钢的热处理工艺.

2.双液淬火法
常用工艺：水淬油冷
Why？
回火
消除淬火应力，降低脆性，调整硬度、 韧性,防止开裂；
稳定工件尺寸，由于M，残余A不稳定；
获得要求的力学性能。
未经淬火的钢回火无意义，而 淬火钢不回火在放置使用过程 中易变形或开裂。钢经淬火后 应立即进行回火
随着回火温度的 升高，淬火钢力 学性能总的变化 趋势是：硬度和 强度下降，而塑 性和韧性提高。
无特殊要求（一般 ）
低、中碳钢
钢的表面淬火
定义：通过快速加热使钢表层 奥氏体化，而不等热量传至中 心，立即淬火冷却的热处理。 一、感应加热表面淬火 二、火焰加热表面淬火 三、激光加热表面淬火
• 表面淬火目的：
• ① 使表面具有高的硬度、耐磨性和疲劳极限;
• ② 心部在保持一定的强度、硬度的条件下，具有
真空退火炉
（1）降低硬度，改善切削加工性，适合加工的 硬度为170-250HB。 （ 2 ）消除应力，稳定尺寸，防止加工中变形 （3）细化晶粒，调整组织，消除缺陷，为后续 热处理作准备。
2. 退火的分类
（1）完全退火
（2）球化退火
（3）去应力退火
（4）均匀化退火
（1）完全退火
加热温度：Ac3+30-50 ℃ 组织：P+F
• 对于加热：非平衡条件下的相变温度高于平衡条件下的相变 温度； • 对于冷却：非平衡条件下的相变温度低于平衡条件下的相变 温度。
• 这个温差叫滞后度：加热转变 → 过热度
冷却转变 → 过冷度 • 加热与冷却速度越大，导致过热度与过冷度越大。此外，过 热度与过冷度的增大会导致相变驱动力的增大，从而使相变 容易发生。
第三节 掌握钢的热处理工艺
• 改善钢的性能，主要有两条途径：
• 一是合金化 • 二是热处理
历史
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传 是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同 水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国 出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部 含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已 应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外 传，因而发展很慢。 1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的 六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发 生组织改变，钢中高温时的相在急冷时可转变为一种较硬的 相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人 奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了 理论基础。
组成
细分
A1~650℃ ： 粗片珠光体 P <20HRc 650~600℃ ： 索氏体 S（细P） 30HRc 600~550℃ ： 屈氏体T (极细P) 40HRc
550~350℃： 上贝氏体（B上） 羽毛状组织 塑性差，40-45HRc 350~230℃： 下贝氏体（B下） 针片状组织 综合性能好，45-50HRc
讨论： 古代的兵器为什么要放 在水中冷却？ 打铁铁匠为什么都配有 一个水桶？

热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用.
件要经过热处理。
• 在机床制造中约60-70%的零 • 在汽车、拖拉机制造业中需 热处理的零件达70-80%。

模具、滚动轴承100%需经过
热处理。

总之，重要零件都需适当热处
退火 正火 普通热处理 淬火 回火
表面淬火—感应加热、火焰加热、 电接触加热等 表面热处理 热处理 化学热处理—渗碳、氮化、碳氮 共渗、渗其他元素等 控制气氛热处理 真空热处理 其他热处理 形变热处理 激光热处理
一、退火（炉冷）
将钢件加热到适当温度，保温一定 时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
1．退火的目的
350~230℃：下贝氏体（B下） 针片状组织 综合性能好，45-50HRc
(3)马氏体转变(低温转变)
马氏体组成：碳在α- Fe中的过饱和固溶体（无渗碳体）
转变温度与转变产物形态：
低碳 M (C<0.2%) 板条 M
碳含量 （0.2—1.0%） 混合 M
高碳 M (C>1.0%) 片状 M
强而韧、塑性、韧性好
6. 钢在冷却时的组织转变
过冷奥氏体——高温时所形成的 奥氏体冷却到A1点以下尚未发生 转变的奥氏体 。 冷却方式：等温冷却和连续冷 却。 冷却方式不同、冷却速度不同 ，组织转变的产物不同、钢的 性能也不同
7.共析钢过冷奥氏体等温冷却转变
A1线以上是奥氏体稳定存在区；
A1线以下
转变开始线以左的区域是过冷奥氏体区；
低温回火（150~250º C）
目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应 力,减少钢的脆性。硬度为58--64HRC。 主要用于：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火 件和表面淬火件。
中温回火（350~500º C） 3.回火种类
目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。 又称 弹性处理。硬度为35--45HRC. 主要用于：弹性零件及热锻模具等。
理后才能使用。
1. 钢热处理的概念、目的和过程 热处理: 将固态的钢在不同的加热、保温和冷却的处理 下，以改变其组织，从而获得所需性能的一种工艺。 热处理的目的：通过改变组织达到改变性能的目的。 热处理的过程：任何一种热处理都要经过加热，保温 ，冷却三个过程，因此，最高加热温度，保温时间， 冷却速度就成为热处理工艺的三大要素。
①使渗碳体球化→HRC↓，韧性↑→切削性↑
②为淬火作准备
（3）去应力退火
温度：500-650℃ 目的：消除残余应力
1、定义： 将钢件加热到Ac3或Accm线以上30~50 º C ，保温适当的时 间后，在空气中冷却的热处理工艺。
二、钢的正火
二、钢的正火（2）
2、特点：
a)冷却速度比退火快，周期短、能耗少。 b)组织细小（索氏体），因而钢的力学性能有所提高。
奥氏体形核 （在 F / Fe3C相界面上形核） 奥氏体晶核长大 （F→ A晶格重构，Fe3C 溶解)
残余Fe3C溶解 温度： 室温 → Ac1 F + Fe3C → A
结构： 体心 复杂 面心 含碳量： 0.0218 6.69 0.77
奥氏体均匀化
5.亚共析钢和过共析钢加热（A形成）过程的转变
亚共析钢和过共析钢与共析钢的区别是存在先析相。 珠光体的转变：其奥氏体的形成过程是先完成珠光体向奥氏体的转变，此 转变过程同共析钢。 先析相的溶解： 对于亚共析钢：平衡组织F+P，当加热到AC1以上温度时，P→A；在AC1 ～AC3的升温过程中，先析的F逐渐溶入A。即 P + F → A + F → A 对于过共析钢：平衡组织Fe3CⅡ+P，当加热到AC1以上时，P→A；在AC1 ～ACCM的升温过程中，二次渗碳体逐步溶入奥氏体中。 即P + Fe3CⅡ → A + Fe3CⅡ → A
加热到预定的 在预定的温度下适当保 温度（最高加 温（保温时间），保温 热温度） 的时间与工件的尺寸和 性能有关
以预定的冷却速度冷 却（冷却速度）。冷 却速度取决于所需的 组织和性能。
钢在室温下的组织（即
奥氏体化前的组织为平
衡组织的情况）
Fe－Fe3C平衡图（钢的 部分)标明了钢的组织转 变情况
2.过热度与过冷度
转变终了线的右方是转变产物区； 两条曲线之间是转变过渡区，过冷 奥氏体和转变产物同时存在； 水平线Ms为马氏体转变开始温度线 Ms～Mf之间为马氏体转变温度区 Mf为马氏体转变终了温度线
共析钢奥氏体等温转变曲线
(1)珠光体型转变（高温转变）
珠光体型组成：F 和 Fe3C 片层的机械混合物 珠光体性能： 珠光体片越细 HB↑，σb↑且δ↑，αk↑
转变温度范围与转变产物形态：
A1~650℃ ： 粗片珠光体 P <20HRc
650~600℃ ： 索氏体 S（细P） 30HRc
600~550℃ ： 屈氏体T (极细P) 40HRc
(2)贝氏体转变（中温转变）
贝氏体组成：F 和针状的Fe3C的机械混合物
转变温度与转变产物形态：
550~350℃：上贝氏体（B上） 羽毛状组织 塑性差，40-45HRc
目的：①细化，均匀化粗大、不均匀组织
②接近平衡组织——调整硬度→切削性↑
③消除内应力
应用范围：亚共折钢，共析钢，不适用于 过共析钢。
（2）球化退火
球化退火是将钢中渗碳体 球状化的退火工艺。 加热温度：Ac1以上20-30度
应用范围：过共析钢
组织：球状P（F+球状Fe3C）
ห้องสมุดไป่ตู้
目的：
3.钢的加热与冷却相变线
平衡状态相变线：A1、A3、Acm
Ac3 Ar3 Accm
加热实际相变线：Ac1、Ac3、Accm
Arcm
(加热时的临界点加注脚“C”字) 冷却实际相变线：Ar1、Ar3、Arcm (冷却时的实际转变温度加注脚“r”)
Ar1
Ac1
实际相变温度与理论转变温度之间的关系
4.共析钢加热转变（奥氏体形成）过程
零件最终 机械性能要求 （整体） 硬度、耐磨性为主 弹性、韧性为主 机械综合性能为主 常用工艺 主要适用材料 零件应用举例 刃具、量具、模具 等 弹簧等弹性零件 重要的机件如： 轴、连杆、齿轮等 不重要的机件： 非传力的齿轮、轴 等
淬火+低温回火 淬火+中温回火 淬火+高温回火 （调质） 正火
工具钢、高碳钢 弹簧钢、中、高碳 钢 调质钢、中碳钢
钢的退火与正火
一、淬火的概念
真空淬火炉
淬火加热温度
亚共析钢的淬火温度一 般为Ac3+30～50℃，温 度过高,奥氏体组织粗大 ,形成的马氏体组织也粗 大,机械性能下降. 温度 过低,淬火组织中有先析 的铁素体,硬度不足. 过共析钢的淬火温度一般 为Ac1＋30～50℃。得到 的组织为马氏体和粒状渗 碳体.如果过高,奥氏体晶 粒粗化,淬火后得到粗针 状马氏体,增加脆性,残余 奥氏体增多,降低硬度和 耐磨性.
3、目的：
①细化晶粒，提高强度，提高低碳钢和低合金钢硬度，改善切削加工 性（避免“粘刀”现象） 。 ②对过共析钢进行正火，可减少或消除网状碳化物（二次渗碳体）， 为球化退火做准备； ③取代部分完全退火（正火操作简便，生产周期短，消耗少），对低 碳钢、含碳较低的中碳钢可达到消除应力。 ④可作为淬火前的预备热处理，也可用于普通零件的最终热处理。
淬火冷却介质
理想的冷却曲线应只在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 前还没有找到理想的淬火介质。
650 ℃ 以上，慢， 减小热应力 650-400 ℃ ，快， 避免C曲线相交 400 ℃以下，慢， 减轻相变应力
三、淬火方法
1.单液淬火法 把奥氏体化后的工件放入一种淬火冷 却介质中一直冷却到室温的淬火。 特点：易实现机械 化与自动化，适用 于简单的工件。
硬而脆、塑性、韧性差
类别
珠光体型转变 （高温转变） F 和 Fe3C 片层的 机械混合物
贝氏体转变 （中温转变） F 和针状的Fe3C的 机械混合物，但F中 碳的溶解度过饱和
马氏体转变 (低温转变) 碳在α- Fe中的过饱和 固溶体（无渗碳体） ，转变速度极快，有 残余A，影响性能 低碳 M (C<0.2%) 板条 M 高碳 M (C>1.0%) 片状 M 碳含量 （0.2—1.0%） 混合 M
• 2、热处理特点: 热处理区 别于其他加工工艺如铸造、 压力加工等的特点是只通 过改变工件的组织来改变
性能，而不改变其形状。

铸造
3、热处理适用范围:
只适用于固态下发生
相变的材料，不发生 固态相变的材料不能
轧制
用热处理强化。
热处理的工艺过程包括加热、保温和冷却三个阶段，它可用温度一时 间坐标图形来表示，称为热处理工艺曲线。
高温回火（500~650º C）
目的：获得良好的综合力学性能。 又称调质处理。 硬度为25--35HRC. 主要用于：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。
五、普通热处理使用分类(1)
1.预备热处理 主要用于改善材料切削和冷加工工艺性能或为最终热处理前 作组织调整。通常情况下预备热处理具体工艺的选用与钢材 的含碳量密切相关.
工艺选用目 的 降低硬度、 改善锻压 和机械加 工性能
亚共析钢 低、中碳钢 高碳钢 完全退火 或 等温退火
共析、过共 析钢 正火 + 球化退火
应用 铸件、锻件 、 热轧型材
正 火
预备热处理工艺的常规选用
五、普通热处理使用分类(2)
2.最终热处理
通常与零件最终的使用性能直接相关，因此性能要求不同的零件，最终 热处理完全不相同。