第五章 钢的热处理l改善钢的性能，主要有两条途径：l一是合金化，这是下几章研究的内容；l二是热处理，这是本章要研究的内容。 一、退火l将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。l1、退火目的l调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。l 消除内应力，防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。 真空退火炉l2、退火工艺l退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。l 完全退火l将工件加热到Ac3+3050 保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢 .l 等温退火l亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢. 高速钢等温退火与普通退火的比较合金钢奥氏体化比碳钢慢得多加热温度高l 球化退火l球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它是将工件加热到Ac1+ 3050 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。l球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体，称球状珠光体，用P球表示。l对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状.FFe3C球状珠光体l二、正火l正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢加热到 Accm+30 50保温后空冷的工艺。l正火比退火冷却速度大。l1、正火后的组织： 0.8%0.8%高碳钢、高碳钢、中碳中碳合金工具钢合金工具钢（正火正火）球化退火球化退火 2 2作为最终热处理作为最终热处理正火正火 3 3为最终热处理提供良好的组织状态为最终热处理提供良好的组织状态 4. 4. 正火可替代完全退火以提高效率正火可替代完全退火以提高效率，只适用于，只适用于 碳素钢、低、中合金钢。碳素钢、低、中合金钢。 高合金钢空冷得到高合金钢空冷得到MM，空淬，空淬0.25 0.60.25 0.6第五节 钢的淬火l淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处理工艺之一。l淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.真空淬火炉或B下一、淬火温度l1、碳钢l 亚共析钢l淬火温度为 Ac3+3050。l预备热处理组织为 退火或正火组织。l亚共析钢淬火组织：l0.5%C时为Ml0.5%C时为M+A。45钢(含0.45%C)正常淬火组织65钢(0.60%C) 淬火组织M 板+针M+A 板+针l在Ac1 Ac3之间的加热淬火称亚温淬火。l亚温淬火组织为F+M，强度、硬度低, 但塑韧性好.35钢(含0.35%C)亚温淬火组织低合金焊接结构钢18MnMoNb 16Mn 16MnV亚温淬火提高了该钢在350度时的热强性和 塑性，改善焊缝热影响区的韧性，降低韧脆转变温度.AC3以下5-10 加热回火后强硬 及韧性有最大值。20钢亚温淬火制化工机械用弯头满足-50 下的工作性 能要求，节约低温用合金钢l 共析钢l淬火温度为Ac1+3050；淬火组织为M+A。l 过共析钢l淬火温度: Ac1+3050.l温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。l淬火组织: M+Fe3C颗粒+A。(预备组织为P球)T12钢（含1.2%C）正常淬火组织灰白为：M+A 黑为：M 白为：Fe3C颗粒第五章 钢的热处理工艺 5.2 钢的淬火与回火一、淬火：加热到一、淬火：加热到A AC3C3、A AC1C1相变温度以上，保温，快速冷却相变温度以上，保温，快速冷却M+AM+A 1碳钢淬火温度的决定 亚亚亚亚共析共析钢钢钢钢AcAc3 3+30-50 +30-50 共析共析钢钢钢钢 AcAc1 1+30-50 +30-50 过过过过共析共析钢钢钢钢 AcAc1 1+30-50 +30-50 A A、 保留一定的保留一定的CemHRCCemHRC ，耐磨性耐磨性 B B、 A A中中C%MC%M中中C%MC%M脆性脆性 A A中中C%MC%M过饱过饱过饱过饱 和度和度残余残余A A C C、 防止防止A A粗大粗大淬火温度过高A粗大M粗大力学性能， 淬火温度过高A粗大M粗大淬火应力变形，开裂l2、合金钢淬火温度l由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。l 亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。l 共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100。 钢坯加热二、淬火介质l理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小理想淬火曲线示意图MsMf内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。l常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。l油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用了合金钢和小尺寸的碳钢件。l熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。l聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质。 、淬火方法l采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。l1、单液淬火法l加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。l操作简单，易实现自动化。各种淬火方法示意图1单液淬火法2双液淬火法3分级淬火法4等温淬火法l2、双液淬火法l工件先在一种冷却能力强的介质中冷却，躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷.l优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。l3、分级淬火法l在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷(空)。(150-260 2-5min)l可减少内应力，用于形状复杂、小尺寸工件。刀具量具及变形要求小的精密工件。盐浴炉电极盐浴炉 高温1300高速钢高合金钢淬火加热 中温850碳钢、合金钢 淬火加热、高速钢淬火预热 低温650高速钢工件预热、回火加热。碱浴 80%KOH 20%NaOH 6%H2O盐浴 55%kNO3+45%NaNO3(NaNO2)l4、等温淬火法l将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。空冷l经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小.l一般不再进行回火处理。l适用于形状复杂及要求较高的小型件。淬 火 方 法第五章 钢的热处理工艺 45钢的淬火工艺曲线： 入炉保温出炉油冷(或水冷) 油冷MT第六节 钢的淬透性网带式淬火炉l淬透性是钢的主要热处理性能。l是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。一、淬透性的概念M量和硬度随深度的变化l淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。l淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力.二、淬透性与淬硬层深度的关系 l同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关.工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。l淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。 三、影响淬透性的因素l钢的淬透性取决于临界冷却速度Vk， Vk越小，淬透性越高。lVk取决于C曲线的位置，C 曲线越靠右，Vk越小。l因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素.即除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。 四、淬透性的测定及其表示方法 l1、淬透性的测定常用末端淬火法示，J 表示末端淬透性，d 表示半马氏体区到水冷端的距离，HRC 为半马氏体区的硬度。l2、淬透性的表示方法l 用淬透性曲线表示即用 表l 用临界淬透直径表示l临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用D0(C)表示。lD0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。l只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。马氏体马氏体 索氏体淬透性不同的钢材经调质处理后淬透性不同的钢材经调质处理后, , 沿截面的组织和机械性能差别很大。沿截面的组织和机械性能差别很大。 如直径为如直径为30mm30mm的的40CrNiMo40CrNiMo钢棒整个截面都是回火索氏体钢棒整个截面都是回火索氏体, ,机械性能均匀机械性能均匀, ,强度高强度高, ,韧性好。韧性好。 而直径为而直径为30mm30mm的的4040钢的表层为回火索氏体钢的表层为回火索氏体, ,心部为片状索氏体心部为片状索氏体+ +铁素体铁素体, ,心部强韧性较差。心部强韧性较差。截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件， 要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透性较而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透性较 低的钢种。低的钢种。 40CrNiMo40CrNiMo40Cr40Cr4040l3、利用淬透性可控制淬硬层深度。l对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透(淬硬层深度一般为半径的1/21/3)，如轴类、齿轮等。l淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应注意尺寸效应。 高强螺栓 柴油机连杆齿轮l不同冷却条件下的转变产物等温退火P退火 (炉冷) 正火 (空冷)S(油冷)T+M+A等温淬火B下M+A分级淬火M+A淬火 (水冷)A1MSMf时间温度淬火PP均匀A细A？第七节 钢的回火l回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却（一般空冷）的工艺。l一、回火的目的l1、减少或消除淬火内应力, 防止变形或开裂.l2、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。螺杆表面 的淬火裂 纹l3、稳定尺寸。淬火M 和 A都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使M与A转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。l4、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用回火软化既能降低硬度，又能缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。钢经淬火后应立即进行回火。二、钢在回火时的转变l淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。 网带式回火电炉l 回火时组织转变l1、马氏体的分解l100回火时，钢的组织无变化。l100-200加热时，马氏体将发生分解,从马氏体中析出-碳化物(- FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体(低过饱和度的固溶体)上，这种组织称回火马氏体，用M回表示。