第九章鋼的熱處理工藝張慶安金屬學(xué)與熱處理

（優(yōu)選）第九章鋼的熱處理工藝張慶安金屬學(xué)與熱處理現(xiàn)在是1頁\一共有60頁\編輯于星期二金屬材料加工過程

冶煉→鑄造鑄錠板棒型管焊接機(jī)加工冷軋冷拔深沖鍛件鑄件機(jī)加工零件或構(gòu)件↑工藝性能預(yù)備熱處理↑使用性能最終熱處理熱軋→熱鍛→現(xiàn)在是2頁\一共有60頁\編輯于星期二熱處理分類普通熱處理：退火、正火淬火、回火表面熱處理：表面淬火化學(xué)熱處理形變熱處理：控制軋制現(xiàn)在是3頁\一共有60頁\編輯于星期二§9-1鋼的退火與正火一退火1定義：鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲平衡組織的工藝~。參見教材定義中“高于或低于AC1”，是為了區(qū)分有無相變的兩種退火，但并不妥AC1S現(xiàn)在是4頁\一共有60頁\編輯于星期二

2分類（1）高溫退火（相變重結(jié)晶退火）

T加熱>AC1（2）低溫退火

T加熱<AC1完全退火不完全退火球化退火等溫退火擴(kuò)散退火去應(yīng)力退火再結(jié)晶退火現(xiàn)在是5頁\一共有60頁\編輯于星期二3退火目的總體：改善組織，提高性能①降低硬度，改善切削加工性能。通常適合機(jī)加工的硬度范圍為150~250HB②細(xì)化晶粒；均勻組織③消除內(nèi)應(yīng)力注：目的②時(shí)，常用正火代退火現(xiàn)在是6頁\一共有60頁\編輯于星期二工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

①工藝：完全奧氏體化②組織：層片狀珠光體①↓硬度，改善切削加工性能②細(xì)化晶粒；消除內(nèi)應(yīng)力；減輕組織不均勻性(消除魏氏組織等)亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的預(yù)備熱處理(切削加工前或熱處理前的預(yù)備熱處理)4退火工藝及特點(diǎn)

AC3+20-30℃

AC3

AC1

tT(1)完全退火注：目的不同，組織控制(珠光體片間距)不同原因：粗片狀P原因：重結(jié)晶現(xiàn)在是7頁\一共有60頁\編輯于星期二45鋼鍛造后與完全退火后機(jī)械性能狀態(tài)σb(Mpa)σs(Mpa)δ(%)ψ(%)αk

(kJ.m-2)HB鍛造650~750300~4005~1520~40200~400230完全退火600~700300~35015~2040~50400~600200完全退火后強(qiáng)硬度有所下降，而塑韌性較大幅度提高——主要目的：改善組織與加工性能現(xiàn)在是8頁\一共有60頁\編輯于星期二晶粒細(xì)化的原因αγα40鋼退火前后金相組織完全退火→相變重結(jié)晶過程

α→γ→α現(xiàn)在是9頁\一共有60頁\編輯于星期二工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

①工藝：不完全奧氏體化②組織：球狀(粒狀)珠光體①降低(過)共析鋼硬度適合切削②為最終熱處理做組織準(zhǔn)備含碳量較高的工、模具鋼的預(yù)備熱處理

AC1+20-30℃ACm或AC3

AC1

tT

(2)球化退火——不完全退火的一種工藝關(guān)鍵①Fe3C形態(tài)控制②球的大小控制

←控制奧氏體化程度←控制過冷奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的溫度現(xiàn)在是10頁\一共有60頁\編輯于星期二片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀珠光體粒(球)狀珠光體刀具現(xiàn)在是11頁\一共有60頁\編輯于星期二T12鋼球化退火與完全退火的性能比較

球化退火的強(qiáng)硬度更低，塑韌性更好，碳化物對(duì)基體的分割更均勻、徹底，更利切削加工狀態(tài)σb(Mpa)δ(%)ψ(%)HB完全退火8101530230球化退火6202040160T12鋼完全退火與球化退火后性能比較現(xiàn)在是12頁\一共有60頁\編輯于星期二T12鋼完全退火與球化退火后組織比較完全退火、球化退火工藝缺陷生產(chǎn)周期長；且為變溫轉(zhuǎn)變，故所得組織、球大小不均，為此——開發(fā)出等溫轉(zhuǎn)變現(xiàn)在是13頁\一共有60頁\編輯于星期二(3)等溫退火——是完全退火、球化退火工藝的改進(jìn)——普通退火——等溫完全退火——等溫球化退火

AC3+20-30℃AC3

Ar1

tTAc1

AC1+20-30℃

Ar1-20-30℃現(xiàn)在是14頁\一共有60頁\編輯于星期二高速鋼等溫退火與普通退火工藝曲線870-880

℃tT4h3h等溫退火普通退火40℃/h720-740

℃爐冷15℃/h空冷空冷等溫退火優(yōu)勢

(1)縮短工藝時(shí)間：高速鋼40h→20h

（2）組織均勻：碳化物球大小一致現(xiàn)在是15頁\一共有60頁\編輯于星期二工藝規(guī)范特點(diǎn)目的適用范圍

(1)高溫、長時(shí)間(2)需再經(jīng)重結(jié)晶工藝(完全退火或正火)以細(xì)化晶粒消除或減輕偏析、帶狀組織等合金鋼錠大型鑄鋼件tTAC3或ACm+200-300℃AC3或ACm(4)擴(kuò)散(均勻化)退火現(xiàn)在是16頁\一共有60頁\編輯于星期二工藝名稱工藝規(guī)范目的適用范圍再結(jié)晶退火①

①消除加工硬化②完全消除殘余應(yīng)力冷塑性變形件去應(yīng)力退火②消除內(nèi)應(yīng)力，防工件變形鑄、鍛、焊、沖壓、機(jī)加工件(5)再結(jié)晶退火與去應(yīng)力退火AC1650-700℃300-650℃tT①②現(xiàn)在是17頁\一共有60頁\編輯于星期二二正火目的、用途和工藝

1定義鋼加熱到AC3或ACm以上的A區(qū)域，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的工藝

——又稱常化①①正火②退火②現(xiàn)在是18頁\一共有60頁\編輯于星期二正火與退火的區(qū)別加熱溫度較高冷卻速度較快獲得組織較細(xì)(索氏體)——強(qiáng)硬度與塑韌性較高生產(chǎn)效率較高①②①①正火②退火②現(xiàn)在是19頁\一共有60頁\編輯于星期二碳鋼正火與退火后的硬度（HB）狀態(tài)結(jié)構(gòu)鋼軟的中等的硬的工具鋼退火正火～125～140～160～190～185～230～220～270現(xiàn)在是20頁\一共有60頁\編輯于星期二正火與退火態(tài)45鋼機(jī)械性能狀態(tài)σb(MPa)δ(%)αk

(J.cm-2)HB正火700~80015~2050~80220完全退火650~70015~2040~60180注：正火態(tài)強(qiáng)硬度與塑韌性均較高現(xiàn)在是21頁\一共有60頁\編輯于星期二2目的①細(xì)化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷②提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能③消除高碳鋼網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備④型材或大型復(fù)雜鑄鋼件的最終熱處理現(xiàn)在是22頁\一共有60頁\編輯于星期二三正火與退火的選用

C%<0.25%低碳鋼——多用正火；提高硬度

C%:0.25~0.5%——可正火、可完全退火

C%:0.5~0.75%——完全退火

C%>0.75%——球化退火

C%>0.9%——有網(wǎng)狀碳化物┗正火(消網(wǎng))＋球化退火現(xiàn)在是23頁\一共有60頁\編輯于星期二注意

1退火與正火—珠光體類型組織的應(yīng)用

2能用正火處則不用退火正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理現(xiàn)在是24頁\一共有60頁\編輯于星期二§9-2鋼的淬火與回火淬火：將鋼件加熱到AC3或AC1以上，使發(fā)生奧氏體化，以V冷>VC急劇冷卻，獲馬氏體組織等溫淬火

AC1

MS

VC

VC′淬火但等溫淬火——獲得B下彈簧鋼鉛浴淬火——獲得索氏體現(xiàn)在是25頁\一共有60頁\編輯于星期二1加熱溫度通常淬火加熱溫度的選擇主要根據(jù)鋼種是亞共析鋼還是過共析鋼而定，基本原則是亞共析鋼采取完全奧氏體化，過共析鋼采取不完全奧氏體化一淬火加熱工藝參數(shù)的選擇（1）化學(xué)成分亞共析鋼：AC3+20-30℃

過共析鋼：AC1+20-30℃現(xiàn)在是26頁\一共有60頁\編輯于星期二

AC1

ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C↑)(↑)A+FM+FFe3C過共析鋼為何不采取完全奧氏體化？若T>Acm①C%↑，MS↓；AR↑②粗大M③氧化脫碳↑，變形開裂↑現(xiàn)在是27頁\一共有60頁\編輯于星期二低合金鋼：AC3或AC1+50-100℃高合金鋼：AC3或AC1+300-400℃（2）還需綜合考慮工件尺寸、形狀、淬火介質(zhì)、晶粒長大傾向等因素600℃800℃1280℃

W18Cr4VTt2保溫時(shí)間τ保溫=τ升溫+τ熱透+τ轉(zhuǎn)現(xiàn)在是28頁\一共有60頁\編輯于星期二

3淬火介質(zhì)（1）淬火介質(zhì)的要求①鼻點(diǎn)冷速大,MS附近冷速?、诜€(wěn)定，成本低③安全、無毒、不腐蝕工件TτA1MS水油現(xiàn)在是29頁\一共有60頁\編輯于星期二

(2)常用淬火介質(zhì)①水鼻溫：150℃/S；Ms：450℃/S

優(yōu)點(diǎn)：冷卻能力強(qiáng)；成本低缺點(diǎn)：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速過大，變形應(yīng)用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件現(xiàn)在是30頁\一共有60頁\編輯于星期二②油

Vmax：100-250℃/S

出現(xiàn)在400-500℃

鼻溫：60~70℃/S；Ms：50℃/S

優(yōu)點(diǎn)：M轉(zhuǎn)變溫區(qū)冷速小，不易變形缺點(diǎn)：鼻溫區(qū)冷速過小，淬不透應(yīng)用：合金鋼件現(xiàn)在是31頁\一共有60頁\編輯于星期二

10%NaCl水溶液

15%NaOH水溶液

5%Na2CO3水溶液

——使蒸汽膜提前破裂，改進(jìn)了單一水介質(zhì)由于蒸汽膜出現(xiàn)，使傳熱性能下降的現(xiàn)象，提高了冷卻能力。但有一定腐蝕性③鹽水與堿水現(xiàn)在是32頁\一共有60頁\編輯于星期二鋼的淬透性

為什么引入“淬透性”概念V表V心VC淬透層深度VCV表V心現(xiàn)在是33頁\一共有60頁\編輯于星期二1鋼的淬透性概念淬透層深度：由工件表面→半馬氏體點(diǎn)(50%M)的深度指奧氏體化的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力，具體用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度表示其大小，越深，淬透性越高現(xiàn)在是34頁\一共有60頁\編輯于星期二硬度測量法：50%M的硬度←C%淬透層深度50%M現(xiàn)在是35頁\一共有60頁\編輯于星期二淬透性與淬透層深度的差別影響淬透性的因素：與影響C曲線因素一致，具體與鋼種以及奧氏體化的條件有關(guān)實(shí)際淬透層深度：除與淬透性有關(guān)外，還與工件大小、淬火介質(zhì)等緊密相關(guān)現(xiàn)在是36頁\一共有60頁\編輯于星期二淬硬性：鋼淬火時(shí)的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示，具體主要取決于馬氏體中的碳含量2淬透性與淬硬性淬透性：取決于鋼的臨界冷卻速度，具體主要與鋼中的合金元素種類及數(shù)量有關(guān)例：T10、15MnVB淬透性與淬硬性比較現(xiàn)在是37頁\一共有60頁\編輯于星期二3淬透性測定方法（1）頂端淬火法φ25×100現(xiàn)在是38頁\一共有60頁\編輯于星期二現(xiàn)在是39頁\一共有60頁\編輯于星期二現(xiàn)在是40頁\一共有60頁\編輯于星期二（2）臨界淬火直徑臨界淬火直徑：鋼在某種淬火介質(zhì)中能完全淬透的最大直徑(Dk)臨界淬火直徑測量方法①C%→半馬氏體硬度②測該鋼端淬曲線——找出對(duì)應(yīng)半馬氏體硬度的d端值③根據(jù)對(duì)零件淬透深度的實(shí)際要求(淬透至1/2R、3/4R、中心等)從下圖查出對(duì)應(yīng)的臨界淬火直徑Dk現(xiàn)在是41頁\一共有60頁\編輯于星期二現(xiàn)在是42頁\一共有60頁\編輯于星期二TτA1MS分級(jí)淬火雙液淬火等溫淬火單液淬火三淬火方法現(xiàn)在是43頁\一共有60頁\編輯于星期二

1單液淬火尺寸小、形狀簡單的碳鋼、合金鋼件

2雙液淬火（水淬油冷）

——尺寸較大碳鋼件3分級(jí)淬火稍高于MS，鹽浴

——小尺寸工模具、變形小、精密件淬火方法現(xiàn)在是44頁\一共有60頁\編輯于星期二4等溫淬火特點(diǎn)：淬火熱應(yīng)力、組織應(yīng)力小，變形小——特別用于形狀復(fù)雜、尺寸精密件5冷處理目的：①減少AR%，↑HRC②穩(wěn)定尺寸③挽救現(xiàn)在是45頁\一共有60頁\編輯于星期二四鋼的回火工藝1回火工藝參數(shù)的選擇

回火溫度的選擇（1）零件使用性能→硬度→回火溫度（2）應(yīng)力消除：T>500℃，1hT<200℃，2-3h回火后冷卻方式通常無要求，空冷即可。但如果是中高溫回火，又是回火脆性敏感鋼(例如含Cr、Ni、Mn等)，回火后需采取水或油快冷方式

回火次數(shù)：高合金鋼的多次回火現(xiàn)在是46頁\一共有60頁\編輯于星期二回火溫度對(duì)高碳低合金鋼(0.82％C、0.84％Mn)機(jī)械性能的影響現(xiàn)在是47頁\一共有60頁\編輯于星期二回火溫度對(duì)低碳和中碳合金鋼機(jī)械性能的影響

a對(duì)低碳合金鋼機(jī)械性能的影響

b對(duì)中碳合金鋼機(jī)械性能的影響

現(xiàn)在是48頁\一共有60頁\編輯于星期二

2回火種類通?；鼗痄撔阅軓?qiáng)烈取決于回火溫度，不僅回火溫度↑，內(nèi)應(yīng)力↓，同時(shí)強(qiáng)硬度↓，而塑韌性↑——強(qiáng)韌性要求不同，回火溫度不同——實(shí)用中根據(jù)溫度不同劃分回火種類現(xiàn)在是49頁\一共有60頁\編輯于星期二低溫回火組織：回火馬氏體①由片狀過飽和α相+ε碳化物析出相構(gòu)成，且析出物與基體保持共格關(guān)系

——確?；鼗鸷笕跃哂懈邚?qiáng)度②適量碳的析出以及某些缺陷的消除，使內(nèi)應(yīng)力有較大程度下降

——回火后降低了脆性（1）低溫回火（150~250℃）現(xiàn)在是50頁\一共有60頁\編輯于星期二保持高強(qiáng)硬度微裂紋焊合內(nèi)應(yīng)力和脆性↓韌性略↑

——低碳鋼：板條M，只有C的偏聚

——高碳鋼：淬火片狀M→回火M應(yīng)用：①工、模具鋼②低碳馬氏體鋼低溫回火組織的性能思考：回火馬氏體與淬火馬氏體的差別現(xiàn)在是51頁\一共有60頁\編輯于星期二（2）中溫回火（350~500℃）中溫回火組織：回火屈氏體由條狀或針狀(未再結(jié)晶，平衡C含量)α相與彌散析出、分布在α相基體上的細(xì)粒狀θ相構(gòu)成

——尚未再結(jié)晶仍保留有高密度位錯(cuò)的α基體，確保回火后仍具有高強(qiáng)度

——碳完全析出，內(nèi)應(yīng)力基本消除現(xiàn)在是52頁\一共有60頁\編輯于星期二中溫回火組織的性能基體已回復(fù)；內(nèi)應(yīng)力↓↓有很高的強(qiáng)韌性，彈性極限高應(yīng)用：彈簧鋼、熱鍛模思考：回火屈氏體與正火屈氏體的差別現(xiàn)在是53頁\一共有60頁\編輯于星期二（3）高溫回火（550~680℃）高溫組織：回火索氏體由已再結(jié)晶并等軸狀的α相（碳為平衡狀態(tài)）以及均勻、彌散分布在其上的粒狀或球化的θ相構(gòu)成

——碳的過飽和固溶強(qiáng)化以及位錯(cuò)亞結(jié)構(gòu)強(qiáng)化均消失，僅靠分布較理想的第二相強(qiáng)化，強(qiáng)度相對(duì)下降，但塑韌性很高現(xiàn)在是54頁\一共有60頁\編輯于星期二高溫回火組織的性能內(nèi)應(yīng)力基本消除強(qiáng)度與韌性最佳配合

——綜合機(jī)械性能高應(yīng)用：重要結(jié)構(gòu)件，軸、齒輪等獲得較高綜合機(jī)械性能的工藝方法——調(diào)質(zhì)處理：淬火+高溫回火現(xiàn)在是55頁\一共有60頁\編輯于星期二片狀粒狀σσbσSHRC(0.8%C)δ,ψψδ305020060040080010思考高溫退火或正火獲得的珠光體類型組織與淬火后高溫或中溫回火的