鋼的退火、正火、淬火和回火.ppt

1、機(jī)械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）預(yù),備熱處理機(jī)加工最終熱處理。 退火與正火主要用于預(yù)備熱處理，只有當(dāng)工件性能要求不高時(shí)才作為最終熱處理。,3.2-3.3 鋼的退火、正火、淬火和回火,一、退火 將鋼件加熱至高于或低于鋼的臨界溫度，經(jīng)適當(dāng)保溫后隨爐或埋入導(dǎo)熱性較差的介質(zhì)中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。,真空退火爐,1、退火目的： 調(diào)整硬度，便于切削加工。適合加工的硬度為170-250HB。 消除內(nèi)應(yīng)力，防止加工中變形。 細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。,2、退火工藝 退火的種類(lèi)很多，常用的有完全退火、等溫退火、球化退火、擴(kuò)散退火、去應(yīng)力退火、再結(jié)晶退火。 完全退火,將工件

2、加熱到Ac3+3050保溫后緩冷的退火工藝，主要用于亞共析鋼 ., 等溫退火 亞共析鋼加熱到Ac3+3050, 共析、過(guò)共析鋼加熱到Ac1+3050，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。等溫退火可縮短工件在爐內(nèi)停留時(shí)間。,高速鋼等溫退火與普通退火的比較, 球化退火 球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝。,將工件加熱到Ac1+ 30-50 保溫后緩冷，或者加熱后快冷到略低于 Ar1 的溫度下保溫，使珠光體中的滲碳體球化后出爐空冷。主要用于共析、過(guò)共析鋼。,球化退火的組織為鐵素體基體上分布著顆粒狀滲碳體的組織，稱球狀珠光體, 用P球表示。,球狀珠光體,對(duì)于有網(wǎng)狀二次滲碳

3、體的過(guò)共析鋼，球化退火前應(yīng)先進(jìn)行正火，以消除網(wǎng)狀., 去應(yīng)力退火,將工件緩慢加熱（100150 /小時(shí)）到500600 ，經(jīng)過(guò)一段保溫后，隨爐緩慢冷卻到300200 以下，再出爐空冷。 主要用來(lái)消除熱加工、冷加工等工件中的殘余內(nèi)應(yīng)力。 一般情況下，去應(yīng)力退火應(yīng)安排在精加工之前，或在淬火之前。,二、正火 正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30 50，共析鋼加熱到Ac1+3050，過(guò)共析鋼 加熱到Accm+30 50保溫 后空冷的工藝。 正火比退火冷卻速度大。 1、正火后的組織： 0.6%C時(shí)，組織為F+S； 0.6%C時(shí)，組織為S 。,正火溫度,2、正火的目的 對(duì)于低、中碳鋼(0.6C%)，目的與退

4、火的相同。 對(duì)于過(guò)共析鋼，用于消除網(wǎng)狀二次滲碳體，為球化退火作組織準(zhǔn)備。, 普通件最終熱處理。 要改善切削性能，低碳鋼用正火，中碳鋼用退火或正火，高碳鋼用球化退火。,三、淬火,淬火是將鋼加熱到臨界點(diǎn)以上，保溫后以大于Vk速,度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝. 淬火是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。 淬火目的是為獲得馬氏體組織，提高鋼的性能.,真空淬火爐,1、淬火溫度,（1）碳鋼 亞共析鋼,淬火溫度為Ac3+30-50。 預(yù)備熱處理組織為退火或正火組織。,亞共析鋼淬火組織： 0.5%C時(shí)為M 0.5%C時(shí)為M+A。,在Ac1 Ac3之間的加熱淬火為亞溫淬火。,亞溫淬火組織為F+M，強(qiáng)硬度低，但

5、塑韌性好.,共析鋼 淬火溫度為Ac1+30-50；淬火組織為M+A。,過(guò)共析鋼 淬火溫度: Ac1+30-50. 溫度高于Accm，則奧氏體晶粒粗大、含碳量高,淬火后馬氏體晶粒粗大、A量增多。使鋼硬度、耐磨性下降，脆性、變形開(kāi)裂傾向增加。 淬火組織: M+Fe3C顆粒+A。(預(yù)備組織為P球),T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織,合金鋼 由于多數(shù)合金元素(Mn、P除外)對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大有阻礙作用，因而合金鋼淬火溫度比碳鋼高。 亞共析鋼淬火溫度為Ac3+ 50100。 共析鋼、過(guò)共析鋼淬火溫度為Ac1+50100。,鋼坯加熱,2、淬火介質(zhì),理想的冷卻曲線應(yīng)只在C曲線鼻尖處快冷，而在Ms附近盡量緩

6、冷，以達(dá)到既獲得馬氏體組織，又減小,內(nèi)應(yīng)力的目的。但目前還沒(méi)有找到理想的淬火介質(zhì)。 常用淬火介質(zhì)是水和油. 水的冷卻能力強(qiáng)，但低溫卻能力太大，只使用于形狀簡(jiǎn)單的碳鋼件。,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(jí)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).,3、淬火方法,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(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。,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(guò)鼻尖后，再在另一種冷

7、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(diǎn)是冷卻理想，缺點(diǎn)是不易掌握。用于形狀復(fù)雜的碳鋼件及大型合金鋼件。,3、分級(jí)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。,可減少內(nèi)應(yīng)力，用于小尺寸工件。,鹽浴爐,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(zhǎng)時(shí)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。,鋼的淬透性,網(wǎng)帶式淬火爐,淬透性是鋼的主要熱處理性能。 是選材和制訂熱處理工藝的重要依據(jù)之一。,淬透性的概念,M量和硬度隨深度的變化,淬透性是指鋼在淬火時(shí)獲得淬

8、硬層深度的能力。其大小是用規(guī)定條件下淬硬層深度來(lái)表示。,淬硬層深度是指由工件表面到半馬氏體區(qū)(50%M + 50%P)的深度。 淬硬性是指鋼淬火后所能達(dá)到的最高硬度，即硬化能力.,淬透性與淬硬層深度的關(guān)系,同一材料的淬硬層深度與工件尺寸、冷卻介質(zhì)有關(guān)。工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強(qiáng)，淬硬層深。 淬透性與工件尺寸、冷卻介質(zhì)無(wú)關(guān)。它只用于不同材料之間的比較，是通過(guò)尺寸、冷卻介質(zhì)相同時(shí)的淬硬層深度來(lái)確定的。,影響淬透性的因素,鋼的淬透性取決于臨界冷卻速度Vk， Vk越小，淬透性越高。 Vk取決于C曲線的位置，C 曲線越靠右，Vk越小。,因而凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奧

9、氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高；奧氏體化溫度高、保溫時(shí)間長(zhǎng)也使鋼的淬透性提高。,利用淬透性可控制淬硬層深度。 對(duì)于截面承載均勻的重要件,要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。對(duì)于承受彎曲、扭轉(zhuǎn)的零件可不必淬透(淬硬層深度一般為半徑的1/21/3)，如軸類(lèi)、齒輪等。 淬硬層深度與工件尺寸有關(guān),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意尺寸效應(yīng)。,不同冷卻條件下的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物,等溫退火,P,退火,(爐冷),正火,(空冷),S,(油冷),T+M+A,等溫淬火,B下,M+A,分級(jí)淬火,M+A,淬火,(水冷),淬火,P,P,均勻A,細(xì)A,四、鋼的回火,回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫適當(dāng)時(shí)間后，置于空氣或水中冷卻的工藝。 1、回

10、火的目的 減少或消除淬火內(nèi)應(yīng)力, 防止變形或開(kāi)裂。,獲得所需要的力學(xué)性能。淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調(diào)整硬度、韌性。,螺桿表面的淬火裂紋,穩(wěn)定尺寸。淬火M和A都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織轉(zhuǎn)變的傾向?；鼗鹂墒筂與A轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止使用時(shí)變形。 對(duì)于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用,回火軟化既能降低硬度，又能縮短軟化周期。 未經(jīng)淬火的鋼回火無(wú)意義，而淬火鋼不回火在放置使用過(guò)程中易變形或開(kāi)裂。鋼經(jīng)淬火后應(yīng)立即進(jìn)行回火。,2、鋼在回火時(shí)的轉(zhuǎn)變,淬火鋼回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發(fā)生四個(gè)階段變化。,網(wǎng)帶式回火電爐,回火時(shí)組織轉(zhuǎn)變 馬氏體

11、的分解 100回火時(shí)，鋼的組織無(wú)變化。 100-200加熱時(shí)，馬氏體將發(fā)生分解,從馬氏體中析出-碳化物(- FeXC)，使馬氏體過(guò)飽和度降低。析出的碳化物以細(xì)片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。,透射電鏡下的回火馬氏體形貌,回火馬氏體,在光鏡下M回為黑色，A為白色。 0.2%C 時(shí)，不析出碳化物。只發(fā)生碳在位錯(cuò)附近的偏聚。 殘余奧氏體分解,200-300時(shí), 由于馬氏體分解，奧氏體所受的壓力下降, Ms 上升，A 分解為- 碳化物和過(guò)飽和鐵素體，即M回。,發(fā)生于250-400，此時(shí)，-碳化物溶解于F中，并從鐵素體中析出Fe3C。 到350, 馬氏體含碳量降到鐵素體平衡成分

12、, 內(nèi)應(yīng)力大量消除，M回轉(zhuǎn)變?yōu)樵诒３竹R氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細(xì)粒狀Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。,回火托氏體,-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C,回火索氏體,Fe3C聚集長(zhǎng)大和鐵素體多邊形化,400以上, Fe3C開(kāi)始聚集長(zhǎng)大。 450 以上鐵素體發(fā)生多邊形化，由針片狀變?yōu)槎噙呅? 這種在多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。,回火時(shí)的性能變化 回火時(shí)力學(xué)性能變化總的趨勢(shì)是隨回火溫度提高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提高。,200以下，由于馬氏體中碳化物的彌散析出，鋼的硬度并不下降，高碳鋼硬度甚至略有提高。,200-300，由于高碳鋼中A轉(zhuǎn)變?yōu)镸回, 硬度再次升高。 大于300,由于Fe3C粗化，馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體,硬度直線下降。,3、回火脆性,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(shí)，會(huì)出現(xiàn)沖擊韌性下降的現(xiàn)象，稱回火脆性。,第一類(lèi)回火脆性 又稱不可逆回火脆性。是指淬火鋼在250-350回火時(shí)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(huì)出