學(xué)習(xí)情境五鋼的熱處理

學(xué)習(xí)情境五--鋼的熱處理鋼的熱處理

知識目標(biāo)

1．掌握過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變和連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變；

2．掌握鋼的退火、正火、淬火、回火工藝；

3．了了解鋼的表面淬火及化學(xué)熱處理的應(yīng)用；4.了解表面氣相沉積技術(shù)。鋼的熱處理單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變單元三鋼的退火與正火單元四鋼的淬火單元五鋼的回火單元六鋼的表面熱處理單元七表面氣相沉積和熱處理新工藝簡介鋼的熱處理鋼的熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱、保溫和冷卻，以改變材料整體或表面組織，從而獲得所需性能的一種加工工藝。熱處理保溫時間溫度臨界溫度

熱加冷卻2.熱處理的主要目的:改變鋼的性能。3.熱處理的應(yīng)用范圍:整個制造業(yè)。4.熱處理的分類熱處理

普通熱處理

表面熱處理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化學(xué)熱處理感應(yīng)加熱淬火火焰加熱淬火滲碳;滲氮;碳氮共滲;鋼的熱處理轉(zhuǎn)變溫度奧氏體的形成奧氏體晶粒的長大及其影響因素單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變一、轉(zhuǎn)變溫度鐵碳合金實際加熱或冷卻時轉(zhuǎn)變溫度變化圖單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變二、奧氏體的形成1.奧氏體形成的基本過程共析鋼奧氏體化過程示意圖亞共析鋼的A化：P→A后，先共析F溶解

過共析鋼的A化：

P→A后，F(xiàn)e3CⅡ

溶解單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變2.影響珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的因素含碳量含碳量增加，利于奧氏體加速形成……奧氏體形成速度與加熱溫度、加熱速度、鋼的成分以及原始組織等有關(guān)。加熱溫度溫度越高，奧氏體形成速度越快………………..加熱速度速度越快，奧氏體形成速度越快…..合金元素顯著影響奧氏體的形成速度………………..組織（珠光體）越細(xì)，奧氏體形成速度越快………………..單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變鋼在熱處理加熱后必須有保溫階段，不僅是為了使工件熱透，也是為了使組織轉(zhuǎn)變完全，以及保證奧氏體成分均勻。鋼在加熱時為了得到細(xì)小而均勻的奧氏體晶粒，必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間，以免發(fā)生晶粒粗大的現(xiàn)象。小提示單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)W氏體晶粒的長大及其影響因素1.奧氏體晶粒度的概念

根據(jù)奧氏體形成過程和晶粒長大情況，奧氏體晶粒度可分為起始晶粒度、實際晶粒度和本質(zhì)晶粒度三種。單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變1.奧氏體晶粒度的概念1.奧氏體晶粒度：起始晶粒度實際晶粒度本質(zhì)晶粒度奧氏體形成剛結(jié)束，奧氏體晶粒邊界剛剛相互接觸時的晶粒大小奧氏體在具體加熱條件下所獲得奧氏體晶粒的大小特定條件下鋼的奧氏體晶粒長大的傾向性，并不代表具體的晶粒大小特定條件930±10℃，保溫8h傾向性本質(zhì)粗晶粒鋼（Mn，Si）本質(zhì)細(xì)晶粒鋼（Al）單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變加熱溫度與奧氏體晶粒長大的關(guān)系單元一鋼在加熱時的組織轉(zhuǎn)變2.奧氏體晶粒長大及其影響因素1）加熱溫度和保溫時間2）鋼的成分

溫度越高，保溫時間越長，奧氏體晶粒長大越明顯晶界上存在未溶的碳化物時，會對晶粒長大起阻礙作用，使奧氏體晶粒長大傾向減小合金元素，也影響奧氏體晶粒長大，除錳、磷外幾乎所有合金元素都阻礙奧氏體晶粒長大1.奧氏體是不是降溫到臨界溫度以下就立即發(fā)生轉(zhuǎn)變呢？2.不同的冷卻速度是否也得到同一種的組織呢？單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體：在臨界點以下存在的不穩(wěn)定的且將要發(fā)生轉(zhuǎn)變的奧氏體，稱為過冷奧氏體。臨界點以下不穩(wěn)定將要發(fā)生轉(zhuǎn)變冷卻方式：等溫冷卻方式和連續(xù)冷卻方式。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組織性能均勻，研究領(lǐng)域應(yīng)用廣等溫冷卻方式連續(xù)冷卻方式轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為粗細(xì)不勻甚至類型不同的混合組織，實際生產(chǎn)中廣泛采用單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖(C曲線）的建立現(xiàn)以金相硬度法測定共析鋼過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變?yōu)槔?，來說明等溫轉(zhuǎn)變圖的建立過程。

過冷奧氏體:在相變溫度A1以下，未發(fā)生轉(zhuǎn)變而處于不穩(wěn)定狀態(tài)的奧氏體。過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變：指鋼經(jīng)奧氏體化后冷卻到相變點以下的某溫度區(qū)間內(nèi)等溫時。過冷奧氏體所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變1.等溫轉(zhuǎn)變曲線珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)（1）高溫等溫轉(zhuǎn)變：珠光體型轉(zhuǎn)變區(qū)（2）中溫等溫轉(zhuǎn)變：貝氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)

（3）低溫連續(xù)轉(zhuǎn)變：馬氏體型轉(zhuǎn)變區(qū)

單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變2.影響C曲線的因素2）合金元素1）碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)3）加熱溫度和保溫時間單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變★珠光體轉(zhuǎn)變和珠光體的組織形態(tài)與性能

根據(jù)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變溫度的不同，共析成分碳鋼的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物可分為珠光體（A1～550℃）、貝氏體（550℃～MS）和馬氏體（MS～Mf）三種。過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變，是通過形核和長大的過程來完成的；珠光體轉(zhuǎn)變是一個擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變（Fe、C原子都進(jìn)行擴(kuò)散）；一般情況下，珠光體為片狀鐵素體和片狀滲碳體相間分布的層狀組織，稱為片狀珠光體；F滲碳體片間距：相鄰兩片滲碳體中心之間的距離1）高溫轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

托氏體托氏體是：極細(xì)片狀的珠光體，片層極薄間距小于0.2μm，只有在電子顯微鏡下（5000倍）才能分辨出它們呈片狀。單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變索氏體索氏體為：細(xì)片狀珠光體，片層較薄間距在0.4～0.2μm，一般在800～1000倍的光學(xué)顯微鏡下才可分辨單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變珠光體

粗片層狀鐵素體和滲碳體的混合物，片層間距大于0.4μm一般在500倍以下的光學(xué)顯微鏡下即可分辨。★

貝氏體轉(zhuǎn)變和貝氏體的紐織形態(tài)與性能鋼的過冷奧氏體在珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下、馬氏體轉(zhuǎn)變溫度以上的溫度范圍內(nèi)，發(fā)生一種半擴(kuò)散型相變，稱之為貝氏體轉(zhuǎn)變。轉(zhuǎn)變產(chǎn)物貝氏體，通常用字母B表示。1)貝氏體轉(zhuǎn)變特征

半擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變，介于珠光體和馬氏體轉(zhuǎn)變之間；

Fe原子不擴(kuò)散，切變完成晶格改組；C原子擴(kuò)散，析出碳化物

兩相混合物，其中a相過飽和單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變3.共析鋼的過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變2）中溫轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

上貝氏體上貝氏體中滲碳體呈較粗的片狀，平行分布于平行排列的鐵素體片層之間，它在顯微鏡下呈羽毛狀的組織。單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變一、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變

下貝氏體下貝氏體中的碳化物呈細(xì)小顆粒狀或短桿狀均勻分布在鐵素體內(nèi)，在顯微鏡下呈黑色針葉狀的組織

。單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變

等溫轉(zhuǎn)變曲線是通過試驗方法建立的，下面以共析鋼為例說明建立過程。（1）把wC

=

0.77%

的共析鋼制成若干個一定尺寸的試樣，加熱到A1

以上的溫度，使其組織為均勻的奧氏體。（2）將試樣分別迅速放入低于A1

的不同溫度（如：710℃、450℃、350℃等）的熔鹽槽中，迫使奧氏體過冷，發(fā)生等溫轉(zhuǎn)變。（3）在不同溫度的等溫轉(zhuǎn)變過程中，測出過冷奧氏體轉(zhuǎn)變開始和轉(zhuǎn)變終了的時間，把它們按相應(yīng)的位置標(biāo)記在時間—溫度的坐標(biāo)圖上，分別連接各轉(zhuǎn)變開始點和轉(zhuǎn)變終了點，便得到如圖所示的曲線。知識鏈接熱處理工藝曲線示意圖單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變1.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼CCT

曲線單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變二、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變2.連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變過程及產(chǎn)物V1(爐冷)：A→P（170～220HBS）V2(空冷)：A→S（25～35HRc）V3(油冷)：A→T+M（45～55HRc）V4(水冷)：A→M+A′（55～65HRc）Vk’：臨界冷卻速度,估計Vk=1.5Vk’單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、馬氏體轉(zhuǎn)變1.馬氏體的形態(tài)與特點馬氏體的晶格示意圖單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變當(dāng)奧氏體過冷到Ms以下將轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體類型組織；碳在-Fe中的過飽和固溶體；馬氏體轉(zhuǎn)變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中；鐵原子微調(diào)整，使原來奧氏體的面心立方晶格改組成體心立方晶格?！R氏體的形成板條狀、針狀；形態(tài)取決于奧氏體的含碳量：馬氏體形態(tài)與含碳量的關(guān)系0.45%C0.2%C1.2%C——馬氏體的形態(tài)單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變<0.25%時，板條馬氏體；0.25%～1.0%之間時，板條、片狀馬氏體混合組織；>1.0%時，片狀馬氏體。板條馬氏體：立體形態(tài)為細(xì)長的扁棒狀；在光鏡下板條馬氏體為一束束的細(xì)條組織；每束內(nèi)條與條之間尺寸大致相同并呈平行排列，一個奧氏體晶粒內(nèi)可形成幾個取向不同的馬氏體束。光鏡下電鏡下在電鏡下，板條內(nèi)的亞結(jié)構(gòu)主要是高密度的位錯，=1012/cm2，又稱位錯馬氏體?！R氏體的形態(tài)三、馬氏體轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變在光鏡下，針狀、竹葉狀、凸透鏡狀；在空間形同鐵餅；在電鏡下，亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶；高碳針狀馬氏體又稱孿晶馬氏體。電鏡下光鏡下片狀馬氏體：——馬氏體的形態(tài)三、馬氏體轉(zhuǎn)變單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變馬氏體的硬度主要取決于其含碳量；含碳量增加，其硬度增加；當(dāng)含碳量大于0.6%時，其硬度趨于平緩；合金元素對馬氏體硬度的影響不大。高硬度！馬氏體硬度、韌性與含碳量的關(guān)系C%——馬氏體的性能單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)ⅠR氏體轉(zhuǎn)變主要原因是過飽和碳引起的晶格畸變，即固溶強(qiáng)化；轉(zhuǎn)變過程中的大量晶體缺陷和引起的組織細(xì)化；過飽和的碳以彌散碳化物的形式析出。針狀馬氏體板條馬氏體馬氏體的透射電鏡形貌塑韌性比較：高針狀馬氏體的塑性和韌性均很差；低碳板條馬氏體的塑性和韌性好?！R氏體的性能單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變?nèi)?、馬氏體轉(zhuǎn)變a.非擴(kuò)散型鐵和碳原子都不擴(kuò)散，轉(zhuǎn)變形成碳在α鐵中的過飽和固溶體；因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。板條狀馬氏體針狀馬氏體單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變——馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點三、馬氏體轉(zhuǎn)變b.切變性由于無擴(kuò)散，晶格轉(zhuǎn)變是以切變機(jī)制進(jìn)行的；使切變部分的形狀和體積發(fā)生變化，引起相鄰?qiáng)W氏體隨之變形；在預(yù)先拋光的表面上產(chǎn)生浮凸現(xiàn)象。馬氏體轉(zhuǎn)變切變示意圖馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的表面浮凸單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變——馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點三、馬氏體轉(zhuǎn)變c.降溫形成馬氏體轉(zhuǎn)變開始的溫度稱上馬氏體點，用Ms表示；馬氏體轉(zhuǎn)變終了溫度稱下馬氏體點，用Mf表示；只要溫度達(dá)到Ms以下即發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變；在Ms以下，隨溫度下降,轉(zhuǎn)變量增加，冷卻中斷,轉(zhuǎn)變停止。MfMsM(50%)M(90%)單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變——馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點三、馬氏體轉(zhuǎn)變d.形成速度極快馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大。當(dāng)一片馬氏體形成時，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產(chǎn)生裂紋。e.轉(zhuǎn)變不徹底即使冷卻到Mf點，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉(zhuǎn)變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A’或γ’表示。’單元二鋼在冷卻時的組織轉(zhuǎn)變——馬氏體的轉(zhuǎn)變的特點三、馬氏體轉(zhuǎn)變總結(jié)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物（共析鋼）

轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物形成溫度，℃轉(zhuǎn)變機(jī)制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1～650擴(kuò)散型粗片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布5-20退火S650～600細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布20-30正火T600～550極細(xì)片狀，F(xiàn)、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550～350半擴(kuò)散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350～MS竹葉狀，細(xì)片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS～Mf無擴(kuò)散型針狀60-65淬火M*板條MS～Mf板條狀50淬火銅棒?24mm如何消除拉拔過程中的硬化現(xiàn)象？電纜線?0.15mm單元三鋼的退火與正火

切削件的硬度在170～230HB范圍內(nèi)，切削性能較好。

刀具具有較高的韌性時，不容易發(fā)生崩刃。切削件的硬度如何調(diào)整？刀具如何才能具有較高的韌性？單元三鋼的退火與正火季裂加工過程（鑄、鍛、焊、切削）產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力如何消除加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力？單元三鋼的退火與正火在實際的制造過程中，常見的工藝路線如：退火和正火是應(yīng)用最為廣泛的熱處理工藝?。卧摰耐嘶鹋c正火單元三鋼的退火與正火為什么將其安排在鑄/鍛造與切削加工之間呢?為什么退火與正火有著非常廣泛的應(yīng)用?在鑄/鍛造/焊接之后，鋼件中不但殘留有鑄造或鍛造應(yīng)力，而且還往往存在著成分和組織上的不均勻性，因而機(jī)械性能較低，還會導(dǎo)致以后淬火時的變形和開裂。也會存在硬度偏高或偏低的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響后續(xù)的切削加工性能。經(jīng)過退火和正火后，便可得到細(xì)而均勻的組織，并消除應(yīng)力，改善鋼件的機(jī)械性能并為隨后的淬火作了準(zhǔn)備經(jīng)過退火與正火后，鋼的組織接近于平衡組織，其硬度適中，有利于下一步的切削加工。如果工件的性能要求不高時，退火或正火常作為最終熱處理。

單元三鋼的退火與正火單元三鋼的退火與正火一、退火定義：將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（爐冷、坑冷、灰冷），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫做退火。返回真空退火爐單元三鋼的退火與正火一、退火退火目的：（1）降低硬度，提高塑性，以利于切削加工和冷變形加工（2）細(xì)化晶粒，均勻組織，為后續(xù)熱處理作好組織上的準(zhǔn)備（3）消除殘余內(nèi)應(yīng)力，防止工件的變形與開裂單元三鋼的退火與正火一、退火1.完全退火2.等溫退火3.球化退火4.均勻化退火

5.去應(yīng)力退火6.

再結(jié)晶退火分類名稱由來：經(jīng)歷完全奧氏體化過程問題2：奧氏體區(qū)的溫度區(qū)間很大，如果你是熱處理工程師，你認(rèn)為完全退火應(yīng)該具體在哪一個溫度段保溫？問題1:在相圖的哪一個區(qū)域可以獲得完全奧氏體組織？完全退火目的：①細(xì)化，均勻化粗大、不均勻組織②接近平衡組織→調(diào)整硬度→切削性③消除內(nèi)應(yīng)力單元三鋼的退火與正火加熱溫度：Ac3以上20-30度溫度過高：奧氏體晶粒粗大，綜合機(jī)械性能下降（霍爾佩奇公式）溫度過低：測溫儀器的偏差，適當(dāng)顧及熱處理效率單元三鋼的退火與正火答：完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱到Accm以上再緩慢冷卻時會得到平衡組織，即在晶界處析出網(wǎng)狀滲碳體，造成鋼的脆化。應(yīng)用范圍：亞共折鋼，共析鋼，

不適用于過共析鋼。

反問：過共析鋼的平衡組織？網(wǎng)狀滲碳體問題：為什么不適用于過共析鋼呢？單元三鋼的退火與正火完全退火組織P+F問題：亞共析鋼（共析鋼）的平衡狀態(tài)組織？返回單元三鋼的退火與正火等溫退火：先以較快的速度，將工件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時間后，先以較快的冷速冷到珠光體的形成溫度等溫，使奧氏體轉(zhuǎn)變成珠光體，待等溫轉(zhuǎn)變結(jié)束再快冷。這樣就可大大縮短退火的時間。完全退火的缺點：所需時間很長，特別是對于某些奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼，往往需要幾十小時解決：為了縮短退火時間，可采用等溫退火。單元三鋼的退火與正火可見等溫退火所需時間比完全退火縮短很多。等溫溫度根據(jù)要求的組織和性能而定：等溫溫度越高，則珠光體組織越粗大，鋼的硬度越低。返回單元三鋼的退火與正火目的：使Fe3C球化，降低硬度；提高韌性，改善切削加工性；為以后淬火做準(zhǔn)備。實質(zhì)：通過球化退火，使層狀滲碳體和網(wǎng)狀滲碳體變?yōu)榍驙顫B碳體，球化退火后的組織是由鐵素體和球狀滲碳體組成的球狀珠光體。單元三鋼的退火與正火球化退火：球化退火工藝：Ac1以上20-40度保溫，緩冷應(yīng)用范圍：過共析鋼，共析鋼組織：球狀P（F+球狀FeC3）返回單元三鋼的退火與正火去應(yīng)力退火目的：消除鑄、鍛、焊件、冷沖壓件（或冷拔件）及機(jī)加工的殘余內(nèi)應(yīng)力。切削加工或使用中的變形和開裂；降低機(jī)器的精度；甚至?xí)l(fā)生事故。單元三鋼的退火與正火定義：將工件隨爐緩慢加熱至500～650℃（＜Ac1點），保溫一段時間(50℃/h---100℃/h)后隨爐緩慢冷卻，至300℃

---200℃出爐空冷。退火溫度愈高，內(nèi)應(yīng)力消除越充分，退火所需的時間越短。在去應(yīng)力退火中不發(fā)生相變。返回單元三鋼的退火與正火

為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學(xué)成分和組織不均勻性，將其加熱到略低于固相線（固相線以下100℃～200℃）的溫度，長時間保溫（10h～15h），并進(jìn)行緩慢冷卻的熱處理工藝，稱為擴(kuò)散退火或均勻化退火。返回擴(kuò)散退火后鋼的晶粒很粗大，因此一般再進(jìn)行完全退火或正火處理。單元三鋼的退火與正火再結(jié)晶退火---中間退火定義：把經(jīng)過冷變形處理的鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上150～250℃，保溫后緩慢冷卻的退火工藝方法。目的：使形變晶粒重新結(jié)晶成均勻的等軸晶粒，以消除形變強(qiáng)化和殘余應(yīng)力。應(yīng)用：去除冷變形鋼引起的加工硬化。再結(jié)晶退火單元三鋼的退火與正火視頻：退火工藝單元三鋼的退火與正火定義：將工件加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（過共析鋼）以上30℃～50℃，保溫后從爐中取出在空氣中冷卻。冷速快（空冷），組織細(xì)，強(qiáng)/硬度提高。應(yīng)用范圍廣保溫溫度高單元三鋼的退火與正火二、正火共析鋼正火后組織：S，Ｔ而退火后組織：P。單元三鋼的退火與正火單元三鋼的退火與正火二、正火2.預(yù)備熱處理

3.改善切削加工性能

1.最終熱處理正火的應(yīng)用（2）用于低、中碳鋼作為預(yù)先熱處理，得合適的硬度便于切削加工。（3）用于過共析鋼，消除網(wǎng)狀Fe3CⅡ，有利于球化退火的進(jìn)行。（1）用于普通結(jié)構(gòu)零件，作為最終熱處理，細(xì)化晶粒提高機(jī)械性能。返回單元三鋼的退火與正火單元三鋼的退火與正火三、退火和正火的選擇

3.從經(jīng)濟(jì)性考慮

2.從使用性能考慮1.從切削加工性考慮（2）從使用性能上考慮如工件性能要求不太高，隨后不再進(jìn)行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機(jī)械性能。但若零件的形狀比較復(fù)雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。（3）從經(jīng)濟(jì)上考慮正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮正火。（1）從切削加工性上考慮一般金屬的硬度在HB170～230范圍內(nèi)，切削性能較好。高則過硬，難加工，刀具磨損快；低則切屑不易斷，刀具發(fā)熱和磨損，加工后零件表面粗糙度大。對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預(yù)先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和中碳以上合金鋼則以退火為宜。單元三鋼的退火與正火正火和退火工藝總結(jié)單元三鋼的退火與正火視頻：正火工藝

單元三鋼的退火與正火

概念：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫一定時間，然后快速冷卻（一般為油冷或水冷），從而得馬氏體（或下貝氏體）的一種操作。目的：獲得馬氏體（或下貝氏體）。提高硬度和耐磨性一、鋼的淬火工藝單元四鋼的淬火單元四鋼的淬火下Ｂ板條Ｍ針狀Ｍ返回淬火加熱溫度的選擇

淬火冷卻介質(zhì)淬火方法中國古代淬火技術(shù)返回單元四鋼的淬火1.淬火的加熱溫度一、鋼的淬火工藝

淬火加熱溫度是淬火工藝的主要參數(shù)。它的選擇應(yīng)以得到均勻細(xì)小的奧氏體晶粒為原則，以使淬火后獲得細(xì)小的馬氏體組織。為防止奧氏體晶粒粗化，淬火加熱溫度一般限制在臨界點以上30一50℃范圍。細(xì)小細(xì)小單元四鋼的淬火亞共析鋼:

溫度：Ac3＋(30～50℃)。組織：均勻細(xì)小的馬氏體組織。溫度過高:粗大馬氏體組織，嚴(yán)重變形溫度過低:組織中出現(xiàn)鐵素體，硬度不足?！败淈c”單元四鋼的淬火共析鋼和過共析鋼

溫度：Ac1＋(30～50℃)

組織：共折鋼:均勻細(xì)小M+少量A’

過共析鋼:均勻細(xì)小M+粒狀Fe3C+少量A’

有利于獲得最佳硬度和耐磨性。

溫度過高：粗大的M+較多A’，降低了鋼的硬度和耐磨度性，增大淬火變形和開裂傾向。溫度過低：？單元四鋼的淬火單元四鋼的淬火

為得到馬氏體組織，淬火冷卻速度必須大于臨界冷卻速度Vk。但這必然會產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，往往會引起工件變形和開裂，為此人們提出了理想的淬火冷卻曲線。返回單元四鋼的淬火時間(s)3001021031041010800-100100200500600700溫度(℃)0400A1MsMf

在“鼻尖”溫度以上，在保證不出現(xiàn)珠光體類型組織的前提下，可以盡量緩冷；在“鼻尖”溫度附近則必須快冷，以躲開“鼻尖”，保證不產(chǎn)生非馬氏體相變；而在Ms點附近又可以緩冷，以減輕馬氏體轉(zhuǎn)變時的相變應(yīng)力。

單元四鋼的淬火單元四鋼的淬火一、鋼的淬火工藝2.淬火冷卻介質(zhì)鹽水——水——堿浴——油——硝鹽浴冷卻能力鋼的理想淬火冷卻速度油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但高溫區(qū)冷卻能力太小，使用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。熔鹽作為淬火介質(zhì)稱鹽浴，冷卻能力在水和油之間,用于形狀復(fù)雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業(yè)常用的淬火介質(zhì).單元四鋼的淬火2.淬火冷卻介質(zhì)單元四鋼的淬火二、常用的淬火方法

1.單液淬火法3.分級淬火法

4.等溫淬火法6．冷處理

5.局部淬火法2.雙液淬火法采用不同的淬火方法可彌補(bǔ)介質(zhì)的不足。1、單液淬火法加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。操作簡單，易實現(xiàn)自動化。單元四鋼的淬火

2、雙液淬火法工件先在一種冷卻能力強(qiáng)的介質(zhì)中冷，卻躲過鼻尖后，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。如水淬油冷，油淬空冷.優(yōu)點是冷卻理想，缺點是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。單元四鋼的淬火

3、分級淬火法在Ms附近的鹽浴或堿浴中淬火，待內(nèi)外溫度均勻后再取出緩冷。鹽浴爐單元四鋼的淬火4、等溫淬火法將工件在稍高于Ms的鹽浴或堿浴中保溫足夠長時間，從而獲得下貝氏體組織的淬火方法。經(jīng)等溫淬火零件具有良好的綜合力學(xué)性能，淬火應(yīng)力小.適用于形狀復(fù)雜及要求較高的小型件。單元四鋼的淬火亞共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→F+P空冷→F+S油冷→T+M水冷→M過共析鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變爐冷→P+Fe3CⅡ空冷→S+Fe3CⅡ油冷→T+M+A'水冷→M+A'返回單元四鋼的淬火

中國在春秋晚期已掌握冶鐵技術(shù)。戰(zhàn)國時期，冶鐵業(yè)已逐漸盛行，到了晚期，不僅能煉出高碳鋼，并掌握了淬火技術(shù)，于是開始進(jìn)入以鐵兵器代替銅兵器的時代。戰(zhàn)國晚期還出現(xiàn)了鐵制鎧甲。單元四鋼的淬火西漢《史記·天官書》中有“水與火合為淬”一說，正確地說出了鋼鐵加熱、水冷的淬火熱處理工藝要點。

《漢書·王褒傳》中記載有“清水淬其鋒”的制劍技術(shù)。明代科學(xué)家宋應(yīng)星在《天工開物》一書中對鋼鐵的退火、淬火、滲碳工藝作了詳細(xì)的論述。返回單元四鋼的淬火單元四鋼的淬火

現(xiàn)代淬火工藝方法不僅有奧氏體化直接淬火，而且還有能夠控制淬火后的組織和性能及減少變形的各種淬火工藝方法，甚至可以把淬火冷卻過程直接與熱加工工序結(jié)合起來，如激光淬火、真空淬火、鑄后淬火、鍛后淬火、形變淬火等。淬火工藝方法應(yīng)根據(jù)材料及其對組織、性能和工件尺寸精度的要求，在保證技術(shù)條件要求的前提下，充分考慮經(jīng)濟(jì)性和實用性來選擇。小拓展：單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性淬透性是指鋼在淬火時形成馬氏體的能力。通常以鋼在規(guī)定的條件下淬火時獲得淬硬層深度的能力來衡量。1.鋼的淬硬性和淬透性單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性1.鋼的淬硬性和淬透性

鋼在理想的淬火條件下，獲得馬氏體后能達(dá)到的最高硬度。鋼的淬硬性取決于含碳量的高低。

淬透性與淬硬性？淬透性是鋼淬火時獲得M的能力！淬硬性是鋼淬火獲得M的硬度！淬透性與具體工件的淬透深度？淬透性是鋼的一種屬性，在相同的奧氏體化溫度下淬火時，其淬透性是不變的！具體工件的淬透深度是指在實際生產(chǎn)條件下得到半馬氏體區(qū)至工件表面的距離，是不確定的，受淬透性、工件尺寸、冷卻介質(zhì)等的影響。單元四鋼的淬火單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性鋼件淬硬深度、硬度分布與冷卻速度的關(guān)系單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性2.淬透性的測定1）臨界直徑法2）末端淬火法單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性末端淬火法及淬透性曲線單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性3.影響鋼的淬透性的因素碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)合金元素AB未溶第二相D奧氏體化的溫度C單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性5.鋼的淬火缺陷缺陷名稱缺陷含義及其產(chǎn)生原因后果防止與補(bǔ)救方法氧化與脫碳鋼在加熱時，爐內(nèi)的氧與鋼表面的鐵相互作用，形成一層松脆的氧化鐵皮的現(xiàn)象稱為氧化。鋼在加熱時，鋼表面的碳與氣體介質(zhì)作用而逸出，使鋼件表面含碳量降低的現(xiàn)象稱為脫碳。氧化和脫碳會降低鋼件表面的硬度和疲勞強(qiáng)度，而且還會影響工件的尺寸。在鹽浴爐內(nèi)加熱，或在工件表面涂覆保護(hù)劑，也可在保護(hù)氣氛及真空中加熱。鋼的淬火缺陷產(chǎn)生的原因、后果、防止與補(bǔ)救方法單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性缺陷名稱缺陷含義及其產(chǎn)生原因后果防止與補(bǔ)救方法過熱與過燒鋼在淬火加熱時，由于加熱溫度過高或高溫停留時間過長，造成奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象稱為過熱。若加熱溫度達(dá)到固相線附近，晶界已經(jīng)開始出現(xiàn)氧化和熔化的現(xiàn)象，則稱為過燒。工件過熱后，晶粒粗大，使鋼的力學(xué)性能（尤其是韌性）降低，并易引起淬火時的變形和開裂嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時間，發(fā)現(xiàn)過熱，馬上出爐冷卻至火色消失，再立即重新加熱到規(guī)定溫度或通過正火予以補(bǔ)救。過燒后的工件只能報廢無法補(bǔ)救。變形與開裂淬火內(nèi)應(yīng)力是造成工件變形和開裂的主要原因。無法使用應(yīng)選用合理的工藝方法。變形的工件可采取校正的方法補(bǔ)救，而開裂的工件只能報廢。單元四鋼的淬火三、鋼的淬透性與淬硬性缺陷名稱缺陷含義及其產(chǎn)生原因后果防止與補(bǔ)救方法硬度不足由于加熱溫度過低、保溫時間不足、冷卻速度不夠快或表面脫碳等原因，在淬火后無法達(dá)到預(yù)期的硬度。無法滿足使用性能。嚴(yán)格執(zhí)行工藝規(guī)程。發(fā)現(xiàn)硬度不足，可先進(jìn)行一次退火或正火處理，再重新淬火。軟點淬火后工件表面有許多未淬硬的小區(qū)域。產(chǎn)生原因包括加熱溫度不夠、局部冷卻速度不足（局部有污物、氣泡等）及局部脫碳等。組織不均勻，性能不一致。冷卻時注意操作方法，增加攪動。產(chǎn)生軟點后，可先進(jìn)行一次退火、正火或調(diào)質(zhì)處理，再重新淬火。視頻：鋼的淬火單元四鋼的淬火單元五鋼的回火一、回火的目的對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當(dāng)聚集，將硬度降低，以利于切削加工。（1）（2）（3）（4）獲得工件所要求的力學(xué)性能。穩(wěn)定工件尺寸。降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力。單元五鋼的回火二、淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變階段回火溫度/℃轉(zhuǎn)變特點轉(zhuǎn)變產(chǎn)物馬氏體分解80~200過飽和碳以極細(xì)小的過渡相碳化物析出，馬氏體中碳的過飽和程度降低，晶體畸變程度減弱，韌性有所提高，硬度基本不變M回+A殘殘留奧氏體分解200~300殘留奧氏體開始分解為下貝氏體或回火馬氏體，淬火內(nèi)應(yīng)力進(jìn)一步減小，硬度無明顯降低M回淬火鋼回火時不同溫度下的組織狀態(tài)單元五鋼的回火二、淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變階段回火溫度/℃轉(zhuǎn)變特點轉(zhuǎn)變產(chǎn)物滲碳體的形成300~400從過飽和固溶體中析出的碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的滲碳體，400℃時晶格恢復(fù)正常，變?yōu)殍F素體基體上彌散分布的細(xì)顆粒狀滲碳體的混合物，鋼的內(nèi)應(yīng)力基本消除，硬度下降T回滲碳體聚集長大400以上細(xì)小的滲碳體顆粒不斷長大，回火溫度越高，滲碳體顆粒越粗，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀滲碳體和鐵素體組成的混合物組織，內(nèi)應(yīng)力完全消除，硬度明顯下降S回單元五鋼的回火二、淬火鋼在回火時的組織轉(zhuǎn)變45鋼的回火組織單元五鋼的回火

回火組織與一般組織相比具有較優(yōu)的性能，如硬度相同時，回火托氏體和回火索氏體比一般托氏體（油淬）和索氏體（正火）具有更高的強(qiáng)度、塑性和韌性，這主要是組織形態(tài)不同導(dǎo)致的。小提示：單元五鋼的回火三、回火的種類及應(yīng)用1、低溫回火（150-250）oC組織：

M回=α0.3%C+ε

目的：保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性，降低淬火力，減少鋼的脆性。硬度為58-64HRC。應(yīng)用：刃具、量具、模具、滾動軸承、滲碳淬火件和表面淬火件.單元五鋼的回火三、回火的種類及應(yīng)用2、中溫回火（350-500）oC

組織：T回=F針+Fe3C粒目的：獲得高的彈性極限、屈服點和較好的韌性。又稱彈性處理。硬度為35-45HRC.應(yīng)用：彈性零件及熱鍛模具等。單元五鋼的回火三、回火的種類及應(yīng)用3、高溫回火（500-650）oC

組織：S回=F塊+Fe3C球目的：獲得良好的綜合力學(xué)性能。硬度為25-35HRC.應(yīng)用：各種重要結(jié)構(gòu)零件如螺栓、齒輪及軸承。淬火+高溫回火=調(diào)質(zhì)處理淬火鋼的韌性并不總是隨溫度升高而提高。在某些溫度范圍內(nèi)回火時，會出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。

單元五鋼的回火四、回火脆性單元五鋼的回火四、回火脆性1.低溫回火脆性2.高溫回火脆性1、第一類回火脆性又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350℃回火時出現(xiàn)的脆性。這種回火脆性是不可逆的，只要在此溫度范圍內(nèi)回火就會出現(xiàn)脆性，目前尚無有效消除辦法?；鼗饡r應(yīng)避開這一溫度范圍。單元五鋼的回火四、回火脆性2、第二類回火脆性又稱可逆回火脆性。是指淬火鋼在500-650℃范圍內(nèi)回火后緩冷時出現(xiàn)的脆性.回火后快冷不出現(xiàn)，是可逆的。防止辦法：⑴回火后快冷。⑵加入合金元素W(約1%)、Mo(約0.5%)。該法更適用于大截面的零部件單元五鋼的回火四、回火脆性視頻：鋼的回火單元五鋼的回火工藝的核心：使零件具有“表硬里韌”的力學(xué)性能。表面淬火化學(xué)熱處理單元六鋼的表面熱處理定義：將工件表層規(guī)定深度快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，得到規(guī)定淬硬層的淬火工藝。工藝特征：通過快速加熱使鋼的表層奧氏體化,然后急冷，使表層形成馬氏體組織，而心部仍保持不變。表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限；②心部在保持一定的強(qiáng)度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。即表硬里韌?！暨m用于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、摩擦和沖擊的零件。一、鋼的表面淬火單元六鋼的表面熱處理⑴0.4～0.5%C的中碳鋼

含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降；含碳量過高，心部韌性下降。⑵鑄鐵

提高其表面耐磨性。機(jī)床導(dǎo)軌表面淬火齒輪一、鋼的表面淬火單元六鋼的表面熱處理工藝：

對于結(jié)構(gòu)鋼為調(diào)質(zhì)或正火，前者性能高，用于要求高的重要件，后者用于要求不高的普通件。目的:

①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；

②獲得最終心部組織?；鼗鹚魇象w索氏體預(yù)備熱處理采用低溫回火，溫度不高于200℃?；鼗鹉康臑榻档蛢?nèi)應(yīng)力，保留淬火高硬度、耐磨性。表面淬火后的回火表層組織為M回；心部組織為S回(調(diào)質(zhì))或F+S(正火)。表面淬火+低溫回火后的組織單元六鋼的表面熱處理一、鋼的表面淬火感應(yīng)加熱：利用交變電流在工件表面感應(yīng)巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。表面淬火常用加熱方法單元六鋼的表面熱處理感應(yīng)加熱表面淬火示意圖

1—工件；2—感應(yīng)線圈；3—淬火噴水管；4—加熱淬火層特點：（1）加熱速度快。（2）淬火質(zhì)量好。（3）淬硬層深度易于控制，易實現(xiàn)機(jī)械化和自動化，適用于大批量生產(chǎn)。

一、鋼的表面淬火火焰加熱:利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質(zhì)量不易控制。單元六鋼的表面熱處理1—火焰燒嘴；2—噴水管；3—淬硬層；4—工件

特點：加熱溫度及淬硬層深度不易控制，易產(chǎn)生過熱和加熱不均勻，淬火質(zhì)量不穩(wěn)定。不需要特殊設(shè)備，適用于單件或小批量生產(chǎn)。

激光表面熱處理激光熱處理:利用高能量密度的激光對工件表面進(jìn)行加熱的方法。效率高，質(zhì)量好。一、鋼的表面淬火單元六鋼的表面熱處理化學(xué)熱處理是將鋼件放在一定的活性介質(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種活性原子滲入其表面，改變表面的化學(xué)成分和組織，從而改善表面性能的熱處理工藝。進(jìn)行的條件：滲入元素的原子必須是活性原子，而且具有較大的擴(kuò)散能力；零件本身具有吸收滲入原子的能力，即對滲入原子有一定的溶解度或能與之化合，形成化合物。二、鋼的化學(xué)熱處理單元六鋼的表面熱處理單元六鋼的表面熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理化學(xué)熱處理的過程分解

吸收

擴(kuò)散

化學(xué)介質(zhì)在高溫下釋放出待滲的活性原子活性原子被零件表面吸收和溶解活性原子由零件表面向內(nèi)部擴(kuò)散，形成一定的擴(kuò)散層與表面淬火相比，化學(xué)熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據(jù)滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為：

滲碳、氮化、碳氮共滲?？煽貧夥諠B碳爐滲碳回火爐單元六鋼的表面熱處理是指向鋼的表面滲入碳原子的過程?！魸B碳目的提高工件表面硬度、耐磨性及疲勞強(qiáng)度，同時保持心部良好的韌性?！魸B碳用鋼為含0.1～0.25%C的低碳鋼，碳高則心部韌性降低。經(jīng)滲碳的機(jī)車從動齒輪單元六鋼的表面熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理1.鋼的滲碳?xì)怏w滲碳法示意圖(a)氣體滲碳法將工件放入密封爐內(nèi)，在高溫滲碳?xì)夥罩袧B碳；滲劑為氣體(煤氣、液化氣等)或有機(jī)液體(煤油、甲醇等)；優(yōu)點:質(zhì)量好,效率高；缺點:滲層成分與深度不易控制?！魸B碳方法單元六鋼的表面熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理(c)真空滲碳法將工件放入真空滲碳爐中，抽真空后通入滲碳?xì)怏w加熱滲碳；優(yōu)點:表面質(zhì)量好,滲碳速度快。真空滲碳爐(b)固體滲碳法將工件埋入滲劑中，裝箱密封后在高溫下加熱滲碳；滲劑為木炭；優(yōu)點：操作簡單；缺點：滲速慢，勞動條件差。單元六鋼的表面熱處理二、鋼的化學(xué)熱處理◆滲碳溫度：為900～950℃。

每保溫1小時，厚度增加0.2～0.3mm；

滲碳層厚度（由表面到過度層一半處的厚度）：一般為0.5