第九章钢的热处理工艺_张庆安_金属学与热处理[研究材料]

状态
退火 正火
软的 ～125 ～140
结构钢 中等的 硬的 ～160 ～185 ～190 ～230
工具钢
～220 ～270
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正火与退火态45钢机械性能
状态
σb (MPa)
δ
αk
HB
(%) (J.cm-2)
正火 700~800 15~20 50~80 220
完全退火 650~700 15~20 40~60 180
碳化物对基体的分割更均匀、彻底，更利切 削加工
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T12钢完全退火与球化退火后组织比较
完全退火、球化退火工艺缺陷 生产周期长；且为变温转变，故所得组织、球 大小不均，为此 ——开发出等温转变
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(3) 等温退火
T AC3 +20-30℃
AC1 +20-30℃
Ar1 -20-30℃
注：正火态强硬度与塑韧性均较高
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2 目的
① 细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷 ② 提高低碳钢硬度，改善切削加工性能 ③ 消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退
火作组织准备 ④ 型材或大型复杂铸钢件的最终热处理
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三 正火与退火的选用
C%<0.25%低碳钢 —— 多用正火；提高硬度 C%: 0.25~0.5% —— 可正火、可完全退火 C%: 0.5~0.75% —— 完全退火 C%>0.75% —— 球化退火 C%>0.9% —— 有网状碳化物
粒
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(5) 再结晶退火与去应力退火
工艺 名称 再结 晶退 T 火①
去应 力退 火②
工艺规范
AC1 650-700 ℃ 300-650 ℃
① ②
t
目的
适用范围
① 消除加工 冷塑性变形
硬化
件
② 完全消除 残余应力
消除内应力，铸、锻、焊、 防工件变形 冲压、机加
工件
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二 正火目的、用途和工艺
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片状与球状珠光体组织切削性能比较
粒(球)状 珠光体 层片状 珠光体
刀具
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T12钢完全退火与球化退火后性能比较
状态 σb(Mpa) δ(%) ψ(%)
HB
完全退火 810
15
30
230
球化退火 620
20
40
160
T12钢球化退火与完全退火的性能比较 球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，
等 温 退 火
普 通 退 t火
高速钢等温退火与普通退火工艺曲线
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(4) 扩散(均匀化)退火
工艺
特点
目的 适用
规范
范围
T
AC3或ACm+ 200-300℃
AC3或ACm
(1)高温、长 消除或 合金钢
时间
减轻偏 锭大型
(2)需再经重 析、带 铸钢件 结晶工艺(完 状组织 全退火或正 等
t 火)以细化晶
工艺规范
特点
目的
适用范围
T
ACm或AC3
AC1 +20-30℃
工艺关键
①工艺： ① 降低(过) 含碳量较高
不完全奥 共析钢硬 的工、模具
AC1 氏体化 度适合切 钢的预备热
②组织： 削
处理
t
球状(粒状) 珠光体
②为最终 热处理做
组织准备
① Fe3C形态控制 ←控制奥氏体化程度 ② 球的大小控制 ←控制过冷奥氏体冷却转变的温度
层片状 消除内应力； 削加工前或热
珠光体 减轻组织不 处理前的预备
t
均匀性(消除 热处理) 魏氏组织等)
注：目的不同，组织控制(珠光体片间距)不同
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45钢锻造后与完全退火后机械性能
状态
σb
σs
δ
ψ
αk
HB
(Mpa) (Mpa) (%) (%) (kJ.m-2)
锻造 650~750 300~400 5~15 20~40 200~400 230
┗ 正火(消网)＋球化退火
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注意
1 退火与正火—珠光体类型组织的应用 2 能用正火处则不用退火
S
AC1
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4
2 分类
完全退火
（1）高温退火
不完全退火
（相变重结晶退火） 球化退火
T加热>AC1
等温退火 扩散退火
（2）低温退火 T加热<AC1
去应力退火 再结晶退火
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3 退火目的
总体：改善组织，提高性能 ① 降低硬度，改善切削加工性能。通常 适合机加工的硬度范围为150~250HB ② 细化晶粒；均匀组织 ③ 消除内应力
1 定义 钢加热到AC3 或ACm以上的A区域，
保持一定时间后在空气中冷却，以获得 接近平衡状态组织的工艺 ——又称常化
①正火 ②退火
①②
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正火与退火的区别
加热温度较高 冷却速度较快 获得组织较细(索氏体) ——强硬度与塑韧性较高
生产效率较高
①正火 ②退火
② ①
①②
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碳钢正火与退火后的硬度（HB）
完全退火 600~700 300~350 15~20 40~50 400~600 200
பைடு நூலகம்
完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性 较大幅度提高
——主要目的：改善组织与加工性能
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晶粒细化的原因
完全退火→相变重结晶过程 α →γ→α
α
γα
40钢退火前后金相组织
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(2) 球化退火 ——不完全退火的一种
AC3
Ac1 Ar1
——普通退火 ——等温完全退火 ——等温球化退火
t
——是完全退火、球化退火工艺的改进
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等温退火优势
(1) 缩短工艺时间：高速钢 40h→20h （2）组织均匀：碳化物球大小一致
T
870-880 ℃ 炉冷15 ℃ /h
4h 40 ℃ /h
720-740 ℃
空
3h
空冷 冷
↑工艺性能
预备热处理
↑使用性能
最终热处理
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2
热处理分类
普通热处理：退火、正火 淬火、回火
表面热处理：表面淬火 化学热处理
形变热处理：控制轧制
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§9-1 钢的退火与正火
一 退火
1 定义：钢加热到适当温度，保温一定时间 后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获平衡组 织的工艺~。
参见教材定义中“高于或低于AC1”，是 为了区分有无相变的两种退火，但并不妥
注：目的 ② 时，常用正火代退火
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4 退火工艺及特点 (1) 完全退火
原因：粗片状P 原因：重结晶
工艺规范
特点
目的
适用范围
①工艺： ① ↓硬度，改 亚共析钢、合
T AC3 +20-30℃
完全奥 善切削加工 AC3 氏体化 性能
金钢的铸、锻、 热轧、焊件的
AC1②组织： ② 细化晶粒；预备热处理(切
第九章 钢的热处理工艺
本章目的 介绍钢的常用热处理工艺及其应用
本章重点 （1）各类热处理(退火、正火、淬火、回火)
工艺—组织－性能－应用的规律和特点 （2）淬透性、淬硬性的概念与应用
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金属材料加工过程
焊接
热轧→ 板棒型管 机加工
铸锭
冷轧
冶炼→铸造
热锻→ 锻件 冷拔
零 件 或 构
铸件
件 深冲 机加工