第3章 热处理工艺(1).pdf

1、从成分、结构与相变机理以及性能方面，对珠光体、贝氏体与马氏体进行比较 2、回火过程中，会产生什么变化？ 思考题 :  钢的热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢 内部组织结构 以获得工件所要求性能的一种热加工工艺 第三章 钢的热处理工艺  理论依据： 钢在加热和冷却过程中的组织转变规律是制定正确的热处理工艺的理论基础； 为使钢获得设定的性能要求 ：其热处理工艺参数的确定必须使具体工件满足钢的组织转变规律；  分类： 根据加热、冷却和获得的组织和性能的不同，钢的热处理工艺可分： (1)普通热处理 （退火、正火、淬火和回火） ; (2) 表面热处理 （表面淬火和化学热处理） ;(3)形变热处理 第三章 钢的热处理工艺 1、 钢的退火 (annealing)  定义：将钢加热到临界点 Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近 平衡状态 组织的热处理工艺  目的： (1)消除钢锭的成分偏析，使 成分均匀化 异分合金系的非平衡凝固，即存在成分偏析； 第一节 钢的退火和正火 (2)组织均匀化 ：消除铸、锻件存在的 魏氏组织或带状组织；  魏氏组织：在实际生产中，含碳量 1.2%的过共析钢在铸造、热轧、锻造后的空冷，焊缝或热影响区空冷，或者当加热温度过高并以较快速度冷却时，先共析铁素体或先共析渗碳体从奥氏体晶界沿奥氏体一定晶面往晶内生长并呈针片状。

生成条件：一定含碳量、奥氏体晶粒度 (过热情况下 )与冷却速度 1、钢的退火 1、钢的退火 渗碳体魏氏体组织 (过共析钢 ) 铁素体魏氏体组织 (亚共析钢 ) 魏氏体组织 1、钢的退火 魏氏组织 这种从晶界形核生长的魏氏组织一般对韧性很有害 ! 1、钢的退火  带状组织：  合金元素的原始带状偏析引起枝干和枝间的 Ar3温度不同所致 ;  在 Ar3温度较高的地方先形成铁素体，并促使碳原子向 Ar3温度较低因而仍保留为奥氏体的相邻区域扩散，在这些富集碳的地方，最后形成珠光体 1、钢的退火 先共析铁素体 +珠光体组织 — 正常组织 先共析铁素体与珠光体比较均匀地分布 ! 1、钢的退火 先共析铁素体 +珠光体组织 — 带状组织 通常是由于合金元素 Mn的偏析引起的 ! 1、钢的退火 带状组织 均匀组织 组织对比 1、钢的退火 退火的目的 (3) 降低硬度，改善组织，以便于切削加工； (4) 消除内应力和加工硬化； (5) 改善高碳钢中碳化物形态和分布 (球化退火 )，为淬火作好组织准备 1、钢的退火 2、 退火的分类 根据加热温度范围的不同，退火方法可分为以下几种： (1)完全退火 定义：将亚共析钢加热到 Ac3以上 20--30℃ ，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓冷，从而获得接近平衡组织。

“ 完全 ” 指的是退火时钢的内部组织发生完全变化 1、钢的退火 应用：锻轧终止温度过高的热锻轧件，晶粒粗大，容易得魏氏组织，并存在内应力，可以应用完全退火 但它只适用亚共析钢，不适用于过共析钢（渗碳体网的形成） 1、钢的退火 (2) 不完全退火  定义：亚共析钢在 Ac1— Ac3之间或过共析钢在 Ac1--Accm之间两相区加热，保温足够时间，进行缓慢冷却的热处理工艺  “ 不完全 ” ：指两相区加热，只有部分组织发生变化  应用： １）较广，如果亚共析钢的锻轧终轧温度适当，并未引起晶粒粗化，铁素体和珠光体分布正常；２）可采用不完全退火，来细化晶粒，降低硬度和消除内应力 1、钢的退火 (3) 等温退火 定义：等温退火是将钢件加热到临界温度（ Ac1或 Ac3）以上奥氏体化，然后将钢件移入另一温度稍低于 Ar1的炉中等温停留；当转变完成后，出炉空冷至室温  等温温度确定：根据所要求的组织和性能，从该钢的C曲线来确定 1、钢的退火 (4) 球化退火  定义：球化退火是使钢获得粒状珠光体的热处理工艺  工艺如下图： 1、钢的退火 1、回火过程发生哪些变化？ 2、脆性的概念？回火脆性？ 3、魏氏组织与带状组织的概念？ 复习题 应用： 主要用于过共析钢，如碳素工具钢、低合金工具钢等，为淬火作准备。

后面的课程讲到工具钢、轴承钢的热处理，会具体谈到 1、钢的退火 过共析钢中片状渗碳体和网状渗碳体的球化过程示意图 1、钢的退火 过共析钢中片状渗碳体和网状渗碳体的球化过程示意 图 1、钢的退火 片状珠光体 球状珠光体 1、钢的退火 粒状珠光体 1、钢的退火 (5) 扩散退火  定义：又称均匀化退火，它是将钢锭、铸件或锻坯加热到略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺  目的：异分结晶，必然导致偏析通过高温长时间加热，消除或减小钢锭、铸件在凝固过程中产生的枝晶偏析及区域偏析，使成分与组织均匀化  应用：常用的扩散退火温度是 1100--1200℃ ，保温时间为10— 15小时应用于合金钢钢锭或铸件 1、钢的退火 铁 -碳 相图 扩散退火温度的确定？ 1、钢的退火  注意： 由于扩散退火需要在高温下长时间加热，因此奥氏体 晶粒十分粗大 ，需要再进行一次正常的完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷 另外该工艺生产周期长、能耗大、工件氧化、脱碳严重以及成本高，因此，一般尺寸不大的铸件，因其偏析不严重，可用完全退火细化晶粒、消除铸造应力。

1、钢的退火 (6) 低温退火 定义：把钢件加热到低于 Ac1温度退火，它包括软化退火和再结晶退火  软化退火：又称去应力退火  钢材在热轧或锻造后，在冷却过程中因表面和心部冷却速度不同造成内外温差会产生残余应力，这种应力与后面的工艺应力叠加，易使材料开裂；  铸件也有残余应力  具体工艺：加热温度为 650--720℃ ，保温后出炉空冷；主要是消除内应力和降低硬度（不会改变内部组织，见前图） 1、钢的退火 再结晶退火：  定义：将冷加工硬化的钢材，加热至 T再 — Ac1之间进行，通常为 650--700℃ 在这过程中，变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化  目的：钢经冷冲、冷轧或冷拉后产生加工硬化现象，使钢的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，切削性能和成型性变差，经过再结晶退火，钢的机械性能恢复 1、钢的退火 再结晶温度 T再 指在规定时间内（如一小时）能够完成再结晶，或再结晶量达到规定程度（例如 95％）的最低温度 1、钢的退火 (7)去氢退火  氢脆定义： 钢件在热锻轧后冷却过程中，氢在钢中的溶解度不断减少，氢原子来不及扩散逸出，将聚集在钢的显微空隙和晶界处，结合成氢分子，造成很大的压力，加上钢中其他内应力，超过该处的断裂强度，就产生细小裂纹。

 钢样中的表现 ： 该裂纹表现在纵向断口上呈椭圆形银白色斑点，所以称为白点 1、钢的退火 高碳钢白点在低倍试样上表现的形貌 中、低碳钢白点在金相试样上表现的形貌 1、钢的退火 低倍酸浸试样上的白点 断口上白点有闪闪发光的特征 1、钢的退火 防止氢脆措施： 为了消除白点，首先应从炼钢原料及浇注系统设计上减少氢的来源 通过热处理，即 去氢退火 对于尺寸较大的锻轧件，轧后空冷至低于 Ac1温度，约 640--660℃ ，奥氏体变成珠光体，由于氢在铁素体中扩散速度大于奥氏体中， 640--660℃ 等温使氢较快逸出，防止白点产生 1、钢的退火 思考题 : 1、何谓回火 ?回火过程发生哪些变化？ 2、脆性的概念？回火脆性？ 3、魏氏组织与带状组织的概念？ 2、钢的正火 (normalizing) (1)定义：正火是将钢加热到 Ac3、 Accm以上约 30--50℃ ，或更高温度，保温足够时间，然后在 静止空气 中冷却的热处理工艺为什么能在 Accm以上？）  注意：对于含有强碳化物形成元素钒、钛、铌等合金钢，加热温度应提高，原则是既使碳化物溶解，又不引起奥氏体晶粒粗化。

 冷速特点：与退火相比，正火的冷却速度快一些，但比淬火小，介于两者之间 2、钢的正火 正火温度：Ac3、 Accm＋ ３０－５０ ℃ 2、钢的正火 (2)组织特点 根据钢的 CCT曲线和工件的截面大小（冷却速度），正火后可获得不同组织，如粗细不同的珠光体、贝氏体、马氏体或它们的混合组织 2、钢的正火 (3）正火的目的  对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织如消除魏氏组织或带状组织这相当于退火的效果；  低碳钢退火后硬度太低（切削粘刀），改用正火，可提高硬度，改善切削加工性  作为某些钢（如 中碳非调质钢 ）的最终热处理，以代替调质处理（淬火 +回火）  用于过共析钢，可消除网状碳化物，便于球化退火 （为什么？） 2、钢的正火 渗碳体网形成对力学性能不利 2、钢的正火 1、钢的淬火 （ 1）定义： 将钢加热到临界点 Ac1或 Ac3以上的一定温度，保温一定时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却为什么对于过共析钢不是 Accm?）  注意： 快速冷却 （ 2）目的：把奥氏体化工件 淬成马氏体 ，以便在适当温度回火后，获得所需要的力学性能。

第二节 钢的淬火和回火 冷却速度与钢件内部组织  注意： 由于 1）过冷奥氏体的稳定性； 2）截面大小（冷却速度）， 一般淬火工件不一定获得全部马氏体，可能还有贝氏体、珠光体的存在 1、钢的淬火 （ 3）淬火加热温度的确定 对于亚共析钢 ：  淬火加热温度为 Ac3+30--50℃ ，可得到细而均匀的奥氏体晶粒，淬火后获得细小的马氏体；  如果温度在 Ac1— Ac3之间两相区加热，马氏体中有铁素体，造成硬度不足，降低力学性能；  如果在 Ac3以上过高温度加热，奥氏体晶粒粗化，马氏体粗大，脆性增大，工件在淬火过程中容易变形 1、钢的淬火 对于 过共析钢：  淬火加热温度 Ac1+30--50℃ 如原始组织为粒状珠光体，加热淬火后获得马氏体、颗粒状渗碳体及少量残余奥氏体，因而硬度高，耐磨性好，还有点韧性  如果加热到 Accm以上，先共析渗碳体全部溶入奥氏体，使奥氏体含碳量增加，马氏体转变点 Ms和 Mf降低，淬火后保留大量奥氏体，而且获得粗片状马氏体，使钢的硬度和耐磨性降低，脆性增加，并增加淬火开裂倾向  因此，过共析钢不能在 Accm以上加热淬火。

1、钢的淬火  钢中含有强碳化物形成元素钒、钛、铌等，加热温度可适当提高为什么？ ) 1、钢的淬火 （ 4）淬火冷却介质 定义：钢从奥氏体状态过冷至 Ms点以下所用的冷却介质，称淬火冷却介质  淬火冷却时为了得到马氏体，必须使冷却速度大于 Vc(上临界冷却速度 )，如下图  介质冷却能力越大，钢的冷却速度越快，越易超过钢的临界淬火速度；  工件越容易淬硬，淬硬层的深度越深 1、钢的淬火 时间 C’ C’ M M+P P C __。