第九章钢的热处理工艺教程.ppt

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     1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺—组织组织－性能－应用的规律和特点；－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Ω￿热处理分类l普通热处理：普通热处理：”四把火四把火”                              退火、正火、淬火、回火退火、正火、淬火、回火l表面热处理表面热处理：表面热处理（淬火）：表面热处理（淬火）                              化学热处理化学热处理l形变热处理：形变热处理：控制轧制（形变）控制轧制（形变）                              控制冷却控制冷却§§9-1 9-1 钢的退火与正火钢的退火与正火一、退火1、定义、定义     钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获得平衡组织的工艺冷却或控制其冷速，获得平衡组织的工艺。

          参见教材参见教材“高于或低于高于或低于AC1”AC1S2、分类、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

完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高主要目的：改善组织均匀性以及加工性能主要目的：改善组织均匀性以及加工性能工艺规范工艺规范特点特点目的目的适用范围适用范围          ①①工艺：工艺：不完全奥氏不完全奥氏体化体化②②组织：组织：球状球状(粒状粒状)珠光体珠光体①① 降低降低(过过)共共析钢硬度适合析钢硬度适合切削；切削；②②为最终热处为最终热处理（淬火与低理（淬火与低温回火）做组温回火）做组织准备织准备含碳量较含碳量较高的工、高的工、模具钢的模具钢的预备热处预备热处理理 AC1 +20~30℃ ACm或或AC3 AC1 tT（（2）球化退火）球化退火 ——不完全退火的一种不完全退火的一种工艺关键：工艺关键：①①  Fe3C形态控制形态控制②② K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：      球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。

球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工状态状态σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040180T12钢完全退火与球化退火后性能比较钢完全退火与球化退火后性能比较T12钢完全退火与球化退火后组织比较钢完全退火与球化退火后组织比较完全退火、球化退火的工艺缺陷：完全退火、球化退火的工艺缺陷：          周期长；变温转变周期长；变温转变——组织大小不均组织大小不均 ——开发出等温退火开发出等温退火（（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——普通退火普通退火——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：组织均匀：碳化物球大小一致。

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、长时高温、长时 间；间；(2)需再经重结需再经重结晶工艺晶工艺(完全退完全退火或正火火或正火)以细以细化晶粒化晶粒消除或减消除或减轻偏析、轻偏析、带状组织带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晶再结晶退火退火①①                                                                             ①① 消除加工硬化消除加工硬化②② 完全消除残余完全消除残余应力应力冷塑性变形件冷塑性变形件去应力去应力退火退火②②消除内应力，防消除内应力，防工件变形工件变形铸、锻、焊、铸、锻、焊、冲压、机加工冲压、机加工件件（（5）再结晶退火与去应力退火）再结晶退火与去应力退火AC1650~700 ℃300~650 ℃tT①①②②二、正火目的、用途和工艺 1. 定义定义       钢加热到钢加热到AC3 或或ACm以上的以上的A区域，保持一定时间后在空气区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺—又称常化。

又称常化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，为球化退火作组织准备；消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；    ④④ 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理型材或大型复杂铸钢件的最终热处理正火与退火的区别正火与退火的区别Ø加热温度较高；加热温度较高；Ø冷却速度较快；冷却速度较快；Ø获得组织较细获得组织较细(索氏体索氏体)；；Ø强硬度与塑韧性较高；强硬度与塑韧性较高；Ø生产效率较高生产效率较高①①  ②②①①正火正火  ②②退火退火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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三、正火与退火的选用ØC%<0.25%低碳钢低碳钢 —— 多用正火；提高硬度多用正火；提高硬度ØC%: 0.25~0.5% —— 可正火、可完全退火可正火、可完全退火ØC%: 0.5~0.75% —— 完全退火；完全退火；ØC%>0.75% —— 球化退火球化退火ØC%>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＋球化退火注意：注意：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。

能用正火处则不用退火 正火可作为大件或不重正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理§§9-2 9-2 钢的淬火与回火钢的淬火与回火l淬火淬火：：AC3 或或AC1以上奥氏体化，以上奥氏体化， V冷冷> VC急剧冷急剧冷却，获马氏体组织却，获马氏体组织l等温淬火等温淬火——B下等温淬火等温淬火  AC1  MS VC VC ′ 淬火淬火 1、淬火加热温度、淬火加热温度（（1）化学成分：）化学成分：Ø碳钢：碳钢：   亚共析钢：亚共析钢： AC3 +30~50℃                   过共析钢：过共析钢： AC1 +30~50℃Ø低合金钢：低合金钢：AC3 或或AC1 +50~100 ℃Ø高合金钢：高合金钢：AC3  或或AC1 +300~400 ℃（（2）工件尺寸、形状、淬火介质等工件尺寸、形状、淬火介质等一、淬火加热工艺参数的选择 AC1 ACmAC3M+AR    M+AR+A  +   Fe3CA+FM+FFe3C淬火加热温度及淬火组织淬火加热温度及淬火组织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600℃800℃1280℃ W18Cr4VTt 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水水油油 (2) 常用淬火介质常用淬火介质①① 水水：：      鼻温：鼻温：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：       鼻温：鼻温：60~70℃/s；；Ms：：50 ℃/s；；       优点：优点：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：鼻温区冷速较小，不易淬透；缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；       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%Na2CO3水溶液；水溶液； ——使蒸汽膜提前破裂；但腐蚀使蒸汽膜提前破裂；但腐蚀二、钢的淬透性V表V心V表V心VC淬透层深度淬透层深度VC100%M50%M1、钢的淬透性概念、钢的淬透性概念l淬透层深度淬透层深度       由工件表面由工件表面→半马氏体点（半马氏体点（50%M）的深度。

的深度 l奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力       用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小l硬度测量法：硬度测量法：50%M的硬度的硬度 ← C%50%M淬透层深度淬透层深度★★ 淬透性与淬透层深度的差别淬透性与淬透层深度的差别 ★★Ø影响淬透性的因素影响淬透性的因素     与影响与影响 C 曲线因素一致主要与钢种（成分）有关，曲线因素一致主要与钢种（成分）有关，另外，与奥氏体化条件有关另外，与奥氏体化条件有关Ø实际淬透层深度实际淬透层深度      与淬透性、工件大小、淬火介质等有关与淬透性、工件大小、淬火介质等有关l淬硬性淬硬性     钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体能得到的最钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体能得到的最高硬度表示高硬度表示 ——主要取决于马氏体中的主要取决于马氏体中的 C%  l淬透性淬透性     主要取决于主要取决于钢的化学成分（特别是合金元素）钢的化学成分（特别是合金元素）并并由此决定的临界冷却速度由此决定的临界冷却速度 2、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l临界淬火直径临界淬火直径     钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径(Dk)。

l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—找出对应半马氏体硬度的找出对应半马氏体硬度的d端端值值 ；；     ③③  根据对零件淬透深度的实际要求根据对零件淬透深度的实际要求(淬透至淬透至1/2R、、3/4R、、中心等中心等)从图中查出对应的临界淬火直径从图中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、淬火方法 1 1、单液淬火、单液淬火         ——尺寸小、尺寸小、 形状简单的碳钢、合金钢件形状简单的碳钢、合金钢件 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4、等温淬火、等温淬火      淬火热应力、组织应力小，变形小淬火热应力、组织应力小，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四、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    Ø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℃，，1 h；；                                  T<200℃，，2~3 hØ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 回火温度对高碳低合金钢回火温度对高碳低合金钢(0.82％％C、、0.84％％Mn)机械性能的影响机械性能的影响  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)                    特征：特征：过饱和过饱和α + ε碳化物碳化物                 高碳钢：淬火片状高碳钢：淬火片状M→回火回火M，，ε碳化物析出；碳化物析出；                 低碳钢：板条低碳钢：板条M，，只有只有C的偏聚，不形成的偏聚，不形成ε碳化物。

碳化物         性能：性能：保持高强硬度；内应力和脆性保持高强硬度；内应力和脆性↓；韧性略；韧性略↑         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℃））        Ø组织：组织： 条、针状条、针状 α相相+ 弥散分布细粒状弥散分布细粒状θ相相                     ——回火屈氏体（与屈氏体比较）回火屈氏体（与屈氏体比较）Ø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；弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性高的强硬度与良好韧性Ø应用：应用：弹簧钢、热锻模弹簧钢、热锻模（（3）高温回火（）高温回火（550~680℃））Ø 组织组织      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——回火回火索氏体（与索氏体比较）索氏体（与索氏体比较）Ø性能性能      内应力基本消除，强度与韧性最佳配合内应力基本消除，强度与韧性最佳配合——综合机械性能综合机械性能高Ø应用应用      重要结构件，轴、齿轮重要结构件，轴、齿轮。

五、钢的淬、回火缺陷1、种类：、种类：      变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足、软点、变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足、软点、过热、过烧等过热、过烧等              过热：过热：晶粒粗大晶粒粗大——重结晶消除；重结晶消除；       过烧：过烧：晶界熔化或氧化晶界熔化或氧化——无法挽回无法挽回2、变形与淬火应力、变形与淬火应力Ø变形方式变形方式：：体积变化、弯曲翘曲；体积变化、弯曲翘曲；Ø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                                                 （热应力、组织应力）（热应力、组织应力）Ø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与退退火火后后的的组织：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。

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及正正火火后后的的组织：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性的的因因素素有有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？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？？它它和和钢钢的的淬透性有何关系？淬透性有何关系？5、、试分析下列说法是否正确：试分析下列说法是否正确：    （（1）钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；）钢中合金元素的含量愈多，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的淬淬透透性性好好，，小件比大件的淬透性好小件比大件的淬透性好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水冷水冷＝＝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的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。

理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能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答：回答：      (1) 淬火加热温度选择原则；淬火加热温度选择原则；      (2) 加热后的组织；淬火后的组织；加热后的组织；淬火后的组织；      (3) 回火温度选择原则；回火温度选择原则；      (4) 回火后的组织回火后的组织 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  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个钢种回答：三个钢种回答：    (1)淬火加热温度选择原则；淬火加热温度选择原则；    (2)加热后的组织；淬火后的组织；加热后的组织；淬火后的组织；    (3)回火温度选择原则；回火温度选择原则；    (4)回火后的组织回火后的组织。