機械制造基礎-第4章 鋼的熱處理

第4章鋼的熱處理

退火就是將工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火主要用于鑄、鍛、焊毛坯或半成品零件。4.3鋼的退火與正火

退火的目的：降低鋼的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均勻鋼的成分，細化晶粒，改善組織與性能；消除工件的內應力，防止變形與開裂；為最終熱處理作準備。

1、完全退火4.3鋼的退火與正火

將鋼完全奧氏體化后緩慢冷卻，獲得接近平衡組織的退火工藝。目的：降低鋼的硬度、以利于切削加工；消除應力，穩(wěn)定工件的尺寸，防止變形和開裂；細化晶粒，改善組織，為最終熱處理作組織準備。加熱溫度：Ac3以上30～50℃。應用范圍：亞共析碳鋼和合金鋼的鑄件、鍛件、焊接件及熱軋型材等。過共析鋼不宜采用完全退火。2、等溫退火4.3鋼的退火與正火

將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30～50℃，保溫適當時間后，較快地冷卻到珠光體溫度區(qū)間的某一溫度，等溫一定時間，使奧氏體轉變?yōu)橹楣怏w組織，然后空冷至室溫的退火工藝。目的：與完全退火相同，但所用時間比完全退火縮短約1/3，并能得到均勻的組織和性能。加熱溫度：Ac3(Ac1)以上30～50℃。應用范圍：亞共析、過共析碳鋼，合金鋼的鑄件、鍛件等。3、球化退火

4.3鋼的退火與正火

使鋼中的碳化物球狀化而進行的退火工藝。目的：使網(wǎng)狀Fe3CⅡ或片狀滲碳體轉變?yōu)榍驙顫B碳體，降低硬度，便于切削加工，為淬火作好組織準備。加熱溫度：Ac1以上20～30℃。應用范圍：過共析鋼和合金工具鋼、軸承鋼等。對網(wǎng)狀Fe3CⅡ比較嚴重的鋼，在球化退火前先進行一次正火處理。4、去應力退火

4.3鋼的退火與正火

將鋼加熱到Ac1以下，保溫一定時間，然后隨爐冷卻的退火工藝。目的：消除工件的內應力，穩(wěn)定工件尺寸，減少變形。加熱溫度：Ac1以下溫度，一般500～650℃。應用范圍：鑄件、鍛壓件、焊件、切削加工件等。去應力退火因加熱溫度低于A1，故不發(fā)生組織轉變，只消除內應力。5、均勻化（擴散）退火4.3鋼的退火與正火

將工件加熱到高溫，并長時間保溫，然后緩慢冷卻的退火工藝。目的：減少化學成分偏析和組織不均勻性。加熱溫度：1050～1150℃高溫。應用范圍：質量要求高的合金鋼鑄錠和鑄件等。均勻化退火后，鋼件晶粒粗大，應進行完全退火或正火。6、鋼的正火4.3鋼的退火與正火

方法：將亞共析鋼加熱到Ac3以上30～50℃，過共析鋼Accm以上30～50℃，保溫后空冷。用途：正火主要用于以下方面

1)對低碳鋼和低碳合金鋼盡量以正火代退火，可提高硬度(140～190HBS)，改善切削加工；對中碳合金鋼、高碳鋼復雜件仍以退火為宜；對過共析鋼，減少或消除網(wǎng)狀二次滲碳體為球化退火作準備。

2)作普通結構體的最終熱處理，作為有淬火開裂危險的零件的終熱處理。退火、正火加熱溫度退火、正火冷卻曲線4.3鋼的淬火

將亞共析鋼加熱到Ac3以上（A化），共析鋼與過共析鋼加熱到Ac1以上（部分A化）的溫度，保溫后以大于Vk的速度快速冷卻，使奧氏體轉變?yōu)轳R氏體的熱處理工藝叫淬火。淬火目的：就是為了獲得馬氏體，提高鋼的機械性能。

1、淬火加熱4.3鋼的淬火

加熱溫度

鋼的含碳量是決定其淬火加熱溫度的主要因素碳鋼為臨界溫度以上30～50℃。合金鋼加熱溫度要相應提高（為臨界溫度以上50～100℃）2、淬火冷卻

4.3鋼的淬火

1）冷卻介質

鋼淬火的目的是為了獲得馬氏體，但又要減少工件變形和防止工件開裂。由C曲線可知，冷卻介質的理想淬火冷卻速度如右圖所示。生產(chǎn)上常用的冷卻介質有水、礦物油、鹽水、堿水以及鹽、堿等。4.3鋼的淬火

2）淬火方法

1）單介質淬火2）雙介質淬火

3）馬氏體分級淬火

4）貝氏體等溫淬火5）局部淬火6）冷處理3、鋼的淬透性和淬硬性4.3鋼的淬火

1）鋼的淬透性

鋼的淬透性是指鋼淬火時獲得M的能力。其大小可用鋼在一定條件下淬火獲得的淬硬層（也稱為淬透層）深度來表示。一般規(guī)定從淬火鋼表面至半M區(qū)的距離為淬透層深度。淬硬深度越深，淬透性越好。2）鋼的淬硬性

鋼的淬硬性是指鋼在規(guī)定條件下淬火硬化所能達到的最高硬度的能力。其含義是鋼試樣在規(guī)定條件下淬火時馬氏體組織所能達到的硬度。鋼的淬硬性主要取決于鋼中含碳量。鋼中含碳量越高，淬硬性越好。4.3鋼的回火

回火是將淬硬后的工件加熱到Ac1點以下某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。是緊接淬火之后的熱處理工序。

目的：獲得工件所需要的力學性能；消除或減少內應力，降低鋼的脆性，防止工件變形和開裂；穩(wěn)定工件組織和尺寸，保證精度。

4.3鋼的回火

1、回火方法

1）低溫回火加熱溫度在150～

250℃之間進行的回火。目的：保持淬火工件高硬度和高耐磨性，降低淬火殘留應力和脆性?；鼗鸷蠼M織：回火馬氏體。力學性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。應用范圍：各種刃具、模具、滾動軸承、滲碳及表面淬火等要求硬而耐磨的零件。4.3鋼的回火

2）中溫回火加熱溫度在350～500℃之間進行的回火。目的：使工件獲得較高的彈性和強度，適當?shù)捻g性和硬度?；鼗鸷蠼M織：回火屈氏體。力學性能：35～50HRC，較高的彈性極限、屈服點和一定的韌性。應用范圍：各種彈性元件及熱鍛模等。4.3鋼的回火

3）高溫回火

加熱溫度在500～

650℃以上進行的回火。目的：使工件獲得強度、塑性和韌性都較好的綜合力學性能?；鼗鸷蠼M織：回火索氏體。力學性能：200～350HBS，較好的綜合力學性能。應用范圍：各種較重要的受力結構件。調質：淬火后高溫回火問題：回火索氏體、回火屈氏體與索氏體、屈氏體性能區(qū)別？4.4鋼的表面淬火與化學熱處理

1、鋼的表面淬火表面淬火是僅對工件表層進行淬火的熱處理工藝。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、正火或調質狀態(tài)的組織。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和韌性。工業(yè)上常用的表面淬火方法有火焰淬火和感應淬火。4.4鋼的表面熱處理與化學熱處理

1）感應淬火

感應淬火是指利用感應電流通過工件所產(chǎn)生的熱效應，對工件表層、局部或整體加熱，并快速冷卻的淬火工藝。特點：加熱速度快；工件表面質量高，淬火變形??；易實現(xiàn)機械化和自動化及大批量生產(chǎn)，勞動生產(chǎn)率高；設備昂貴，維修調整較難。主要用于中碳鋼或中碳低合金鋼，含C量以0.40%—0.50%為宜，不宜用于形狀復雜的零件及單件生產(chǎn)。4.4鋼的表面熱處理與化學熱處理

2）火焰表面淬火

火焰表面淬火是應用氧－乙炔（或其它可燃氣體）火焰，對零件表面加熱，然后快速冷卻的淬火，淬硬層深度一般為2～6mm。特點：淬火設備簡單，成本低，使用方便靈活。但生產(chǎn)效率低，淬火質量較難控制。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，如大齒輪、軸等零件的表面淬火。4.4鋼的表面熱處理與化學熱處理

2、鋼的化學熱處理簡介

化學熱處理是將工件放入一定溫度的活性介質中加熱并保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。常用的化學熱處理是滲碳和滲氮。1）鋼的滲碳

滲碳是將工件放入富碳的介質中加熱到高溫，使碳原子滲入工件表層的化學熱處理工藝?！魸B碳后要淬火和低溫回火◆主要用于承受較大沖擊載荷和嚴重磨損的零件，硬度58～64HRC左右

2）鋼的滲氮（氮化）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。◆目的：向鋼表層滲氮原子，以提高硬度、耐磨性、疲勞強度、耐蝕性等?！舻蟛恍璐慊?，氮化生產(chǎn)周期長，不能承受沖擊。4.5熱處理工藝的應用

1、熱處理工藝位置1）預先熱處理

（1）退火、正火的工序位置退火和正火作為預先熱處理通常安排在毛坯生產(chǎn)之后，粗加工之前。其作用是消除毛坯的內應力，細化晶粒，均勻組織，改善切削加工性，為最終熱處理作好組織準備。退火（或正火）工藝路線一般為：毛坯生產(chǎn)→退火（或正火）→切削加工。（2）調質處理的工序位置一般安排在粗加工之后，半精加工或精加工之前，其目的是提高零件的綜合力學性能。調質工藝路線一般為：下料→鍛造→正火（或退火）→粗加工→調質→半精加工（或精加工）。4.5熱處理工藝的應用

2）最終熱處理

最終熱處理包括各種淬火、回火及化學熱處理。其工序位置一般安排在半精加工之后，磨削之前。A.淬火工序位置(1)整體淬火工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工、半精加工→淬火、回火→磨削。(2)表面淬火工藝路線一般為：下料→鍛造→退火（正火）→粗加工→調質→半精加工→表面淬火→低溫回火→磨削。4.5熱