钢的热处理工艺[共18页].doc

钢的热处理第一章 钢的热处理热处理工艺包括：将钢材或钢制件加热到预定温度，在此温度下保温一定时间然后一定的冷却速度冷却下来，达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求1□□钢的加热1.1□制定钢的加热制度加热温度、加热速度、保温时间1.1.1加热温度的选择加热温度取决于热处理的目的热处理分为：淬火、退火、正火、和回火等淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织，使钢具有高的硬度；退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织，因此其加热温度不同在具体制定加热温度时应按以下原则：热处理工艺种类及目的要求；被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态；钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定对于碳钢及低合金钢的加热温度：亚共析钢淬火温度：AC3以上30～50℃；过共析钢淬火温度：AC3以上30～50℃；亚共析钢完全退火：AC3以上20～30℃；过共析钢不完全退火：AC3以上20～30℃；正火 AC3或ACM以上30～50℃；1.1.2加热速度的选择必须根据钢的化学成分及导热性能；钢的原始状态及应力状态；钢的尺寸及形状来确定加热速度如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时，在加热是应特别注意。

对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同，主要有以下几点：a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小；b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小；c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小；d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小1.1.3钢在加热时的缺陷a) 过热：过热就是由于加热温度过高，加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织，并往往出现魏氏组织，结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正b) 强烈过热：加热温度过高或加热保温时间过长，使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的硫与氧在高温下溶解于奥氏体中，在冷却过程中硫或氧以化合物形态沿粗大的奥氏体晶界析出故降低钢的冲击韧性此问题出现后只能用重新锻造或轧制来消除且锻、轧的温度不易过高c) 过烧：当加热温度接近固相线时（指热加工的加热温度），此时晶粒不仅剧烈长大，而且在晶界上的低熔点夹杂物地方发生局部熔化状态，当炉气中的硫、氧渗入后，更加速晶界物的软化，这种现象叫钢的过烧失去了钢的塑性和韧性，锻轧时破碎，不能用热处理的方法纠正，只能报废d) 钢的氧化与脱碳：1）氧化2）脱碳防止加热时钢的氧化及脱碳的措施：（1）控制炉气成分：就是控制炉气中的CO2/CO，H2O/H2，CH4/H2 比例。

2）向炉内通入试制的保护气：氢气、氮气、石油裂化气及煤气2□□钢的退火与正火退火：就是把钢加热到临界点AC3以上或AC1以上（AC1－AC3、ACM－AC3）经过保温，然后缓慢冷却（炉冷）的一种操作加热到临界点以上是为使原始组织发生重结晶，得到全部（或大部分）奥氏体状态，继之以缓慢得到U-曲线上部的组织——珠光体所以退火组织具有低的强度和硬度，较高的塑性和韧性正火：是把钢加热到AC3或ACM以上，保温后在空气中冷却正火所得到的组织也是珠光体型组织，但其组织较退火组织为细，强度、硬度较高，塑性韧性也较好常用的退火与正火加热温度及工艺曲线如图1和图2所示扩散退火 1100 扩散退火 温度 1000 A 900 完全退火AC3 正火或ACM 800 P+CM1AC1 A + F 700 球化退火 低温退火 P + CM3 600 时间 0.8 图1 正火与退火工艺 图2 退火与正火加热温度范围退火和正火，一般是一种预先热处理。

目的在于消除热加工、铸造、焊接等工序带来的某些缺陷改善组织性能以利于冷加工（切削、冷轧及冷拔）和进一步热处理做好组织准备对某些碳钢或低合金钢的正火（或正火加高温回火）常是为了提高性能，作为最终热处理2.1□退火的方法及应用2.1.1完全退火完全退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，缓慢冷却下来的热处理操作完全退火适用于亚共析钢的钢锭、锻轧坯或材以及铸焊工件其目的是：1）消除因铸、锻轧和焊等引起的晶粒粗大魏氏组织和带状组织等缺陷，细化晶粒，改善钢的组织及性能为了防止钢液凝固时形成的奥氏体粗大晶粒以及冷却时出现的魏氏组织，使钢的强度降低、韧性变差；有些钢由于终轧温度过低（在AC1～AC3之间），在轧制中共先析出铁素体，经轧制变形、钢中出现带状组织（显微带状组织），它损害了钢的横向性能为消除这种缺陷，采用完全退火，利用加热及冷却中的两次相变（F + P粗→加热→A细→冷却→〖 F + P 〗细）细化或改正组织来改善性能2）降低硬度利于切削加工对于空冷得到的马氏体类钢可以采用完全退火也可以采用高温回火（低温退火）处理3）消除应力防止变形及裂纹：钢锭或铸件在冷速过快会产生很大的热应力及组织应力；钢的终轧温度过低及冷速过快，钢产生加工硬化现象也存在着很大的应力。

这些应力不消除在随后的加工中可引起变形或开裂因此通过完全退火可以消除应力，但一般情况下有的采用不完全退火或低温退火来消除应力2.1.2亚共析钢的不完全退火不完全退火是把钢加热到AC1以上30～50℃，保温后缓慢冷却（炉冷）的操作当亚共析钢存在上述各种缺陷为改善组织时可采用完全退火，而仅为消除应力和降低硬度可以采用不完全退火冶金厂对于10～60＃钢、15Cr～40Cr、20CrMn～35CrMn、40B～50B、20CrMnSi～35CrMnSi、30CrMnTi～40CrMnTi等钢材均采用不完全退火2.1.3过共析钢的不完全退火——球化退火过共析钢和共析钢在轧锻后必须进行退火，以利于切削加工和为最终热处理做好组织准备过共析钢因含碳量较高，锻轧后空冷所得组织为片状珠光体，硬度高（HB270以上），经退火硬度可将为HB170～250,使片状珠光体转变为球状珠光体但过共析钢不能采用完全退火，只能采用不完全退火，并且温度不宜过高（稍过AC1以上）主要是因为：（1）退火温度高于ACM时钢如为全部奥氏体，在冷却时先析出的渗碳体将沿奥氏体晶界析出，呈网状分布的渗碳体如图3所示这种网状渗碳体使钢变脆，严重降低钢的性能，因此应注意退火加热温度。

A Cm P 图3 过共析钢二次渗碳体呈网状组织 图4 过共析钢的碳化物呈球状组织（2）为得到球状珠光体（即渗碳体呈颗粒状）如图4所示要得到粒状珠光体必须采用加热温度稍高于AC1，否则不能球化或不完全球化获得粒状珠光体的退火称为“球化退火”是共析钢及过共析钢广泛采用的预先热处理工艺冶金厂生产的碳工钢，合金工具钢和轴承钢一般出厂前均进行球化退火，以球化退火状态交货球化退火钢具有以下优点：① 有较低的硬度切削性能好；② 为最终热处理做好组织准备，球状珠光体组织在以后淬火时变形及开裂倾向小，有利于提高淬火质量③ 能改善淬火后的综合机械性能，主要是冲击韧性和耐磨性球化退火温度一般采用AC1以上10～30℃因在此温度下过共析钢组织是不均匀奥氏体和未溶的渗碳体，未溶的渗碳体以细小的颗粒分布于奥氏体中在随后的冷却过程中，奥氏体析出渗碳体时，就以这些未溶渗碳体为核心长大成为球状渗碳体如果温度高，未溶渗碳体质点减少，甚至完全溶于奥氏体中，则球化将不完全，而且可能出现网状渗碳体球化退火工艺常用的有以下两类：① 一段保温工艺如图-5所示。

即加热到稍高于AC1或AC1～ACM之间保温后以非常缓慢的速度冷去下来，获得细颗粒状珠光体 770 10℃ 9Mn2V,Cr13等 760 10℃ T10,T12等 740 10℃ T7,T8等② 二段保温工艺如图-6所示此工艺主要用于轴承钢如GCr6,GCr9,GCr12,GCr15SiMn,GSiMnV,GsiMnVRe,GsiMnMoV,GsiMnMoVRe,GsiMoV,GsiMoRe等要求球化质量高的和难于球化的钢除了在AC1以上保温外，在缓冷到AC1以下（700℃）进行第二阶段保温，这样可以充分球化 温 度 AC1 ≯43℃/小时 均 650度 热 2～4 出炉 4 时间 图-5 球化退火工艺曲线 78010℃ ≮30℃/小时温度 70010℃ 均 ≯25℃ 热 1～2 2～4 5 650℃出炉 时间 图6 轴承钢球化。