1、热处理培训资料 退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 退火的目的 降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能或为以后的热处理作组织准备。 消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 退火工艺的种类 均匀化退火（扩散退火) 均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以化学成分和组织均匀化为目的的退火
2、工艺。 均匀化退火的加热温度一般为 Ac3+（150200），即 10501150，保温时间一般为 1015h，以保证扩散充分进行，大道消除或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长，晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。 完全退火 完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用于过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到 Acm 以上，在缓慢冷却时，渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网
3、状分布，导致材料脆性增大，给最终热处理留下隐患。 完全退火的加热温度碳钢一般为 Ac3+（3050）；合金钢为Ac3+（50070）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到 500左右出炉空冷。 不完全退火 不完全退火是将铁碳合金加热到 Ac1Ac3 之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度，加热温度为 Ac1+(4060)，保温后缓慢冷却。 等温退火 等温退火是将钢件或毛坯件加热到高于
4、 Ac3（或 Ac1）温度，保持适当时间后，较快地冷却到珠光体温度区间地某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。 等温退火工艺应用于中碳合金钢和低合金钢，其目的是细化组织和降低硬度。亚共析钢加热温度为 Ac3+(3050)，过共析钢加热温度为 Ac3+(2040)，保持一定时间，随炉冷至稍低于 Ar3 温度进行等温转变，然后出炉空冷。等温退火组织与硬度比完全退火更为均匀。 球化退火 球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺。将钢加热到 Ac1 以上2030，保温一段时间，然后缓慢冷却，得到在铁素体基体上均匀分布的球状或颗粒状碳化物的组织。 球化退火主要适用
5、于共析钢和过共析钢，如碳素工具钢、合金工具钢、轴承钢等。这些钢经轧制、锻造后空冷，所得组织是片层状珠光体与网状渗碳体，这种组织硬而脆，不仅难以切削加工，且在以后淬火过程中也容易变形和开裂。而经球化退火得到的是球状珠光体组织，其中的渗碳体呈球状颗粒，弥散分布在铁素体基体上，和片状珠光体相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬火加热时，奥氏体晶粒不易长大，冷却时工件变形和开裂倾向小。另外对于一些需要改善冷塑性变形（如冲压、冷镦等）的亚共析钢有时也可采用球化退火。球化退火加热温度为 Ac1+(2040)或 Acm-(2030)，保温后等温冷却或直接缓慢冷却。在球化退火时奥氏化是“不完全”的，只是片状
6、珠光体转变成奥氏体，及少量过剩碳化物溶解。因此，它不可能消除网状碳化物，如过共析钢有网状碳化物存在，则在球化退火前须先进行正火，将其消除，才能保证球化退火正常进行。 球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到 Ac1 以上 2030，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到 500左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于 Ar1 的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的 1.5 倍。等温后随炉冷至 500左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬
7、度。 再结晶退火（中间退火） 再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。去应力退火 去应力退火是为了消除由于塑性形变加工、焊接等而造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的退火工艺。 锻造、铸造、焊接以及切削加工后的工件内部存在内应力，如不及时消除，将使工件在加工和使用过程中发生变形，影响工件精度。采用去应力退火消除加工过程中产生的内应力十分重要。 去应力退火的加热温度低于相变温度 A1，因此，在整个热处理过程中不发生组织转变。内应力主要是通过工件在保温和缓冷过程中消除的。为了使工件内应力消除得更彻底，
8、在加热时应控制加热温度。一般是低温进炉，然后以 100/h 左右得加热速度加热到规定温度。焊接件得加热温度应略高于 600。保温时间视情况而定，通常为 24h。铸件去应力退火的保温时间取上限，冷却速度控制在（2050）/h，冷至 300以下才能出炉空冷。 固溶退火(不锈钢光亮退火)固溶退火是为了消除钢带的组织缺陷、降低硬度、改善钢的性能，恢复钢的塑性变形能力以满足冷轧生产的需要，所以是冷轧前的必要的工序。其原理是将不锈钢加热升温至其相变温度以上(奥氏体不锈钢一般不超过 1100 摄氏度）并保持一定时间后急冷。冷轧后的半成品的退火叫去应力退火，一般为保护气氛退火，目的是避免氧化造成表面重新生成氧
9、化铁皮，所以俗称光亮退火。氨分解分解氨气生成的氢气、氮气即为保护气体。不管是固溶退火还是光亮退火，要注意的是温度、生产速度。调质:淬火+高温回火=调质 钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火和表面热处理等方法。其中回火又包括调质处理和时效处理。 钢的回火：将已经淬火的钢重新加热到一定温度，再用一定方法冷却称为回火。其目的是消除淬火产生的内应力，降低硬度和脆性，以取得预期的力学性能。回火分高温回火、中温回火和低温回火三类。回火多与淬火、正火配合使用。 调质处理：淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。高温回火是指在 500-650之间进行回火。调质可以使钢的性能，材质得到很大程度的调整，其强度
10、、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。 时效处理：为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度 150-250）精加工前，把工件重新加热到100-150，保持 5-20 小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。 调质常常应用在中碳(低合金)结构钢，也用在低合金铸钢中。总之对力学要求高的结构零部件都要进行调质处理。通常调质的硬度是 HRC28-55 正火工艺 正火工艺是将钢件加热到 Ac3（或 Acm）以上 3050，保温适当的时间后，在静止的空气中
11、冷却的热处理工艺。把钢件加热到 Ac3 以上 100150的正火则称为高温正火。 对于中、低碳钢的铸、锻件正火的主要目的是细化组织。与退火相比，正火后珠光体片层较细、铁素体晶粒也比较细小，因而强度和硬度较高。 低碳钢由于退火后硬度太低，切削加工时产生粘刀的现象，切削性能差，通过正火提高硬度，可改善切削性能，某些中碳结构钢零件可用正火代替调质，简化热处理工艺。 过共析钢正火加热刀 Acm 以上，使原先呈网状的渗碳体全部溶入到奥氏体，然后用较快的速度冷却，抑制渗碳体在奥氏体晶界的析出，从而能消除网状碳化物，改善过共析钢的组织。 焊接件要求焊缝强度的零件用正火来改善焊缝组织，保证焊缝强度。 在热处理
12、过程中返修零件必须正火处理，要求力学性能指标的结构零件必须正火后进行调质才能满足力学性能要求。中、高合金钢和大型锻件正火后必须加高温回火来消除正火时产生的内应力。 有些合金钢在锻造时产生部分马氏体转变，形成硬组织。为了消除这种不良组织采取正火时，比正常正火温度高 20左右加热保温进行正火。 正火工艺比较简便，有利于采用锻造余热正火，可节省能源和缩短生产周期。 正火工艺与操作不当也产生组织缺陷，与退火相似，补救方法基本相同。渗碳件常用热处理工艺及适用范围 1、 直接淬火低温回火组织及性能特点：不能细化钢的晶粒。工件淬火变形较大，合金钢渗碳件表面残余奥氏体量较多，表面硬度较低适用范围：操作简单，成
13、本低廉用来处理对变形和承受冲击载荷不大的零件，适用于气体渗碳和液体渗碳工艺。2、 预冷直接淬火、低温回火，淬火温度 800-850组织及性能特点：可以减少工件淬火变形，渗层中残余奥氏体量也可稍有降低，表面硬度略有提高，但奥氏体晶粒没有变化。适用范围：操作简单，工件氧化、脱碳及淬火变形均小，广泛应用于细晶粒钢制造的各种工具。3、 一次加热淬火，低温回火，淬火温度 820-850或 780-810组织及性能特点：对心部强度要求较高者，采用 820-850淬火，心部为低碳M，表面要求硬度高者，采用 780-810淬火可以细化晶粒。适用范围：适用于固体渗碳后的碳钢和低合金钢工件、气体、液体渗碳的粗晶粒
14、钢，某些渗碳后不宜直接淬火的工件及渗碳后需机械加工的零件。4、 渗碳高温回火，一次加热淬火，低温回火，淬火温度 840-860组织及性能特点：高温回火使 M 和残余 A 分解，渗层中碳和合金元素以碳化物形式析出，便于切削加工及淬火后残余 A 减少。适用范围：主要用于 Cr-Ni 合金渗碳工件5、 二次淬火低温回火组织及性能特点：第一次淬火（或正火），可以消除渗碳层网状碳化物及细化心部组织（850-870），第二次淬火主要改善渗层组织，对心部性能要求不高时可在材料的 Ac1-Ac3 之间淬火，对心部性能要求高时要在 Ac3 以上淬火。适用范围：主要用于对力学性能要求很高的重要渗碳件，特别是对粗晶
15、粒钢。但在渗碳后需经过两次高温加热，使工件变形和氧化脱碳增加，热处理过程较复杂。6、 二次淬火冷处理低温回火组织及性能特点：高于 Ac1 或 Ac3（心部）的温度淬火，高合金表层残余 A 较多，经冷处理（-70/-80）促使 A 转变从而提高表面硬度和耐磨性。适用范围：主要用于渗碳后不进行机械加工的高合金钢工件。7、 渗碳后感应加热淬火低温回火组织及性能特点：可以细化渗层及靠近渗层处的组织。淬火变形小，不允许硬化的部位不需预先防渗。适用范围：各种齿轮和轴类 钢的化学热处理 将钢件放在具有一定活性介质的介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入钢件的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺称化
16、学热处理。基本过程：分解：在一定温度下，活性介质通过化学分解，形成能渗入工件的活性原子；吸收：工件表面吸收活性原子，并溶入工件材料晶格的间隙或与其中元素形成化合物；扩散：被吸收的原子由表面逐渐向心部扩散，从而形成具有一定深度的渗层。目的：提高渗层硬度和耐磨性（如渗入碳、氮、硼、钒、铌、铬、硅等）；提高零件接触疲劳强度和提高抗擦伤能力（如渗入硫、氮等）；提高零件抗氧化、耐高温性能（如渗入铝、铬、镍等）；提高零件抗蚀性（如渗入硅、铬、氮等）。常用种类：渗碳、渗氮、碳氮共渗、氮碳共渗一、渗碳 渗碳是将零件放在具有活性碳原子的介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺。渗碳方法：有固体渗碳、液体渗
17、碳和气体渗碳，渗碳新技术有真空渗碳和离子渗碳等。其中气体渗碳原料气资源丰富，工艺成熟，应用最广泛。气体渗碳工艺：渗碳温度一般为 900950，使钢完全奥氏体化，被工件表面吸附的活性碳原子溶入奥氏体，并由表及里进行扩散，获得一定厚度的渗层。渗碳的保持时间可根据渗层深度要求确定，一般可按每小时完成 0.10.15mm 的渗层深度来估算。渗碳后一般表面碳质量分数达到 0.85%1.05%；渗碳层深度一般是从表面向内至碳质量分数规定处（一般为 wc=0.4%）的垂直距离，工件的渗碳层深度取决于工件的尺寸和工作条件，一般为 0.52.5mm。渗碳件用钢：一般采用碳质量分数为 0.1%0.25%的低碳钢或
18、低碳合金钢，如20、20Cr、20CrMnTi 等。可使渗碳件表面高硬度、耐磨，心部高强韧性、承受较大冲击。渗碳后的热处理及性能：渗碳后必须经淬火+低温回火后才能满足使用性能的要求。经过热处理后使渗碳件表面具有马氏体和碳化物的组织，一般表面硬度5864HRC。而心部根据采用钢材淬透性的大小和零件尺寸大小，获得低碳马氏体或其他非马氏体组织，具有心部良好的强韧性。渗碳工艺应用：主要应用于要求表面高硬度、高耐磨性而心部具有良好的塑性和韧性的零件上，如汽车变速齿轮与机床齿轮、凸轮、轴、活塞销等。二、渗氮（氮化） 渗氮是在一定温度下于一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。方法主要有气体渗氮和离
19、子渗氮等。 气体渗氮工艺：渗氮温度一般为 500560，时间一般为 3050 小时，采用氨气(NH3) 作渗氮介质。氨气在 450以上温度时即发生分解，产生活性氮原子： 2NH3H2+2N 活性氮原子被工件表面吸附后，首先形成氮在 -Fe 中的固溶体，当含氮量超过-Fe 的溶解度时，便形成氮化物（Fe4N、Fe2N）。氮还与许多合金元素形成弥散的氮化物，如 AlN、CrN、Mo2N 等，这些合金氮化物具有高的硬度和耐磨性，同时具有高的耐腐蚀性。因此，38CrMoAlA 等含有 Cr、Mo、Al 等合金元素的钢是最常用的渗氮钢。由于气体渗氮工艺周期很长，因此发展了快速渗氮方法如辉光离子渗氮、卤化
20、物催化渗氮、高频感应加热渗氮等。应用：渗氮特别适宜要求表面向耐磨的精密零件。例如磨床主轴、镗床镗杆、精密机床丝杠、内燃机曲轴以及各种精密齿轮和量具等。三、碳氮共渗 碳氮共渗是在奥氏体状态下，同时将碳、氮渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺。常用的为气体碳氮共渗。 碳氮共渗工艺分为高温和中温两种，目前广泛应用的是中温气体碳氮共渗。中温碳氮共渗的温度为 820860，向密封的炉内通入煤油、氨气。保温时间主要取决于要求的渗层深度。一般零件的渗层深度为 0.5mm0.8mm，共渗保温时间约为4h6h，碳氮共渗后表层碳的质量分数为 0.7%1.0%，氮的质量分数为 0.15%0.5%。 碳氮共渗件
21、需进行淬火、低温回火。 碳氮共渗同时兼有渗碳和渗氮的优点。碳氮共渗速度显著高于单独的渗碳或渗氮。在渗层碳浓度相同的情况下，碳氮共渗件比渗碳件具有更高的表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性、弯曲强度和接触疲劳强度，但耐磨性和疲劳强度低于渗氮件。碳氮共渗多用于结构零件，如齿轮、蜗杆、轴类零件等。 四、氮碳共渗（软氮化） 在工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺称为氮碳共渗，也称软氮化。氮碳共渗的温度一般为 56010，保温时间一般为 3h4h，保温后即可出炉空冷。氮碳共渗有气体氮碳共渗和液体氮碳共渗两种，生产上多采用气体氮碳共渗。 氮碳共渗层的表面硬度比渗氮件稍低，故称为软氮化，但仍具有较高的
22、硬度、耐磨性和高的疲劳强度，耐蚀性也有明显提高。氮碳共渗的加热温度低、处理时间短、钢件变形小，又不受钢种限制，所以主要用于处理各种工模具以及一些轴类零件。 真空热处理将金属工件在 1 个大气压以下(即负压下)加热的金属热处理工艺。20 世纪 20 年代末随著电真空技术的发展出现了真空热处理工艺当时还仅用於退火和脱气。由於设备的限制这种工艺较长时间未能获得大的进展。6070 年代陆续研製成功气冷式真空热处理炉冷壁真空油淬炉和真空加热高压气淬炉等使真空热处理工艺得到了新的发展。在真空中进行渗碳在真空中等离子场的作用下进行渗碳渗氮或渗其他元素的技术进展又使真空热处理进一步扩大了应用范围。 特点 金属
23、零件在真空中的热处理能防止氧化脱碳并具有脱气效应但金属元素可能蒸发。 防止氧化脱碳 真空热处理炉的加热室在工作时处於接近真空状态仅存在微量一氧化碳和氢气等它们对於加热的金属是还原性的不发生氧化脱碳的反应同时还能使已形成的氧化膜还原因此加热后的金属工件表面可以保持原来的金属光泽和良好的表面性能。脱气效应 金属零件在真空环境中加热时金属中的有害气体例如鈦合金中的氢和氧会在高温下逸出有利於提高金属的机械性能。 金属元素蒸发 各种元素都有自身的蒸气压如果环境中的压力低於某种元素的蒸气压这种元素就会蒸发。在真空热处理时应根据钢中所含合金元素的蒸气压来选择加热时的真空度或温度以避免合金元素蒸发。 工艺 真
24、空热处理可用於退火脱气固溶热处理淬火回火和沉淀硬化等工艺。在通入适当介质后也可用於化学热处理。真空中的退火脱气固溶处理主要用於纯净程度或表面质量要求高的工件如难熔金属的软化和去应力不锈钢和镍基合金的固溶处理鈦和鈦合金的脱气处理软磁合金改善导磁率和矫顽力的退火以及要求光亮的碳钢低合金钢和铜等的光亮退火。真空中的淬火有气淬和液淬两种。气淬即将工件在真空加热后向冷却室中充以高纯度中性气体(如氮)进行冷却。适用於气淬的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料。液淬是将工件在加热室中加热后移至冷却室中充入高纯氮气并立即送入淬火油槽快速冷却。如果需要高的表面质量工件真空淬火和固溶热处理后的回火和
25、沉淀硬化仍应在真空炉中进行。真空渗碳是将工件装入真空炉中抽真空并加热使炉内净化达到渗碳温度后通入碳氢化合物(如丙烷)进行渗碳经过一定时间后切断渗碳剂再抽真空进行扩散。这种方法可实现高温渗碳(1040)缩短渗碳时间。渗层中不出现内氧化也不存在渗碳层表面的含碳量低於次层的问题并可通过脉衝方式真空渗碳使盲孔和小孔获得均匀渗碳层。 应用 零件经真空热处理后畸变小质量高且工艺本身操作灵活无公害。因此真空热处理不仅是某些特殊合金热处理的必要手段而且在一般工程用钢的热处理中也获得应用特别是工具模具和精密耦件等经真空热处理后使用寿命较一般热处理有较大的提高。例如某些模具经真空热处理后其寿命比原来盐浴处理的高4
26、0400而有许多工具的寿命可提高 34 倍左右。此外真空加热炉可在较高温度下工作且工件可以保持洁净的表面因而能加速化学热处理的吸附和反应过程。因此某些化学热处理如渗碳渗氮渗铬渗硼以及多元共渗都能得到更快更好的效果。高频热处理及特点高频热处理，是对工件进行表面热处理淬火的一种工艺方法它是通过高频控制柜产生高频电流，再通过与工件仿形的感应器，对工件进行快速加热，从而对工件淬火的高频热处理的特点是，加热速度快，工件氧化小，工件表面淬火层浅，.毫米，高频热处理工艺简单，成本低廉与高频相近的是中频淬火，当工件表面淬火层深度，超过毫米的时候，高频淬火就不能满足工艺要求了而中频淬火能达到的淬火层深度为毫米当工件淬火层要求更深时，就要选工频淬火了工频淬火的淬硬层深度是所有表面淬火工艺里最深的工频淬火的频率是赫兹，中频淬火的频率是几千赫兹，而高频淬火的频率则高达百万赫兹以上：
