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钢铁材料热处理知识

3.0 2024-10-15 3 0 22.21KB 7 页 6库币 海报
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01 钢的退火和正火
退火和正火都是将钢件加热到适当温度,保持一定时间,然后以较慢速度冷却的热
处理工艺方法。两者的不同之处主要在于退火一般为随炉冷却,正火是在空气中冷
却。
1.1 退火
退火是将钢件加热到一定温度,并保温一定时间,然后进行缓慢冷却的热处理工艺。
(1)退火的目的
① 降低硬度,改善工件的切削加工性能;
② 消除残余应力,防止工件的变形与开裂;
③ 细化晶粒,改善组织,以提高钢的力学性能,并为最终热处理做好组织上的准
备。
(2)退火的分类与应用
根据钢的化学成分和退火目的不同,退火常分为完全退火、等温退火、球化退火、
均匀化退火、再结晶退火和去应力退火等。
① 完全退火
完全退火是将钢件加热到完全奥氏体化温度(Ac3 以上 30℃~50℃)后,保温一段时
间,然后随炉缓冷至 550℃以下出炉空冷,以获得接近平衡组织的热处理工艺。
完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件、热轧型材和焊接结构件的热处理,过共
析钢不宜采用,因为将过共析钢件加热到 Accm 以上温度进行完全奥氏体化后,在随
后的缓冷过程中,会沿奥氏体晶界析出网状的二次渗碳体,使钢的强度和韧性降低。
② 等温退火
等温退火是将钢件加热到 Ac3(或 Ac1)以上温度,保温一定时间后,以较快的速度
冷却到 Ar1 以下某一温度并进行等温,使奥氏体转变为珠光体型组织,然后缓慢冷
却的热处理工艺。 
等温退火与完全退火的目的相同,但等温退火可以通过控制等温温度,获得所需组
织和性能。等温退火一般应用于奥氏体比较稳定的合金钢退火,与完全退火相比,
等温退火可以大大缩短退火时间,而且退火效果也比完全退火好得多。下图为高速
钢完全退火与等温退火工艺的比较,可以看出等温退火时间明显缩短。
③ 球化退火
球化退火是将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 以上 20℃~30℃,保温一定时间后,随
炉缓冷至 550℃以下出炉空冷,以获得颗粒状碳化物的热处理工艺。
球化退火主要用于共析或过共析成分的碳钢及合金钢。因为这些钢经热轧、锻造后,
组织中常出现粗片状的珠光体和二次渗碳体,使钢的切削加工性能变差,且淬火时
易发生变形和开裂。采用球化退火可使珠光体中的片状渗碳体和网状的二次渗碳体
球化,变成颗粒状的渗碳体。这种在铁素体基体上均匀分布着颗粒状渗碳体的组织,
称为球状珠光体。
对于存在严重网状二次渗碳体的钢,可先进行一次正火处理,将渗碳体网颗粒化,
再进行球化退火处理。
④ 均匀化退火
均匀化退火又称扩散退火,它是将铸锭、铸件或锻坯加热到固相线温度以下
100℃~200℃,保温 10~15h,然后缓慢冷却,以获得成分均匀组织的热处理工艺。
均匀化退火耗能多,成本高,主要用于优质合金钢的铸锭、铸件或锻坯的热处理,
目的是使钢中元素能进行充分扩散而达到均匀化。但均匀化退火后,钢件的晶粒粗
大,所以还要通过一次完全退火或正火来细化晶粒。
⑤ 去应力退火
又称低温退火,它是将工件加热到 Ac1 以下 100℃~200℃(一般为 500℃
600℃),保温一定时间,然后随炉缓冷的热处理工艺。于加热温度低于 A1
钢在去应力退火过程中不发生相变。 
去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件以及加工工件中的残余
应力,稳定工件尺寸减小变形,避免在随后的机械加工或使用过程中因应力而
工件的变形及开裂。
1.2 正火
正火是将钢件加热到 Ac3(或 Accm以上 30℃~50℃,完全奥氏体化后,再在空气
中冷却以获得较细珠光体组织的热处理工艺。当钢的量小于 0.6%时,正火后
的组织为铁素体+索氏体;当钢的大于 0.6%时,正火后的组织为氏体。
正火与退火的主要区别是正火的冷却速度快,得到的组织较细,强度和硬度
所提高,操作简便,生产周期较短。正火主要应用于以下几个
( 1 ) 改 善 低 碳钢 和 低 碳 合 金钢 的 切 削 加 工性 能 
正 火 后 的 组 织为 细 珠 光 体 , 所 提 高 , 减 少 切 削加 工 中 的 “ 粘
刀 ” , 降 低 工件 的 表 面 度 。
(2)消除网状渗碳体
对于过共析钢或渗碳件表层中严重的网状渗碳体,可以通过正火方法消除。
(3)为中碳钢件的先热处理
通过正火可以消除钢中粗大的晶粒组织,消除应力,为最终热处理做好组织上的
准备。
4通结构件的最终热处理
对某些大型或较复杂件,当淬火可能生裂时,往往用正火代替淬火、
为这类件的最终热处理。
02 钢的淬火
将钢件加热到 Ac3 或 Ac1 以上 30℃~50℃,保温一定的时间,然后以大于氏体
冷却速度的冷速快速冷却,使奥氏体转变为氏体或下氏体组织的热处理工艺,
称为淬火。
2.1 淬火的目的
淬火的主要目的是为获得氏体,并合适当的火工艺,以获得件所需力学
性能,充分发钢的力。淬火是目强化钢铁材最重要的热处理工艺方法。
2.2淬火工艺
(1)淬火加热温度
钢 的 化 学 成 分定 淬 火 加 热 温 度 的最 主 要 因 素 , 选 择 淬 火加 热 温 度 的
是 要 获 得 均匀 细 的 奥 氏 体 组织 。 碳 钢 的 淬火 加 热 温 度 可 根 据 Fe-Fe3C
相 图 来 选 择 图 所
一般淬火加热温度选择范围
亚共析钢:T=Ac3+(30~50)℃共析钢、过共析钢:T=Ac1+(30~50)℃ 
亚共析钢一般加热到 Ac3 以上进行完全奥氏体化,淬火后可得到均匀细氏体
组织。果亚共析钢在 Ac1~Ac3 之间加热,时组织为铁素体+奥氏体,淬火后的组
织为铁素体+马氏体,于铁素体的存在,不降低淬火后工件的硬度,而且
火后钢的强度也较低,一般不宜采用。果淬火加热温度过高,将会出现粗大的
奥氏体晶粒,淬火后会出现粗大的氏体组织,降低钢的韧性,同时钢的
严重,影响零件的表面
过共析钢必须在 Ac1~Accm 之间进行加热,进行不完全奥氏体化,使淬火后的组织中
一定数量的细小弥散的碳化物颗粒,而提高件的硬度与耐磨性。果加热
温度高于 Accm,淬火后会得到粗大的氏体组织和较多的残余奥氏体,而降低
了零件的硬度和耐磨性,同时碳严重,淬火应力大,易使生变形
和开裂。
(2)淬火加热保温时间
淬火加热保温时间是指从炉温指示仪表达到定温度至工件出炉之间的时间。保温
时间与工件形状、尺寸炉方、加热炉类型、炉温和加热质等因素
有关,一般用经验公式确定。
t =α D
:t——加热时间,minα——加热系数,min/mm;D——工件的度,
mm。加热系数据与工件度的计算查阅有关资料
( 3 ) 淬 火
工件进行快速冷却时所用的质称为淬火质。为保工件淬火后得到氏体组织,
避免淬火过程中件的变形和开裂,必须确选择淬火冷却质。由 C 曲线可
过冷奥氏体在不同温度下的孕育期是不同的,淬火后要得到氏体组织,并不需要
整个冷却过程都进行快速冷却,是需要在“鼻尖”附近快冷,在氏体转变
域尽量缓慢冷却。理的淬火冷却线应下图所于过冷奥氏体在 650℃以
上比较稳定,冷却速度可慢些,以减小工件内外温差引起的热应力,防止件变形;
在 650℃~500℃C 曲线鼻尖附近),过冷奥氏体最不稳定,应快速冷却,淬火
冷却速度应大于
V
K,使过冷奥氏体不发生分;在 300℃ ~200℃,过冷奥氏体
入马氏体转变,应缓慢冷却,以防止相变应力过大而使生变形和开裂。
但是到目为止,合这一性要的理淬火冷却质还没有找到。目
常用的淬火冷却有水水溶液碱浴盐浴等。
水溶液
在 650℃~500℃需要快冷时,冷却速度相对较;而在 300℃~200℃需要
慢冷时,冷却速度又相对较大,引起零件的变形和开裂。但因水价廉安全,
常用于形状简单截面的碳钢工件的淬火。温对冷却能力影响较大,随着
温的高,的冷却能力降低,使用时应避免水温过高。为提高在 650℃
500℃的冷却能力,常在中加5%~10%(或)制成(或)的水溶
盐水淬火件易出现锈蚀,淬火后必须清洗干净盐水主要用于形状简单
截面尺寸较大的碳钢工件的淬火;碱水溶液对工件、备及操作腐蚀性大,主要
用于易生淬火裂工件的淬火。
 
常用的淬火油有机械油、变压器油柴油等。在 300℃~200℃的冷
却速度比水小有利减小工件的变形和开裂,但在 650℃~500℃冷却速度
也比水小,因一般用于合金钢工件的淬火,使用时的温应低于闪点 60℃以上,
避免淬火过程中油槽着火。为了减小零件淬火时的变形,也可采用硝盐浴碱浴
为淬火冷却质,它的冷却能力之间。
2.3淬火方法
没有的淬火质,在生中为淬火质根据淬火件的情况
采用不同的淬火方法,以获得理的淬火效果。生中常用的淬火方法下。
(1)单介质淬火
将奥氏体化的工件投入一种淬火冷却质中,一冷却到温的淬火方法,称为
质淬火,上图中线 1 所例如,一般碳钢在水溶液中淬火、合金钢在
中淬火等均属单介质淬火。
(2)双介质淬火
奥氏体化的工件投入冷却能力较强的质中,待零件冷却到高于 Ms 的温度
时,再立即投入一冷却能力较质中,使之发生氏体转变的淬火工艺,
称为双介质淬火,如曲线 2 所中高碳钢淬火时用的水-油淬火、合金钢
淬火时用的油-空气淬火等。双介质淬火能效防止淬火变形和裂,但要求操作
人具有较高的技术水平。
(3)分淬火
奥氏体化后的工件投入温度高于或低于 Ms 盐浴碱浴中,保持适当时间,
工件内外层都达到质温度后出空冷,以获得氏体组织的淬火方法称为分
淬火,如曲线 3 所。分淬火比双介质淬火易控制,能减小工件的热应力
和相变应力,减少淬火件的变形和开裂。分淬火主要适用于截面尺寸、形状
复杂工件的淬火处理。
4)等温淬火
奥氏体化后的工件投入温度高于 Ms 盐浴碱浴中,保温一定时间,使
生下氏体转变的热处理工艺,称为等温淬火,如曲线4。等温淬火时淬火应
力及变形较,工件具有较高的合力学性能,但生产周期长,效低。因等温
淬火主要用于要变形、韧性高的复杂零件的热处理。
2.4钢的淬性和淬硬性
(1)淬性的概念
钢 的 淬 性 是 在 淬 火 时 获 得 淬 硬 层 深度 的 能 力 。 它是 钢 本
性 。 通 常 用件 下 淬 硬 度 来 表 示 。 淬层 越 深
好 , 一 般 表 面 半 马 氏 体 即 马氏 体 和 珠 光 体型 组
5 0%区 域) 的 为 淬 硬 层 深度 。 淬 性 与 淬 硬 性 是不 同
概 念 。 所 淬 硬性 是 钢 在 淬火 后 所 能 达 到 最 高硬 度 的 能 力 。淬 硬 性 主
取 决 氏 体 的, 合 金 元 素对 淬 硬 性 没 有 著 影 响, 但 对 钢 的 淬
性 却 有 很 影 响, 因 , 淬 性 好的 钢 , 淬 硬 性 不 一 定高 。
(2)淬性的应用
钢 的 淬 性 是 产 品设 计 人 员 和 热 处 理工 艺 人 员 合 理 材 及 制热 处 理 工 艺
时 的 主 要 果 钢 的 淬 性 较 高, 工 件 能 火 后 在工 件 的
个 截 面 上 的 力学 性 能 均 匀 一 钢 的 淬 性 较 低 , 工 件 不
火 后 工 件 心 部 的 组 织 及 性 能存 在 较 大 差 特 别 心 部
服 点 和 韧 性 显 低 。 在 机 械 造 中 多 大 工 件 和 在 变 动 载下 工
的 重 要 件 , 常 要 求 零表 面 心 部 的 力学 性 能 一 用 淬 性 好
的 钢 制 ; 对 于 受 弯 曲 转 应 力 的 件 ( 如 轴类 ) 以 及 表 面 耐 磨
承 受 一 定 击 载 荷 模 具 冷 锻 , 因 应 力 主 要 在 工 件 表 层
心 部 应 力 较 , 可 性 较 低 的 钢 ;焊 接 件 一 般 用 淬 较 低 的 钢,
否 则 容 易 在 焊 影 响 区 出 现淬 火 组 织 , 导 致 接 件 的 变 形 和开 裂 。
(3)影响性的因素
钢 的 淬 性 与 界 冷 却 速 度 有 关 过 冷 奥 氏 体 的稳 定 性 高 ,
冷 却 速 度 越 小 , 钢的 淬 好 , 因 影 响过 冷 奥 氏 体 稳定 性 的 因
素 都 会 影 响 钢 的 淬 性 。
在 热 处 理 生 中 ,常 用 界 淬 透 直 径Dc ) 来 衡 的 淬 性 。 界 淬
直 径 工 件 在 某质 中 淬 火 后 , 心 部 得 到部 马 氏 体 或半 马 氏 体 组 织
时 的 最 大 直 径 Dc) 。 直 径 越 大 ,钢 的 淬 好 。 下 种 常 用 钢
界 淬 透 直 径
钢的淬性与体淬火件下实际工件的淬硬层深度是有区别的。淬性是钢本
性,在相同的奥氏体化件下,同一种钢的淬性是相同的,但它的淬硬
层深度会于工件的形状、尺寸和冷却质的变化而不同。例如同一种钢在相同的
奥氏体化件下,淬要比淬的淬硬层深度大;件要比大件的淬硬层深度大。
但不能为,同一种钢淬要比淬的淬性好,件要比大件的淬性好。所以,
只有其他条件都相同的情况下,淬硬度来定钢的淬性高低。
03 钢的火
将淬火后的工件重加热到 A1以下某一温度,保温一定时间,然后冷却到温的热
处理工艺,称为火。淬火后的钢件不宜接使用,必须进行火处理,
钢的组织和性能,是重要的热处理工
3.1 火的目的
(1)获得工件所需力学性能
工件经淬火后,硬度高,性和韧性较低。为了满足各件不同的性能要,可
通过适当火来改变淬火组织,调整零件硬度,降低性,以获得工件所需要的力
学性能。
(2)稳定工件尺寸
工件淬火后获得的氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织,在使用过程中会发分
引起工件尺寸和形状的改变。通过火可以使淬火组织转变为稳定组织,
而保工件在以后的使用过程中不再发生尺寸和形状的改变。
(3)减小或消除淬火应力
工件淬火后存在着大的应力,不及时进行火消除,往往会使工件发生变形
至开裂。
3.2 淬火钢的火转变
淬火氏体与残余奥氏体都是亚稳相,从室温到 A1进行火时将分成铁素体和碳
化物。根据火温度的不同,淬火组织将发生以下转变。
(1)氏体的分200℃)
80℃以下火时,淬火钢中没有明显的组织转变,发生氏体中碳
。在 80℃~200℃内回火时氏体开氏体中的碳ε碳化物
(化学Fe2.4C)的形析出,而降低了马氏体中碳的过和度,正方度也
随之减小火温度较低,从马氏体中析出分过和的碳
段的氏体是碳在 α-Fe 中的过和固体。析出的 ε碳化物为细
散分布在过α体的相界上,与 α体保持着共两相界
好是两相晶的共用结点原关系。
这一段的火组织是和度较低的 α体和 ε碳化物组成的,这种组织
称为氏体,高碳钢的氏体组织下图所组织中 ε碳化物
为细小弥散度高,所以在于 200℃火时,钢的硬度并不降低,但ε
化物的析出,晶格畸变程度降低,使淬火应力减小钢的性、韧性所提
高。
(2)残余奥氏体的分(200℃~300℃) 
残余奥氏体本质上与过冷奥氏体相同,因在相同的温度件下,残余奥氏体的
火转变物与过冷奥氏体的转变物相同,在不同温度下可转变为氏体、
体和珠光体组织。
当钢的火温度在 200℃~300℃时,氏体继续,残余奥氏体开转变为下
氏体组织(200℃~300℃氏体相变)。在温度范围内回火时,淬火应
力进一减小,硬度没有明显下降。
(3)碳化物的转变(250℃450℃)
250℃以上火时,因碳扩散能力的加,ε碳化物将逐渐转变为稳定的渗碳
体组织,到 450℃时全转变为高度散分布的渗碳体。于碳的不析出,
α体中的量已降到平衡含量而成为铁素体,但态仍状。这种
状铁素体和高度散分布的渗碳体组成的组织,称为氏体,45 钢的
氏体组织下图所。这时钢的硬度降低,韧性、性进一提高,淬火应力基
本消除。
4)渗碳体的集长大和铁素体的再结晶(450℃700℃)
450℃以上,高度散分布的渗碳体逐渐球化成细粒状的渗碳体,并随着温度的
高,渗碳体颗粒逐渐大。在渗碳体球化、大的同时,铁素体在 500℃~600℃
再结晶,状或状转变为多形晶粒。
这种在多形铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织称为氏体
果将温度进一提高到 650℃~A1进行火,粒状渗碳体将进一粗化,形成
形铁素体和较大颗粒状渗碳体组成的组织,这种组织称为火珠光体。
以 上 分 析 可, 淬 火 钢 在 时 的 组 织 转 变 是 在不 同 温 度 范 围 内 行 的,
使 在 同 一 火 温度 , 也 可 能 进 行 种 不 同的 转 变 。 淬 火火 后
的 性 能 取 决 组 织 的 变 化 ,随 着 组 织 的 不 同 ,钢 的 力 学 性 能也 发 生 相 应 的
变 化 。 一 般 随 着 温 度 的 高 , 强 度、 硬 度 下 降 , 性 、 韧
性 上 , 温 度高 , 变 化 明 显 。
3.3 火的种类及应用
定钢组织和性能的主要因素是火温度。根据火温度和组织的不同,可将
分为以下种。
( 1 ) 低 温 ( 1 5 0 ℃~ 2 5 0 ℃ )
低温火得到的组织为氏体。低温火的目的是在保持淬火钢高硬度和高
性的提下,降低淬火应力和性,提高性和韧性。低温火主要用于高碳
钢和合金钢制的切削量具、冷冲模具动轴承、渗碳件以及表面淬火
件等的处理,火后的硬度一般为 58~64HRC
( 2 ) 中 温 ( 3 5 0 ℃~ 5 0 0 ℃ )
中温火得到的组织为氏体。中温火的目的是获得高的屈服强度、
和较高的韧性。中温火主要用于性元件和热作模具的处理,火后硬度
一般为 35~50HRC
(3)高温火(500℃~650℃)
高温火得到的组织为氏体。高温火的目的是要获得强度、硬度、性和
韧性具有合的合力学性能。习惯上,将淬火与高温火相结合的热处理工
艺称为“调质处理。它广泛应用于汽车拖拉制造中的重要结构件(
连杆螺柱齿轮动轴等)的热处理。火后的硬度一般为 200~330HBW
实 际 上,钢经正火和质处理后的硬度相近,但生中的重要结构件
一般都采用质处理而不采用正火处理,这是因为质处理后的组织为
氏体,中渗碳体粒状分布,而正火处理后得到的氏体中渗碳体
片状。因,钢经质处理后不强度较高,而且性与韧性也明显
正 火 状
质处理在生中可以为最终热处理工,也可以表 面 淬火和化学
热处理的先热处理工质后钢的硬度不高,因此 便 于切削加工并能
获 得 较 低 的
以 上 种常用的火方法,某些高合金钢还在 A1以 下 2040
进 行 高 温 处 理 , 目 的 是 获 得 火 珠 光 体, 以 代 替 球 化 退 火。  
证 回 火时组织转变的充分进行,在火温度下要保持一定的时间,
保工件能够 穿 加热。火保温时间与工件材火温度、工件的
度 、 及 加 热 方 式 有 , 一 般 为 1 ~ 3h 。 火 后 的 冷 却 方 对 碳
钢件的性能影 响 不大,但为防止在冷却过程中的应力,一般火 后
在 空 气 中 缓 慢冷 却 。
摘要:

01钢的退火和正火 退火和正火都是将钢件加热到适当温度,保持一定时间,然后以较慢速度冷却的热处理工艺方法。两者的不同之处主要在于退火一般为随炉冷却,正火是在空气中冷却。1.1退火退火是将钢件加热到一定温度,并保温一定时间,然后进行缓慢冷却的热处理工艺。(1)退火的目的①降低硬度,改善工件的切削加工性能;  ②消除残余应力,防止工件的变形与开裂;  ③细化晶粒,改善组织,以提高钢的力学性能,并为最终热处理做好组织上的准备。(2)退火的分类与应用 根据钢的化学成分和退火目的不同,退火常分为完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火、再结晶退火和去应力退火等。①完全退火 完全退火是将钢件加热到完全奥氏...

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