热处理基础知识培训1

定义
目的
（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；
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（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。。
回火分类
低温回火 温度范围 150~250℃ 中温回火 350~500℃ 高温回火 500以上℃
热处理基础培训
目录
CONTENTS
Part1
金属热处理的地位及应用
Part2
热处理的定义及本质
Part3
热处理的一般分类及常用材料的热处理
Part4
热处理工序的安排及机加余量控制
Part 1
金属热处理的地位及应用
1.1热处理在工业生产中的地位
生产寿命高、重量轻、体积小、功能强及高度可靠的产品乃是制造业 不断追求的目标。热处理(含表面改性，下同)是通过改变材料的组织 结构从而大幅度改变材料性能的工艺环节，是提高产品的内在质量、 保证整机使用性能和可靠性的关键，在制造业中有十分重要的作用。
正火
正火比退火比较生产周期 短，设备利用率高。另外 可提高钢的力学性能，因 此可根据材料和技术要求， 在某些情况下用正火代替 退火 铸态组织中存在游离渗碳 体时，正火温度取上限， 含硅量较高的铸件应采用 较快的速度冷却，以防出 现石墨化现象
高温正火
低温正火
获得良好的强度，韧性和 塑性
主要用于强度，韧性要求 较高，而对耐磨性要求不 很高的球磨铸铁件
常见退火工艺方法
A
B
均匀化退火
球化退火
C D
完全退火
去应力退火
常用退火工艺定义
01
将工件加热 Ac3 以上 30~50 ℃，保温一定
时间后，随炉缓慢冷却，以获得接近平衡 组织的热处理工艺。亚共析钢经完全退火 后得到的组织史F+P 完全退火主要适用于亚共析钢和合金钢的
02
将工件加热至低于AC1的某一温度（一般 500~650℃），保温足够时间后，缓慢冷 却。主要用于消除铸件、锻件、焊接件及 冷变形零件的内应力，降低温度，稳定尺 寸，减少和防止使用过程中变形，但不改 变零件的内部组织
淬火方法
1
2 3
单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
4
回火
将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度AC1（加热时珠 光体向奥氏体转变的开始温度）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工艺。一般用于减 小或消除淬火钢件中的内应力，或者降低其硬度和强度，以提 高其延性或韧性。 （a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；
可用于 2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具等。
”
45钢与40Cr、42CrMo区别 1
45
优质碳素结构钢 ，碳含量为0.42-0.50%，抗拉强 度为610MPa，屈 服点为360MPa； 用于一般轴类零 件。
2
40Cr
合金结构钢，碳含量 为0.37--0.45%，含 铬0.8--1.1%，抗拉 强度为1000MPa，屈 服点为800MPa；用于 负荷较大的受力件。
常用钢
的调质
3.2
45钢
“
属于中碳结构钢，价格低，来源广，应用广泛，硬度不高易切削加工， 淬透性较低，对于大工件正火或调质状态下两者力学性能相近。最大弱点 是淬透性低，水中临界淬透直径为12~17mm，水淬时有开裂倾向，截面尺 寸大和要求较高的工件不宜采用。 因淬透性低，采用冷却速度大的10%的盐水溶液。工件入水后，应该淬 透，但不是冷透。45钢调质件淬火后的硬度应该达到 HRC56~59，截面大 的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火， 组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在 基体中，达不到调质的目的。
Ar3
751 730
Ms/℃ 345 355
常用钢的全淬透尺寸（碳钢水淬，合金钢油淬）
材料
淬透尺寸（MM) 最高硬度（HRC)
45
21
40cr
22
42CrMo
40 55
58~59
55
表面淬火
01 02 03
概念
将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火 状态的一种局部淬火的方法。
目的
获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好 韧性
凡是拥有著名品牌产品的制造业企业都高度重视热处理技术 的研发，通过大量的投入、持续研究、不断改进和长期积累， 形成独到的热处理技术并严加保密。他人可从市场购得名牌 产品，制造出材料成分与几何要素完全一致的仿制品，但寿 命和可靠性往往难望其项背。国际工业界公认：热处理技术 是决定制造业水平及其市场竞争力的核心要素。
”
42CrMo
“
Mo可降低第二类回火脆性强度，具有高强度和韧性 ,淬透性也较好， Mo可降低第二类回火脆性，故无明显的回火脆性,淬火时变形小,调质处理 后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力 ,低温冲击韧度良好,高温时有高的
蠕变强度和持久强度。
用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如机车牵 引用的大齿轮、增压器传动齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹，也
正火
定义： 将钢材或铸铁工件加热奥氏体化后在空气 中冷却，得到含有珠光体的均匀组织的热 处理工艺称为正火。
正火目的及应用
工艺名称 目的 应用范围 备注
1、提高低碳钢的硬度，改 1、主要用于低碳钢、中滩 善切削加工性2、细化晶粒， 钢、对于高碳钢和高碳合 改善组织（如消除魏氏组 金钢不常采用2、淬火返修 织，带状组织。大块状铁 件，消除内应力和细化组 素体和网状碳化物）3、消 织，以防重淬时发生形变 除内应力，提高低碳钢性 或开裂 能，做最好热处理 1、提高组织均匀性，改善 切削性，提高强度，硬度，主要用于要求强度高，耐 耐磨性，或消除白口及游 磨性好的球磨铸铁件 离渗碳体
调质
A
B
调质件大都在比较大的动载荷作用下工作，它们承受着拉伸、压缩、弯曲、扭 转或剪切的作用，有的表面还具有摩擦，要求有一定的耐磨性等等。零件处在 各种复合应力下工作。这类零件主要为各种机器和机构的结构件，如轴类、连
杆、螺柱、齿轮等，在机床、汽车和拖拉机等制造工业中用得很普遍。尤其是
对于重型机器制造中的大型部件，调质处理用得更多．因此，调质处理在热处 理中占有很重要的位臵。 在机械产品中的调质件，因其受力条件不同，对其所要求的性能也就不完全一 样。一般说来，各种调质件都应具有优良的综合力学性能，即高强度和高韧性 的适当配合，以保证零件长期顺利工作。
2.2金属热处理的本质
构成
决定
结构
组织
性能
热处理工艺的本质：通过改变材料的相结构或组织组成，达到改变材料性能的 目的
Part 3
热处理一般分类及常用材料的热处理
3.1热处理一般分类
退火 正火 常规热处理
淬火
热处理 回火 表面淬火 表面热处理 化学热处理 渗氮 碳氮共渗 渗碳
退火
是将钢加热、保温，然后随炉冷却或埋入灰中使其缓慢冷 却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。
去应力退火
1 、消除内应力，稳定尺 寸，减少加工和适用过程 中的变形 2 、降低硬度， 便于切削加工
1 、用于铸锻件和焊接件， 1 、对于大工件和装炉量 入床身，发动机和缸体等 大时，可以适当延长保温 2 、用于高合金钢，主要 时间 2 、对于一般铸件消 是降低硬度，改善切削加 除应力时，为了避免造成 工性能 3 、对于高精度零 第二阶段石墨化而引起强 件，为了消除切削加工后 度降低，加热温度不应超 的应力，采用更低温度 过600 （200~400）长时间保温
3
42CrMo
合金结构钢，碳含量为0.38-0.45%，含铬0.9--1.2%，含 钼0.15--0.25%，抗拉强度为 1100MPa，屈服点为950MPa。 用负荷较大，要求可靠性较 高的零部件。
牌号 45 40Cr
临界温度/℃ Ac3或Accm 780 782 Ar1 682 693
Ac1 724 743
采用方法
电感应，火焰 ，电接触，激光等，目前应用最广的是电感应 加热法
感应加热表面热处理
感应加热是利用电磁感应原理。将工件置于用铜管制成的感应圈 中，向感应圈中通交流电时，在它的内部和周围将产生一个与电 流频率相同的交变磁场，若把工件置于磁场中，则在工件(导体)内 部产生感应电流，由于电阻的作用工件被加热。由于交流电的 “集肤效应”，靠近工件表面电流密度最大，而工件心部电流几 乎为零。几秒内工件表面温度就可以达到 800℃～1000℃，而心 部仍接近室温。当表层温度升高至淬火温度时，立即喷液冷却使 工件表面淬火。
铸件、焊接件、锻件及热轧型材。
目的是细化晶粒，均匀组织，降低硬度， 便于切削加工并为加工后工件的淬火作好 组织准备。 过共析钢不进行完全退火，因为过共析钢
自Acm缓慢冷却时会析出网状二次渗碳体，
使钢脆性增大。
退火目的及应用
工艺名称 目的
1、细化晶粒2、消除魏氏 组织和带状组织 3 、降低 硬度，提高塑性，利于切 削加工4、消除内应力 5、 对于铸件可消除粗晶，提 高冲击韧性、塑性和强度
Part2
热处理的定义及本质
2.1金属热处理定义
金属热处理是在固态下将金属或合金加 热到一定温度，保温一定时间，然后以 一定冷却速度冷却，通过加热速度、保 温温度、保温时间和冷却速度四个基本 要素的有机配合，使金属或合金内部组 织结构发生转变，从而获得一定性能的 工艺方法。 热处理与其它加工方法的特点： 它只改变金属材料的组织和性能，而不 以改变其形状和尺寸为目的
”
40Cr
“
调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺
口敏感性。钢的淬透性良好（0.8-1.0%Cr），水淬时可淬透到Ф28～60mm,
油淬时可淬透到Ф15～40mm，淬透性高于45#。Cr能增加钢的淬透性，提 高钢的强度和回火稳定性，具有优良的机械性能。截面尺寸大或重要的调 质工件，应采用Cr钢。但Cr钢有第二类回火脆性。 40Cr钢的淬透性较好，在油中冷却能淬硬，而且工件的变形、开裂倾向 小。对形状不复杂的工件，可以在水中淬火只是操作者要凭经验严格掌握 入水、出水的温度。
利用地方生铁熔铸球磨铸 铁时，由于含 S 、 P 量较高， 而难以保证塑性、韧性指 标，采用低温正火恰好可 补救因此产生的塑性、韧 性的不足
淬火
定义
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）（碳量在
0.0218—0.77%）或Ac1（过共析钢）（碳量超过0.77%） 以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然 后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等
目的
保持淬火工件高的硬度 和耐磨性，降低淬火残 留应力和脆性 回火马氏体
较高的弹性和屈服 到强度、塑性和韧性都 点，适当的韧性 较好的综合力学性能
组织
回火屈氏体
回火索氏体
力学性能 58 ～ 64HRC ， 高 的 硬 度 35 ～ 50HRC ， 较 高 200 ～ 350HBS ， 较 好 的 的弹性极限、屈服 综合力学性能 和耐磨性 点和一定的韧性 应用 刃具、量具、 模具、滚 弹簧、锻模、冲击 用于各种较重要的受力 动轴承、渗碳 及表面淬 工具等 结构件，如连杆、螺栓、 火的零件等 齿轮及轴类零件等
应用范围
备注
完全退火
1 、用于亚共析钢的中小 型铸件、锻件和热轧钢材 2 、用于亚共析钢的预先 热处理
1、不能用于过共析钢 2、 大型铸件、锻件采用完全 退火，由于应力作用易造 成变形，开裂，所以要及 时消除应力
1 、过共析钢中存在网状 碳化物时，必须采用正火 消除后方可采用不完全退 火
不完全退火
1 、用于无网状碳化物组 1 、降低硬度，提高塑性， 织的过共析钢很少用于亚 改善切削加工性 2 ，消除 共析钢 2 、用于高碳钢和 内应力3.得到球状珠光体 轴承钢的预先热处理
温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。
目的
使得过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝 氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的钢 性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机 械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特 种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
1.2热处理的应用
热处理的作用日趋重要： 因为现代机器制造过金属材料的性能不断提出更高的要求，如果完全依靠原材料的 原始性能来满足这些要求，常常是不经济的，甚至是不可能的、热处理可提高零件 的强度、硬度、韧性、弹性，同时，还可改善毛坯或原材料切削性能，使之易于加 工。热处理是改善原材料或毛坯的工艺性能、保证产品质量、延长使用寿命、挖掘 材料潜力不可缺少的工艺方法。 热处理在机械制造业中的应用日益广泛； 在机床制造中要进行热处理的零件占60%~70% 在汽车、拖拉机制造中占70~80%； 在各类工具/刃具、模具、量具等和滚动轴承制造中，100%的需要进行热处理。