材料第2章之4 鋼的熱處理

1、2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院1 第第2章章 金屬材料組織與性能的控制金屬材料組織與性能的控制 之之 2.4 鋼的熱處理鋼的熱處理 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院2 熱處理通常指的是將材料加熱到相變溫度以上熱處理通常指的是將材料加熱到相變溫度以上 發(fā)生相變，再施以冷卻再發(fā)生相變的工藝過程。發(fā)生相變，再施以冷卻再發(fā)生相變的工藝過程。 通過這個相變與再相變，材料的內(nèi)部組織發(fā)生通過這個相變與再相變，材料的內(nèi)部組織發(fā)生 了變化，因而性能變化。了變化，因而性能變化。 一、熱處理的基本概念一、熱處理的基本概念 2021-6-30北京郵電大學自

2、動化學院北京郵電大學自動化學院3 （1）熱處理的基本要素）熱處理的基本要素 熱處理工藝中有三大基本要素：加熱、保溫、冷卻。這三大基本要素決定了熱處理工藝中有三大基本要素：加熱、保溫、冷卻。這三大基本要素決定了 材料熱處理后的組織和性能。材料熱處理后的組織和性能。 加熱：加熱：是熱處理的第一道工序。不同的材料，其加熱工藝和加熱溫度都不同。是熱處理的第一道工序。不同的材料，其加熱工藝和加熱溫度都不同。 加熱分為兩種，一種是在臨界點加熱分為兩種，一種是在臨界點A1以下的加熱，此時不發(fā)生組織變化。另一以下的加熱，此時不發(fā)生組織變化。另一 種是在種是在A1以上的加熱，目的是為了獲得均勻的奧氏體組織，這一

3、過程稱為奧以上的加熱，目的是為了獲得均勻的奧氏體組織，這一過程稱為奧 氏體化。氏體化。 保溫：保溫：目的是要保證工件燒透，防止脫碳、氧化等。保溫時間和介質(zhì)的選擇目的是要保證工件燒透，防止脫碳、氧化等。保溫時間和介質(zhì)的選擇 與工件的尺寸和材質(zhì)有直接的關系。一般工件越大，導熱性越差，保溫時間與工件的尺寸和材質(zhì)有直接的關系。一般工件越大，導熱性越差，保溫時間 就越長。就越長。 冷卻：冷卻：熱處理的最終工序，也是熱處理最重要的工序。鋼在不同冷卻速度下熱處理的最終工序，也是熱處理最重要的工序。鋼在不同冷卻速度下 可以轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織?？梢赞D(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵

4、電大學自動化學院4 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院5 （2）熱處理的基本類型）熱處理的基本類型 根據(jù)加熱、冷卻方式的不同及組織、性能變化特點的不同，根據(jù)加熱、冷卻方式的不同及組織、性能變化特點的不同， 熱處理可以分為下列幾類：熱處理可以分為下列幾類： 普通熱處理：普通熱處理：包括退火、正火、淬火和回火等包括退火、正火、淬火和回火等四把火四把火。 表面熱處理：表面熱處理：包括感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬包括感應加熱表面淬火、火焰加熱表面淬 火、火、 電接觸加熱表面淬火、滲碳、氮化和碳氮共滲等。電接觸加熱表面淬火、滲碳、氮化和碳氮共滲等。 其它熱處理：其它熱處理

5、：包括可控氣氛熱處理、真空熱處理和形變熱包括可控氣氛熱處理、真空熱處理和形變熱 處理等。處理等。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院6 二、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變二、鋼在加熱時的轉(zhuǎn)變 n鋼的熱處理多數(shù)需要先加熱得到奧氏體，然后鋼的熱處理多數(shù)需要先加熱得到奧氏體，然后 以不同速度冷卻使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織，以不同速度冷卻使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌慕M織， 得到鋼的不同性能。因此掌握熱處理規(guī)律，首得到鋼的不同性能。因此掌握熱處理規(guī)律，首 先要研究鋼在加熱時的變化。先要研究鋼在加熱時的變化。 n加熱的目的是得到奧氏體。加熱的目的是得到奧氏體。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院

6、北京郵電大學自動化學院7 （1 1）加熱時奧氏體的形成過程之共析鋼的加熱轉(zhuǎn)變）加熱時奧氏體的形成過程之共析鋼的加熱轉(zhuǎn)變 （+Fe3C） 晶核長大殘余Fe3C溶解不均勻均勻 珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖 n奧氏體形成的三個階段：奧氏體形成的三個階段： n第一階段：奧氏體晶核的形成與奧氏體長大；第一階段：奧氏體晶核的形成與奧氏體長大； n第二階段：殘余滲碳體的溶解；第二階段：殘余滲碳體的溶解； n第三階段：奧氏體成分的均勻化。第三階段：奧氏體成分的均勻化。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院8 珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體 并使奧氏體成分均勻必須并使奧氏體成分均勻必

7、須 有兩個必要而充分條件：有兩個必要而充分條件： 一是溫度條件，要在一是溫度條件，要在Ac1Ac1 以上加熱；二是時間條件，以上加熱；二是時間條件， 要求在要求在Ac1Ac1以上溫度保持以上溫度保持 足夠時間。足夠時間。 在一定加熱速度條件在一定加熱速度條件 下，超過下，超過Ac1Ac1的溫度越高，的溫度越高， 奧氏體的形成與成分均勻奧氏體的形成與成分均勻 化需要的時間愈短；在一化需要的時間愈短；在一 定的溫度（高于定的溫度（高于Ac1Ac1）條）條 件下，保溫時間越長，奧件下，保溫時間越長，奧 氏體成分越均勻。氏體成分越均勻。 Ac3 Accm Ac1 Ar3 Arcm Ar1 C% 加熱和

8、冷卻速度對鋼的臨界溫度的影響 溫 度 A3 Acm A1 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院9 *（2）鋼的加熱缺陷）鋼的加熱缺陷 n氧化：加熱時的氧化性氣氛（如空氣、氣氛中氧化：加熱時的氧化性氣氛（如空氣、氣氛中O2、CO2、H2O等）等） 氧化鋼鐵，在工件表面形成氧化鋼鐵，在工件表面形成FeO,Fe2O3,Fe3O4等氧化物。氧化將導致等氧化物。氧化將導致 鋼的燒損加大，而且使零件尺寸變小，表面粗糙，更重要的還嚴重影鋼的燒損加大，而且使零件尺寸變小，表面粗糙，更重要的還嚴重影 響后序熱處理的質(zhì)量。響后序熱處理的質(zhì)量。 n脫碳：鋼加熱過程中脫碳，即鋼中的碳被燒損使

9、鋼表面含碳量降低脫碳：鋼加熱過程中脫碳，即鋼中的碳被燒損使鋼表面含碳量降低 的現(xiàn)象。由于脫碳使鋼件表面含碳量下降，導致鋼件機械強度下降，的現(xiàn)象。由于脫碳使鋼件表面含碳量下降，導致鋼件機械強度下降， 特別是工件的疲勞強度下降，耐磨損性能降低。特別是工件的疲勞強度下降，耐磨損性能降低。 n過熱：鋼的過熱指的是加熱溫度比正常溫度偏高，出現(xiàn)的現(xiàn)象是鋼過熱：鋼的過熱指的是加熱溫度比正常溫度偏高，出現(xiàn)的現(xiàn)象是鋼 的奧氏體晶粒較正常的要大，即晶粒變粗。結果是，鋼的塑性、韌性、的奧氏體晶粒較正常的要大，即晶粒變粗。結果是，鋼的塑性、韌性、 強度降低，同時工件熱處理后變形加大，還可能導致熱處理裂紋、使強度降低，

10、同時工件熱處理后變形加大，還可能導致熱處理裂紋、使 工件報廢。工件報廢。 n過燒：指的是加熱溫度太高，奧氏體晶界或部分晶界氧化甚至熔化過燒：指的是加熱溫度太高，奧氏體晶界或部分晶界氧化甚至熔化 的現(xiàn)象。后果是，處理的工件很脆，如果鍛造一鍛即裂，過燒的工件的現(xiàn)象。后果是，處理的工件很脆，如果鍛造一鍛即裂，過燒的工件 只能報廢，無法挽救，因而是致命性的。只能報廢，無法挽救，因而是致命性的。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院10 *（3）加熱缺陷的防止辦法：）加熱缺陷的防止辦法： n真空加熱：工件在真空中加熱是防止氧化脫碳的最有效真空加熱：工件在真空中加熱是防止氧化脫碳

11、的最有效 措施，是熱處理工藝的發(fā)展方向，但真空加熱用的設備投措施，是熱處理工藝的發(fā)展方向，但真空加熱用的設備投 資大，工藝成本較高。資大，工藝成本較高。 n保護氣氛加熱：工件加熱過程中向爐內(nèi)充入一定保護性保護氣氛加熱：工件加熱過程中向爐內(nèi)充入一定保護性 氣氛，保證鋼在不脫碳，不增碳，不氧化的氣氛下加熱。氣氛，保證鋼在不脫碳，不增碳，不氧化的氣氛下加熱。 但需要一套制取可控氣氛的發(fā)生裝置，由于成本較高，原但需要一套制取可控氣氛的發(fā)生裝置，由于成本較高，原 材料來源不廣泛限制了它的應用。材料來源不廣泛限制了它的應用。 n鹽浴加熱：工件置于一熔化了的中性鹽液中加熱，鹽液鹽浴加熱：工件置于一熔化了的中

12、性鹽液中加熱，鹽液 進行充分脫氧，保證工件加熱過程中少氧化，甚至無氧化。進行充分脫氧，保證工件加熱過程中少氧化，甚至無氧化。 問題主要是粘在工件上的鹽難以清洗潔凈，清洗不干凈會問題主要是粘在工件上的鹽難以清洗潔凈，清洗不干凈會 導致儲存及應用過程易于長銹。導致儲存及應用過程易于長銹。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院11 三、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變?nèi)?、鋼在冷卻時的轉(zhuǎn)變 同一種鋼加熱到奧氏體狀態(tài)后，由于爾后的冷卻速度不同一種鋼加熱到奧氏體狀態(tài)后，由于爾后的冷卻速度不 一樣，奧氏體轉(zhuǎn)變成的組織不一樣，因而所得的性能也不一一樣，奧氏體轉(zhuǎn)變成的組織不一樣，因而所得的性能也不一

13、樣。樣。 （1 1）等溫處理：臨界點以下進行保溫，恒溫轉(zhuǎn)變）等溫處理：臨界點以下進行保溫，恒溫轉(zhuǎn)變 （2 2）連續(xù)冷卻：以某種速度連續(xù)冷卻）連續(xù)冷卻：以某種速度連續(xù)冷卻 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院12 Ac3 Accm Ac1 Ar3 Arcm Ar1 C% 溫 度 A3 Acm A1 研究奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變常用研究奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變常用 TTT曲線（過冷奧氏體等曲線（過冷奧氏體等 溫轉(zhuǎn)變曲線）和溫轉(zhuǎn)變曲線）和CCT曲線曲線 （過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)（過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn) 變曲線）。變曲線）。 什么是過冷奧氏體？什么是過冷奧氏體？ 從鐵碳相圖可知，當溫度從鐵碳相圖可知

14、，當溫度 在在A1以上時，奧氏體是穩(wěn)以上時，奧氏體是穩(wěn) 定的，能長期存在。當溫定的，能長期存在。當溫 度降到度降到A1一下后，奧氏體一下后，奧氏體 即處于過冷狀態(tài)，稱為過即處于過冷狀態(tài)，稱為過 冷奧氏體。冷奧氏體。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院13 共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖共析鋼過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變圖TTT圖圖或者或者C曲線曲線 轉(zhuǎn)變開始線轉(zhuǎn)變開始線 轉(zhuǎn)變終止線轉(zhuǎn)變終止線 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院14 1、過冷奧氏體的、過冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變等溫轉(zhuǎn)變 （1）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變）高溫轉(zhuǎn)變（珠光體轉(zhuǎn)變） 在溫度在溫度A1以

15、下至以下至550左右的溫左右的溫 度范圍內(nèi)，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物度范圍內(nèi)，過冷奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物 是珠光體，即形成鐵素體與滲碳是珠光體，即形成鐵素體與滲碳 體兩相組成的相間排列的體兩相組成的相間排列的層片狀層片狀 的機械混和物組織，所以這種類的機械混和物組織，所以這種類 型的轉(zhuǎn)變又叫珠光體轉(zhuǎn)變。型的轉(zhuǎn)變又叫珠光體轉(zhuǎn)變。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院15 在珠光體轉(zhuǎn)變中，由在珠光體轉(zhuǎn)變中，由A1以下溫度依次降到鼻尖的以下溫度依次降到鼻尖的550 左右，層片狀組織的片間距離依次減小。根據(jù)片層的厚薄左右，層片狀組織的片間距離依次減小。根據(jù)片層的厚薄 不同，這類組織又可細分

16、為三種。不同，這類組織又可細分為三種。 第一種是第一種是珠光體珠光體，其形成溫度為，其形成溫度為A1650，片層較厚，一，片層較厚，一 般在般在500倍的光學顯微鏡下即可分辨。用符號倍的光學顯微鏡下即可分辨。用符號“P”表示。表示。 第二種是第二種是索氏體索氏體，其形成溫度為，其形成溫度為650600，片層較薄，片層較薄， 一般在一般在8001000倍光學顯微鏡下才可分辨。用符號倍光學顯微鏡下才可分辨。用符號“S” 表示。表示。 第三種是第三種是托氏體托氏體，其形成溫度為，其形成溫度為600550，片層極薄，片層極薄， 只有在電子顯微鏡下才能分辨。用符號只有在電子顯微鏡下才能分辨。用符號“T”

17、表示。表示。 參見課本參見課本 P77 圖圖 2-48、表、表2-5 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院16 （2）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變）中溫轉(zhuǎn)變（貝氏體轉(zhuǎn)變） 貝氏體組織貝氏體組織B：貝氏體按形成溫：貝氏體按形成溫 度不同分為兩種：上貝氏體和下度不同分為兩種：上貝氏體和下 貝氏體。貝氏體。 上貝氏體上貝氏體的形成溫度為的形成溫度為550 350，它的硬度比同樣成份的下，它的硬度比同樣成份的下 貝氏體低，韌性也比下貝氏體差，貝氏體低，韌性也比下貝氏體差， 所以上貝氏體的機械性能很差，所以上貝氏體的機械性能很差， 脆性很大，強度很低，基本上沒脆性很大，強度很低，基本上

18、沒 有實用價值。有實用價值。 下貝氏體下貝氏體的形成溫度為的形成溫度為350 Ms，它有較高的強度和硬度，還，它有較高的強度和硬度，還 有良好的塑性和韌性，具有較優(yōu)有良好的塑性和韌性，具有較優(yōu) 良的綜合機械性能，是生產(chǎn)上常良的綜合機械性能，是生產(chǎn)上常 用的組織。獲得下貝氏體組織是用的組織。獲得下貝氏體組織是 強化鋼材的途徑之一。強化鋼材的途徑之一。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院17 25 下貝氏體的顯微組織下貝氏體的顯微組織 上貝氏體的顯微上貝氏體的顯微 組織組織500倍倍 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院18 2、過冷奧氏體的、

19、過冷奧氏體的連續(xù)冷卻連續(xù)冷卻 轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變（馬氏體轉(zhuǎn)變）（馬氏體轉(zhuǎn)變） n馬氏體組織馬氏體組織 過冷奧氏體在馬氏體過冷奧氏體在馬氏體 開始形成溫度開始形成溫度Ms以下轉(zhuǎn)以下轉(zhuǎn) 變?yōu)樽優(yōu)轳R氏體馬氏體，這個轉(zhuǎn)變，這個轉(zhuǎn)變 持續(xù)至馬氏體形成終了持續(xù)至馬氏體形成終了 溫度溫度Mf。在。在Mf以下，過以下，過 冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。經(jīng)冷奧氏體停止轉(zhuǎn)變。經(jīng) 冷卻后未轉(zhuǎn)變的奧氏體冷卻后未轉(zhuǎn)變的奧氏體 保留在鋼中，稱為保留在鋼中，稱為殘余殘余 奧氏體奧氏體。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院19 過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）曲線） A1 Ps K

20、Pf 轉(zhuǎn)變中止 800 700 600 500 400 300 200 100 0 -100 溫 度 0 1 10 102 103 104 105 時間 秒 共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線 Ms A M Mf K TTT vk vk CCT 連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又叫連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線又叫CCT曲曲 線。它是通過測定不同速度下過冷線。它是通過測定不同速度下過冷 奧氏體的轉(zhuǎn)變量而獲得的。奧氏體的轉(zhuǎn)變量而獲得的。 如圖是共析鋼的如圖是共析鋼的CCT 曲線。曲線。 Ps線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的線為過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w的 開始線，開始線，Pf為轉(zhuǎn)變終了線，兩線之為轉(zhuǎn)變終

21、了線，兩線之 間為轉(zhuǎn)變過渡區(qū)。間為轉(zhuǎn)變過渡區(qū)。KK線為轉(zhuǎn)變的線為轉(zhuǎn)變的 中止線，當冷卻曲線碰到此線時，中止線，當冷卻曲線碰到此線時， 過冷奧氏體就中止向珠光體型組織過冷奧氏體就中止向珠光體型組織 轉(zhuǎn)變，繼續(xù)冷卻一直保持到轉(zhuǎn)變，繼續(xù)冷卻一直保持到Ms點點 以下，使剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏以下，使剩余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏 體。體。vk稱為稱為CCT曲線的臨界冷卻速曲線的臨界冷卻速 度，它是獲得全部馬氏體組織（實度，它是獲得全部馬氏體組織（實 際還含有一小部分殘余奧氏體）的際還含有一小部分殘余奧氏體）的 最小冷卻速度。最小冷卻速度。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院20 講

22、解課本講解課本 圖圖2-53 P79 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院21 共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的過程和產(chǎn)物共析鋼過冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變的過程和產(chǎn)物 講解課本講解課本 圖圖2-54 P80 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院22 鐵原子 碳原子可能位置 鐵原子的 振動范圍 馬氏體晶格示意圖 過冷過冷A轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種非轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體是一種非 擴散型轉(zhuǎn)變，鐵和碳原子都不擴散型轉(zhuǎn)變，鐵和碳原子都不 能進行擴散。鐵原子沿奧氏體能進行擴散。鐵原子沿奧氏體 一定晶面一定晶面, 集體地集體地(不改變相互不改變相互 位置關系位置關系)作一定距

23、離的移動作一定距離的移動(不不 超過一個原子間距超過一個原子間距), 使面心立使面心立 方晶格改組為體心正方晶格，方晶格改組為體心正方晶格， 碳原子原地不動，過飽和地留碳原子原地不動，過飽和地留 在新組成的晶胞中；增大了其在新組成的晶胞中；增大了其 正方度正方度c/a 。馬氏體就是碳在。馬氏體就是碳在- Fe中的過飽和固溶體。過飽和中的過飽和固溶體。過飽和 碳使碳使-Fe 的晶格發(fā)生很大畸變的晶格發(fā)生很大畸變, 產(chǎn) 生 很 強 的 固 溶 強 化 。產(chǎn) 生 很 強 的 固 溶 強 化 。 馬氏體轉(zhuǎn)變的特點馬氏體轉(zhuǎn)變的特點 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院23 20

24、15 （a） （b） 馬氏體的顯微組織 （a）板條狀馬氏體； （b）片狀馬氏體 馬氏體的形態(tài)馬氏體的形態(tài) 主要有兩種組織：板條馬氏體和片狀馬氏體，板條馬氏體主要有兩種組織：板條馬氏體和片狀馬氏體，板條馬氏體 主要產(chǎn)生于低碳鋼中；主要產(chǎn)生于低碳鋼中； 片狀馬氏體主要產(chǎn)生于高碳鋼中。片狀馬氏體主要產(chǎn)生于高碳鋼中。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院24 馬氏體轉(zhuǎn)變觀察馬氏體轉(zhuǎn)變觀察 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院25 a.硬度很高。硬度很高。 b.馬氏體的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）密切馬氏體的塑性和韌性與其碳含量（或形態(tài)）密切 相關。

25、高碳馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應力高和存在相關。高碳馬氏體由于過飽和度大、內(nèi)應力高和存在 孿晶結構，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細孿晶結構，所以硬而脆，塑性、韌性極差，但晶粒細 化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體，化得到的隱晶馬氏體卻有一定的韌性。而低碳馬氏體， 由于過飽和度小，內(nèi)應力低和存在位錯亞結構，則不由于過飽和度小，內(nèi)應力低和存在位錯亞結構，則不 僅強度高，塑性、韌性也較好。僅強度高，塑性、韌性也較好。 馬氏體的特點馬氏體的特點 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院26 四、四、 鋼的普通熱處理鋼的普通熱處理 鋼的熱處理工藝可分為三大類：鋼的熱

26、處理工藝可分為三大類： 一是：一般熱處理（或常規(guī)熱處理），即退一是：一般熱處理（或常規(guī)熱處理），即退 火、正火、淬火、回火的火、正火、淬火、回火的“四火四火”處理；處理； 二是：表面熱處理，如高頻感應加熱淬火、二是：表面熱處理，如高頻感應加熱淬火、 滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲等；滲碳、滲氮（氮化）、碳氮共滲等； 三是：其它熱處理，如可控氣氛熱處理、真三是：其它熱處理，如可控氣氛熱處理、真 空熱處理、形變熱處理等?？諢崽幚?、形變熱處理等。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院27 將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻將鋼件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后

27、緩慢冷卻 的熱處理工藝。的熱處理工藝。 退火工藝曲線退火工藝曲線 1、退火、退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院28 加熱溫度：加熱溫度： Ac3以上以上20-30度度 組組 織：織： P+F 目目 的：的：細化，均勻化粗大、細化，均勻化粗大、 不均勻組織；不均勻組織； 接近平衡組織接近平衡組織F+P； 消除內(nèi)應力；消除內(nèi)應力； 應用范圍：應用范圍： 亞共折鋼，共析鋼，亞共折鋼，共析鋼， 不適用于過共析鋼。不適用于過共析鋼。 清除鑄造、軋制、鍛造、焊接等造成清除鑄造、軋制、鍛造、焊接等造成 的異常組織，均勻化學成分，消除內(nèi)的異常組織，均勻化學成分，消除內(nèi) 應力，

28、細化組織，降低硬度和改善切應力，細化組織，降低硬度和改善切 削加工性。削加工性。 （1）完全退火）完全退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院29 （1）完全退火）完全退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院30 加熱溫度：加熱溫度： Ac1以上以上20-40度度 應用范圍：應用范圍： 過共析鋼，共析鋼過共析鋼，共析鋼 組組 織：織： 球狀球狀P（F+球狀滲碳體）球狀滲碳體） 目目 的：的： 使?jié)B碳體球化使?jié)B碳體球化HRC， 韌性韌性切削性切削性 為淬火作準備為淬火作準備 （2）球化退火）球化退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院

29、北京郵電大學自動化學院31 （2）球化退火）球化退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院32 1050-1150，10-20h, P+F或P+Fe3CII 目的：為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織的不目的：為減少鋼錠、鑄件或鍛坯的化學成分和組織的不 均勻性，消除偏析均勻性，消除偏析 后果：粗大晶粒，應用完全退火消除后果：粗大晶粒，應用完全退火消除 （3）擴散退火（均勻化退火）擴散退火（均勻化退火） 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院33 （3）擴散退火（均勻化退火）擴散退火（均勻化退火） 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵

30、電大學自動化學院34 為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過程引起的殘余內(nèi)應力而為了消除由于變形加工以及鑄造、焊接過程引起的殘余內(nèi)應力而 進行的低溫退火稱為去應力退火。鋼的去應力退火加熱溫度范圍較寬，進行的低溫退火稱為去應力退火。鋼的去應力退火加熱溫度范圍較寬， 但不超過但不超過Ac1點，一般在點，一般在500650之間。鑄鐵件去應力退火溫度一之間。鑄鐵件去應力退火溫度一 般為般為500550。焊接工件的退火溫度一般為。焊接工件的退火溫度一般為500600。去應。去應 力退火過程未發(fā)生相變。力退火過程未發(fā)生相變。 （4）去應力退火）去應力退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學

31、自動化學院35 （4）去應力退火）去應力退火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院36 正火是將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫后空冷正火是將鋼材或鋼件加熱到臨界溫度以上，保溫后空冷 的熱處理工藝。亞共析鋼的正火加熱溫度為的熱處理工藝。亞共析鋼的正火加熱溫度為Ac330 50；而過共析鋼的正火加熱溫度則為；而過共析鋼的正火加熱溫度則為Accm3050。 2、正火、正火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院37 正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同正火與退火的主要區(qū)別在于冷卻速度不同，正火冷卻速度較，正火冷卻速度較 大，得到的珠光體組織很細，

32、因而強度和硬度也較高。正火后的組大，得到的珠光體組織很細，因而強度和硬度也較高。正火后的組 織與材料的成分及原始組織有關，正火后的組織一般為片間距較小織與材料的成分及原始組織有關，正火后的組織一般為片間距較小 的索氏體，其強度和硬度都較好，韌性也較好。因此，鋼經(jīng)正火后的索氏體，其強度和硬度都較好，韌性也較好。因此，鋼經(jīng)正火后 的機械性能比退火后提高的機械性能比退火后提高。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院38 正火主要應用于以下幾個方面：正火主要應用于以下幾個方面： （1）消除網(wǎng)狀二次滲碳體：）消除網(wǎng)狀二次滲碳體： 所有的鋼鐵材料通過正火，所有的鋼鐵材料通過正火，

33、 均可使晶粒細化。而原始組織中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的過均可使晶粒細化。而原始組織中存在網(wǎng)狀二次滲碳體的過 共析鋼，經(jīng)正火處理后可消除對性能不利的網(wǎng)狀二次滲碳共析鋼，經(jīng)正火處理后可消除對性能不利的網(wǎng)狀二次滲碳 體，以保證球化退火質(zhì)量。體，以保證球化退火質(zhì)量。 （2）作為最終熱處理：）作為最終熱處理： 對于機械性能要求不高的結構鋼對于機械性能要求不高的結構鋼 零件，經(jīng)正火后所獲得的性能即可滿足使用要求，可用正零件，經(jīng)正火后所獲得的性能即可滿足使用要求，可用正 火作為最終熱處理。火作為最終熱處理。 （3）改善切削加工性能：）改善切削加工性能： 對于低碳鋼或低碳合金鋼，由對于低碳鋼或低碳合金鋼，由 于完

34、全退火后硬度太低，一般在于完全退火后硬度太低，一般在170HB以下，切削加工性以下，切削加工性 能不好。而用正火，則可提高其硬度，從而改善切削加工能不好。而用正火，則可提高其硬度，從而改善切削加工 性能。所以，對于低碳鋼和低碳合金鋼，通常采用正火來性能。所以，對于低碳鋼和低碳合金鋼，通常采用正火來 代替完全退火，作為預備熱處理。代替完全退火，作為預備熱處理。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院39 退火、正火的選擇退火、正火的選擇 正火：冷速快，材料組織細化，機械性能好正火：冷速快，材料組織細化，機械性能好 1切削加工切削加工 低碳鋼低碳鋼正火正火 中高碳鋼中高碳鋼

35、完全退火完全退火 高碳鋼、合金工具鋼高碳鋼、合金工具鋼正火球化退火正火球化退火 2作為最終熱處理作為最終熱處理正火正火 3為最終熱處理提供良好的組織狀態(tài)為最終熱處理提供良好的組織狀態(tài) 4. 正火可替代完全退火以提高效率正火可替代完全退火以提高效率 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院40 將亞共析鋼加熱到將亞共析鋼加熱到Ac3以上，共析鋼與過共析鋼加以上，共析鋼與過共析鋼加 熱到熱到Ac1以上（低于以上（低于Accm）的溫度，保溫后以大）的溫度，保溫后以大 于于Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱的速度快速冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱 處理工藝叫淬火。馬氏體

36、強化是鋼的主要強化手段，處理工藝叫淬火。馬氏體強化是鋼的主要強化手段， 因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機因此淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機 械性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱械性能。淬火是鋼的最重要的熱處理工藝，也是熱 處理中應用最廣的工藝之一。處理中應用最廣的工藝之一。 3、淬火、淬火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院41 （1）淬火溫度的確定）淬火溫度的確定 淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度，淬火溫度即鋼的奧氏體化溫度， 是淬火的主要工藝參數(shù)之一。選是淬火的主要工藝參數(shù)之一。選 擇淬火溫度的原則是獲得均勻細擇淬火溫度的原則是獲得均勻細

37、 小的奧氏體組織。小的奧氏體組織。 亞共析鋼的淬火溫度一般為亞共析鋼的淬火溫度一般為 Ac3以上以上3050，淬火后獲，淬火后獲 得均勻細小的馬氏體組織。得均勻細小的馬氏體組織。 過共析鋼的淬火溫度為過共析鋼的淬火溫度為Ac1以以 上上3050，這個加熱溫度能，這個加熱溫度能 保留少量二次滲碳體，降低了奧保留少量二次滲碳體，降低了奧 氏體的含碳量，可以改變馬氏體氏體的含碳量，可以改變馬氏體 的形態(tài)，降低馬氏體的脆性。的形態(tài)，降低馬氏體的脆性。 奧氏體 Acm A+Fe3C A+F A F+P P+Fe3C A1 1200 1100 1000 900 800 700 溫 度 0 0.4 0.8

38、1.2 1.6 2.0 C % 碳鋼的淬火溫度范圍 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院42 （2）淬火介質(zhì)的確定：）淬火介質(zhì)的確定： 淬火過程是冷卻非?？斓倪^淬火過程是冷卻非?？斓倪^ 程。為了得到馬氏體組織，淬程。為了得到馬氏體組織，淬 火冷卻速度必須大于臨界冷卻火冷卻速度必須大于臨界冷卻 速度速度Vk。但是，冷卻速度快必。但是，冷卻速度快必 然產(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應力，這然產(chǎn)生很大的淬火內(nèi)應力，這 往往會引起工件變形。往往會引起工件變形。 淬火的目的是得到馬氏體組淬火的目的是得到馬氏體組 織，同時又要避免產(chǎn)生變形和織，同時又要避免產(chǎn)生變形和 開裂。開裂。 A1 P A

39、 溫 度 時間（對數(shù)） 理想淬火冷卻曲線示意圖 Ms MA Mf Mf 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院43 （3）淬火工藝）淬火工藝 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院44 回火一般是緊接淬火以后的熱處理工藝，回火是淬火后再將工件回火一般是緊接淬火以后的熱處理工藝，回火是淬火后再將工件 加熱到加熱到Ac1溫度以下某一溫度，保溫后再冷卻到室溫的一種熱處理工溫度以下某一溫度，保溫后再冷卻到室溫的一種熱處理工 藝。藝。 淬火后的工件有三大不穩(wěn)定因素：一是工件淬火后處于高內(nèi)應力淬火后的工件有三大不穩(wěn)定因素：一是工件淬火后處于高內(nèi)應力 狀態(tài)，應

40、力狀態(tài)不穩(wěn)定，需要松弛；二是工件淬火后存在殘余奧氏體，狀態(tài)，應力狀態(tài)不穩(wěn)定，需要松弛；二是工件淬火后存在殘余奧氏體， 組織不穩(wěn)定，需要轉(zhuǎn)變；三是工件淬火后馬氏體要自發(fā)地向穩(wěn)定的鐵組織不穩(wěn)定，需要轉(zhuǎn)變；三是工件淬火后馬氏體要自發(fā)地向穩(wěn)定的鐵 素體和滲碳體或碳化物的混合物轉(zhuǎn)變，導致工件尺寸變化，性能不穩(wěn)素體和滲碳體或碳化物的混合物轉(zhuǎn)變，導致工件尺寸變化，性能不穩(wěn) 定，需要調(diào)整組織和性能。定，需要調(diào)整組織和性能。 所以淬火后的鋼鐵工件不能直接使用，必須即時回火，否則會有所以淬火后的鋼鐵工件不能直接使用，必須即時回火，否則會有 工件斷裂的危險。淬火后回火目的在于降低或消除內(nèi)應力，以防止工工件斷裂的危險

41、。淬火后回火目的在于降低或消除內(nèi)應力，以防止工 件開裂和變形；減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整工件件開裂和變形；減少或消除殘余奧氏體，以穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整工件 的內(nèi)部組織和性能，以滿足工件的使用要求。的內(nèi)部組織和性能，以滿足工件的使用要求。 4、鋼的回火、鋼的回火 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院45 回火工藝回火工藝 重要的機械零件都要淬火和回火。鋼淬火和回火后的機械性重要的機械零件都要淬火和回火。鋼淬火和回火后的機械性 能取決于淬火的質(zhì)量和回火的合理性。在淬火得到細小、均勻能取決于淬火的質(zhì)量和回火的合理性。在淬火得到細小、均勻 和完全的馬氏體的前提下

42、，工件的性能主要取決于回火溫度。和完全的馬氏體的前提下，工件的性能主要取決于回火溫度。 按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低溫回火，中溫回按照回火后性能要求，淬火以后的回火有低溫回火，中溫回 火、高溫回火。按照回火溫度和工件所要求的性能，一般將回火、高溫回火。按照回火溫度和工件所要求的性能，一般將回 火分為三類?；鸱譃槿?。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院46 （1）低溫回火）低溫回火 低溫回火溫度為低溫回火溫度為150250，常用，常用170 200。經(jīng)淬火并低溫回火的工藝主要用于工具、。經(jīng)淬火并低溫回火的工藝主要用于工具、 冷作模具，處理后的組織主要為回火

43、馬氏體組織。冷作模具，處理后的組織主要為回火馬氏體組織。 經(jīng)這種熱處理后，淬火中留給零件的內(nèi)應力很大一經(jīng)這種熱處理后，淬火中留給零件的內(nèi)應力很大一 部份被消除，并保證了零件需要的高硬度（部份被消除，并保證了零件需要的高硬度（58 64HRC）。用以制作石油鉆機吊環(huán)以及一些高強）。用以制作石油鉆機吊環(huán)以及一些高強 度連桿、螺栓使用效果很好。度連桿、螺栓使用效果很好。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院47 （2）中溫回火）中溫回火 中溫回火溫度為中溫回火溫度為350500，常用，常用 400480。淬火鋼經(jīng)中溫回火后，獲。淬火鋼經(jīng)中溫回火后，獲 得回火托氏體組織，鋼的

44、硬度約為得回火托氏體組織，鋼的硬度約為38 50HRC，具有高的彈性、高的屈服極限、，具有高的彈性、高的屈服極限、 高的強度極限（即高的屈強比）和足夠的高的強度極限（即高的屈強比）和足夠的 韌性，適用于彈簧鋼的熱處理。韌性，適用于彈簧鋼的熱處理。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院48 （3）高溫回火）高溫回火 高溫回火溫度為高溫回火溫度為500650，常用，常用550 650。淬火加高溫回火的工藝在工程上稱為。淬火加高溫回火的工藝在工程上稱為調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)。 調(diào)質(zhì)處理用于含碳調(diào)質(zhì)處理用于含碳0.3%0.5%的中碳鋼及中的中碳鋼及中 碳合金鋼。處理后的組織為回火索氏體，

45、具有韌碳合金鋼。處理后的組織為回火索氏體，具有韌 性、強度配合良好的綜合機械性能。常需調(diào)質(zhì)處性、強度配合良好的綜合機械性能。常需調(diào)質(zhì)處 理的零件如軸類、連桿、齒輪等。如果需要氮化理的零件如軸類、連桿、齒輪等。如果需要氮化 處理的零件一般需要先進行調(diào)質(zhì)處理。處理的零件一般需要先進行調(diào)質(zhì)處理。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院49 以以45#鋼為例的調(diào)質(zhì)工藝曲線：鋼為例的調(diào)質(zhì)工藝曲線： 淬火淬火+高溫回火高溫回火調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院50 45鋼鋼 400 回火索氏體回火索氏體 正火與調(diào)質(zhì)處理的比較：正火與調(diào)質(zhì)

46、處理的比較： 4545鋼鋼 b b (MN/m (MN/m2 2) (%) a) (%) ak k(kJ/m(kJ/m2 2) HB ) HB 組織組織 正火正火 700-800 12-20 500-800 163-220 700-800 12-20 500-800 163-220 細片細片S+FS+F 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì) 750-850 20-25 800-1200 210-250 750-850 20-25 800-1200 210-250 細粒細粒SS 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院51 回火組織及其特點 回火組織回火組織形形 成成 溫溫 度度組組 織織 特特 征征

47、性性 能能 特特 征征 回火馬氏體回火馬氏體 150 350 極細的極細的碳化物薄片碳化物薄片 Fe2,4C分布在馬氏體分布在馬氏體 基體上基體上 強度、硬度高，耐磨性好。硬強度、硬度高，耐磨性好。硬 度一般為度一般為HRC5864。 回火托氏體回火托氏體 350 500 細粒狀滲碳體分布在細粒狀滲碳體分布在 針狀鐵素體基體上針狀鐵素體基體上 彈性極限、屈服極限高，具有彈性極限、屈服極限高，具有 一定的韌性。硬度一般為一定的韌性。硬度一般為 HRC3545。 回火索氏體回火索氏體 500 650 粒狀滲碳體分布在多粒狀滲碳體分布在多 邊形鐵素體基體上邊形鐵素體基體上 綜合機械性能好，強度、塑性

48、綜合機械性能好，強度、塑性 和韌性好。硬度一般為和韌性好。硬度一般為 HRC2535。 2021-6-30北京郵電大學自動化學院北京郵電大學自動化學院52 * *五、五、 鋼表面熱處理鋼表面熱處理 鋼的表面熱處理有兩大類：鋼的表面熱處理有兩大類： 一類是一類是:表面加熱淬火熱處理，通過對零件表面表面加熱淬火熱處理，通過對零件表面 快速加熱及快速冷卻使零件表層獲得馬氏體快速加熱及快速冷卻使零件表層獲得馬氏體 組織，從而增強零件的表層硬度，提高其抗組織，從而增強零件的表層硬度，提高其抗 磨損性能。磨損性能。 另一類是另一類是:化學熱處理，通過改變零件表層的化化學熱處理，通過改變零件表層的化 學成分，從而改變表層的組織，使其表層的學成分，從而改變表層的組織，使其表層