[精华]钢的淬火与回火
常用钢材热处理参数
常用钢材热处理参数常见的钢材热处理参数包括淬火、回火、退火、正火等。
下面将详细介绍它们的温度范围、保温时间以及应用领域。
1. 淬火（quenching）淬火是指将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却至室温或低温的热处理过程。
淬火的目的是增加钢材的硬度和强度。
常见的淬火温度范围为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
钢材的选用因素包括成分、形状和尺寸、要求的性能等。
应用领域包括汽车零部件、工具、刀具等。
2. 回火（tempering）回火是指将淬火后的钢材加热至一个较低的温度范围并持续保温一段时间的热处理过程。
回火使得钢材硬度和强度降低，但同时也提高了其韧性和可塑性。
回火一般在淬火后立即进行。
温度范围通常为150℃到700℃，保温时间则根据要求的性能来确定。
应用领域包括航空航天、机械零部件、轴承等。
3. 退火（annealing）退火是指将钢材加热至足够高的温度并持续保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。
退火的目的是消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
退火温度和保温时间的选择依赖于钢材的成分和形状，一般在600℃到800℃之间。
应用领域涉及到钢材的精密加工，如汽车制造、船舶等。
4. 正火（normalizing）正火是指将加热至临界温度以上的钢材空气冷却至室温的热处理过程。
正火可以消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
正火温度范围一般为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
应用领域包括汽车零部件、轴承、机械零件等。
此外，还有其他钢材热处理方法如奥氏体化退火、球化退火等针对不同的钢材类型和应用需求的热处理方法。
具体的热处理参数应根据材料的成分、形状和要求的性能来确定，并结合实际生产条件进行调整。
因此，在进行钢材热处理时，需要进行一系列的试验和分析，以确定最佳的处理参数。
钢的淬火与回火
脱碳 O2: Fe3C + O2 → 3Fe +CO2 [C]A + O2 → CO2 CO2: Fe3C + CO2→ 3Fe + 2CO [C]A + CO2 → 2CO H2O: Fe3C + H2O → 3Fe +H2+CO [C]A + H2O → H2+ CO H2: Fe3C+2H2 →3Fe + CH4 [C]A +2H2 → CH4
实际淬透层深度：淬透性、工件大小、 实际淬透层深度：淬透性、工件大小、淬火介质
3 淬透性与淬硬性
淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成M可能得 淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成 可能得 到的最高硬度表示。 到的最高硬度表示。 ——取决于 中的 取决于M中的 取决于 中的C%. 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。
(2)理想冷却速度示意图 (2)理想冷却速度示意图
温 度
2 常用淬火介质
根据工件淬火冷却过程中， 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质由否 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的， 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的，即 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的 水及各种水溶液 各种淬火油 各种气体 无物态变化的 熔融金属、熔盐 固体----铜板、铁板、气-固流态床
若 T> Acm
增加, 点下降, 增多; ① C % 增加 Ms点下降 残A增多 点下降 增多 粗大M; ② 粗大 氧化脱碳严重,易变形开裂 ③ 氧化脱碳严重 易变形开裂 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。 ④ 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。
热处理的基本方法(淬火与回火)
(1)淬火加热温度选择
为什么过共析钢淬火加热温度在Ac1 + 30～50 ℃ ，而不是Acm + 30～50℃？
答： 1）由于渗碳体全部溶于奥氏体，淬火后耐磨性下降； 2）温度过高会引起奥氏体粗化，淬火后得到粗大的马氏体，
新淬火
软点
淬火后攻击表面有许多未淬硬的小 区域
原因包括加热温度不够，局部冷却
速度不足(局部有污物、气泡等)及局部 脱碳
组织不均匀， 性能不一致
冷却时注意操作方法， 增加搅拌
产生软点后，可先进行 一次退火，正火或者调质 处理，再重新淬火
8.2 回火
回火——在A1线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组织的亚稳 定进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的组织和性能，减少 或消除淬火内应力。
开裂
裂的主要原因
后果 无法使用
防止与补救方法
应选用合理的工艺方法 变形的工件课采取校正的 方法补救，而开裂的工件只 能报废
硬度 不足
由于加热温度过低、保温时间不足、
严格执行工艺规程
冷却速度不够快或表面脱碳等原因， 无法满足使用性能 发现硬度不足，可先进行
在淬火后无法达到预期的硬度
一次退火或正火处理，再重
注意区别：
淬透性和淬硬性 淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能 达到的最高硬度。
影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
C%
淬硬性与淬透性:
（两个完全不同的概念） 钢种 碳素结构钢 ( 20 ) 碳素工具钢( T12A ) 低碳合金结构钢 ( 20Cr2Ni4A )
第3章 钢的淬火与回火
第3章 钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。
淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。
淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。
所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。
淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。
3.1 钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（A c1或A c3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。
图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。
v c 、v c '分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。
以v >v c 的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以v c >v >v c '的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。
钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。
w c ≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。
中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。
奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体 时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温 和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称 为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不 是强化合金，而是抑制第二相析出。
高锰钢的水韧处理 是为了达到韧化的目的。
奥氏体不锈钢固溶处理是为了 提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处 理，则是时效硬化前的预处理过程。
本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。
表3-1 钢的淬火工艺分类图3-1 共析钢的淬火冷却工艺热处理工艺及设备3.2 钢的淬透性一、淬透性的基本概念1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a ）。
第四节 钢的淬火与回火
21.对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气 中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬 火。（ ）
30.因为碳素钢也能获得100%马氏体，所以合金 元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ）
31.因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏 体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏 体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。 （）
细小、弥散的、高硬度的合金碳化 物，如Mo2C，使硬度反而提高。
（2）二次淬火 回火时A'中析出合金碳化物→ A'中 C% ↓ → Ms、Mf ↑, 随后冷却时A' →M
（四）回火种类
1. 低温回火（150～250 ℃）
——由M中析出极细小片状ε碳化物
（分级淬火或等温淬 火的冷却介质 ）
聚乙烯醇水溶液
钢的理想冷却曲线示意图
常用淬火介质及其冷却能力： 盐水 ＞ 水 ＞ 聚乙烯醇 ＞ 油＞空气
（２） 淬火方法
A1
a. 预冷淬火
加热、保温后先在空气 或热水中预冷一段时间 后，再放入淬火冷却介 质中。
b. 单液淬火
MS
一种淬火介质。
a
如：水冷、油冷
b
c
32.淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。 （）
二、钢的回火
（一）回火： 淬火钢加热到A1以下，保温一定 时 间，然后冷却的热处理工艺。
（二）目的： 1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和
开裂。 2. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 3. 获得所要求的组织和性能。
如：M回、S回、T回等。
➢ 淬火+高温回火→调质处理，简称调质。
回火M
淬火M
T
回火T
T
回火S
正火、退火、淬火与回火的区别
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
（1）淬火（quenching）：将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。
淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。
通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性下降及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。
另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。
淬火工艺主要用于钢件。
淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。
（2）回火（tempering）：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。
因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。
通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。
（3）正火（normalizing）：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
其目的是：（a）去除材料的内应力；（b）降低材料的硬度，提高塑性。
（4）退火（annealing）：退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
钢的淬火和回火.
§10-3 其他类型热处理
钢的形变热处理
钢的表面淬火 钢的化学热处理
一 形变热处理
是把塑性变形（锻、轧等）和热处 理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。 由于它可以使钢同时受到形变强化 和相变强化，因此可以大大提高钢的综 合力学性能，另外，它还能大大简化钢 件生产流程，节省能源，因而受到愈来 愈广泛的重视，提高钢的强韧性的重要 手段之一。
二 表面淬火
表面淬火是将工件表面快速加热到淬火 温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得 淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的 热处理方法。
中 高 频 感 应 淬 火 装 置 图
四、钢的化学热处理
化学热处理—将钢件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它 的表层， 以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
（2）中温回火（350~500℃）
组织：回火屈氏体（与屈氏体比较） 条、针状 (未再结晶，平衡C)α相 + 弥散分布细粒状θ相 性能： 基体已回复；内应力↓↓； 弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。 应用：弹簧钢、热锻模。（0.6~0.9%）
（3）高温回火（550~680℃）
组织：回火索氏体（与索氏体比较） 等轴状(再结晶)α相 + 均匀分布粒状(球化)θ 相 性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合； ——综合机械性能高 应用：重要结构件，轴、齿轮
2 回火种类
回火温度↑，内应力↓； 强硬度↓；塑韧性↑。 ——根据温度不同划分回火种类
（1）低温回火（150~250℃）
组织：回火马氏体（与淬火马氏体比较）
高碳钢：淬火片状M→回火M (片状过饱和α+ε碳化物，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性↓；韧性略↑。 但低碳钢：板条M，只有C的偏聚 应用： ① 工、模具钢； ② 低碳马氏体钢
4-5 4-6 钢的淬火和回火
3、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平
衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。
未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回 火在放置或使用过程中易变形或开裂。
钢经淬火后应立即进行回火。
三、回火的种类
1、低温回火
回火温度：150~250℃
回火组织：回火马氏体，用M回表示，58—64HRC 目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低 内应力，提高韧性。 应用：高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚 动轴承钢。
淬透性
实际淬硬层深 淬火后实际获得的 度 淬硬层深度
1、化学成分
2、尺寸大小 3、冷却速度
8-7
Chapter 8 Quenching and Temping of Steel
影响淬透性的因素 （1）含碳量：亚共析钢ωc↑，淬透性↑ 过共析钢ωc↑，淬透性↓ Vc — 过冷A稳定性 — C曲线位置
的强度同时，具有良好的塑性和韧性。
应用：汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构
零件，如：轴、齿轮等。
4、调质处理
把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处
理”，简称“调质”。
调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结 构件的处理。也可作为精密零件、量具等的 预备热处理。
正火与调质硬度很接近，但重要结构件一般 经调质而不采用正火，因调质综合力学性能 好。
2、中温回火 回火温度：350-500℃ 回火组织：回火托氏体，用T回表示,35~50HRC T回特性：具有较高的弹性极限和屈服极限，并具 有一定的韧性， 应用：主要用于各类弹簧的热处理
3、高温回火
回火温度：500-650℃ 回火组织： 回火索氏体，用S回表示，25~35HRC S回特性: 具有良好的综合力学性能，即在保持较高
钢的淬火与回火
一、 钢在回火时的组织转变
1. 马氏体分解
2.余奥氏体转变 余奥氏体转变
在 200~300℃ 之 ℃ 间, 钢中的残余奥氏体 也发生分解 ， 转变为 回火马氏体或下贝氏 体。
当回火温度在100~200℃时， ℃ 当回火温度在 马氏体开始发生部分分解， 马氏体开始发生部分分解， 析出ε碳化物 碳化物， 析出 碳化物 ， 这种碳化物 与马氏体保持共格关系。 与马氏体保持共格关系。 ε碳化物不是平衡相 ， 而是 碳化物不是平衡相， 碳化物不是平衡相 向渗碳体转变前的一个过渡 相。 这一阶段转变完成后, 钢的 这一阶段转变完成后 组织由有一定过饱和度的固 溶体和与其有共格关系的ε 溶体和与其有共格关系的 碳化物所组成， 碳化物所组成，这种组织称 为回火马氏体。 为回火马氏体。
第七章
钢的淬火与回火
第一节
钢的淬火
• 淬火 ： 将钢件加热到 3 或 Ac1 以上某一温 淬火：将钢件加热到Ac 保持一定时间（ 使奥氏体化） 度 ， 保持一定时间 （ 使奥氏体化 ） ， 然后 适当速度冷却， 获得马氏体和（ 以 适当速度冷却 ， 获得马氏体和 （ 或 ） 贝 氏体组织的热处理工艺。 氏体组织的热处理工艺。 • 淬火的目的： 淬火的目的： 使钢件获得所需的马氏体组织； 使钢件获得所需的马氏体组织； 提高工件的硬度， 提高工件的硬度 ， 强度和耐磨性及其他性 能 为后续热处理作好组织准备等。 为后续热处理作好组织准备等。
淬透性曲线
半M与碳含量 与碳含量
（二）临界直径法 生产中也常用临界淬火直径表示钢的 淬透性。 淬透性。 临界淬火直径——圆棒试样在某介质中淬火 临界淬火直径 圆棒试样在某介质中淬火 时所能得到的最大淬透直径（ 时所能得到的最大淬透直径（ 即心部被淬成 表示。 半马氏体的最大直径） 半马氏体的最大直径），用D0表示。
钢的淬火与回火
二．淬火冷却方法 1. 单液淬火：将奥氏体化后的工件直接淬入 一种淬火介质中连续冷却至室温的方法。 优点：工艺过程简单，操作方便，经济， 适合于批量作业。 缺点：对形状复杂，截面变化突然的某些 工件，容易在截面突变处因淬火应力集中 而导致开裂。
2. 双液淬火：分别在两种不同的介质中进行 冷却的方法，如水—油；油—空气等。 作用：在过冷奥氏体转变曲线的鼻尖处快 速冷却避免过冷奥氏体分解，而在Ms点以 下缓慢冷却以减小变形开裂。
末端淬火法示意图
淬透性表示方法
HRC 即用 J 表示，J 表示末端淬透性，d 表示 d 半马氏体区
到水冷端的 距离, HRC为 半马氏体区 的硬度。
J40/6
四、淬透性曲线的应用 合理选择材料 预测材料的组织与性能 制定热处理工艺 1. 根据淬透性曲线求圆棒工件截面上的硬度 分布 例：欲选用45Mn2钢制造Φ 50mm的轴，试求 经水淬后其截面上的硬度分布曲线。
第九章 钢的淬火与回火
§9.1 钢的淬火
一、淬火的定义及目的 1. 定义：将钢加热至临界点以上，保温一定时间后 以大于临界冷却速度的速度冷却，使过冷奥氏体 转变为马氏体或贝氏体的热处理工艺。 2. 目的 获得马氏体，淬火后的钢的强度、硬度和耐磨性 大大提高 与不同的回火工艺配合，以提高钢的力学性能
（7）综合应用马氏体、贝氏体形态的形成规 律来指导淬火规范的优选。 淬透性 板条马氏体 片状马氏体 变形、显微裂纹
2. 加热与保温时间
1：加热时间 2 ：透烧时间
3 ：组织转变
1 2 3
生产中常用下式来估算加热与保温时间： t KD ：加热系数（跟加热介质有关） K：与装炉量和装炉方式有关的系数 D：工件有效厚度
关于对淬火与回火的认识
关于对淬火与回火的认识1、淬火基本知识1.1 、淬火的定义淬火就是把钢件加热到临界点Ac1 或Ac3 以上，经保温快速冷却，使得奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。
1.2 、淬火加热温度加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。
亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30〜50C。
高温下钢的状态处在单相奥氏体（A）区内，故称为完全淬火。
若亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，，即为不完全（或亚临界）淬火，常温组织不能完全奥氏体化，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，降低钢的硬度；加热温度过高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体组织，使脆性增大，且淬火时工件易变形甚至产生淬火裂纹。
过共析钢加热温度为Ac1温度以上30T〜50 C。
这温度范围处于奥氏体与渗碳体（A+C）双相区。
因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。
这些组织状态具有高硬度和高耐磨性。
对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。
淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。
1.2.1 合金钢①对含有阻碍奥氏体晶粒长大的强碳化物形成元素（如钛、铌等），淬火温度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，获得较好的淬火效果。
②对含有促进奥氏体晶粒长大的元素（如锰等），淬火加热温度应低一些，以防止晶粒粗大。
1.3、淬火冷却1.3.1、理想冷却理想冷却是指工件在冷却过程中，希望其在冷却时保证在C曲线的弯曲处（鼻型区域处）的冷却速度大于临界冷却速度（保证工件能完成马氏体转变的最低速度），防止奥氏体发生珠光体或贝氏体转变。
而在其他温度范围，冷却速度应该慢些，尤其是在马氏体转变温度期间（Ms—Mf之间）则尽可能慢些，以保证工件能完成马氏体转变而淬硬。
淬火与回火
一、钢的淬火淬火就是把钢加热到临界温度（Ac1或Ac3以上），保温一定时间使之奥氏体化后快速冷却从而获得马氏体组织的热处理工艺。
（一）淬火工艺1. 淬火加热碳钢的淬火加热温度可利用Fe－Fe3C相图来选择对于亚共析钢：℃；共析钢和过共析钢：℃。
根据淬火加热温度的不同，钢的淬火可分为完全淬火和不完全淬火。
所谓完全淬火就是将钢加热成为单一奥氏体后冷却；若加热到部分成为奥氏体后冷却则称为不完全淬火。
亚共析钢选择以上30～50℃的完全淬火可获得均匀细小的马氏体组织。
但淬火加热温度不能高于太高，否则会得到粗大的马氏体组织，恶化钢的性能；若加热温度低于，淬火组织中将出现铁素体，造成淬火钢强度、硬度不足。
近年来研究发现，采用将亚共析钢加热到以下5～10℃的亚温淬火工艺，使淬火组织中出现少量细小均匀分布的铁素体，可提高钢的强韧性，而且降低钢的韧脆转变温度。
对于过共析钢，选择以上30～50℃的不完全淬火，这是因为如果淬火加热温度过高，甚至高于，则会得到粗大的马氏体组织，增大淬火开裂的倾向；而且淬火后钢中残余奥氏体量将增多，降低硬度和耐磨性。
但过低则可能得到非马氏体组织，硬度达不到要求。
对于合金钢来说，它们的淬火加热温度可以比碳钢稍高一些，一般为AC3+30~50℃或AC1+50~100℃。
加热时间（τH）为升温加上保温时间，可根据经验或配合实验确定，也可参考热处理手册。
淬火所用的加热设备主要有箱式电阻炉（或煤气炉）、可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）、真空加热炉、盐浴炉等。
2. 淬火冷却淬火要得到马氏体，淬火冷却介质的冷却速度就必须大于临界淬火速度（vk），而快冷势必要造成很大的内应力，这就会引起钢件的变形和开裂。
如何使工件既能获得马氏体又能减小变形和避免裂纹呢？可从两个方面入手，其一是选择一种比较理想的淬火冷却介质；其二就是选择合适的淬火方法。
（1）淬火冷却介质图4-39 为钢的理想淬火冷却速度曲线。
在“鼻子”附近（650～550℃）快速冷却，而在这以上或以下温度并不需要快速冷却，尤其在300～200℃以下发生马氏体转变时反而希望冷却缓慢些，以防止淬火变形和开裂。
《钢的淬火与回火》课件
03
02
01
03
新型环保介质开发
研发新型环保的淬火介质和回火材料，降低对环境的污染和破坏。
01
减少能源消耗
研究节能型的淬火与回火工艺，降低能源消耗和碳排放，实现绿色生产。
02
废弃物资源化利用
对淬火与回火过程中产生的废弃物进行资源化利用，减少对环境的负担。
目的
淬火的方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等温淬火等。
方法
淬火过程包括加热、保温和冷却三个阶段。加热阶段是将钢加热到奥氏体化温度；保温阶段是为了保证奥氏体化充分进行；冷却阶段是将钢迅速冷却至室温，使奥氏体转变为马氏体。
过程
淬火后的组织主要包括马氏体、残余奥氏体和少量未转变的铁素体。马氏体的形态和分布对钢的性能有重要影响。
淬火后的钢具有较高的硬度和强度，但同时也存在较大的脆性。为了获得良好的综合性能，通常需要对淬火后的钢进行回火处理。
性能
组织
CHAPTER
钢的回火
02
定义
回火是钢淬火后加热到低于临界点某一温度，并保温一定时间，然后冷却到室温的一种热处理工艺。
目的
消除淬火产生的内应力，提高钢的塑性和韧性，获得良好的力学性能和稳定组织。
组织：回火后钢的组织转变为多相混合组织，包括铁素体、奥氏体和碳化物。
CHAPTER
淬火与回火的关系
03
淬火的目的是通过快速冷却使钢的内部组织转变为马氏体，从而提高钢的硬度和强度。
回火的目的是通过加热使钢的内部组织进行转变，消除淬火过程中产生的内应力，提高钢的韧性和塑性。
淬火与回火是钢铁热处理工艺中的两个重要环节，二者相互关联，相互影响。淬火是回火的基础，回火的质量直接影响淬火的效果。
钢淬火与回火知识要点
例题： 已知T12钢，Ac1=730℃,ACcm=820℃, 试确定其淬火加热温度，并分析原因。
在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度 可取Ac3+50~80℃；
另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较 高的加热温度，细晶粒钢Ac3+100℃。
适用条件：
只适用于尺寸较小的工件。
5．等温淬火法 概念：工件淬火加热后，若长期保持在下贝氏体转 变区的温度使之完成奥氏体的等温转变，获得下贝 氏体组织，这种淬火方法称等温淬火法。如曲线d所 示。
等温淬火与分级淬火的区别在于前者是获得下贝氏 体组织。
等温淬火目的：获得变形小，硬度高并兼有良好韧 性的工件。
第六节 钢的回火
概述 1、回火概念： 将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度，保温 后空冷到室温的热处理工艺称为回火。 回火时的转变称为回火转变。 2、回火原因
一、淬火介质的冷却作用
1、分类 （1）按聚集状态分类： 淬火介质有固态、液态、气态。 最常用介质为液态介质，淬火时不仅发生传热作用，还会 产生物态变化，因此过程较为复杂。 （2）按液态淬火介质是否具有物态变化： 分为有物态变化的和无物态变化的。 2、有物态变化的淬火介质淬火冷却过程可分为三个阶段： （1）蒸气膜阶段： 工件表面产生大量过热蒸汽，紧贴工件形成连续的蒸汽膜； 冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。
3、无物态变化的淬火介质： 淬火冷却主要靠对流散热。 温度较高时辐射散热占有很大比例，也有传导传热。 二、淬火介质冷却特性的测定 淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H。 1、概念： 规定静止水的淬火烈度H＝1，其它淬火介质的淬火烈度由与静 止水的冷却能力比较而得。 2、实质： 反映钢内部的热传导系数以及钢与介质间的给热系数的关系， 即淬火介质的冷却能力。 注意：不同淬火介质，在工件淬火过程中其冷却能力是变化 的。几种常见淬火介质的淬火烈度H，如下表所示。
淬火和回火
淬火和回火淬火可以加强硬度，回火可以加强韧性淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却下来,进行淬硬工件的热处理方法.其实质是通过加热使钢组织结构中的铁素体和珠光体充分转变为成分均匀的奥氏体,然后急冷下来得到硬度很高的马氏体.回火是紧接于淬火之后的热处理工序,淬火钢在不同的温度下回火,所得的组织不同,因而其机械性能差别很大,总的趋势是:随着回火温度升高,其强度、硬度降低，而塑性、韧性提高。
淬火钢中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织，加热就会发生转变。
随着温度升高，碳原子逐渐以渗碳体的形式析出，引起组织转变。
最后渗碳体聚合而分散在铁素体基体上，形成各种回火组织回火是钢淬火后必须进行的一道工序，其目的和作用是减少和消除钢在淬火时所造成的内应力，降低脆性。
回火油具有良好的热氧化安定性、闪点高、传热性能好，分1号、2号两个牌号，其中1号使用温度为15 0℃左右，2号使用温度为200℃左右。
回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。
钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。
②存在较大内应力。
③力学性能不能满足要求。
因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。
回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。
②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。
③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。
回火的目的是减小或消除工件在淬火时产生的内应力，降低淬火钢的脆性，使工件获得较好的强度、韧性、塑性、弹性等综合力学性能。
回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。
内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。
热处理的基本方法淬火与回火
双液淬火：
操作方法 ：
将钢件奥氏体化后，先浸入一种 冷却能力强的介质中，在钢的组织还 未开始转变时候迅速取出，马上浸入 另一种冷却能力弱的介质中，缓冷到 室温，如先水后油、先油后空气等
特点及应用场合 ：
优点是内应力小、变形及开裂少， 缺点是操作困难，不易掌握，故主要 应用于碳素工具钢制造的易开裂的工 件，如丝锥等。
钢的淬透性
注意区别：
钢的淬透性 —— 钢材本身的固有属性，与外部因素无关 工件的淬透深度 —— 取决于钢材淬透性, 还与冷却介质、
工件尺寸等外部因素有关。 同一材料的淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸
小、介质冷却能力强，淬硬层深。
淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比 较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进 行比较的。
介质 冷却 特点
应用 场合
水、盐水和碱水
油
在550—650℃范围内的冷却能力较 油的冷却能力较低，在200—300℃ 大,但在200—300℃范围内冷却能力 范围内冷却速度较慢，能减少工件 过强，易使淬火零件变形与开裂 变形与开裂的现象，但是在550—
650℃范围内冷却能力过低
常用于尺寸不大，外形较简单 的碳钢零件的淬火
注意区别：
淬透性和淬硬性 淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能 达到的最高硬度。
影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
C%
淬硬性与淬透性:
（两个完全不同的概念） 钢种 碳素结构钢 ( 20 ) 碳素工具钢( T12A ) 低碳合金结构钢 ( 20Cr2Ni4A )
高碳高合金工具钢 ( W18Cr4V )
显微裂纹增大； 3）渗碳体溶于奥氏体，导致奥氏体中含碳量增加，Ms点下降，
钢的淬火与回火
钢的淬火与回火一、淬火淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。
因此，淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
淬火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一。
1、淬火温度淬火温度即钢奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一。
碳钢的淬火温度可利用铁碳相图来选择，如图5-33所示。
对于亚共析钢，淬火温度为Ac3+30~50℃。
当含碳量≤0.5%时，淬火后组织为马氏体，如图5-34所示；当含碳量>0.5%时，淬火后组织为马氏体与少量残余奥氏体。
亚共析钢在Ac1 ~Ac3之间加热淬火后的组织为马氏体加铁素体，如图5-35所示,由于组织中有自由铁素体存在，使钢的强度和硬度降低，但可改善韧性，这种淬火称为亚温淬火，如处理得当，亚温淬火也可作为一种强韧化处理方法。
图5-33 碳钢的淬火温度范围图5-34 45钢的正常淬火组织 400×+30~50℃。
共析钢淬火后的组织为对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1马氏体和少量残余奥氏体。
而过共析钢由于淬火前经过球化退火，因而淬火后组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体，如图5-36所示。
分散分布的颗粒状渗碳体对钢的硬度和耐磨性有利。
如果将过共析钢加热到Ac以上，则由cm于奥氏体晶粒粗大、含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大、且残余奥氏体量增多，这将使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。
图5-35 35钢760℃淬火组织 400×图5-36 T12钢的正常淬火组织 400×对于合金钢，由于大多数合金元素（Mn、P除外）有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，因而淬火温度比碳钢高，一般为临界点以上50~100℃。
2、淬火介质理想淬火介质的冷却曲线（见图5-37）应只在C曲线“鼻尖”处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。
但目前还没有找到这种理想的淬火介质。
钢的淬火和回火
钢的热处理
❖ 钢的淬火和回火
1.1 钢的淬火 1.2 钢的回火
机械零件使用状态下的性能,一般由淬火和回火获得,所以淬 火和回火称为最终热处理。重要的机械零件通常都要经过淬火和 回火热处理,以提高零件的性能,充分发挥钢的潜力。
钢的热处理
1.1 钢的淬火
将钢件加热到Ac1(或Ac3)以上30～50℃,保温一定的时间,然后 以大于临界冷却速度冷却,以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工 艺,称为淬火
高温回火 回火素氏体 28~33 HRC
获得强度、塑性和韧 各种重要的结构件 性均较好的良好综合
力学性能
机械制造基础
淬火的主要目的：
获得马氏体
提高钢的硬 度和耐磨性
钢的热处理 1.1 钢的淬火
保温时间
淬火三要素
冷却速度
加热时间
钢的热处理
1.1 钢的淬火
1. 淬火加热温度
淬火加热温度主要取决于钢的成分,其经验公式如下
亚共析钢 T=Ac3+(30～50℃) 共析、过共析钢T=Ac1+(30～50℃)
钢的热处理
1.1 钢的淬火
通常将钢件淬火加高温回火 的复合热处理工艺称为调质
钢的热处理
回火方法 回火组织 硬 度 主要用途 目 的
低温回火
回火马氏体
60HR C以上
高碳钢或合金钢的 刃具、量具、具、 轴承以及渗碳钢淬 火后的回火处理
降低淬火应力和脆性
中温回火 回火托氏体 35~45 HRC
各种弹和较高的硬度
2. 淬火冷却介质及冷却方法
工件在淬火介质中的冷却速度必须大于其临界冷却速度 在保证获得马氏体组织的前提下,应选用冷却能力弱的淬火介质 碳素钢常用的冷却介质是水溶液,而合金钢常用油作为冷却介质
钢筋淬火与回火
钢筋淬火与回火钢筋通过冷加工，强度会提高。
把普通的热轧钢筋在常温下，用机械的方法拉伸，一拉长后，它的强度也会提高。
热处理的两个过程，一个过程叫做什么淬火，一个过程就是回火。
比如铁匠打铁，先开始在敲击铁块。
再在火里烧完了以后，再去敲击完了以后，往水里一放，让骤然的降温，为什么要放一放以后，不再敲了，它就变硬了，往水里一放以后又脆了，放完了以后，再把它放炉子里面烧一下以后再去敲打，最后自然的冷却成型。
淬火是在很高的温度下，先将铁块烧红烧软，方便塑形，一边烧制一边锤击，最后将其迅速浸入凉水中，再次烧红重复5次以上。
要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。
工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。
为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。
但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。
因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。
冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。
让钢筋急骤的降温，把钢筋水里放一下，这是淬火，这会使得这个钢筋的性能历史性的变化很大，就会使得它变硬。
强度变高，这个钢筋变硬和强度变更高的时候，也就变脆了。
怎么去把这个持续改进，又不把它的强度损失掉，再把它放到炉子里面烧制，然后再自然冷却，这个过程就是回火。
那么，通过这样的一个过程的话，这个钢筋的力学性能会发生变化，这就是热处理钢筋，跟热轧钢筋不一样，都通过热处理钢筋，热处理这样的一个过程，钢筋的力学性能发生很大的变化。