钢的热处理钢的热处理热处理热处理是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，热处理不仅提高零件的使用性能，延长其使用寿命，而且还能改善工件的热加工工艺性能，提高加工质量，在机械制造业中占有很重要的地位。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金甚至聚合物材料也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。热处理的分类根据加热、冷却方式及获得组织和性能的不同，我们可以把热处理工艺分成如下几类：（1）普通热处理：退火、正火、淬火和回火，根据其处理过程是否采取防护及采取的防护方法，又分为五保护气氛热处理、保护气氛热处理、盐浴热处理和真空热处理等。（2）化学热处理：包括渗碳、氮化、碳氮共渗、软氮化、渗金属等。（3）表面热处理：仅在材料表面进行热处理，如感应加热、火焰加热、激光加热等各种表面加热处理方式。（4）复合热处理：将两种或两种以上热处理方式进行复合处理来改善材料使用性能的热处理方式。 第一节第一节 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识奥氏体（奥氏体（austenite）：碳在-Fe中的间隙固溶体，具有FCC结构，其中碳在-Fe中的最大溶解度成分只有.。在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小，奥氏体在形成或转变为其它组织时，都会产生体积变化，引起残余应力。此外奥氏体具有顺磁性，而铁素体和马氏体具有铁磁性。钢的普通热处理主要是奥氏体的转变。因此铁碳相图上奥氏体转变点附近的温度对热处理来讲非常重要。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体界面处形成，由于此处原子排列紊乱，位错、空位浓度较高，容易满足形成奥氏体所需的能量和碳浓度所致。奥氏体形核后，一面与渗碳体相接，另一面与铁素体相接。这使得在奥氏体中出现了碳的浓度梯度，即靠近铁素体一侧碳浓度低，靠近渗碳体一侧碳浓度高，导致碳在奥氏体中由高浓度向低浓度扩散。随着碳在奥氏体中的扩散，破坏了原有的相界面处碳浓度的平衡，形成新的碳浓度的平衡，促使铁素体向奥氏体的转变以及渗碳体的溶解。铁素体消失后，随着保温时间延长或继续升温，残余渗碳体通过碳原子的扩散，不短溶解到奥氏体中，直至全部消失为止。当渗碳体完全溶解后，奥氏体中的碳浓度仍是不均匀的，原来存在渗碳体的区域碳浓度较高，因此，还需要继续延长保温时间，才能获得成分均匀的单相奥氏体。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识如果保温时间过长或温度过高，会导致奥氏体的晶粒急剧长大，冷却后的晶粒也粗大，这种现象称为过过热热。会使钢的力学性能下降，特别是强度和韧性变差。若加热温度更高，接近固相线时，在钢的晶粒边界上产生氧化或熔化，这种现象叫过过烧烧。过烧的钢力学性能很差，无法使用，只能报废。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识影响奥氏体形成的因素影响奥氏体形成的因素随着钢中碳含量的增加，铁素体和渗碳体的界面总量增加，有利于加速奥氏体的形成。 合金元素的影响，Ni、Co促进奥氏体的形成；Cr、Mn、Mo、V等阻碍奥氏体的形成。影响奥氏体晶粒长大的因素影响奥氏体晶粒长大的因素（1）加热温度和保温时间。温度的影响较保温时间更显著。在一定温度下，随着保温时间的延长，奥氏体晶粒长大。（2）加热速度。加热速度越快，保温时间越短，越能获得细小的晶粒。因为加热速度大，奥氏体转变的过热度大，奥氏体形核率高，起始晶粒越细，高温下保温时间短，晶粒来不及长大，可以获得细晶组织。（3）化学成分的影响。碳含量，奥氏体长大倾向增加，但当碳含量超过一定限度时，奥氏体晶粒长大倾向反减小。因为碳含量达到一定限度时，钢中会出现二次渗碳体，对奥氏体晶粒的长大有阻碍作用。钢中加入适量形成难熔中间相的合金元素，如Ti、Zr、V、Al、Nb等，能强烈阻碍奥氏体晶粒长大达到细化晶粒的目的，而Mn、P则有加速奥氏体晶粒长大倾向。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识珠光体珠光体pearlite珠光体是奥氏体发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。用符号P表示，含碳量为wc。在珠光体中铁素体占88%，渗碳体占12%。由于铁素体的数量大大多于渗碳体，所以铁素体层片要比渗碳体厚得多。在球化退火条件下，珠光体中的渗碳休也可呈粒状，其组织是在铁素体基体上分布颗粒状Fe3C。这样的珠光体称为粒状珠光体。相对于相同成分的钢，粒状珠光体比片状珠光体具有较少的相界面，因而其硬度、强度较低，但塑性、韧性较高。粒状珠光体往往是高碳钢切削加工前要求获得的组织状态。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识T8钢 片状珠光体珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间，强韧性较好。其抗拉强度为750 900MPa，180 280HBS，伸长率为20 25%，冲击功为24 32J。力学性能介于铁素体与渗碳体之间，强度较高，硬度适中，塑性和韧性较好。第一讲第一讲 钢的热处理基础知识钢的热处理基础知识马氏体马氏体(martensite)典型的马氏体组织典型的马氏体组织黑色片状和针状物为马氏体，白色区黑色片状和针状物为马氏体，白色区域为残余奥氏体域为残余奥氏体Fe-8Al-2c磁钢淬火，磁钢淬火，4硝酸侵硝酸侵 400马氏体最初是在钢（中、高碳钢）中发现的：将钢加热到一定温度（形成奥氏体）后经迅速冷却（淬火），得到的能使钢变硬、增强的一种淬火组织。许多有色金属、合金以及陶瓷材料等也发现了马氏体相变。马氏体转变是强化金属材料的重要手段之一。最先由德国冶金学家 Adolf Martens(1850-1914)于19世纪90年代在一种硬矿物中发现。马氏体的三维组织形态通常有片状(plate)或者板条状(lath)，但是在金相观察中（二维）通常表现为针状（needle-shaped），这也是为什么在一些地方通常描述为针状的原因。马氏体的晶体结构为体心四方结构（BCT）。中高碳钢中加速冷却通常能够获得这种组织。高的强度和硬度是钢中马氏体的主要特征之一。 20世纪以来，对钢中马氏体相变的特征累积了较多的知识，又相继发现在某些纯金属和合金中也具有马氏体相变,如:Ce、Co、Hf、Hg、La、Li、Ti、Tl、Pu、V、Zr、和Ag-Cd、Ag-Zn、Au-Cd、Au-Mn、Cu-Al、Cu-Sn、Cu-Zn、In-Tl、Ti-Ni等。目前广泛地把基本特征属马氏体相变型的相变产物统称为马氏体。T10钢淬火 颗粒状碳化物（白）+隐针马氏体（灰）+残余奥氏体（白色基体） 45钢淬火获得的混合马氏体（板条+针状）组织+残余奥氏体 1000马氏体的性能特点马氏体的性能特点（1）高强度和高硬度（2）韧性和塑性相对较差，板条马氏体的相对韧性与塑性比片状马氏体好。贝氏体贝氏体bainite30年代初美国人ECBain等发现低合金钢在中温等温下可获得一种高温转变及低温转变相异的组织后被人们称为贝氏体。该组织具有较高的强韧性配合。在硬度相同的情况下贝氏体组织的耐磨性明显优于马氏体，因此在钢铁材料中基体组织获得贝氏体是人们追求的目标。贝氏体等温淬火：是将钢件奥氏体化，使之快冷到贝氏体转变温度区间（260400）等温保持，使奥氏体转变为贝氏体的淬火工艺，有时也叫等温淬火。一般保温时间为3060min。贝氏体;又称贝茵体。钢中相形态之一。钢过冷奥氏体的中温(350550)转变产物，-Fe和Fe3C 的复相组织。贝氏体转变温度介于珠光体转变与马氏体转变之间。在贝氏体转变温度偏高区域转变产物叫上贝氏体(up bai-nite)，其外观形貌似羽毛状，也称羽毛状贝氏体。冲击韧性较差，生产上应力求避免。在贝氏体转变温度下端偏低温度区域转变产物叫下贝氏体。其冲击韧性较好。为提高韧性，生产上应通过热处理控制获得下贝氏体。 羽毛状为上贝氏体，白色基体为马氏体16Mn钢500等温+10%盐水淬火T10钢300等温淬火，下贝氏体(B下),黑色针状为下贝氏体，白色基体为马氏体，白色颗粒为碳化物过冷奥氏体的冷奥氏体的转变等温转变等温转变钢经加热形成奥氏体后，冷却到相变点以下的不同温度区间内等温保持时，过冷奥氏体发生相变，形成不同的相。如果在不同温度等温保持，记下开始相变和终止相变的时间，在以温度为纵坐标，以时间的对数值为横坐标的图上分别联成曲线，就绘成奥氏体等温转变图。这个图的曲线因钢的成分不同而不同，奥氏体化温度和钢的晶粒度对它也有影响。 等温转变曲线，即TTT曲线（Ttime，Ttemperature，Ttransformation），可综合反映过冷奥氏体在不同过冷度下等温温度、保持时间与转变产物所占的百分数（转变开始及转变终止）的关系曲线，又称为“C曲线”。等温转变产物及性能：用等温转变图可分析钢在A1线以下不同温度进行等温转变所获的产物。根据等温温度不同，其转变产物有珠光体型和贝氏体型两种。 高温转变高温转变：转变温度范围为A1550 ，获片状珠光体型（F+P）组织。依转变温度由高到低，转变产物分别为珠光体、索氏体、托氏体，片层间距由粗到细。其力学性能与片层间距大小有关，片层间距越小，则塑性变形抗力越大，强度和硬度越高，塑性也有所改善。 中温转变中温转变：转变温度范围为550MS，此温度下转变获贝氏体型组织，贝氏体型组织是由过饱和的铁素体和碳化物组成的，分上贝氏体和下贝氏体。550350范围内形成的贝氏体称为上贝氏体，金相组织呈羽毛状；350MS范围内形成的贝氏体称为下贝氏体，金相组织呈黑色针状或片状，下贝氏体组织通常具有优良的综合力学性能，即强度和韧性都较高。等温转变温度组织性能变化规律：等温转变温度越低，其转变组织越细小，强度、硬度也越高。下面列出了转变类型 转变温度 转变产物 符号 显微组织特征 硬度HRC 高温转变高温转变Ac1650 珠光体 P 粗片状铁素体与渗碳体混合物 HRC25650600 索氏体 S 600倍光学金相显微镜下才能分辨的细片状珠光体 HRC2535600550 托氏体 T 在光学金相显微镜下已无法分辨的极细片状珠光体 HRC3540中温转变中温转变550350 上贝氏体 B上 羽毛状组织 HRC4045350Ms 下贝氏体 B下 黑色针状或称竹叶状组织 HRC4555过冷奥氏体连续冷却转变曲线（过冷奥氏体连续冷却转变曲线（CCT曲线）曲线）许多热处理工艺是在连续冷却过程中完成的，如炉冷退火、空冷正火、水冷淬火等。在连续冷却过程中，过冷奥氏体同样能进行等温转变时所发生的几种转变，即：珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变等，而且各个转变的温度区也与等温转变时的大致相同。在连续冷却过程中，不会出现新的在等温冷却转变时所没有的转变。但是，奥氏体的连续冷却转变不同于等温转变。因为，连续冷却过程要先后通过各个转变温度区，因此可能先后发生几种转变。而且，冷却速度不同，可能发生的转变也不同，各种转变的相对量也不同，因而得到的组织和性能也不同。所以，连续冷却转变就显得复杂一些，转变规律性也不像等温转变那样明显，形成的组织也不容易区分。过冷奥氏体等温转变的规律可以用C曲线来表示出来。同样地，连续冷却转变的规律也可以用另一种C曲线表示出来，这就是“连续冷却C曲线”，也叫作“热动力学曲线”。根据英文名称字头，又称为“CCT(Continuous Cooling Transformation)曲线曲线”它反映了在连续冷却条件下过冷奥氏体的转变规律，是分析转变产物组织与性能的依据，也是制订热处理工艺的重要参考资料。20 世纪50 年代以后，由于实验技术的发展，才开始精确地测量许多钢的连续冷却C曲线，直接用来解决连续冷却时的转变问题。 以共析钢为例，用若干组共析钢的小圆片试样，经同样奥氏体化以后，每组试样各以一个恒定速度连续冷却，每隔一段时间取出一个试样淬入水中，将高温分解的状态固定到室温，然后进行金相测定，求出每种转变的开始温度、开始时间和转变量。将各个冷速下的数据综合绘在“温度时间对数”的坐标中，便得到共析钢的连续冷却C曲线，珠光体转变区由三条曲线构成，左边一条是转变开始线，右边一条是转变终了线，下面一条是转变中止线。马氏体转变区则由两条曲线构成；一条是温度上限Ms线，另一条是冷速下线。从图可以看出： 用CCT曲线定性说明共析钢连续冷却时的组织转变过共析钢的CCT曲线 亚共析钢的CCT曲线钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火钢的退火钢的退火 annealing 钢进行退火可以达到以下目的 （1）细化晶粒，均匀钢的成分及组织，改善钢的力学性能或为以后的热处理作组织准备； （2）降低硬度，以便于切削加工或冷变形加工； （3）消除在前一道工序（如铸造、锻造、轧制）中所产生的应力，防止变形和开裂。退火的种类退火的种类 将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温到一定时间，然后缓慢冷却（随炉冷却），获得接近平衡状态组织的热处理工艺。 钢的退火工艺种类很多,根据加热温度可分为两大类: 一类是在临界温度(Ac1或Ac3)以上的退火,又称为相变重结晶退火,包括完全退火、不完全退火、球化退火和扩散退火等；另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去应力退火等。钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火退火的种类退火的种类 1 完全退火和等温退火 完全退火又称重结晶退火，一般简称为退火，这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。将亚共析钢加热到AC3以上30-50，保温一定时间，使组织完全奥氏体化后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的退火工艺。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先热处理。 过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢加热到ACCm以上，在缓慢冷却的过程中将析出网状的二次渗碳体，同时由于奥氏体晶粒的粗大，使钢的力学性能变坏。 钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火退火的种类退火的种类 2. 不完全退火 将钢加热到AC1和AC3（或ACm）之间，经保温并缓慢冷却，获得近平衡组织，称之为不完全退火。如果不必要通过完全重结晶去改变铁素体与珠光体的分布及晶粒度，则总是采用不完全退火代替完全退火。 3. 等温退火 由于完全退火所需时间长，对某些奥氏体稳定的合金钢。常需要数十小时，甚至几天时间。常采用等温退火代替完全退火。 等温退火就是将钢加热到AC1或AC3温度以上，保温一段时间，较快的冷却到珠光体温区某一温度，并等温保持使奥氏体转变为珠光体型组织，然后在空气中冷却的工艺。 钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火退火的种类退火的种类 4 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 将钢加热到AC1以上20-30，保温一定时间，以不大于50/h的冷却速度随炉冷却，使片状渗碳体转变为球状或粒状。注意，在球化退火前，钢的原始组织中如果有明显的网状二次渗碳体时，应先进行正火处理，以消除网状渗碳体。 5. 扩散退火 将钢加热到AC3（或ACCm）以上150-300，长时间保温，随炉冷却的处理工艺，主要是使钢中的各元素在奥氏体中进行充分扩散，达到成分均匀化。主要用来减少金属铸锭、铸件、锻坯等化学成分偏析或组织不均匀性。 钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火 工具钢中的网状二次渗碳体组织（白色）+P先进行正火消除网状二次渗碳体，再进行球化退火处理T10球化退火 4%硝酸酒精腐蚀 1000组织：铁素体基体+球状、小块状碳化物（白）退火的种类退火的种类 6. 再结晶退火（recrystallization annealing） 将经过冷变形加工的工件加热至再结晶温度以上，保温一定时间后冷却，使工件发生再结晶，从而消除加工硬化、改善切削性能、提高延展性的工艺。 再结晶退火是经冷形变后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶成均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的热处理工艺。 再结晶温度随着合金的成分及冷塑性变形量而有所变化，为产生再结晶所需的最小变形量称为临界变形量，钢的临界变形量为6%-10%。再结晶随变形量的增加而降低，到一定值时不再变化。下面列出纯金属的再结晶温度： 铁为450；铜为270；铝为100；一般钢材再结晶退火温度为650-700；铝合金为350-400。 钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火退火的种类退火的种类 7 去应力退火 去应力退火又称低温退火（低于A1的某一温度，500-650），这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。 钢的普通热处理钢的普通热处理-退火退火钢的正火钢的正火 normalizing 正火，又称常化，钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）和Accm（过共析钢）以上3050，保温适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热处理工艺为正火。 正火后的组织:亚共析钢为F+S,共析钢为S，过共析钢为S+Fe3C正火与完全退火的主要差别在于冷却速度快些，目的是让钢组织正常化，亦称常化处理。钢的普通热处理钢的普通热处理-正火正火钢的正火钢的正火正火的主要应用范围有：正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒。 钢的普通热处理钢的普通热处理-正火正火钢的普通热处理钢的普通热处理-正火正火正火与退火的区别：正火与退火的区别： 正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。45钢 晶界先共析铁素体+魏氏组织铁素体+珠光体 40045钢 晶界先共析铁素体+珠光体 40045钢 正火后组织 铁素体+珠光体 400 组织得到细化45钢 880正火 铁素体（白）+珠光体（黑） 200某球铁在氮化处理前预处理工艺采用正火+高温回火，图1所示。退火与正火的选择、含碳量的低碳钢，通常采用正火代替退火。因为较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能；用正火可以提高钢的硬度，低碳钢的切削加工性能；在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。 、 含碳量在 之间的中碳钢也可用正火代替退火，虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。 、 含碳量在 之间的钢，因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。 、 含碳量 的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除。钢的淬火（钢的淬火（Hardening or Quenching） (行业内，淬读zn音，即读“zn hu”） 钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。 通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。 钢的普通热处理钢的普通热处理-淬火淬火淬火的目的淬火的目的是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度、弹性以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。 淬火能使钢强化的根本原因是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织（或贝氏体组织）。 钢的普通热处理钢的普通热处理-淬火淬火淬火淬火 将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。 常用的淬冷介质有盐水、水、油、气体介质等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。 淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。钢淬火的目的就是为了使它的组织全部或大部转变为马氏体，获得高硬度，然后在适当温度下回火，使工件具有预期的性能。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬火和贝氏体等温淬火、双相淬火等多种。 钢的普通热处理钢的普通热处理-淬火淬火工具钢淬火后得到的隐针马氏体+碳化物（白色颗粒）+残余奥氏体低碳钢淬火+低温回火得到的板条马氏体 淬火效果的重要因素，淬火工件硬度要求和检测方法： 淬火工件的硬度影响了淬火的效果。淬火工件一般采用洛氏硬度计，测试HRC硬度。淬火的薄硬钢板和表面淬火工件可测试HRA的硬度。厚度小于的淬火钢板、浅层表面淬火工件和直径小于5mm的淬火钢棒，可改用表面洛氏硬度计，测试HRN硬度。 淬火是钢铁材料强化的基本手段之一。钢中马氏体是铁基固溶体组织中最硬的相(表1)，故钢件淬火可以获得高硬度、高强度。但是，马氏体的脆性很大，加之淬火后钢件内部有较大的淬火内应力，因而不宜直接应用，必须进行回火。 钢的普通热处理钢的普通热处理-淬火淬火淬火的冷却方法淬火的冷却方法 要使钢中高温相奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。 冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。 钢的普通热处理钢的普通热处理-淬火淬火淬火的冷却方法淬火的冷却方法 要使钢中高温相奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。 双液淬火 工件加热后，先淬入水或其他冷却能力强的介质中冷却至400左右，迅速转入油或其他冷却能力较弱的介质中冷却。变温曲线如图中曲线2。所谓“水淬油冷”法使用得相当普遍。先淬入冷却能力强的介质，工件快速冷却可避免钢中奥氏体分解。低温段转入冷却能力较弱的介质可有效减少工件的内应力，降低工件变形和开裂倾向。本工艺的关键是如何控制在水中停留的时间。根据经验，按工件厚度计算在水中停留的时间，系数为，碳素钢取上限，合金钢取下限。这种工艺适用于碳素钢制造的中型零件(直径1040mm)和低合金钢制造的较大型零件。 分级淬火分级淬火 工件加热后，淬入温度处于马氏体点(ms)附近的介质(可用熔融硝盐、碱或热油)中，停留一段时间，然后取出空冷。变温曲线如图中曲线3。分级温度应选择在该钢种过冷奥氏体的稳定区域，以保证分级停留过程中不发生相变。对于具有中间稳定区(“两个鼻子”)型TTT曲线的某些高合金钢，分级温度也可选在中温(400600)区。分级的目的是使工件内部温度趋于一致，减少在后续冷却过程中的内应力及变形和开裂倾向。此工艺适用于形状复杂，变形要求严格的合金钢件。高速钢制造的工具淬火多用此工艺。 等温淬火等温淬火 工件加热后，淬入温度处于该钢种下贝氏体(B下)转变范围的介质中，保温使之完成下贝氏体转变，然后取出空冷，变温曲线如图中的曲线4。等温温度对下贝氏体性能影响较大，温度控制要求严格。羽毛状上贝氏体下贝氏体组织钢的回火钢的回火 回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。钢回火的目的钢回火的目的 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。 3 稳定工件尺寸，保证精度； 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。 钢的普通热处理钢的普通热处理-回火回火按回火温度范围，回火可分为低温回火、按回火温度范围，回火可分为低温回火、 中温回火和高温回火中温回火和高温回火 (1)低温回火低温回火 工件在250以下进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性，回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。 力学性能：5864HRC，高的硬度和耐磨性。 应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 (2)中温回火中温回火 工件在250500 之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托（屈）氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。 力学性能：3550HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。 应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。钢的普通热处理钢的普通热处理-回火回火按回火温度范围，回火可分为低温回火、按回火温度范围，回火可分为低温回火、 中温回火和高温回火中温回火和高温回火 (3)高温回火高温回火 工件在500以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。 力学性能：200350HBS，较好的综合力学性能。 应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 调质处理（quenching and tempering）：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200350之间。 钢的普通热处理钢的普通热处理-回火回火45钢 840淬火（水冷）+600回火 回火索氏体 4%硝酸酒精腐蚀 1000回火脆性回火脆性 回火脆性是指淬火钢回火后出现韧性下降的现象。 回火脆性：淬火钢在回火时，随着回火温度的升高，硬度降低，韧性升高，但是在许多钢的回火温度与冲击韧性的关系曲线中出现了两个低谷，一个在200350之间，另一个在450650之间。随回火温度的升高，冲击韧性反而下降的现象，回火脆性可分为第一类回火脆性和第二类回火脆性。 钢的普通热处理钢的普通热处理-回火脆性回火脆性回火脆性回火脆性 第一类回火脆性第一类回火脆性又称不可逆回火脆性，低温回火脆性，主要发生在回火温度为 250400时， 特征 （1）具有不可逆性；（2）与回火后的冷却速度无关；（3）断口为沿晶脆性断口。 1、产生的原因三种观点： （1）残余A转变理论（2）碳化物析出理论（3）杂质偏聚理论 2、防止方法 无法消除,不在这个温度范围内回火，没有能够有效抑制产生这种回火脆性的合金元素 （1）降低钢中杂质元素的含量； （2）用Al脱氧或加入Nb、V、Ti等合金元素细化A晶粒； （3）加入Mo、W等可以减轻； （4）加入Cr、Si调整温度范围（推向高温）； （5）采用等温淬火代替淬火回火工艺。 钢的普通热处理钢的普通热处理-回火脆性回火脆性回火脆性回火脆性 第二类回火脆性第二类回火脆性又称可逆回火脆性，高温回火脆性。发生的温度在 400650， 特征 （1）具有可逆性； （2）与回火后的冷却速度有关；回火保温后，缓冷出现，快冷不出现，出现脆化后可重新加热后快冷消除。 （3）与组织状态无关，但以M的脆化倾向大； （4）在脆化区内回火，回火后脆化与冷却速度无关； （5）断口为沿晶脆性断口。影响第二类回火脆性的因素 （1）化学成分（2）A晶粒大小（3）热处理后的硬度 钢的普通热处理钢的普通热处理-回火脆性回火脆性产生的机理 （1）出现回火脆性时，Ni、Cr、Sb、Sn、P等都向原A晶界偏聚，都集中在23个原子厚度的晶界上，回火脆性随杂质元素的增多而增大。Ni、Cr不仅自身偏聚，而且促进杂质元素的偏聚。 （2）淬火未回火或回火未经脆化处理的，均未发现合金元素及杂质元素的偏聚现象。 （3）合金元素Mo能抑制杂质元素向A晶界的偏聚，而且自身也不偏聚。 以上说明：Sb、Sn、P等杂质元素向原A晶界偏聚是产生第二类回火脆性的主要原因，而Ni、Cr不仅促进杂质元素的偏聚，且本身也偏聚，从而降低了晶界的断裂强度，产生回火脆性。钢的普通热处理钢的普通热处理-回火脆性回火脆性钢的普通热处理钢的普通热处理-回火脆性回火脆性防止方法防止方法（1）提高钢材的纯度，尽量减少杂质；（2）加入适量的Mo、W等有益的合金元素；（3）对尺寸小、形状简单的零件，采用回火后快冷的方法；（4）采用亚温淬火（A1A3）： 细化晶粒，减少偏聚。加热后为A+F（F为细条状），杂质会在F中富集，且F溶解杂质元素的能力较大，可抑制杂质元素向A晶界偏聚。（5）采用高温形变热处理，使晶粒超细化，晶界面积增大，降低杂质元素偏聚的浓度。 几种常见的其它热处理概念几种常见的其它热处理概念 1.固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺 2.时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。 3.固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。 4.时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。