于平衡组织的热处理工艺。后，缓慢冷却以得到近于平衡组织的热处理工艺。（）目的：（）目的：细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，细化晶粒，均匀组织，降低硬度，减小内应力，改善切削加工性。改善切削加工性。（）适用钢种：共析钢、过共析钢、亚共析钢中（）适用钢种：共析钢、过共析钢、亚共析钢中无大缺陷；无大缺陷；（）工艺参数：（）工艺参数：加热温度：加热温度：C1C120203030 优点：加热温度低，易操作，节能、降耗，优点：加热温度低，易操作，节能、降耗，提高生产率。提高生产率。4、球化退火：、球化退火：是使钢中的碳化物球化，获是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的一种热处理工艺
9、。得粒状珠光体的一种热处理工艺。n用途：用途：主要应用于共析钢、主要应用于共析钢、过共析钢过共析钢和高碳合金工具钢。和高碳合金工具钢。n目的：目的：降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬火降低硬度、均匀组织、改善切削加工性能，为淬火做准备。做准备。工艺参数：工艺参数：n 加热温度：加热温度：c1c120203030；过高；过高-过低过低-n过共析钢过共析钢球化退火后的组织：球化退火后的组织：铁素体和球状渗碳体的混合铁素体和球状渗碳体的混合物，物，叫做球状珠光体或粒状珠光体，用叫做球状珠光体或粒状珠光体，用P粒粒表示表示；n加热时间：一般为加热时间：一般为2 24 4小时小时或按公式计算或按
10、公式计算n 冷却速度：冷却速度：炉冷炉冷或或Ar1Ar1以下以下2020长时间等温，长时间等温，600 600 以以后出炉空冷。后出炉空冷。12 （）、球化退火工艺类型（）、球化退火工艺类型 ）、普通球化退火）、普通球化退火 ）、等温球化退火）、等温球化退火 ）、循环球化退火）、循环球化退火 注意：普通球化退火效果较差，等温球化注意：普通球化退火效果较差，等温球化退火效果较好，而循环球化退火的效果最佳，退火效果较好，而循环球化退火的效果最佳，但考虑到生产的成本，一般常用等温球化退火，但考虑到生产的成本，一般常用等温球化退火，成本不高，而效果又很好。成本不高，而效果又很好。图图2-22-2为什么
11、将加热温度定于为什么将加热温度定于Ac1 Accm？n过共析钢的室温平衡组织为：过共析钢的室温平衡组织为：P+Fe3C，不，不仅硬度高，而且增大了钢的脆性，所以切削加仅硬度高，而且增大了钢的脆性，所以切削加工困难，淬火时易变形、开裂；工困难，淬火时易变形、开裂；n加热温度为加热温度为Ac1以上以上2030，在在A中保留大中保留大量的未溶渗碳体质点量的未溶渗碳体质点，并造成并造成A的碳浓度分布的碳浓度分布不均匀，不均匀，在随后的缓冷过程中，或以原有的渗在随后的缓冷过程中，或以原有的渗碳体质点为核心，或在碳体质点为核心，或在A富碳区产生新的核心，富碳区产生新的核心，均匀的形成颗粒状渗碳体；均匀的形
12、成颗粒状渗碳体；n球化退火前，若二次渗碳体网较厚，可先正火。球化退火前，若二次渗碳体网较厚，可先正火。共析钢球化退火组织(化染)700 T10钢球化退火组织(化染)500 、扩散退火（均匀化退火）、扩散退火（均匀化退火）定义：将钢锭、铸件或锻坯加热到稍低于固相定义：将钢锭、铸件或锻坯加热到稍低于固相线的温度，长时间保温，然后缓冷以消除化学线的温度，长时间保温，然后缓冷以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。成分不均匀现象的热处理工艺。（）目的：消除有害气体的危害，如氢致白点；使合金（）目的：消除有害气体的危害，如氢致白点；使合金元素扩散均匀，改善或消除铸锭中的元素扩散均匀，改善或消除铸锭中的枝晶
13、偏析及区域偏枝晶偏析及区域偏析，轧锻材中的带状组织；消除轴承钢中的液析碳化物析，轧锻材中的带状组织；消除轴承钢中的液析碳化物，均匀成分，均匀组织均匀成分，均匀组织（）适用钢种：一些优质中、高合金钢或偏析严重的合（）适用钢种：一些优质中、高合金钢或偏析严重的合金钢铸件及铸锭金钢铸件及铸锭（）工艺参数：（）工艺参数：n加热温度：加热温度：AcAc3（A Accm）+150+150300300 碳钢碳钢 1100 1100 1200 1200；合金钢合金钢 1200 1200 1300 1300。18n 保温时间：保温时间：与钢种和偏析程度有关，一般为（与钢种和偏析程度有关，一般为（30306060
14、）min/25mmmin/25mm，或（，或（1.51.52.52.5）min/mmmin/mm 按装炉量按装炉量Q Q计算：计算：.5.5/（小时）（小时）装炉量（吨）装炉量（吨）一般为一般为10101515（）、问题：（）、问题：n 一般扩散退火加热温度高，时间长，一般扩散退火加热温度高，时间长，晶粒会粗大晶粒会粗大（不能作为淬火的预备组织），（不能作为淬火的预备组织），扩散退火扩散退火之后之后要进行一次要进行一次完全退火或正火完全退火或正火来进行细化晶粒，消除过热缺陷。来进行细化晶粒，消除过热缺陷。n高温扩散退火周期长、能耗大、氧化脱碳高温扩散退火周期长、能耗大、氧化脱碳严重、成本高严重
15、、成本高 故：尺寸不大的铸件或碳钢铸件，有时可故：尺寸不大的铸件或碳钢铸件，有时可采用完全退火来代替（偏析轻）。采用完全退火来代替（偏析轻）。、去应力退火和再结晶退火、去应力退火和再结晶退火 （）去应力退火（低温退火）（）去应力退火（低温退火）n 一一般般是是将将工工件件随随炉炉缓缓慢慢加加热热（100150/h）至至500650（Ac1），保温一定时间后随炉缓冷），保温一定时间后随炉缓冷（50100/h）至至200出炉。出炉。n 目的：消除铸件、锻件你、焊接件、热轧件、冷拉件等的残目的：消除铸件、锻件你、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力，稳定尺寸，防止变形和开裂；余应力，稳定尺寸，防止变形
16、和开裂；n工艺：工艺：加热温度加热温度：铸件为：铸件为500500550550，焊件为，焊件为500500600600（大焊件用（大焊件用火焰或工频感应加热局部退火）。火焰或工频感应加热局部退火）。保温时间保温时间：由工件的尺寸和装炉量决定。：由工件的尺寸和装炉量决定。钢钢3min/mm3min/mm，铸铁，铸铁6min/mm 6min/mm。冷却冷却：缓冷，以免产生新的应力。：缓冷，以免产生新的应力。特点特点：在退火过程中没有相变在退火过程中没有相变；残余应力主要是通过钢在；残余应力主要是通过钢在500650保温后缓冷过程中消除的；保温后缓冷过程中消除的；（）、再结晶退火（）、再结晶退火 是
17、将是将冷变形后的金属冷变形后的金属加热到再结晶加热到再结晶温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细温度以上，使变形的晶粒转变为均匀细小的等轴晶粒而小的等轴晶粒而消除加工硬化消除加工硬化的热处理的热处理工艺过程。工艺过程。n加热温度：加热温度：T T 再再150150250250nT T 再再：成分、变形度、加热速度、保温时成分、变形度、加热速度、保温时间有关。纯铁：间有关。纯铁：450 450 钢：钢：650650700700。n保温时间：保温时间：1-3h1-3h。n冷却方式：空冷。冷却方式：空冷。n中间退火或最终热处理。中间退火或最终热处理。二、钢的正火（正常化或常化）二、钢的正火（正常化或常化
18、）、定义：是指将钢加热到、定义：是指将钢加热到c3c3（或（或CcmCcm）以上约）以上约30305050，保温，保温，完全化后完全化后，从炉中取出从炉中取出空冷空冷以得到以得到珠光体类型珠光体类型组织的热处理工艺，称为正火。组织的热处理工艺，称为正火。、应用应用：改善切削加工性能改善切削加工性能：预备热处理预备热处理 （含碳低于（含碳低于0.25%0.25%的的-HB140-190-HB140-190）低碳钢低碳钢消除热加工缺陷，为淬火做组织准备消除热加工缺陷，为淬火做组织准备：（中碳结构钢：（中碳结构钢铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、带状铸、锻、轧件、焊接件的魏氏组织、粗大晶粒、
19、带状组织）组织）消除消除过共析钢过共析钢中的中的Fe3CFe3C，有利于球化退火的进行，有利于球化退火的进行 （抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）（抑制二次碳化物的析出，获得伪共析体。）提高普通结构件的机械性能：提高普通结构件的机械性能：作为最终热处理，代替作为最终热处理，代替调质处理，力学性能要求不高的调质处理，力学性能要求不高的 中低碳钢和中低合金钢件中低碳钢和中低合金钢件 、适用钢种：、适用钢种：碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢；碳钢，低、中合金钢；、工艺参数：、工艺参数：加热温度：加热温度：加热温度：加热温度：c c c c3 3 3 3（或（或（或（或C
20、cmCcmCcmCcm）3030303050505050 一些合金钢，一些合金钢，一些合金钢，一些合金钢，c c c c3 3 3 3100100100100150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)150(20CrMnTi)；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；原则：晶粒不粗化的前提；n n 加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，加热时间：工件烧透，采用经验公式即可，考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。考虑
21、成分、原始组织、装炉量和加热设备。考虑成分、原始组织、装炉量和加热设备。n n 冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、冷却：空冷、风冷、正火后的组织：、正火后的组织：（S)少量少量(Wc0.6%)(S)(Wc=0.61.4%)正火的实质：正火的实质：奥氏体化加伪共析转变；奥氏体化加伪共析转变；、正火与退火的比较：、正火与退火的比较：实质上：正火是退火的一个特例；实质上：正火是退火的一个特例；共同点：共同点：；扩散型相变，得到软韧组；扩散型相变，得到软韧组织；织；不同点：不同点：工艺上：工艺上：冷却速度快些，转变温度低冷却速度快些，转变温度低组织上：组织上：比退火组织细，比退火组
22、织细，性能上：性能上：钢的强度、硬度也较高钢的强度、硬度也较高 三、退火和正火的选取原则三、退火和正火的选取原则（1 1）0.250.25的的低低碳碳钢钢，正正火火代代替替退退火火，利利于于切切削削加加工工；防防止止游游离离三三次次渗渗碳碳体体的的析析出出，提高工件的冷变形性。提高工件的冷变形性。（2 2）0.250.250.50.5的的中中碳碳钢钢，也也采采用用正正火，硬度偏高，但因成本低火，硬度偏高，但因成本低,生产率高；生产率高；（3 3）.5.5.75%.75%的的中中高高碳碳钢钢，一一般般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；（4 4）.75
23、%.75%的的高高碳碳钢钢或或工工具具钢钢，一一般般采采用用球球化化退退火火。若若有有网网状状二二次次渗渗碳碳体体，先先正正火消除之。火消除之。（5 5）含含碳碳量量、合合金金元元素素高高，奥奥氏氏体体稳稳定定性性高高，完完全全退退火火，易易缓缓冷冷得得到到马马氏氏体体和和贝贝氏氏体体，应应高高温回火。温回火。工艺参数工艺参数:第二节钢的淬火和回火第二节钢的淬火和回火 一、钢的淬火一、钢的淬火 、淬火、淬火 （1 1）定义：）定义：将钢加热到临界点（将钢加热到临界点（c c3 3或或c c1 1）以上）以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度的冷一定温度，保温后以大于临界冷却速度的冷速冷却以获得
24、马氏体（或下贝氏体）组织的速冷却以获得马氏体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。热处理工艺。n目的：使奥氏体化的工件目的：使奥氏体化的工件获得尽量多的马氏获得尽量多的马氏体，提高钢的硬度、强度，体，提高钢的硬度、强度，并配以不同温度并配以不同温度的回火，以获得各种需要的性能。的回火，以获得各种需要的性能。工艺特点：关键：加热温度、冷速足够大；工艺特点：关键：加热温度、冷速足够大；带来的问题：内应力；带来的问题：内应力；（2 2）淬火应力）淬火应力 热应力：工件加热热应力：工件加热或冷却时由于内外温差或冷却时由于内外温差导致导致热胀冷缩不一致热胀冷缩不一致而而产生的内应力。产生的内应力。n 将工件加
25、热到将工件加热到AcAc1 1以以下保温后快速冷却，其下保温后快速冷却，其表面和心部温度及热应表面和心部温度及热应力。力。n 影响因素影响因素-冷速冷速、加热温度加热温度、截面尺寸、截面尺寸、导热系数、导热系数、线膨、线膨胀系数胀系数，热应力，热应力 。图图2-32-3 （2 2）组织应力）组织应力 工件在冷却过程中，由于内外温差工件在冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起造成组织转变不同时，引起内外比容的内外比容的不同不同变化，而产生的内应力。变化，而产生的内应力。n 奥氏体奥氏体珠光体珠光体贝氏体贝氏体马氏体，马氏体，比容逐渐增大，体积膨胀。比容逐渐增大，体积膨胀。n 与热应力正
26、好相反。表面：拉与热应力正好相反。表面：拉压压n影响因素：化学成分、冶金质量、钢件影响因素：化学成分、冶金质量、钢件结构尺寸、导热性以及在马氏体温度范结构尺寸、导热性以及在马氏体温度范围的冷速和钢的淬透性等。围的冷速和钢的淬透性等。（3 3）实际工件的淬火应力）实际工件的淬火应力n 是组织应力和热应力的迭加，很复杂。是组织应力和热应力的迭加，很复杂。n与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、淬火介质、与钢中的碳和合金元素、工件尺寸、淬火介质、冷却方法有关；冷却方法有关；nA.A.C%C%高，马氏体的比容提高，组织应力提高；高，马氏体的比容提高，组织应力提高；但但C%C%高，高，MsMs点下降，点下降，
27、A A残残，组织应力下降。，组织应力下降。总之，总之，含碳量越高，组织应力越大含碳量越高，组织应力越大。nB.B.合金元素：合金元素：导热性下降，热、组应力均增加。导热性下降，热、组应力均增加。奥氏体越稳定，组织应力越大。奥氏体越稳定，组织应力越大。nC.C.工件尺寸工件尺寸大，心部不易得到大，心部不易得到M M，热应力越，热应力越nD.D.淬火介质淬火介质：高温区冷却快，热应力大；：高温区冷却快，热应力大；MsMs点点下冷却快，组织应力大。下冷却快，组织应力大。n减小工件淬火应力的方法：温差减小。减小工件淬火应力的方法：温差减小。、淬火加热温度：、淬火加热温度：原则：得到均匀细小的组织，以便
28、冷却后得原则：得到均匀细小的组织，以便冷却后得到均匀细小的马氏体组织；到均匀细小的马氏体组织；n亚共析钢：亚共析钢：c c3 330305050n共析钢、过共析钢：共析钢、过共析钢：c c1 130305050n合金钢合金钢:低合金钢：低合金钢：c c1 1或或c c3 3+50+50100 100；高合金钢：温度更高；高合金钢：温度更高；（合金元素的作用，淬火加热温度应相应的提高（合金元素的作用，淬火加热温度应相应的提高，以使合金元素的作用能充分地发挥出来）。，以使合金元素的作用能充分地发挥出来）。n 组织：组织：亚共析钢：亚共析钢：细小的板条马氏体细小的板条马氏体+少量残余奥氏体；少量残余
29、奥氏体；过共析钢：过共析钢：隐晶马氏体细小的碳化物隐晶马氏体细小的碳化物 残余奥氏体。残余奥氏体。原因：原因：若亚共析钢于若亚共析钢于c c3 3以下温度淬火，在淬火以下温度淬火，在淬火组织中将组织中将出现铁素体，造成软点；出现铁素体，造成软点；也不能超过也不能超过AcAc3 3太多，否则晶粒粗大，淬火后太多，否则晶粒粗大，淬火后马氏体粗大。马氏体粗大。若过共析钢于若过共析钢于cmcm以上温度淬火，奥氏以上温度淬火，奥氏体的含碳量提高，体的含碳量提高，MsMs和和MfMf点降低，点降低，残余奥氏体量残余奥氏体量增加，钢的硬度耐磨性降低增加，钢的硬度耐磨性降低；同时，粗化，将；同时，粗化，将会在
30、淬火组织中出现会在淬火组织中出现粗大粗大的片状高碳孪晶马氏体，的片状高碳孪晶马氏体，增加钢的增加钢的脆脆性。性。n例：球状珠光体的例：球状珠光体的T8T8钢分别在钢分别在600 600、780 780、1000 1000 淬火：淬火：3、淬火冷却介质淬火冷却介质1.理想淬火冷却介质理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf650以上应缓冷，以降低淬火以上应缓冷，以降低淬火的热应力；的热应力；650400应快冷，以通过过冷应快冷，以通过过冷奥氏体最不稳定区；奥氏体最不稳定区；400以下缓冷，以减小马氏体以下缓
31、冷，以减小马氏体转变时产生的组织应力；转变时产生的组织应力；（）常用的冷却介质：（）常用的冷却介质：如表如表2-12-1所示所示水：中水：中-慢，低慢，低-快。快。使用温度：使用温度：；适用于：尺寸不大，形状简单的碳钢工件适用于：尺寸不大，形状简单的碳钢工件盐水、碱水：中盐水、碱水：中-快，低快，低-快。快。使用温度：使用温度：；适用于：碳钢、低合金钢；适用于：碳钢、低合金钢；油：油：中中-慢，低慢，低-慢慢使用温度：使用温度：；适用于：合金钢；适用于：合金钢；低温硝盐：低温硝盐：50%KNO50%KNO3 3+50%NaNO+50%NaNO2 2;熔点：熔点：145145；使用温度：；使用温
32、度：160160500;00;适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；适用于：油淬不硬，水淬开裂的碳钢；表表2-12-14、常用的淬火方法常用的淬火方法单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1 由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质由于淬火冷却介质不能完全满足淬火质量的要求，所以在热处理方面还应从淬火量的要求，所以在热处理方面还应从淬火方法上去加以解决。方法上去加以解决。37（）单液淬火法：（）单液淬火法：如图中如图中所示所示；适用于：适用于：形状简单的碳钢、合金钢形状简单的碳钢、合金钢 尺寸较大尺寸较大-水淬；尺寸小水淬；尺寸小-油淬油淬优点：优点：简便、易
33、于实现机械化；简便、易于实现机械化；缺点：缺点：易变形、开裂；易变形、开裂；预冷淬火法：预冷至临界点稍上再入淬火介质预冷淬火法：预冷至临界点稍上再入淬火介质（）双液淬火法（水淬油冷或水淬空冷）：先（）双液淬火法（水淬油冷或水淬空冷）：先入强近入强近M MS S后入弱，直至完成后入弱，直至完成M M转变。图转变。图；优点：优点：减少变形（组织应力小）；减少变形（组织应力小）；缺点：缺点：难以控制水中停留时间，难以控制水中停留时间，5 56mm/s6mm/s。（）分级淬火法：如图中（）分级淬火法：如图中所示；所示；先淬入略高于先淬入略高于MsMs的的盐浴或碱浴炉盐浴或碱浴炉保温，保温，工件内外温度
34、均匀后，从浴炉取出空工件内外温度均匀后，从浴炉取出空冷至室温，完成冷至室温，完成M M转变。转变。优点：优点：减小内应力，减小变形、开裂；减小内应力，减小变形、开裂；缺点：缺点：工件尺寸不能太大；工件尺寸不能太大；适用于：适用于：尺寸较小，形状复杂的工件；尺寸较小，形状复杂的工件；（4 4 4 4）等温淬火法：）等温淬火法：）等温淬火法：）等温淬火法：将奥氏体化后的工件在将奥氏体化后的工件在将奥氏体化后的工件在将奥氏体化后的工件在点以上某温度等点以上某温度等点以上某温度等点以上某温度等温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为温足够长时间，使之转变为下贝氏体下贝氏
35、体下贝氏体下贝氏体组织，组织，组织，组织，后空冷。后空冷。后空冷。后空冷。如图中如图中如图中如图中所示；所示；所示；所示；等温温度：等温温度：等温温度：等温温度：；等温时间：等温时间：等温时间：等温时间：根据曲线确定；根据曲线确定；根据曲线确定；根据曲线确定；优点优点优点优点(与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：与分级淬火相比）：变形小（变形小（变形小（变形小（T T T T等等等等，比容，比容，比容，比容），热应力组织应力小，减），热应力组织应力小，减），热应力组织应力小，减），热应力组织应力小，减小变形和开裂，可不回火；小变形和开裂，可不回火；小变形和开裂，可不回火；小变
36、形和开裂，可不回火；适用于：适用于：适用于：适用于：尺寸小，薄厚不均，要求强度尺寸小，薄厚不均，要求强度尺寸小，薄厚不均，要求强度尺寸小，薄厚不均，要求强度高、韧性好的工件；高、韧性好的工件；高、韧性好的工件；高、韧性好的工件；（5 5 5 5）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部）喷射淬火：喷射急速的水流。局部 图图2-5 2-5 不同的淬火方法不同的淬火方法如图为一根较粗的如图为一根较粗的45钢试棒，加热到钢试棒，加热到A温度水淬，击断观温度水淬，击断观察其断口：察其断口：表面：细瓷状组织；心部：纤维状组织；表面：细瓷状组织；心部：
37、纤维状组织；表面：硬度高：表面：硬度高：心部：硬度低；心部：硬度低；表面：马氏体组织；心部：屈氏体组织；表面：马氏体组织；心部：屈氏体组织；从表面到心部马氏体逐渐减少；从表面到心部马氏体逐渐减少；5、钢的淬透性：、钢的淬透性：淬透性概念：淬透性概念：指奥氏体化后的钢在淬指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体而不形成其他组织的火时获得马氏体而不形成其他组织的能力能力。其大小用在一定条件下淬硬层其大小用在一定条件下淬硬层深度来表示。深度来表示。淬透层（淬硬层）：冷却速度大于临淬透层（淬硬层）：冷却速度大于临界淬火速度，淬成马氏体的部分；界淬火速度，淬成马氏体的部分；（）淬透性：（）淬透性：如图所示如图
38、所示图图2-72-7淬透层的确定：由表面到淬透层的确定：由表面到（半马氏体）处的厚度；（半马氏体）处的厚度；（由钢的表面至内部马氏体组织占（由钢的表面至内部马氏体组织占50%50%处（半马氏体区）的距处（半马氏体区）的距离为淬硬层深度。）离为淬硬层深度。）影响淬硬层深影响淬硬层深度的因素：度的因素：、成分：、成分：、介质的冷、介质的冷却能力：却能力：、工件的尺、工件的尺寸：寸：注意：淬透性与淬透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：注意：淬透性与淬透层深度的区别：淬透性是钢的淬透性是钢的淬透性是钢的淬透性是钢的固有属性固有属性固有属性固有属性，钢的成分一
39、定，则钢的，钢的成分一定，则钢的，钢的成分一定，则钢的，钢的成分一定，则钢的淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深淬透性就定了，不随冷却条件而改变。淬透层深度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件度（工件表面到半马氏体区的距离）与具体条件有关；有关；有关；有关；影响淬透性的因素：影响淬透性的因素：临界淬火速度临界淬火速度Vk:是决定性的因素，是决定性的因素，V Vk k越小越小（C C曲线越靠右），钢的淬透性就越好。曲线越
40、靠右），钢的淬透性就越好。含碳量的影响含碳量的影响：亚共析钢：亚共析钢：W Wc cCC曲线右移曲线右移V VC C淬透性淬透性；过共析钢：过共析钢：W Wc cCC曲线左移曲线左移V VC C淬透淬透性性；合金元素的影响合金元素的影响：除除CoCo之外，大多数合金元素的加入使之外，大多数合金元素的加入使C C曲线曲线右移右移V VC C淬透性淬透性；淬硬性：淬硬性：钢淬火时，获得的的最高钢淬火时，获得的的最高硬度硬度（钢淬火时的硬化能力）（钢淬火时的硬化能力）。取决于：马氏体中的取决于：马氏体中的含碳量含碳量；注意：淬硬性与淬透性的区别。注意：淬硬性与淬透性的区别。例如：例如：T10T10钢
41、和钢和20CrMnTi20CrMnTi钢钢高碳工具钢的淬硬性很好，但淬透性很低，而高碳工具钢的淬硬性很好，但淬透性很低，而低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。低碳合金钢的淬硬性不高，但淬透性却很好。图图2-82-8钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，钢中半马氏体的硬度主要取决于含碳量，如图所示如图所示；（）淬透性的测定方法（）淬透性的测定方法 临界淬火直径法（临界淬火直径法（GB227-63)GB227-63)：指钢在某种淬火介质中能完全淬透（心部指钢在某种淬火介质中能完全淬透（心部马氏体的体积分数为马氏体的体积分数为50%50%或或90%90%、95%95%）的最）的最大直径（大直径（D
42、cDc）DcDc越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介越大，钢的淬透性越好。条件是淬火介质相同。质相同。DcDc油油DcDc水水-，但并非同种钢的淬透，但并非同种钢的淬透性变化了。性变化了。该方法概念直观，但测定起来耗费大该方法概念直观，但测定起来耗费大量的时间和精力。量的时间和精力。l意义：意义：选择钢种、热处理工艺、淬火介质。选择钢种、热处理工艺、淬火介质。51、末端淬火法（、末端淬火法（GB225-63GB225-63）：）：奥氏体化后，迅速放入实验装置。水温奥氏体化后，迅速放入实验装置。水温20-3020-30，水柱高为水柱高为655mm655mm，两侧各磨去，两侧各磨去0.2-0.5mm
43、0.2-0.5mm，隔，隔1.5mm1.5mm一个点测硬度。一个点测硬度。图图2-92-9图图2-102-1052n根据淬透性曲线，通常用根据淬透性曲线，通常用J J（HRC/HRC/）表示）表示钢的淬透性，例如钢的淬透性，例如:J(40/6):J(40/6)表示在淬透性带表示在淬透性带上距末端上距末端6mm6mm处的硬度为处的硬度为HRC40HRC40，显然，显然，J(40/6J(40/6）比）比J(35/6)J(35/6)的淬透性要好。的淬透性要好。n钢的淬透性对机械性能的影响：钢的淬透性对机械性能的影响：如图如图淬透的钢回火后性能由表面到心部都一致；淬透的钢回火后性能由表面到心部都一致；
44、没淬透的钢，回火到与没淬透的钢，回火到与同一硬度时，同一硬度时，表、表、心组织不同，性能不同心组织不同，性能不同，心部的强度和韧性，心部的强度和韧性低；低；选材时应注意：受力、尺寸、形状、变形、选材时应注意：受力、尺寸、形状、变形、开裂开裂-淬透性。淬透性。淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢未淬透钢淬透钢淬透钢 二、钢的回火二、钢的回火 将淬火钢加热到将淬火钢加热到以下的某温度，使以下的某温度，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过程式（空冷）冷却到室温的热处理工艺过
45、程称为回火。称为回火。低温回火低温回火 回火类型中温回火回火类型中温回火 高温回火高温回火回火的目的回火的目的：消除脆性，降低淬火应力；消除脆性，降低淬火应力；调整淬火钢的力学性能；调整淬火钢的力学性能；稳定零件的形状、尺寸；稳定零件的形状、尺寸；回火时组织转变：以共析钢为例分析；回火时组织转变：以共析钢为例分析；n淬火后的组织为淬火后的组织为M+AM+A；它们都不稳定，有自；它们都不稳定，有自发转变为铁素体和渗碳体的倾向，淬火钢在回发转变为铁素体和渗碳体的倾向，淬火钢在回火时就是这种转变；火时就是这种转变；n我们根据淬火钢在回火时的体积变化来研究回我们根据淬火钢在回火时的体积变化来研究回火时
46、的相变。（马氏体分解时，钢的体积减小；火时的相变。（马氏体分解时，钢的体积减小；残余奥氏体转变时，钢的体积增大；）残余奥氏体转变时，钢的体积增大；）1 1。碳化物的析出。碳化物的析出 当回火温度当回火温度T T100100时，钢的体积不变，所时，钢的体积不变，所以淬火钢中没有明显的转变发生，只是马氏体以淬火钢中没有明显的转变发生，只是马氏体中发生碳原子的偏聚；中发生碳原子的偏聚；1 1、低温回火低温回火（100250）回火回火M(过饱和过饱和F+薄片薄片状状Fe2.4C)+A钢的体积减小；所以马氏体开始分解；钢的体积减小；所以马氏体开始分解；【M分解分解】l M M分解分解固溶在固溶在M M中
47、的过饱和的碳原子脱溶析出中的过饱和的碳原子脱溶析出碳碳化物，并与化物，并与M M保持共格联系；（保持共格联系；（碳化物：晶体结构为碳化物：晶体结构为正交晶系，分子式：正交晶系，分子式：Fe2.4CFe2.4C；它不是平衡相，而是向渗；它不是平衡相，而是向渗碳体过渡相）此时由于温度较低，碳体过渡相）此时由于温度较低，M M中的碳原子并未完中的碳原子并未完全析出，仍含有过饱和的碳原子，我们将这种转变叫做全析出，仍含有过饱和的碳原子，我们将这种转变叫做回火的第一次转变，或回火的第一阶段；回火的第一次转变，或回火的第一阶段；l 单相过饱和的单相过饱和的固溶体固溶体+与母相共格联系的与母相共格联系的碳化
48、物碳化物叫做回火马氏体，用叫做回火马氏体，用MM表示表示l 淬火应力淬火应力，脆性，脆性，保持淬火后的高硬度，保持淬火后的高硬度,(一般一般5664HRC）)l 用于高用于高C C钢、合金钢制造的工具轴承零件等，以及表钢、合金钢制造的工具轴承零件等，以及表面淬火及渗碳淬火的零件等。面淬火及渗碳淬火的零件等。l l固溶体仍保持针状特征；回火马氏体形貌仍固溶体仍保持针状特征；回火马氏体形貌仍维持原马氏体形貌，只是易受腐蚀，颜色较暗维持原马氏体形貌，只是易受腐蚀，颜色较暗 回火马氏体组织金相图回火马氏体组织金相图、中温回火：、中温回火：【残余奥氏体转变残余奥氏体转变】【碳化物转变碳化物转变】n回火温
49、度：回火温度：350350500500u回火组织：回火组织：回火屈氏体回火屈氏体用用T T表示表示 F F（针状）（针状）+Fe+Fe3 3C C（无共格联系的细粒状）（无共格联系的细粒状）u性能特点：性能特点：在具有一定韧性的同时，兼有在具有一定韧性的同时，兼有高的弹性高的弹性和屈服极限；硬度为和屈服极限；硬度为HRC3550;HRC3550;u适用于：适用于：各类高碳钢、合金钢的弹性零件，各类高碳钢、合金钢的弹性零件，如各种弹簧、或弹性卡头等如各种弹簧、或弹性卡头等60、高温回火：、高温回火：【碳化物的聚集长大碳化物的聚集长大】【固溶体回复与再结晶固溶体回复与再结晶】n回火温度：回火温度：
50、500500650650n回火组织：回火组织：回火索氏体回火索氏体用用S S表示（多边形表示（多边形F+F+聚集长大的颗粒状碳化物（粗粒状）聚集长大的颗粒状碳化物（粗粒状）n性能特点：综合机械性能优良性能特点：综合机械性能优良n适用于：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车适用于：各种轴类、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮的热处理；半轴、机床主轴及齿轮的热处理；调质处理调质处理：淬火高温回火；：淬火高温回火；、工艺参数：、工艺参数：回火时间：回火时间：1 12 2；如图如图2-112-11所示；所示；回火冷却：空冷（对于存在高温回脆回火冷却：空冷（对于存在高温回脆的工件：空冷的工件：空冷水冷或