常用热处理工艺

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渗
氮
1、定义：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理称 为渗氮。 2、分类：液体渗氮、气体渗氮。 3、说明：
a、和渗碳相比，钢件渗氮后具有更高的表面硬度和耐磨性，氮 化后硬度可达到HRC65-72。 b、氮化层稳定性好，高硬度和耐磨性可保持到560-600℃不降低 c、比渗碳具有更好的疲劳强度。 d、氮化后在钢件表面形成致密氮化物薄膜，具有良好抗蚀性能 e、氮化温度低（500-600℃），氮化后工件不需热处理，因此 渗氮件变形很小，适用于精密零件的最终热处理。 4、用途：磨床主轴、镗床镗杆、精密机床丝杠、内燃机曲轴、各种精密齿 轮和量具等。
ABCD以上------液相区（L） AHNA------δ固溶体区（ δ） NJESGN------奥氏体区（γ或A） GPQG------铁素体区（α或F） DFKL------渗碳体区（Fe3C或Cm） MO------铁素体的磁性转变线 A01------渗碳体的磁性转变线 HJB------包晶转变线 ECF------共晶转变线 PSK------共析转变线 GS线------又称A3线，是奥氏体与铁素体互相转变线 ES线------碳在奥氏体中溶解度曲线 PQ线------碳在铁素体中溶解度曲线 包晶转变------LB +δH γJ（1495℃） 共晶转变------LC γE+Fe3C（1148℃） 共析转变------γs αP+Fe3C
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退 火

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1、定义：退火是将钢加热至临界点Ac1以上或以下温度，保温后随炉缓 慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。 2、目的：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，并为淬火作好组织准备 3、分类： 临界温度（Ac1或Ac3）以上： a、完全退火：主要用于亚共析钢，以细化晶粒、均匀组织、消除内 应力，降低硬度 b、扩散退火：主要用于钢锭、铸件、锻坯，以使成分和组织均匀化。 c、不完全退火：主要用于过共析钢获得珠光体组织，以消除应力、 降低硬度、改善加工性 d、球化退火：主要用于共析钢、过共析钢、合金工具钢，以降低硬 度，均匀组织
说明 包晶点
B
C D E F
1495
1148 1227 1148 1148
0.53
4.3 6.69 2.11 6.69
K
M N O P
727
770 1394 770 727
6.69
0 0 ≈0.5 0.021 8
渗碳体的成分
纯铁的磁性转变点 γ -Fe与δ -Fe互相转变 温度 ω c≈0.5%合金的磁性 转变点 碳在α -Fe中的最大溶 解度
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1140
60 70 100
820
65 55 50
回 火





1、定义：回火是将钢在A1以下温度加热，使其转变为稳定的回火组织，并一适 当的方式冷却到室温的过程。 2、目的：主要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。 3、分类： a、低温回火：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，回火马氏体既保持了钢的高硬度、高强度和良好耐磨性，又适当提高了 钢的韧性，适用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及高频表面淬火工件。低温回 火钢大部分是淬火高碳钢和高碳合金钢。 b、中温回火：回火温度在350-500 ℃之间，回火组织为回火屈氏体。对于一般 碳钢和低合金钢，中温回火后具有高的弹性极限，较高的强度和硬度，良好的塑 性和韧性，中温回火主要用于各种弹簧零件和热锻模具。 c、高温回火：回火温度约为500-650 ℃，回火组织为回火索氏体。高温回火主 要适用于中碳结构钢和低合金结构钢，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。这些零件在使用中要求较高的强度并能 承受冲击和交变负荷的作用。
450 410 185 1000 775
1、冷却速度 由φ 20银球所 测。 2、各冷却速 度值均根据冷 却速度特性曲 线估算。
10%NaCl溶液20℃ 15%NaCl溶液20℃ 20%NaCl溶液20℃
10#机油，20℃ 10#机油，80℃ 3#锭子油，20℃
430
430 430 500
1640
230 230 120
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化学热处理
1、定义：将金属工件放入含某种活性原子的化学介质中，通过加热使介质 中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织 并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。和表面淬 火不同之处是钢在化学热处理后工件表面的组织有变化。 2、分类：根据渗入元素的不同，化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳、氮共 渗、渗硼和渗金属等等。 3、作用：化学热处理可获得比表面淬火更高的硬度、耐磨性和疲劳强度， 心部在具有良好塑性和韧性的同时，还可获得叫高的强度。适当 的化学热处理还可使工件表层具有减磨、耐腐蚀等特殊性能。 4、过程：化学热处理的一般过程由分解、吸附和扩散三个基本过程组成。
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正 火



1、定义： 正火是将钢加热到Ac3（或Acm）以上适当温度，保温后在空气中冷却得到珠光 体类组织的热处理工艺。 2、目的： 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，消除过共析钢的网状炭化物，为球化退火作好组织准备，提高普通结构零 件的机械性能； 3、应用： 适用于含碳量小于0.25%的低碳钢，正火工艺周期短，操作简便，工艺成本低， 在工艺性能允许的情况下，尽可能用正火代替退火。
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渗
碳
1、定义：将低碳钢件放入渗碳介质中，在900-950℃加热保温，使 活性碳原子渗入钢件表面并获得高渗碳层的工艺方法。 2、分类：固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳。 3、说明：为充分发挥渗碳层的作用，使零件表面获得高硬度和高耐磨性，
心部保持足够的强度和韧性，零件在渗碳后必须进行热处理。 a、对于本质细晶粒钢，通常渗碳后可预冷至淬火温度，直接淬火， 然后进行180-220℃低温回火。 b、对于固体渗碳零件、本质粗晶粒钢渗碳后不能直接淬火的零件， 也可从渗碳温度直接空冷后再次加热淬火，然后进行低温回火。 表层组织为高碳细针状回火马氏体组织加细晶粒状渗碳体，硬度 为HRC58-62。 c、根据渗层组织和性能要求，一般零件表层含碳量最好控制在0.85 --1.05%左右，渗层厚度一般为0.5-2mm。
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Fe-C相图说明（2）
符 温度 号 /℃ A 1538 ω c×1 00 0 说明 纯铁的熔点 包晶转变时液态合金的成 分 共晶点 渗碳体的熔点 碳在γ -Fe中的最大溶解度 渗碳体的成分 α -Fe与γ -Fe互相转变温 度（A3） 碳在δ -Fe中的最大溶解度
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符 温度 ω c× 号 /℃ 100 J 1495 0.17
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退 火


临界温度（Ac1或Ac3）以下： a、再结晶退火：将金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使 变形晶粒转变为均匀等轴晶粒，以消除加工硬化，钢的机械性能恢复到 冷变形前的状态。 b、去应力退火：消除变形加工及铸造、焊接过程引起的残余内应力， 以降低硬度、提高尺寸稳定性，防止工件变形和开裂。去应力退火后冷 却应缓慢，以免产生新的应力。
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淬

火




1、定义：淬火是将钢加热到临界点Ac3或Ac1以上一定温度，保温后以大于 临界冷却速度的冷却速度得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。 2、目的：使奥氏体化后的工件获得尽量多的马氏体，并配以不同温度回火 获得各种需要的性能。 EX：a、淬火+低温回火→提高工具、轴承、渗碳零件或高强度耐磨件的硬 度和耐磨性 b 、淬火+中温回火→显著提高弹簧钢的弹性极限 c、淬火+高温回火→可以得到强韧结合的优良综合机械性能 3、淬火温度： a、亚共析钢：Ac3以上30-50℃ b、共析钢、过共析钢：Ac1以上30-50℃ 4、淬火冷却介质：水、油、NaCl（NaOH）水溶液、有机水溶液（乙烯醇+ 防腐剂+防锈剂+消泡剂）
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深冷处理
1、定义：将淬火后的工件,在0度以下的低温介质中继续冷却,一般到 零下60-80℃,待工件截面冷到温度均匀一致后,取出空冷。 2、介质：常用介质为液氮。 3、用途：可提高工件硬度，抗拉强度和稳定工件尺寸，主要适用于合金钢
制成的精密刀具、量具和精密零件，如量规、量块、铰刀、样 板、高精度的丝杠、齿轮等，还可使磁钢更好的保持磁性。
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表面处理
感应加热： 1、定义：利用电磁感应原理，在工件表面产生密度很高的感应电流，并使 之迅速加热至奥氏体状态，随后快速冷却获得马氏体组织的方法 2、分类：根据不同的电流频率，可将感应加热表面淬火分为三类： a、高频感应加热表面淬火：常用电流频率80-1000KHz，可获得表 硬化层深度为0.5-2mm，主要用于中小摸数齿轮和小轴的表面淬 火。 b、中频感应加热表面淬火：常用电流频率2500-8000Hz，可获得36mm深的硬化层，主要用于要求淬硬层较深的零件，如发动机曲 轴、凸轮轴、大模数齿轮、较大尺寸的轴和钢轨的表面淬火。 c、工频感应加热表面淬火：常用电流频率为50Hz，可获得10-15mm 以上的硬化层。适用于大直径钢材的穿透加热及要求淬硬层深的 大工件的表面淬火。 3、说明：感应加热缺点是设备费用昂贵，不适用于单件生产。
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常用碳素工具钢牌号、成分、热处理、用途
钢 号 化学成分
ω
C
热处理
ω
S
应用举例
回火
硬度 HRC 60 62 60 制造承受震动与冲击载荷，要求较高韧性的 工具，如凿子、打铁用模、各种锤子、木工 工具、石钻（软岩石用）等 制造承受震动与冲击载荷，要求较高韧性的 工具，如简单模子、冲头、剪切金属用剪刀 木工工具、煤矿用凿子等
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钢的常用热处理工艺
1、退火： 2、正火： 3、淬火： 4、回火
5、调质： 6、表面处理： 7、深冷处理：
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Fe-C 相图
δ δ δ +γ γ
γ
γ +
温 度 / ℃
3
α +γ α
α +
3
ω
Fe-C相图说明（1）

G
H
912
1495
0
0.09
S
Q
727
600
0.77
共析点（A1）
0.005 600℃时碳在α -Fe中的 7 溶解度
铁碳合金的分类
铁碳合金按有无共晶转变分为碳钢和铸铁： 碳钢：ωc＜2.11% 铸铁：ωc＞2.11% 按含碳量划分为以下七种类型： 工业纯铁： ωc＜0.0218% 共析钢： ωc=0.77% 亚共析钢：ωc=0.0218-0.77% 过共析钢：ωc=0.77-2.11% 共晶白口铁：ωc=4.3% 亚共晶白口铁：ωc=2.11-4.3% 过共晶白口铁：ωc=4.3-6.69%
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淬
火
常用淬火介质的冷却特性
名称
最大冷却速度时
所在温度/℃ 冷却速度/℃S-1
平均冷却速度
650-550℃ 300-200℃
备注
静止自来水20℃ 静止自来水40℃ 静止自来水60℃
340 285 220 580 560
775 545 275 2000 2830
135 110 80 1900 2750
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调质处理
1、定义：淬火和随后的高温回火叫做调质处理。 2、作用：钢经调质处理后具有优良的综合机械性能。
表面处理
一、钢的表面淬火： 1、定义：是将工件快速加热到淬火温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得 淬火组织的热处理方法。 2、作用：满足工艺上要求零件表面具有高的强度、硬度和耐磨性，心部具 一定的强度、足够的塑性和韧性。 3、分类：感应加热、火焰加热、电接触加热、电解液加热以及激光加热。
常用热处理工艺
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钢的常用热处理
钢的热处理就是通过加热、保温、冷却的方法改变钢的组织结 构以获得工件所要求性能的一种加工技术。 一、根据加热、冷却方式及获得的组织和性能的不同，钢的热处理 工艺可分为普通热处理、表面热处理及形变处理。 二、根据处理零件在整个生产工艺过程中位置和作用的不同，可分 为预备热处理和最终热处理。如退火和正火属于预备热处理， 但对性能要求不高的零件，也可作为最终热处理。