1、,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,第九章 钢的热处理工艺,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,钢的热处理工艺：通过加热、保温和冷却的方法改变钢的组织结构以获得工件所要求性能的一种热加工工艺。,定义：,实质：在加热、保温和冷却过程中，钢的组织结构发生了变化，从而改变了其性能。,目的：是改善金属工件的工艺性能、力学性能和物
2、理化学性能。作用：充分发挥材料的性能潜力，提高产品的内在质量，延长产品的使用寿命。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,分类：,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,9.1 钢的退火和正火,退火与正火的目的 调整硬度以便进行切削加工 消除残余应力 细化晶粒，改善组织 为最终热处理做好组织上的准备,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,退火：将钢加热、保温，然后缓
3、慢冷却的热处理工艺。退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,1 完全退火,将亚共析钢加热到Ac3+2030，保温后缓冷的退火工艺称为完全退火。目的：降低硬度，消除内应力，细化晶粒，均匀组织等温退火将亚共析钢加热到 Ac3 +2030，保温后快冷到Ar1以下某一温度保温，然后出炉空冷。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,不完全退火是将钢加热至Ac1 Ac3（亚共析钢）或
4、Ac1 Acm（过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。先共析组织不转变，只有P转变成A;应用于亚共析钢锻件：P组织片间距加大，硬度降低。 特点：加热温度低；工艺周期短；降低成本，提高生产率； 对锻造工艺正常件，可代替完全退火。,2 不完全退火,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,3 球化退火,将共析钢或过共析钢加热到 Ac1 +2030，保温适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。 目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状珠光体，为后面的淬火作组织准备。,对于存在网状二次渗碳体的过共
5、析钢，应在球化退火前进行正火消除网状渗碳体，以利于球化。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,4 扩散退火（均匀化退火）将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷却的热处理工艺称为扩散退火。目的：消除成份偏析。特点：温度高，时间长，能耗大，成本高，生产周期长，工件易烧损。应用：偏析严重的合金钢铸件扩散后，由于奥氏体晶粒粗大，必须完全退火或正火细化晶粒。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,5 去应力退火,将工件加热到 Ac1以下某一温度
6、，保温后随炉冷却的热处理工艺称为去应力退火。目的：消除铸、锻、焊的残余内应力。,6 再结晶退火,把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力的热处理工艺。经过再结晶退火，钢的组织和性能恢复到冷变形前的状态。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,将钢加热到AC3以上温度并保温，出炉空冷至室温的热处理工艺。正火比退火加热温度高，冷却速度
7、大，珠光体的数量多，片间距小，先共析铁素体、渗碳体的数量少，因而正火后强度、硬度较高。,7 正火,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,正火生产周期短，设备利用率高，工艺操作简单，比较经济。在条件允许的情况下，应尽量选择正火。,1从切削加工性上考虑,2从使用性能上考虑,3从经济性上考虑,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,应用： 用正火作为性能要求的一般结构件的最终热处理。 亚共析钢采用正火来调整硬度，改切削加工性能。过共析钢的正火可消除
8、网状碳化物。消除中碳钢热加工缺陷。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,定义：将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上，保温后以大于Vk的速度冷却的热处理工艺。目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。淬火+回火-最终热处理 淬火+高温回火（调质）-综合性能好； 淬火+中温回火-很好的弹性极限； 淬火+低温回火-高硬度、高耐磨性,9.2 钢的淬火,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,1淬火应力,热应力：工件加热或冷却时由于内外温差导致热胀冷缩不
9、一致而产生的内应力 组织应力：工件在冷却过程中，由于内外温差造成组织转变不同时，引起内外比体积的不同变化而产生的内应力,淬火应力为两者叠加结果。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,2淬火温度选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体。一般淬火温度在临界点以上。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA, 对亚共析钢，淬火温度为Ac3+3050，淬火组织为马氏体。,亚温淬火：加热温度在Ac1 Ac3之间，淬火组织为马氏体加铁素体。亚温淬火也是一
10、种强韧化处理方法。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA, 对共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+3050，组织 为细马氏体加颗粒状渗碳体。, 对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50100。提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化。,过热-退火，正火 过烧-控制温度 氧化-盐浴，气氛保护，真空，装箱 脱碳-同氧化,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,3淬火介质, 为了保证得到马氏体组织，淬火速度必须大于临界冷却速度Vk，但往往
11、会引起工件变形和开裂。 要想既得到马氏体又避免变形和开裂，理想的淬火冷却曲线如图所示。,400-600oC， 过冷A不稳定； 600oC，400oC， 过冷A稳定,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA, 最常用的淬火介质是水和油。, 油主要用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火。 熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐浴。这类介质只适用于形状复杂和变形要求严格的小件的分级淬火和等温淬火。, 水是经济且冷却能力较强的淬火介质。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCU
12、T CHINA,4淬火方法,1）单液淬火法 将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法，如水淬、油淬等。,2）双液淬火法将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却，然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂的高碳钢工件及大型合金钢工件。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,3）分级淬火法,将加热的工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火，然后取出缓冷的淬火方法。其特点是显著减少淬火变形与开裂，是用于截面尺寸较小淬透性较高的钢件。,4）等温淬火,将加热工件在
13、稍高于Ms点附近温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间而获得下贝氏体组织的淬火方法。其特点是工件具有良好的综合力学性能，一般不必回火。多用于形状复杂和要求较高的小件。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,1. 淬透性,淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬层深度。淬硬性：也叫可硬性，指钢在淬火后能达到最高硬度的能力，取决于马氏体的含碳量,2. 钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。,9.3 钢的淬透性,College of Mechanical & Electrical
14、Engineering,NCUT CHINA, 淬透性高的钢，其力学性能沿截面均匀分布, 淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低,3. 淬透性的测定及其表示方法, 淬透性的测定方法测定钢的淬透性最常用的方法是末端淬火法。A.将25100mm的标准试样经奥氏体化后，对末端进行喷水冷却。B. 按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,C.利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和淬透性曲线图可找出其淬透性的大小。, 淬透性的表示方法,淬透性值可用 表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水
15、冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。,钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透的最大直径，即临界直径D0表示。,4. 淬透性的应用 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。 对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选用低淬透性的钢制造。 在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,回火的目的： 降低脆性，减少或消除内应力 获得工艺所要求的力学性能 稳定工件尺寸 对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工,9.4 钢的回
16、火,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,1回火温度,2）中温回火（350500）组织为回火屈氏体，具有较高弹性，较高的强度、硬度，良好的塑性、韧性，主要用于弹簧的处理。3）高温回火（500650）组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称作调质处理，简称“调质”。调质广泛用于处理重要的结构零件，如轴、齿轮等。,1）低温回火（150250）组织为回火马氏体，能降低内应力和脆性，并保持高硬度和耐磨性。用于工具、模具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。,College of Mechanical & Electrical Engineering,NCUT CHINA,
