热处理工艺

钢的整体热处理工艺

[整体热处理]：对工件整体进行穿透加热的热处理。

[方法]：主要有退火、正火、淬火和回火等。

预先热处理（退火、正火）、最终热处理（淬火、回火）

根据在一般零件的加工工艺路线中所处的位置和作用，热处理可分为预备热处理更长最后热处理。一般零件的工艺路线为：毛坯（铸造或锻造）→退火或正火→机械（粗）加工→淬火+回火（或表面热处理）→机械（精）加工。退火与正火常作为预备热处理，其目的是为消除毛坯的组织缺陷，或为以后的加工作准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材，提高零件或工具的使用性能，可作为最终热处理。

45钢经不同热处理后的性能

力学性能

热处理方法

σb(MPa)σs(MPa)δ(%)ψ(%)Ak(J)

退火（随炉冷却）600~700300~35015~2040~5032~48

正火（空气冷却）700~800350~45015~2045~5540~64

淬火（水冷）、低温加回火1500~18001350~16002~310~1216~24

淬火（水冷）、高温回火850~900650~75012~1460~6696~112

一、退火

[退火]：是将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

[常用退火方法]：完全退火、球化退火、去应力退火等

[目的]：根据不同情况，退火的作为可归纳为降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能；均匀钢的化学成分和组织；消除内应力等。

1、完全退火

——完全退火是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工艺。

[工艺]：完全退火加热温度为Ac3以上20℃~30℃，保温时间依工件的大小和厚度而定，要使工件热透，保证全部得到均匀化的奥氏体，冷却方式可采用随炉缓慢冷却，实际生产时为提高生产率，退火冷却至600℃左右即可出炉空冷。

[应用]：完全退火主要用于ωc＞0.25%的亚共析钢，低碳钢和过共析成分的钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析成分的钢加热至ACcm以上完全奥氏体化后，则在随后缓冷时，将会有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧度显著降低。零件毛坯进行完全退火，可使热加工造成的粗大、不均匀的组织均匀化和细化；完全退火可降低硬度，改善切削加工性能，消除内应力。

45钢完全退火后的组织（铁素体+珠光体）

45钢锻造后与完全退火后的力学性能比较

状态σb/Mpa σs/Mpa δs/% ψ/% αk/kJ·m2 HB

锻造后650~750 300~400 5~15 20~40 200~400 ≤229

完全退火后600~700 300~350 15~20 40~50 400~600 ≤207

2、球化退火

——为使工件中的碳化物球状化而进行的退火工艺。

[工艺]：球化退火的加热温度为AC1以上20℃~30℃，保温后的冷却有两种方式：普通球化退火时采用随炉缓冷，至500℃~600℃后出炉空冷；等温球化退火则是先在Ar1以下20℃等温足够长时间，然后再随炉缓冷至500℃~600℃出炉空冷。

[应用]：球化退火主要适用于共析和过共析成分的钢（高碳成分）。对于含碳量高的共析和过共析钢铸、锻、焊件，进行球化退火可得到硬度较低的球状珠光体，如T1 0钢经球化退火后，硬度由255～321HBS降到≤197HBS。从而改善切削加工性能；同时获得球状珠光体也是为淬火作组织准备，使淬火加热时奥氏体晶粒不易长大，并可减小冷却时变形和开裂的倾向。

球状退火后的组织（球状珠光体）

3、去应力退火

——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余内应力而进行的退火工艺。

[工艺及应用]：去应力退火加热温度较宽，但不超过AC1点，一般在500℃~650℃之间，铸铁件去应力退火温度一般为500℃~550℃；焊接工件的去应力退火温度一般为500℃~600℃。去应力退火的保温时间也要根据工件的截面尺寸和装炉量决定。去应力退火后的冷却应尽量缓慢，以免产生新的应力。

二、正火

1、正火工艺及其目的

——是将工件加热奥氏体化后在空气中冷却的热处理工艺。

[工艺]：正火处理的加热温度通常在AC3或ACcm以上30℃~50℃。对于含有V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金钢，可采用更高的加热温度（AC3+100℃~150℃）。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。

[特点]：与退火相比，正火的冷却速度较快，转变温度较低。因此，相同钢材正火后获得的珠光体组织较细，钢的强度、硬度也较高。

[应用]：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、消除内应力，并为最终热处理提供合适的组织状态；正火也可作为最终热处理，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力学性能。正火还能消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作好组织准备。

2、正火与退火的选用

从改善钢的切削加工性能方面考虑:一般认为，钢的硬度在（170~230）HBS时具有良好的切削加工性能。wc＜0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度偏低，切削加工时易于“粘刀”，如采用正火处理，则可适当提高硬度，改善钢的切削加工性能；wc＝0.25%～0.5％的中碳钢也可用正火代替退火，虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏

高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高；wc＝0.5%～0.75％的钢，因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性；wc＞0.75％以上的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理。如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除之。

从使用性能方面考虑：一些受力不大的工件，性能要求不高，可用正火作为最终热处理。

从经济性方面考虑：由于正火比退火生产周期短，操作简便，工艺成本低。因此，在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。

图3-10常用退火与正火的加热温度范围和热处理工艺曲线