9钢的热处理工艺解析.ppt

本章目的：本章目的：    介绍钢的常用热处理工艺及其应用介绍钢的常用热处理工艺及其应用本章重点：本章重点：（（1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火））各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺工艺—组织－性能－应用的规律和特点；组织－性能－应用的规律和特点；（（2）淬透性、淬硬性的概念与应用）淬透性、淬硬性的概念与应用第九章第九章  钢的热处理工艺钢的热处理工艺    金属材料加工过程：金属材料加工过程： 冶炼冶炼→铸造铸造铸锭铸锭板棒型管板棒型管焊接焊接机加工机加工冷轧冷轧冷拔冷拔深冲深冲锻件锻件铸件铸件机加工机加工零零件件或或构构件件   ↑工艺性能工艺性能预备热处理预备热处理   ↑使用性能使用性能最终热处理最终热处理热轧热轧→热锻热锻→热处理分类热处理分类•普通热处理：退火、正火、普通热处理：退火、正火、                            淬火、回火淬火、回火•表面热处理：表面淬火表面热处理：表面淬火                            化学热处理化学热处理•形变热处理：控制轧制形变热处理：控制轧制§9-1    钢的退火与正火钢的退火与正火一一  退火退火1  定义：钢加热到适当温度，保温一定时定义：钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平平衡组织衡组织的工艺的工艺~。

          参见教材参见教材“高于或低于高于或低于AC1”AC1S 2 分类（（1）高温退火）高温退火      （相变重结晶退火）（相变重结晶退火）           T加热加热>AC1（（2）低温退火）低温退火           T加热加热

工艺关键：工艺关键：①①  Fe3C形态控制形态控制②② 球的大小控制球的大小控制 ←控制奥氏体化程度控制奥氏体化程度←控制过冷奥氏体冷却转变的温度控制过冷奥氏体冷却转变的温度片状与球状珠光体组织切削性能比较片状与球状珠光体组织切削性能比较层片状珠光体层片状珠光体粒粒(球球)状状珠光体珠光体刀具刀具T12钢球化退火与完全退火的性能比较：钢球化退火与完全退火的性能比较：        球化退火的球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，碳化强硬度更低，塑韧性更好，碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工物对基体的分割更均匀、彻底，更利切削加工状态状态σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040160T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较钢完全退火与球化退火后组织与性能比较完全退火、球化退火工艺缺陷：完全退火、球化退火工艺缺陷：         周期长；且为变温转变周期长；且为变温转变——组织大小不均组织大小不均(3) 等温退火等温退火    ——是完全退火、球化退火工艺的改进是完全退火、球化退火工艺的改进—— 等温完全退火等温完全退火——等温球化退火等温球化退火 AC3 +20~30℃ AC3 Ar1 tTAc1  AC1 +20~30℃  Ar1 -20~30℃      高速钢等温退火与普通退火工艺曲线高速钢等温退火与普通退火工艺曲线870~880 ℃tT4h3h等等温温退退火火普普通通退退火火40 ℃ /h720~740 ℃炉冷炉冷15 ℃ /h空空冷冷空空冷冷 等温退火优势：等温退火优势：    (1) 缩短工艺时间缩短工艺时间：高速钢：高速钢 40h→20h （（2））组织均匀：碳化物球大小一致组织均匀：碳化物球大小一致工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围                                                                                                                                                        (1)高温、高温、长时间；长时间；(2)需再需再经重结晶经重结晶工艺工艺(完完全退火或全退火或正火正火)以以细化晶粒细化晶粒消除或消除或减轻偏减轻偏析、带析、带状组织状组织等等合金钢锭、合金钢锭、大型铸钢大型铸钢件件tTAC3或或ACm+ 200~300℃AC3或或ACm(4)  扩散扩散(均匀化均匀化)退火退火工艺工艺名称名称工艺规范工艺规范目的目的适用范围适用范围再结再结晶退晶退火火①①                                                                                                      ①① 消除加工消除加工硬化硬化②② 完全消除完全消除残余应力残余应力冷塑性变冷塑性变形件形件去应去应力退力退火火②②消除内应力，消除内应力，防工件变形防工件变形铸、锻、铸、锻、焊、冲压、焊、冲压、机加工件机加工件AC1650~700 ℃300~650 ℃tT(5)  再结晶退火与去应力退火再结晶退火与去应力退火①①②②二二   正火目的、用途和工艺正火目的、用途和工艺1 定义：钢加热到定义：钢加热到AC3 或或ACm以上以上的的A区域，保持一定时间后在区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得空气中冷却，以获得接近平衡接近平衡状态组织的工艺。

状态组织的工艺        ——常化常化      与退火的区别：与退火的区别：          加热温度较高；加热温度较高；          冷却速度较快；冷却速度较快；         获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体) ——强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；                   生产效率较高生产效率较高①①  ②②①①正火正火  ②②退火退火①①     ②②正火与退火态正火与退火态45钢机械性能钢机械性能状态状态σb(MPa)δ(%)αk (J.cm-2)HB正火正火700~80015~2050~80220完全退火完全退火650~70015~2040~60180碳钢正火与退火后的硬度（碳钢正火与退火后的硬度（HB））状态状态结构钢结构钢  软的软的       中等的中等的     硬的硬的工具钢工具钢退火退火正火正火～～125～～140～～160～～190～～185～～230～～220～～270注：正火态强硬度与塑韧性均较高注：正火态强硬度与塑韧性均较高2  目的：目的：①① 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；②② 提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；③③ 消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；火作组织准备；④④ 型材或大型复杂铸钢件的型材或大型复杂铸钢件的最终热处理最终热处理三三  正火与退火的选用正火与退火的选用    C%<0.25%的低碳钢的低碳钢 —— 多用正火；多用正火；                                                  提高硬度提高硬度    C%: 0.25~0.5% —— 可正火、可完全退火；可正火、可完全退火；    C%: 0.5~0.75% —— 完全退火；完全退火；    C%>0.75% —— 球化退火球化退火    C%>0.9% ——  有网状碳化物有网状碳化物                         ┗┗ 正火正火(消网消网)＋球化退火＋球化退火      1   退火与正火退火与正火—珠光体类型组织的应用珠光体类型组织的应用  2   能用正火处则不用退火。

正火可作为大件能用正火处则不用退火正火可作为大件或不重要工件的或不重要工件的最终热处理，而退火一般不最终热处理，而退火一般不作为最终热处理作为最终热处理§9-2    钢的淬火与回火钢的淬火与回火淬火：淬火：AC3 或或AC1以上，奥以上，奥氏体化，氏体化， V冷冷> VC急剧冷急剧冷却，获马氏体组织却，获马氏体组织    等温淬火等温淬火——B下下一一  淬火加热工艺参数的选择淬火加热工艺参数的选择1  加热温度加热温度（（1）化学成分：）化学成分：  亚共析钢：亚共析钢： AC3 +30~50℃   过共析钢：过共析钢： AC1 +30~50℃回火：淬火钢，回火：淬火钢， AC1 以下以下等温淬火等温淬火  AC1  MS VC VC ′ 淬火淬火 低合金钢：低合金钢： AC3 或或AC1 +50~100 ℃ 高合金钢：高合金钢： AC3 或或AC1 +300~400 ℃  （（2）工件尺寸、形状、淬）工件尺寸、形状、淬火介质、晶粒长大倾向等火介质、晶粒长大倾向等2  保温时间保温时间 τ保温保温= τ升温升温+ τ热透热透+τ转转 AC1 ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C↑)(↑)A+FM+FFe3C若若T > Acm ：： ①① C%↑，，MS↓；；AR↑ ②② 粗大粗大M，， ③③ 氧化脱碳氧化脱碳↑           变形开裂变形开裂↑600℃800℃1280℃ W18Cr4V：：Tt 3   淬火介质淬火介质（（1））  淬火介质的要求淬火介质的要求①① 鼻点冷速大鼻点冷速大, MS附近冷速小；附近冷速小；②② 稳定，成本低；稳定，成本低；③③ 安全：无毒；不腐蚀工件。

安全：无毒；不腐蚀工件TτA1MS理想理想水水油油(2)  常用淬火介质常用淬火介质①① 水水：：     鼻鼻   温：温：150℃/S；；   Ms：：450 ℃/S 优点：冷却能力强；成本低优点：冷却能力强；成本低 缺点：缺点：M 转变温区冷速过大，变形；转变温区冷速过大，变形； 应用：小尺寸、形状简单碳钢件应用：小尺寸、形状简单碳钢件②② 油：油：   Vmax ：： 100~250 ℃/S ，，400~500℃；；  鼻鼻   温：温：60~70℃/S；；Ms：：50 ℃/S  优：优： M 转变温区冷速小，不易变形；转变温区冷速小，不易变形；  缺点：鼻温区冷速过小，淬不透缺点：鼻温区冷速过小，淬不透  应用：合金钢件应用：合金钢件③③ 盐水与碱水盐水与碱水  10%NaCl水溶液；水溶液；15%NaOH水溶液；水溶液；     5%NaCO3水溶液；水溶液；   使蒸汽膜提前破裂；使蒸汽膜提前破裂； 但腐蚀但腐蚀二二    钢的淬透性钢的淬透性         为什么引入为什么引入“淬透性淬透性”概念概念V表V心VCV表V心淬透层深度淬透层深度VC1  概念：奥氏体化的钢在淬火时获得马氏概念：奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力体的能力      ——用钢在一定条件下淬火获得的淬用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小。

透层深度表示其大小 淬透层深度：由工件表面淬透层深度：由工件表面→半马氏体点半马氏体点(50%M)的深度 硬度测量法：硬度测量法：   50%M的硬度的硬度 ← C%淬透层深度淬透层深度50%M淬透性与实际条件下淬透层深度的差别淬透性与实际条件下淬透层深度的差别影响淬透性的因素影响淬透性的因素：：        与影响与影响 C 曲线因素一致曲线因素一致        与钢种、奥氏体化条件与钢种、奥氏体化条件实际淬透层深度实际淬透层深度：：        与淬透性、工件大小、淬火介质等与淬透性、工件大小、淬火介质等有关有关    淬硬性淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬：钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体可能得到的最高硬度表示成马氏体可能得到的最高硬度表示      ——取决于马氏体中的取决于马氏体中的 C%     淬透性淬透性: 钢的临界冷却速度钢的临界冷却速度—合金元合金元素素         例：例：T10、、15MnVB2  淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性3  淬透性测定方法淬透性测定方法（（1）顶端淬火法）顶端淬火法φ 25×100 ，，（（2）临界淬火直径）临界淬火直径   临界淬火直径：钢在某种淬火介质临界淬火直径：钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径中能完全淬透的最大直径(Dk)临界淬火直径测量方法：临界淬火直径测量方法：   ①① C%→半马氏体硬度；半马氏体硬度；   ②② 测该钢端淬曲线测该钢端淬曲线——找出对应找出对应半马氏体硬度的半马氏体硬度的d端端值值 ；；   ③③  根据对零件淬透深度的实际要根据对零件淬透深度的实际要求求(淬透至淬透至1/2R、、3/4R、、中心等中心等)从从下图查出对应的临界淬火直径下图查出对应的临界淬火直径DkTτA1MS分分级级淬淬火火双双液液淬淬火火等等温温淬淬火火单单液液淬淬火火三三   淬火方法淬火方法 1  单液淬火单液淬火     ——尺寸小、尺寸小、 形状简单的碳钢、合形状简单的碳钢、合金钢件金钢件 。

 2  双液淬火（水淬油冷）双液淬火（水淬油冷）     ——尺寸较大碳钢件尺寸较大碳钢件3  分级淬火分级淬火    稍高于稍高于MS ，，盐浴；盐浴； ——小尺寸工模具、变形小、精密件小尺寸工模具、变形小、精密件三三   淬火方法淬火方法4  等温淬火等温淬火    淬火热应力、组织应力小，淬火热应力、组织应力小， 变形小；变形小；     ——形状复杂、尺寸精密件形状复杂、尺寸精密件 5  冷处理冷处理   目的：目的： ①①减少减少AR%，，↑HRC；；                ②② 稳定尺寸；稳定尺寸；                ③③ 挽救挽救四四   钢的回火工艺钢的回火工艺1  回火工艺参数的选择回火工艺参数的选择    回火温度的选择回火温度的选择：：     （（1）） 零件使用性能零件使用性能→硬度硬度→回火温度回火温度    （（2）应力消除：）应力消除： T>500℃,1h；；                          T<200℃,2~3h；；    回火后冷却方式回火后冷却方式：：          回火脆性钢回火脆性钢→水、油冷；水、油冷；           —高合金钢的多次回火高合金钢的多次回火   2   回火种类回火种类      回火温度回火温度↑，内应力，内应力↓；；          强硬度强硬度↓；塑韧性；塑韧性↑。

  ——根据温度不同划分回火种类根据温度不同划分回火种类（（1））低温回火（低温回火（150~250℃））  组织：组织：回火马氏体回火马氏体（与淬火马氏体比较）（与淬火马氏体比较）           高碳钢：淬火片状高碳钢：淬火片状M→回火回火M      (片状过饱和片状过饱和α+ε碳化物碳化物，共格，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合；性能：保持高强硬度；微裂纹焊合；               内应力和脆性内应力和脆性↓；韧性略；韧性略↑     但低碳钢：板条但低碳钢：板条M，，只有只有C的偏聚的偏聚 应用应用：： ①① 工、模具钢；工、模具钢；                  ②② 低碳马氏体钢低碳马氏体钢（（2））中温回火（中温回火（350~500℃））组织：回火屈氏体组织：回火屈氏体（与屈氏体比较）（与屈氏体比较）          条、针状条、针状 (未再结晶，平衡未再结晶，平衡C)α相相          + 弥散分布细粒状弥散分布细粒状θ相相性能：性能：        基体已回复；内应力基体已回复；内应力↓↓；；        弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。

弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性应用：弹簧钢、热锻模应用：弹簧钢、热锻模0.6~0.9%））（（3））高温回火（高温回火（550~680℃））组织：回火索氏体组织：回火索氏体（与索氏体比较）（与索氏体比较）      等轴状等轴状(再结晶再结晶)α相相 + 均匀分布粒状均匀分布粒状(球化球化)θ相相性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合；性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合；      ——综合机械性能高综合机械性能高应用：重要结构件，轴、齿轮应用：重要结构件，轴、齿轮          调质处理调质处理：淬火：淬火+高温回火高温回火σσbσSHRC(0.8%C)δ,ψψδ片状片状粒状粒状305020060040080010退火与淬、回火退火与淬、回火组织性能比较组织性能比较五五  钢的淬、回火缺陷钢的淬、回火缺陷1  种类：种类：    变形、开裂、氧化、脱碳、变形、开裂、氧化、脱碳、    硬度不足、软点、过热、过烧硬度不足、软点、过热、过烧    过热过热：晶粒粗大：晶粒粗大——重结晶重结晶    过烧过烧：晶界熔化或氧化：晶界熔化或氧化  2  变形与淬火应力变形与淬火应力    变形方式：体积变化、弯曲翘曲。

变形方式：体积变化、弯曲翘曲    产生原因：产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、加热或冷却中热胀冷缩、                   组织转变不同步组织转变不同步→内应力内应力    种类：热应力、组织应力种类：热应力、组织应力    改进方法改进方法——分级淬火、等温淬火分级淬火、等温淬火第九章第九章  习题与思考题习题与思考题  1  确确定定下下列列钢钢件件的的退退火火方方法法，，并并指指出出退退火火的的目目的的与退火后的组织：与退火后的组织： （（1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度；）经冷轧后的钢板，要求降低硬度； （（2）锻造过热的）锻造过热的60钢锻坯；钢锻坯； （（3）具有片状渗碳体的）具有片状渗碳体的T12钢坯  2  指指出出下下列列零零件件的的锻锻造造毛毛坯坯进进行行正正火火的的主主要要目目的的及正火后的组织：及正火后的组织：  (1)  20钢齿轮；钢齿轮； (2)  45钢小轴；钢小轴；(3)  T12钢锉刀钢锉刀  3  何何谓谓钢钢的的淬淬透透性性？？何何谓谓钢钢的的淬淬硬硬性性？？影影响响淬淬透透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？  4 何何谓谓钢钢的的淬淬火火临临界界冷冷却却速速度度？？影影响响因因素素有有哪哪些些？它和钢的淬透性有何关系？？它和钢的淬透性有何关系？ 5 试试分分析析下下列列说说法法是是否否正正确确：：（（1））钢钢中中合合金金元元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；（（2））同同一一钢钢材材在在相相同同加加热热条条件件下下，，水水淬淬比比油油淬淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。

的淬透性好，小件比大件的淬透性好6 6  指指出出φ10mm的的45钢钢(退退火火态态)经经下下列列温温度度加加热热并并水水冷冷后后获获得得的的组组织织：：700℃、、760℃、、840℃知知Ac1＝＝724℃，，Ac3＝＝780℃，，D水水冷冷＝＝20mm)7  今今有有Cr15钢钢，，制制成成轴轴承承套套，，试试述述其其预预备备热热处处理理及及最最终终热热处处理理的的名名称称、、目目的的、、工工艺艺、、获获得得的的组组织和性能织和性能   8 8  现现有有60Si2Mn钢钢用用作作弹弹簧簧、、40Cr钢钢用用作作轴轴（（要要求求良良好好的的综综合合机机械械性性能能））、、T10钢钢用用作作工工具具，，请请分分别别针针对对这这三三个个钢钢种种回回答答：：(1)淬淬火火加加热热温温度度选选择择原原则则；；(2)加加热热后后的的组组织织；；淬淬火火后后的的组组织织；；(3)回回火火温温度度选择原则；选择原则；(4)回火后的组织回火后的组织。