钢的热处理.doc

1、退火简 介退 火 定 义将 金 属 缓 慢 加 热 到 一 定 温 度 ， 保 持 足 够 时 间 ， 然 后 以 适 宜 速 度 冷 却 (通常 是 缓 慢 冷 却 ， 有 时 是 控 制 冷 却 )的 一 种 金 属 热 处 理 工 艺 。 目 的是 使 经 过 铸 造 、 锻 轧 、 焊 接 或 切 削 加 工 的 材 料 或 工 件 软 化 ， 改 善 塑 性 和韧 性 ， 使 化 学 成 分 均 匀 化 ， 去 除 残 余 应 力 ， 或 得 到 预 期 的 物 理 性 能 。 退 火 工艺 随 目 的 之 不 同 而 有 多 种 ， 如 等 温 退 火 、 均 匀 化 退 火 、

2、球 化 退 火 、 去 除 应 力退 火 、 再 结 晶 退 火 ， 以 及 稳 定 化 退 火 、 磁 场 退 火 等 等 。 1、 金 属 工 具 使 用 时 因 受 热 而 失 去 原 有 的 硬 度 。 2、 把 金 属 材 料 或 工 件 加 热 到 一 定 温 度 并 持 续 一 定 时 间 后 ， 使 缓 慢 冷 却 。退 火 可 以 减 低 金 属 硬 度 和 脆 性 ， 增 加 可 塑 性 。 也 叫 焖 火 。 退 火 的 目 的(1)降 低 硬 度 ， 改 善 切 削 加 工 性 ； (2)消 除 残 余 应 力 ， 稳 定 尺 寸 ， 减 少 变 形 与 裂 纹 倾 向

3、 ； (3)细 化 晶 粒 ， 调 整 组 织 ， 消 除 组 织 缺 陷 。 在 生 产 中 ， 退 火 工 艺 应 用 很 广 泛 。 根 据 工 件 要 求 退 火 的 目 的 不 同 ， 退 火的 工 艺 规 范 有 多 种 ， 常 用 的 有 完 全 退 火 、 球 化 退 火 、 和 去 应 力 退 火 等 。 退 火 方 法退 火 的 一 个 最 主 要 工 艺 参 数 是 最 高 加 热 温 度 （ 退 火 温 度 ） ， 大 多 数 合 金的 退 火 加 热 温 度 的 选 择 是 以 该 合 金 系 的 相 图 为 基 础 的 ,如 碳 素 钢 以 铁 碳 平 衡图 为 基

4、 础 （ 图 1） 。 各 种 钢 (包 括 碳 素 钢 及 合 金 钢 )的 退 火 温 度 ， 视 具 体 退 火目 的 的 不 同 而 在 各 该 钢 种 的 Ac3 以 上 、 Ac1 以 上 或 以 下 的 某 一 温 度 。 各 种 非铁 合 金 的 退 火 温 度 则 在 各 该 合 金 的 固 相 线 温 度 以 下 、 固 溶 度 线 温 度 以 上 或 以下 的 某 一 温 度 。 重 结 晶 退 火 (完 全 退 火 )应 用 于 平 衡 加 热 和 冷 却 时 有 固 态 相 变 (重 结 晶 )发 生 的 合 金 。 其 退 火 温 度为 各 该 合 金 的 相 变

5、温 度 区 间 以 上 或 退 火以 内 的 某 一 温 度 。 加 热 和 冷 却 都 是 缓 慢 的 。 合 金 于 加 热 和 冷 却 过 程 中 各 发 生一 次 相 变 重 结 晶 ， 故 称 为 重 结 晶 退 火 ， 常 被 简 称 为 退 火 。 这 种 退 火 方 法 ， 相 当 普 遍 地 应 用 于 钢 。 钢 的 重 结 晶 退 火 工 艺 是 :缓 慢 加热 到 Ac3（ 亚 共 析 钢 ） 或 Ac1（ 共 析 钢 或 过 共 析 钢 ） 以 上 30 50 ， 保 持 适当 时 间 ， 然 后 缓 慢 冷 却 下 来 。 通 过 加 热 过 程 中 发 生 的 珠

6、 光 体 （ 或 者 还 有 先 共析 的 铁 素 体 或 渗 碳 体 ） 转 变 为 奥 氏 体 （ 第 一 回 相 变 重 结 晶 ） 以 及 冷 却 过 程 中发 生 的 与 此 相 反 的 第 二 回 相 变 重 结 晶 ， 形 成 晶 粒 较 细 、 片 层 较 厚 、 组 织 均 匀的 珠 光 体 (或 者 还 有 先 共 析 铁 素 体 或 渗 碳 体 )。 退 火 温 度 在 Ac3 以 上 （ 亚 共 析钢 ） 使 钢 发 生 完 全 的 重 结 晶 者 ， 称 为 完 全 退 火 ， 退 火 温 度 在 Ac1 与 Ac3 之 间 (亚 共 析 钢 )或 Ac1 与 Acm

7、 之 间 （ 过 共 析 钢 ） ,使 钢 发 生 部 分 的 重 结 晶 者 ,称 为不 完 全 退 火 。 前 者 主 要 用 于 亚 共 析 钢 的 铸 件 、 锻 轧 件 、 焊 件 ， 以 消 除 组 织 缺陷 （ 如 魏 氏 组 织 、 带 状 组 织 等 ） ， 使 组 织 变 细 和 变 均 匀 ， 以 提 高 钢 件 的 塑 性和 韧 性 。 后 者 主 要 用 于 中 碳 和 高 碳 钢 及 低 合 金 结 构 钢 的 锻 轧 件 。 此 种 锻 、 轧件 若 锻 、 轧 后 的 冷 却 速 度 较 大 时 ， 形 成 的 珠 光 体 较 细 、 硬 度 较 高 ； 若 停

8、 锻 、停 轧 温 度 过 低 ， 钢 件 中 还 有 大 的 内 应 力 。 此 时 可 用 不 完 全 退 火 代 替 完 全 退 火 ，使 珠 光 体 发 生 重 结 晶 ,晶 粒 变 细 ， 同 时 也 降 低 硬 度 ， 消 除 内 应 力 ,改 善 被 切 削性 。 此 外 ,退 火 温 度 在 Ac1 与 Acm 之 间 的 过 共 析 钢 球 化 退 火 ,也 是 不 完 全 退 火 。重 结 晶 退 火 也 用 于 非 铁 合 金 ， 例 如 钛 合 金 于 加 热 和 冷 却 时 发 生 同 素 异 构转 变 ， 低 温 为 相 (密 排 六 方 结 构 )， 高 温 为

9、相 （ 体 心 立 方 结 构 ） ， 其中 间 是 “ + ”两 相 区 ， 即 相 变 温 度 区 间 。 为 了 得 到 接 近 平 衡 的 室 温 稳 定 组织 和 细 化 晶 粒 ， 也 进 行 重 结 晶 退 火 ， 即 缓 慢 加 热 到 高 于 相 变 温 度 区 间 不 多 的温 度 ， 保 温 适 当 时 间 ， 使 合 金 转 变 为 相 的 细 小 晶 粒 ； 然 后 缓 慢 冷 却 下 来 ，使 相 再 转 变 为 相 或 + 两 相 的 细 小 晶 粒 。 等 温 退 火应 用 于 钢 和 某 些 非 铁 合 金 如 钛 合 金 的 一 种 控 制 冷 却 的 退

10、火 方 法 。 对 钢 来说 ， 是 缓 慢 加 热 到 Ac3（ 亚 共 析 退 火钢 ） 或 Ac1（ 共 析 钢 和 过 共 析 钢 ） 以 上 不 多 的 温 度 ， 保 温 一 段 时 间 ,使 钢 奥氏 体 化 ,然 后 迅 速 移 入 温 度 在 A1 以 下 不 多 的 另 一 炉 内 ， 等 温 保 持 直 到 奥 氏 体全 部 转 变 为 片 层 状 珠 光 体 （ 亚 共 析 钢 还 有 先 共 析 铁 素 体 ； 过 共 析 钢 还 有 先 共析 渗 碳 体 ） 为 止 ， 最 后 以 任 意 速 度 冷 却 下 来 (通 常 是 出 炉 在 空 气 中 冷 却 )。

11、等温 保 持 的 大 致 温 度 范 围 在 所 处 理 钢 种 的 等 温 转 变 图 上 A1 至 珠 光 体 转 变 鼻 尖温 度 这 一 区 间 之 内 (见 过 冷 奥 氏 体 转 变 图 )； 具 体 温 度 和 时 间 ， 主 要 根 据 退 火后 所 要 求 的 硬 度 来 确 定 （ 图 2） 。 等 温 温 度 不 可 过 低 或 过 高 ， 过 低 则 退 火 后硬 度 偏 高 ； 过 高 则 等 温 保 持 时 间 需 要 延 长 。 钢 的 等 温 退 火 的 目 的 ， 与 重 结 晶退 火 基 本 相 同 ,但 工 艺 操 作 和 所 需 设 备 都 比 较 复

12、杂 ,所 以 通 常 主 要 是 应 用 于 过冷 奥 氏 体 在 珠 光 体 型 相 变 温 度 区 间 转 变 相 当 缓 慢 的 合 金 钢 。 后 者 若 采 用 重 结晶 退 火 方 法 ， 往 往 需 要 数 十 小 时 ， 很 不 经 济 ； 采 用 等 温 退 火 则 能 大 大 缩 短 生产 周 期 ， 并 能 使 整 个 工 件 获 得 更 为 均 匀 的 组 织 和 性 能 。 等 温 退 火 也 可 在 钢 的热 加 工 的 不 同 阶 段 来 用 。 例 如 ,若 让 空 冷 淬 硬 性 合 金 钢 由 高 温 空 冷 到 室 温 时 ，当 心 部 转 变 为 马 氏

13、 体 之 时 ， 在 已 发 生 了 马 氏 体 相 变 的 外 层 就 会 出 现 裂 纹 ;若将 该 类 钢 的 热 钢 锭 或 钢 坯 在 冷 却 过 程 中 放 入 700 左 右 的 等 温 炉 内 ， 保 持 等温 直 到 珠 光 体 相 变 完 成 后 ， 再 出 炉 空 冷 ， 则 可 免 生 裂 纹 。 含 相 稳 定 化 元 素 较 高 的 钛 合 金 ， 其 相 相 当 稳 定 ， 容 易 被 过 冷 。 过冷 的 相 ， 其 等 温 转 变 动 力 学 曲 线 （ 图 3） 与 钢 的 过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 图 相似 。 为 了 缩 短 重 结 晶 退 火

14、 的 生 产 周 期 并 获 得 更 细 、 更 均 匀 的 组 织 ， 亦 可 采 用等 温 退 火 。 均 匀 化 退 火亦 称 扩 散 退 火 。 应 用 于 钢 及 非 铁 合 金 （ 如 锡 青 铜 、 硅 青 铜 、 白 铜 、 镁 合金 等 ） 的 铸 锭 或 铸 件 的 一 种 退 火 退 火方 法 。 将 铸 锭 或 铸 件 加 热 到 各 该 合 金 的 固 相 线 温 度 以 下 的 某 一 较 高 温 度 ,长时 间 保 温 ,然 后 缓 慢 冷 却 下 来 。 均 匀 化 退 火 是 使 合 金 中 的 元 素 发 生 固 态 扩 散 ，来 减 轻 化 学 成 分 不

15、 均 匀 性 （ 偏 析 ） ， 主 要 是 减 轻 晶 粒 尺 度 内 的 化 学 成 分 不 均匀 性 （ 晶 内 偏 析 或 称 枝 晶 偏 析 ） 。 均 匀 化 退 火 温 度 所 以 如 此 之 高 ， 是 为 了 加快 合 金 元 素 扩 散 ， 尽 可 能 缩 短 保 温 时 间 。 合 金 钢 的 均 匀 化 退 火 温 度 远 高 于Ac3， 通 常 是 1050 1200 。 非 铁 合 金 锭 进 行 均 匀 化 退 火 的 温 度 一 般 是“0.95固 相 线 温 度 (K)”,均 匀 化 退 火 因 加 热 温 度 高 ， 保 温 时 间 长 ， 所 以 热能 消

16、 耗 量 大 。 球 化 退 火只 应 用 于 钢 的 一 种 退 火 方 法 。 将 钢 加 热 到 稍 低 于 或 稍 高 于 Ac1 的 温 度 或者 使 温 度 在 A1 上 下 周 期 变 化 ， 然 后 缓 冷 下 来 。 目 的 在 于 使 珠 光 体 内 的 片 状 渗碳 体 以 及 先 共 析 渗 碳 体 都 变 为 球 粒 状 ， 均 匀 分 布 于 铁 素 体 基 体 中 (这 种 组 织称 为 球 化 珠 光 体 )。 具 有 这 种 组 织 的 中 碳 钢 和 高 碳 钢 硬 度 低 、 被 切 削 性 好 、 冷形 变 能 力 大 。 对 工 具 钢 来 说 ， 这

17、 种 组 织 是 淬 火 前 最 好 的 原 始 组 织 。 去 应 力 退 火将 钢 件 加 热 到 稍 高 于 Ac1 的 温 度 ， 保 温 一 定 时 间 后 随 炉 冷 却 到550600 出 炉 空 冷 的 热 处 理 工 艺 称 为 去 应 力 退 火 。 去 应 力 加 热 温 度 低 ， 在 退火 过 程 中 无 组 织 转 变 ， 主 要 适 用 于 毛 坯 件 及 经 过 切 削 加 工 的 零 件 ， 目 的 是 为了 消 除 毛 坯 和 零 件 中 的 残 余 应 力 ， 稳 定 工 件 尺 寸 及 形 状 ， 减 少 零 件 在 切 削 加工 和 使 用 过 程 中

18、 的 形 变 和 裂 纹 倾 向 。 工 艺球 化 退 火 的 具 体 工 艺（ 图 4） 有 ： 普 通 （ 缓 冷 ） 球 化 退 火 （ 图 4a） ， 缓 冷 适 用 于 多 数 钢 种 ，尤 其 是 装 炉 量 大 时 ， 操 作 比 较 方 便 ， 但 生 产 周 期 长 ； 等 温 球 化 退 火 （ 图4b） ， 适 用 于 多 数 钢 种 ， 特 别 是 难 于 球 化 的 钢 以 及 球 化 质 量 要 求 高 的 钢 （ 如滚 动 轴 承 钢 ） ； 其 生 产 周 期 比 普 通 球 化 退 火 短 ， 不 过 需 要 有 能 够 控 制 共 析 转变 前 冷 却 速

19、率 的 炉 子 ； 周 期 球 化 退 火 （ 图 4c） ， 适 用 于 原 始 组 织 为 片 层 状珠 光 体 组 织 的 钢 ， 其 生 产 周 期 也 比 普 通 球 化 退 火 短 ， 不 过 在 设 备 装 炉 量 大 的条 件 下 ， 很 难 按 控 制 要 求 改 变 温 度 ， 故 在 生 产 中 未 广 泛 采 用 ； 低 温 球 化 退火 （ 图 4d） ， 适 用 于 经 过 冷 形 变 加 工 的 钢 以 及 淬 火 硬 化 过 的 钢 （ 后 者 通 常 称为 高 温 软 化 回 火 ） ； 形 变 球 化 退 火 ， 形 变 加 工 对 球 化 有 加 速 作

20、用 ,将 形 变加 工 与 球 化 结 合 起 来 ,可 缩 短 球 化 时 间 。 它 适 用 于 冷 、 热 形 变 成 形 的 钢 件 和钢 材 （ 如 带 材 ） （ 图 4e 是 在 Acm 或 Ac3 与 Ac1 之 间 进 行 短 时 间 、 大 形 变 量的 热 形 变 加 工 者 ； 图 4f 是 在 常 温 先 予 以 形 变 加 工 者 ； 图 4g 是 利 用 锻 造 余 热进 行 球 化 者 ） 。 再 结 晶 退 火 工 艺应 用 于 经 过 冷 变 形 加 工 的 金 属 及 合 金 的 一 种 退 火 方 法 。 目 的 为 使 金 属 内部 组 织 变 为 细

21、 小 的 等 轴 晶 粒 ， 消 除 形 变 硬 化 ， 恢 复 金 属 或 合 金 的 塑 性 和 形 变能 力 （ 回 复 和 再 结 晶 ） 。 若 欲 保 持 金 属 或 合 金 表 面 光 亮 ， 则 可 在 可 控 气 氛 的炉 中 或 真 空 炉 中 进 行 再 结 晶 退 火 。 去 除 应 力 退 火 铸 、 锻 、 焊 件 在 冷 却 时 由 于 各 部 位 冷 却 速 度 不 同 而 产 生 内应 力 ， 金 属 及 合 金 在 冷 变 形 加 工 中 以 及 工 件 在 切 削 加 工 过 程 中 也 产 生 内 应 力 。若 内 应 力 较 大 而 未 及 时 予 以

22、 去 除 ， 常 导 致 工 件 变 形 甚 至 形 成 裂 纹 。 去 除 应 力退 火 是 将 工 件 缓 慢 加 热 到 较 低 温 度 （ 例 如 ， 灰 口 铸 铁 是 500 550 ， 钢 是500 650 ） ， 保 温 一 段 时 间 ,使 金 属 内 部 发 生 弛 豫 ， 然 后 缓 冷 下 来 。 应 该 指出 ,去 除 应 力 退 火 并 不 能 将 内 应 力 完 全 去 除 ， 而 只 是 部 分 去 除 ， 从 而 消 除 它 的有 害 作 用 。 还 有 一 些 专 用 退 火 方 法 ， 如 不 锈 耐 酸 钢 稳 定 化 退 火 ； 软 磁 合 金 磁 场

23、 退 火 ；硅 钢 片 氢 气 退 火 ； 可 锻 铸 铁 可 锻 化 退 火 等 。 其 它 相 关将 工 件 加 热 到 预 定 温 度 ， 保 温 一 定 的 时 间 后 缓 慢 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。退 火 的 目 的 在 于 ： 改 善 或 消 除 钢 铁 在 铸 造 、 锻 压 、 轧 制 和 焊 接 过 程 中 所 造成 的 各 种 组 织 缺 陷 以 及 残 余 应 力 ， 防 止 工 件 变 形 、 开 裂 。 软 化 工 件 以 便 进行 切 削 加 工 。 细 化 晶 粒 ， 改 善 组 织 以 提 高 工 件 的 机 械 性 能 。 为 最 终 热

24、处理 （ 淬 火 、 回 火 ） 作 好 组 织 准 备 。 常 用 的 退 火 工 艺 有 ： 完 全 退 火 。 用 以 细化 中 、 低 碳 钢 经 铸 造 、 锻 压 和 焊 接 后 出 现 的 力 学 性 能 不 佳 的 粗 大 过 热 组 织 。将 工 件 加 热 到 铁 素 体 全 部 转 变 为 奥 氏 体 的 温 度 以 上 30 50 ， 保 温 一 段 时 间 ，然 后 随 炉 缓 慢 冷 却 ， 在 冷 却 过 程 中 奥 氏 体 再 次 发 生 转 变 ， 即 可 使 钢 的 组 织 变细 。 球 化 退 火 。 用 以 降 低 工 具 钢 和 轴 承 钢 锻 压 后

25、 的 偏 高 硬 度 。 将 工 件 加 热到 钢 开 始 形 成 奥 氏 体 的 温 度 以 上 20 40 ， 保 温 后 缓 慢 冷 却 ， 在 冷 却 过 程 中珠 光 体 中 的 片 层 状 渗 碳 体 变 为 球 状 ， 从 而 降 低 了 硬 度 。 等 温 退 火 。 用 以 降低 某 些 镍 、 铬 含 量 较 高 的 合 金 结 构 钢 的 高 硬 度 ， 以 进 行 切 削 加 工 。 一 般 先 以较 快 速 度 冷 却 到 奥 氏 体 最 不 稳 定 的 温 度 ， 保 温 适 当 时 间 ， 奥 氏 体 转 变 为 托 氏体 或 索 氏 体 ， 硬 度 即 可 降

26、低 。 再 结 晶 退 火 。 用 以 消 除 金 属 线 材 、 薄 板 在 冷拔 、 冷 轧 过 程 中 的 硬 化 现 象 （ 硬 度 升 高 、 塑 性 下 降 ） 。 加 热 温 度 一 般 为 钢 开始 形 成 奥 氏 体 的 温 度 以 下 50 150 ， 只 有 这 样 才 能 消 除 加 工 硬 化 效 应 使 金属 软 化 。 石 墨 化 退 火 。 用 以 使 含 有 大 量 渗 碳 体 的 铸 铁 变 成 塑 性 良 好 的 可 锻铸 铁 。 工 艺 操 作 是 将 铸 件 加 热 到 950 左 右 ， 保 温 一 定 时 间 后 适 当 冷 却 ，使 渗 碳 体

27、分 解 形 成 团 絮 状 石 墨 。 扩 散 退 火 。 用 以 使 合 金 铸 件 化 学 成 分 均 匀化 ， 提 高 其 使 用 性 能 。 方 法 是 在 不 发 生 熔 化 的 前 提 下 ， 将 铸 件 加 热 到 尽 可能 高 的 温 度 ， 并 长 时 间 保 温 ， 待 合 金 中 各 种 元 素 扩 散 趋 于 均 匀 分 布 后 缓 冷 。 去 应 力 退 火 。 用 以 消 除 钢 铁 铸 件 和 焊 接 件 的 内 应 力 。 对 于 钢 铁 制 品 加 热 后开 始 形 成 奥 氏 体 的 温 度 以 下 100 200 ， 保 温 后 在 空 气 中 冷 却 ，

28、 即 可 消 除 内应 力 。 退 火 为 了 消 除 塑 料 制 品 的 内 应 力 或 控 制 结 晶 过 程 ， 将 制 品 加 热 到 适 当的 温 度 并 保 持 一 定 时 间 ， 而 后 慢 慢 冷 却 的 操 作 。 退 火 annealing 加 热 使 DNA 双 螺 旋 解 开 ， 在 一 定 的 条 件 下 ， 两 条 互 补 的 单 链 依 靠 彼 此 的碱 基 配 对 重 新 形 成 双 链 DNA 的 过 程 ， 亦 即 复 性 过 程 。 热 变 性 的 DNA 单 链 在 缓慢 冷 却 过 程 中 可 以 达 到 很 好 的 退 火 。 退 火 的 两 条 单

29、 链 可 以 来 自 同 一 个 双 链 的DNA 分 子 ， 也 可 以 来 自 不 同 的 DNA 分 子 。 退 火 是 变 性 的 逆 转 过 程 ， 它 受 温 度 、时 间 、 DNA 浓 度 、 DNA 顺 序 的 复 杂 性 等 因 素 的 影 响 。 如 PCR 反 应 中 引 物 与 模板 DNA 的 退 火 ， 核 酸 杂 交 中 探 针 与 被 检 DNA 的 退 火 。 在 半 导 体 技 术 中 也 常 常 采 用 退 火 技 术半 导 体 芯 片 退 火半 导 体 芯 片 在 经 过 离 子 注 入 以 后 就 需 要 退 火 。 因 为 往 半 导 体 中 注

30、入 杂 质离 子 时 ， 高 能 量 的 入 射 离 子 会 与 半 导 体 晶 格 上 的 原 子 碰 撞 ， 使 一 些 晶 格 原 子发 生 位 移 ， 结 果 造 成 大 量 的 空 位 ， 将 使 得 注 入 区 中 的 原 子 排 列 混 乱 或 者 变 成为 非 晶 区 ， 所 以 在 离 子 注 入 以 后 必 须 把 半 导 体 放 在 一 定 的 温 度 下 进 行 退 火 ，以 恢 复 晶 体 的 结 构 和 消 除 缺 陷 。 同 时 ， 退 火 还 有 激 活 施 主 和 受 主 杂 质 的 功 能 ，即 把 有 些 处 于 间 隙 位 置 的 杂 质 原 子 通 过

31、 退 火 而 让 它 们 进 入 替 代 位 置 。 退 火 的温 度 一 般 为 200800C， 比 热 扩 散 掺 杂 的 温 度 要 低 得 多 。 蒸 发 电 极 金 属 退 火蒸 发 电 极 金 属 以 后 需 要 进 行 退 火 ， 使 得 半 导 体 表 面 与 金 属 能 够 形 成 合 金 ，以 接 触 良 好 （ 减 小 接 触 电 阻 ） 。 这 时 的 退 火 温 度 要 选 取 得 稍 高 于 金 属 -半 导体 的 共 熔 点 （ 对 于 Si-Al 合 金 ， 为 570 度 ） 。正火正 火 ， 又 称 常 化 ， 是 将 工 件 加 热 至 Ac3 或 Ac

32、cm 以 上 3050 ， 保 温 一 段 时 间后 ， 从 炉 中 取 出 在 空 气 中 或 喷 水 、 喷 雾 或 吹 风 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。 其 目的 是 在 于 使 晶 粒 细 化 和 碳 化 物 分 布 均 匀 化 。 正 火 与 退 火 的 不 同 点 是 正 火 冷 却速 度 比 退 火 冷 却 速 度 稍 快 ， 因 而 正 火 组 织 要 比 退 火 组 织 更 细 一 些 ， 其 机 械 性能 也 有 所 提 高 。 另 外 ， 正 火 炉 外 冷 却 不 占 用 设 备 ， 生 产 率 较 高 ， 因 此 生 产 中尽 可 能 采 用 正 火 来

33、 代 替 退 火 。 正 火 的 主 要 应 用 范 围 有 ： 用 于 低 碳 钢 ， 正 火 后 硬 度 略 高 于 退 火 ， 韧 性也 较 好 ， 可 作 为 切 削 加 工 的 预 处 理 。 用 于 中 碳 钢 ， 可 代 替 调 质 处 理 作 为 最后 热 处 理 ， 也 可 作 为 用 感 应 加 热 方 法 进 行 表 面 淬 火 前 的 预 备 处 理 。 用 于 工具 钢 、 轴 承 钢 、 渗 碳 钢 等 ， 可 以 消 降 或 抑 制 网 状 碳 化 物 的 形 成 ， 从 而 得 到 球化 退 火 所 需 的 良 好 组 织 。 用 于 铸 钢 件 ， 可 以 细

34、 化 铸 态 组 织 ， 改 善 切 削 加 工性 能 。 用 于 大 型 锻 件 ， 可 作 为 最 后 热 处 理 ， 从 而 避 免 淬 火 时 较 大 的 开 裂 倾向 。 用 于 球 墨 铸 铁 ， 使 硬 度 、 强 度 、 耐 磨 性 得 到 提 高 ， 如 用 于 制 造 汽 车 、拖 拉 机 、 柴 油 机 的 曲 轴 、 连 杆 等 重 要 零 件 。 过 共 析 钢 球 化 退 火 前 进 行 一次 正 火 ， 可 消 除 网 状 二 次 渗 碳 体 ， 以 保 证 球 化 退 火 时 渗 碳 体 全 部 球 粒 化 。 正 火 后 的 组 织 ： 亚 共 析 钢 为 F

35、+S， 共 析 钢 为 S， 过 共 析 钢 为 S+二 次 渗 碳体 ， 且 为 不 连 续 。 将 工 件 加 热 到 适 当 温 度 （ Ac3 或 ACcm 以 上 30 50 ） （ 见 钢 铁 显 微 组织 ） ， 保 温 后 在 空 气 中 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。 正 火 主 要 用 于 钢 铁 工 件 。 一般 钢 铁 正 火 与 退 火 相 似 ， 但 冷 却 速 度 稍 大 ， 组 织 较 细 。 有 些 临 界 冷 却 速 度（ 见 淬 火 ） 很 小 的 钢 ， 在 空 气 中 冷 却 就 可 以 使 奥 氏 体 转 变 为 马 氏 体 ， 这 种

36、处理 不 属 于 正 火 性 质 ， 而 称 为 空 冷 淬 火 。 与 此 相 反 ， 一 些 用 临 界 冷 却 速 度 较 大的 钢 制 作 的 大 截 面 工 件 ， 即 使 在 水 中 淬 火 也 不 能 得 到 马 氏 体 ， 淬 火 的 效 果 接近 正 火 。 钢 正 火 后 的 硬 度 比 退 火 高 。 正 火 时 不 必 像 退 火 那 样 使 工 件 随 炉 冷 却 ，占 用 炉 子 时 间 短 ， 生 产 效 率 高 ， 所 以 在 生 产 中 一 般 尽 可 能 用 正 火 代 替 退 火 。对 于 含 碳 量 低 于 0.25%的 低 碳 钢 ， 正 火 后 达

37、到 的 硬 度 适 中 ， 比 退 火 更 便 于 切削 加 工 ， 一 般 均 采 用 正 火 为 切 削 加 工 作 准 备 。 对 含 碳 量 为 0.25 0.5%的 中 碳钢 ， 正 火 后 也 可 以 满 足 切 削 加 工 的 要 求 。 对 于 用 这 类 钢 制 作 的 轻 载 荷 零 件 ，正 火 还 可 以 作 为 最 终 热 处 理 。 高 碳 工 具 钢 和 轴 承 钢 正 火 是 为 了 消 除 组 织 中 的网 状 碳 化 物 ， 为 球 化 退 火 作 组 织 准 备 。 钢 件 的 热 处 理 工 艺 正 火钢 的 热 处 理 种 类 分 为 整 体 热 处

38、理 和 表 面 热 处 理 两 大 类 。 常 用 的 整 体 热 处理 有 退 火 ， 正 火 、 淬 火 和 回 火 ； 表 面 热 处 理 可 分 为 表 面 淬 火 与 化 学 热 处 理 两类 。 正 火 是 将 钢 件 加 热 到 临 界 温 度 以 上 30-50 ,保 温 适 当 时 间 后 ， 在 静 止 的空 气 中 冷 却 的 热 处 理 工 艺 称 为 正 火 。 正 火 的 主 要 目 的 是 细 化 组 织 ， 改 善 钢 的性 能 ， 获 得 接 近 平 衡 状 态 的 组 织 。 正 火 与 退 火 工 艺 相 比 ， 其 主 要 区 别 是 正 火 的 冷 却

39、 速 度 稍 快 ， 所 以 正 火 热处 理 的 生 产 周 期 短 。 故 退 火 与 正 火 同 样 能 达 到 零 件 性 能 要 求 时 ， 尽 可 能 选 用正 火 。 大 部 分 中 、 低 碳 钢 的 坯 料 一 般 都 采 用 正 火 热 处 理 。 一 般 合 金 钢 坯 料 常采 用 退 火 ， 若 用 正 火 ， 由 于 冷 却 速 度 较 快 ， 使 其 正 火 后 硬 度 较 高 ， 不 利 于 切削 加 工 。 其 他将 工 件 加 热 到 适 当 温 度 ， 保 温 一 段 时 间 后 从 炉 中 取 出 ， 在 空 气 中 冷却 的 金 属 热 处 理 工 艺

40、 。 正 火 与 退 火 的 不 同 点 是 正 火 冷 却 速 度 比 退 火 冷 却 速 度稍 快 ， 因 而 正 火 组 织 要 比 退 火 组 织 更 细 一 些 ， 其 机 械 性 能 也 有 所 提 高 。 另 外 ，正 火 炉 外 冷 却 不 占 用 设 备 ， 生 产 率 较 高 ， 因 此 生 产 中 尽 可 能 采 用 正 火 来 代 替退 火 。 正 火 的 主 要 应 用 范 围 有 ： 用 于 低 碳 钢 ， 正 火 后 硬 度 略 高 于 退 火 ， 韧性 也 较 好 ， 可 作 为 切 削 加 工 的 预 处 理 。 用 于 中 碳 钢 ， 可 代 替 调 质 处

41、 理 作 为最 后 热 处 理 ， 也 可 作 为 用 感 应 加 热 方 法 进 行 表 面 淬 火 前 的 预 备 处 理 。 用 于工 具 钢 、 轴 承 钢 、 渗 碳 钢 等 ， 可 以 消 降 或 抑 制 网 状 碳 化 物 的 形 成 ， 从 而 得 到球 化 退 火 所 需 的 良 好 组 织 。 用 于 铸 钢 件 ， 可 以 细 化 铸 态 组 织 ， 改 善 切 削 加工 性 能 。 用 于 大 型 锻 件 ， 可 作 为 最 后 热 处 理 ， 从 而 避 免 淬 火 时 较 大 的 开 裂倾 向 。 用 于 球 墨 铸 铁 ， 使 硬 度 、 强 度 、 耐 磨 性

42、得 到 提 高 ， 如 用 于 制 造 汽 车 、拖 拉 机 、 柴 油 机 的 曲 轴 、 连 杆 等 重 要 零 件 。淬火淬 火 目 的淬 火 的 目 的 是 使 过 冷 奥 氏 体 进 行 马 氏 体 或 贝 氏 体 转 变 ， 得 到 马 氏 体 或 下贝 氏 体 组 织 ， 然 后 配 合 以 不 同 温 度 的 回 火 ， 以 大 幅 提 高 钢 的 强 度 、 硬 度 、 耐磨 性 、 疲 劳 强 度 以 及 韧 性 等 ， 从 而 满 足 各 种 机 械 零 件 和 工 具 的 不 同 使 用 要 求 。也 可 以 通 过 淬 火 满 足 某 些 特 种 钢 材 的 铁 磁

43、性 、 耐 蚀 性 等 特 殊 的 物 理 、 化 学 性能 。 淬 火 工 艺将 金 属 工 件 加 热 到 某 一 适 当 温 度 并 保 持 一 段 时 间 ， 随 即 浸 入 淬 冷 介 质 中快 速 冷 却 的 金 属 热 处 理 工 艺 。 常 用 的 淬 冷 介 质 有 盐 水 、 水 、 矿 物 油 、 空 气 等 。淬 火 可 以 提 高 金 属 工 件 的 硬 度 及 耐 磨 性 ， 因 而 广 泛 用 于 各 种 工 、 模 、 量 具 及要 求 表 面 耐 磨 的 零 件 （ 如 齿 轮 、 轧 辊 、 渗 碳 零 件 等 ） 。 通 过 淬 火 与 不 同 温 度的

44、回 火 配 合 ， 可 以 大 幅 度 提 高 金 属 的 强 度 、 韧 性 及 疲 劳 强 度 ， 并 可 获 得 这 些性 能 之 间 的 配 合 （ 综 合 机 械 性 能 ） 以 满 足 不 同 的 使 用 要 求 。 另 外 淬 火 还 可 使一 些 特 殊 性 能 的 钢 获 得 一 定 的 物 理 化 学 性 能 ， 如 淬 火 使 永 磁 钢 增 强 其 铁 磁 性 、不 锈 钢 提 高 其 耐 蚀 性 等 。 淬 火 工 艺 主 要 用 于 钢 件 。 常 用 的 钢 在 加 热 到 临 界 温度 以 上 时 ， 原 有 在 室 温 下 的 组 织 将 全 部 或 大 部

45、转 变 为 奥 氏 体 。 随 后 将 钢 浸 入水 或 油 中 快 速 冷 却 ， 奥 氏 体 即 转 变 为 马 氏 体 。 与 钢 中 其 他 组 织 相 比 ， 马 氏 体硬 度 最 高 。 淬 火 时 的 快 速 冷 却 会 使 工 件 内 部 产 生 内 应 力 ， 当 其 大 到 一 定 程 度时 工 件 便 会 发 生 扭 曲 变 形 甚 至 开 裂 。 为 此 必 须 选 择 合 适 的 冷 却 方 法 。 根 据 冷却 方 法 ， 淬 火 工 艺 分 为 单 液 淬 火 、 双 介 质 淬 火 、 马 氏 体 分 级 淬 火 和 贝 氏 体 等温 淬 火 4 类 。 淬 火

46、 效 果 的 重 要 因 素 ， 淬 火 工 件 硬 度 要 求 和 检 测 方 法 ： 淬 火 工 件 的 硬 度淬 火 工 件 的 硬 度 影 响 了 淬 火 的 效 果 。 淬 火 工 件 一 般 采 用 洛 氏 硬 度 计 ， 测试 HRC 硬 度 。 淬 火 的 薄 硬 钢 板 和 表 面 淬 火 工 件 可 测 试 HRA 的 硬 度 。 厚 度 小 于0.8mm 的 淬 火 钢 板 、 浅 层 表 面 淬 火 工 件 和 直 径 小 于 5mm 的 淬 火 钢 棒 ， 可 改 用表 面 洛 氏 硬 度 计 ， 测 试 HRN 硬 度 。 在 焊 接 中 碳 钢 和 某 些 合 金

47、 钢 时 ， 热 影 响 区 中 可 能 发 生 淬 火 现 象 而 变 硬 ，易 形 成 冷 裂 纹 ， 这 是 在 焊 接 过 程 中 要 设 法 防 止 的 。 由 于 淬 火 后 金 属 硬 而 脆 ， 产 生 的 表 面 残 余 应 力 会 造 成 冷 裂 纹 ， 回 火 可 作为 在 不 影 响 硬 度 的 基 础 上 ， 消 除 冷 裂 纹 的 手 段 之 一 。 淬 火 对 厚 度 、 直 径 较 小 的 零 件 使 用 比 较 合 适 ， 对 于 过 大 的 零 件 ， 淬 火 深度 不 够 ， 渗 碳 也 存 在 同 样 问 题 ， 此 时 应 考 虑 在 钢 材 中 加

48、入 铬 等 合 金 来 增 加 强度 。 淬 火 是 钢 铁 材 料 强 化 的 基 本 手 段 之 一 。 钢 中 马 氏 体 是 铁 基 固 溶 体 组 织 中最 硬 的 相 (表 1)， 故 钢 件 淬 火 可 以 获 得 高 硬 度 、 高 强 度 。 但 是 ， 马 氏 体 的 脆 性很 大 ， 加 之 淬 火 后 钢 件 内 部 有 较 大 的 淬 火 内 应 力 ， 因 而 不 宜 直 接 应 用 ， 必 须进 行 回 火 。 表 1 钢 中 铁 基 固 溶 体 的 显 微 硬 度 值 淬 火 工 艺 的 应 用淬 火 工 艺 在 现 代 机 械 制 造 工 业 得 到 广 泛

49、的 应 用 。 机 械 中 重 要 零 件 ， 尤 其在 汽 车 、 飞 机 、 火 箭 中 应 用 的 钢 件 几 乎 都 经 过 淬 火 处 理 。 为 满 足 各 种 零 件 干差 万 别 的 技 术 要 求 ， 发 展 了 各 种 淬 火 工 艺 。 如 ， 按 接 受 处 理 的 部 位 ， 有 整 体 、局 部 淬 火 和 表 面 淬 火 ； 按 加 热 时 相 变 是 否 完 全 ， 有 完 全 淬 火 和 不 完 全 淬 火(对 于 亚 共 析 钢 ， 该 法 又 称 亚 临 界 淬 火 )； 按 冷 却 时 相 变 的 内 容 ， 有 分 级 淬 火 ，等 温 淬 火 和 欠 速 淬 火 等 。 工 艺 过 程 包 括 加 热 、 保 温 、 冷 却 3 个 阶 段 。 下 面 以 钢 的 淬 火 为 例 ， 介 绍上 述 三 个 阶 段 工 艺 参 数 选 择 的 原 则 。 淬 火 加 热 温 度淬 火 加 热 温 度以 钢 的 相 变 临 界 点 为 依 据 ， 加 热 时 要 形 成 细 小 、 均 匀 奥 氏 体 晶 粒 ， 淬 火后 获 得