锻件的热处理

（一）钢的普通热处理
• • “四把火”（退火、正火、淬火、回火）的工艺过程； “四把火”对零件加工和使用的影响和作用。
1、退火 • 退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温 以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 其主要目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整 硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工 性能，并为淬火做好组织准备。 • 根据加热温度可分为临界温度（Ac1或Ac3）以上或 以下的退火。 • 前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火、不 完全退火和球化退火。后者包括再结晶退火及去应力退火。 • 按照冷却方式可分为等温退火和连续冷却退火。
（6）去应力退火 • 去应力退火：为消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等冷热 加工在工件中造成的残留内应力而进行的低温退火，称为去应力退火。 去应力退火是将钢件加热至低于Ac1的某一温度(一般为500 ℃～650 ℃)，保温后随炉冷却, 这种处理可以消除约50%～80%的内应力, 不 引起组织变化。
（3）淬火的方法 • 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，减小工件变形和开裂 倾向。 • ①单介质淬火法 • 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。 • ②双介质淬火法 • 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。一般用水作为快冷淬火介质，用油作为慢冷淬火 介质。有时也可以采用水淬、空冷的方法。
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从热处理工艺性能考虑，对于形状复杂要求变形很小的工件，如 果钢的淬透性较高，例如合金钢工件，可以在较缓慢的冷却介质中淬 火，如有些淬透性很高的钢，甚至可以在空气中冷却淬火，因此淬火 变形更小。 • 但是并非所有工件均要求很高的淬透性，例如承受弯曲或扭转的 轴类零件，其外缘承受最大应力，轴心部分应力较小，因此保证一定 淬透层深度就可以了。一些汽车、拖拉机的重负荷齿轮通过表面淬火 或化学热处理，获得一定深度的均匀淬硬层，即可达到表硬心韧的性 能要求，甚至可以采用淬透性低的低淬透性钢制造。焊接用钢采用淬 透性低的低碳钢制造，目的是避免焊缝及热影响区在焊后冷却过程中 得到马氏体组织，从而可以防止焊接构件的变形和开裂。
5、钢的回火 （1）回火的概念、目的 • 回火是将淬火钢加热到Ac1以下的某一温度保温后进行冷却的热 处理工艺。 • 回火的目的是减少或消除淬火应力，保证相应的组织转变，提高 钢的韧性和塑性，获得硬度、强度、塑性和韧性的适当配合，以满足 各种用途工件的性能要求。
（2）回火的分类 • 根据国家的组织和性能的要求，回火有低温回火、中温回火和高 温回火等几种。 • ①低温回火 • 低温回火温度约为150-250℃，回火组织为回火马氏体，和淬火马 氏体相比，回火马氏体保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性。 • ②中温回火 • 中温回火温度一般在350-500℃之间，回火的组织为回火屈氏体。 钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑性和韧性。故中 温回火主要用于各种弹簧零件及热锻模具。
四、锻件的热处理
锻件热处理
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锻件热处理按其热处理的目的不同可分为两组。 • 第一组，锻件热处理的目的既为金属切削加工提供最佳切削性能， 也为第二热处理作好组织准备。属于这一组的锻件常用渗碳钢、轴承 钢、工具钢等制造。 • 第二组，锻件热处理的目的是为了得到适当的组织，达到产品的 技术要求。而且在保证零件技术要求的前提下，应有适中的硬度和小 的硬度偏差以便在金属切削机床上获得经济的加工性能。锻件机械加 工后不再进行最终热处理。该组锻件一般由中碳钢和中碳合金钢制成。 锻件热处理最常见的工艺是退火（包括完全退火、等温退火、球化退 火等各种类型的退火）、正火（包括正火加高温回火）、调质（淬火 加高温回火）等。
（3）淬透性的意义 • 钢的淬透性是钢的热处理工艺性能，在生产中有重要的实际意义， 工件在整体淬火条件下，从表面至中心是否淬透，对其力学性能有重 要影响。一些在拉、压、弯曲或剪切载荷下工作的零件，例如各类齿 轮、轴类零件，希望整个截面都能被淬透，从而保证这些零件在整个 截面上得到均匀的力学性能。选择淬透性较高的钢才能满足这一性能 要求。而淬透性较低的钢，工件心部不能淬透，其力学性能低，特别 是冲击韧性低，不能充分发挥材料的性能潜力。 • 钢的淬透性越高，能淬透的工件截面尺寸越大。对于大截面的重 要工件，为了增加有效淬硬深度，必须选用过冷奥氏体很稳定的合金 钢。工件越大，要求的淬硬层越深钢的合金化程度应越高，所以淬透 性是机器零件选材的重要参考数据。
4、钢的淬透性 （1）淬透性的概念 • 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其 大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示。 • 一定尺寸的工件在某介质中淬火，其淬透层的深度与工件截面各 点的冷却速度有关。 • 淬透性表示钢淬火时获得马氏体的能力，它反映钢的过冷奥氏体 稳定性，即与钢的临界冷却速度有关。过冷奥氏体稳定，临界淬火速 度越小，钢在一定条件下有效淬硬深度越深，则钢的淬透性越好。 （2） 淬透性的测定方法 • 我国国家标准规定：测定淬透性的方法有临界淬火直径法和末端 淬火试样法。钢的淬透性值可用J（HRC/d）表示，其中J表示末端淬 透性，d表示至水冷端的距离， HRC为该处测得的硬度值。
3、 淬火 • 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。 • 淬火可以显著提高钢的强度和硬度。为了消除淬火钢的残余内应力， 得到不同强度、硬度和韧性配合的性能，需要配以不同的回火。所以 淬火和回火又是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。 • 淬火、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。 （1） 淬火的定义和目的 • 淬火的定义： 把钢加热到临界点Ac1或Ac3以上，保温并随之以大 于临界冷却速度（Vk）冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组 织的热处理工艺方法称为淬火。
（1）均匀化退火 • 均匀化退火又称扩散退火 把钢加热到略低于固相线的温度下长时 间保温，然后以缓慢的冷却速度冷却，以获得均匀的组织和成分的热 处理工艺。 • 钢件均匀化退火的加热温度通常选择在Ac3或Accm以上 150~300℃。视钢种和偏析程度而异。碳钢一般为1100~1200℃，合 金钢一般为1200~1300℃。均匀化退火时间一般为10~15h。 • 均匀化退火的目的在于消除或减少金属铸锭、铸件或锻坯化学成 份偏析及显微组织（枝晶）的不均匀性，以达到均匀化目的。
③ 分级淬火法 • 它是将奥氏体化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。 • ④ 等温淬火 • 它是将奥氏体化后的工件淬入Ms点以上 某温度盐浴中等温保持足够长时间，使之 转变为下贝氏体组织，而后于空气中冷却 的淬火方法。
（2）完全退火 • 完全退火又称重结晶退火 是把钢加热至Ac3以上20 ℃～30 ℃, 保 温一定时间后缓慢冷却(随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却), 以获得接近 平衡组织的热处理工艺。完全退火一般用于亚共析钢。 • 完全退火的目的在于，通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、 不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；或使中碳以上的碳钢和合 金钢得到接近平衡状态的组织，以降低硬度，改善切削加工性能。由 于冷却速度缓慢，还可消除内应力。
（3）等温退火 • 等温退火 将钢件加热到高于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, 使奥氏体等温转 变，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, 能获得均匀的预期组织; 对于 奥氏体较稳定的合金钢, 可大大缩短退火时间。 • 完全退火全过程所需时间比较长，特别是对于某些奥氏体比较稳 定的合金钢，往往需要数十小时，甚至数天的时间。如果在对应于钢 的TTT曲线上的珠光体形成温度进行过冷奥氏体的等温转变处理，就 有可能在等温处理的后期稍快的进行冷却，以便大大缩短整个退、渗碳工件和其他高强度耐磨机器零件等的强度、硬 度和耐磨性； • ②结构钢通过淬火和回火之后获得良好的综合力学性能。 • ③此外，还有很少数的一部分工件是为了改善钢的物理和化学性能。 如提高磁钢的磁性，不锈钢淬火以消除第二相，从而改善其耐蚀性。 （2）淬火的介质 • 淬火时，最常用的淬火介质是水、盐水和油。
• ③高温回火 • 高温回火温度约为500-650℃，回火组织为回火索氏体。淬火和随 后的高温回火叫做调质处理。高温回火主要适用于中碳结构钢或低合 金结构钢，用来制作曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车半轴、机床主轴及 齿轮等重要的机器零件。
（4） 不完全退火 • 不完全退火 将钢件加热至Ac1和Ac3之 间，经保温并缓慢冷却，以获得接近平衡 组织的热处理工艺称为不完全退火。 （5）球化退火 • 球化退火 为使钢中碳化物球状化的热 处理工艺。目的是使二次渗碳体及珠光体 中的渗碳体球状化（退火前正火将网状渗 碳体破碎），以降低硬度，改善切削加工 性能；并为以后的淬火作组织准备。球化 退火主要用于共析钢和过共析钢。
2、正火 • 钢材或钢件加热到Ac3和Accm以上30 ℃～50 ℃, 保温适当时间 后, 在自由流动的空气中均匀冷却的热处理称为正火。 • 正火可以作为预备热处理，为机械加工提供适宜的硬度，又能细 化晶粒、消除应力、消除魏氏组织和带状组织，为最终热处理提供合 适的组织状态。正火还可以作为最终热处理，为某些受力较小、性能 要求不高的碳素钢结构零件提供合适的机械性能，正火还能消除过共 析钢的网状碳化物，为球化退火做好组织准备。