1、第一节第一节 钢在加热时的转变钢在加热时的转变第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变第三节第三节 过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 第五节第五节 钢的淬火钢的淬火第六节第六节 钢的回火钢的回火第七节第七节 钢的表面热处理和化学热处理钢的表面热处理和化学热处理第八节第八节 热处理技术条件及工序位置热处理技术条件及工序位置第六章 钢的热处理热处理热处理：指将钢在固态下加：指将钢在固态下加热、保温和冷却，以改变热、保温和冷却，以改变钢的组织结构，获得所需钢的组织结构，获得所需要性能的一种工艺。要性能的一种工艺。热处理工艺曲线热处理工艺曲线热处理热处理
2、原理原理：描述热处理时钢中组织转变的规律。：描述热处理时钢中组织转变的规律。热处理热处理工艺工艺：根据热处理原理制定的温度、时间、介：根据热处理原理制定的温度、时间、介质等参数。质等参数。在机床制造中在机床制造中约约60-70%60-70%的零的零件要经过热处理。件要经过热处理。在汽车、拖拉机制造业中在汽车、拖拉机制造业中需需热处理的零件达热处理的零件达70-80%70-80%。l热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用热处理是一种重要的加工工艺，在制造业被广泛应用.l模具、滚动轴承模具、滚动轴承100%100%需经过热需经过热处理。处理。l总之，总之，重要零件重要零件都需适当热处都需适
3、当热处理后才能使用。理后才能使用。热处理特点热处理特点:热处理区别于热处理区别于其他加工工艺如铸造、压其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是力加工等的特点是只通过只通过改变工件的组织来改变性改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。能，而不改变其形状。铸造铸造轧制轧制热处理强化适用范围热处理强化适用范围:只适用于只适用于固态下发生相固态下发生相变变的材料。的材料。工艺总称工艺总称工艺类型工艺类型工艺名称工艺名称代号代号热处理热处理(代号代号5 5）整体热处理整体热处理（代号（代号1 1）退火退火正火正火淬火淬火淬火和回火淬火和回火调质调质稳定化处理稳定化处理固溶处理，水韧处理固溶处理，水韧处理
4、固溶处理固溶处理+时效时效1 12 23 34 45 56 67 78 8表面热处理表面热处理（代号（代号2 2）表面淬火和回火表面淬火和回火物理气相沉积物理气相沉积化学气相沉积化学气相沉积等离子体增强化学气相沉积等离子体增强化学气相沉积离子注入离子注入1 12 23 34 45 5化学热处理化学热处理（代号（代号3 3）渗碳渗碳碳氮共渗碳氮共渗渗氮渗氮氮碳共渗氮碳共渗渗其它非金属渗其它非金属渗金属渗金属多元共渗多元共渗1 12 23 34 45 56 67 7热热处处理理工工艺艺分分类类及及代代号号根据热处理在零件加工中的工序位置可分为：根据热处理在零件加工中的工序位置可分为：预备热处理预备
5、热处理为随后的加工（冷拔、冲压、切削）为随后的加工（冷拔、冲压、切削）或进一步热处理作准备的热处理。或进一步热处理作准备的热处理。最终热处理最终热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理赋予工件所要求的使用性能的热处理。预备热处理预备热处理最终热处理最终热处理W18Cr4VW18Cr4V钢热处理工艺曲线钢热处理工艺曲线时间时间温度温度/钢的实际临界温度：钢的实际临界温度：AcAc1 1、AcAc3 3、AcAccmcm（加热）（加热）ArAr1 1、ArAr3 3、ArArcmcm （冷却）（冷却）实际加热或冷却时实际加热或冷却时存在着过热或过存在着过热或过冷现象。冷现象。第一节第一节 钢在加热时
6、的转变钢在加热时的转变一、一、奥氏体的形成（奥氏体的形成（奥氏体化奥氏体化）实质：奥氏体形成的过程就是铁晶格改组和实质：奥氏体形成的过程就是铁晶格改组和 FeFe、C C原子的扩散过程。原子的扩散过程。奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。奥氏体化也是形核和长大的过程，分为四步。以共析钢为例：以共析钢为例：在在Ac1温度（温度（727）：）：+Fe3C C%0.0218 6.69 0.77结构结构 BCC 正交晶格正交晶格 FCC温度，温度，共析钢奥氏体化曲线（共析钢奥氏体化曲线（875875退火）退火）共析钢奥氏体化过程共析钢奥氏体化过程 亚共析钢和过共析钢的奥氏体化过程与共析钢亚共析钢和
7、过共析钢的奥氏体化过程与共析钢有何不同？有何不同？要获得全部奥氏体组织，加热温度？要获得全部奥氏体组织，加热温度？思考思考二、二、奥氏体晶粒长大及影响因素奥氏体晶粒长大及影响因素1 1、奥氏体晶粒度、奥氏体晶粒度奥氏体化刚结束时的晶粒度奥氏体化刚结束时的晶粒度称称起始晶粒度起始晶粒度。在给定温度下奥氏体的晶粒在给定温度下奥氏体的晶粒度称度称实际晶粒度实际晶粒度。加热时奥氏体晶粒的长大倾加热时奥氏体晶粒的长大倾向称向称本质晶粒度本质晶粒度。取决于钢的成分取决于钢的成分和冶炼条件和冶炼条件通常将钢加热到通常将钢加热到930930 1010奥氏体化后，设法把奥奥氏体化后，设法把奥氏体晶粒保留到室温来
8、判断。晶粒度为氏体晶粒保留到室温来判断。晶粒度为1-41-4 级的是级的是本质粗晶粒钢本质粗晶粒钢,5-8 5-8 级的是级的是本质细晶粒钢本质细晶粒钢。2、影响奥氏体晶粒长大的因素、影响奥氏体晶粒长大的因素加热温度加热温度和和保温时间保温时间:加热温度高、保温时间长加热温度高、保温时间长,A晶粒粗大晶粒粗大.加热速度加热速度:加热速度越快加热速度越快,过热度越大过热度越大,形核率越高形核率越高,晶粒越细晶粒越细.化学成分化学成分含碳量含碳量：亚共析钢亚共析钢随随A A中的含碳量增高，晶粒长大中的含碳量增高，晶粒长大倾向增大；倾向增大；过共析钢过共析钢：有未溶碳化物存在，阻碍：有未溶碳化物存在
9、，阻碍A A晶粒长大。晶粒长大。合金元素：合金元素：阻碍奥氏体晶粒长大的元素阻碍奥氏体晶粒长大的元素:TiTi、V V、NbNb、ZrZr、WW、MoMo、CrCr、Al Al 等碳化物和氮等碳化物和氮化物形成元素。化物形成元素。促进奥氏体晶粒长大的元素：促进奥氏体晶粒长大的元素：MnMn、P P、C C、N N。Nb/%奥氏体晶粒尺寸奥氏体晶粒尺寸/m/mNbNb、TiTi对奥氏体晶粒的影响对奥氏体晶粒的影响 原始组织原始组织:越细，碳化物弥散度越大，则奥氏越细，碳化物弥散度越大，则奥氏体晶粒越细（形核率体晶粒越细（形核率）。奥氏体晶粒粗大，冷却后的组织也粗大，降低奥氏体晶粒粗大，冷却后的组
10、织也粗大，降低钢的常温力学性能，尤其是塑性。钢的常温力学性能，尤其是塑性。过热过热 是钢加热时常见的缺陷之一。是钢加热时常见的缺陷之一。第二节第二节 钢在冷却时的转变钢在冷却时的转变随过冷度不同，非稳定的随过冷度不同，非稳定的过冷奥氏体过冷奥氏体（Ar1以下）将以下）将发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类发生珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变三种类型转变。型转变。现以共析钢为例说明：现以共析钢为例说明：一、珠光体转变一、珠光体转变（又称高温转变）（又称高温转变）1 1、珠光体的组织形态及性能、珠光体的组织形态及性能转变温度：转变温度：A A1 1 550550组织形态：铁素体与渗碳体片
11、层相间的机械混合物组织形态：铁素体与渗碳体片层相间的机械混合物根据片层厚薄不同，又细分为：根据片层厚薄不同，又细分为：P P（珠光体珠光体-pearlite-pearlite ）：A A1 1-650-650，片层较粗，片层较粗S S（索氏体索氏体-sorbite-sorbite ）：650-600 650-600，层片较细，层片较细T T(屈氏体屈氏体troolstitetroolstite）：600-550 600-550，层片极细，层片极细电镜下形貌电镜下形貌光镜下形貌光镜下形貌PST片间距片间距RmHRCZl性能：片间距越小，钢的性能：片间距越小，钢的强度、硬度越高，而塑性强度、硬度越
12、高，而塑性和韧性略有改善。和韧性略有改善。2 2、珠光体转变过程、珠光体转变过程珠光体转变也是形核和长大的过程。珠光体转变也是形核和长大的过程。渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，最终渗碳体晶核首先在奥氏体晶界上形成，最终形成一个形成一个珠光体团珠光体团。特点：特点：扩散型转变扩散型转变（铁、碳原子扩散和晶格重构）。（铁、碳原子扩散和晶格重构）。二、贝氏体转变二、贝氏体转变（又称中温转变）（又称中温转变）1 1、贝氏体的组织形态及性能贝氏体的组织形态及性能转变温度：转变温度：550550230(Ms)230(Ms)根据其组织形态不同，贝氏体又分为：根据其组织形态不同，贝氏体又分为：上贝氏体上贝氏
13、体(B B上上)：550550350350，羽毛状羽毛状下贝氏体下贝氏体(B B下下)：350-Ms350-Ms，竹叶状竹叶状性能：性能：上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。上贝氏体强度与塑性都较低，无实用价值。下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，下贝氏体除了强度、硬度较高外，塑性、韧性也较好，即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织即具有良好的综合力学性能，是生产上常用的强化组织之一。之一。光镜下光镜下电镜下电镜下光镜下光镜下上贝氏体上贝氏体下贝氏体下贝氏体2 2、贝氏体转变过程、贝氏体转变过程贝氏体转变也是形核和长大的过程。贝氏体转变也是形核和长大的过程。发生贝氏体转
14、变时，首先在奥氏体中的发生贝氏体转变时，首先在奥氏体中的贫碳区形成贫碳区形成过饱和铁素体晶核。过饱和铁素体晶核。特点：特点：半扩散型半扩散型 转变，即只有碳原子扩散而铁和转变，即只有碳原子扩散而铁和合金元素原子不扩散，晶格类型改变是通过切变合金元素原子不扩散，晶格类型改变是通过切变实现的。实现的。上贝氏体转变过程上贝氏体转变过程下贝氏体转变过程下贝氏体转变过程 三、马氏体转变三、马氏体转变（又称低温转变）（又称低温转变）转变温度：转变温度：MsMs以下以下1 1、马氏体的晶体结构、马氏体的晶体结构 碳在碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体中的过饱和固溶体称马氏体（称马氏体（M M）。）。体心正方晶
15、格（体心正方晶格（a=bca=bc）（轴比）（轴比c/a c/a 称马氏体的称马氏体的正方度正方度）C%C%越高，正方度越大，晶格畸变越严重。越高，正方度越大，晶格畸变越严重。马氏体转变时，奥氏体中的马氏体转变时，奥氏体中的碳全部保留到马氏体中碳全部保留到马氏体中2 2、马氏体的组织形态、马氏体的组织形态 板条马氏体板条马氏体立体形态为细长的扁棒状。立体形态为细长的扁棒状。在光镜下板条马氏体为一在光镜下板条马氏体为一束束的细条组织。束束的细条组织。在电镜下，板条内的亚结在电镜下，板条内的亚结构主要是高密度的位错，构主要是高密度的位错，=10=101212/cm/cm2 2,又称又称位错马位错马
16、氏体氏体。光镜下光镜下电镜下电镜下 针状马氏体针状马氏体立体形态为双凸透镜形的片立体形态为双凸透镜形的片状。显微组织为针状。状。显微组织为针状。在电镜下，亚结构主要是孪在电镜下，亚结构主要是孪晶，又称晶，又称孪晶马氏体孪晶马氏体。电镜下电镜下电镜下电镜下光镜下光镜下 马氏体的形态主要取马氏体的形态主要取决于其含碳量决于其含碳量:C%C%小于小于0.2%0.2%时，组织几时，组织几乎全部是板条马氏体。乎全部是板条马氏体。C%C%大于大于1.0%C1.0%C时几乎全时几乎全部是针状马氏体部是针状马氏体.C%C%在在0.20.21.0%1.0%之间为之间为板条与针状的混合组板条与针状的混合组织。织。
17、马氏体形态与含碳量的关系马氏体形态与含碳量的关系0.45%C0.2%C1.2%C3 3、马氏体的性能、马氏体的性能主要特点：高硬度主要特点：高硬度马氏体的硬度主要取马氏体的硬度主要取决于其含碳量。决于其含碳量。合金元素对马氏体硬合金元素对马氏体硬度的影响不大。度的影响不大。马氏体强化的主要原马氏体强化的主要原因是因是过饱和碳引起过饱和碳引起的固溶强化的固溶强化。注：当含碳量大于注：当含碳量大于0.6%0.6%时，时，其硬度趋于平缓。其硬度趋于平缓。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式马氏体的塑性和韧性主要取决于其亚结构的形式
18、。针状马。针状马氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。氏体脆性大，板条马氏体具有较好的塑性和韧性。A4 4、马氏体转变的特点、马氏体转变的特点 马氏体转变也是形核和长大的过程。马氏体转变也是形核和长大的过程。其主要特点是：其主要特点是：无扩散性无扩散性降温形成降温形成（MsMsMfMf）高速长大高速长大转变不完全转变不完全（残余奥氏体残余奥氏体AA或或A A残残）MsMs、M Mf f 与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金与冷速无关，主要取决于奥氏体中的合金元素含量（包括碳含量）。元素含量（包括碳含量）。马氏体转变后，马氏体转变后，A A量随含碳量的增加而增加，当量随含碳量的增加而增加，
19、当含碳量达含碳量达0.5%0.5%后，后，A A量才显著量才显著。含碳量对马氏体转含碳量对马氏体转 变变 温温 度度 的的 影响影响含碳量对残余奥含碳量对残余奥氏体量的影响氏体量的影响过冷奥氏体转变产物（共析钢过冷奥氏体转变产物（共析钢）转变转变类型类型转变产转变产物物形成温度，形成温度，转变转变机制机制显微组织特征显微组织特征HRC获得获得工艺工艺珠珠光光体体PA1650扩扩散散型型粗片状，粗片状，F、Fe3C相间分布相间分布5-20退火退火S650600细片状，细片状，F、Fe3C相间分布相间分布20-30 正火正火T600550极细片状，极细片状，F、Fe3C相间分布相间分布30-40等
20、温等温处理处理贝贝氏氏体体B上上550350半扩半扩散型散型羽毛状，短棒状羽毛状，短棒状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F条之间条之间40-50等温等温处理处理B下下350MS竹叶状，细片状竹叶状，细片状Fe3C分布于分布于过饱和过饱和F针上针上50-60等温等温淬火淬火马马氏氏体体M针针MSMf无扩无扩散型散型针状针状60-65 淬火淬火M*板条板条MSMf板条状板条状50淬火淬火第三节第三节 过冷奥氏体转变图过冷奥氏体转变图两种冷却方式两种冷却方式示意图示意图1等温冷却等温冷却2连续冷却连续冷却Ar1表示奥氏体急速冷表示奥氏体急速冷却到临界点却到临界点A A1 1 以下在以下在各不同温度下
21、的保温过各不同温度下的保温过程中转变量与转变时间程中转变量与转变时间的关系曲线，又称的关系曲线，又称C C曲曲线线或或TTTTTT曲线曲线。一、过冷奥氏体等温转变图一、过冷奥氏体等温转变图(Time-Temperature-Transformation diagram)1 1、等温转变图的建立、等温转变图的建立以共析钢为例：以共析钢为例：取一批小试样并进行奥取一批小试样并进行奥氏体化氏体化.将试样分组淬入低于将试样分组淬入低于A A1 1 点的不同温度的盐浴中点的不同温度的盐浴中,隔一定时间取一试样淬隔一定时间取一试样淬入水中。入水中。测定每个试样的转变量，测定每个试样的转变量，确定各温度下转
22、变量与确定各温度下转变量与转变时间的关系。转变时间的关系。将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度将各温度下转变开始时间及终了时间标在温度时间坐时间坐标中，并分别连线。标中，并分别连线。A1-1000100200300400500600700110102103104时间时间/(s)温度温度()四条线：四条线：转变开始线（左转变开始线（左C C）转变终了线（右转变终了线（右C C）MsMs和和MfMf线线三大区域：三大区域：过冷奥氏体区过冷奥氏体区 转变产物区转变产物区 转变区转变区时间时间温度温度A1MSMfA过冷过冷PBMAMABAP转变开始线转变开始线转变终了线转变终了线奥氏体奥氏体2 2
23、、等温转变图的分析、等温转变图的分析 P P、B B转变有孕育期，其转变有孕育期，其长短与等温温度有关长短与等温温度有关（受（受过冷度过冷度和和原子扩散原子扩散因素影响）因素影响）鼻尖处（共析钢鼻尖处（共析钢550550），），孕育期最短，过冷孕育期最短，过冷A A最不最不稳定稳定靠近靠近A A1 1点和点和MsMs点，孕育点，孕育期较长，过冷期较长，过冷A A较稳定较稳定 Q：M转变有无孕转变有无孕育期，为什么？育期，为什么？3 3、影响等温转变图的因素、影响等温转变图的因素 成分的影响成分的影响 含碳量含碳量：共析钢的过冷奥氏体最稳定，共析钢的过冷奥氏体最稳定，C C曲线最靠右。曲线最靠右
24、。随含碳量增加，随含碳量增加，MsMs与与M Mf f点下降，点下降，B B区一直右移。区一直右移。与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢与共析钢相比，亚共析钢和过共析钢C C曲线的上部各多一曲线的上部各多一条先共析相的析出线。条先共析相的析出线。CrCr对对C C曲线的影响曲线的影响 合金元素合金元素 除除CoCo和和AlAl（2.5%)2.5%)外外,凡溶入奥氏体的合金元素都凡溶入奥氏体的合金元素都使使C C曲线右移曲线右移,Ms,Ms与与MfMf点下降点下降。碳化物形成元素还改变碳化物形成元素还改变C C曲线的形状。曲线的形状。奥氏体化条件的影响奥氏体化条件的影响奥氏体化温度提高和保温时间延长
25、，使奥氏体成分均奥氏体化温度提高和保温时间延长，使奥氏体成分均匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏匀、晶粒粗大、未溶碳化物减少，增加了过冷奥氏体的稳定性，使体的稳定性，使C C曲线右移。曲线右移。使用使用C C 曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响曲线时应注意奥氏体化条件及晶粒度的影响.二、过冷奥氏体连续转变图二、过冷奥氏体连续转变图又称又称CCT(Continuous-Cooling-Transformation CCT(Continuous-Cooling-Transformation diagram)diagram)曲线，是通过测定不同冷速下过冷奥氏曲线，是通过测定不同冷速下过
26、冷奥氏体的转变量获得的。体的转变量获得的。一般采用一般采用快速膨胀仪快速膨胀仪测定。测定。共析钢共析钢CCTCCT曲线曲线过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线1 1、共析钢的、共析钢的CCTCCT图图特点：没有贝氏体转变区，多了一条特点：没有贝氏体转变区，多了一条转变中止线转变中止线。vk（上临界冷却速度上临界冷却速度）即获得全部即获得全部M的的最小冷却速度最小冷却速度 时间时间 t温度温度A1Pf（P转变终了线）转变终了线）Ps（P转变开始线）转变开始线）A+PK（P转变中止线）转变中止线）MsMf vk（下临界冷却速度下临界冷却速度）即过冷即过冷A全部得
27、全部得到到P的最大冷却速度的最大冷却速度过冷过冷A区区产物区产物区M+AM-1000230炉冷炉冷空冷空冷油冷油冷水冷水冷vk-1000230650600 450 PST+M+AM+ACCTCCT图的应用图的应用2 2、非共析钢的、非共析钢的CCTCCT图图 亚（过）共析钢：亚（过）共析钢：比共析钢比共析钢CCTCCT曲线多一条曲线多一条AFAF（FeFe3 3C C）转变开始线；转变开始线；Ms Ms 线右端下降（升高）。这是由于线右端下降（升高）。这是由于F F（FeFe3 3C C）的析出）的析出,奥氏体中含碳量升高（下降）；奥氏体中含碳量升高（下降）；过共析钢也无贝氏体转变区过共析钢也
28、无贝氏体转变区,而亚共析钢有。而亚共析钢有。合金钢：连续冷却时一般都会形成合金钢：连续冷却时一般都会形成B B组织。组织。过共析钢过共析钢CCTCCT曲线曲线亚共析钢亚共析钢CCTCCT曲线曲线共析钢加热到相变点以上，如下图所示的冷却曲共析钢加热到相变点以上，如下图所示的冷却曲线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理线冷却，各应得到什么组织？各属于何种热处理方法？方法？举例举例第四节第四节 钢的退火与正火钢的退火与正火 机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：退火与正火主要用于预备热处理，退火与正火主要用于预备热处理，只有当工只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。件性能要求不
29、高时才作为最终热处理。一、退火一、退火（annealing）将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉炉冷冷)的热处理工艺。的热处理工艺。退火目的：退火目的：四化四化软化软化细化细化稳定化稳定化均匀化均匀化1.1.完全退火完全退火（重结晶退火、普通退火）（重结晶退火、普通退火）工艺工艺：c c3 330-5030-50，缓慢冷却到，缓慢冷却到500500以下再出炉以下再出炉空冷空冷适用范围适用范围：亚共析成分中亚共析成分中碳（合金）钢碳（合金）钢的铸、锻的铸、锻件及热轧型材件及热轧型材目的目的：细化晶粒，消除过：细化晶粒，消除过热组织，降低硬度，改热组织，降
30、低硬度，改善切削加工性。善切削加工性。组织组织：P 2.2.球化退火球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。工艺工艺：将工件加热到将工件加热到AcAc1 1+20-30 20-30 保温后缓冷，保温后缓冷，或者加热后冷却到略低或者加热后冷却到略低于于ArAr1 1的温度下保温，使的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。后出炉空冷。适用范围适用范围：共、过共析共、过共析的碳钢的碳钢及合金工具钢及合金工具钢目的目的：降低硬度、改善切削加降低硬度、改善切削加工性，并为淬火作准备工性，并为淬火作准备组织组织：粒状粒状P P（
31、基体上弥散分基体上弥散分布着颗粒状布着颗粒状FeFe3 3C C）注意注意：对有严重网状对有严重网状FeFe3 3C C的的过共析钢，应在球化前进行过共析钢，应在球化前进行正火，以消除网状正火，以消除网状FeFe3 3C C粒状珠光体粒状珠光体3.3.等温退火等温退火工艺工艺：将钢件或毛坯加热到高于将钢件或毛坯加热到高于AcAc3 3（或（或AcAc1 1）的温度，）的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某一温保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体，然后空度，并等温保持，使奥氏体转变为珠光体，然后空冷。冷。优点优点：大大缩短生产周期，提高热处理
32、炉的使用率，大大缩短生产周期，提高热处理炉的使用率，更更适合于孕育期长的合金钢适合于孕育期长的合金钢。高速钢等温退火与普通退火高速钢等温退火与普通退火的比较的比较4.4.扩散退火扩散退火（均匀化退火均匀化退火）工艺工艺：加热到略低于固相线温度，一般：加热到略低于固相线温度，一般AcAc3 3150-200150-200，长时间保温（，长时间保温（1015h1015h）并缓慢冷）并缓慢冷却却目的目的：减少（合金钢）钢锭、铸件或锻坯的化学：减少（合金钢）钢锭、铸件或锻坯的化学成分偏析和组织的不均匀性成分偏析和组织的不均匀性组织组织：粗大（严重过热）：粗大（严重过热）须再进行完全退火须再进行完全退火
33、或正火或正火 5.5.去应力退火去应力退火工艺工艺：AcAc1 1以下以下(一般一般500500650)650)，充分保温后，充分保温后 缓冷至缓冷至200200出炉空冷出炉空冷组织组织：无明显变化无明显变化目的目的：消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变形等在工件中造成的残留内应力，稳定尺寸，减少零件在工件中造成的残留内应力，稳定尺寸，减少零件在切削加工和使用过程中变形和开裂在切削加工和使用过程中变形和开裂 6.6.再结晶退火再结晶退火工艺工艺：T T再再+150+150250 250 （钢（钢650650750750）目的目的：消除冷加工件应力，提高塑性消
34、除冷加工件应力，提高塑性 二、正火二、正火将钢加热到将钢加热到AcAc3 3（亚）或（亚）或AcAccmcm（过）以上（过）以上30305050，保温后保温后空冷空冷的工艺。的工艺。正火温度正火温度组织：组织：亚共析钢亚共析钢 F+S 共析钢共析钢 S 过共析钢过共析钢 S+Fe3CII 目的目的：对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6%C)(0.6%C)，改善切削加工性能。，改善切削加工性能。对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。火作组织准备。普通结构件最终热处理。普通结构件最终热处理。注意注意：要改善切削性能，要改善切削性能
35、，低碳钢用正火，中碳钢低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火，高碳钢用退火或正火，高碳钢(0.6%C)0.6%C)用退火。用退火。热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度第五节第五节 钢的淬火钢的淬火将钢加热到临界点以上，保温后以大于将钢加热到临界点以上，保温后以大于V Vk k速度速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。淬火淬火(Quenching)是应用最广的热处理工艺之一。是应用最广的热处理工艺之一。淬火目的：为获得马氏体或下贝氏体组织，提高钢淬火目的：为获得马氏体或下贝氏体组织，提高钢的性能的性能.一、一、淬火工艺淬火工艺1
36、.1.加热温度加热温度p亚共析钢：亚共析钢：AcAc3 3+30+305050，淬火组织为，淬火组织为M M (0.5%C)0.5%C)或或M+AM+A（0.5%C0.5%C）；p共析钢及过共析钢：共析钢及过共析钢：AcAc1 1+30+305050，淬火组织分别，淬火组织分别为为 M+AM+A 及M+Fe3C颗粒颗粒+A。合金钢淬火温度比碳钢高合金钢淬火温度比碳钢高,通常通常在临界温度以上在临界温度以上5050100100。但含但含MnMn、P P等本质粗晶粒钢应适等本质粗晶粒钢应适当降低淬火温度。当降低淬火温度。4545钢钢(含含0.45%C)0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织T12T
37、12钢（含钢（含1.2%C1.2%C）正常淬火组织）正常淬火组织为什么亚共析钢通常不在为什么亚共析钢通常不在两相区（两相区（A+FA+F）加热？）加热？为什么过共析钢必须在两相区（为什么过共析钢必须在两相区（A+FeA+Fe3 3C C）加热？）加热？如果如果过共析钢过共析钢T T淬火淬火AcAccmcm会有什么后果？会有什么后果？2.2.加热时间的确定加热时间的确定加热时间加热时间保温时间保温时间升温时间升温时间与加热介质、钢的成与加热介质、钢的成分、炉温、工件的形分、炉温、工件的形状及尺寸、装炉方式状及尺寸、装炉方式及装炉量有关及装炉量有关 3.淬火介质淬火介质淬火工艺中最主要问题淬火工艺
38、中最主要问题时间时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度温度()0400A1MsMf钢的理想淬火冷却速度钢的理想淬火冷却速度 650650以上，慢，减小热应力以上，慢，减小热应力650-400 650-400，快，避免，快，避免C C曲线曲线400 400 以下，慢，减轻相变应力以下，慢，减轻相变应力 常用淬火介质：常用淬火介质：盐水盐水水水盐浴盐浴油油 目前目前生产中常用的冷却介质有生产中常用的冷却介质有油、盐浴油、盐浴(碱浴碱浴)、水、盐水水、盐水，其冷却能力依次，其冷却能力依次增加增加。形状简单的大型碳钢件形状简单的大型碳钢件小而简单的碳
39、钢件小而简单的碳钢件小而复杂，变形要求小的重要零件小而复杂，变形要求小的重要零件合金钢或小型碳钢件合金钢或小型碳钢件注意注意：介质冷却能力与其介质冷却能力与其使用温度使用温度及及搅拌程度搅拌程度有关。有关。常用淬火介质的冷却能力常用淬火介质的冷却能力二、淬火方法二、淬火方法采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。12341 1单液淬火单液淬火2 2双液淬火双液淬火3 3分级淬火分级淬火4 4等温淬火等温淬火不同淬火方法示意图不同淬火方法示意图时间时间A1Ms温度温度应用？应用？冷处理冷处理(cold treatment)定义：定义：淬火后的钢淬火后的钢继续冷却至
40、继续冷却至室温以下（室温以下（-70-70-80-80 或或更低更低），保持一定时间），保持一定时间，使使A A转变为转变为M M。目的：目的：提高硬度和耐磨性，稳定工件尺寸。提高硬度和耐磨性，稳定工件尺寸。应用应用：主要用于高精度的主要用于高精度的零件，如精密轴承、精密模具、零件，如精密轴承、精密模具、量具等。量具等。精密轴承精密轴承三、钢的淬透性三、钢的淬透性1.淬透性的概念淬透性的概念淬透性淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力。指钢在淬火时获得马氏体的能力。影响淬透性的因素：影响淬透性的因素：钢的淬透性取决于钢的淬透性取决于V Vk k。C C曲线越靠右曲线越靠右V Vk k 淬透淬透性
41、性。碳和合金元素碳和合金元素：与影响与影响C C曲线规律相同曲线规律相同奥氏体化温度奥氏体化温度：奥氏体化温度奥氏体化温度 ,淬透性淬透性 。钢中未溶第二相钢中未溶第二相：淬透性淬透性 生产中还常用生产中还常用临界淬透直径临界淬透直径（D Dc c）表示淬透性，它是指）表示淬透性，它是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体或全部圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体或全部M M的最大直径。（注意的最大直径。（注意D Dc c与介质有关与介质有关）M M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化淬硬层深度淬硬层深度：指由：指由工件表面到半马氏体工件表面到半马氏体区区(50%M+50%P)的的
42、深度。深度。2.淬透性的表示方法淬透性的表示方法淬透性的大小可用规定条件下淬硬层深度来表示。淬透性的大小可用规定条件下淬硬层深度来表示。3.3.淬透性与淬硬性、淬硬层深度的关系淬透性与淬硬性、淬硬层深度的关系 同一材料的淬硬层深同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却度与工件尺寸、冷却介质有关。工件尺寸介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，小、介质冷却能力强，淬硬层深。淬硬层深。淬透性是钢材淬透性是钢材固有属固有属性性，与工件尺寸、冷与工件尺寸、冷却介质无关却介质无关。淬硬性淬硬性：指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力。力。主要取决于主要取决于M M的含碳
43、量。与淬透性无必然联系。的含碳量。与淬透性无必然联系。4.4.淬透性的实际意义淬透性的实际意义淬透性是设计工件、合理选材和制定热处理工艺淬透性是设计工件、合理选材和制定热处理工艺的重要依据。的重要依据。一般碳钢采用水冷淬火，而合金钢一般碳钢采用水冷淬火，而合金钢采用油冷淬火？采用油冷淬火？利用淬透性可控制淬硬层深度。利用淬透性可控制淬硬层深度。（设计时应注意（设计时应注意尺寸效应尺寸效应）对于截面承载均匀的重要件对于截面承载均匀的重要件,要要全部淬透。如螺栓、连杆、模全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。具等。对于承受弯曲、扭转的零件可对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透不必淬透(淬硬层深度一般为半淬
44、硬层深度一般为半径的径的1/21/3)1/21/3)，如轴类、齿轮，如轴类、齿轮等。等。对于焊接件，应选用淬透性低对于焊接件，应选用淬透性低的钢。的钢。高强螺栓高强螺栓柴油机连杆柴油机连杆齿轮齿轮第六节第六节 钢的回火钢的回火回火的目的回火的目的：1 1、降低脆性，减少或消除淬火、降低脆性，减少或消除淬火内应力内应力,防止变形或开裂。防止变形或开裂。2 2、稳定组织，稳定尺寸和形状，、稳定组织，稳定尺寸和形状，保证零件使用精度和性能。保证零件使用精度和性能。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹 回火回火(Tempering)是是指将淬火钢加热到指将淬火钢加热到A A1 1以下的以下的某温度保温
45、后冷却的工艺。某温度保温后冷却的工艺。3 3、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。脆性大，回火可调整硬度、韧性。4 4、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用用回火软化回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。既能降低硬度，又能缩短软化周期。一、一、回火组织转变及性能变化回火组织转变及性能变化淬火组织（淬火组织（非平衡态，不稳定非平衡态，不稳定M M和和AA）碳化物（平衡态）碳化物（平衡态）实质：淬火实质：淬火M分解，碳化物析出、聚集长大的过程。分解，碳化物析出、聚集长大的过
46、程。扩散型转变扩散型转变淬火钢回火时的转变特征回火索氏体回火索氏体回火马氏体回火马氏体回火屈氏体回火屈氏体回火时力学性能变化总的趋势是回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。二、回火的分类与应用二、回火的分类与应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高强度同时，具即在保持较高强度同时，具有良好塑性和韧性。有良好塑性和韧性。广泛用于各种重要结构件广泛用于各种重要结构件如轴、齿轮等热处理。也如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。量具等预备热处
47、理。适用于各种高碳适用于各种高碳钢、渗碳件及表钢、渗碳件及表面淬火件。面淬火件。应用应用提高提高 e及及 s，同时使工件具同时使工件具有一定韧性有一定韧性。在保留高硬度高耐在保留高硬度高耐磨性的同时，降低磨性的同时，降低内应力和脆性内应力和脆性。回火目的回火目的S回回 T回回 M回回（+K+A）回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火（高温回火（调质调质）中温回火中温回火 低温回火低温回火 回火种类回火种类弹性元件及弹性元件及热锻模热锻模补充：补充：尺寸稳定处理尺寸稳定处理（时效处理时效处理）：某些量具、轴承等精密）：某些量具、轴承等精密零件，为减
48、少最后加工工序中形成的附加应力，增加尺零件，为减少最后加工工序中形成的附加应力，增加尺寸稳定性，寸稳定性，100100150150长时间（长时间（101050h50h）加热。）加热。附加回火附加回火高温软化回火高温软化回火：对某些退火难以软化的高合金钢，在：对某些退火难以软化的高合金钢，在650-650-A A1 1回火，获得回火，获得P P回回，以降低硬度、改善切削加工性。，以降低硬度、改善切削加工性。45钢经正火和调质后，组织和性能有何差别？钢经正火和调质后，组织和性能有何差别？第七节第七节 钢的表面热处理和化学热处理钢的表面热处理和化学热处理目的：目的：表硬里韧（表面强化）表硬里韧（表面
49、强化）应用：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。应用：承受弯曲、扭转、摩擦和冲击的零件。轴轴 齿轮齿轮一、钢的表面淬火一、钢的表面淬火定义：指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，定义：指在不改变钢的化学成分及心部组织情况下，利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化利用快速加热将表层奥氏体化后进行淬火以强化零件表面的热处理方法。零件表面的热处理方法。1 1、表面淬火用材料、表面淬火用材料 0.4-0.5%C 0.4-0.5%C的的中碳钢中碳钢。如。如4545、40Cr40Cr、40MnB40MnB 含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过低，则表面硬度、耐磨性下降。含碳量过高，心部韧性下降
50、；含碳量过高，心部韧性下降；铸铁铸铁 提高其表面耐磨性。提高其表面耐磨性。2 2、热处理、热处理预备：正火预备：正火/调质调质最终：表面淬火低温回火最终：表面淬火低温回火（180120180120，12h12h）最终组织：最终组织：表层为表层为M M回回；心部为心部为S S回回(调质调质)或或F+S(F+S(正火正火)。回火索氏体回火索氏体索氏体索氏体感应加热感应加热表面淬火表面淬火示意图示意图3 3、常用表面淬火方法、常用表面淬火方法 感应淬火感应淬火利用交变电流在工件表面感应巨利用交变电流在工件表面感应巨大涡流，使工件表面迅速加热大涡流，使工件表面迅速加热的方法。的方法。注：注：频率越高，
