钢的普通热处理

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回 火 脆 性
钢的普通热处理
钢的淬硬性与淬透性
注意有效淬硬深度和淬透性不是一个含义
1、钢的淬透性 是指钢在淬火时获得马氏体层深度的能力。工程上规定 淬透层的深度是从表面至半马氏体层（50%马氏体+50%托氏体）的 深度，将其称为有效淬硬深度 有效淬硬深度。由表面至半马氏体层的深度越大，则 有效淬硬深度 钢的淬透性越高。
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淬 火 方 法 选择适当的淬火方法同选用淬火介质一样，
可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减 小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。 常见的淬火方法有：
单液淬火：它是将奥氏体状态的 工件放入一种淬火介质中一直冷 却到室温的淬火方法（见图1曲线）
等温淬火：它是将奥氏体化后的工件 在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷 却并保温足够时间，从而获得下贝氏 体组织的淬火方法。 分级淬火：它是将奥氏体状态的工 件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴 或碱浴炉中保温，当工件内外温度 均匀后，再从浴炉中取出空冷至室 温，完成马氏体转变（见图3曲 线）。 双液淬火：它是先将奥氏体状态 的工件在冷却能力强的淬火介质 中冷却至接近Ms点温度时，再立 即转入冷却能力较弱的淬火介质 中冷却，直至完成马氏体转变 （图2曲线）
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淬 火 三 要 素 ：淬火温度
亚共析碳钢： T= Ac3+（30~50）℃ 共析、过共析碳钢： T= Ac1+（30~50）℃
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淬 火 三 要 素 ：淬火保温时间
加热时间由升温时间和保温时间组成。 由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为升温时间， 并以此作为保温时间的开始。保温时间是指零件烧透及完成 奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估 算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热 及保温时间，以保证工件质量。
例如：低碳合金钢的淬透性很好，而淬后硬度却不是很高。
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回 火
回火一般是紧接淬火以后的热处理工艺，回火是淬火 后再将工件加热到Ac1温度以下某一温度，保温后再冷却到室 温的一种热处理工艺。
尽管回火温度低于相图的相 变温度，但仍然发生组织的 转变，请和去应力退火区分
回火目的：
淬火后的钢铁工件处于高的内应力 状态，不能直接使用，必须即时回火，否则会有工件断裂的危险。 淬火后回火目的在于降低或消除内应力，以防止工件开裂和变形； 减少或消除残余奥氏体，以稳定工件尺寸；调整工件的内部组织 和性能，以满足工件的使用要求。
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回 火:
钢在回火时的转变
共析钢在淬火后，得到的马氏体和残余奥氏体组织是不稳定的， 存在稳定组织转变的自发倾向。回火加热可加速这种自发转变过程。 根据转变发生的过程和形成的组织，回火可分为五个阶段： 第一阶段（20~100℃）：碳原子的偏聚。 第二阶段（100~200℃）：马氏体分解。 第三阶段（200℃～300℃）：残余奥氏体分解。 第四阶段（200℃～350℃）：碳化物的转变。 第五阶段（350℃以上）：渗碳体的聚集长大与α相的再结晶。
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退火的常见类型： 退火的常见类型：
完全退火:
完全退火是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经 完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织 的热处理工艺。
应用：
用于亚共析钢的铸锻件、也用于焊接结构。过共析钢不用 该方法。
图 示
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退火的常见类型： 退火的常见类型：
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• 退 火 • 正 火 • 淬 火 • 回 火
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退火 将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却(通常为
随炉冷却)至500℃以下空冷，从而获得接近平衡状态组织 接近平衡状态组织的热处理工 接近平衡状态组织 艺称做退火。
思考：退火冷却速度和C曲线如何对应？ 思考：
退火目的：
注意事项：
炉冷通过Ar1时冷却速度应该足够缓慢。
图 示
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退火的常见类型： 退火的常见类型：
去应力退火:
去应力退火不产生组织的转变
一些铸铁件、焊接件和变形加工件会残存很大的内应力，为了消除由 于变形加工以及铸造、焊接过程引起的残余内应力而进行的退火称为 去应力退火。
应用：
消除铸、锻件、焊件和冷冲压件的残余应力。
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淬 火 三 要 素 ：淬火冷却介质
淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火 冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产 生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。因此，淬火的 目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。理想 淬火冷却曲线如图示。
如何解决呢？
亚共析钢必须加热到Ac3以上进行完全淬火。这是因为亚共析钢 如果在Ac1 ~Ac3之间加热，必然淬火时有一部分铁素体保留在淬火组 织中，粗大且较软的铁素体块分布在强硬的马氏体基体上，严重降低 了钢的强度和韧性； 过共析钢都必须在Ac1 ~Accm之间加热，进行不完全淬火，使淬 火组织中保留一定数量的细小弥散的碳化物颗粒，以提高耐磨性。加 热温度高于Accm时，淬火会得到粗大马氏体和过量残余奥氏体，这反 而降低硬度和耐磨性，增大脆性和淬火应力，使工件变形甚至开裂。
3）高温回火（500-650°C）－回火索氏体S’ • 金相组织特征：多边形F和粒状Fe3C • 碳钢调质处理后S’中已成等轴状
（低温回火）回火马氏体组织 低温回火）
（中温回火）回火屈氏体组织 中温回火）
(高温回火 回火索氏体组织 高温回火) 高温回火
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一般情况下，随着回火温度的升高，钢的 冲击韧性不断升高；但是，有些钢在某些温度范围内，冲击韧 度反而比在较低温度时低些，这种脆化现象称为回火脆性。 从图中我们可以看出： 在250℃～400℃和450℃～650℃钢的冲击韧性明显下降。 第一类回火脆性：250℃～350℃ 解决方法：避免在这个温度范围加热。 第二类回火脆性：450℃～650℃ 解决办法：在这个温度范围内快速冷 却。
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回 火 工 艺
按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低温回火，中温 回火、高温回火。如下表：
低温回火 中温回火 高温回火 注意：通常，将淬火和高温回火称为调质处理。
1）低温回火(150-250℃)－回火马氏体(M’) • 高碳钢：M’和AR组织 • 低碳钢：在低温回火后，M中只发生C原 子的偏聚，尚未析出碳化物 • 中碳钢：淬火后得到条状和片状M混合组 织
应用：
主要适用于铸造后的高合金钢。
图 示
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正火
将钢加热到Ac3或Accm上30～50℃，保温适当时间，出炉
后在空气中冷却的热处理工艺。 亚共析钢的正火加热温度为Ac3＋30℃～50℃；而过退火的主要区别：
在于冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到更细的的珠光体组织， 因而强度和硬度也较高。当碳钢中含碳量小于0．6%时，正火的组 织为铁素体和索氏体，含碳量大于0．6%，正火后组织为索氏体。
再结晶退火:
一些经过冷变形的材料在加热到再结晶温度以上时，由于冷变形产生 的缺陷基本消失，重新生成等轴均匀的晶粒，消除乐形变强化引起效 应和残余应力的热处理工艺。
应用：
用于经过冷变形的钢件。
图 示
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退火的常见类型： 退火的常见类型：
扩散退火(均匀化退火)
扩散退火是将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为 1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓 慢冷却到室温。扩散退火的主要目的是均匀钢内部的化学成分。
球化退火:
钢随炉升温加热到Ac1以上Accm以下的双相区，较长时间保温，并缓 慢冷却的工艺。这种工艺主要适用于共析或过共析的工模具钢，目的 是让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二次渗碳体，因此叫做 球化退火。
应用：
用于过共析钢，使FeC3球化。若在退火前组织有严重的二次渗碳体网 则用正火消除，保证退火效果。
2）中温回火 (350-500℃)－回火屈氏体T’
• 金相组织特征：条状或片状M形态仍 基本保持不变，T’中Fe3C颗粒很细小， 光镜下仍难分辨，电镜下Fe3C颗粒 已明显长大，呈颗粒状。
区别： T与T’区别： 区别 T’是淬火M中温回火产物，Fe3C呈颗粒状； 是淬火M中温回火产物， 呈颗粒状； 是淬火 过冷时直接形成， 呈片状。 T是A过冷时直接形成，Fe3C呈片状。形态 性质均不同。 性质均不同。
影响淬透性的因素: 化学成分，除Co以外，所有溶于奥氏体中的合金
元素都提高淬透性。另外，奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第 二相等因素都会影响淬透性。
淬透性研究意义： 是合理选用钢材及制定热处理工艺的重要依据之一。
淬透性大的钢在淬火冷却时可选用冷却能力较缓和的淬火介质，这对 减小淬火应力、变形和开裂十分有利，尤其对形状复杂和截面尺寸变 化大的工件更为重要。
只要在“鼻尖”温度附近快冷， 只要在“鼻尖”温度附近快冷，使曲线躲过 鼻尖” 不碰上C曲线 就能得到马氏体。 曲线， “鼻尖”，不碰上 曲线，就能得到马氏体。也 就是说， 鼻尖”温度以上， 就是说，在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠 光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻 光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷； 温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖” 尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证 不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓 不产生非马氏体相变；而在 点附近又可以缓 以减轻马氏体转变时的相变应力。 冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。但是到 目前为止，还找不到完全理想的淬火冷却介质。 目前为止，还找不到完全理想的淬火冷却介质。 常用的淬火冷却介质是水、盐或碱的水溶液和 常用的淬火冷却介质是水、 各种矿物油、植物油。 各种矿物油、植物油。
1．调整硬度以便进行切削加工。工件经铸造或锻造等热加工后，硬度偏高 或偏低，且不均匀，严重影响切削加工。适当退火或正火后可使工件的 硬度调整到HB170~250且比较均匀，从而改善了切削加工性能。 2．消除残余内应力，以防止钢件在淬火时产生变形或开裂。 3．细化晶粒，改善组织，提高力学性能。 4．为最终热处理(淬火+回火)作好组织上的准备。