退火與正火工藝

1、 2.1.3 鋼的普通熱處理 熱處理是采用適當?shù)姆绞綄饘俨牧匣蚬ぜM行加熱、保溫和冷卻以獲得預期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。 熱處理的特點： 不改變工件的形狀和尺，提高工件的使用性能和使用壽命，而且還可以改善工件的加工工藝性能。 熱處理按目的與作用不同，分為以下三類：熱處理整體熱處理（舊稱普通熱處理）表面熱處理化學熱處理熱處理方法很多，其工藝都由加熱、保溫和冷卻三個階段組成，可以用“溫度-時間”為坐標的曲線來表示，稱為熱處理工藝曲線。1. 鋼的退火與正火一、鋼的退火退火是將工件加熱到適當溫度，保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。退火目的：降低鋼的硬度，以利于切削加工； 提高塑

2、形和韌性，以利于冷變形加工； 改善鋼的性能或為以后的熱處理做好組織準備； 細化晶粒，消除鋼中的殘余內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開裂。一、鋼的退火1.完全退火將工件完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火。 加熱溫度：AC3以上2040。 目的：降低鋼件的硬度、細化晶粒、消除應(yīng)力、為最終的熱處理做組織準備。 主要用于鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材，焊接件的退火。 (h)4/5 . 8 Q 一般較長一般較長。因為完全退火時加熱溫度超過。因為完全退火時加熱溫度超過Ac3不多，相不多，相變進行得較慢，特別是粗大鐵素體或碳化物的溶解和奧氏變進行得較慢，特別是粗大鐵素體或碳化物的溶解和奧氏體成分的均勻過程，均需要較

3、長時間。體成分的均勻過程，均需要較長時間。保溫時間保溫時間：加熱速度加熱速度: 常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，加常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，加熱速度熱速度100200/h。 常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，保溫時間常用結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼及熱作模具鋼鋼錠，保溫時間冷卻速度冷卻速度： 緩慢緩慢，以保證奧氏體在，以保證奧氏體在Ar1點以下不大的過冷度情況下進行點以下不大的過冷度情況下進行珠光體轉(zhuǎn)變，以免硬度過高。珠光體轉(zhuǎn)變，以免硬度過高。 Q：裝爐量：裝爐量 完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱到完全退火不能用于過共析鋼，因為加熱到Accm以上再緩慢冷卻時會析出網(wǎng)狀滲碳體，使鋼的機械以上

4、再緩慢冷卻時會析出網(wǎng)狀滲碳體，使鋼的機械性能性能變壞。變壞。 完全退火完全退火主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、熱軋主要用于亞共析鋼的鑄件、鍛件、熱軋件，有時也用于焊件。件，有時也用于焊件。 注意！注意！45鋼鍛件完全退火操作應(yīng)用范圍： 合金鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材、焊件等。一、鋼的退火2.等溫退火 工件加熱到高于AC3（或AC1）的溫度，保持適當?shù)臅r間，較快地冷卻到珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間的適當溫度并等溫保持，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w類組織后在空氣中冷卻的退火。目的：與完全退火相同，但時間相對于完全退火要短，用等溫退火代替完全退火有利于縮短生產(chǎn)時間。 應(yīng)用范圍：中碳鋼，經(jīng)滲碳處理的低合金鋼及沖壓件等3、 球化

5、退火球化退火 使鋼中碳化物呈球狀化，以降低硬度，改善切削加工性使鋼中碳化物呈球狀化，以降低硬度，改善切削加工性能，并為以后的淬火做好組織準備。能，并為以后的淬火做好組織準備。 將過共析鋼工件加熱到將過共析鋼工件加熱到Ac1以上（以上（2030），保溫后，保溫后，以極慢的冷速通過以極慢的冷速通過A1，使珠光體，使珠光體P中的滲碳體和二次滲碳體中的滲碳體和二次滲碳體成為球狀或粒狀的熱處理工藝稱為成為球狀或粒狀的熱處理工藝稱為球化退火球化退火。定義定義目的目的球化退火中的珠光體變化球化退火中的珠光體變化過共析鋼的球化退火過共析鋼的球化退火T12鋼球化退火組織鋼球化退火組織 F+Fe3C 為了便于球化

6、過程的進行，對于網(wǎng)狀嚴重的過為了便于球化過程的進行，對于網(wǎng)狀嚴重的過共析鋼，應(yīng)在球化退火之前進行一次正火，以消除共析鋼，應(yīng)在球化退火之前進行一次正火，以消除網(wǎng)狀滲碳體。網(wǎng)狀滲碳體。 注意：注意：5、 去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火 為了去除由于形變加工、鍛造、焊接等所所引起的及鑄件為了去除由于形變加工、鍛造、焊接等所所引起的及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）而進行的退火，稱內(nèi)存在的殘余應(yīng)力（但不引起組織的變化）而進行的退火，稱為去應(yīng)力退火。為去應(yīng)力退火。定義定義退火溫度退火溫度 退火溫度退火溫度范圍很寬范圍很寬。由于材料成分、加工方法、內(nèi)應(yīng)力大小。由于材料成分、加工方法、內(nèi)應(yīng)力大小及分布的不同

7、，以及去除程度的不同，去應(yīng)力退火的加熱溫度及分布的不同，以及去除程度的不同，去應(yīng)力退火的加熱溫度范圍很寬。范圍很寬。 鋼鋼500650；鑄件；鑄件500550；焊件；焊件500600。 去應(yīng)力退火后，應(yīng)緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力去應(yīng)力退火后，應(yīng)緩慢冷卻，以免產(chǎn)生新的應(yīng)力。 一般在一般在A1以下進行，組織并未發(fā)生變化，在緩慢冷卻的過以下進行，組織并未發(fā)生變化，在緩慢冷卻的過程中，工件各部分均勻冷卻和收縮，消除了鑄件、鍛件、焊接程中，工件各部分均勻冷卻和收縮，消除了鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，避免在使用或隨后的加件、熱軋件、冷拉件等的殘余內(nèi)應(yīng)力，避免在使用或隨后的加工過程中產(chǎn)

8、生變形或開裂工過程中產(chǎn)生變形或開裂去應(yīng)力退火工藝曲線及其特點去應(yīng)力退火工藝曲線及其特點名稱名稱目的目的工藝制度工藝制度組織組織應(yīng)用應(yīng)用完全完全退火退火細化晶粒，消除鑄細化晶粒，消除鑄造偏析，降低硬度，造偏析，降低硬度，提高塑性提高塑性加熱到加熱到AC32050，爐冷，爐冷至至550 左右空左右空冷冷 FP亞共析鋼的亞共析鋼的鑄、鍛、軋鑄、鍛、軋件，焊接件件，焊接件球化球化退火退火降低硬度，改善切降低硬度，改善切削性能，提高塑性削性能，提高塑性韌性，為淬火作組韌性，為淬火作組織準備織準備加熱到加熱到AC12040，然后，然后緩冷緩冷片狀珠光體和片狀珠光體和網(wǎng)狀滲碳體組網(wǎng)狀滲碳體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙羁椶D(zhuǎn)

9、變?yōu)榍驙罟参?、過共共析、過共析鋼及合金析鋼及合金鋼的鍛件、鋼的鍛件、軋件等軋件等擴散擴散退火退火改善或消除枝晶偏改善或消除枝晶偏析，使成分均勻化析，使成分均勻化加熱到加熱到Tm-100200 ，先緩冷，先緩冷，后空冷后空冷粗大組織（組粗大組織（組織嚴重過燒）織嚴重過燒）合金鋼鑄錠合金鋼鑄錠及大型鑄鋼及大型鑄鋼件或鑄件件或鑄件再結(jié)晶再結(jié)晶退火退火消除加工硬化，提消除加工硬化，提高塑性高塑性加熱到再結(jié)晶加熱到再結(jié)晶溫度，再空冷溫度，再空冷變形晶粒變成變形晶粒變成細小的等軸晶細小的等軸晶冷變形加工冷變形加工的制品的制品去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火消除殘余應(yīng)力，提消除殘余應(yīng)力，提高尺寸穩(wěn)定性高尺寸穩(wěn)定性加熱到

10、加熱到500650 緩冷至緩冷至200 空冷空冷 無變化無變化鑄、鍛、焊、鑄、鍛、焊、冷壓件及機冷壓件及機加工件加工件2. 鋼的正火鋼的正火 將鋼加熱到將鋼加熱到AC3以上溫度并保溫，以上溫度并保溫，出爐空冷至室溫的出爐空冷至室溫的熱處理工藝。熱處理工藝。 由于正火比退火由于正火比退火加熱溫度略高，冷加熱溫度略高，冷卻速度大，故珠光卻速度大，故珠光體的分散度大，先體的分散度大，先共析鐵素體的數(shù)量共析鐵素體的數(shù)量少，因而正火后強少，因而正火后強度、硬度較高。度、硬度較高。正正 火火（1）作為預備熱處理工藝，為下續(xù)熱處理工藝）作為預備熱處理工藝，為下續(xù)熱處理工藝 提供適宜的組織狀態(tài)提供適宜的組織狀

11、態(tài)（2）作為最終熱處理工藝，提供合適的機械性能）作為最終熱處理工藝，提供合適的機械性能（3）用來消除某些處理缺陷）用來消除某些處理缺陷用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。用正火作為性能要求的一般結(jié)構(gòu)件的最終熱處理。亞共析鋼采用正火來調(diào)整硬度，改善切削加工性能。亞共析鋼采用正火來調(diào)整硬度，改善切削加工性能。 過共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。過共析鋼的正火可消除網(wǎng)狀碳化物。退火、正火后鋼的組織和性能退火、正火后鋼的組織和性能 鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為鋼在加熱時奧氏體的形成過程又稱為。以。以共析鋼的奧氏體形成過程為例。共析鋼的奧氏體形成過程為例。 鐵素體全部消失以后，仍有部鐵素體全部

12、消失以后，仍有部分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳分剩余滲碳體未溶解，隨著時間的延長，這些剩余滲碳體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。體不斷地溶入到奧氏體中去，直至全部消失。 奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體奧氏體的晶核優(yōu)先在鐵素體與滲碳體的界面上形成。的界面上形成。 奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、奧氏體晶核形成以后，依靠鐵、碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不碳原子的擴散，使鐵素體不斷向奧氏體轉(zhuǎn)變和滲碳體不斷溶入到奧氏體中去而進行的。斷溶入到奧氏體中去而進行的。 滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的滲碳體全部溶解完畢時，奧氏體的成分是不均勻的，只有延長保溫時間，通過碳原

13、子的擴成分是不均勻的，只有延長保溫時間，通過碳原子的擴散才能獲得均勻化的奧氏體。散才能獲得均勻化的奧氏體。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC331 各種退火和正火工藝示意圖各種退火和正火工藝示意圖 由于由于退火（主要指完全退火）與正火在組織上退火（主要指完全退火）與正火在組織上有著差異，因而性能也有所不同。有著差異，因而性能也有所不同。 表表4-1 正火與退火的正火與退火的40Cr鋼的機械性能鋼的機械性能 狀態(tài)狀態(tài)機機 械械 性性 能能bs%akMN/m2Kg/m2Nm/cm2Kgm/cm2退火退火正火正火64373965.675.435744136.44502120.953

14、.576.054.976.55.67.8正火與退火相比較，正火與退火相比較，正火的強度與韌性較高，塑性正火的強度與韌性較高，塑性基本相同基本相同。但對于但對于過共析鋼過共析鋼，完全，完全退火的鋼中退火的鋼中因為有網(wǎng)狀滲碳因為有網(wǎng)狀滲碳體的存在，其體的存在，其硬度、韌性均低于正火硬度、韌性均低于正火的。的。而而球化退火的鋼球化退火的鋼，因其所得組織是，因其所得組織是球狀球狀P，故其，故其綜綜合性能優(yōu)于正火合性能優(yōu)于正火的。的。由表可得出結(jié)論：由表可得出結(jié)論：退火與正火的選用退火與正火的選用C 0.25%的低碳鋼，正火代替退火；的低碳鋼，正火代替退火；C=0.250.5%的中碳鋼，也可正火代替退火

15、；的中碳鋼，也可正火代替退火；C=0. 50.75%的中高碳鋼，用完全退火；的中高碳鋼，用完全退火；C0.5%的高碳鋼或工具鋼，用球化退火。如有網(wǎng)狀的高碳鋼或工具鋼，用球化退火。如有網(wǎng)狀二次滲碳體，則應(yīng)先正火消除。二次滲碳體，則應(yīng)先正火消除。 生產(chǎn)上退火和正火工藝的選擇應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)上退火和正火工藝的選擇應(yīng)根據(jù)鋼種鋼種、冷冷、熱熱的的使用熱加工工藝使用熱加工工藝、零件的使用性能零件的使用性能及及經(jīng)濟經(jīng)濟綜合考慮。綜合考慮。2.5退火、正火缺陷退火、正火缺陷 碳素碳素/低合金工具鋼在退火后雖硬度很低，但脆性低合金工具鋼在退火后雖硬度很低，但脆性卻很大，斷口呈灰黑色，故稱卻很大，斷口呈灰黑色，故稱“黑

16、脆黑脆”。主要原因是退。主要原因是退火溫度過高，保溫時間過長，冷卻緩慢，珠光體火溫度過高，保溫時間過長，冷卻緩慢，珠光體轉(zhuǎn)變按轉(zhuǎn)變按Fe-C進行即碳石墨化進行即碳石墨化。 （發(fā)生黑脆的工具不能返修發(fā)生黑脆的工具不能返修） 退火和正火若由于加熱或冷卻不當時會出現(xiàn)一些異常退火和正火若由于加熱或冷卻不當時會出現(xiàn)一些異常組織，造成缺陷，常見的如下：組織，造成缺陷，常見的如下：(1)過燒過燒： 由于加熱溫度過高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，由于加熱溫度過高，晶界被氧化，甚至晶界局部溶解，使工件報廢。使工件報廢。(2)黑脆黑脆：（3）粗大魏氏組織粗大魏氏組織：主要是由于加熱溫度過高。魏氏組織：主要是由于

17、加熱溫度過高。魏氏組織不僅晶粒粗大，而且由于鐵素體針片形成的脆面，使不僅晶粒粗大，而且由于鐵素體針片形成的脆面，使金屬的韌性急劇下降。金屬的韌性急劇下降。（4）反常組織反常組織：亞：亞/過共析鋼在過共析鋼在Ar1附近冷卻緩慢，結(jié)果在附近冷卻緩慢，結(jié)果在亞共析鋼中形成非共析滲碳體，再過共析鋼中形成游亞共析鋼中形成非共析滲碳體，再過共析鋼中形成游離的鐵素體或滲碳體。離的鐵素體或滲碳體。（5）網(wǎng)狀組織網(wǎng)狀組織：由于加熱溫度過高，冷卻速度過慢引起的。：由于加熱溫度過高，冷卻速度過慢引起的。網(wǎng)狀鐵素體或滲碳體降低鋼的機械性能，特別是網(wǎng)狀網(wǎng)狀鐵素體或滲碳體降低鋼的機械性能，特別是網(wǎng)狀滲碳體。一般重新正火可

18、消除。滲碳體。一般重新正火可消除。（6）球化不均勻球化不均勻：由于退火前沒有消除網(wǎng)狀滲碳體，在球：由于退火前沒有消除網(wǎng)狀滲碳體，在球化退火時聚集而成?？赏ㄟ^正火和一次球化退火消除?；嘶饡r聚集而成?？赏ㄟ^正火和一次球化退火消除。（7）硬度過高硬度過高：退火時加熱溫度過高，冷卻速度過快，使：退火時加熱溫度過高，冷卻速度過快，使硬度高于規(guī)定的范圍，重新退火即可。硬度高于規(guī)定的范圍，重新退火即可。a) b）圖圖4-8 反常組織反常組織a)0.5%C,加熱溫度為加熱溫度為850； b）1.2%C，加熱溫度為，加熱溫度為970粗大的滲碳體粗大的滲碳體滲碳體網(wǎng)很寬滲碳體網(wǎng)很寬l 淬火是指將將鋼加熱到臨界點

19、以上，保溫后以大于Vk的速度冷卻，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝。因此，淬火的目的就是為了獲得馬氏體，提高鋼的力學性能。淬火是鋼的最重要的強化方法，也是應(yīng)用最廣的熱處理工藝之一。鋼的淬火和回火鋼的淬火和回火淬火溫度淬火溫度l淬火溫度即鋼奧氏體化溫度，是淬火的主要工藝參數(shù)之一。碳鋼的淬火溫度可利用合金相圖來選擇（如下圖所示）。 l對于亞共析鋼，淬火溫度為Ac3 +3050。當含碳量不高于0.5%時，淬火后組織為馬氏體，當含碳量大于0.5%時，淬火后組織為馬氏體與少量殘余奧氏體 l 亞共析鋼在Ac1Ac3之間加熱淬火后的組織為馬氏體加鐵素體，由于組織中有自由鐵素體存在，使鋼的強度和硬度降低，但可

20、改善韌性，這種淬火稱為亞溫淬火，如處理得當，亞溫淬火也可作為一種強韌化處理方法。 l對于共析鋼和過共析鋼，淬火溫度為Ac1+（30-50）。共析鋼淬火后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。過共析鋼由于淬火前經(jīng)過球化退火，因而淬火后組織為細馬氏體加顆粒狀的滲碳體和少量殘余奧氏體，如下圖所示。分散分布的顆粒狀滲碳體對提高鋼的硬度和耐磨性有利。如果將過共析鋼加熱到Accm以上，則由于奧氏體晶粒粗大，含碳量提高，使淬火后馬氏體晶粒也粗大，且殘余奧氏體量增多，這將使鋼的硬度、耐磨性下降，脆性和變形開裂傾向增加。l對于合金鋼，由于大多數(shù)合金元素（Mn、P除外）有阻礙奧氏體晶粒長大的作用，因而淬火溫度比碳鋼高，

21、一般為臨界點以上50-100。常用的淬火介質(zhì)是水和油：l水是經(jīng)濟的且冷卻能力較強的淬火介質(zhì)，水的缺點是在650-550范圍內(nèi)的冷卻能力不夠強，而在300-200范圍內(nèi)冷卻能力又太大，因此生產(chǎn)上主要用于形狀簡單、截面較大的碳鋼件的淬火。l油在低溫區(qū)冷卻能力較理想，但在高溫區(qū)冷卻能力太低，因此主要用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件的淬火。大尺寸碳鋼件油淬時，由于冷卻不足，會出現(xiàn)珠光體型分解。l熔融的堿和鹽也常用作淬火介質(zhì)，稱為鹽浴或堿浴。這類介質(zhì)只適用于形狀復雜及變形要求嚴格的小型件的分級淬火和等溫淬火。 淬火方法淬火方法l采用適當?shù)拇慊鸱椒梢詮浹a冷卻介質(zhì)的不足，常用的淬火方法如圖所示。 1）單介質(zhì)淬火

22、方法）單介質(zhì)淬火方法l將加熱工件在一種介質(zhì)中連續(xù)冷卻到室溫的淬火方法。如水淬和油淬都屬于這種方法。該方法操作簡單，易實現(xiàn)機械化，應(yīng)用較廣。 2）雙介質(zhì)淬火）雙介質(zhì)淬火l 是指將工件先在一種冷卻能力較強的介質(zhì)中冷卻，避免珠光體轉(zhuǎn)變，然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的方法。常用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其優(yōu)點是冷卻比較理想，缺點是第一種介質(zhì)中停留時間不易控制，需要有實踐經(jīng)驗。該方法主要用于形狀復雜的碳鋼工件及大型合金鋼工件。3）分級淬火）分級淬火l指將奧氏體化的工件淬入稍高于Ms點的鹽浴或堿浴中保溫，待工件表、心部溫度接近鹽浴溫度時取出來空冷的淬火方法。分級淬火可以很好地消除淬火

23、工件表心部的溫差問題，有效地減少工件變形開裂傾向。 4）等溫淬火）等溫淬火l加熱工件在高于Ms溫度的鹽浴或堿浴中冷卻并保溫足夠時間，獲得下貝體組織后再空冷的淬火方法。經(jīng)等溫淬火的零件具有良好的綜合力學性能，淬火應(yīng)力小，適用于形狀復雜及要求較高的小型件。鋼的淬透性鋼的淬透性l鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力稱為鋼的淬透性，其高低用規(guī)定條件下的淬硬層深度來表示。淬硬層深度是指工件表面到半馬氏體的深度。淬透性與淬硬性不同，淬硬性是指鋼淬火后所能達到的最高硬度，即硬化能力。l同一材料的淬硬層深度與工件的尺寸，冷卻介質(zhì)有關(guān)，工件尺寸小、冷卻能力強，淬硬層深，工件尺寸小、介質(zhì)冷卻能力強，淬硬層深，而淬透性與

24、工件尺寸、冷卻介質(zhì)無關(guān)，它只用于不同材料之間的比較，是在尺寸、冷卻介質(zhì)相同時，用不同材料的淬硬層深度進行比較的。淬透性的應(yīng)用淬透性的應(yīng)用l力學性能是機械設(shè)計中選材的主要依據(jù)，而鋼的淬透性又直接影響其熱處理后的力學性能。因此，在選材時，必須對鋼的淬透性有充分的了解。 回火回火 l回火是指將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后在油活著空氣中冷卻的熱處理工藝?；鼗鸬哪康幕鼗鸬哪康膌消除或減少淬火內(nèi)應(yīng)力，防止工件變形或開裂；l獲得工藝所要求的力學性能；l穩(wěn)定工件尺寸。淬火馬氏體和殘余奧氏體都是非平衡組織，有自發(fā)向平衡組織鐵素體加滲碳體轉(zhuǎn)變的傾向。回火可使馬氏體和殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)槠胶饣蚪咏胶獾慕M織，防止

25、使用時變形。l對于某些高淬透性的鋼，空冷即可淬火，如采用退火則軟化周期太長，則采用回火軟化即能降低硬度，又能縮短軟化周期。 對于未經(jīng)淬火的鋼，回火是沒有意義的，而淬火鋼不經(jīng)回火一般也不能直接使用，為避免淬火件在放置過程中發(fā)生變形或開裂，鋼件經(jīng)淬火后應(yīng)及時回火。 回火的種類回火的種類l根據(jù)鋼的回火溫度范圍，可將回火分為3類。 1.低溫回火2.中溫回火 3.高溫回火1.低溫回火低溫回火l 回火溫度為150-250。低溫回火時發(fā)生如下變化，得到M回組織。l低溫回火的目的是在保留淬火后高硬度、高耐磨性的同時，降低內(nèi)應(yīng)力，提高韌性。主要用于處理各種工具、模具、軸承及經(jīng)滲碳和表面淬火的工件。2.中溫回火中

26、溫回火l回火溫度為350-500。中溫回火時發(fā)生如下變化，得到T回組織，即為在保持馬氏體形態(tài)的鐵素體基體上分布著細粒狀滲碳體的組織。 l回火托氏體組織具有較高的彈性極限和屈服極限，并具有一定的韌性，硬度一般為35HRC-45HRC，主要用于各類彈簧的處理。 3.高溫回火高溫回火l回火溫度為500-650。高溫回火時發(fā)生如下變化，得到S回組織，即為在多邊性鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織。 l回火索氏體具有良好的綜合力學性能，即在保持較高強度的同時，具有良好的塑性和韌性，硬度一般為25HRC-35HRC。 心部：硬度低，心部：硬度低，韌性高韌性高 在生產(chǎn)中，有很多零件是在磨擦、沖擊和交變載

27、荷作用下在生產(chǎn)中，有很多零件是在磨擦、沖擊和交變載荷作用下工作，要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，工作，要求表面和心部具有不同的性能，一般是表面硬度高，有較高的耐磨性和疲勞強度；而心部要求有較好的塑性和韌性。有較高的耐磨性和疲勞強度；而心部要求有較好的塑性和韌性。表面：硬度高，耐磨表面：硬度高，耐磨2.1.4、鋼的表面淬火、鋼的表面淬火表面和心部性能要求不同的零件實例表面和心部性能要求不同的零件實例例如齒輪工作時表面接觸應(yīng)力大，摩擦嚴重，要求例如齒輪工作時表面接觸應(yīng)力大，摩擦嚴重，要求表層高硬度，而齒輪心部通過軸傳遞動力、沖擊力，即表層高硬度，而齒輪心部通過軸傳遞動力、沖擊力，即

28、心部要求較高的塑性和韌性。而低碳鋼可滿足心部要求心部要求較高的塑性和韌性。而低碳鋼可滿足心部要求，表面要求不能滿足；高碳鋼可滿足表面要求，心部要，表面要求不能滿足；高碳鋼可滿足表面要求，心部要求不能滿足；求不能滿足；在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處在這種情況下，單從材料選擇入手或采用普通熱處理方法，都不能滿足其要求。理方法，都不能滿足其要求。解決這一問題的方法就是鋼的表面淬火解決這一問題的方法就是鋼的表面淬火（表面熱處理）和化學熱處理（表面熱處理）和化學熱處理 表面熱處理是只對工件表層進行熱處理以改表面熱處理是只對工件表層進行熱處理以改變其組織和性能的熱處理工藝，其中以表面淬變其組

29、織和性能的熱處理工藝，其中以表面淬火最為常用?；鹱顬槌Ｓ?。 表面淬火不改變零件表層的化學成分，只表面淬火不改變零件表層的化學成分，只改變表層的組織，并且心部仍保留原來退火、改變表層的組織，并且心部仍保留原來退火、正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。其目的是使工件表層正火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)的組織。其目的是使工件表層具有高硬度、耐磨性，而心部具有足夠的強度具有高硬度、耐磨性，而心部具有足夠的強度和韌性。和韌性。 表面淬火后，一般需進行低溫回火，以減表面淬火后，一般需進行低溫回火，以減少淬火應(yīng)力和降低脆性。少淬火應(yīng)力和降低脆性。 工業(yè)上常用的表面淬火方法有感應(yīng)淬火和工業(yè)上常用的表面淬火方法有感應(yīng)淬火和火焰淬火?；鹧娲慊稹?/p>

30、）感應(yīng)加熱表面淬火）感應(yīng)加熱表面淬火 感應(yīng)淬火是指利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)感應(yīng)淬火是指利用感應(yīng)電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表層、局部或整體加熱，生的熱效應(yīng)，使工件表層、局部或整體加熱，并快速冷卻的淬火工藝，見下圖所示。并快速冷卻的淬火工藝，見下圖所示。 當感應(yīng)線圈中通以交流電時，當感應(yīng)線圈中通以交流電時，產(chǎn)生交變磁場，在工件中便產(chǎn)生產(chǎn)生交變磁場，在工件中便產(chǎn)生相同頻率的感應(yīng)電流，由于工件相同頻率的感應(yīng)電流，由于工件本身具有電阻，因而集中于工件本身具有電阻，因而集中于工件表面的電流可使表層迅速加熱到表面的電流可使表層迅速加熱到淬火溫度，而工件的心部溫度仍淬火溫度，而工件的心部溫度仍接近室溫

31、。感應(yīng)加熱后，采用水、接近室溫。感應(yīng)加熱后，采用水、乳化液或聚乙烯醇水溶液噴射淬乳化液或聚乙烯醇水溶液噴射淬火（合金鋼浸油），淬火后進行火（合金鋼浸油），淬火后進行180-200低溫回火，以降低淬低溫回火，以降低淬火應(yīng)力，并保持高硬度和高耐磨火應(yīng)力，并保持高硬度和高耐磨性。性。 感應(yīng)電流透入工件表層的深度主要取決于交流感應(yīng)電流透入工件表層的深度主要取決于交流電頻率的高低；頻率越高，淬硬層深度越小。電頻率的高低；頻率越高，淬硬層深度越小。 由于電源頻率不同感應(yīng)加熱表面淬火分高頻淬由于電源頻率不同感應(yīng)加熱表面淬火分高頻淬火、中頻淬火和工頻淬火，此外還有火、中頻淬火和工頻淬火，此外還有2020世紀世

32、紀6060年代年代后發(fā)展起來的超音頻感應(yīng)加熱，它的頻率為后發(fā)展起來的超音頻感應(yīng)加熱，它的頻率為303040 40 kHZkHZ，適用硬化層略深于高頻且要求硬化層沿表面均，適用硬化層略深于高頻且要求硬化層沿表面均勻分布的零件，例如中、小模數(shù)齒輪、鏈輪、軸、勻分布的零件，例如中、小模數(shù)齒輪、鏈輪、軸、機床導軌等。機床導軌等。 生產(chǎn)中常用的電流頻率與淬硬層深度的關(guān)系如生產(chǎn)中常用的電流頻率與淬硬層深度的關(guān)系如下表所示：下表所示：名稱名稱頻率頻率淬硬深度淬硬深度（mm)適用零件適用零件高頻感應(yīng)加熱高頻感應(yīng)加熱100500 kHZ0.52.5淬硬層較薄的中、淬硬層較薄的中、小型零件，如小模小型零件，如小模

33、數(shù)齒輪、小的軸數(shù)齒輪、小的軸中頻感應(yīng)加熱中頻感應(yīng)加熱110 kHZ310承受較大載荷和磨承受較大載荷和磨損零件，如大模數(shù)損零件，如大模數(shù)齒輪、較大凸輪等齒輪、較大凸輪等工頻感應(yīng)加熱工頻感應(yīng)加熱50HZ1020要求硬層深的大型要求硬層深的大型零件和鋼材的穿透零件和鋼材的穿透加熱，如軋輥、火加熱，如軋輥、火車車輪等車車輪等感應(yīng)加熱表面淬火種類及應(yīng)用感應(yīng)加熱表面淬火種類及應(yīng)用 感應(yīng)加熱速度極快，時間很短僅為幾秒鐘，加熱感應(yīng)加熱速度極快，時間很短僅為幾秒鐘，加熱淬火有如下特點：淬火有如下特點：l表面性能好，硬度比普通淬火高表面性能好，硬度比普通淬火高2HRC2HRC3HRC3HRC。疲。疲勞強度較高，

34、一般工件可提高勞強度較高，一般工件可提高202030%30%；l工件表面質(zhì)量高，不易氧化脫碳，淬火變形?。还ぜ砻尜|(zhì)量高，不易氧化脫碳，淬火變形?。籰淬硬層深度易于控制，操作易于實現(xiàn)機械化、自淬硬層深度易于控制，操作易于實現(xiàn)機械化、自動化，生產(chǎn)率高。動化，生產(chǎn)率高。 感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線為：感應(yīng)加熱淬火零件的加工工藝路線為： 下料下料-鍛造鍛造-調(diào)質(zhì)或正火調(diào)質(zhì)或正火-切削切削加工加工-感應(yīng)加熱淬火感應(yīng)加熱淬火+ +低溫回火低溫回火-精加工精加工- -檢驗檢驗）火焰表面淬火）火焰表面淬火 火焰表面淬火是應(yīng)用氧乙炔（或其它可火焰表面淬火是應(yīng)用氧乙炔（或其它可燃氣體）火焰，對零件表面加熱，

35、然后快速冷燃氣體）火焰，對零件表面加熱，然后快速冷卻的淬火。卻的淬火。 火焰表面淬火其淬硬層深度一般為火焰表面淬火其淬硬層深度一般為2 26mm6mm?；鹧婕??；鹧婕訜岜砻娲慊鹪O(shè)備簡單，成本低，使用方便靈活。但生熱表面淬火設(shè)備簡單，成本低，使用方便靈活。但生產(chǎn)效率低，淬火質(zhì)量較難控制。適用于單件、小批量產(chǎn)效率低，淬火質(zhì)量較難控制。適用于單件、小批量生產(chǎn)或用于中碳鋼、中碳低合金鋼制造的大型工件，生產(chǎn)或用于中碳鋼、中碳低合金鋼制造的大型工件，如大齒輪、軸等零件的表面淬火。如大齒輪、軸等零件的表面淬火。3 3）電接觸加熱表面淬火）電接觸加熱表面淬火 電接觸表面淬火可顯著提高工件表面的耐磨性電接觸表面

36、淬火可顯著提高工件表面的耐磨性和抗擦傷能力。設(shè)備及工藝簡單易行，硬化層薄，和抗擦傷能力。設(shè)備及工藝簡單易行，硬化層薄，一般為一般為0.150.150.35mm0.35mm。 適用于表面形狀簡單的零件，目前廣泛用于機適用于表面形狀簡單的零件，目前廣泛用于機床導軌、汽缸套等表面淬火。床導軌、汽缸套等表面淬火。4 4）激光加熱表面淬火）激光加熱表面淬火 這種表面淬火方法是用激光束掃描工件表面，這種表面淬火方法是用激光束掃描工件表面，使工件表面迅速加熱到鋼的臨界點以上，而當使工件表面迅速加熱到鋼的臨界點以上，而當激光束離開工件表面時，由于基體金屬的大量激光束離開工件表面時，由于基體金屬的大量吸熱，使表

37、面獲得急速冷卻而自淬火，故無需吸熱，使表面獲得急速冷卻而自淬火，故無需冷卻介質(zhì)。特點如下：冷卻介質(zhì)。特點如下： l激光淬火硬化層深度與寬度一般為：深度激光淬火硬化層深度與寬度一般為：深度0.75mm0.75mm，寬度小于，寬度小于1.2mm1.2mm。l激光淬火后表層可獲得極細馬氏體組織，硬度激光淬火后表層可獲得極細馬氏體組織，硬度高且耐磨性好。高且耐磨性好。l激光淬火能對形狀復雜，特別是某些部位用其激光淬火能對形狀復雜，特別是某些部位用其它表面淬火方它表面淬火方法極難處理的法極難處理的( (如拐角、溝槽、盲孔底部或深孔如拐角、溝槽、盲孔底部或深孔) )工件。工件。七、鋼的化學熱處理簡介七、鋼

38、的化學熱處理簡介 化學熱處理是將工件放入一定溫度的化學熱處理是將工件放入一定溫度的活性介質(zhì)中加熱并保溫，使一種或幾種活性介質(zhì)中加熱并保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。其特點是既組織和性能的熱處理工藝。其特點是既改變工件表面層的組織，又改變化學成改變工件表面層的組織，又改變化學成分。它可比表面淬火獲得更高的硬度、分。它可比表面淬火獲得更高的硬度、耐磨性和疲勞強度，并可提高工件表層耐磨性和疲勞強度，并可提高工件表層的耐蝕性和高溫抗氧化性。的耐蝕性和高溫抗氧化性。 各種化學熱處理都是由以下三個基本過程組各種化學熱處理都是

39、由以下三個基本過程組成的。成的。1 1）分解：）分解： 由介質(zhì)中分解出滲入元素的活性原子。由介質(zhì)中分解出滲入元素的活性原子。2 2）吸收：工件表面對活性原子進行吸收。吸收）吸收：工件表面對活性原子進行吸收。吸收的方式有兩種，即活性原子由鋼的表面進入鐵的方式有兩種，即活性原子由鋼的表面進入鐵的晶格形成固溶體，或與鋼中的某種元素形成的晶格形成固溶體，或與鋼中的某種元素形成化合物。化合物。3 3）擴散：已被工件表面吸收的原子，在一定溫）擴散：已被工件表面吸收的原子，在一定溫度下，由表面往里遷移，形成一定厚度的擴散度下，由表面往里遷移，形成一定厚度的擴散層。層。 化學熱處理的種類很多，最常用的是滲碳、

40、化學熱處理的種類很多，最常用的是滲碳、氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。氮化、碳氮共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁等。 工件滲碳后必須進行淬火和低溫回工件滲碳后必須進行淬火和低溫回火，最終表層為細小片狀的回火高碳馬火，最終表層為細小片狀的回火高碳馬氏體及少量的滲碳體，這樣表面可獲得氏體及少量的滲碳體，這樣表面可獲得高的硬度（高的硬度（606064HRC64HRC）、耐磨性及疲）、耐磨性及疲勞強度；而心部組織取決于鋼的淬透性，勞強度；而心部組織取決于鋼的淬透性，一般低碳鋼心部組織為鐵素體和珠光體，一般低碳鋼心部組織為鐵素體和珠光體，硬度為硬度為110110150HBS150HBS，低合金鋼，低合金鋼（2

41、0CrMnTi20CrMnTi鋼）通常心部組織為回火低鋼）通常心部組織為回火低碳馬氏體和少量鐵素體，硬度為碳馬氏體和少量鐵素體，硬度為353545HRC45HRC，具有較高的強韌性和塑性。，具有較高的強韌性和塑性。 氣體滲碳的滲碳層質(zhì)量高，滲碳過氣體滲碳的滲碳層質(zhì)量高，滲碳過程易于控制，生產(chǎn)率高，勞動條件好，程易于控制，生產(chǎn)率高，勞動條件好，易于實現(xiàn)機械化和自動化，適于成批或易于實現(xiàn)機械化和自動化，適于成批或大量生產(chǎn)。主要用于受磨損和較大沖擊大量生產(chǎn)。主要用于受磨損和較大沖擊載荷的零件，如齒輪、活塞銷、凸輪、載荷的零件，如齒輪、活塞銷、凸輪、軸類等。軸類等。 ）鋼的滲氮（氮化）鋼的滲氮（氮化）

42、 滲氮是在一定溫度下使活性氮原子滲入工件滲氮是在一定溫度下使活性氮原子滲入工件表面的化學熱處理工藝，又稱氮化。表面的化學熱處理工藝，又稱氮化。 滲氮能使零件獲得比滲碳更高的表面硬度、滲氮能使零件獲得比滲碳更高的表面硬度、耐磨性以及提高其耐腐蝕性和疲勞強度。耐磨性以及提高其耐腐蝕性和疲勞強度。（）氣體氮化（）氣體氮化 目前應(yīng)用最廣的是氣體滲氮。氣體滲氮是將目前應(yīng)用最廣的是氣體滲氮。氣體滲氮是將工件置于通有氨氣（工件置于通有氨氣（NH3NH3）的密閉爐內(nèi)，加熱到）的密閉爐內(nèi)，加熱到500500560560，氨分解產(chǎn)生的活性氮離子，氨分解產(chǎn)生的活性氮離子NN被工件被工件表面吸收，并逐漸向心部擴散，從

43、而形成滲氮層。表面吸收，并逐漸向心部擴散，從而形成滲氮層。滲氮層的深度一般為滲氮層的深度一般為0.10.10.6mm0.6mm。 滲氮最常用的鋼是滲氮最常用的鋼是38CrMoAl38CrMoAl，滲氮，滲氮前應(yīng)進行調(diào)質(zhì)處理。前應(yīng)進行調(diào)質(zhì)處理。 因滲氮后表面形成一層堅硬的氮化因滲氮后表面形成一層堅硬的氮化物，滲氮層硬度高達物，滲氮層硬度高達100010001200HV1200HV，耐，耐磨性好；滲氮溫度低，工件變形??；滲磨性好；滲氮溫度低，工件變形?。粷B氮層存在壓應(yīng)力，耐疲勞性好；滲氮層氮層存在壓應(yīng)力，耐疲勞性好；滲氮層致密，耐蝕性較好。所以，滲氮主要用致密，耐蝕性較好。所以，滲氮主要用于耐磨性

44、和精度要求高的精密零件、承于耐磨性和精度要求高的精密零件、承受交變受交變載荷的重要零件及較高溫度下工載荷的重要零件及較高溫度下工作的耐磨零件，如精密絲杠、鏜床主軸、作的耐磨零件，如精密絲杠、鏜床主軸、汽輪機閥門、高精度傳動齒輪、高速柴汽輪機閥門、高精度傳動齒輪、高速柴油機曲軸等。但滲氮生產(chǎn)周期長，成本油機曲軸等。但滲氮生產(chǎn)周期長，成本高，滲氮層薄而脆，因而不宜承受集中高，滲氮層薄而脆，因而不宜承受集中重載荷。重載荷。（）鋼的碳氮共滲（）鋼的碳氮共滲分氣體碳氮共滲和氣體氮碳共滲、氣體碳氮分氣體碳氮共滲和氣體氮碳共滲、氣體碳氮共滲共滲在一定溫度下同時將碳、氮滲入工件表層奧在一定溫度下同時將碳、氮滲

45、入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱碳氏體中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱碳氮共滲。氮共滲。 由于共滲溫度（由于共滲溫度（ 850850 880880）較高，它）較高，它是以滲碳為主的碳氮共滲過程，因此處理后要是以滲碳為主的碳氮共滲過程，因此處理后要進行淬火和低溫回火。共滲深度一般為進行淬火和低溫回火。共滲深度一般為0.30.8mm0.30.8mm。 氣體碳氮共滲所用的鋼大多為低碳鋼或中碳氣體碳氮共滲所用的鋼大多為低碳鋼或中碳鋼和合金鋼。鋼和合金鋼。 氣體碳氮共滲與滲碳相比，處理溫度低且便氣體碳氮共滲與滲碳相比，處理溫度低且便于直接淬火，因而變形小，共滲速度快、時間于直接淬火，

46、因而變形小，共滲速度快、時間短、生產(chǎn)率高、耐磨性高。短、生產(chǎn)率高、耐磨性高。 （）鋼的碳氮共滲（）鋼的碳氮共滲 分氣體碳氮共滲和氣體氮碳共滲分氣體碳氮共滲和氣體氮碳共滲氣體碳氮共滲氣體碳氮共滲 在一定溫度下同時將碳、氮滲入工件表層奧氏體在一定溫度下同時將碳、氮滲入工件表層奧氏體中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱碳氮共滲。中，并以滲碳為主的化學熱處理工藝稱碳氮共滲。 由于共滲溫度（由于共滲溫度（ 850850 880880）較高，它是以）較高，它是以滲碳為主的碳氮共滲過程，因此處理后要進行淬火和滲碳為主的碳氮共滲過程，因此處理后要進行淬火和低溫回火。共滲深度一般為低溫回火。共滲深度一般為0.30

47、.8mm0.30.8mm。 氣體碳氮共滲所用的鋼大多為低碳鋼或中碳鋼和氣體碳氮共滲所用的鋼大多為低碳鋼或中碳鋼和合金鋼。合金鋼。 氣體碳氮共滲與滲碳相比，處理溫度低且便于直氣體碳氮共滲與滲碳相比，處理溫度低且便于直接淬火，因而變形小，共滲速度快、時間短、生產(chǎn)率接淬火，因而變形小，共滲速度快、時間短、生產(chǎn)率高、耐磨性高。高、耐磨性高。 氣體氮碳共滲氣體氮碳共滲 工件表面滲入氮和碳，并以滲氮為工件表面滲入氮和碳，并以滲氮為主的化學熱處理，稱為氮碳共滲。常用主的化學熱處理，稱為氮碳共滲。常用的共滲溫度為的共滲溫度為560560 570570，由于共滲，由于共滲溫度較低，共滲溫度較低，共滲1 13h3

48、h，滲層可達，滲層可達0.030.02mm0.030.02mm，又稱低溫碳氮共滲。與氣，又稱低溫碳氮共滲。與氣體氮化相比，滲層硬度較低，故又稱軟體氮化相比，滲層硬度較低，故又稱軟氮化。氮化。 2.1.52.1.5、熱處理新技術(shù)簡介、熱處理新技術(shù)簡介 近年來，隨著熱處理新工藝、新設(shè)備、近年來，隨著熱處理新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及計算機的應(yīng)用，使熱新技術(shù)的不斷創(chuàng)新以及計算機的應(yīng)用，使熱處理生產(chǎn)的機械化、自動化水平不斷提高，處理生產(chǎn)的機械化、自動化水平不斷提高，其產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不斷改進。目前，熱處其產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不斷改進。目前，熱處理技術(shù)一方面是對常規(guī)熱處理方法進行工藝理技術(shù)一方面是對

49、常規(guī)熱處理方法進行工藝改進，另一方面是在新能源、新工藝方面的改進，另一方面是在新能源、新工藝方面的突破，從而達到既節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益，突破，從而達到既節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益，減少或防止環(huán)境污染，又能獲得優(yōu)異的性能。減少或防止環(huán)境污染，又能獲得優(yōu)異的性能。1 1、真空熱處理、真空熱處理 在真空環(huán)境（低于一個大氣壓）中進行的熱處在真空環(huán)境（低于一個大氣壓）中進行的熱處理稱為真空熱處理。主要有：真空淬火、真空退火、理稱為真空熱處理。主要有：真空淬火、真空退火、真空回火等。真空熱處理可大大減少工件的氧化和真空回火等。真空熱處理可大大減少工件的氧化和脫碳；升溫速度慢，工件截面溫差小，熱處理變形脫碳；升溫速度慢，工件截面溫差小，熱處理變形??；表面氧化物、油污在真空加熱時分解，被真空小；表面氧化物、油污在真空加熱時分解，被真空泵排出，使得工件表面光潔美觀，提高了工件的疲泵排出，使得工件表面光潔美觀，提高了工件的疲勞強度、耐磨性和韌性；工藝操作條件好，易實現(xiàn)勞強度