第04章 金属材料热处理

• 球化退火的组织为铁素体基
体上分布着颗粒状渗碳体的 组织，ห้องสมุดไป่ตู้球状珠光体, 用P球表 示。

对于有网状二次渗碳体的
球状珠光体
过共析钢，球化退火前应先
进行正火，以消除网状.
3.扩散退火（均匀化退火）
扩散退火的特点是，加热温度高，一般在Ac3或Accm以 上150～200℃（1050～1150 ℃ ），长时间保温 （10～15h以上），随炉冷却。 扩散退火适用于合金钢大型铸、锻件。
Ms Mf
理想淬火曲线示意图
• 油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太 小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 • 熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间, 用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。
淬火方法
• 采用不同的淬火方法
1—单液淬火法 2—双液淬火法 3—分级淬火法 4—等温淬火法
可弥补介质的不足。
4.1.2 正火
正火是将钢加热到Ac3(亚共析钢)或Accm(共析和过共 析钢)以上30—50 ℃ ，保温适当时间后在静止空气中 冷却的热处理工艺。 由于正火比退火的冷却速度大，故珠光体的片层间距 较小，因而正火后强度、硬度较高。
正火的目的：
(1)对普通碳素钢、低合金钢和力学性能要求不高的 结构件，可作为最终热处理。（提高强度） (2)对低碳素钢用来调整硬度，避免切削加工中“粘刀” 现象，改善切削加工性。
(1)马氏体的分解(200 ℃以下)
弥散的ε碳化物和与它保持共格联系的低碳马氏体 称为回火马氏体。
(2)残余奥氏体分解(200~300 ℃) (3)渗碳体的形成(250~400 ℃)
回火马氏体
由体心正方晶格变为体心立方晶格，即铁素体。碳化物 也逐渐转变为稳定的细颗粒状的渗碳体，并与母相失去 共格关系。回火托氏体。
• 感应加热分为：
• ① 高频感应加热
频率为250-300KHz，淬硬层深度0.5-2mm
• ② 中频感应加热
频率为2500-8000Hz，淬硬层深度2-10mm • ③ 工频感应加热 频率为50Hz,淬硬层深度10-15 mm
各种感应器
4.3.2 火焰加热表面淬火
火焰加热表面淬火法是用乙炔—氧或其他可燃气体 燃烧时形成的高温火焰将工件表面加热到相变温度 以上，然后立即喷水淬火冷却的方法。
完全退火主要适用于亚共析 钢和铸件、锻件及焊接件 等．将其加热到Ac3以上使钢材 完全奥氏体化．缓慢冷却后获 得接近于平衡状态的铁素体和 珠光体组织。使热加工过程中 造成的粗大不均匀组织均匀细 化，降低硬度，提高塑性，改 善加工性能，消除内应力。
等温退火
• 亚共析钢加热到Ac3+30~50℃, 共析、过共析钢加热 到Ac1+30~50℃，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下 停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件 在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢.
获得良好的综合力学性能， 即在保持较高的强度同时， 具有良好的塑性和韧性。
适用于各种高碳 钢、渗碳件及表 面淬火件。
适用于 弹簧热处理
广泛用于各种结构件如轴、 齿轮等热处理。也可作为 要求较高精密件、量具等 预备热处理。
● 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调 质.
回火脆性
• 淬火钢的韧性并不
(4)渗碳体聚集长大(400℃以上） 主要是回火索氏体
2. 回火后的组织和性能
(1)回火马氏体(250 ℃以下)是由淬火马氏体分解的极细 小的高度弥散的ε碳化物分布在针状的低过饱和固溶体基 体上，并保持共格关系。 (2)回火托氏体(350~450 ℃)是由高度弥散的渗碳体分布 在铁素体基体上 (3)回火索氏体(500~650 ℃)是由较细的渗碳体颗粒分布 在铁素体基体上
特
点：
①操作简单，无需特殊设备 ②淬硬层一般为2-6mm ③淬火质量不易稳定 ④适于单件或小批量生产
激光表面淬火 • 激光热处理: 利用高能量密度的激光对工件表 面进行加热的方法。效率高，质量好。
激光表面热处理
淬火引起的变形
组织应力 热应力
4.4 钢的回火
回火就是把经过淬火的零件重新加热到低于Ac1， 的某一温度，适当保温后，冷却到室温的热处理 工艺。
5．冷处理
钢件淬火冷却到室温后，继续在0度以下的介质中冷却的热处 理工艺．称为冷处理。
4.3 钢的表面淬火
表面淬火方法是将淬火零件表层金属迅速加热至 相变温度以上．而心部末被加热．然后迅速冷却， 使零件表层获得马氏体而心部仍为原始组织的 “外硬内韧”状态。
表面淬火法所用零件材料的含碳量:0.40％—0. 50％。
2.中温回火
回火温度范围为350～500 ℃ ，回火组织是回火托氏体， 硬度为35—45HRC 。中温回火的目的是获得高的弹性极限 和屈服强度，并具有一定的韧性和抗疲劳能力。适应于各 种弹簧和锻模等。
3．高温回火
回火温度范围为500—650 ℃ ，回火组织是回火索氏体， 硬度为25—35HRC。高温回火的目的是获得较高强度的同 时．还有较好的塑性和韧性。 广泛适应于处理各种重要的零件，特别是受交变裁荷和 冲击作用力的连秆、曲轴、齿轮和机床主轴等。也常作为 精密零件和模具、量具的预备热处理，以获得均匀组织、 减小淬火变形，为后续的表面淬火、渗氮等作好组织准备。
2.球化退火
球化退火是将钢加热到Ac1，以 上10—30 ℃ ，保温较长时间后 以极其缓慢的速度冷却到600 ℃ 以下，再出炉空冷的热处理工艺。 球化退火主要适用于共析和过 共析钢及合金工具钢的退火。 目的：使钢中的网状二次渗碳 体和珠光体中的片状渗碳体球 化，降低材料硬度，改削切削 加工性，并可减小最终淬火变 形和开裂。
中碳钢：表面淬火前应进行正火或调质处理 外硬内韧
4.3.1 感应加热表面淬火
感应加热是将钢件置于通人交 变电流的线圈中，由于电磁感 应，钢件产生频率相同、方向 相反的交变电流。由于集肤效 应，集中在钢件表层的高密度 电流．在具有较大电阻的钢件 表层呈涡旋流动并产生热效应， 将钢件表层迅速加热至淬火温 度．而钢件中心电流几乎为 零．温度变化很小，这时经喷 水冷却．钢件表面快冷淬火， 得到一定深度的马氏体层。 160-200℃低温回火，提高韧性， 降低淬火残余应力。
• 1、单液淬火法 • 加热工件在一种介质 中连续冷却到室温的淬 火方法。 • 操作简单，易实现自 动化。
各种淬火方法示意图
• 2、双液淬火法
• 工件先在一种冷却能力
强的介质中冷，却躲过鼻
尖后，再在另一种冷却能
力较弱的介质中发生马氏 体转变的方法。如水淬油
冷，油淬空冷.
• 优点是冷却理想，缺点
是不易掌握。用于形状 复杂的碳钢件及大型合金
(1)消除或降低内应力，降低脆性，防止变形和开裂。 (2)稳定组织．稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和 性能。 (3)通过不同回火方法，来调整零件的强度、硬度，获 得所需要的韧性和塑性。
未经淬火的钢回火无意义。钢经淬火后应立即进行回火。
4.4.1 回火目的
钢在淬火后一般很少直接使用
4.4.2 回火组织转变及性能变化 1．钢在回火时的组织转变
淬火和高温回火相结合的热处理方法称为调质处理。
• 根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。
低温回火 回火温度 回火组织 回火目的 应用 150-250℃ M回
在保留高硬度、高 耐磨性的同时，降 低内应力。
中温回火 350-500℃ T回
提高e及s， 同时使工件具 有一定韧性 。
高温回火 500-650℃ S回
(3)对共析、过共析钢用来消除网状二次渗碳体，为球 化退火作好组织上的准备。

要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火
或正火,高碳钢用球化退火.
4.2 钢的淬火
淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30~50度，经过 保温后在冷却介质中迅速冷却的热处理工艺。 加热温度类似退火（完全、球化） 目的：淬火可以使钢件获得马氏体和贝氏体组 织，以提高钢的力学性能。 淬火是强化钢件的最主要的而且是最常用的热处 理方法。
第四章金属材料热处理
金属材料的热处理是金属材料在固态下，通过适当 的方式进行加热、保温和冷却．改变材料内部组织结 构，从而改善材料性能的一种工艺方法，也称之为金 属材料的改性处理。
金属材料的热处理
4.1 退火与正火 作用： 在机械零件或工具的加工制造过程中，退火与正
火常作为预备热处理。
对于一些不重要或受力不大的零件，退火 和正火也可作为最终热处理。
4.1.1 退火
退火是将钢加热到预定温度，保温一定时问后缓慢冷却 (通常随炉冷却)，获得接近于平衡组织的热处理工艺。
目的：
(I)降低硬度，改善切削加工性。
(2)消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与开裂倾向。 (3)细化品粒，调整组织，消除组织缺陷。
1．完全退火
完全退火是将钢加热到Ac3， 以上30—50℃，保温一定时问 后随炉冷却到500 ℃以下．再 出炉空冷的热处理工艺。
回火组织与过冷奥氏体直接分解的组织相比有 何区别？
回火组织与过冷奥氏体直接分解约组织相比， 均具有较优的性能。 在硬度相同时，回火托氏体与回火索氏体比 托氏体、索氏体具有较高的强度、塑性和韧性。 其主要原因是过冷里氏体直接分解出来的渗碳 体是片状渗碳体．而回火组织转变的是颗粒状渗碳 体。片状渗碳体在受力时容易产生应力集中，形成 裂纹和具有较大的脆性，所以受交变应力和冲击作 用的重要零件应采用淬火和高温回火处理．以获得 较高的力学性能。
4.2.1 淬火加热温度和加热时间
亚共析钢的淬火加热 温度为加热到Ac3以上 30~50度。淬火后的组 织为均匀细小的马氏 体。 过共析钢的淬火加热温 度为Ac1以上30~50度， 淬火后的组织为均匀细 小的马氏体和粒状二次 渗碳体，有利于增加钢 的硬度和耐磨性。