第七章 鋼的熱處理工藝

1、第七章第七章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 7.1 退火退火7.2 正火正火7.3 淬火淬火7.4 回火回火 7.5 表面熱處理表面熱處理 7.6 化學熱處理化學熱處理7.1 退火退火(Annealing) 退火退火是將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到一定是將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到一定溫度保溫一定時間，然后以溫度保溫一定時間，然后以緩慢緩慢的速度冷卻，以獲的速度冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝；得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝； 退火分類：退火分類： 亞臨界退火亞臨界退火：低于臨界溫度：低于臨界溫度A1的退火；的退火； 不完全退火不完全退火：臨界溫度：臨界溫度A1A3(Acm)之間的之間的

2、退火；退火； 完全退火完全退火：臨界溫度：臨界溫度A3(Acm)以上的退火；以上的退火； 退火工藝退火工藝：完全退火（重結晶退火）、等溫：完全退火（重結晶退火）、等溫退火、球化退火退火、球化退火(不完全退火）、擴散退火不完全退火）、擴散退火（均勻化退火）、去應力退火（低溫退火）、（均勻化退火）、去應力退火（低溫退火）、中間退火（再結晶退火）中間退火（再結晶退火）退火目的：退火目的： 消除殘余應力；消除殘余應力； 降低硬度以改善切削加工性能；降低硬度以改善切削加工性能； 細化晶粒，調(diào)整組織。細化晶粒，調(diào)整組織。 （1）完全退火完全退火(重結晶退火重結晶退火): 把鋼加熱到把鋼加熱到Ac32030

3、，保溫一定時間后緩慢冷，保溫一定時間后緩慢冷卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻），卻（隨爐冷卻或埋入石灰和砂中冷卻），以獲得接近平衡組織的熱處理工藝；以獲得接近平衡組織的熱處理工藝； 適用鋼：亞共析鋼適用鋼：亞共析鋼，完全退火后組織為，完全退火后組織為F+P; 目的目的：細化晶粒、降低硬度以改善切削加：細化晶粒、降低硬度以改善切削加工性能和消除內(nèi)應力；工性能和消除內(nèi)應力； 注意注意：完全退火主要用于亞共析鋼，過：完全退火主要用于亞共析鋼，過共析鋼不宜采用，因為加熱到共析鋼不宜采用，因為加熱到Accm以上以上緩冷時，緩冷時，二次滲碳體二次滲碳體會以網(wǎng)狀形式沿奧會以網(wǎng)狀形式沿奧氏體晶界析出，使鋼的韌

4、性大大下降，氏體晶界析出，使鋼的韌性大大下降，并可能在以后的熱處理中引起裂紋。并可能在以后的熱處理中引起裂紋。 （2）等溫退火：等溫退火： 是將鋼或毛坯加熱到是將鋼或毛坯加熱到Ac32030，保溫適當?shù)臅r間，較快地冷，保溫適當?shù)臅r間，較快地冷卻到卻到珠光體區(qū)珠光體區(qū)的某一溫度，并的某一溫度，并等溫保持等溫保持，使奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷使奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w組織，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。卻的熱處理工藝。 “等溫等溫”的含義是，發(fā)生珠光體轉變時是的含義是，發(fā)生珠光體轉變時是在在Ar1以下珠光體轉變區(qū)間的某一溫度等溫以下珠光體轉變區(qū)間的某一溫度等溫進行；進行； 目的目的：縮短退火時間，提

5、高生產(chǎn)效率，獲：縮短退火時間，提高生產(chǎn)效率，獲得均勻的組織和性能；得均勻的組織和性能； 注意注意：等溫退火的目的與完全退火相同等溫退火的目的與完全退火相同，但轉變較易控制，能獲得均勻的預期組但轉變較易控制，能獲得均勻的預期組織；對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，?？煽?；對于奧氏體較穩(wěn)定的合金鋼，常可大大縮短退火時間。大大縮短退火時間。（3）球化退火（不完全退火）：球化退火（不完全退火）：是使鋼中是使鋼中碳化物球狀化的熱處理工藝。碳化物球狀化的熱處理工藝。 加熱溫度加熱溫度：Ac11030；適用鋼種適用鋼種：主要用于：主要用于共析鋼共析鋼和和過共析鋼過共析鋼，如工具鋼、滾珠軸承鋼，目的是使二次滲如工具鋼

6、、滾珠軸承鋼，目的是使二次滲碳體及珠光體中的滲碳體球狀化；碳體及珠光體中的滲碳體球狀化；目的目的：降低硬度、均勻組織、改善切削性：降低硬度、均勻組織、改善切削性能，為淬火作組織準備，獲得粒狀珠光體；能，為淬火作組織準備，獲得粒狀珠光體；片狀珠光體片狀珠光體球狀珠光體球狀珠光體（4）擴散退火（均勻化退火）：擴散退火（均勻化退火）：為減少鋼為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織不均勻錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線的溫度，長性，將其加熱到略低于固相線的溫度，長時間保溫并進行緩慢冷卻的熱處理工藝。時間保溫并進行緩慢冷卻的熱處理工藝。 溫度范圍溫度范圍：Ac3或或Accm

7、150300，保溫保溫時間時間：10h15h 注意注意：擴散退火后鋼的晶粒粗大，需要完：擴散退火后鋼的晶粒粗大，需要完全退火或正火處理；全退火或正火處理； 擴散退火溫度區(qū)間擴散退火溫度區(qū)間 （5）去應力退火（低溫退火）：去應力退火（低溫退火）：為消除鑄造、為消除鑄造、鍛造、焊接和機加工、冷變形等冷熱加工在鍛造、焊接和機加工、冷變形等冷熱加工在工件中造成的殘余內(nèi)應力而進行的低溫退火。工件中造成的殘余內(nèi)應力而進行的低溫退火。 退火溫度：退火溫度： 500-650，保溫后隨爐緩慢冷卻；，保溫后隨爐緩慢冷卻； 目的目的：消除因變形加工及鑄造、焊接過程中：消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內(nèi)應力

8、，以提高工件的尺寸穩(wěn)定引起的殘余內(nèi)應力，以提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止變形和開裂；性，防止變形和開裂； （6）中間退火（再結晶退火）中間退火（再結晶退火）：金屬：金屬材料由于冷加工產(chǎn)生加工硬化，韌性下材料由于冷加工產(chǎn)生加工硬化，韌性下降，使進一步加工困難。這時常采用中降，使進一步加工困難。這時常采用中間退火來恢復韌性，這種在過程之間的間退火來恢復韌性，這種在過程之間的退火稱為中間退火，通常也稱再結晶退退火稱為中間退火，通常也稱再結晶退火?；?。 溫度溫度：Ac1以下以下1122 保溫適當時間，保溫適當時間，空冷空冷7.2 正火（?；幚碚穑ǔ；幚恚ǎ∟ormalizing)正火：正火：鋼材

9、或鋼件加熱到鋼材或鋼件加熱到Ac3(對于亞共析對于亞共析鋼鋼)和和 Accm(對于過共析鋼對于過共析鋼)以上以上30-50，保溫適當時間，在靜止的或輕微攪動的空保溫適當時間，在靜止的或輕微攪動的空氣中均勻冷卻，得到氣中均勻冷卻，得到含有珠光體組織含有珠光體組織的熱的熱處理方式；處理方式；正火后的組織正火后的組織：亞共析鋼為：亞共析鋼為F+S，共析鋼，共析鋼為為S，過共析鋼為，過共析鋼為S+Fe3CII。 正火應用范圍正火應用范圍：所有成分的：所有成分的碳鋼碳鋼鍛件和鍛件和鑄件。鑄件。 注意注意：奧氏體鋼、不銹鋼和沉淀硬化鋼：奧氏體鋼、不銹鋼和沉淀硬化鋼通常不進行正火處理。通常不進行正火處理。應

10、用：應用： 作為最終熱處理作為最終熱處理 細化晶粒，組織均勻細化晶粒，組織均勻化，增大化，增大P含量并細化，普通結構鋼件；含量并細化，普通結構鋼件； 作為預先熱處理作為預先熱處理 淬火或調(diào)質(zhì)處理前，淬火或調(diào)質(zhì)處理前，以消除魏氏組織以消除魏氏組織(組織特征是先共析鐵素組織特征是先共析鐵素體沿奧氏體一定晶面呈針片狀析出）和體沿奧氏體一定晶面呈針片狀析出）和帶狀組織，過共析鋼是為了消除網(wǎng)狀碳帶狀組織，過共析鋼是為了消除網(wǎng)狀碳化物；化物； 改善切削加工性能改善切削加工性能 低碳鋼和某些低碳低碳鋼和某些低碳低合金鋼采用正火來調(diào)整硬度。低合金鋼采用正火來調(diào)整硬度。 注意注意： （1）正火與完全退火的區(qū)別在

11、于）正火與完全退火的區(qū)別在于冷卻速冷卻速度更快度更快，目的是使鋼的組織，目的是使鋼的組織正?；；?，又稱稱?；幚沓；幚?。 （2）有些鋼如）有些鋼如W18Cr4V高速鋼在高速鋼在空氣空氣中中冷卻得到的是馬氏體，不能稱為正火，冷卻得到的是馬氏體，不能稱為正火，而是淬火。而是淬火。退火和正火的缺陷及其質(zhì)量控制退火和正火的缺陷及其質(zhì)量控制 1 1）退火硬度偏高：）退火硬度偏高：主要是由于退火時主要是由于退火時奧氏體化溫度低、冷速快等造成?？赏▕W氏體化溫度低、冷速快等造成?？赏ㄟ^重新退火改善。過重新退火改善。 2 2）球化不完全：）球化不完全：共析鋼和過共析鋼球共析鋼和過共析鋼球化退火組織中出

12、現(xiàn)細片狀珠光體和點狀化退火組織中出現(xiàn)細片狀珠光體和點狀珠光體，不僅使硬度偏高，而且在隨后珠光體，不僅使硬度偏高，而且在隨后淬火時開裂傾向大。可通過重新球化退淬火時開裂傾向大。可通過重新球化退火，使?jié)B碳體呈圓而勻分布?；?，使?jié)B碳體呈圓而勻分布。 3 3）退火時形成石墨碳：）退火時形成石墨碳：碳素工具鋼如果碳素工具鋼如果退火溫度高、保溫時間長或多次返修退退火溫度高、保溫時間長或多次返修退火，會導致滲碳體發(fā)生分解形成石墨碳，火，會導致滲碳體發(fā)生分解形成石墨碳，且在石墨周圍是大塊鐵素體。由于石墨且在石墨周圍是大塊鐵素體。由于石墨碳的存在，淬火時易形成軟點和開裂，碳的存在，淬火時易形成軟點和開裂，工模具

13、在使用過程中易發(fā)生磨損或崩刃。工模具在使用過程中易發(fā)生磨損或崩刃。 4 4）過共析鋼正火時出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體：）過共析鋼正火時出現(xiàn)網(wǎng)狀二次滲碳體：過共析鋼球化退火前為消除二次滲碳體采過共析鋼球化退火前為消除二次滲碳體采用正火處理，如果工件尺寸太大，冷速過用正火處理，如果工件尺寸太大，冷速過于緩慢，則達不到消除二次網(wǎng)狀滲碳體的于緩慢，則達不到消除二次網(wǎng)狀滲碳體的目的。必須采用鼓風冷卻或噴淋水冷等方目的。必須采用鼓風冷卻或噴淋水冷等方法加快正火冷卻速度。法加快正火冷卻速度。7.3 淬火（淬火（Quenching)淬火淬火：經(jīng)過奧氏體化：經(jīng)過奧氏體化的鋼以大于臨界冷卻的鋼以大于臨界冷卻速度速度vk進

14、行冷卻，獲進行冷卻，獲得不平衡組織（馬氏得不平衡組織（馬氏體或下貝氏體）的熱體或下貝氏體）的熱處理工藝；處理工藝； 1、淬火加熱溫度、淬火加熱溫度 亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3以上以上30-50 共共(過共過共)析鋼：析鋼：Ac1以上以上30-50 淬火加熱時間淬火加熱時間:包括包括升溫時間升溫時間和和保溫時間保溫時間兩個階段，工廠中采用經(jīng)驗公式計算。兩個階段，工廠中采用經(jīng)驗公式計算。 2 2、淬火冷卻介質(zhì)、淬火冷卻介質(zhì) 淬火時如何達到既能獲得馬氏體組織，淬火時如何達到既能獲得馬氏體組織，又能減小變形和開裂傾向的目的？又能減小變形和開裂傾向的目的？尋找一種比較理想的尋找一種比較理想的從淬火的從淬火的上設法改進。上設法改進。 應只在應只在C C曲線鼻尖曲線鼻尖處快冷，而在處快冷，而在附近盡附近盡量緩冷，以達到既獲得量緩冷，以達到既獲得馬氏體組織，又減小馬氏體組織，又減小內(nèi)內(nèi)應力的目的。應力的目的。 使淬火鋼件的冷卻過使淬火鋼件的冷卻過程符合理想冷