单击此处编辑母版标题样式,#,本章目的,介绍钢的常用热处理工艺及其应用。,本章重点,1）各类热处理（退火、正火、淬火、回火）工艺组织性能应用的规律和特点；,2）淬透性、淬硬性的概念与应用。,第九章 钢的热处理工艺,热处理分类,普通热处理：,”,四把火,”,退火、正火、淬火、回火,表面热处理,：表面热处理（淬火）,化学热处理,形变热处理：,控制轧制（形变）,控制冷却,9-1 钢的退火与正火,一、退火,1、定义,钢加热到适当温度，保温一定时间后缓慢随炉冷却或控制其冷速，获得平衡组织的工艺。,参见教材“高于或低于,A,C1,”,A,C1,S,2、分类,（1）高温退火,（相变重结晶退火）,T,加热,A,C1,（2）低温退火,T,加热,A,C1,完全退火,不完全退火,球化退火,等温退火,扩散退火,去应力退火,再结晶退火,.,3、退火目的,总体：改善组织；提高性能。,降低硬度，改善切削加工性能；,适合机加工的硬度范围：150,250 HB,细化晶粒；均匀组织；,消除内应力。,注：实现目的 时，往往用正火代替退火。,工艺规范,特点,目的,适用范围,工艺：完全奥氏体化,组织：层片状珠光体,硬度，改善切削加工性能；,细化晶粒；,消除内应力；,减轻组织不均匀性(消除魏氏组织等),亚共析钢、合金钢的铸、锻、热轧、焊件的预备热处理(,切削加工前,或,热处理前,的预备热处理),4、退火工艺及特点,A,C3,+2030,A,C3,A,C1,t,T,（,1,）完全退火,45钢锻造后与完全退火后机械性能,状态,b,(Mpa),s,(Mpa),(%),(%),k,(kJ.m,-2,),HB,锻造,650750,300400,515,2040,200400,230,完全退火,600700,300350,1520,4050,400600,200,完全退火后强硬度有所下降，而塑韧性较大幅度提高。主要目的：改善组织均匀性以及加工性能。,工艺规范,特点,目的,适用范围,工艺：,不完全奥氏体化,组织：,球状(粒状)珠光体,降低(过)共析钢硬度适合切削；,为最终热处理（淬火与低温回火）做组织准备,含碳量较高的工、模具钢的预备热处理,A,C1,+2030,A,Cm,或,A,C3,A,C1,t,T,（,2,）球化退火 不完全退火的一种,工艺关键：,Fe,3,C,形态控制,K,球的大小控制,控制奥氏体化程度。,控制过冷奥氏体冷却转变的温度。,片状与球状珠光体组织切削性能比较,层片状珠光体,粒(球)状珠光体,刀具,T12,钢球化退火与完全退火的性能比较：,球化退火的强硬度更低，塑韧性更好，利于切削加工。,状态,b,(Mpa),(%),(%),HB,完全退火,810,15,30,230,球化退火,620,20,40,1,80,T12,钢完全退火与球化退火后性能比较,T12,钢完全退火与球化退火后组织比较,完全退火、球化退火的工艺缺陷：,周期长；变温转变组织大小不均,开发出等温退火。,（,3,）等温退火,是完全退火、球化退火工艺的改进,普通退火,等温完全退火,等温球化退火,A,C3,+2030,A,C3,A,r1,t,T,A,c1,A,C1,+2030,A,r1,-2030,高速钢等温退火与普通退火工艺曲线,870880,t,T,4,h,3,h,等温退火,普通退火,40 /,h,720740,炉冷15 /,h,空冷,空冷,等温退火优势,1）缩短工艺时间：,高速钢 40,h20h,；,2）,组织均匀：,碳化物球大小一致。,工艺规范,特点,目的,适用范围,(1)高温、长时 间；,(2)需再经重结晶工艺(完全退火或正火)以细化晶粒,消除或减轻偏析、带状组织等,合金钢锭大型铸钢件,t,T,A,C3,或,A,Cm,+200300,A,C3,或,A,Cm,（,4,）扩散（,均匀化,）退火,工艺,名称,工艺规范,目的,适用范围,再结晶退火,消除加工硬化,完全消除残余应力,冷塑性变形件,去应力退火,消除内应力，防工件变形,铸、锻、焊、冲压、机加工件,（,5,）再结晶退火与去应力退火,A,C1,650700,300650,t,T,二、正火目的、用途和工艺,1,.,定义,钢加热到,A,C3,或,A,Cm,以上的,A,区域，保持一定时间后在空气中冷却，以获得接近平衡状态组织的工艺又称常化。,2,.,目的,细化晶粒，消除铸锻焊件组织缺陷；,提高低碳钢硬度，改善切削加工性能；,消除高碳钢网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备；,型材或大型复杂铸钢件的最终热处理。,正火与退火的区别,加热温度较高；,冷却速度较快；,获得组织较细(索氏体,),；,强硬度与塑韧性较高；,生产效率较高。,正火 退火,碳钢正火与退火后的硬度（,HB）,状态,结构钢,软的 中等的 硬的,工具钢,退火,正火,125,140,160,190,185,230,220,270,正火与退火态45钢机械性能,状态,b,(MPa),(%),k,(J.cm,-2,),HB,正火,700800,1520,5080,220,完全退火,650700,1520,4060,180,注：正火态强硬度与塑韧性均较高,三、正火与退火的选用,C%0.75%,球化退火,C%0.9%,有网状碳化物,正火(消网)球化退火,注意：,1、退火与正火珠光体类型组织的应用；,2、能用正火处则不用退火。正火可作为大件或不重要工件的最终热处理，而退火一般不作为最终热处理,9-2 钢的淬火与回火,淬火,：,A,C3,或,A,C1,以上奥氏体化，,V,冷,V,C,急剧冷却，获马氏体组织。,等温淬火,B,下。,等温淬火,A,C1,M,S,V,C,V,C,淬火,1、淬火加热温度,（,1,）化学成分：,碳钢：亚共析钢：,A,C3,+3050,过共析钢：,A,C1,+3050,低合金钢：,A,C3,或,A,C1,+50100,高合金钢：,A,C3,或,A,C1,+300400,（2）工件尺寸、形状、淬火介质等。,一、淬火加热工艺参数的选择,A,C1,A,Cm,A,C3,M+A,R,M+A,R,+,A +Fe,3,C,A+F,M+F,Fe,3,C,淬火加热温度及淬火组织,2,、保温时间,保温,=,升温,+,热透,+,转,600,800,1280,W18Cr4V,T,t,3、淬火介质,（1）淬火介质的要求,鼻点冷速大,M,S,附近冷速小；,稳定，成本低；,安全：无毒；不腐蚀工件。,T,A,1,M,S,水,油,(2)常用淬火介质,水：,鼻温：150/,s；Ms：450/s。,优点：冷却能力强；成本低。,缺点：,M,转变温区冷速过大，变形；,应用：小尺寸、形状简单碳钢件。,油：,鼻温：6070/,s；Ms：50/s,；,优点：,M,转变温区冷速小，不易变形；,缺点：鼻温区冷速较小，不易淬透；,应用：合金钢件。,盐水与碱水,10%,NaCl,水溶液；,15%,NaOH,水溶液；,5%,Na,2,CO,3,水溶液；,使蒸汽膜提前破裂；但腐蚀。,二、钢的淬透性,V,表,V,心,V,表,V,心,V,C,淬透层深度,V,C,100%M,50%M,1、钢的淬透性概念,淬透层深度,由工件表面半马氏体点（50%,M,）的深度。,奥氏体化的钢在淬火时获得马氏体的能力,用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深度表示其大小。,硬度测量法：50%,M,的硬度,C%,50%,M,淬透层深度,淬透性与淬透层深度的差别,影响淬透性的因素,与影响,C,曲线因素一致。主要与钢种（成分）有关，另外，与奥氏体化条件有关。,实际淬透层深度,与淬透性、工件大小、淬火介质等有关。,淬硬性,钢淬火时的硬化能力，用淬成马氏体能得到的最高硬度表示。,主要取决于马氏体中的,C%。,淬透性,主要取决于,钢的化学成分（特别是合金元素）,并由此决定的临界冷却速度,。,2、淬透性与淬硬性,3、淬透性测定方法,（1）顶端淬火法,25100,（2）临界淬火直径,临界淬火直径,钢在某种淬火介质中能完全淬透的最大直径(,D,k,),。,临界淬火直径测量方法：,C%,半马氏体硬度；,测该钢端淬曲线找出对应半马氏体硬度的,d,端,值；,根据对零件淬透深度的实际要求(淬透至1/2,R、3/4R、,中心等)从图中查出对应的临界淬火直径,D,k,。,T,A,1,M,S,分级淬火,双液淬火,等温淬火,单液淬火,三、淬火方法,1、单液淬火,尺寸小、形状简单的碳钢、合金钢件。,2、双液淬火（水淬油冷）,尺寸较大碳钢件。,3、分级淬火,稍高于,M,S,，,盐浴；,小尺寸工模具、变形小、精密件。,4、等温淬火,淬火热应力、组织应力小，变形小,形状复杂、尺寸精密件。,5、冷处理,目的：,减少,A,R,%，HRC；,稳定尺寸。,四、钢的回火工艺,1、回火工艺参数的选择,回火温度的选择,：,（1）零件使用性能硬度回火温度,（2）应力消除：,T500,，,1 h；,T200,，,23 h,。,回火后冷却方式：,回火脆性钢水、油冷；,高合金钢的多次回火,。,回火温度对高碳低合金钢,(0.82,C,、,0.84,Mn),机械性能的影响,2、回火种类,回火温度内应力，强硬度，塑韧性。,根据温度不同划分回火种类。,（1）低温回火（150250）,组织：,回火马氏体,(,与淬火马氏体比较,),特征：,过饱和,+,碳化物,高碳钢：淬火片状,M,回火,M,，,碳化物析出；,低碳钢：板条,M，,只有,C,的偏聚，不形成,碳化物。,性能：,保持高强硬度；内应力和脆性；韧性略,。,应用,：工、模具钢；低碳马氏体钢。,（2）中温回火（350500）,组织：,条、针状,相+弥散分布细粒状,相,回火屈氏体（与屈氏体比较）,性能：,基体已回复；内应力；弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。,应用：,弹簧钢、热锻模。,（3）高温回火（550680）,组织,等轴状(再结晶),相+均匀分布粒状(球化),相,回火索氏体（与索氏体比较）。,性能,内应力基本消除，强度与韧性最佳配合,综合机械性能高。,应用,重要结构件，轴、齿轮。,五、钢的淬、回火缺陷,1、种类：,变形、开裂、氧化、脱碳、硬度不足、软点、过热、过烧等。,过热：,晶粒粗大重结晶消除；,过烧：,晶界熔化或氧化,无法挽回。,2、变形与淬火应力,变形方式,：,体积变化、弯曲翘曲；,产生原因,：,加热或冷却中热胀冷缩；,组织转变不同步内应力,（热应力、组织应力）,改进方法,分级淬火、等温淬火。,第九章 习题与思考题,1、,确定下列钢件的退火方法，并指出退火的目的与退火后的组织：,（,1,）经冷轧后的钢板，要求降低硬度；,（,2,）锻造过热的,60,钢锻坯；,（,3,）具有片状渗碳体的,T12,钢坯。,2、,指出下列零件的锻造毛坯进行正火的主要目的及正火后的组织：,(,1)20,钢齿轮；(,2)45,钢小轴；(,3),T12,钢锉刀,3、,何谓钢的淬透性？何谓钢的淬硬性？影响淬透性的因素有哪些？影响淬硬性的因素有哪些？,4、,何谓钢的淬火临界冷却速度？影响因素有哪些？它和钢的淬透性有何关系？,5、,试分析下列说法是否正确：,（,1,）钢中合金元素的含量愈多，则淬火后硬度愈高；,（,2,）同一钢材在相同加热条件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好。,6,、,指出,10mm,的,45,钢,(,退火态,),经下列温度加热并水冷后获得的组织：,700,、,760,、,840,。,(,知,Ac,1,724,，,Ac,3,780,，,D,水冷,20,mm),7,、,今有,Cr15,钢，制成轴承套，试述其预备热处理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。,8,、,现有,60,Si2Mn,钢用作弹簧、,40,Cr,钢用作轴（要求良好的综合机械性能）、,T10,钢用作工具，请分别针对这三个钢种回答：,(1),淬火加热温度选择原则；,(2),加热后的组织；淬火后的组织；,(3),回火温度选择原则；,(4),回火后的组织。,7,今有,Cr15,钢，制成轴承套，试述其预备热处理及最终热处理的名称、目的、工艺、获得的组织和性能。,8,现有,60,Si2Mn,钢用作弹簧、,40,Cr,钢用作