10、鋼的熱處理工藝

1、1 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 860860 650650700700 150150160160 110110120120 -75-75-78-78 3 h3 h 2 23h3h36h36h 油淬油淬 1818 minmin 溫度溫度 時時 間間 2 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝是指是指根據鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規(guī)根據鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規(guī) 律，制定的具體加熱、保溫和冷卻的工藝參數。律，制定的具體加熱、保溫和冷卻的工藝參數。 退火、正火、退火、正火、 淬火、回火淬火、回火 表面淬火、表面淬火、 化學熱處理化學熱處理 普通熱處理普通熱處理 表面熱處理表面熱處理 熱處理熱處理

2、工工 藝藝 根據熱處理根據熱處理 工藝流程工藝流程 預備（中間）熱處理預備（中間）熱處理 最終熱處理最終熱處理 特殊熱處理特殊熱處理 形變熱處理、形變熱處理、 磁場熱處理、磁場熱處理、 激光熱處理激光熱處理 3 0.1. 0.1. 鋼的退火和正火鋼的退火和正火 退火和正火是生產廣泛應用的預備熱處理工藝。對受力小、退火和正火是生產廣泛應用的預備熱處理工藝。對受力小、 性能要求不高的零件，也可做為最終熱處理。鑄件的退火和正火通性能要求不高的零件，也可做為最終熱處理。鑄件的退火和正火通 常為常為最終熱處理。最終熱處理。 將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻，以獲得接近將鋼加熱到適當溫度，保溫一

3、定時間后緩慢冷卻，以獲得接近 平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝，稱為退火。平衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝，稱為退火。 退火的目的：退火的目的： 通過相變重結晶可以細化晶粒、調整組織、消除內應力及熱通過相變重結晶可以細化晶粒、調整組織、消除內應力及熱 加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性變形性能。加工缺陷、降低硬度、改善切削加工性能和冷塑性變形性能。 1. 1. 退火退火 4 根據退火目的，分為完全退火、不根據退火目的，分為完全退火、不完全退火、完全退火、球化退火、擴散球化退火、擴散 退火、去應力退火及再結晶退火等。退火、去應力退火及再結晶退火等。 各種退火的加熱溫度范圍如圖所示。各種退火的加熱溫

4、度范圍如圖所示。 （1 1）完全退火）完全退火 將鋼加熱至將鋼加熱至A Ac3 c3以上 以上20203030， 充分保溫后隨爐冷卻，或爐冷至充分保溫后隨爐冷卻，或爐冷至 500500600600后出爐空冷。后出爐空冷。 完全退火只適用于亞共析鋼。完全退火只適用于亞共析鋼。 過共析鋼完全退火會造成過共析鋼完全退火會造成FeFe3 3CC 沿晶界析出并形成網狀，使韌性沿晶界析出并形成網狀，使韌性 下降。下降。 5 完全退火完全退火加熱溫度加熱溫度不宜過高，一般在不宜過高，一般在AcAc3 3以上以上20302030。 退火退火保溫時間保溫時間不僅取決于工件透燒（即工件心部達到所要求的不僅取決于工

5、件透燒（即工件心部達到所要求的 溫度）所需要的時間，而且取決于組織轉變所需要的時間。完全退火溫度）所需要的時間，而且取決于組織轉變所需要的時間。完全退火 保溫時間與鋼材的化學成分、工件的形狀和尺寸、加熱設備類型、裝保溫時間與鋼材的化學成分、工件的形狀和尺寸、加熱設備類型、裝 爐量以及裝爐方式等因素有關。爐量以及裝爐方式等因素有關。 退火后的退火后的冷卻速度冷卻速度應緩慢，以保證奧氏體在應緩慢，以保證奧氏體在A Ar1 r1溫度以下不大的 溫度以下不大的 過冷條件下進行珠光體轉變，避免硬度過高。碳鋼過冷條件下進行珠光體轉變，避免硬度過高。碳鋼200/h200/h，低合，低合 金鋼金鋼100/h1

6、00/h，高合金鋼，高合金鋼50/h50/h。出爐溫度在。出爐溫度在600600以下。以下。 將奧氏體化后的鋼很快降至稍低于將奧氏體化后的鋼很快降至稍低于A Ar1 r1溫度等溫，使奧氏體轉變?yōu)?溫度等溫，使奧氏體轉變?yōu)?珠光體，再空冷至室溫，稱為珠光體，再空冷至室溫，稱為等溫退火等溫退火。 等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼等，可以顯著縮等溫退火適用于高碳鋼、合金工具鋼和高合金鋼等，可以顯著縮 短退火時間；但不適合大截面工件和大批量爐料。短退火時間；但不適合大截面工件和大批量爐料。 6 （2 2）不完全退火）不完全退火 不完全退火是將鋼加熱至不完全退火是將鋼加熱至A Ac1 c1 A

7、 Ac3 c3（ （亞共析鋼亞共析鋼）或）或A Ac1 c1 A Accm ccm（ （過共析鋼過共析鋼）之間，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織）之間，保溫后緩慢冷卻，以獲得接近平衡組織 的熱處理工藝。的熱處理工藝。 在兩相區(qū)加熱，組織沒有完全在兩相區(qū)加熱，組織沒有完全 A A 化，僅使化，僅使 P P 發(fā)生重結晶轉變?yōu)榘l(fā)生重結晶轉變?yōu)锳 A， 因此基本不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。因此基本不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態(tài)及分布。 主要應用在大批生產的亞共析鋼鍛件。主要應用在大批生產的亞共析鋼鍛件。 如鍛造工藝正常，組織中的如鍛造工藝正常，組織中的 F F 已均勻、細小，只是已均勻

8、、細小，只是 P P 的片間的片間 距小、內應力較大，可進行不完全退火，使距小、內應力較大，可進行不完全退火，使 P P 的片間距增大，硬的片間距增大，硬 度有所降低，內應力也有所減少。度有所降低，內應力也有所減少。 不完全退火加熱溫度低，工藝周期較短，能量消耗較少，可不完全退火加熱溫度低，工藝周期較短，能量消耗較少，可 降低成本，提高工效。降低成本，提高工效。 7 （3 3）球化退火）球化退火 球化退火是使鋼中碳化體球化，獲得粒狀球化退火是使鋼中碳化體球化，獲得粒狀 P P 的一種熱處理工的一種熱處理工 藝。實際是不完全退火的一種，主要應用于共析鋼、過共析鋼藝。實際是不完全退火的一種，主要應

9、用于共析鋼、過共析鋼 和和 合金工具鋼。合金工具鋼。 目的：降低硬度、改善切削加工性、獲得均勻的組織，改善熱處理目的：降低硬度、改善切削加工性、獲得均勻的組織，改善熱處理 工藝性能，為以后的淬火作組織準備。工藝性能，為以后的淬火作組織準備。 球化退火的球化退火的加熱溫度加熱溫度不宜過高，一般在不宜過高，一般在A Ac1 c1以上 以上20-3020-30，采用隨爐，采用隨爐 加熱。加熱。保溫時間保溫時間也不能太長，一般也不能太長，一般2-4h2-4h。冷卻方式冷卻方式通常采用爐冷，或在通常采用爐冷，或在 A Ar1 r1以下 以下2020左右進行較長時間的等溫處理。左右進行較長時間的等溫處理。

10、 8 普通球化退火：普通球化退火： 將鋼加熱至將鋼加熱至A Ac1 c1以上 以上 20203030，保溫一定時，保溫一定時 間間( (一般一般2 24 h4 h ) )后，爐冷后，爐冷 至至600600以下出爐空冷。以下出爐空冷。 等溫球化退火：等溫球化退火： 將不完全奧氏體化鋼快速冷至將不完全奧氏體化鋼快速冷至 A Ar1 r1以下 以下2020，等溫一定時間，等溫一定時間 （3 36 h6 h），再爐冷至），再爐冷至600600 以下出爐空冷。以下出爐空冷。 9 球化退火的關鍵在于球化退火的關鍵在于使奧氏體中保留大量未溶的碳化物質點，使奧氏體中保留大量未溶的碳化物質點， 并造成奧氏體中碳

11、濃度分布的不均勻性。并造成奧氏體中碳濃度分布的不均勻性。如加熱溫度過高或保溫時如加熱溫度過高或保溫時 間過長，則使大部分碳化物溶解，并形成均勻的奧氏體，在隨后冷間過長，則使大部分碳化物溶解，并形成均勻的奧氏體，在隨后冷 卻時球化核心減少，使球化不完全。卻時球化核心減少，使球化不完全。 滲碳體顆粒大小取決于滲碳體顆粒大小取決于冷卻速度冷卻速度或或等溫溫度等溫溫度，冷卻速度，冷卻速度 快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物聚集作快或等溫溫度低，珠光體在較低溫度下形成，碳化物聚集作 用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。用小，容易形成片狀碳化物，從而使硬度偏高。 10 T10T10鋼球化

12、退火組織鋼球化退火組織 ( ( 化染化染 ) 500 ) 500 11 （4 4）擴散退火）擴散退火 擴散退火又稱均勻化退火，是將鑄錠、鑄件加熱至擴散退火又稱均勻化退火，是將鑄錠、鑄件加熱至A Ac3 c3或 或A Accm ccm以 以 上上150150300300，保溫，保溫101015h15h，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。，然后隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝。 目的是為了消除由于鑄錠、鑄件的枝晶偏析引起的化學成分不均目的是為了消除由于鑄錠、鑄件的枝晶偏析引起的化學成分不均 勻、組織不均勻。勻、組織不均勻。 由于加熱溫度高，時間長，使奧氏體晶粒非常粗大，因此擴散退由于加熱溫度高，時間長，使奧氏

13、體晶粒非常粗大，因此擴散退 火后，還應再進行完全退火或正火以便細化晶粒?；鸷?，還應再進行完全退火或正火以便細化晶粒。 該工藝缺點耗能大，成本高。該工藝缺點耗能大，成本高。 12 （6 6）再結晶退火）再結晶退火 將經過冷加工變形的金屬加熱至再結晶溫度以上將經過冷加工變形的金屬加熱至再結晶溫度以上( (一般鋼材再結晶一般鋼材再結晶 溫度為溫度為650650700)700)，保溫后空冷。，保溫后空冷。 目的是使冷加工金屬發(fā)生再結晶，使變形晶粒重新轉變?yōu)樾碌牡饶康氖鞘估浼庸そ饘侔l(fā)生再結晶，使變形晶粒重新轉變?yōu)樾碌牡?軸晶粒，消除加工硬化和殘余內應力。軸晶粒，消除加工硬化和殘余內應力。 再結晶退火主要

14、用于冷變形金屬的中間退火及成品材的最終熱處再結晶退火主要用于冷變形金屬的中間退火及成品材的最終熱處 理。理。 （5 5）去應力退火）去應力退火 將工件隨爐緩慢加熱至將工件隨爐緩慢加熱至A Ac1 c1以下某一溫度 以下某一溫度( (一般在一般在500500650)650)，保，保 溫一定時間，然后緩慢冷卻溫一定時間，然后緩慢冷卻( (爐冷爐冷) )至至200200300300后空冷的工藝。后空冷的工藝。 主要用于消除鑄件、焊件、冷變形件及機械加工工件中的殘余內主要用于消除鑄件、焊件、冷變形件及機械加工工件中的殘余內 應力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止工件變形開裂。應力，提高工件的尺寸穩(wěn)定性，防止

15、工件變形開裂。 13 2 . 2 . 正火正火 將鋼件加熱至將鋼件加熱至A Ac3 c3（ （亞共析鋼亞共析鋼）或）或A Accm ccm（ （過共析鋼過共析鋼） 以上以上30305050，保溫一定時間，然后空冷，以得到珠光體，保溫一定時間，然后空冷，以得到珠光體 類型組織的熱處理工藝。類型組織的熱處理工藝。 正火過程實質上是鋼的奧氏體正火過程實質上是鋼的奧氏體 化加偽共析轉變。含碳化加偽共析轉變。含碳0.60.61.41.4 時，正火組織中不出現先共析相，時，正火組織中不出現先共析相， 只有偽共析珠光體或索氏體。只有偽共析珠光體或索氏體。 由于冷速較快，先共析相來不由于冷速較快，先共析相來不

16、 及析出，與退火相比，正火后偽共及析出，與退火相比，正火后偽共 析相的體積分數增多，片間距變小，析相的體積分數增多，片間距變小， 因此鋼的強度及硬度均比退火鋼高。因此鋼的強度及硬度均比退火鋼高。 正火工藝較簡單、經濟，主要正火工藝較簡單、經濟，主要 應用于以下方面應用于以下方面 14 （1 1）改善低碳鋼的切削加工性能）改善低碳鋼的切削加工性能 碳量碳量0.250.25的低碳鋼及低合金鋼，退火后硬度過低，正火處的低碳鋼及低合金鋼，退火后硬度過低，正火處 理可提高硬度，改善切削加工性能。理可提高硬度，改善切削加工性能。 （2 2）消除中碳鋼熱加工缺陷）消除中碳鋼熱加工缺陷 中碳結構鋼鑄、鍛、軋及

17、焊件，熱加工后易出現魏氏組織、晶中碳結構鋼鑄、鍛、軋及焊件，熱加工后易出現魏氏組織、晶 粒粗大等過熱缺陷和帶狀組織，正火可消除，達到細化晶粒、均勻粒粗大等過熱缺陷和帶狀組織，正火可消除，達到細化晶粒、均勻 組織、消除內應力的目的。組織、消除內應力的目的。 （3 3）消除過共析鋼網狀碳化物）消除過共析鋼網狀碳化物 如如過共析鋼過共析鋼球化退火前組織中存在網狀滲碳體時，通過正火處理，球化退火前組織中存在網狀滲碳體時，通過正火處理， 可消除網狀碳化物，提高球化退火質量，為淬火做組織準備?？上W狀碳化物，提高球化退火質量，為淬火做組織準備。 （4 4）提高普通結構件的機械性能）提高普通結構件的機械性

18、能 對于受力不大、性能要求不高的碳鋼和低合金鋼結構件，可用對于受力不大、性能要求不高的碳鋼和低合金鋼結構件，可用 正火作為最終熱處理。正火作為最終熱處理。 15 0 . 2 . 0 . 2 . 鋼的淬火鋼的淬火 將鋼加熱至將鋼加熱至A Ac3 c3或 或A Ac1 c1以上一定溫度，保溫一定時間，然后以大于臨 以上一定溫度，保溫一定時間，然后以大于臨 界冷卻速度冷卻，使過冷界冷卻速度冷卻，使過冷 A A 轉變?yōu)檗D變?yōu)?M (M (或或B B下 下) )組織的熱處理工藝。 組織的熱處理工藝。 鋼的淬火是最重要的一種熱處理工藝，是重要的材料強化方法之鋼的淬火是最重要的一種熱處理工藝，是重要的材料強

19、化方法之 一。經淬火后，提高了工件的強度、硬度和耐磨性。再與不同回火工一。經淬火后，提高了工件的強度、硬度和耐磨性。再與不同回火工 藝配合，可獲得滿足各種工件所要求的性能。藝配合，可獲得滿足各種工件所要求的性能。 （1 1）淬火應力淬火應力 淬火應力分為淬火應力分為熱應力熱應力和和組織應力組織應力兩種，當淬火應力超過材料的兩種，當淬火應力超過材料的 屈服極限時，工件就會產生塑性變形；當淬火應力超過材料的強度極限屈服極限時，工件就會產生塑性變形；當淬火應力超過材料的強度極限 時，工件則產生開裂。時，工件則產生開裂。 熱應力及其變化規(guī)律熱應力及其變化規(guī)律 工件在加熱和冷卻時，由于不同部位的溫度差異

20、，導致熱脹工件在加熱和冷卻時，由于不同部位的溫度差異，導致熱脹 冷縮的不一致而產生的內應力稱為冷縮的不一致而產生的內應力稱為熱應力熱應力。 16 以圓柱以圓柱 工件為例分工件為例分 析熱應力的析熱應力的 變化規(guī)律變化規(guī)律 為排除組織應力的影響，將工為排除組織應力的影響，將工 件加熱到件加熱到AcAc1 1以下溫度，保溫后快以下溫度，保溫后快 速冷卻。試樣在速冷卻。試樣在快速冷卻過程中，快速冷卻過程中， 表層先冷，中心后冷；表層冷卻表層先冷，中心后冷；表層冷卻 快，中心冷卻慢，表層和心部始快，中心冷卻慢，表層和心部始 終存在著溫度差終存在著溫度差。 在冷卻初期，由于表層冷在冷卻初期，由于表層冷

21、卻快、溫度低、收縮量大，心卻快、溫度低、收縮量大，心 部溫度較高、收縮量小，故在部溫度較高、收縮量小，故在 表層的收縮受到心部的抵制，表層的收縮受到心部的抵制， 于是于是表層產生拉應力，心表層產生拉應力，心 部產生壓應力部產生壓應力。 到了冷卻后期，表層溫度的到了冷卻后期，表層溫度的 降低和體積的收縮已經終止，而降低和體積的收縮已經終止，而 心部體積繼續(xù)收縮，由于心部受心部體積繼續(xù)收縮，由于心部受 到表層的牽制，應力逐漸轉變?yōu)榈奖韺拥臓恐疲瑧χ饾u轉變?yōu)?拉應力，而表層則受到壓應力。拉應力，而表層則受到壓應力。 當整個試樣冷至室溫時，內外溫當整個試樣冷至室溫時，內外溫 差消失，冷卻后期的應力狀

22、態(tài)被差消失，冷卻后期的應力狀態(tài)被 保留下來成為殘余應力。保留下來成為殘余應力。 因此，工件淬火冷至室溫時，因此，工件淬火冷至室溫時， 由于熱應力引起的殘余應力由于熱應力引起的殘余應力表層表層 為壓應力，心部為拉應力為壓應力，心部為拉應力。 17 組織應力及其變化規(guī)律組織應力及其變化規(guī)律 工件冷卻時，由于溫差造成不同部位組織轉變不同時性而引起的內應工件冷卻時，由于溫差造成不同部位組織轉變不同時性而引起的內應 力稱力稱組織應力組織應力。 淬火初期，當工件表層溫度降到淬火初期，當工件表層溫度降到MsMs點以下發(fā)生馬氏體轉變時，體積產點以下發(fā)生馬氏體轉變時，體積產 生膨脹，而心部溫度尚處在生膨脹，而心

23、部溫度尚處在MsMs點以上，仍為奧氏體組織，體積不發(fā)生變化。點以上，仍為奧氏體組織，體積不發(fā)生變化。 因此，因此，表層膨脹受到心部的牽制，而產生壓應力，心部則產生拉應力表層膨脹受到心部的牽制，而產生壓應力，心部則產生拉應力。 隨后在繼續(xù)冷卻過程中，當心部溫度降到隨后在繼續(xù)冷卻過程中，當心部溫度降到MsMs點以下，開始發(fā)生馬氏體點以下，開始發(fā)生馬氏體 轉變，體積發(fā)生膨脹時，由于表層馬氏體轉變已經基本結束，形成強度高、轉變，體積發(fā)生膨脹時，由于表層馬氏體轉變已經基本結束，形成強度高、 塑性低的硬殼，不發(fā)生塑性變形，因此，塑性低的硬殼，不發(fā)生塑性變形，因此，心部體積膨脹受到表層的約束，心部體積膨脹受

24、到表層的約束， 則在心部產生壓應力，表層產生拉應力則在心部產生壓應力，表層產生拉應力。 鋼件在淬火冷卻過程中的淬火應力為鋼件在淬火冷卻過程中的淬火應力為熱應力和組織應力二者的疊加熱應力和組織應力二者的疊加。 而而二者的變化規(guī)律恰好相反二者的變化規(guī)律恰好相反，因此如何恰當利用其彼此相反的特點，對減，因此如何恰當利用其彼此相反的特點，對減 小變形、開裂具有實際意義。小變形、開裂具有實際意義。 18 （2 2）淬火加熱溫度）淬火加熱溫度 淬火加熱溫度的選擇應以得到均淬火加熱溫度的選擇應以得到均 勻細小的勻細小的 A A 晶粒為原則，以便淬火后晶粒為原則，以便淬火后 獲得細小的獲得細小的 M M 組織

25、。組織。 淬火溫度主要根據淬火溫度主要根據 鋼的臨界點確定。鋼的臨界點確定。 亞共析鋼淬火加熱亞共析鋼淬火加熱 溫度為溫度為A Ac3 c3以上 以上30305050。 （完全淬火完全淬火） 溫度過高，會引起溫度過高，會引起 A A晶粒粗大，淬火后得到晶粒粗大，淬火后得到 粗大粗大MM，脆性大。，脆性大。 加熱溫度如在加熱溫度如在A Ac1 c1 A Ac3 c3之間，淬火后有部分 之間，淬火后有部分 鐵素體存在，嚴重降低鐵素體存在，嚴重降低 鋼的硬度和強度。鋼的硬度和強度。 19 過共析鋼的淬火加熱溫度為過共析鋼的淬火加熱溫度為A Ac1 c1以上 以上30305050 。（。（不完全淬火不

26、完全淬火） 淬火前要球化退火，組織為粒狀珠光體。加熱后組織為細小奧氏體及淬火前要球化退火，組織為粒狀珠光體。加熱后組織為細小奧氏體及 未溶粒狀碳化物，淬火后得隱晶馬氏體加細小粒狀滲碳體，這種組織未溶粒狀碳化物，淬火后得隱晶馬氏體加細小粒狀滲碳體，這種組織 具有高硬度、高強度、高耐磨性，且有較好的韌性。具有高硬度、高強度、高耐磨性，且有較好的韌性。 低合金鋼由于合金元素的加入，低合金鋼由于合金元素的加入，A A化溫度通常高于碳鋼。一般為化溫度通常高于碳鋼。一般為 A Ac1 c1或 或A Ac3 c3以上 以上5050100 100 。高合金工具鋼含有較多的強碳化物形成元。高合金工具鋼含有較多的

27、強碳化物形成元 素，則可采用更高的加熱溫度。素，則可采用更高的加熱溫度。 如淬火溫度高于如淬火溫度高于A Accm ccm，則滲碳體全部溶入 ，則滲碳體全部溶入A A中，含碳量增高，中，含碳量增高，MMS S 點降低，淬火后殘余點降低，淬火后殘余A A量增多，降低硬度和耐磨性，同時量增多，降低硬度和耐磨性，同時A A晶粒粗大，晶粒粗大， 冷卻后得粗片狀冷卻后得粗片狀MM，使鋼的韌性降低。，使鋼的韌性降低。 20 （3 3）淬火介質）淬火介質 鋼淬火時所用的冷卻劑為淬火介質。常用的淬火介質有水，鋼淬火時所用的冷卻劑為淬火介質。常用的淬火介質有水， 機油及鹽水、堿水等。機油及鹽水、堿水等。 水在中

28、溫區(qū)（水在中溫區(qū)（650650550550）冷卻能力較）冷卻能力較 大，在低溫區(qū)（大，在低溫區(qū)（300300200200）冷卻能力也很）冷卻能力也很 大，因此鋼件水淬易產生變形與開裂現象，大，因此鋼件水淬易產生變形與開裂現象， 淬透性差的碳鋼通常把水作為淬火介質。淬透性差的碳鋼通常把水作為淬火介質。 各種機油，在低溫區(qū)冷卻能力低，有各種機油，在低溫區(qū)冷卻能力低，有 利于減少變形開裂傾向，但在中溫區(qū)冷卻利于減少變形開裂傾向，但在中溫區(qū)冷卻 能力也低，不利于全部淬成馬氏體，因此，能力也低，不利于全部淬成馬氏體，因此， 油常做為淬透性較高的合金鋼的淬火介質。油常做為淬透性較高的合金鋼的淬火介質。 理

29、想的淬火冷卻曲線理想的淬火冷卻曲線 21 時間時間 溫度溫度 MsMs A A1 1 a . a . 單液淬火單液淬火 采用一種冷卻采用一種冷卻 介質淬火。一介質淬火。一 般碳鋼用水淬，般碳鋼用水淬， 合金鋼用油淬。合金鋼用油淬。 b . b . 雙液淬火雙液淬火 采用二種不同的冷卻介采用二種不同的冷卻介 質淬火。如水淬油冷，質淬火。如水淬油冷， 油淬空冷等。油淬空冷等。 c . c . 分級淬火分級淬火 將奧氏體化工件置于溫將奧氏體化工件置于溫 度稍高于度稍高于 Ms Ms 點的熔鹽點的熔鹽 中，待工件整體溫度均中，待工件整體溫度均 勻后，取出空冷。勻后，取出空冷。 d . d . 等溫淬火

30、等溫淬火 將工件置于溫將工件置于溫 度高于度高于 Ms Ms 點點 以上熔鹽浴中，以上熔鹽浴中， 等溫足夠長時等溫足夠長時 間，使過冷奧間，使過冷奧 氏體轉變?yōu)橄率象w轉變?yōu)橄?貝氏體貝氏體 。 （4 4）淬火方法）淬火方法 22 0 . 3 . 0 . 3 . 鋼的淬透性鋼的淬透性 淬透性：鋼淬火時形成淬透性：鋼淬火時形成MM的能力。其大小用鋼在一定條件下的能力。其大小用鋼在一定條件下 淬火所獲得的淬透層深度來表示。淬火所獲得的淬透層深度來表示。 淬透層深度：規(guī)定為由表面至半馬氏體層的距離。淬透層深度：規(guī)定為由表面至半馬氏體層的距離。 淬透性淬透性是鋼的本質是鋼的本質 屬性，主要取決于屬性，主

31、要取決于A A的的 穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 淬硬性：淬硬性： 鋼淬火后形成的鋼淬火后形成的MM組組 織所能達到的硬度，主要織所能達到的硬度，主要 取決于取決于MM中的含碳量。中的含碳量。 23 工件工件淬硬層淬硬層與與冷卻速度冷卻速度的關系的關系 心部心部 表面表面 非馬氏體非馬氏體 ( (未未淬透淬透) )區(qū)區(qū) 馬氏體區(qū)馬氏體區(qū)( (淬透區(qū)淬透區(qū)) ) 淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)示意圖淬硬區(qū)與未淬硬區(qū)示意圖 冷速冷速 V臨 臨 V V心 心 V V臨 臨 V V表 表 時間時間 A A1 1 MMS S V V表 表 工件截面上不同冷卻速度工件截面上不同冷卻速度 V V臨 臨 V V心 心 溫度溫度 24

32、淬透性測定淬透性測定 ： 末端淬火法末端淬火法 水溫為水溫為 20-3020-30， 水柱自由水柱自由 高度為高度為 65655mm5mm d HRC J 表示方法表示方法: : 12 43 J 5 . 3 43 J如如40Cr 40Cr 45# 45# 12.512.5 水水 12.512.5 100100 3 3 2525 3030 25 臨界直徑法臨界直徑法 生產中也常用生產中也常用臨界淬火直徑臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。表示鋼的淬透性。 臨界淬火直徑臨界淬火直徑: : 圓棒試樣在某介質中淬火時所能得圓棒試樣在某介質中淬火時所能得 到的最大淬透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直到的最大淬

33、透直徑（即心部被淬成半馬氏體的最大直 徑），用徑），用D Do o表示。表示。 在相同冷卻條件下，在相同冷卻條件下，D Do o越大，鋼的淬透性越好。越大，鋼的淬透性越好。 26 但是，有些情況下希望鋼的淬透性低些。但是，有些情況下希望鋼的淬透性低些。表面淬火用鋼表面淬火用鋼就是低淬就是低淬 透性鋼，淬火時只是表面得到馬氏體組織；透性鋼，淬火時只是表面得到馬氏體組織；焊接用鋼焊接用鋼也希望淬透性小，也希望淬透性小， 以避免焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過程中得到馬氏體組織，從而防止焊以避免焊縫及熱影響區(qū)在焊后冷卻過程中得到馬氏體組織，從而防止焊 接構件的變形和開裂。接構件的變形和開裂。 淬透性的實際

34、意義淬透性的實際意義 如果鋼的淬透性低，零件整個截面不能全部淬透，則表面到心如果鋼的淬透性低，零件整個截面不能全部淬透，則表面到心 部的組織不一樣，部的組織不一樣，機械性能機械性能也不相同，心部的機械性能，特別是也不相同，心部的機械性能，特別是 沖擊韌性很低。對于形狀復雜、要求淬火變形小的工件，如果選用沖擊韌性很低。對于形狀復雜、要求淬火變形小的工件，如果選用 淬透性較高的鋼，便可在較緩和的淬透性較高的鋼，便可在較緩和的介質介質中淬火，因而工件變形小。中淬火，因而工件變形小。 27 0 . 4 0 . 4 回火回火 將淬火鋼加熱至將淬火鋼加熱至A A1 1以下某溫度，保溫后，冷卻至室溫的熱處理

35、工藝。以下某溫度，保溫后，冷卻至室溫的熱處理工藝。 目的：目的： 穩(wěn)定組織，減小或消除淬火應力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強穩(wěn)定組織，減小或消除淬火應力，提高鋼的塑性和韌性，獲得強 度、硬度和塑性、韌性的適當配合，滿足不同工件的性能要求。度、硬度和塑性、韌性的適當配合，滿足不同工件的性能要求。 低溫回火：低溫回火： 150-250150-250，回火，回火MM，具有很高的強度、硬度和耐磨性，同時顯，具有很高的強度、硬度和耐磨性，同時顯 著降低了鋼的淬火應力和脆性。高碳、高合金鋼制造的工具、軸承、著降低了鋼的淬火應力和脆性。高碳、高合金鋼制造的工具、軸承、 滲碳件等。滲碳件等。 中溫回火：中溫回火

36、： 350-500350-500，回火屈氏體，具有高的彈性極限、較高的強度和硬，回火屈氏體，具有高的彈性極限、較高的強度和硬 度、良好的塑性和韌性。彈簧件及熱鍛模等。度、良好的塑性和韌性。彈簧件及熱鍛模等。 回火溫度回火溫度根據工件要求的性能選擇，可分為：根據工件要求的性能選擇，可分為： 28 高溫回火：高溫回火： 500-650500-650，回火索氏體，具有強度、塑性和韌性，回火索氏體，具有強度、塑性和韌性 都較好的綜合機械性能。中碳和低合金結構鋼制造的重都較好的綜合機械性能。中碳和低合金結構鋼制造的重 要結構件。要結構件。 習慣上將淬火加隨后的高溫回火相結合的熱處理工習慣上將淬火加隨后的

37、高溫回火相結合的熱處理工 藝稱為藝稱為調質處理調質處理。 回火后的性能常以硬度來衡量，一般回火最初回火后的性能常以硬度來衡量，一般回火最初0.5h0.5h 內硬度降低最快，隨后逐漸變慢，時間超過內硬度降低最快，隨后逐漸變慢，時間超過2h2h后硬度變后硬度變 化很小，所以回火時間一般不超過化很小，所以回火時間一般不超過2h2h。 回火后一般空冷。對重要零件，為防止重新產生應力回火后一般空冷。對重要零件，為防止重新產生應力 和變形，常用緩慢冷卻的方式。有高溫回火脆性的合金采和變形，常用緩慢冷卻的方式。有高溫回火脆性的合金采 用油冷或水冷，以抑制回火脆性。用油冷或水冷，以抑制回火脆性。 29 0 .

38、 5 . 0 . 5 . 鋼的表面熱處理鋼的表面熱處理 受力狀態(tài)復雜，有的部件要求表面與心部性能不同。如要求心受力狀態(tài)復雜，有的部件要求表面與心部性能不同。如要求心 部有足夠韌性及強度，而表面有高硬度、高耐磨。部有足夠韌性及強度，而表面有高硬度、高耐磨。 兩種方法：兩種方法： a . a . 表面淬火表面淬火 只改變表面的組織，而不改變其成份。僅使表面層獲得淬火組織，只改變表面的組織，而不改變其成份。僅使表面層獲得淬火組織， 達到表面與心部具有不同的性能。達到表面與心部具有不同的性能。 b. b. 化學熱處理化學熱處理 即改變表面成分，又改變其組織。而達到表面的組織及化學成分即改變表面成分，又

39、改變其組織。而達到表面的組織及化學成分 與心部不同。與心部不同。 30 1. 1. 表面淬火表面淬火 將工件表面經快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，僅使表面獲得淬火將工件表面經快速加熱到淬火溫度，迅速冷卻，僅使表面獲得淬火 組織，而不改變化學成分的熱處理方法，稱為表面熱處理，或表面淬火。組織，而不改變化學成分的熱處理方法，稱為表面熱處理，或表面淬火。 齒輪、凸輪、曲軸及各種軸類等零件在扭轉、彎曲等交變載荷下工齒輪、凸輪、曲軸及各種軸類等零件在扭轉、彎曲等交變載荷下工 作，并承受摩擦和沖擊，其表面要比心部承受更高的應力。故要求零件作，并承受摩擦和沖擊，其表面要比心部承受更高的應力。故要求零件 表面具

40、有高度的強度、硬度、耐磨性，而心部具有一定的強度、足夠的表面具有高度的強度、硬度、耐磨性，而心部具有一定的強度、足夠的 塑、韌性。用表面淬火可達到這種表硬心韌的性能要求。塑、韌性。用表面淬火可達到這種表硬心韌的性能要求。 表面淬火包括感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光加熱表表面淬火包括感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬火、激光加熱表 面淬火等。面淬火等。 31 （1 1）感應加熱表面淬火的原理）感應加熱表面淬火的原理 利用電磁感應原理，在工件表面產生密度很高的感應電流，使利用電磁感應原理，在工件表面產生密度很高的感應電流，使 之迅速加熱至之迅速加熱至A A狀態(tài)，隨后快速狀態(tài)，隨后快速冷卻得

41、到冷卻得到MM組織。組織。 將工件置于感應圈內，將工件置于感應圈內， 一定頻率的交變電流通過感一定頻率的交變電流通過感 應圈時，在工件內就會產生應圈時，在工件內就會產生 與感應圈頻率相同而方向相與感應圈頻率相同而方向相 反的感應電流。反的感應電流。 感應電流沿工件表面感應電流沿工件表面 形成閉和回路，稱渦流。此形成閉和回路，稱渦流。此 蝸流將電能轉換成熱能，使蝸流將電能轉換成熱能，使 工件加熱。工件加熱。 感應加熱表面淬火示意圖感應加熱表面淬火示意圖 時間時間 K 32 渦流主要分布在工件表面，內部幾乎沒有電流通過。此渦流主要分布在工件表面，內部幾乎沒有電流通過。此 現象叫表面效應或集膚效應，

42、故工件表面被迅速加熱?，F象叫表面效應或集膚效應，故工件表面被迅速加熱。 集膚效應示意圖集膚效應示意圖 電流透入部件表層深度電流透入部件表層深度 （mmmm）與電流頻率）與電流頻率f f（HzHz）有關，可近似）有關，可近似 表示為：表示為： f/500 可見，電流頻率越高，電流透入的深度越小，即淬硬層越淺?？梢?，電流頻率越高，電流透入的深度越小，即淬硬層越淺。 高頻感應熱處理，頻率為高頻感應熱處理，頻率為8080 1000kHz1000kHz時，淬硬層為時，淬硬層為0.50.52.5mm2.5mm； 中頻感應熱處理，頻率為中頻感應熱處理，頻率為25002500 8000Hz8000Hz時，淬硬

43、層為時，淬硬層為2 210mm10mm； 工頻感應熱處理，頻率為工頻感應熱處理，頻率為50Hz50Hz時，時， 淬硬層為淬硬層為101020mm20mm。 33 （2 2）感應熱處理適用的鋼種）感應熱處理適用的鋼種 采用感應淬火處理的鋼種主要為碳素結構鋼和合金結構鋼，如采用感應淬火處理的鋼種主要為碳素結構鋼和合金結構鋼，如4545、 40Cr40Cr、40CrMnMo40CrMnMo等。等。 為保證工件最終性能，感應熱處理前，工件應進行調質處理（淬火為保證工件最終性能，感應熱處理前，工件應進行調質處理（淬火 高溫回火）以使工件心部有足夠的強度、塑性及韌性配合。高溫回火）以使工件心部有足夠的強度

44、、塑性及韌性配合。 對性能要求不高的某些軸、桿類部件感應淬火前也可進行正火處理。對性能要求不高的某些軸、桿類部件感應淬火前也可進行正火處理。 34 （3 3）感應加熱表面淬火的特點）感應加熱表面淬火的特點 加熱速度快，時間短。淬火加熱溫度比普通淬火高，但奧氏體形核加熱速度快，時間短。淬火加熱溫度比普通淬火高，但奧氏體形核 率高且晶粒來不及長大，因此奧氏體晶粒極其細小，淬火后得到隱率高且晶粒來不及長大，因此奧氏體晶粒極其細小，淬火后得到隱 晶馬氏體。其硬度比普通淬火高約晶馬氏體。其硬度比普通淬火高約3HRC3HRC，且脆性低。，且脆性低。 b. b. 表層組織為回火馬氏體，強度高，工件表層產生殘

45、余壓應力，因而表層組織為回火馬氏體，強度高，工件表層產生殘余壓應力，因而 提高了疲勞強度。提高了疲勞強度。 c. c. 加熱時間極短，工件無氧化、脫碳等現象，無變形開裂傾向，隱晶加熱時間極短，工件無氧化、脫碳等現象，無變形開裂傾向，隱晶 馬氏體回火析出的碳化物更細小彌散，因此感應熱處理后的性能顯馬氏體回火析出的碳化物更細小彌散，因此感應熱處理后的性能顯 著高于普通熱處理。著高于普通熱處理。 d. d. 生產效率高，適合于連續(xù)生產，便于自動化管理及控制。生產效率高，適合于連續(xù)生產，便于自動化管理及控制。 35 2 2化學熱處理化學熱處理 將鋼件置于某種化學介質中加熱，化學介質受熱分解出某些活性將

46、鋼件置于某種化學介質中加熱，化學介質受熱分解出某些活性 原子滲入鋼件表面，從而改變了鋼的表面化學成分及組織的熱處理工原子滲入鋼件表面，從而改變了鋼的表面化學成分及組織的熱處理工 藝。藝。 化學熱處理的過程包括分解、吸收及擴散三個步驟?；瘜W熱處理的過程包括分解、吸收及擴散三個步驟。 分分 解解 在一定溫度下，化學介質分解出活性原子。在一定溫度下，化學介質分解出活性原子。 吸吸 收收 活性原子被工件表面吸收形成固溶體，過量的活性原子將形活性原子被工件表面吸收形成固溶體，過量的活性原子將形 成化合物。成化合物。 擴擴 散散 表面活性原子向鋼內部擴散形成一定深度的擴散層。表面活性原子向鋼內部擴散形成一

47、定深度的擴散層。 化學熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲及滲金屬等?；瘜W熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲及滲金屬等。 36 （1 1）滲碳）滲碳 將鋼件加熱到將鋼件加熱到900900950950，活，活 性碳原子滲入鋼件表面的過程。性碳原子滲入鋼件表面的過程。 這種表面滲碳工藝主要適用于這種表面滲碳工藝主要適用于 工件表面要求高硬度、高耐磨而心工件表面要求高硬度、高耐磨而心 部要求足夠高韌性的機械零件。部要求足夠高韌性的機械零件。 滲碳方法滲碳方法 可分為固體滲碳、液可分為固體滲碳、液 體滲碳及氣體滲碳。目前最常用的體滲碳及氣體滲碳。目前最常用的 方法是氣體滲碳。方法是氣體滲碳。 氣體滲碳是將工

48、件放置在一個氣體滲碳是將工件放置在一個 密封爐內，通入氣體滲劑，加熱密封爐內，通入氣體滲劑，加熱 930930左右，使工件在高溫奧氏體狀左右，使工件在高溫奧氏體狀 態(tài)下滲入活性碳原子。態(tài)下滲入活性碳原子。 37 滲劑通常為液態(tài)的煤油、甲醇、丙酮等，采用滴入法滴入爐內使其滲劑通常為液態(tài)的煤油、甲醇、丙酮等，采用滴入法滴入爐內使其 分解成活性碳原子，其反應為：分解成活性碳原子，其反應為： CHCH4 42H2H2 2+C+C 2CO CO 2CO CO2 2CC CO+H CO+H2 2 H H2 2O+CO+C 滲層厚度一般通過滲碳時間控制，如滲碳溫度為滲層厚度一般通過滲碳時間控制，如滲碳溫度為9309301010。每。每 保溫保溫1h1h，滲層增