机械工程材料---第3节 钢的热处理

精加工
（磨削）
一、退火
退火：是将钢加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢（随炉冷却）冷却的 热处理工艺。
退火的目的： ①降低硬度，以利于切削加工；提高塑性和韧性，以利于冷变形加工；适 于机加工的硬度：HB170～230。 ②消除残余内应力；防止工件淬火时变形或开裂。 ③细化晶粒，改善组织，提高钢的性能。 ④为最终热处理（淬火和回火）作组织准备；获得粒（球）状珠光体。
二、正火
正火：将工件加热到适当温度并保温一定时间后出炉空冷的热处理工艺。 正火的目的：细化晶粒组织。正火只适用于碳素钢及合金元素含量不高的合 金钢。 提高硬度——低碳钢——改善切削加工性能； 提高强度硬度——中碳钢和性能要求不高的零件——代替调质； 消除网状碳化物——高碳钢——为后续热处理（球化退火）做组织准备。
第四章 工程材料
工程材料是制造机械零件的原料。机械零件的结构、形状、大小和 使用条件不同，对材料的要求也不同。机械工程上常用的材料有黑色金属 材料、有色金属材料及非金属材料。各种材料的性能不同，用途也不同。 因此，为了正确的选择和使用材料，必须掌握和了解材料的分类、牌号、 性能、应用范围及热处理等有关基本知识。
普通热处理
(整体热处理 “四把火”)
表面热处理
其他热处理
退火
正火 淬火 回火
表面淬火
感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火
激光加热表面淬火 电接触加热表面淬火
电解液加热表面淬火
ຫໍສະໝຸດ Baidu化学热处理
渗碳 渗氮（氮化）
碳氮共渗
控制气氛热处理
真空热处理
形变热处理
2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类
热处理工艺
(２)等温退火 工件加热到高于Ac3（或Ac1）的温度，保持适当的时间， 较快地冷却到珠光体转变区间的适当温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体 类组织后在空气中冷却的退火。
目的：同完全退火，但可 缩短退火时间且得到均匀的组 织和性能。
加 热 温 度 ： Ac3(Ac1) 以 上20～40℃。
应用范围：亚共析、过共 析碳钢，合金钢的铸件、锻件 等。
黑色金属材料（即钢铁材料）：是钢和铸铁的统称。 有色金属材料：在工业生产中应用的材料，除钢铁材料以外的金属 材料，统称为有色金属材料。 非金属材料：指具有非金属性质（导电性导热性差）的材料。通常 指以无机物为主体的玻璃、陶瓷、石墨、岩石以及以有机物为主体的木材 、塑料、橡胶等一类材料。在机械工程中常用的有工程塑料、橡胶、陶瓷 、复合材料和胶 粘剂等。
(４)去应力退火 为去除工件塑性变形加工、切削加工或焊接造成的内 应力及铸件内存在的残留应力而进行的退火。
目的：消除内应力，稳定尺寸， 较少变形。
加热温度：Ac1以下温度，一般 500～650℃。
应用范围：铸件、锻压件、焊件 、切削加工件等。
需说明的是加热温度低于Ac1， 钢不发生相变。
(5)均匀化退火 均匀化退火又称扩散退火。在略低于固相线温度长期保温的处理方法。减轻或 消除钢锭、铸件、钢坯化学成分及显微组织偏析使其均匀化。高合金钢应用更为普 遍，钢的扩散退火温度高于Ac3，在1100~1200℃之间，退火时间长且依工件截 面厚度而定。由于温度高、时间长、 成本高。对于钢件而言，扩散退火对 其宏观偏析和夹杂物分布的改善不起 作用。钢锭开坯后锻轧加热时，适当 延长保温时间，能收到扩散退火以消 除应力的作用。大多数有色金属在扩 散退火的加热过程中不发生固态相变。 应用时须相应考虑奥氏体晶粒细化和 钢的氧化和脱碳问题。
的不同将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。
热处理的特点：热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而 改变钢的性能。
热处理的作用：改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜 力， 提高工件质量，延长工件寿命。
热处理的类型
1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类
热处理工艺
退火的分类：根据钢的成分和退火目的不同应采用不同的退火方法，常用 的退火方法有：完全退火（普通退火）；球化退火（不完全退火）；去应力退 火（低温退火）等。
(1)完全退火 将工件完全奥氏体化后缓慢冷却，获得接近平衡组织的退火。 目的：降低硬度、细化晶粒、消除应力、为最终热处理作组织准备。 加热温度：Ac3以上20～40℃。 应用范围：亚共析钢和合金钢的铸件、锻件、热轧型材、焊件等。 需说明的是不能用于过共析钢
第三节 钢的热处理
改善钢铁材料性能的途径有两种，即合金化和钢的热处理。 合金化：通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，从而获得优良的性能。 钢的热处理：是指釆用适当方式将钢或钢制工件在固态下加热到一定温度， 进行必要的保温，并以适当的速度冷却到室温，以获得预期的组织结构与性能的 工艺。其特点是改变钢的内部组织，而不改变其形状和尺寸。 热处理的目的：通过适当的热处理，不仅能充分发挥钢材的潜力，提高工件的 使用性能和使用寿命，而且还可以改善工件的加工工艺性能。
在可能的条件下往往用正火代 替退火。因为：的组织强度硬度高 ，晶粒细小。 操作简单， 正火 冷却速度快，得到成本低。
预备热处理：消除毛坯中的缺陷，改善工艺性能，为切削加 工或最终热处理做组织和性能上的准备。如退火、正火。
最终热处理：提高金属材料的力学性能，充分发挥材料的 潜力，节约材料，延长零件的使用寿命。如淬火、回火。
举例：
零件的典型加工工艺路线：
毛坯
（锻件）
预备热处理
（退火、正火）
机加工
（车削）
最终热处理
（淬火、回火）
热处理的三大要素： ①加热（ Heating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。 ②保温（Holding）
温度
保温
加 热
临界温度
冷 却
目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。 ③冷却（Cooling）
目的是使奥氏体转变为不同的组织。
时间
热处理工艺曲线示意图
热处理后的组织：加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度
特点：大大缩短工件在炉内的时间。
(３)球化退火 为使工件中的碳化物球状化而进行的退火。 目的：使网状二次渗碳体和珠光体中的片状渗碳体球状化，降低硬度， 利于切削加工，为以后淬火作组织准备。 加热温度：Ac1以上20～40℃。 应用范围：过共析钢和合金工具钢、轴承钢等。 需说明的是，对网状二次渗碳体严重的钢，球化退火前应先进行正火处 理。