1、第二章第一节热处理的基础知识一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用二、钢的淬火工艺及种类三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响四、淬透性及淬硬性的概念五、退火、正火的工艺方法六、铸、锻件预备热处理的作用七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用1.等温冷却转变图在生产上的运用(1)奥氏体等温转变图的概念图2-1为共析钢的等温冷却转变图，即奥氏体等温转变图。图2-1共析钢的过冷奥氏体等温转变图一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用(2)奥氏体等温转变图的意义1)在等温过程中，过冷奥氏体并不是瞬间发生转变的，而是需要一段准
2、备时间才开始转变，这段准备时间称为孕育期。2)孕育期和转变终了所需时间随转变温度而变化。3)根据转变温度和产物的不同，可将奥氏体等温转变图分为三个区域：从A1到鼻子温度(A1550)为高温转变区，转变产物是珠光体，故又称珠光体转变区；从鼻子温度到Ms(550230)为中温转变区，转变产物是贝氏体，故称贝氏体转变区；从Ms到Mf为低温转变区，转变产物是马氏体，故称马氏体转变区。一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用4)低于Ms(230)时，过冷奥氏体将发生马氏体转变。(3)奥氏体等温转变图在生产中的运用奥氏体等温转变图反映了过冷奥氏体等温转变的全部过程，是钢热处理的重要理论依据之一。1
3、)用来制定合理的热处理工艺，选择等温热处理(等温退火、等温淬火及分级淬火)和形变热处理的温度与等温时间。2)用来分析钢热处理后的组织和性能，以便合理选用钢种。3)用来估计钢的淬透性大小和选择适当的淬火介质。一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用4)用来比较各合金元素对钢的淬透层深度和Ms点的影响。5)目前生产中常用钢种的奥氏体等温转变图均可从有关手册中查出。2.连续冷却转变图在生产上的运用(1)连续冷却转变图与等温冷却转变图的比较连续冷却转变图(奥氏体连续冷却转变图)和等温转变图(奥氏体等温转变图)都反映了不同过冷度对奥氏体转变的影响，两者在本质上是一致的，因而它们之间具有内在联系，
4、其转变过程和转变产物类型基本上也能互相对应，特别是在高温区。一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用1)连续冷却时，过冷奥氏体的转变是在一个温度范围内完成的，故连续冷却得到的组织不很均匀，往往是几种组织的混合物。2)共析钢连续冷却时，如冷却速度缓慢，过冷奥氏体将全部转变成珠光体；如冷却速度过快，过冷奥氏体在中温区的停留时间尚没达到贝氏体转变所必需的孕育期，就已降至Ms点，开始马氏体转变。3)奥氏体连续冷却转变图比奥氏体等温转变图向右下移动，说明转变温度较低，孕育期较长，这也说明从奥氏体等温转变图上确定的临界冷却速度比从奥氏体连续冷却转变图上得到的临界冷却速度大。一、等温冷却转变图和连续
5、冷却转变图在生产上的运用2Z7.eps(2)奥氏体连续冷却转变图在生产上的运用奥氏体连续冷却转变图反映了不同冷却条件下，过冷奥氏体的转变过程、产物及硬度。1)分析热处理及热加工后的组织和性能：根据奥氏体连续冷却转变图和工件尺寸及工件在某一介质中冷却时截面上各部分的冷却速度，可以估计冷却后工件截面上各部分所得到的组织和性能。一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用2)制定钢的热处理工艺及选择淬火介质：奥氏体连续冷却转变图反映了钢的临界冷却速度大小，根据已知的工件尺寸，就可以通过选择合理的淬火介质，以达到工件的技术要求，对于大件热处理特别有用。3)合理选用钢种：当工件尺寸和技术要求确定后，
6、工件的冷却速度也就随之而定。图2-2常用淬火方法冷却曲线示意图一、等温冷却转变图和连续冷却转变图在生产上的运用4)为研究新钢种提供依据：奥氏体连续冷却转变图还反映了不同合金元素对过冷奥氏体转变影响的规律，这就为新钢种的成分设计提供了理论依据。二、钢的淬火工艺及种类1.单液淬火2.双介质淬火(1)经验公式法水中冷却时间按35mm/s计算。(2)水声判断法工件淬入水后会发出“丝丝”响声，随工件温度降低，声音逐渐变弱，具体操作时可在声音消失之前瞬间出水入油。(3)振动判断法工件淬入水中，通过淬火的吊挂工具如拎钩等，手上会感到明显振动，随温度下降，振动逐渐减弱，到振动大为减弱时，立即出水入油。3.马氏
7、体分级淬火4.贝氏体等温淬火二、钢的淬火工艺及种类5.预冷淬火6.局部淬火7.冷处理图2-3不同形状工件淬火浸入方式二、钢的淬火工艺及种类8.淬火操作方法1)对长轴类(包括丝锥、钻头、铰刀等长形工具)、圆筒类工件，应轴向垂直淬入。2)圆盘形工件应使其轴向与淬火介质液面保持水平淬入。3)薄刃工件应使其整个刃口同时淬入；薄片件应垂直淬入，使薄片两面同时冷却，大型薄片件应快速垂直淬入。4)厚薄不均的工件，应使厚的部分先淬入。5)对有凹面或不通孔的工件，应使凹面和孔朝上淬入，以利排除孔内的气泡。二、钢的淬火工艺及种类6)长方形有贯通孔的工件(如冲模)，应垂直斜向淬入，以增加孔部的冷却。三、淬火钢回火的
8、金相组织转变对钢的性能的影响1.回火时的组织转变(1)碳原子的偏聚和聚集在20100范围内，虽然铁和合金元素原子尚难以扩散，但碳原子已能作短距离的扩散，在转变为稳定组织的自发倾向驱使下，马氏体中过饱和的碳原子会自发地进行偏聚。(2)马氏体的分解所谓马氏体的分解是指在100250，马氏体内过饱和的碳原子脱溶，沉淀析出亚稳相-碳化物，使固溶体趋于平衡成分。三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响图2-4为1.09%钢回火时马氏体三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响图2-5马氏体碳浓度与三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响(3)残留奥氏体的转变碳素钢残留奥氏体的转变温度在300之
9、间。(4)碳化物的析出、转化和长大自马氏体分解开始，-碳化物就不断从马氏体中析出。(5)铁素体的回复与再结晶随着回火温度升高，碳化物不断析出，致使固溶体中的含碳量接近于平衡，这意味着铁素体开始回复。2.回火后的力学性能(1)回火对淬火钢硬度的影响当回火温度不超过200250范围时，回火后的组织是回火马氏体，其硬度较淬火马氏体只是稍有下降。三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响图2-6不同含碳量(质量分数)的碳钢回火温度与硬度的关系三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响(2)回火对钢的强度、塑性和韧性的影响图2-7描述了低碳、中碳及高碳钢的力学性能与回火温度的关系。图2-7碳钢的力学
10、性能与回火温度的关系a)低碳钢(=0.2%)b)中碳钢(=0.41%)c)高碳钢(=0.82%)三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响3.二次硬化、回火脆性及耐回火性(1)二次硬化所谓二次硬化是指铁碳合金在一次或多次回火后提高硬度的现象，这种硬化现象是由于特殊碳化物的离位析出和(或)残留奥氏体转变为马氏体或贝氏体所致。1)马氏体转变过程中的弥散强化作用：钢中含有强烈碳化物形成元素如Cr、Mo、W、V、Ti、Nb等，富集于渗碳体中。三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响2)残留奥氏体转变成回火马氏体或下贝氏体：这类钢中的残留奥氏体在回火加热、保温过程中不发生分解，而在随后的回火冷却过
11、程中转变为马氏体或下贝氏体，这种现象称为二次淬火。(2)回火脆性一般情况下，淬火钢回火时其冲击韧度值随回火温度的升高而增大。1)第一类回火脆性：钢淬火后在300左右回火时所产生的回火脆性称为第一类回火脆性或不可逆回火脆性。三、淬火钢回火的金相组织转变对钢的性能的影响2)第二类回火脆性：含有铬、锰、铬-镍等元素的合金钢淬火后，在脆化温度(450550)区回火，或经更高温度回火后缓慢冷却通过脆化温度区所产生的脆性，称为第二类回火脆性或可逆回火脆性。(3)耐回火性淬火钢在回火时抵抗软化的能力称耐回火性。四、淬透性及淬硬性的概念1.淬透性及淬硬性的概念(1)淬硬性淬硬性是以钢在理想条件下淬火所能达到的
12、最高硬度来表征的材料特征。(2)淬透性淬透性是指以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性。图2-8工件淬硬层与冷却速度的关系四、淬透性及淬硬性的概念2.淬透性的测定方法(1)临界直径法钢材在某种介质中淬冷后，心部得到全部马氏体或50%马氏体组织时的最大直径称为临界直径，用Dc表示。(2)顶端淬火法即端淬试验，用标准尺寸的端淬试样(?25mm100mm)，经奥氏体化后，在专用设备上对其一端面喷水冷却。图2-9端淬法试验原理图四、淬透性及淬硬性的概念图2-10几种钢的淬透性带四、淬透性及淬硬性的概念3.各种因素对淬透性的影响(1)化学成分的影响碳的影响是主要的，当钢的wC低于1.2%时
13、，随奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，奥氏体等温转变图右移，钢的淬透性增大；但当wC大于1.2%时，钢的临界冷却速度反而升高，奥氏体等温转变图左移，淬透性下降。(2)奥氏体晶粒大小的影响奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响，粗大的奥氏体晶粒能使奥氏体等温转变图右移，降低了钢的临界冷却速度，所以粗晶粒的钢具有较高的淬透性。四、淬透性及淬硬性的概念(3)奥氏体均匀程度的影响在相同过冷度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，奥氏体等温转变图右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高。(4)钢的原始组织的影响钢中原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。五
14、、退火、正火的工艺方法1.退火(1)完全退火完全退火是目前广泛应用于中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、轧制件等的退火工艺。1)完全退火工艺曲线：见图2-11。图2-11完全退火工艺曲线五、退火、正火的工艺方法2)常用结构钢退火温度与退火后的硬度：见表2-1。表2-1常用结构钢的完全退火温度与硬度值3)装炉方法：中、小件可直接装入退火温度的炉内，也可低温装炉，随炉升温。五、退火、正火的工艺方法4)保温时间：保温时间是指从炉子仪表到达规定退火加热温度开始计算至工件在炉内停止加热开始降温时的全部时间。5)冷却方式：保温完成后，一般停电关闭炉门缓冷至500时出炉空冷。(2)等温球化退火等温球化退火是主要适用
15、于共析钢和过共析钢的退火工艺。1)等温球化退火工艺曲线：见图2-12。五、退火、正火的工艺方法图2-12等温球化退火工艺曲线五、退火、正火的工艺方法2)常用工具钢、轴承钢等温退火温度及硬度：见表2-2。五、退火、正火的工艺方法表2-2工具钢、轴承钢的等温退火温度及硬度值五、退火、正火的工艺方法表2-2工具钢、轴承钢的等温退火温度及硬度值3)等温球化退火工艺规范：装炉方法、保温时间与完全退火相同。4)等温保温时间：主要根据装炉量与钢材种类选取，一般34h。(3)去应力退火去应力退火是将工件加热到A1以下适当温度，保温一定时间后缓慢冷却的工艺方法。五、退火、正火的工艺方法1)去应力退火工艺曲线：见
16、图2-13。图2-13去应力退火工艺曲线五、退火、正火的工艺方法2)不同工件去应力退火工艺：工艺参数见表2-3。3)去应力退火的温度：通常比最后一次回火温度低2030，以免降低硬度及力学性能。4)对薄壁、易变形件，退火温度应低于下限。5)低温时效：用于工件的半加工之后(如粗磨或第一次精磨之后)，一般采用较低温度。6)铸铁件低温退火：见本书第一章第四节铸铁及其热处理。五、退火、正火的工艺方法表2-3去应力退火工艺及低温时效工艺(4)退火操作要领五、退火、正火的工艺方法1)操作前应根据工件材料、技术要求、尺寸大小、形状特征及数量多少等具体情况制定工艺方法，并安排生产。2)抽查待处理零件的变形量是否
17、符合工艺要求。3)检查设备仪表运行情况。4)去应力退火一般采用箱式或井式电炉；低温时效多在油浴中进行。5)细长轴类工件宜在井式炉或井式油浴中处理。6)低温时效工件装出炉时应避免碰撞，轻拿轻放，细长轴类等工件应垂直吊挂存放，以防因自重变形。五、退火、正火的工艺方法7)去应力退火或低温时效后的工件，如需校直，则校直后必须重新进行去应力退火或低温时效。2.正火(1)目的及应用1)作为低碳钢和某些低合金结构铸钢及锻件消除应力，细化组织，改善可加工性能和淬火前的预备热处理。2)消除网状碳化物，为球化退火作组织准备。3)用于某些碳钢、低合金钢工件在淬火返修时，消除内应力和细化组织，以防重新变形和开裂。4)
18、作为某些结构件的最终热处理。(2)工艺规范五、退火、正火的工艺方法1)表2-4列出了常用钢号的正火加热温度及硬度值。表2-4常用钢号的正火温度及硬度值五、退火、正火的工艺方法2)正火保温时间可参照淬火保温时间计算。3)正火工件一般为空冷，大件正火也可采用风冷、喷雾冷却等，以获得最佳效果。(3)操作要领1)工艺规范(正火温度)相近的工件允许同炉处理。2)对表面质量要求高的工件加热时应采取防止氧化、脱碳的保护措施。3)工件一般采用工作温度或略高于工作温度装炉。4)工件应均匀放置在炉子的有效工作区内。5)工件出炉后，应散放在干燥处空冷，不得堆积和放在潮湿处。六、铸、锻件预备热处理的作用1.铸件(1)
19、铸件的缺陷1)晶粒粗大：常出现粗大片状珠光体，周围有又粗又厚的铁素体网或粗大的铁素体晶粒。2)魏氏组织：铁素体以针状出现，脆性较大。3)枝晶偏析：造成成分不均匀。4)内应力较大：这是由于凝固和冷却的不均匀引起的。(2)铸件的预备热处理方法铸件的预备热处理，一般是在铸造后立即进行退火或正火。1)低碳钢应选用正火处理，以获得均匀的铁素体加细片状珠光体组织。六、铸、锻件预备热处理的作用2)中碳钢及合金钢一般采用完全退火或等温球化退火，获得铁素体加片状(或球状)珠光体组织。3)如仅为了清除铸造应力，则采用去应力退火即可。4)较大的大型铸件，往往会出现枝晶偏析，这时可采用均匀化退火处理。2.锻件(1)锻
20、件的缺陷锻件在锻造过程中由于锻造温度不易控制，坯件各部位变形不均匀，或锻后冷却速度不均匀等原因，造成锻件微观组织不均匀，晶粒粗细不均匀，硬度偏高且不均匀。六、铸、锻件预备热处理的作用(2)锻件的预备热处理方法对于锻件中一般的缺陷，通常可采取下述预备热处理的方法加以消除。1)对于wC低于0.45%的碳钢和wC低于0.40%的低合金结构钢，采用正火比较合适。2)对于wC在0.45%0.70%之间的碳素结构钢和弹簧钢，以及wC高于0.40%的合金结构钢和合金弹簧钢铸件，一般应采用完全退火。3)对于工具钢应采用球化退火。4)对于需要渗氮或高频感应加热淬火的小型锻件，以及合金元素含量较高的钢种，如18C
21、r2Ni4WA等退火不易软化的钢种，可采用调质处理作为预备热处理。六、铸、锻件预备热处理的作用(3)防止白点的热处理对于大型锻、轧件中出现的白点，则应分析其产生的原因，采取相应的预防白点退火处理。1)白点的形成：白点常在大件锻、轧后，在冷却速度较快的情况下，在一定温度范围内(一般是在20200间)形成。2)防止白点热处理：钢中氢含量和内应力是形成白点的最主要因素，因此防止白点的热处理，实际上就是用长时间退火使存在于钢中的氢扩散出来，并降低钢材中的内应力，这种热处理也称为预防白点退火。六、铸、锻件预备热处理的作用图2-14预防白点退火工艺曲线a)碳钢及低合金钢b)中合金钢c)高合金钢七、热处理常
22、见缺陷产生的原因及预防和补救方法1.钢的加热缺陷及其防止措施(1)欠热、过热和过烧欠热、过热和过烧都是加热时的组织缺陷，它们都因加热不当形成非正常组织，导致材料的性能下降甚至报废。1)欠热：欠热也叫加热不足，是由于加热温度过低或加热时间太短，未充分进行奥氏体化而引起的组织缺陷。2)过热：工件加热温度偏高而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象称为过热。3)过烧：工件加热温度过高，致使晶界氧化和部分熔化的现象称为过烧。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法图2-15魏氏组织七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法(2)氧化与脱碳1)氧化：金属加热时，介质中的氧、二氧化碳和水蒸气等与
23、金属反应生成氧化物的过程称为氧化。2)脱碳：工件加热时介质与工件中的碳发生反应，使表层碳质量分数降低的现象称为脱碳。3)变形、开裂：热处理工件在加热过程中有产生变形与开裂的可能。2.钢的淬火缺陷及其防止措施(1)淬火内应力钢件在加热和冷却的过程中，不仅因热胀冷缩会发生体积变化，而且还会因相变时新旧两相质量体积的不同而发生体积的变化。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法1)热应力：工件在加热和(或)冷却时，由于不同部位出现温差而导致热胀和(或)冷缩的不一致所引起的应力，称为热应力。2)相变应力：热处理过程中因工件不同部位组织转变不同而产生的内应力，称为相变应力。(2)淬火变形1)淬火变形
24、的形式：淬火变形有两种主要形式，一种是工件几何形状的变化，它表现为尺寸及外形的变化，常称为扭曲或翘曲，系淬火应力所引起；另一种是体积的变化，它表现为工件体积按比例的胀大或缩小，系相变时的质量体积变化所引起。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法2)淬火变形的趋向：由内应力和组织转变所引起的变形趋向是不同的。热应力引起的变形趋向。工件在热应力的作用下，冷却初期心部受压应力，而且在高温下塑性较好，故心部沿长度方向缩短，再加上随后冷却过程中的进一步收缩，结果其变形趋势是工件沿轴向缩短，平面凸起，棱角变圆。相变应力引起的变形趋向。淬火过程中相变应力的变化情况恰巧与热应力相反，所以它引起的变形趋向
25、也与之相反，表现为工件沿最大尺寸方向伸长，力图使平面内凹，棱角突出。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法 组织转变造成的变形趋向。组织转变所引起的体积变化称体积效应，一般总是使工件体积在各个方向上作均匀的膨胀与缩小。不过对圆(方)孔工件(尤其是壁厚较薄的)来说，则当其体积增大或缩小，往往是高度、外径和内腔等尺寸均同时增大或缩小。这主要是由于体积变化时所引起的内腔周长尺寸变化超过了壁厚方向上的尺寸变化所致。表2-5各种典型钢件的淬火变形趋向七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法表2-5各种典型钢件的淬火变形趋向3)淬火变形的影响因素：淬火变形的影响因素主要包括钢的成分及原始组织、零
26、件的几何形状、热处理工艺本身等等。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法 钢的化学成分的影响。钢的化学成分中以含碳量对淬火变形的影响最大。随着钢中含碳量的升高，马氏体的质量体积增大，因组织转变而引起的体积变化及因相变应力而引起的淬火变形便越大。但高碳钢由于残留奥氏体量的增加，抵消了一部分马氏体转变的膨胀作用，而使体积变化相对减小。钢的原始组织的影响。由于钢淬火前原始组织不同，其质量体积也就不同，故通过淬火，钢的体积变化就不同。如层片状珠光体的质量体积不如球状珠光体的大，因此要求淬火后变形小的零件及工具，若淬火前进行一次预先调质处理，可以减少变形。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方
27、法 零件尺寸及形状对变形的影响。工件的壁厚越大，则在一定条件下其淬透层越浅，因而热应力的作用就越大；反之则以相变应力变形为多。热处理工艺的影响。提高淬火温度使热应力和相变应力都相应增加，因而使零件变形增大。冷却方式对淬火变形也有较大影响，降低在马氏体点以上的冷却速度，可减少因热应力而引起的变形；降低在马氏体点以下的冷却速度，可减少因相变应力而引起的变形。因此，分级及等温淬火均是减少淬火变形的有效方法。(3)淬火裂纹淬火裂纹多数在淬火冷却后期产生的。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法1)纵向裂纹：工件的纵向裂纹又称轴向裂纹，见图2-16。图2-16淬火工件的纵向裂纹2)横向裂纹：横向裂
28、纹又称弧形裂纹。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法图2-17高碳钢工件中的弧形裂纹七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法3)应力集中裂纹：有些零件由于结构上的需要，或设计不合理而具有尖角、切口、凹槽等，这些部位往往易于产生应力集中。4)网状裂纹：网状裂纹是一种表面裂纹，其深度较浅，在2mm范围内。5)淬火过热裂纹：淬火加热温度过高必然引起奥氏体晶粒粗大，因而降低了其强度和塑性。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法(4)防止淬火变形及裂纹的措施为了减少及防止工件淬火变形和裂纹，一是应合理的设计零件：工件结构尽量对称，减少截面的厚薄悬殊，避免尖角和薄边及厚薄交界处应平滑过渡
29、；二是要合理选材：对于易变形、淬裂的零件选用合金钢，对硬度要求不高的结构件，在满足硬度要求的情况下，尽可能选用碳质量分数较小的碳钢以减少变形；三是制定的热处理技术要求要合理：在满足性能要求的前提下，尽量降低硬度要求，或采用局部和表面淬硬等方法；七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法最后零件毛坯应进行正确的热加工(铸、锻、焊)和预先热处理：钢材中某些冶金缺陷，如结构钢中的带状组织、高碳合金钢中的碳化物偏析等，会加剧淬火变形并降低钢的性能，需通过良好的锻造来改善此类冶金缺陷。1)合理的选择加热温度：在保证淬硬的前题下，一般应尽量选择低一些的淬火温度。2)合理的进行加热：应尽量做到均匀加热，减
30、少加热时的热应力。3)正确选择冷却方法和冷却介质：尽可能选用预冷淬火、分级淬火和分级冷却方法。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法4)正确掌握淬火操作方法：正确选择工件淬入介质的方式，保证工件得到最均匀的冷却并沿着最小阻力方向淬入淬火介质，将冷却最慢的面朝着淬火介质的液面运动。3.其他缺陷(1)淬火硬度不足硬度不足是指整个工件或较大区域内硬度达不到技术要求。1)欠热：欠热使奥氏体的碳和合金元素含量不够，甚至没有完全奥氏体化，组织中残存有未转变的珠光体和铁素体。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法2)过热：过共析钢因过热奥氏体溶有过量的碳和合金元素，使Ms点降低，以致淬火后因残留
31、大量奥氏体而降低硬度。3)冷却速度不够：工件在淬火过程中，因冷却速度不够而发生或部分发生奥氏体珠光体转变。4)操作不当：如预冷淬火时间过长，双液淬火时在水中停留时间太短，分级淬火时分级温度太高或停留时间过长等，均会造成奥氏体分解而在最终组织中出现非马氏体组织，使硬度降低。(2)软点工件上硬度不足的小区域称为软点。1)原材料缺陷：如钢中存在大块铁素体或带状组织。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法2)欠热：因加热温度太低或保温时间不足，使奥氏体成分不均匀，或亚共析钢中铁素体未全部溶入奥氏体。3)冷却不均：工件在淬火介质中搅动不充分、淬火加热时堆放在一起、工件表面有氧化皮等污物附着以及淬火
32、介质中混有肥皂、油污等，都会造成工件冷却不均匀，使局部小区域发生高温转变而形成软点。4)表面脱碳：工件表面局部脱碳或渗碳后表面存在低碳浓度区，也会形成软点。(3)回火缺陷1)硬度不合格：回火后硬度过高通常情况下是回火不充分所致，补救办法是按正常回火规范重新回火。七、热处理常见缺陷产生的原因及预防和补救方法2)韧性过低：在第一类回火脆性区回火或具有第二类回火脆性敏感的钢材，回火后未进行快冷，都会使工件回火后的脆性增加。第二节合金元素在钢中的作用一、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响二、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢性能的影响第二节合金元素在钢中的作用2Z8.eps一、合金元素对Fe-F
33、e3C相图的影响1.合金元素与铁的作用(1)扩大相区的元素Ni、Mn、C、N、Cu等都是扩大相区的元素，如图2-18a所示，这类元素的特点是使A3点(Fe-Fe3C相图中的GS线)下降，A4点(Fe-Fe3C相图中NJ线)上升。(2)缩小相区的元素Si、Cr、Mo、W、Al、Ti等都是缩小相区的元素，如图2-18b所示，这类元素的特点是使A3点将上升，A4点将下降。一、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响图2-18合金元素对相区的影响a)扩大相区类型b)缩小相区类型一、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响2.合金元素与碳的作用(1)非碳化物形成元素Ni、Si、Co、Al、Cu、N等元素，它们与碳不
34、形成碳化物，在钢中几乎都溶于铁素体和奥氏体中，少数可形成其他化合物。(2)碳化物形成元素按合金元素形成碳化物的稳定程度，将它们由强到弱顺序排列为：Ti、Zr、Nb、V、Mo、W、Cr、Mn、Fe。3.合金元素对相变点的影响(1)对共析点S的影响一般情况下所有合金元素溶入奥氏体中都能使共析碳的质量分数下降，即S点左移。一、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响(2)对共析温度(A1)的影响所有扩大相区的元素均降低A1温度；反之，所有缩小相区的元素均提高A1温度。二、合金元素对钢热处理的影响1.合金元素对钢加热转变的影响(1)合金元素对奥氏体形成速度的影响合金元素是通过改变碳的扩散速度来影响奥氏体的形
35、成速度的。(2)合金元素对奥氏体晶粒长大的影响1)强烈阻止奥氏体晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr、Al(少量)等。2)中等程度阻止奥氏体晶粒长大的元素：W、Mo、Cr等。3)稍许阻止奥氏体晶粒长大的元素：Si、Co、Ni、Cu等。4)促进奥氏体晶粒长大的元素：P、Mn等。二、合金元素对钢热处理的影响2.合金元素对钢冷却转变的影响(1)合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响，清晰地反映在钢的奥氏体等温转变图上。1)含非碳化物形成元素(如Si、Ni、Cu)及弱碳化物形成元素(如Mn)的合金钢只使奥氏体等温转变图右移，但不改变奥氏体等温转变图的形状。2)含一定量碳化
36、物形成元素时，奥氏体等温转变图中同时出现两个“鼻子”。二、合金元素对钢热处理的影响3)含Cr量高的钢，如1Cr13、2Cr13等，贝氏体转变被大大推迟或基本被抵制，其奥氏体等温转变图只有珠光体转变和马氏体转变，见图2-19c。4)含W、Mo的合金钢与含Cr的相反，它们对珠光体转变的推迟作用比贝氏体转变要更强烈，因此使奥氏体等温转变图上只出现贝氏体转变和马氏体转变区，见图2-19d。5)过冷奥氏体稳定性元素含量很高的合金钢，如1Cr18Ni9Ti、Mn13等，其奥氏体等温转变图没有珠光体和贝氏体转变，只有马氏体转变，见图2-19e所示。二、合金元素对钢热处理的影响图2-19合金钢奥氏体等温转变图
37、的五种形式(2)合金元素对马氏体转变的影响由于马氏体转变是非扩散型的转变，二、合金元素对钢热处理的影响合金元素对其影响主要表现在对马氏体转变温度(MsMf)的改变，进而影响淬火钢中残留奥氏体量的多少。1)对马氏体转变温度的影响：除Co、Al提高马氏体开始转变温度Ms点以外，其他合金元素均使Ms降低。图2-20合金元素对点的影响二、合金元素对钢热处理的影响2)对淬火钢中残留奥氏体量的影响：一般来说，淬火钢中残留奥氏体量多少与Ms点的位置密切相关。(3)合金元素对钢淬透性的影响1)根据合金元素对钢淬透性的影响，大致可分为三类：提高淬透性元素，作用由强至弱依次为Mn、Mo、Cr、Si、Cu、P、B、
38、N。微量的B(wB为0.001%0.005%)即能显著提高钢的淬透性。Ti、Nb、V、Zr等元素，如形成碳化物则降低钢的淬透性，如溶入奥氏体中，则提高钢的淬透性。Co降低淬透性，Al对淬透性的影响尚不清楚。二、合金元素对钢热处理的影响2)合金钢较好的淬透性，对于实际生产具有十分重要的意义 合金钢淬火时大都可使用冷却能力较弱的淬火介质(如油等)，或采用分级、等温淬火等方式，这样可大大减少工件变形与开裂倾向。可增加大截面工件的淬透层深度，从而获得较高的、沿截面均匀分布的力学性能。某些合金钢(如高速钢、某些不锈钢)由于含有大量提高淬透性的合金元素，过冷奥氏体极稳定，即使空冷也可获得马氏体，这类马氏体
39、钢退火较困难。3.合金元素对淬火钢回火转变的影响二、合金元素对钢热处理的影响(1)高回火稳定性由于合金元素溶入马氏体后，使原子扩散速度减慢，导致马氏体在回火过程中不易分解，碳化物析出困难和难以聚集长大，这样合金钢在相同温度回火后强度、硬度下降较少，即具有比碳钢高的回火稳定性。(2)某些高合金钢在回火时产生“二次硬化”如W18Cr4V、Cr12钢等在回火后都有明显的二次硬化现象产生。(3)某些合金元素使钢在回火时产生第二类回火脆性合金钢在250400与碳钢相似，会有第一类回火脆性。三、合金元素对钢性能的影响1.合金元素对钢力学性能的影响(1)对退火(正火)态钢力学性能的影响结构钢在退火(或正火)
40、状态下的基本组成相都是铁素体和碳化物。(2)对淬火、回火态钢力学性能的影响合金元素对钢最显著的影响，表现在其对淬火、回火态钢力学性能的影响上。1)对低温回火钢力学性能的影响：合金元素在淬火、低温回火后得到回火马氏体组织。2)对中温回火钢力学性能的影响：淬火钢中温回火后的组织一般为回火托氏体组织，它由合金铁素体与极细小的合金碳化物组成。三、合金元素对钢性能的影响3)对高温回火钢力学性能的影响：合金钢经调质处理后，与碳钢一样为回火索氏体组织。合金元素能提高钢的淬透性，可使大型零件在淬火后沿截面获得较均匀的马氏体组织，经高温回火后可得到比较均匀的回火索氏体组织，从而大大提高大截面零件的综合力学性能。
41、合金元素能阻止钢在高温回火时碳化物的聚集、长大，故能获得高度弥散分布的细小碳化物，从而使调质后合金钢有较高的强度(包括热强性)和韧性。三、合金元素对钢性能的影响 合金元素能提高铁素体的再结晶温度，因此在高温回火能得到细小铁素体晶粒，使调质后的钢具有较高的强度及韧性。合金元素固溶于铁素体中，能强化调质钢；能细化奥氏体晶粒的合金元素均可增加调质钢的韧性。2.合金元素对钢工艺性能的影响(1)合金元素对钢铸造性能的影响钢中加入合金元素后，特别是熔点较高的难熔元素后，钢在液态时的粘度增加，使钢的铸造性能变坏。三、合金元素对钢性能的影响(2)合金元素对钢可锻性能的影响大多数合金钢，特别是含有大量碳化物的合
42、金钢，其热塑性明显下降，锻造时易开裂；由于合金钢高温强度远高于碳钢，锻造时需要较大的变形力；合金钢的导热性差，锻造加热必须缓慢，冷却也必须缓慢，以防开裂。B2T6.eps三、合金元素对钢性能的影响(3)合金元素对钢焊接性能的影响对焊接性能影响最大的是钢中含碳量，含碳量越低，焊接性能越好。(4)合金元素对钢切削性能的影响许多合金钢含有大量硬而脆的碳化物，即使在较适于切削加工的硬度范围内(170230HBS)，其加工性能也比碳钢差。2Z9.eps第三节常用钢的热处理工艺方法一、调质钢的热处理二、弹簧钢及其典型零件的热处理三、滚动轴承钢及其热处理四、刃具钢及刀具的热处理五、模具钢及其热处理六、量具钢
43、及量具的热处理一、调质钢的热处理1.对调质钢基本性能的要求(1)良好的综合力学性能为保证调质零件的使用性能，要求调质钢具有良好的力学性能。(2)足够的淬透性调质钢必须具有足够的淬透性，才能保证零件获得调质后的正常组织(回火索氏体)，从而发挥其良好的综合力学性能。2.调质钢的化学成分与热处理特点(1)化学成分特点1)碳的作用：调质钢的wC一般在0.25%0.50%范围内，以此保证淬透性的要求，并保证有足够体积的碳化物相，使其起到弥散强化的作用。一、调质钢的热处理2)调质钢中合金元素的作用 提高淬透性。在调质钢中加入锰、硅、铬、镍这些元素，目的是提高钢的淬透性。锰、铬是提高淬透性的最有利的元素，而
44、且价格便宜，所以合金调质钢都以锰、铬为主加元素。镍对淬透性的贡献次之，在含铬的钢中加入镍，可明显增加淬透性。但是由于镍的价格昂贵，所以一般不作为调质钢的主加元素。研究和实践证明，钢中加入微量的硼(wB为0.001%0.005%)能显著提高淬透性。一、调质钢的热处理 提高回火稳定性。钢经调质后得到回火索氏体组织，这种组织是在再结晶的细晶粒铁素体上分布着弥散的粒状碳化物，它的强度(或硬度)主要取决于铁素体的强度和碳化物的弥散强化作用。因此，凡是提高回火稳定性的元素，以及能强化铁素体或能增加碳化物的弥散度的元素，均可提高回火后的强度。对铁素体强化效果最佳的元素是硅、锰，其次是镍、钨、钼，再次是铬。一
45、、调质钢的热处理 细化奥氏体晶粒。加入调质钢中细化晶粒的元素有钒、钛等。钒在含锰的钢中少部分可溶入奥氏体中，略能提高淬透性，而大部分则以碳化物或氮化物形式存在，从而起到细化晶粒的作用。由于钒的碳化物很难溶于奥氏体中，且达到一定含量时反而会降低淬透性，故应用较少。抑制第二类回火脆性。钢中含有铬、锰、镍、硼等元素时，会增加钢对第二回火脆性的敏感性，当铬、锰、镍同时存在时，产生的影响更甚。抑制第二类回火脆性，除采用回火后快冷外，还可以在钢中加入适量的钼或钨元素。一、调质钢的热处理(2)热处理特点由于调质钢碳含量均在中碳范围，加上合金元素的强烈影响，所以许多钢在热加工后组织上存在较大的差异。1)淬火：
46、钢件在Ac3以上(3050)范围内加热，温度过高，会导致奥氏体晶粒粗大，冷却时加大变形和开裂的倾向。一、调质钢的热处理表2-7常用调质钢淬火工艺参数2)回火：调质钢一般的回火温度在500650之间，具体温度根据调质件的性能确定。3.常用调质钢一、调质钢的热处理(1)碳素调质钢一般用优质碳素结构钢中的中碳钢作为调质钢，例如3550钢或40Mn等，其中45钢应用最广。(2)合金调质钢合金元素加入，极大地提高了这类钢的淬透性以及综合力学性能。1)低淬透性调质钢：这类钢的油冷淬火临界直径为2040mm，钢中合金元素种类少，质量分数低，一般不大于2.5%。2)中淬透性调质钢：这类钢的油冷淬火临界直径为4
47、060mm，通常含有两种以上合金元素，如铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢、铬锰硅钢以及一些含硼钢种。一、调质钢的热处理3)高淬透性调质钢：这类钢的油冷淬火临界直径大于或等于60100mm，合金元素的总含量比上述钢多，主要钢种有铬镍钼钢、硅锰钼钒硼钢等。4.典型调质零件的热处理及常见缺陷和预防措施(1)柴油机连杆的选材及热处理1)连杆的工作条件及性能要求：连杆在工作时，除了受到气缸的爆发力外，还受到往复惯性力和旋转惯性力。2)加工路线：下料锻造成形调质机加工；也可以采用锻造余热淬火的工艺，该工艺加工路线为：下料锻造成形余热淬火、回火机加工。一、调质钢的热处理3)热处理工艺：连杆锻造成形后，除了个别与其他零
48、件配合的部位需要加工外，其余部分的形状都不再改变，因此连杆表面不能有裂纹、折叠、过烧、氧化等缺陷。淬火。为了获得均匀的马氏体组织，按理论计算淬火加热温度应选择810850。但是为了增加淬硬层深度，减少游离铁素体的含量，以及考虑到加热炉的特点、测温的情况、连杆出炉后表面降温和冷却剂的选用等一系列因素，故生产上将淬火加热温度提高到86010。加热时炉内通入保护气氛。一、调质钢的热处理 回火。回火温度为620640，时间为12h，出炉后水冷(2040)，以防止回火脆性的产生。回火后硬度在227255HBS之间。一、调质钢的热处理表2-8连杆热处理常见缺陷及预防或补救措施(2)机床主轴的热处理一、调质
49、钢的热处理1)机床主轴的工作条件及性能要求：磨床主轴工作时除了承受扭转、弯曲和一些冲击载荷外，轴颈和拆装部分还受到摩擦作用。2)机床主轴的加工路线：下料锻造退火粗车调质精车去应力处理粗车探伤渗氮精磨。3)机床主轴的热处理工艺一、调质钢的热处理 退火。锻造后毛坯退火目的是降低硬度，改善加工性能，消除锻造应力，细化晶粒，并为调质处理做好组织准备。由于38CrMoAlA钢的脱碳倾向较大，退火温度不宜太高，生产上采用920，保温时间3h，随炉冷却至500左右出炉空冷，退火后的硬度为230280HBS。调质处理。包括：一、调质钢的热处理 去应力处理。目的是消除机械加工生产的内应力和回火过程中尚未去除残余
50、应力，保证在渗氮时组织的稳定和轴不变形。去应力处理的温度低于回火温度约2030，在630左右。保温时间，以便充分消除应力，保温后炉冷至350时，出炉空冷。渗氮。渗氮前表面进行严格清洗，不允许有任何油污和铁锈。非渗氮部位用镀锡或涂料加以保护。渗氮采用冷炉装料，主轴最好垂直悬挂，以防止变形。装炉后要密封。二、弹簧钢及其典型零件的热处理1.弹簧钢的基本性能要求1)应具有高的强度极限：对减振弹簧，从吸收能量方面考虑，要求有高的弹性极限。2)应具有高的疲劳极限：以免发生早期疲劳失效。3)应具有一定的韧性及较好的工艺性能：以保证弹簧工作时安全可靠和制造过程中的加工成形。4)对于淬火、回火的弹簧：要求不易脱
