钢的热处理工艺

钢的热处理

第一章钢的热处理

热处理工艺包括：将钢材或钢制件加热到预定温度，在此温度下保温一定时间。然后一定的冷却速度冷却下来，达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求。

1□□钢的加热

1.1□制定钢的加热制度

加热温度、加热速度、保温时间。

1.1.1加热温度的选择

加热温度取决于热处理的目的。热处理分为：淬火、退火、正火、和回火等。

淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织，使钢具有高的硬度；

退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织，因此其加热温度不同。在具体制定加热温度时应按以下原则：热处理工艺种类及目的要求；被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态；钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定。对于碳钢及低合金钢的加热温度：亚共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃；

过共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃；

亚共析钢完全退火：A C3以上20～30℃；

过共析钢不完全退火：A C3以上20～30℃；

正火A C3或A CM以上30～50℃；

1.1.2加热速度的选择

必须根据钢的化学成分及导热性能；钢的原始状态及应力状态；钢的尺寸及形状来确定加热速度。如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时，在加热是应特别注意。对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度。钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同，主要有以下几点：

a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小；

b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小；

c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小；

d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小。

1.1.3钢在加热时的缺陷

a) 过热：过热就是由于加热温度过高，加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大。粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织，并往往出现魏氏组织，结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降。已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正。

b) 强烈过热：加热温度过高或加热保温时间过长，使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的

硫与氧在高温下溶解于奥氏体中，在冷却过程中硫或氧以化合物形态沿粗大的奥氏体晶界析出。故降低钢的冲击韧性。此问题出现后只能用重新锻造或轧制来消除且锻、轧的温度不易过高。

c) 过烧：当加热温度接近固相线时（指热加工的加热温度），此时晶粒不仅剧烈长大，而且在晶界上的低熔点夹杂物地方发生局部熔化状态，当炉气中的硫、氧渗入后，更加速晶界物的软化，这种现象叫钢的过烧。失去了钢的塑性和韧性，锻轧时破碎，不能用热处理的方法纠正，只能报废。

d) 钢的氧化与脱碳：

1）氧化

2）脱碳

防止加热时钢的氧化及脱碳的措施：

（1）控制炉气成分：就是控制炉气中的CO2/CO，H2O/H2，CH4/H2 比例。

（2）向炉内通入试制的保护气：氢气、氮气、石油裂化气及煤气

2□□钢的退火与正火

退火：就是把钢加热到临界点AC3以上或AC1以上（AC1－AC3、ACM－AC3）经过保温，然后缓慢冷却（炉冷）的一种操作。加热到临界点以上是为使原始组织发生重结晶，得到全部（或大部分）奥氏体状态，继之以缓慢得到U-曲线上部的组织——珠光体。所以退火组织具有低的强度和硬度，较高的塑性和韧性。

正火：是把钢加热到AC3或ACM以上，保温后在空气中冷却。正火所得到的组织也是珠光体型组织，但其组织较退火组织为细，强度、硬度较高，塑性韧性也较好。

常用的退火与正火加热温度及工艺曲线如图1和图2所示。

1100

温度1000

900

AC3

或800

AC1

700

低温退火P + CM3

600

时间0.8

图1 正火与退火工艺图2 退火与正火加热温度范围退火和正火，一般是一种预先热处理。目的在于消除热加工、铸造、焊接等工序带来的某些缺陷。改善组织性能。以利于冷加工（切削、冷轧及冷拔）和进一步热处理做好组织准备。对某些碳钢或低合金钢的正火（或正火加高温回火）常是为了提高性能，作为最终热处理。

2.1□退火的方法及应用

2.1.1完全退火

完全退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，缓慢冷却下来的热处理操作。

完全退火适用于亚共析钢的钢锭、锻轧坯或材以及铸焊工件。其目的是：

1）消除因铸、锻轧和焊等引起的晶粒粗大。魏氏组织和带状组织等缺陷，细化晶粒，改善钢的组织及性能。为了防止钢液凝固时形成的奥氏体粗大晶粒以及冷却时出现的魏氏组织，使钢的强度降低、韧性变差；有些钢由于终轧温度过低（在AC1～AC3之间），在轧制中共先析出铁素体，经轧制变形、钢中出现带状组织（显微带状组织），它损害了钢的横向性能。为消除这种缺陷，采用完全退火，利用加热及冷却中的两次相变（F + P粗→加热→A细→冷却→〖F + P 〗细）细化或改正组织来改善性能。

2）降低硬度利于切削加工。对于空冷得到的马氏体类钢可以采用完全退火也可以采用高温回火（低温退火）处理。

3）消除应力防止变形及裂纹：钢锭或铸件在冷速过快会产生很大的热应力及组织应力；钢的终轧温度过低及冷速过快，钢产生加工硬化现象也存在着很大的应力。这些应力不消除在随后的加工中可引起变形或开裂。因此通过完全退火可以消除应力，但一般情况下有的采用不完全退火或低温退火来消除应力。

2.1.2亚共析钢的不完全退火

不完全退火是把钢加热到AC1以上30～50℃，保温后缓慢冷却（炉冷）的操作。当亚共析钢存在上述各种缺陷为改善组织时可采用完全退火，而仅为消除应力和降低硬度可以采用不完全退火。冶金厂对于10～60＃钢、15Cr～40Cr、20CrMn～35CrMn、40B～50B、20CrMnSi～35CrMnSi、30CrMnTi～40CrMnTi等钢材均采用不完全退火。

2.1.3过共析钢的不完全退火——球化退火

过共析钢和共析钢在轧锻后必须进行退火，以利于切削加工和为最终热处理做好组织准备。过共析钢因含碳量较高，锻轧后空冷所得组织为片状珠光体，硬度高（HB270以上），经