1、主要内容：主要内容：l 热处理的基本概念l 钢在加热时的转变l 钢在冷却时的转变l 钢的退火与正火l 钢的淬火与回火l 钢的表面热处理热处理原理热处理原理热处理工艺热处理工艺钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业钢铁材料是工程材料中最重要的材料之一，在机械制造业中的比例达到中的比例达到90%90%左右，在汽车制造业中的比例达到左右，在汽车制造业中的比例达到70%70%，在，在其他制造业中也是最重要的材料之一。其他制造业中也是最重要的材料之一。改善钢铁材料性能的途径：改善钢铁材料性能的途径：l 合金化合金化（AlloyingAlloying）通过在钢中加入合金元素，调整钢的化学成分，
2、从而获得优良的性能。l 热处理热处理（Heat TreatmentHeat Treatment）将金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得优良的性能。第一节热处理的基本概念第一节热处理的基本概念一、热处理的定义一、热处理的定义 热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。 加加热热保温保温冷冷 却却临界温度临界温度 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念时间时间热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图温度
3、温度二、热处理的基本要素和作用二、热处理的基本要素和作用l 热处理的三大要素热处理的三大要素加热加热（ HeatingHeating） 目的是获得均匀细小的奥氏体组织。目的是获得均匀细小的奥氏体组织。保温保温（HoldingHolding） 目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。冷却冷却（CoolingCooling） 目的是使奥氏体转变为不同的组织。目的是使奥氏体转变为不同的组织。l 热处理后的组织热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。不同
4、的组织具有不同的性能。将转变成不同的组织。不同的组织具有不同的性能。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念l 热处理的特点热处理的特点热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变热处理不改变工件的形状，仅改变钢的内部组织和结构，从而改变钢的性能。钢的性能。l 热处理的作用热处理的作用 改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力，改善钢（工件）的力学性能或工艺性能，充分发挥钢的性能潜力， 提高工件质量，延长工件寿命。提高工件质量，延长工件寿命。材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和材料是否能够通过热处理而改善其性能，关键条件是材料在加热和冷却
5、过程中是否发生组织和结构的变化。冷却过程中是否发生组织和结构的变化。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念普通热处理普通热处理( (整体热处理整体热处理) )退火退火表面淬火表面淬火热处理工艺热处理工艺化学热处理化学热处理表面热处理表面热处理其他热处理其他热处理控制气氛热处理控制气氛热处理真空热处理真空热处理形变热处理形变热处理三、热处理的类型三、热处理的类型1.1.按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类按加热、冷却方式及钢的组织、性能不同分类正火正火淬火淬火回火回火感应加热表面淬火感应加热表面淬火火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火电接触加热表面淬火电接触加热表面淬火渗碳渗碳渗氮（氮化）
6、渗氮（氮化）碳氮共渗碳氮共渗 钢的热处理-热处理的基本概念热处理的基本概念2.2.按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类按热处理在工件生产过程中的位置和作用不同分类预备热处理：预备热处理：为随后的加工或热处理作准备为随后的加工或热处理作准备热处理工艺热处理工艺最终热处理：最终热处理：赋予工件所需的力学性能赋予工件所需的力学性能毛坯毛坯（锻件）（锻件）预备热处理预备热处理（退火、正火）（退火、正火）机加工机加工（车削）（车削）最终热处理最终热处理（淬火、回火）（淬火、回火）精加工精加工（磨削）（磨削） 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念 零件的典型加工工艺路线：零件的典型加工工艺路
7、线：A A1 1A A3 3A AcmcmA Ac1c1A Ar1r1A Ac3c3A Ar3r3A ArcmrcmA Accmccm四、钢的临界转变温度四、钢的临界转变温度（Critical Temperature of SteelsCritical Temperature of Steels）w wC C（% %）温度温度S SP PG GE EQ QFeFeFeFe3 3C C相图的共析转变部分相图的共析转变部分钢的临界转变温度是钢在热钢的临界转变温度是钢在热处理时制定加热、保温、冷处理时制定加热、保温、冷却工艺的重要依据，由铁碳却工艺的重要依据，由铁碳合金相图确定。合金相图确定。钢的实
8、际临钢的实际临界转变温度总是滞后于理论界转变温度总是滞后于理论临界转变温度临界转变温度, ,即加热时需即加热时需要过热，冷却时需要过冷。要过热，冷却时需要过冷。 钢的热处理热处理的基本概念热处理的基本概念第二节钢在加热时的转变第二节钢在加热时的转变两种加热方式：两种加热方式：钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变 加加热热保温保温冷冷 却却A Ac1c1时时 间间加热钢的两种方式加热钢的两种方式温温 度度细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化细小的奥氏体组织。该过程又称为钢的奥氏体化（AustenitizingAustenitizing）。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界
9、温度度A Ac1c1以上，一定有组织转变，是以上，一定有组织转变，是一种相变过程。一种相变过程。第第种加热方式发生在临界温种加热方式发生在临界温度度A Ac1c1以下，不一定有组织转变。以下，不一定有组织转变。加热的目的：加热的目的：本节介绍第本节介绍第种加热过程，目种加热过程，目的是使钢从室温组织（如珠光体）的是使钢从室温组织（如珠光体）转变为奥氏体，即获得均匀转变为奥氏体，即获得均匀相变相变（Phase TransformationPhase Transformation）：材料中的一种相在一定条件下转变材料中的一种相在一定条件下转变为另一种相的过程。为另一种相的过程。 加加热热保温保温冷
10、冷 却却一、奥氏体的形成过程一、奥氏体的形成过程 以共析钢为例：以共析钢为例：奥氏体的形成是一个形核和长大的固态相变过程，是铁素体奥氏体的形成是一个形核和长大的固态相变过程，是铁素体(F)(F)向奥氏向奥氏体体(A)(A)的晶格改组，渗碳体的晶格改组，渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)溶入奥氏体中，以及碳溶入奥氏体中，以及碳(C)(C)在奥氏体在奥氏体中扩散的过程。中扩散的过程。共析钢奥氏体化的四个基本过程：共析钢奥氏体化的四个基本过程： 奥氏体的形核奥氏体的形核 奥氏体的长大奥氏体的长大 残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化 钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热
11、时的转变1.1.奥氏体的形核奥氏体的形核 A A晶核优先在晶核优先在F/FeF/Fe3 3C C相界处形成。相界处形成。第六章 钢的热处理6.2 6.2 钢在加热时的转变钢在加热时的转变形核需要形核需要3 3个起伏，即个起伏，即能量起伏能量起伏、结构起伏结构起伏、成分（浓度）起伏成分（浓度）起伏, ,在晶界处容易满足这在晶界处容易满足这3 3个个起伏。起伏。相界处晶格畸变较大，能量较高，有利相界处晶格畸变较大，能量较高，有利于获得于获得A A形核所需的能量要求。形核所需的能量要求。相界处晶格畸变较大，原子排列不规则，相界处晶格畸变较大，原子排列不规则，有利于获得奥氏体的有利于获得奥氏体的fcc
12、fcc结构要求。结构要求。相界处碳浓度相差较大，有利于获得相界处碳浓度相差较大，有利于获得A A形形核所需的碳浓度要求。核所需的碳浓度要求。F FA A形核形核FeFe3 3C CA A2.2.奥氏体的长大奥氏体的长大A A晶核形成后晶核形成后, ,将通过将通过FAFA转变和转变和FeFe3 3C C溶入溶入A A的过程不断长大。的过程不断长大。A A形核后，由于形核后，由于A A与与FeFe3 3C C相界处存在碳浓相界处存在碳浓度梯度，将引起度梯度，将引起A A中中C C的扩散。通过的扩散。通过FeFe原子原子和和C C原子的扩散、原子的扩散、FeFe原子的晶格由原子的晶格由bccbcc转
13、变转变为为fccfcc，A A不断向不断向F F和和FeFe3 3C C两侧扩展长大两侧扩展长大, ,直直至至F F完全消失。完全消失。 钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变FeFe3 3C CF FA AA A长大长大3.3.残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解FeFe3 3C C的溶解落后于的溶解落后于FAFA转变，残留转变，残留FeFe3 3C C将继续溶入将继续溶入A A中。中。在奥氏体的形成过程中，在奥氏体的形成过程中，F F比比FeFe3 3C C先先消失，因此奥氏体形成之后，还残留未消失，因此奥氏体形成之后，还残留未溶的溶的FeFe3 3C C。这些残余。这些残余FeFe3 3
14、C C将随着时间的将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。部消失。 钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变未溶未溶FeFe3 3C CA A残余残余FeFe3 3C C的溶解的溶解 钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变A A成分的均匀化成分的均匀化A A4.4.奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化残余残余FeFe3 3C C溶解完成后溶解完成后,A,A成分极不均匀。最成分极不均匀。最终通过终通过C C原子的扩散，奥氏体的成分达到原子的扩散，奥氏体的成分达到均匀一致。均匀一致。残留的残留的FeFe3 3C C全部溶入全部溶入A A后后,
15、,原先是原先是FeFe3 3C C的地的地方碳浓度高方碳浓度高, ,原先是原先是F F的地方碳浓度低，必的地方碳浓度低，必须继续保温，通过须继续保温，通过C C原子的扩散，使原子的扩散，使A A成分成分均匀化。均匀化。 钢的热处理钢在加热时的转变钢在加热时的转变F F奥氏体的形核奥氏体的形核FeFe3 3C CA AFeFe3 3C CF FA A奥氏体的长大奥氏体的长大未溶未溶FeFe3 3C CA A残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 奥氏体成分的均匀化奥氏体成分的均匀化A A珠光体向奥氏体转变的过程珠光体向奥氏体转变的过程第三节钢在冷却时的转变第三节钢在冷却时的转变两种冷却方式：两种冷却方
16、式： 等温冷却等温冷却（Isothermal CoolingIsothermal Cooling） 将将A A快速冷至临界温度以下某一温度，使快速冷至临界温度以下某一温度，使A A在该温度下转变成其他组在该温度下转变成其他组织，然后再冷却至室温。织，然后再冷却至室温。 连续冷却连续冷却（Continuous CoolingContinuous Cooling） A A在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。在逐渐降温至室温的过程中转变成其他组织。 钢的热处理钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变保温保温连连 续续 冷冷 却却临界温度临界温度等等 温温 冷冷 却却时间时间温度温度 加加热热一、过冷奥氏
17、体的转变产物及转变过程一、过冷奥氏体的转变产物及转变过程 过冷奥氏体过冷奥氏体（UndercoolingUndercooling Austenite Austenite）：被过冷至临界温度以下、在热力学上不稳定、即将发生分解（即奥氏被过冷至临界温度以下、在热力学上不稳定、即将发生分解（即奥氏体转变为其他组织）的奥氏体，称为过冷奥氏体。体转变为其他组织）的奥氏体，称为过冷奥氏体。 钢的热处理钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变保温保温A A r r1 1时间时间温度温度 加加热热( (稳定的稳定的) )奥氏体奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体过冷奥氏体转变产物：过冷奥氏体转变产物： 珠光体珠光体（Pearl
18、itePearlite） 符号：符号：P P 过冷奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在临界温过冷奥氏体以缓慢的冷却速度冷却至室温，或过冷奥氏体在临界温度以下的高温范围内等温，将转变成珠光体。度以下的高温范围内等温，将转变成珠光体。 典型的冷却方式：典型的冷却方式：炉冷（退火）炉冷（退火）珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。珠光体相比马氏体和贝氏体，其强度和硬度较低。 马氏体马氏体（MartensiteMartensite） 符号：符号：M M过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，将转变成马氏体。过冷奥氏体以极快的冷却速度冷却至室温，将转变成马氏体。 典型的冷却方式：典型的冷
19、却方式：水冷或油冷（淬火）水冷或油冷（淬火） 马氏体具有很高的强度和硬度。马氏体具有很高的强度和硬度。 贝氏体贝氏体（BainiteBainite） 符号：符号：B B 过冷奥氏体在临界温度以下的中温范围内等温，将转变成贝氏体。过冷奥氏体在临界温度以下的中温范围内等温，将转变成贝氏体。贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。贝氏体的强度和硬度介于珠光体和马氏体之间。 钢的热处理钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变钢的退火与正火钢的退火与正火一、退火一、退火（AnnealingAnnealing）1.1.退火的定义退火的定义退火是将钢加热至临界点退火是将钢加热至临界点A Ac1c1以上或以下温度，
20、保温后缓慢冷却下来以上或以下温度，保温后缓慢冷却下来以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。2.2.退火的目的退火的目的调整硬度以便切削加工调整硬度以便切削加工适于机加工的硬度：适于机加工的硬度：HB170HB170230230。消除残余内应力消除残余内应力防止工件淬火时变形或开裂。防止工件淬火时变形或开裂。细化晶粒，改善组织细化晶粒，改善组织为最终热处理（淬火和回火）作组织准备为最终热处理（淬火和回火）作组织准备获得粒（球）状珠光体。获得粒（球）状珠光体。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火通常是随炉冷却通常是随炉冷却3.3.退火的种类退火的种类 第一类退火
21、：第一类退火：目的和作用：目的和作用：不以组织转变为目的，使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。不以组织转变为目的，使钢的不平衡状态过渡到平衡状态。种类：种类：扩散退火、再结晶退火、去应力退火。扩散退火、再结晶退火、去应力退火。 第二类退火：第二类退火：目的和作用：目的和作用：以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢以改变组织和性能为目的，获得以珠光体为主的组织，并使钢中的珠光体、铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。中的珠光体、铁素体和碳化物等组织形态及分布达到要求。种类：种类：完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火。钢的热处理钢的退火与
22、正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 完全退火完全退火（Complete Complete AnnealingAnnealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C。适用范围：适用范围：亚共析成分的钢。亚共析成分的钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3600600 C C空空随随却却炉炉冷冷3030 C C5050 C C冷冷钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火l 等温退火等温退火（Isothermal Isothermal AnnealingAnnealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：
23、加热温度：对对亚共析成分的钢，亚共析成分的钢，A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C；对过共析成分的钢，对过共析成分的钢，A Ac1 c1 + 30+ 30 C C5050 C C。适用范围：适用范围：亚共析钢、（尤其是）合金钢。亚共析钢、（尤其是）合金钢。保温保温时间时间温度温度 加加热热A Ac3c3或或A Ac1c1APAP转变温度区转变温度区等温等温3030 C C5050 C C空空冷冷特点：特点：大大缩短工件在大大缩短工件在炉内的时间。炉内的时间。临界温度临界温度l 球化退火球化退火（SpheriodizingSpheriodizing AnnealingAnn
24、ealing）工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：A Ac1c1附近。附近。目的：目的：使钢中的渗碳体或碳化物球状化，以获得粒（球）状珠光体。使钢中的渗碳体或碳化物球状化，以获得粒（球）状珠光体。适用范围：适用范围：共析成分和过共析成分的钢。共析成分和过共析成分的钢。l 扩散退火扩散退火（Diffusing Diffusing AnnealingAnnealing）又称为均匀化退火又称为均匀化退火（Homogenizing AnnealingHomogenizing Annealing）。工艺规范：工艺规范：加热温度：加热温度：略低于相图上的固相线。略低于相图上的固相线。目的：目的：消除偏
25、析。消除偏析。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火二、正火二、正火（NormalizingNormalizing）1.1.正火的定义正火的定义正火是将钢加热至正火是将钢加热至A Ac3c3或或A Accmccm+ 30+ 30 C C5050 C C，保温后空冷以获得近于，保温后空冷以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。平衡状态组织的热处理工艺。 与退火相比，正火冷却速度快，得到较细的与退火相比，正火冷却速度快，得到较细的P P，强度和硬度也较高。，强度和硬度也较高。2.2.正火的目的正火的目的正火的目的与退火基本相同。正火的目的与退火基本相同。3.3.正火的应用正火的应用消除网状二次渗碳体。
26、消除网状二次渗碳体。作为要求不高的零件的最终热处理。作为要求不高的零件的最终热处理。作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。作为低、中碳结构钢的预备热处理，改善切削加工性能。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火三、退火和正火的选用三、退火和正火的选用w wC C% %0.25%0.25%的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。的低碳钢宜采用正火代替退火作为预备热处理。0.25%0.25%w wC C% %0.50%0.50%的中碳钢，可采用退火或正火作为预备热处理。的中碳钢，可采用退火或正火作为预备热处理。0.50%0.50%w wC C% %0.75%0.75%的中、高碳钢，采
27、用完全退火。的中、高碳钢，采用完全退火。w wC C% %0.75%0.75%的高碳钢，首先用正火消除网状的高碳钢，首先用正火消除网状FeFe3 3C C，再进行球化退火。，再进行球化退火。 退火和正火通常属于预备热处理。退火和正火通常属于预备热处理。钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火钢的热处理钢的退火与正火钢的退火与正火常用退火及正火的加热范围常用退火及正火的加热范围A AF FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP P第五节钢的淬第五节钢的淬(cui)(cui)（ushuizuushuizu）火与回火）火与回火 淬火和回火通常属于最终热处理。淬火和回火
28、通常属于最终热处理。一、淬火一、淬火（QuenchingQuenching）1.1.淬火的定义淬火的定义淬火是将钢加热至淬火是将钢加热至A Ac3c3或或A Ac1c1以上一定温度，保温后以大于临界冷却速以上一定温度，保温后以大于临界冷却速度度v vk k冷却下来，以获得马氏体的热处理工艺。冷却下来，以获得马氏体的热处理工艺。2.2.淬火的目的淬火的目的获得马氏体（有时也可以是下贝氏体），提高钢的硬度和耐磨性。获得马氏体（有时也可以是下贝氏体），提高钢的硬度和耐磨性。淬火是钢的最重要的热处理工艺。淬火是钢的最重要的热处理工艺。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3.3.淬火工艺参数淬火工艺参
29、数l 淬火温度淬火温度淬火温度，或称淬火加热温淬火温度，或称淬火加热温度，即是钢的奥氏体化温度。度，即是钢的奥氏体化温度。确定淬火温度的原则：确定淬火温度的原则：获得均匀细小的奥氏体。获得均匀细小的奥氏体。确定淬火温度的依据：确定淬火温度的依据：Fe-FeFe-Fe3 3C C相图。相图。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C / %/ %碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 / / C CA Ac1c1F FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP PA Ac3c3A AccmccmA A 各类钢淬火温度的确定：各类钢淬火温度的确定：亚共析
30、钢：亚共析钢： A Ac3 c3 + 30+ 30 C C5050 C C共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢： A Ac1 c1 + 30+ 30 C C5050 C C合金钢：合金钢： 临界温度以上临界温度以上5050 C C100100 C C钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火w wC C / %/ %碳钢的淬火温度范围碳钢的淬火温度范围温度温度 / / C CA Ac1c1F FA AA AFeFe3 3C CP PFeFe3 3C CF FP PP PA Ac3c3A AccmccmA Al 加热时间加热时间加热时间由升温时间和保温时间组成。加热时间由升温时间和保温时间组成。确定加
31、热时间的原则：确定加热时间的原则：保证工件内外温度一致，奥氏体化过程充分，奥氏体均匀细小。保证工件内外温度一致，奥氏体化过程充分，奥氏体均匀细小。确定加热时间的依据：确定加热时间的依据：通常根据经验公式估算或通过实验确定。通常根据经验公式估算或通过实验确定。l 淬火介质淬火介质 两个方面的问题：两个方面的问题： 冷却速度大，容易获得马氏体。冷却速度大，容易获得马氏体。 冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。冷却速度大，内应力大，工件变形和开裂的倾向大。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火理想淬火介质的冷却曲线理想淬火介质的冷却曲线时间时间 / / s sM Ms sA A1 1温度温
32、度 / / C C理想淬火介质的冷却特性：理想淬火介质的冷却特性： 当冷却至当冷却至“鼻尖鼻尖”温度前冷却较慢，温度前冷却较慢，以充分降低热应力。以充分降低热应力。 在在“鼻尖鼻尖”温度附近具有较大的冷温度附近具有较大的冷却能力，避免产生非马氏体组织。却能力，避免产生非马氏体组织。 在在 M Ms s 点附近冷却尽量缓慢，以减少点附近冷却尽量缓慢，以减少马氏体转变时产生的组织应力。马氏体转变时产生的组织应力。 钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火常用淬火介质：常用淬火介质：水水特点：特点：经济，冷却能力较强，但在经济，冷却能力较强，但在M Ms s点附近冷速过快。点附近冷速过快。适用范围：适
33、用范围：碳钢。碳钢。盐水：盐水：盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。盐或碱的水溶液，高温冷却能力比水强，适用于碳钢。油油特点：特点：低温区（低温区（M Ms s点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，点附近）冷速缓慢，可有效降低变形和开裂倾向，但高温区冷却能力较低。但高温区冷却能力较低。适用范围：适用范围：合金钢。合金钢。种类：种类：锭子油、机油、柴油。锭子油、机油、柴油。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火（1 1）单液淬火）单液淬火（Simple QuenchingSimple Quenching）操作简单，易实现机械化。用于尺寸不操作简单，易实现机械化。用于尺寸不大、形
34、状简单的工件。大、形状简单的工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（2 2）双液淬火）双液淬火（Double QuenchingDouble Quenching）操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的操作复杂，不易掌握。用于形状复杂的高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。高碳钢及尺寸较大的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（3 3）分级淬火）分级淬火（Broken QuenchingBroken Quenching）工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂工艺较复杂。用于尺寸较大、形状复杂的合金钢工件。的合金钢工件。淬火后组织：淬火后组织：M M（4 4）等温淬火）等温淬火（Isothermal Quen
35、chingIsothermal Quenching）用于形状复杂和要求较高的小工件。用于形状复杂和要求较高的小工件。淬火后组织：淬火后组织：B B下下4.4.淬火方法淬火方法钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图时间时间 / s/ sM Ms sA A1 1温度温度 / / C C 5.5.钢的淬透性钢的淬透性l 淬透性淬透性（HardenabilityHardenability）的概念的概念 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬透层深度的能力。简单地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。简单
36、地讲，淬透性就是钢淬火时获得马氏体的能力。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火10100 075750 0252550500 025251001007575505030304040707060605050距表面距离距表面距离 /mm/mm2 24 46 68 8马氏体量马氏体量 / /100100非马氏体量非马氏体量 / /100100硬度硬度 / HRC/ HRC马氏体或非马氏体量马氏体或非马氏体量硬度硬度淬火工件截面上马氏体量与硬度的关系淬火工件截面上马氏体量与硬度的关系（w wC C=0.8%=0.8%）淬透性的量度：淬透性的量度：淬透性的大小用规定条件淬透性的大小用规定条件下钢淬火后
37、获得的淬硬层的下钢淬火后获得的淬硬层的深度表示。深度表示。淬硬层深度：淬硬层深度：由工件表面由工件表面到半马氏体区域的深度。到半马氏体区域的深度。l 影响淬透性的因素影响淬透性的因素淬透性的高低取决于钢的过冷奥氏体的稳定性。淬透性的高低取决于钢的过冷奥氏体的稳定性。过冷奥氏体的稳定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。过冷奥氏体的稳定性越高，淬透性越好，反之，淬透性越差。 什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？什么因素影响过冷奥氏体的稳定性？ C C曲线的位置。曲线的位置。 C C曲线右移，淬火临界冷却速度减小，淬透性提高。曲线右移，淬火临界冷却速度减小，淬透性提高。 凡是使钢的凡是使钢的C C曲线
38、向右移的因素，均提高钢的淬透性。曲线向右移的因素，均提高钢的淬透性。最主要因素：最主要因素：化学成分化学成分 除除CoCo外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。外，所有溶入奥氏体中的合金元素均提高淬透性。 含碳量愈接近共析成分的碳钢，其含碳量愈接近共析成分的碳钢，其C C曲线愈靠右，淬透性越高。曲线愈靠右，淬透性越高。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火 淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性（Hardening CapacityHardening Capacity）的区别：的区别： 淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，取决于钢本身。淬透性表示钢淬火后获得淬透层深度的能力，取决于钢本身。 淬
39、硬性表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。淬硬性表示钢淬火后所能达到的最高硬度，取决于钢的含碳量。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火钢种钢种牌牌 号号含碳量含碳量/%/%淬透性淬透性淬硬性淬硬性碳素结构钢碳素结构钢 20 200.20.2小小低低碳素工具钢碳素工具钢 T12 T121.21.2小小高高合金结构钢合金结构钢 20Cr2Ni4 20Cr2Ni40.20.2大大低低合金工具钢合金工具钢W18Cr4VW18Cr4V0.80.8大大高高几种典型钢种淬透性与淬硬性的比较几种典型钢种淬透性与淬硬性的比较l 淬透性的测定及其表示方法淬透性的测定及其表示方法 （1 1）末端淬火试
40、验）末端淬火试验（End-quench HardenabilityEnd-quench Hardenability test test）法法 通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为通过端淬试验测定淬透性，淬透性的数值为 。 （2 2）临界淬透直径）临界淬透直径（Critical Quench DiameterCritical Quench Diameter）法法 用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径用钢在某种淬火介质中能够完全淬透的最大直径D D0 0表示。表示。d dHRCHRCJ J钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火末端淬火试验法测定钢的淬透性末端淬火试验法测定钢的淬透性标准试样
41、，末端喷水标准试样，末端喷水测试硬度测试硬度淬透性曲线淬透性曲线二、回火二、回火（TemperingTempering）回火是紧接淬火之后的一种最终热处理工艺。回火是紧接淬火之后的一种最终热处理工艺。淬火钢为什么要回火？淬火钢为什么要回火？ 钢淬火后的组织是什么？钢淬火后的组织是什么？ 马氏体残余奥氏体，均为亚稳定的组织，在一定条件下要转变。马氏体残余奥氏体，均为亚稳定的组织，在一定条件下要转变。 马氏体的性能怎样？马氏体的性能怎样？ 马氏体硬度高、脆性大（尤其是高碳针状马氏体），性能不能满马氏体硬度高、脆性大（尤其是高碳针状马氏体），性能不能满 足工件的使用要求。足工件的使用要求。 马氏体转
42、变有什么特点？马氏体转变有什么特点？ 马氏体转变速度极快，工件淬火后内部有残余内应力，会导致工马氏体转变速度极快，工件淬火后内部有残余内应力，会导致工 件的变形或开裂。件的变形或开裂。 淬火后的工件不能直接使用！淬火后的工件不能直接使用！钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火1.1.回火的定义回火的定义回火是将淬火钢加热到回火是将淬火钢加热到A Ac1c1以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种以下某一温度，保温后再冷却到室温的一种热处理工艺。热处理工艺。2.2.回火的目的回火的目的降低或消除残余内应力降低或消除残余内应力防止工件变形或开裂。防止工件变形或开裂。减少或消除残余奥氏体减少或消除残余
43、奥氏体稳定组织，稳定工件的尺寸。稳定组织，稳定工件的尺寸。消除淬火钢的脆性消除淬火钢的脆性调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。调整工件的组织和性能，满足工件的使用要求。 钢淬火后应及时回火。钢淬火后应及时回火。 钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3.3.淬火钢在回火时的转变淬火钢在回火时的转变l 回火时的组织转变回火时的组织转变钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火第一阶段：第一阶段：马氏体的分解马氏体的分解温度范围：温度范围：100100 C C200200 C C，组织：，组织：回火马氏体。回火马氏体。第二阶段：第二阶段：残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解温度范围：温度范围：200
44、200 C C300300 C C ，组织：，组织：回火马氏体。回火马氏体。第三阶段：第三阶段：碳化物类型的转变碳化物类型的转变温度范围：温度范围：250250 C C400400 C C ，组织：，组织：回火托氏体。回火托氏体。第四阶段：第四阶段：渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和 相相的再结晶的再结晶温度范围：温度范围：400400 C C，组织：，组织：回火索氏体。回火索氏体。回回火火的的四四个个阶阶段段第一阶段第一阶段温度范围：温度范围：100100 C C200200 C C马氏体的分解马氏体的分解钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火过程：过程：马氏体中的过饱和碳以亚稳定相马氏体
45、中的过饱和碳以亚稳定相 -Fe-Fex xC C的形式析出。的形式析出。组织：组织：名称：名称：回火马氏体回火马氏体（Tempered MartensiteTempered Martensite）符号：符号：M M回回特征：特征：细小的片状细小的片状 -Fe-Fex xC C均匀均匀分布在分布在M M（ ）基体上。基体上。第二阶段第二阶段温度范围：温度范围：200200 C C300300 C C残余奥氏体的分解残余奥氏体的分解钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火过程：过程：残余奥氏体分解为过饱和残余奥氏体分解为过饱和 相相和亚稳定的和亚稳定的 -Fe-Fex xC C相。相。组织：组织：名
46、称：名称：回火马氏体回火马氏体（Tempered MartensiteTempered Martensite）符号：符号：M M回回特征：特征：细小的片状细小的片状 -Fe-Fex xC C均匀均匀分布在分布在M M（ ）基体上。基体上。第三阶段第三阶段温度范围：温度范围：250250 C C400400 C C碳化物类型的转变碳化物类型的转变钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火过程：过程：亚稳定的亚稳定的 -Fe-Fex xC C溶入溶入 中，同中，同时从时从 中析出中析出FeFe3 3C C，实现碳化物，实现碳化物类型的转变类型的转变。组织：组织：名称：名称：回火托氏体回火托氏体（Tem
47、pered TroostiteTempered Troostite）符号：符号：T T回回特征：特征：细粒状细粒状FeFe3 3C C均匀均匀分布在分布在 保持保持M M形态的形态的 基体上。基体上。第四阶段第四阶段温度范围：温度范围：400400 C C渗碳体的聚集长大和渗碳体的聚集长大和 相相的再结晶的再结晶钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火过程：过程：FeFe3 3C C聚集长大、聚集长大、 相相(F)(F)的形状通过的形状通过再结晶从再结晶从M M的针状转变为多边形（等轴的针状转变为多边形（等轴状晶粒）状晶粒）。组织：组织：名称：名称：回火索氏体回火索氏体（Tempered Sor
48、biteTempered Sorbite）符号：符号：S S回回特征：特征：细粒状细粒状FeFe3 3C C均匀均匀分布在分布在 多边形的多边形的F F基体上。基体上。l 回火时的性能变化回火时的性能变化回火过程中，钢的性能随组织变化，性能总体变化趋势是：回火过程中，钢的性能随组织变化，性能总体变化趋势是：随回火温度升高，钢的强度和硬度降低、塑性和韧性升高。随回火温度升高，钢的强度和硬度降低、塑性和韧性升高。随回火温度升高，内应力降低。随回火温度升高，内应力降低。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火3535钢的力学性能与回火温度的关系钢的力学性能与回火温度的关系马氏体含碳量马氏体含碳量残余奥
49、氏体量残余奥氏体量内应力内应力渗碳体尺寸渗碳体尺寸钢在回火时的变化钢在回火时的变化6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火4.4.回火工艺回火工艺l 低温回火低温回火（Low TemperingLow Tempering）目的：目的：降低淬火应力，改善工件韧性，获得高硬度和高耐磨性。降低淬火应力，改善工件韧性，获得高硬度和高耐磨性。温度：温度：150150 C C250250 C C 。组织：组织：M M回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC58HRC586464。高的硬度和高的耐磨性。高的硬度和高的耐磨性。应用：应用：工具、模具、轴承、渗碳工件、表面淬火工件等。工具、模具、轴承、渗碳工件、表面
50、淬火工件等。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬火与回火l 中温回火中温回火（Medium TemperingMedium Tempering）目的：目的：提高工件韧性，获得高的弹性极限和屈服强度。提高工件韧性，获得高的弹性极限和屈服强度。温度：温度：350350 C C500500 C C 。组织：组织：T T回回。性能：性能：硬度：硬度：HRC35HRC354545。高的弹性，高的屈服强度和屈强比，足够。高的弹性，高的屈服强度和屈强比，足够的韧性。的韧性。应用：应用：各种弹簧。各种弹簧。钢的热处理钢的淬火与回火钢的淬火与回火6.56.5钢的淬火与回火钢的淬
