钢的回火3-6
螺栓强度等级对照表
钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。
螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。
例如，性能等级4.6级的螺栓，其含义是：1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.6；3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.9；3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。
强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9Gpa8.8公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）===============如4.8级则此螺栓的抗拉强度为：400MPa屈服强度为：400*8/10=320MPa=================另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释度量当今世界上长度计量单位主要有两种，一种为公制，计量单位为米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等，在欧州、我国及日本等东南亚地区使用较多，另一种为英制，计量单位主要为英寸（inch），相当于我国旧制的市寸，在美国、英国等欧美国家使用较多。
1、公制计量：（10进制）1m =100 cm=1000 mm2、英制计量：（8进制）1英寸=8英分 1英寸=25.4 mm 3/8￠￠×25.4 =9.523、1/4￠￠以下的产品用番号来表示其称呼径，如：4#， 5#， 6#， 7#， 8#， 10#， 12#螺纹一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。
回火后硬度与回火温度的关系(148种钢号)
34
35CrNiMoA
610
570 530 440 400 320
35 35CrNi3MoA
630
580 540 480 420 320
36
30Cr2MoV
630 540 450
37
35CrMoV
640
590 500 360 300 ＜200
38
38CrSi*
630
550 520 450 400 330
133
3Cr17 28-33HRC 610℃ 30-35HRC 590℃ 真空1020℃，同滚丝轮淬火硬度44.5HRC
134 15Cr/20Cr渗碳后
135 18CrMnTi渗碳后
136 22CrMnMo渗碳后
137 12CrNi2(A)渗碳后
138 12CrNi4(A)渗碳后
139 18Cr2Ni4WA渗碳后
500 440 400 360 300
420
550-650
550 500 460 400 300 250 ＜200
550 500 460 410 350 270 ＜180
680
580 530 480 420 380 270 ＜180
420 350 280 ＜200
480 420 350 280 ＜180
109
3Cr2W8
110
3Cr2W8V
111
7Cr3
112
8Cr3
113
3W4Cr2V
114 120Cr4W2MoV
115
W18Cr4V
116
W9Cr4V2
117 W12Cr4V4Mo
118 W12Cr4V4Mo
119 W6Mo5Cr4V2
螺纹等级
螺纹精度等级钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8.8级及以上螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓。
螺栓性能等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。
例如：性能等级4.6级的螺栓，其含义是：1、螺栓材质公称抗拉强度达400MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.6；3、螺栓材质的公称屈服强度达400×0.6=240MPa级性能等级10.9级高强度螺栓，其材料经过热处理后，能达到：1、螺栓材质公称抗拉强度达1000MPa级；2、螺栓材质的屈强比值为0.9；3、螺栓材质的公称屈服强度达1000×0.9=900MPa级螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能是相同的，设计上只选用性能等级即可。
强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9GPa 8.8 公称抗拉强度800N/MM2 公称屈服强度640N/MM2一般的螺栓是用"X.Y"表示强度的，X*100=此螺栓的抗拉强度，X*100*（Y/10）=此螺栓的屈服强度（因为按标识规定：屈服强度/抗拉强度=Y/10）如4.8级则此螺栓的抗拉强度为：400MPa；屈服强度为：400*8/10=320MPa。
另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释度量：当今世界上长度计量单位主要有两种，一种为公制，计量单位为米（m）、厘米（cm）、毫米（mm）等，在欧州、我国及日本等东南亚地区使用较多，另一种为英制，计量单位主要为英寸（inch），相当于我国旧制的市寸，在美国、英国等欧美国家使用较多。
1、公制计量：（10进制） 1m =100 cm=1000 mm2、英制计量：（8进制） 1英寸=8英分 1英寸=25.4 mm 3/8¢¢×25.4 =9.523、1/4¢¢以下的产品用番号来表示其称呼径，如： 4#， 5#， 6#， 7#， 8#，10#，12#螺纹一、螺纹是一种在固体外表面或内表面的截面上，有均匀螺旋线凸起的形状。
第六章钢的回火转变
一、合金元素对马氏体分解的影响
• 在马氏体分解阶段要发生马氏体中过饱和 碳的脱溶和碳化物粒子的析出与聚集长大， 同时基体α相中的碳含量下降。
• 合金元素的作用主要在于通过影响碳的扩 散而影响马氏体的分解过程以及碳化物粒 子的聚集长大速度，从而影响α相中碳浓度 的下降速度。这种作用的大小因合金元素 与碳的结合力的大小不同而异。
一、马氏体中C 原子偏聚(＜100℃)
• 当碳含量超过0.2%时，偏聚于位错等晶体缺陷处 的碳原子已经达到饱和状态，多余的碳原子只能 处于无缺陷晶格的扁八面体间隙位置，即处于非 偏聚状态，从而导致对电阻率有较大贡献。
• 用碳原子在晶体缺陷处偏聚的观点能够较圆满地 解释碳含量小于0.2%时，马氏体不呈现正方度， 为立方点阵结构，而当碳含量高于0.2%时，才可 能测出正方度的现象。
• （1）马氏体的双相分解
125-150℃以下，随碳化物的析出，出现两 种正方度不同的α相，即具有高正方度的保持原 始碳含量的未分解的马氏体以及具有低正方度的 碳已部分析出的α相。
随着回火时间的延长，即随着碳化物析出， 两种α相的碳含量均不发生改变，只是高碳区愈 来愈少，低碳区愈来愈多。
（1）马氏体的单相分解
(2)再结晶： 回火温度高于600℃发生再结晶，板条马氏体形成
位错密度很低的等轴α相取代板条α晶粒——再结晶；
片状马氏体回火温度高于400℃孪晶全部消失，出 现胞块组织，温度高于600℃发生再结晶。这一过程也 是形核(亚晶界为核心)、长大过程。
(3)碳化物长大： 温度高于400℃，碳化物已与α相脱离共格关系而
• 板条状马氏体
• 低碳(＜0.2%C)板条马氏体在100-200℃回 火，C原子仍偏聚在位错线附近处于稳定状 态，不析出ε-FexC。
热处理工艺---淬火、回火、正火、退火的区分
热处理工艺---淬火、回火、正火、退火的区分
回火是将淬火后的金属成材或零件加热到某一温度，保温一定时间后，以一 定方式冷却的热处理工艺，回火是淬火后紧接着进行的一种操作，通常也是工件 进行热处理的最后一道工序，因而把淬火和回火的联合工艺称为最终处理。 淬火与回火的主要目的是： 1）减少内应力和降低脆性，淬火件存在着很大的应力和脆性，如没有及时回火 往往会产生变形甚至开裂。 2）调整工件的机械性能，工件淬火后，硬度高，脆性大，为了满足各种工件不 同的性能要求，可以通过回火来调整，硬度，强度，塑性和韧性。 3）稳定工件尺寸。通过回火可使金相组织趋于稳定，以保证在以后的使用过程 中不再发生变形。 4）改善某些合金钢的切削性能。
3
热处理工艺---淬火、回火、正火、退火的区分
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。一般钢铁回火时，硬度和强度下降，塑性 提高。回火温度越高，这些力学性能的变化越大。有些合金元素含量较高的合 金钢，在某一温度范围回火时，会析出一些颗粒细小的金属化合物，使强度和 硬度上升。这种现象称为二次硬化
7
热处理工艺---淬火、回火、正火、退火的区分
④ 对低碳钢和低碳低合金钢，采用正火，可得到较多的细片状珠光体组织，使 硬度增高到HB140-190，避免切削时的“粘刀”现象，改善切削加工性。对中碳 钢，在既可用正火又可用退火的场合下，用正火更为经济和方便。 ⑤ 对普通中碳结构钢，在力学性能要求不高的场合下，可用正火代替淬火加高 温回火，不仅操作简便，而且使钢材的组织和尺寸稳定。 ⑥ 高温正火(Ac3以上150～200℃)由于高温下扩散速度较高,可以减少铸件和锻件 的成分偏析。高温正火后的粗大晶粒可通过随后第二次较低温度的正火予以细 化。 ⑦ 对某些用于汽轮机和锅炉的低、中碳合金钢，常采用正火以获得贝氏体组织， 再经高温回火，用于400～550℃时具有良好的抗蠕变能力。 ⑧ 除钢件和钢材以外，正火还广泛用于球墨铸铁热处理，使其获得珠光体基体， 提高球墨铸铁的强度。
钢热处理工艺的四把火-退火、正火、淬火、回火
正火工艺与操作不当也产生组织缺陷，与退火相似，补救方法基本相同。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。普通球化退火是将钢加热到Ac1以上20～30℃，保温适当时间，然后随炉缓慢冷却，冷到500℃左右出炉空冷。等温球化退火是与普通球化退火工艺同样的加热保温后，随炉冷却到略低于Ar1的温度进行等温，等温时间为其加热保温时间的1.5倍。等温后随炉冷至500℃左右出炉空冷。和普通球化退火相比，球化退火不仅可缩短周期，而且可使球化组织均匀，并能严格地控制退火后的硬度。
4.工件表面硬度高，缺口敏感性小，冲击韧性、疲劳强度以及耐磨性等均有很大提高。有利于发挥பைடு நூலகம்料地潜力，节约材料消耗，提高零件使用寿命
5.设备紧凑，使用方便，劳动条件好
6.便于机械化和自动化
7.不仅用在表面淬火还可用在穿透加热与化学热处理等。
• 感应加热的基本原理
将工件放在感应器中，当感应器中通过交变电流时，在感应器周围产生与电流频率相同的交变磁场，在工件中相应地产生了感应电动势，在工件表面形成感应电流，即涡流。这种涡流在工件的电阻的作用下，电能转化为热能，使工件表面温度达到淬火加热温度，可实现表面淬火。
钢的淬火和回火
对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+ （30-50）℃。共析钢淬火后的组织为马氏体 和少量残余奥氏体。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 状的渗碳体和少量残余奥氏体，如下图所示。 分散分布的颗粒状渗碳体对提高钢的硬度和耐 磨性有利。如果将过共析钢加热到Accm以上， 则由于奥氏体晶粒粗大，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。
淬透性的应用
力学性能是机械设计中选材的主要依据，而钢 的淬透性又直接影响其热处理后的力学性能。 因此，在选材时，必须对钢的淬透性有充分的 了解。
图为两种淬透性不同的钢制成相同的轴经调质处理后， 其力学性能的比较。高淬透性的钢的整个截面都是回火索 氏体组织，力学性能均匀，强度高，韧性好。低淬透性钢 的心部组织为片状索氏体加铁素体，韧性差。
淬火方法
采用适当的淬火 方法可以弥补冷 却介质的不足， 常用的淬火方法 如图所示。
1）单介质淬火方法
将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬 火方法。如水淬和油淬都属于这种方法。该方 法操作简单，易实现机械化，应用较广。
2）双介质淬火
是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中 冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却 能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。常 用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷 却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不 易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形 状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。
温 度
Ac3
Ar1
时间
3. 控制马氏体组织形态的热处理
低碳马氏体淬火 中碳钢高温淬火 高碳钢低温短时加热淬火 低碳合金钢复合组织淬火
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。
常用钢的热处理规范
1.常用钢的热处理规范附表1 常用钢的退火（正火）及淬火规范钢牌号退火或正火淬火加热温度/℃冷却加热温度/℃冷却20 890±10空泠800～820（渗碳件）水、碱液、油（小件）35 870±10 830～860水45 850±10 810～840水、碱、油（小件）20Cr 900～940800～820（渗碳件）油、水（大件）40Cr 850～870 840～860油、水→油（大件）65Mn 800～820随炉缓冷 790～820油T7、T8A750～770650±10℃等温2～3h再随炉冷780～800水油、碱液、油（小件）T10A、T12A 760～7909Mn2V 790～810油、硝盐浴分级淬火CrWMn 770～790700±10℃等温3～4h再随炉冷820～840同上9SiCr780～810840～870油冷低温硝盐浴分级淬火GCr15 840～860 5CrMnMo 780～800随炉缓冷 840～860Cr12850～870720～750℃等温6～8h960～10001000～1040油、硝盐浴分级淬火Cr12MoV960～10001080～1130 3Cr2W8V830～850随炉缓冷 1050～1100W18Cr4V730～750℃等温6～8h 1260～1300油冷盐浴分级淬火W6Mo5Cr4V2850～8701210～1240W6Mo5Cr4V3 1200～1230注：1.表中所列淬火温度及冷却方法系指一般情况,实际热处理时根据钢牌号和产品特点还可能有所调整。
2.保温时间要根据热处理种类、钢牌号、产品特点、加热炉类型等条件来确定，故在表中未列出。
附表2 淬火钢回火温度与硬度的关系（供参考）钢牌号淬火后硬度HRC回火温度(1/℃)回火后的硬度HRC180±10 240±10280±10320±10360±10380±10 420±10480±10540±10580±10620±10650±1035 40 >50>5551±256±247±253±245±251±243±248±240±245±238±243±235±238±233±234±228±230±2HB250±2HB250±2T8、T8A、T10、T10A >62>6262±263±258±259±256±257±254±255±251±252±249±250±245±246±239±241±234±236±229±230±225±226±240Cr 50CrV A 60Si2MnA 65Mn 5CrMnMo 30CrMnSi GCr15 9SiCr CrWMn 9Mn2V >55>60>60>60>52>48>62>62>62>6254±258±260±258±255±248±261±262±261±260±253±256±258±256±253±248±259±260±258±258±252±254±256±254±252±247±258±258±257±256±250±253±255±252±248±255±257±255±254±249±251±254±250±245±243±253±256±254±251±247±249±252±247±244±242±252±255±252±249±244±247±250±244±244±250±252±250±241±241±243±244±240±243±251±246±236±240±235±234±238±236±241±245±244±231±236±230±232±236±2HB26028±234±230±230±230±232±226±23Cr2W8v Cr12Cr12Mo≧48>62(1030±10℃)>62>62626259±262 6057±257±255±246±248±252±253±2>64(回火三次)48±243±241±245±245±2W18Cr4V注:1.淬火是用的盐浴炉,回火在井式炉内进行。
去应力回火时间温度表
螺旋拉伸弹簧去应力退火温度和时间对初拉力影响很大，温度低、时间短，保留初拉力大。一 般可取200-300℃，20-30min.经抛丸处理后弹簧去应力退火温度一般180-220℃、20-30min。 去应力退火对弹簧直径、 去应力退火对弹簧直径、总圈数影响 对于 来说，直径缩小（与旋绕比正相关）、总圈数增加。对其余材料直径胀大。 ）、总圈数增加 ①来说，直径缩小（与旋绕比正相关）、总圈数增加。对其余材料直径胀大。
ΔD2 = Kt CD2T
C：旋绕比
（ Δn = 1+
D2 ）n1 D2 +ΔD2
Kt:4.4×10-6Fra bibliotekT：去应力退火温度
D2：弹簧外径
刚 ： K = 度
G：切变模量
Gd 4 8nD 3
n：有效圈数 D：中径
d：线径
去应力退火温度及时间 弹簧材料 类别 规格/mm ＜1 ＞1-2 碳素弹簧钢丝 重要用途碳素弹簧钢 丝琴钢丝① 丝琴钢丝① ＞2-3.5 ＞3.5-6 ＞6-8 ≤2 油淬火回火弹簧钢丝 ＞2 ＜3 奥氏体不锈钢丝 ＞3 ≤1 硅青铜丝 锡青铜丝 ＞1-2.6 ＞2.6 ≤1.8 铍青铜丝 ＞1.8-2.6 ＞2.6 320-360 170-180 180-200 180-220 240-300 240-310 280-310 30-40 40 60 60-90 60 60-90 60-90 空气或水 空气或水 380-460 280-320 25-35 20-30 空气或水 温度/℃ 240-260 260-280 280-300 300-320 320-340 360-420 去应力退火规范 时间/min 10-20 15-25 20-30 20-30 25-35 20-30 空气或水 空气或水 冷却方式
gbt699
gbt699(1)牌号和化学成分见表3-6、表3-7。
(2)力学性能见表3—8。
(3)用途见表3-9。
表3—6优质碳素结构钢的牌号和化学成分注：1．表中所列牌号为优质钢。
如果是高级优质钢，在牌号后面加“A”(统一数字代号最后一位数字改为“3”)；如果是特级优质钢，在牌号后面加“E’’(统一数字代号最后一-位数字改为“6”)；对于沸腾钢，牌号后面为“F”(统一数字代号最后一位数字为“0”)；对于半镇静钢，牌号后面为“b”(统一数字代号最后一位数字为“1”)。
2．使用废钢冶炼的钢允许含铜量不大于0．30％。
3．热压力加工用钢的铜含量应不大于0．20％。
4．铅浴淬火(派登脱)钢丝用的35．85钢的锰含量为0．30％～0．60％；铬含量不大于0．10％，镍含量不大于O．15％，铜含量不大于0．20％；硫、磷含量应符合钢丝标准要求。
5．08钢用铝脱氧冶炼镇静钢，锰含量下限为0．25％，硅含量不大于0．03％，铝含量为0．02％一0．07％。
此时钢的牌号为08A1。
6．冷冲压用沸腾钢含硅量不大于0．03％。
7．氧气转炉冶炼的钢其含氮量应不大于0．008％。
供方能保证合格时，可不做分析。
8．经供需双方协议，08～25钢可供应硅含量不大于0．17％的半镇静钢，其牌号为08b～25b。
9．上述各成分含量皆指质量分数。
表3-7优质碳素结构钢的硫、磷含量（质量分数）表3-8优质碳素结构钢的力学性能注：1．对于直径或厚度小于25mm的钢材，热处理是在与成品截面尺寸相同的试样毛坯上进行。
2．表中所列正火推荐保温时间不少于30min，空冷；淬火推荐保温时间不少于30min，70、80和85钢油冷，其余钢水冷；回火推荐保温时间不少于1h。
表3-9优质碳素结构钢的特性和应用。
经验公式确定钢的热处理温度
经验公式确定钢的热处理温度钢的热处理⼯艺设计经验公式------------根据经验公式确定热处理的保温温度------------1钢的热处理1.1正⽕加热时间加热时间t=KD （1）式中t为加热时间(s);D使⼯件有效厚度（mm）；K是加热时间系数（s/mm）。
K值的经验数据见表1。
表1 K值的经验数据1.2 正⽕加热温度根据钢的相变临界点选择正⽕加热温度+（100～150℃）（2）低碳钢：T=Ac3中碳钢：T=Ac+（50～100℃）（3）3+（30～50℃）（4）⾼碳钢：T=ACm亚共析钢：T=Ac+（30～80℃）（5）3共析钢及过共析钢：T=A+（30～50℃）（6）Cm1.3淬⽕加热时间为了估算⽅便起见，计算淬⽕加热时间多采⽤下列经验公式：t=a· K ·D︱ (不经预热) （7）t=(a+b)· K ·D︱(经⼀次预热) （8）t=(a+b+c)· K ·D︱(经⼆次预热) （9）式中t—加热时间（min）；a—到达淬⽕温度的加热系数（min/mm）；b—到达预热温度的加热系数（min/mm）；c—到达⼆次预热温度的加热系数（min/mm）；K—装炉修正系数；D︱--⼯件的有效厚度（mm）。
在⼀般的加热条件下，采⽤箱式炉进⾏加热时，碳素钢及合⾦钢a多采⽤1～1.5min/mm；b为1.5～2min/mm（⾼速钢及合⾦钢⼀次预热a=0.5～0.3；b=2.5～3.6；⼆次预热a=0.5～0.3；b=1.5～2.5；c=0.8～1.1），若在箱式炉中进⾏快速加热时，当炉温较淬⽕加热温度⾼出100～150℃时，系数a 约为1.5～20秒/毫⽶，系数b 不⽤另加。
若⽤盐浴加热，则所需时间，应较箱式炉中加热时间少五分之⼀（经预热）⾄三分之⼀（不经预热）左右。
⼯件装炉修正系数K 的经验值如表2：表2 ⼯件装炉修正系数K1.4 淬⽕加热温度按常规⼯艺, 亚共析钢的淬⽕加热温度为Ac 3＋（30～50℃）；（10）共析和过共析钢为Ac 1＋（30～50℃）；（11）合⾦钢的淬⽕加热温度常选⽤Ac 1（或Ac 3）＋（50～100℃）（12） 1.5 回⽕加热时间对于中温或⾼温回⽕的⼯件，回⽕时间是指均匀透烧所⽤的时间，可按下列经验公式计算：t=aD+b （13）式中t —回⽕保温时间（min ）；D —⼯件有效尺⼨；（mm ）；a —加热系数（min/mm ）；b —附加时间，⼀般为10～20分钟。
第九章_钢的淬火和回火
热处理原理及工艺
9- 38
（三）渗碳体形成和铁素体恢复
约在300-400℃之间，α固溶体中过饱和 的碳逐渐析出，ε-碳化物转变为稳定的较小 的Fe3C颗粒，α固溶体中的含碳量几乎达到 平衡成分，故马氏体变成铁素体（c/a≈1）， 体心正方晶格变成体心立方晶格。
此时组织为： “铁素体与弥散在其中的细粒状渗碳体的混合 物”, 称为 “回火托氏体”，T回。
热处理原理及工艺
d 等温淬火法
9- 33
5、局部淬火法 有些零件只需要局部硬度高、耐磨性好， 因此可进行局部淬火，以避免其它部位产生 变形或开裂。
局部淬火法包括：①局部加热淬火法
②局部冷却淬火法 喷射淬火——向工件喷射急速水流的淬火方法。
热处理原理及工艺
9- 34
6、 冷处理
——将淬火至室温的工件继续冷却到零下温度的处理(实际上 是淬火过程的继续)称为冷处理。 高碳钢、合金钢的Mf都在零下几十度， 为了减少残余奥氏体的数量，可在淬火后进 行冷处理，即加热零件淬火至室温后，再放 入低温槽中继续冷却，使残余奥氏体转变为 马氏体。 冷处理介质：干冰（-80℃）、 液化乙烯（-107℃）、液氮（-192℃） 冷处理的目的：稳定尺寸，提高硬度。
热处理原理及工艺
9- 23
4.淬火工艺
1 淬火加热温度 ⑴ 亚共析钢 淬火温度：Ac3+30~50℃。 T过低——有F，↓HRC
T过高——氧化脱碳，晶粒 粗大，淬火应力大
热处理原理及工艺
9- 24
（2）共析、过共析钢 淬火温度：Ac1+30~50℃。 T过低——得不到M
T过高——晶粒粗大，残 余A量↑，HRC↓
此时组织为： 过饱和程度稍低的马氏体和极细小的ε-碳化物组成 的混合组织，称为“回火马氏体组织”，M回。 ε-碳化物：是一非平衡相，使向Fe3C转变的过渡相。
钢的回火
⒊ 零件形状力求对称 使组织应力相抵消， 以减少变形、开裂或 使变形有规律性。 见图6－46。
⒋ 复杂形状零件， 可化整为零，采用组 合结构以减低热处理 难度。见图6－47。
----------------第六章完－－－
㈡中温回火： 中温回火： （350～500℃）加热、保温—空 冷。回火后为回火屈氏体T，HRC35～45， 具有较高屈强比 σ S σ 和弹性极限 σ S —多用 b 于弹簧处理。
㈢高温回火： 高温回火 （500～650℃）加热、保温；水或 油冷+低温回火。 回火后为回火索氏体S，HRC25—35综合 机械性能较好，较高强+韧性。 调质：即淬火+高温回火的处理。适于 处理重要零件，如轴、齿轮常进行调质（心 部组织准备）+表面淬火+低温回火的处理。
注：
①因高温回火后，如用缓冷材料会产生回火脆性， 故常用水、油快速速冷。 ②由于碳钢淬透性低，大尺寸零件正火比调质成本 低（二者均为索氏体），效果又相似，故常用正 火替代调质。 ③大尺寸零件，应粗车成型后再调质，否则，因淬 不透，调质层浅，再车削掉，起不到调质作用。
第八节 钢的表面淬火
概述： 概述： 要求表面高硬耐磨、不易疲劳，而心部有足够 韧性、塑性的重要零件，如轴、齿轮、凸轮等，应 采用表面 表面淬火。 表面 表面淬火定义： 表面淬火定义： 对工件表面快速加热、奥化，不等热传至心部 就淬火冷却，使表面形成硬而耐磨的M，心部维持 原组织（退火，正火，调质）状态的处理。
分类： 分类：高频200～300KHz 淬层深0.5～2mm 中频2500～8000Hz 2～10mm 低频 50Hz 10～20mm 淬前准备与淬后处理: 淬前准备与淬后处理 淬前一般应进行(退,正火,调质)处理, 淬后低温回火，去应力、降脆。
钢的退火与正火
1. 等温退火
钢的退火与正火
等温退火是将钢件或毛坯加热到高于Ac3或Ac1的温 度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某一温 度，并等温保持一段时间，使奥氏体转变为珠光体，然 后缓慢冷却的热处理工艺。等温退火的目的与完全退火 相同，但转变较易控制，能获得均匀的预期组织。等温 一定时间后，使奥氏体在等温中转变为珠光体，常常可 以大大缩短退火时间，提高生产率。
二、 正火
钢的退火与正火
把钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）和Accm（过共析钢）以上 30 ℃～50 ℃，保温适当时间后，从炉中取出，在空气中冷却的热处 理工艺称为正火。正火与退火的明显不同是正火冷却速度稍快。
根据钢的过冷奥氏体的C曲线可以知道，由于冷却速度的差别， 钢冷却后所得的组织也不一样。正火后亚共析钢的组织为铁素体+索氏 体，共析钢的组织为索氏体，过共析钢的组织为索氏体+二次渗碳体。 在性能方面，正火后的组织硬度和强度都比退火后的有所提高。
钢的退火与正火
退火与正火是生产中应用最广泛的预备 热处理方式，安排在铸造、锻造之后机械加 工之前，用于消除前一道工序带来的缺陷。 对于一些受力不大、性能要求不高的零件， 也可以作为最终热处理。常见的退火、正火 加热温度范围及工艺曲线见图1-17所示。
钢的退火与正火
图1-17 常见退火、正火的加热温度范围及工艺曲线
将钢件加热到再结晶温度以上150 ℃～250 ℃，即 650 ℃～750 ℃时，保温后炉冷，通过再结晶使钢材的 塑性恢复到冷塑性变形以前的状况，这种热处理工艺称 为再结晶退火。
回火的种类及应用
回火的种类及应用根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：（一）低温回火（150－250℃）低温回火所得组织为回火马氏体。
其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。
它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58－64。
（二）中温回火（350－500℃）中温回火所得组织为回火屈氏体。
其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。
因此，（它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－50。
（三）高温回火（500－650℃）高温回火所得组织为回火索氏体。
习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。
因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。
回火后硬度一般为HB200－330。
几种常见的热处理概念1．正火：将钢材或钢件加热到临界点Ac3或Acm以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。
正火是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。
2．退火annealing：将亚共析钢工件加热至Ac3以上30—50度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺, 退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准3．固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺,4．时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。
第九章 钢的回火转变及回火
27
第一类回火脆性的特点是：
1）只要在此温度内回火，其韧性的降低是无法避免 的； 2）具有不可逆性，即将已产生这种脆性的工件爱更 高温度回火后，其脆性消失。再在此温度回火，脆性 将不会重现； 3）脆性出现同时，不会影响其它力学性能变化。
几乎所有钢都存在第一类回火脆性。
26
Yuxi Chen Hunan Univ.
1. 第一类回火脆性 1）第一类回火脆性的主要特征及影响因素 工件淬火后在200~350oC回火时产生的脆性称 为第一类回火脆性，又称不可逆回火脆性、低 温回火脆性。
如果出现第一类回火脆性后再加热到更高温度回火， 可以将脆性消除，使冲劲入读重新升高。此时若在 200~350oC温度范围内回火时将不再产生这种脆性，因 此第一类回火脆性是不可逆的。
19 Yuxi Chen Hunan Univ.
W18Cr4V高速钢在淬火冷至室温 过程中，将产生奥氏体热稳定化， Ms点降低到室温以下，残余奥氏体 可高达23%。淬火后在560oC 回火， 回火温度正处于高速钢的珠光体与 贝氏体转变之间的奥氏体稳定区， 故在回火时残余奥氏体不分解，但 在回火冷却过程中部分残余奥氏体 将转变为淬火马氏体，同时前一次 回火形成的二次淬火马氏体得到回 火。3~4次560oC每次1h的回火即可 使残余奥氏体全部转变为马氏体。
第九章 钢的回火转变及回火
第一节 淬火钢回火时的组织转变
第二节 碳钢回火后的力学性能
第三节 合金元素对回火转变的影响
第四节 回火脆性
第五节 钢的回火工艺
1 Yuxi Chen Hunan Univ.
将淬火钢或铸铁加热到Ac1以下的某一温度， 保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺， 称为回火。
B第三章钢的淬火及回火
超过材料的断裂强度），但材料内部存在缺陷。
1、纵向裂纹（又称轴向裂纹）
产生的原因：①②③
2、横向裂纹（包括弧形裂纹）
产生的原因：①②
3、网状裂纹（或称表面裂纹）
§3-5 确定淬火工艺规范的原则、淬火工 艺方法及其应用
一、淬火加热方式及加热温度的确定原则
1、淬火加热方式
①应采用保护气氛加热或盐浴炉加热，以防止氧 化脱碳。 常用的保护气氛：P19-21 ②淬火加热一般采用热炉装料。但对大工件、几 何形状复杂的的高合金钢件，可采用预热炉预热， 或分区加热，以减小变形开裂倾向。
2、淬火加热温度 ①碳素钢：
淬火称为 亚温淬火。
亚共析钢：Ac3+30～50℃
四、常用淬火介质淬火特性举例 1、水
冷却特性： a、冷却速度较大。 b、水的特性温度低（静水约 为400℃），所以水在淬火 临界温度区冷速小，在淬火 危险区冷速太大，因此水淬 易使工件开裂，尤其对工具 钢及形状复杂的零件。
c、冷却能力对水温的变化很敏感，t水↑，冷却能 力急剧下降，蒸汽膜阶段延长，t水特性降低，最大 冷速的温度移向低温，故使用温度一般为20～ 40℃。
2、奥氏体晶粒度：奥氏体晶粒度增大，淬透性提高。 3、奥氏体化温度：奥氏体化温度提高，淬透性提高。
4、第二相的存在和分布：钢中未溶入奥氏体的碳化物、 氮化物及其它非金属夹杂物，由于促进珠光体、贝氏体等 相变的形核，从而使淬透性下降。
二、淬透性的实验测定方法
1、临界直径法 2、端淬法（末端淬火试验法）
按聚集状态不同，淬火介质可分为固态、液态 和气态三种，在此只讨论液态介质。 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质是否发生 物态变化，可把液态淬火介质分为两大类：
钢的热处理(答案)
钢的热处理一、选择题1.加热是钢进行热处理的第一步，其目的是使钢获得（B ）。
A．均匀的基体组织 B．均匀的A体组织 C．均匀的P体组织 D．均匀的M体组织2.下列温度属于钢的高、中、低温回火温度范围的分别为（A ）（D ）（B ）。
A．500℃ B．200℃ C．400℃ D．350℃3.碳钢的淬火工艺是将其工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（D ）。
A．随炉冷却 B．在风中冷却 C．在空气中冷却D．在水中冷却4.正火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（C ）。
A．随炉冷却 B．在油中冷却C．在空气中冷却 D．在水中冷却5.完全退火主要用于（A ）。
A．亚共析钢 B．共析钢 C．过共析钢 D．所有钢种6.共析钢在奥氏体的连续冷却转变产物中，不可能出现的组织是（ C）。
A．P B．S C．B D．M7.退火是将工件加热到一定温度，保温一段时间，然后采用的冷却方式是（A ）。
A．随炉冷却 B．在油中冷却 C．在空气中冷却 D．在水中冷却二、是非题1. 完全退火是将工件加热到Acm以上30～50℃，保温一定的时间后，随炉缓慢冷却的一种热处理工艺。
√2. 合金元素溶于奥氏体后，均能增加过冷奥氏体的稳定性。
×3. 渗氮处理是将活性氮原子渗入工件表层，然后再进行淬火和低温回火的一种热处理方法。
×4. 马氏体转变温度区的位置主要与钢的化学成分有关，而与冷却速度无关。
×三、填空题1. 共析钢中奥氏体形成的四个阶段是：（奥氏体晶核形成），（奥氏体晶核长大），残余Fe3C溶解，奥氏体均匀化。
2. 化学热处理的基本过程，均由以下三个阶段组成，即（介质分解），（工件表面的吸收），活性原子继续向工件内部扩散。
3. 马氏体是碳在（α-Fe）中的（过饱和溶液）组织。
4. 在钢的热处理中，奥氏体的形成过程是由（加热）和（保温）两个基本过程来完成的。
5. 钢的中温回火的温度范围在（350～500 ℃），回火后的组织为（回火托氏体）。
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3.6 钢的回火
当钢全淬成马氏体再加热回火时，随着回火温度升高，按其内部组织结构变化，分四个阶段进行：
1）马氏体的分解；2）残余奥氏体的转变；3）碳化物的转变；4）e相状态的变化及碳化物的聚集长大．
二次硬化：当钢中含有较多的碳化物形成元素时，在回火第四阶段温度区(约为500～550℃)形成合金渗碳体或者特殊碳化物。
这些碳化物的析出，将使硬度再次提高，称为二次硬化形象。
回火目的：减少或消除淬火应力，提高韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足不同工件的性能要求。
本节任务：是解决回火工艺的选择与制订问题。
因此必须了解淬火钢回火时的组织结构及性能的变化规律，其中包括回火脆性的问题。
选择回火温度时，应避免选择第一类回火脆性的温度区间，而对具有第二类回火脆性的钢，应采取措施，抑制其出现。
一、碳钢的回火特性
淬火钢回火后的力学性能，常以硬度来衡量。
在未完全淬透情况下，沿工件截面硬度差别随着回火温度的提高及回火时间的延长而逐渐减小．合金钢的回火特性，基本和碳钢类似。
但对具有二次硬化现象的钢则不同，也不能简单地用M参数来表征回火程度。
二、回火工艺的制订
1．回火温度的选择和确定
前已述及，工件回火后的硬度主要取决于回火温度，而回火温度的选择和确定主要取决于工件使用性能、技术要求、钢种及淬火状态。
为了讲述方便，以下按回火温度区间来叙述
这一问题。
(1)低温回火(指温度低于250℃的回火)低温回火一般用于以下几种情况：
(a)工、量具的回火
一般工具、量具要求硬度高、耐磨，足够的强度和韧性。
此外，如波动轴承，除了上述要求外，还要求有高的接触疲劳强度，从而有高的使用寿命。
对这些工、量具和机器零件一般均用碳素工具钢或低合金工具钢制造，淬火后具有较高的强度和硬度。
其淬火组织主要为韧性极差的孪晶马氏体，有较大的淬火内应力和较多的微裂纹，故应及时回火。
这类钢一般采用180—200℃的温度回火。
因为：在200℃回火能使挛晶马氏体中过饱和固溶的碳原子沉淀析出弥散分布的s一碳化物，既可提高钢的韧性，又保持钢的硬度、强度和耐磨性；在200℃回火大部分微裂纹已经焊合，可大大减轻工件脆裂倾向．低温回火以后得到隐晶的回火马氏体及在其上分布的均匀细小的碳化物颗粒，硬度为HRC(61—65)。
对高碳轴承钢，例GCrl5、GSiMnV等钢通常采用155～165℃的低温回火，可保证一定硬度条件下有较好的综合机械性能及尺寸稳定性。
对有些精密轴承，为了进一步减少残余奥氏体量以保持工作条件下尺寸和性能稳定性，最近试验采用较高温度(200—250℃)和较长回火时间(一8h)的低温回火来代替冷处理取得艮好效果。
(b)精密量具和高精度配合的结构零件
在淬火后进行120—150℃ (12小时，甚至几十小时)回火．目的是稳定组织及最大限度地减少内应力，从而使尺寸稳定．为了消除加工应力，多次研磨，还要多次回火。
这种低温回火，常被称作时效。
(c)低碳马氏体的低温回火．
低碳位错型马氏体具有较高的强度和韧性，经低温回火后，可以减少内应力，进一步提高强度和塑性。
因此，低碳钢淬火以获得板条(位错型)马氏体火目的，淬火后均经低沮回火。
(d)渗碳钢淬火回火。
渗碳淬火工件要求表面具有高碳钢性能和心部具有低碳马氏体的性能。
这两种情况都要
求低温回火，一般回火温度不超过200℃．这样，其表面具有高的硬度和耐磨牲，而心部具有高的强度、良好的塑性和韧性．
(2)中温回火(350—500℃)
主要用于处理弹簧钢。
回火后得到回火屈氏体组织．中温回火相当于一般碳钢及低合金钢回火的第三阶段温度区。
此时，碳化物已经开始集聚，基体也开始恢复，第二类内应力趋于基本消失，因而有较高的弹性极限，又有较高的塑性和韧性。
应该根据所采用的钢种选择回火温度以获得最高弹性极限，以及与疲劳极限良好的配合．例如65碳钢，在380℃回火，可得最高弹性极限；而55SiMn在480℃回火，可获得疲劳极限，弹性极限及强度与韧性的良好配合．为了避免第一类回火脆性，不应采用在300℃左右的温度回火。
(3)高温回火(>500℃)
在这一温度区间回火的工件，常见的有如下几类：
(a)调质处理
即淬火加高温回火，以获得回火索氏体组织。
这种处理称为调质处理，主要用于中碳碳素结构钢或低合金结构钢以获得良好的综合机械性能。
一般调质处理的回火温度选有600℃以上。
与正火处理相比，钢经调质处理后，在硬度相同条件下，钢的屈服强度、韧性和塑性明显地提高。
一般中碳钢及中碳低合金钢的淬透性有限，在调质处理淬火时常不能完全淬透。
因此，在高温回火时，实际上为混合组织的回火。
非马氏体组织在回火加热时仍发生变化，仅其速度比马氏体慢这变化对片状珠光体来说，就是其中的渗碳体片球化。
如所周知，在单位体积内渗碳体相界面积相同的情况下，球状珠光体的综合机械性能优于片状珠光体的，因此对未淬透部分来说，经高温回火后其综合机械性能也应高于正火的。
调质处理一般用于发动机曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等要求具有综合机械性能的零件。
(b)二次硬化型钢的回火
对一些具有二次硬化作用的高合金风，如高速钢等，在淬火以后，需要利用高温回火来获得二次硬化的效果。
从产生二次硬化的原因考虑，二次硬化必须在一定温度和时间条件下发生，因此有一最佳回火温度范围，此需视具体钢种而定。
(c)高合金渗碳钢的回火
高合金渗碳钢渗碳以后，由于其奥氏体非常稳定，即使在缓慢冷却条件下，也会转变成马氏体，并存在着大量残余奥氏体。
渗碳后进行高温回火的目的是使马氏体和残余奥氏体分解，使渗碳层中的一部分碳和合金元素以碳化物形式析出，并集聚球化，得到回火索氏体组织，使钢的硬度降低，便于切削加工，同时还可减少后续淬火工序淬火后渗层中的残余奥氏体量。
高合金钢渗碳层中残余奥氏全的分解可以按两种方式进行：
一种是按奥氏体分解成珠光体的形式进行，此时回火温度应选择在珠光体转变“c·曲线的鼻部，以缩短回火时间，例如20Cr2Ni4钢渗碳后在600—680℃温度进行回火；
另一种是以二次淬火的方式使残余奥氏体转变成马氏体，例如渗碳18Cr2Ni4W A钢一般如此，因为18Cr2Ni4W A钢没有珠光体转变，故其残余奥氏体不能以珠光体转变的方式分解．此时若考虑残余奥氏体的转变，应该选用有利于促进马氏体转变的温度回火。
2．回火时间的确定
回火时间应包括按工件截面均匀地达到回火温度所需加热时间以及按M参数达到要求回火硬度完成组织转变所需的时间，如果考虑内应力的消除，则尚应考虑不同回火温度下应力弛豫所需要的时间。
加热至回火温度所需的时间，可按前述加热计算的方法进行计算。
对达到所要求的硬度需要回火时间的计算，从M参数出发，对不同钢种可得出不同的计算公式。
对以应力弛豫为主的低温回火时间应比表列数据长，长的可达几十小时。
对二次硬化型高合金钢，其回火时间应根据碳化物转变过程通过试验确定。
当含有较多残余奥氏体，而靠二次淬火消除时，还应确定回火次数。
例如W18Cr4V高速钢，为了使残余奥氏体充分转变成马氏体及消除残余应力，除了按二次硬化最佳温度回火外，还需进行三次回火。
高合金渗碳钢渗碳后，消除残余奥氏体的高温回火保温时间应该根据过冷奥氏体等温转变动力学曲线确定。
如20Cr2Ni4钢渗碳后，高温回火时间约为8小时。
3．回火后的冷却
回火后工件一般在空气中冷却。
对于一些工模具，回火后不允许水冷，以防止开裂。
对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后应进行油冷，以抑制回火脆性。
对于性能要求较高的工件，在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力．。