钢的淬火和回火
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 )
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法
钢材热处理是钢铁制造业中的一项重要工艺，它能够改变钢材的组织结构和性能，增强钢材的强度、韧性和耐磨性。
现在，我们将介绍热处理钢材的四种方法。
1. 火焰淬火
火焰淬火是一种常见的钢材热处理方法，它通过在钢材表面加热的同时，使用水、油或空气急冷的方式来迅速冷却钢材。
这种方法可以提高钢材的硬度和韧性，适用于生产高强度、高韧性的组件。
2. 淬火加回火
淬火加回火是一种将淬火和加回火结合起来的热处理方法。
首先，在高温下进行淬火，然后在适当的温度下进行回火，可以使钢材获得较高的强度和韧性。
这种方法适用于制造高强度和高耐磨性的零件。
3. 退火
退火是一种将钢材加热至一定温度，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材改善韧性和可塑性，较好地适用于制造需要弯曲、拉伸和冲压的钢材产品。
4. 软化处理
软化处理是一种将钢材加热至高温，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材获得较高的可塑性和韧性，具有优良的加工和成形
性能。
总的来说，这四种方法是钢材热处理中较为基础和常见的方法。
每种方法都有其特定的优缺点和适用范围，因此在选择热处理方法时，需要结合不同的钢材类型和使用条件来进行选择。
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 ）。
q345淬火温度与回火温度
Q345淬火温度与回火温度Q345是一种低合金高强度结构钢，广泛应用于桥梁、车辆、船舶、建筑等领域。
在制造过程中，淬火和回火是提高钢材力学性能的重要工艺步骤。
下面将详细介绍Q345的淬火温度与回火温度。
一、淬火温度淬火是将钢材加热到一定温度后迅速冷却，以获得高强度、高硬度的金属材料。
对于Q345钢来说，常用的淬火温度范围为880℃~900℃。
这个范围内的温度能够确保钢材中的铁元素充分奥氏体化，以便在随后的冷却过程中形成良好的马氏体组织。
在淬火过程中，需要控制加热速度和保温时间，以确保钢材充分均匀加热。
快速加热至淬火温度可以减少钢材内应力的产生，而保温时间则有助于促进钢材内部组织的转变。
淬火后，Q345钢的硬度会明显提高，一般可达HRC40~50（HRC是硬度指标，范围为0~100）。
此时，钢材的强度和耐磨性也得到了显著提升。
二、回火温度回火是将淬火后的金属材料再次加热到一定温度并保温一段时间，然后冷却至室温的过程。
回火的目的是消除淬火过程中产生的内应力，提高金属材料的塑性和韧性。
对于Q345钢来说，常用的回火温度范围为320℃~360℃。
在回火过程中，需要控制加热速度和保温时间。
缓慢加热至回火温度可以减少内应力的进一步产生，而保温时间则有助于促进金属材料内部组织的稳定。
回火后，Q345钢的硬度会有所降低，一般可达HRC20~30。
此时，钢材的塑性和韧性得到了显著提升，同时仍保持较高的强度和耐磨性。
这种优良的综合性能使得Q345钢在许多工程应用中成为理想的选择。
需要注意的是，淬火和回火工艺需要根据具体材料成分、厚度、截面尺寸等因素进行调整。
对于不同规格和用途的Q345钢材，淬火和回火的温度范围可能略有不同。
因此，在实际操作中，需要根据具体情况制定相应的工艺方案。
总之，通过合理的淬火和回火处理，可以显著提高Q345钢的力学性能和耐磨性，以满足不同工程领域的需求。
这一工艺环节对于充分发挥Q345钢材的应用潜力具有重要意义。
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
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。
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
《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。
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。
钢板调制(淬火+回火)
钢板调制(淬火+回火)
钢板调制处理是一种常见的金属材料加工工艺，其中包括淬火和回火两个关键步骤。
淬火是将钢板加热到一定温度后，迅速冷却的过程。
这个过程可以增加钢板的硬度和强度，但也会使其变得更加脆性。
为了克服这个问题，需要进行回火处理。
回火是将淬火后的钢板重新加热到较低的温度，然后保持一段时间，让钢板内部的应力得到释放，从而提高其韧性和延展性。
回火的温度和时间取决于钢板的材质和所需的性能。
钢板调制处理的目的是为了获得兼具高硬度、高强度和良好韧性的材料。
通过淬火和回火的组合，可以调整钢板的组织结构，改善其机械性能，使其适用于各种工程和制造应用。
在实际操作中，钢板的调制处理需要精确控制加热温度、冷却速度和回火参数，以确保达到预期的性能。
此外，还需要根据具体的钢板材质和用途选择合适的工艺参数，以满足不同的要求。
总的来说，钢板调制处理是一种重要的金属材料加工工艺，它可以提高钢板的性能，使其在工程和制造领域中具有更广泛的应用。
第四节 钢的淬火与回火
3. 淬火组织 亚共析钢： 含C量<0.2%时:
M板条 （M板条+M片状）+A'
含C量0.2 ～ 0.5％时: M板条+M片状
含C量> 0.5％时:
（M板条+M片状） ＋A' 共 析 钢： 过共析钢： M片状＋A´＋Fe3C粒状
板条M 亚共析钢（20Cr）
板条M+针状M 亚共析钢（45钢）
M
未溶Fe3C
A'
过共析钢（T12A钢）
随堂思考题
17.感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可 以用来进行局部淬火。（ ） 18.先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和 开裂。（ ） 19.先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和 开裂。（ ） 20.分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小 形状复杂零件在淬火时的变形。（ ）
28.高温回火可能产生第二类回火脆性而降 低韧性，因而对韧性要求高的零件不宜 采用高温回火。（ ） 29.冷却速度越快，温度越不均匀，容易产 生残余应力而降低零件的力学性能，因 而，所有淬火钢如果采用高温回火，保 温后一定要缓慢冷却。（ ）
某零件用45钢制造，淬火时用水作冷却介质，淬硬 层深度不能满足要求。仓库中有40Cr、50、40和
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。
回火马氏体（M回）（过饱和α固溶体十ε 碳化物）
目的： 保持高硬度，降低脆性及残余应力。 应用： 用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件。
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
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（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
淬透性与实际条件下淬透层深度的差别
影响淬透性的因素： 与影响 C 曲线因素一致 与钢种、奥氏体化条件 实际淬透层深度： 与淬透性、工件大小、淬火介质等有 关
2
淬透性与淬硬性
﹡ 淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏 体可能得到的最高硬度表示。 ——取决于马氏体中的 C% 。 淬透性—取决于钢的临界冷却速度→合金元素 例：T10、15MnVB
8 现有60Si2Mn钢用作弹簧、40Cr钢用作 轴（要求良好的综合机械性能）、T10钢用 作工具，请分别针对这三个钢种回答： (1) 淬火加热温度选择原则； (2) 加热后的组织； 淬火后的组织；(3)回火温度选择原则；(4) 回火后的组织
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。
VC ′
若T > Acm ： ① C%↑，MS↓；AR↑ ② 粗大M， ③ 氧化脱碳↑ 变形开裂↑
A(C↑)
AC3
A+F
ACm
A+Fe3C
AC1
M+AR+ Fe3C M+F M+AR (↑)
低合金钢： AC3 或AC1 +50~100 ℃ 高合金钢： AC3 或AC1 +300~400 ℃
（2）工件尺寸、形状、淬 火介质、晶粒长大倾向等 2 保温时间 τ保温= τ升温+ τ热透+τ转
1．化学热处理的作用
（1）强化工件表面 （2）保护工件表面
2．化学热处理的种类
主要包括 渗 C、N化、C N共渗、渗硼、渗 铬、渗Al等
3．化学热处理的过程
（1）分解：由介质中分解出渗入元素的活性原子。 （2）吸收：工件表面吸收活性原子。 （3）扩散：被工件吸收的原子，在一定温度下，由
氮化前调质处理、氮化后无须淬火。
气体渗氮
离子氮化
碳氮共渗
第十章 习题与思考题
1 确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目 的与退火后的组织： （1）经冷轧后的钢板，要求降低硬度； （2）锻造过热的60钢锻坯； （3）具有片状渗碳体的T12钢坯。 2 指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目 的及正火后的组织： (1) 20钢齿轮； (2) 45钢小轴；(3) T12钢锉刀 3 何谓钢的淬透性？何谓钢的淬硬性？影响淬 透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？ 4 何谓钢的淬火临界冷却速度？影响因素有哪些？ 它和钢的淬透性有何关系？
3 淬透性测定方法
（1）顶端淬火法
φ 25×100 ，
（2）临界淬火直径 临界淬火直径：钢在某种淬火介质中能完全淬 透的最大直径(Dk) 临界淬火直径测量方法：
① C%→半马氏体硬度；
② 测该钢端淬曲线——找出对应半马氏体硬 度的d端值 ； ③ 根据对零件淬透深度的实际要求(淬透至 1/2R、3/4R、中心等)从下图查出对应的临界 淬火直径Dk
三
淬火方法
T
A1
MS
单 液 淬 火
双 液 淬 火
分 级 τ 淬 火
等 温 淬 火
三
淬火方法
1 单液淬火 ——尺寸小、 形状简单的碳钢、合 金钢件 。 2 双液淬火（水淬油冷）
——尺寸较大碳钢件。
3 分级淬火 稍高于MS ，盐浴； ——小尺寸工模具、变形小、精密件
4 等温淬火
淬火热应力、组织应力小， 变形小；
5 试分析下列说法是否正确：（1）钢中合金元 素的含量愈多，则淬火后硬度愈高； （ 2 ）同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬 的淬透性好，小件比大件的淬透性好。 6 指出φ10mm的45钢(退火态)经下列温度加热 并水冷后获得的组织：700℃、760℃、840℃。 (知Ac1＝724℃，Ac3＝780℃，D水冷＝20mm) 7 今有Cr15钢，制成轴承套，试述其预备热处 理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的 组织和性能。
2 回火种类
回火温度↑，内应力↓； 强回火（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
﹡﹡ 调质处理：淬火+高温回火
五 钢的淬、回火缺陷
1 种类： 变形、开裂、氧化、脱碳、 硬度不足、软点、过热、过烧。 过热：晶粒粗大——重结晶 过烧：晶界熔化或氧化
2 变形与淬火应力 变形方式：体积变化、弯曲翘曲。 产生原因：加热或冷却中热胀冷缩、 组织转变不同步→内应力
种类：热应力、组织应力
改进方法——分级淬火、等温淬火
② 油： Vmax ： 100~250 ℃/S ，400~500℃； 鼻 温：60~70℃/S；Ms：50 ℃/S。 优： M 转变温区冷速小，不易变形； 缺点：鼻温区冷速过小，淬不透。 应用：合金钢件
③ 盐水与碱水 10%NaCl水溶液；15%NaOH水溶液； 5%NaCO3水溶液； 使蒸汽膜提前破裂； 但腐蚀
§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 钢的淬透性
为什么引入“淬透性”概念
V表 V心
VC
淬透层深度
V表 VC V心
﹡1 概念：奥氏体化的钢在淬火时获得马氏 体的能力 ——用钢在一定条件下淬火获得的淬透层 深度表示其大小。
淬透层深度：由工件表面→半马氏体点 (50%M)的深度。
硬度测量法： 50%M的硬度 ← C%
50%M
淬透层深度
——形状复杂、尺寸精密件。
5 冷处理 目的： ①减少AR%，↑HRC； ② 稳定尺寸； ③ 挽救工件
四
钢的回火工艺
1 回火工艺参数的选择 回火温度的选择： （1） 零件使用性能→硬度→回火温度 （2）应力消除： T>500℃,1h； T<200℃,2~3h； 回火后冷却方式： 回火脆性钢→水、油冷； —高合金钢的多次回火
表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。
渗碳
低C钢在高C介质中加热到900～950℃、保温 → 高碳表层（约1.0%） 目的：表面硬度，耐磨性↑ ，心部保持一定的强 度和塑韧性。 渗碳后的的热处理：淬火+低温回火
固体渗碳法
气体渗碳法
真空渗碳法
钢的氮化
工件表面渗入N原子，以提高硬度、耐磨性， 疲劳强度和耐蚀性。氮化温度低(500～600℃)，时 间长（20～50h），渗层薄。
第二节 钢的淬火与回火
淬火：AC3 或AC1以上，奥氏 体化， V冷> VC急剧冷却， 获马氏体组织。 等温淬火——B下
AC1
回火：淬火钢， AC1 以下
等温淬火
MS
一 淬火加热工艺参数的选择 1 加热温度 （1）化学成分： 亚共析钢： AC3 +30~50℃ 过共析钢： AC1 +30~50℃
淬火 VC
T
1280℃ 800℃
600℃
W18Cr4V：
t
（1） 淬火介质的要求 ① 鼻点冷速大, MS附近冷速小； ② 稳定，成本低； ③ 安全：无毒；不腐蚀工件。
3 淬火介质
T
A1
MS
(2)
常用淬火介质
水
理想 油
τ
① 水： 鼻 温：150℃/S； Ms：450 ℃/S。 优点：冷却能力强；成本低。 缺点：M 转变温区冷速过大，变形； 应用：小尺寸、形状简单碳钢件