1、.熱處理工藝及設備 教學內容第一講： 緒論（自我介紹，與學生溝通。）舉例：例1）：彈簧件：目前用于制作彈簧工件的材料有很多種。首先根據工件使用條件和要求選用合適的彈簧鋼，然后加工成形。這時雖然材料和工件的形狀都達到了彈簧工件的要求，但性能并沒有達到技術要求。 這時工件在受力作用下就會發生塑性變形，無法起到彈簧工件的作用。要想使工件充分體現出彈簧的特性，就要根據所用具體材料進行相應熱處理來滿足。例2）：家用菜刀、剪刀等，這些工件使用性能如何，熱處理的好與壞，直接影響刀具的質量，如硬度低時，易出現卷刃現象，如硬度過高，易出現斷裂現象等。例3）：學生在鉗工實習時制作的小錘子。在鉗工制作錘子時，所用工

2、具有：銼刀、鋸條和鉆頭等工具，它們同樣是金屬材料，為什么錘子能被加工得動？這說明這些工具的硬度比錘子的硬度高，所以能把錘子從原材料加工成錘子的形態。但在鉗工加工成形的錘子也只是一個半成品。因為雖然錘子的形狀，尺寸達到了要求，但它們的機械性能并沒有達到要求。如果這時用它錘擊工件，錘子本身就會出現變形。所以要想使錘子不但在尺寸和精度上達到要求而且在性能上也應達到技術要求，為此就要通過進行熱處理來完成。例4）：古代刀劍，不經過熱處理，是沒法上戰場使用的。引出本課程的教學目的：認識、理解、掌握、運用熱處理工藝及設備知識。0 緒論0-1 熱處理的起源和歷史春秋戰國時期，鑄鐵的石墨化退火和脫碳退火，應用于

3、農具中；西漢時代，鋼鐵兵器的淬火提高硬度；三國時代，發現了淬火介質對工件質量的影響；漢魏時期，開始了化學熱處理；圖0-1 熱處理工藝曲線示意圖明代，有了滲碳工藝；由于歷史原因，新中國成立前的熱處理一直停滯不前。0-2 熱處理的概念、工藝特點1、熱處理：采用適當的方式對固態金屬或合金進行加熱、保溫和冷卻，以獲得所要求的組織結構（或表面化學成分）與性能的工藝。性能包括：工藝性能、機械性能、物理性能和化學性能。1）加熱升溫的目的使金屬材料由低溫組織轉變為高溫組織（舉例：鋼在常溫下其內部有珠光體、鐵素體、馬氏體、上、下貝氏體等組織。隨著溫度的升高，當達到727或超過727時，就發生了組織轉變。常溫的組

4、織開始轉變為高溫的組織，也就是向奧氏體轉變。）2）保溫的目的使工件燒透且組織轉變有充足的時間（工件有尺寸、形狀，加熱有快慢，工件芯部與外表溫度要求一致）3）冷卻的目的將金屬材料的高溫組織以不同的冷卻速度冷卻到室溫，獲得不同的室溫組織，從而達到不同的機械性能。2、工藝特點：熱處理工藝是機械制造過程中一個重要的組成環節，與其它工藝相比，有其工藝特點：1）熱處理工藝不改變工件的外部形態，只改變內部組織形態，提高其內在質量，賦予各種使用性能；2）熱處理工藝不能獨立存在，可在機械制造過程中任何一個位置存在，與前后工序起相輔相成的作用；（舉例：機加工之前的高溫退火、鋁合金成品前的固溶處理等）3）操作溫度和

5、過程時間范圍廣；（溫度可高達工件的熔點，也可低至零下幾十度，而時間短則幾秒長則上百小時）4）工藝控制精確；（溫度、時間的控制，冷去速度、方法的要求，熱處理時工件的擺放及移動速度等）5）加熱、冷卻介質的多樣性和嚴格性；6）加熱冷卻的均勻性和區分性。0-3 熱處理的分類1、按機械加工過程中的位置和作用分：（1）最終熱處理；（為獲得零件最后使用狀態所需性能的熱處理）（2）預先熱處理；（常在最終熱處理之前進行，為其他工藝做好組織性能準備）（3）補充熱處理。（常在最終熱處理之后進行，為了消除應力或穩定加工效果）2、按零件熱處理部位不同分：（1）整體熱處理；（2）局部熱處理；（3）表面熱處理；（4）區分熱

6、處理。3、按零件化學成分是否要求變化分：（1）普通熱處理；（2）化學熱處理。4、按熱處理溫度分：（1）高溫熱處理；（2）中溫熱處理；（3）低溫熱處理；（4）冷處理。5、按工藝特點、組織轉變及形狀性能變化分：（1）基本熱處理-退火、正火、淬火、回火、冷處理、時效等；（2）化學熱處理-滲碳、滲氮、滲硼、滲金屬、多元滲等；（3）表面淬火-火焰淬火、感應淬火、滲液淬火、電接觸淬火、激光淬火等；（4）形變熱處理-高溫形變熱處理、中溫形變熱處理、低溫形變熱處理；（5）復合熱處理-滲碳淬火、表面淬火自行回火、鍛熱淬火、焊接余熱退火等。0-4 國內熱處理工藝現狀及發展趨勢1、現狀：與發達國家相比，工藝水平低、

7、質量差、耗能大、成本高、產品缺乏競爭力； 工藝研究和設備開發方面遠遠落后于發到國家，高端精密的熱處理工藝設備絕大部分從國外進口。2、發展趨勢： （1）節能減排，降低能耗，加強熱處理工藝過程的控制與管理，積極采用復合熱處理等新熱處理工藝； （2）推廣無氧化、防脫碳、防熱裂的熱處理工藝； （3）改造和引進自動化熱處理生產線； （4）減少污染、采用清潔能源、采用高效熱處理工藝。第二講：金屬的加熱及鋼在加熱時的轉變圖0-1 熱處理工藝曲線示意圖提問學生：1）熱處理的定義？熱處理的工藝過程？（畫右圖示意）2）熱處理按工藝、特點和形狀性能角度如何分類？1 金屬的加熱及鋼在加熱時的轉變1-1 熱處理的加熱過

8、程1、加熱物理過程：熱的傳遞方式：傳導溫度不同的接觸物體間或同一物體中各部分之間的熱能傳遞過程； （舉例：烤紅薯、用暖水袋暖手等等）對流流體流動時，流體質點運動引起的熱能傳遞過程； （比如：暖氣管、空調、吹風扇等等）輻射物體間通過熱輻射在空間中傳遞熱能的過程。 （比如：微波爐、太陽光等等）2、加熱影響因素：1）加熱介質 （畫出書中的表1-1，加以說明） 一般來說，傳導比對流的加熱速度要快一倍以上 （舉個例子：燒水）2）鋼件（或合金）成分 （畫出書中的表1-2，加以說明） 鋼的化學成分不同決定了其比熱、密度和導熱系數有差異，則影響著加熱速度； 一般來說，加熱速度與導熱系數成正比、與比熱、密度成反

9、比， 即：v /c。 （舉例，鋁鍋、銅壺。合金元素越多，則導熱系數越小、密度越大，不宜快速加熱）3）鋼件（或合金）形狀 有效受熱表面積與體積之比，F/V，其越大，則加熱速度越大。3、加熱規范的一般原則：與零件有關，也與加熱設備、加熱方式、裝爐量及工藝要求有關1）加熱溫度確定 （畫圖1-2加熱溫度優選示意圖）過燒金屬或合金在熱處理加熱時，由于加熱溫度接近其固相線附近，晶界氧化和開始部分熔化的現象。過熱金屬或合金在加熱時，加熱溫度超過相變所需溫度，使組織和性能異常的現象。氧化脫碳2）加熱速度選擇采用小的（慢速）加熱速度：脆性大的工件、導熱性差的工件、大尺寸工件、復雜形狀的工件、殘余應力大的工件、固

10、體滲碳和退火工藝、具有嚴重偏析和夾渣物的工件。沒有以上因素的工件，從生產效率、節約資源考慮，都應采用大的加熱速率。3）加熱方法選擇 （畫出書中圖1-3示意）（1）冷爐裝料：需要加熱速度小的工件、裝爐量較多的情況；（2）到溫裝爐：加熱速度大、操作方便，截面溫差大，退火、正火、淬火等普遍采用的加熱方法；（3）高溫裝爐：爐溫比加熱溫度高100150 、加熱速度大、熱應力大、操作不方便，鍛件退火或正火，碳鋼或低合金鋼鍛件的淬火。（4）低溫裝爐：低于600、加熱速度中等、溫差較小，熱處理溫度較低的工件，大型鑄鍛件，淬火不合格返修件，經過預熱要進行高溫熱處理的、為了減少高溫氧化和脫碳的工件。4）加熱時間確

11、定理論計算法：一般來說，加熱時間包括：工件升溫時間、均熱時間、保溫時間；但理論計算時，加熱時間僅指升溫時間。（1）表面熱流密度恒定時：（傳給工件的熱量與工件吸收而升溫的熱量相等）（2）爐溫恒定時：（d時間內傳遞給工件表面的熱量）經驗計算法：=a×d常用有效厚度計算方法（畫圖1-4表示）1-2 熱處理的加熱介質：1、固體介質：木炭、煙煤、石墨、剛玉砂、石英砂、碳化硅等，主要應用于固體滲碳、滲金屬等固體化學熱處理及無氧化加熱。2、液體介質：熔鹽、熔堿、熔融金屬、各種油類等，主要應用于加熱質量要求高的高碳高合金鋼的小零件、工模具的加熱及某些液體化學熱處理，也可用于等溫淬火冷卻。 熔鹽溫度1

12、401300，價格低、易于清除，使用廣泛； 熔融金屬有毒、易污染、不易清理，幾乎不用； 油浴200以下，主要用于回火加熱。3、氣體介質： 1）一般爐氣：CO、CO2、H2、O2、N2、CH4等，具有較大氧化性，普通工件加熱。 2）放熱型（DX型）氣體：液化石油氣、天然氣、城市煤氣等，與空氣混合燃燒發生反應后制得，常用于保護性氣體，光亮退火、光亮淬火、光亮熱處理。 3）吸熱型（RX型）氣體：丙烷、丁烷、甲烷等，與少量空氣混合后，在高溫反應罐中，經觸媒作用反應制得，常用于鋼件防止氧化脫碳，如氣體滲碳等。 4）氨分解氣體：常用于不銹鋼、硅鋼片、低碳高合金鋼的光亮熱處理。 5）氮基氣體、氫氣及木炭發生

13、氣 6）真空氣體1-3 鋼在加熱過程中的轉變1、奧氏體的形成過程：形核和長大兩個基本過程，可分為四個階段（畫圖書中9-2示意） 1）奧氏體的形核：Ac1溫度以上，珠光體不穩定，在F和Fe3C的界面上優先出現奧氏體的晶核； （這是因為相界面上碳濃度分布不均、原子排列不規則、能量較高狀態） 2）奧氏體晶核長大：穩定了的奧氏體晶核開始逐漸長大，依靠Fe、C原子的擴散，晶格改組為面心立方晶格； 3）殘余滲碳體的溶解：鐵素體優先溶解消失于奧氏體中，殘余的滲碳體需要時間來溶解消失； 4）奧氏體均勻化：濃度不均，則需要長時間的C原子繼續擴散均勻，同時伴有奧氏體的合并現象。2、奧氏體的晶粒長大及控制 1）奧氏

14、體晶粒度：衡量奧氏體晶粒大小的尺度，對冷卻后鋼的組織和性能有著重要影響。 表示方法有：經理尺寸表示法（晶粒截面的平均直徑或單位面積內的晶粒數目）； 晶粒度級別指數G表示法分8級，1最粗、8最細，一般5以上為細晶粒。 2）奧氏體晶粒長大：起始晶粒度、實際晶粒度 3）晶粒度大小的控制：（1）加熱溫度和保溫時間的控制； （2）加熱速度的控制；（快速加熱，短時間保溫細化晶粒） （3）鋼的化學成分；（可抑制晶粒長大的元素：Al、V、Ti、Zr、Nb、W、Cr、Mo等） （4）鋼的原始組織；（越細的組織越有利于晶粒長大）第三講：鋼在冷卻時的轉變提問復習：（1）加熱時間的確定？加熱溫度的確定？加熱速度的確定

15、？ （2）鋼在加熱過程中發生了哪些轉變？1-4 鋼在冷卻時的轉變1-4-1 冷卻條件對鋼性能的影響 （畫書上表9-1） 連續冷卻：將奧氏體化后的鋼件以一定的冷卻速度從高溫一直連續冷到室溫。 等溫冷卻：把奧氏體化后的鋼件迅速冷到臨界點以下某個溫度，等溫保持一定時間后再冷至室溫。1-4-2 過冷奧氏體等溫轉變曲線（C曲線）1、過冷奧氏體：臨界點以下暫時存在的奧氏體，是介穩定相。 TTT曲線（Time-Temperature-Transition）：反映過冷奧氏體等溫轉變動力學的實驗曲線，C曲線。（殘余奧氏體：未發生轉變的過冷奧氏體）2、共析碳鋼C曲線分析 （畫出書上圖9-4 C曲線圖）（1）C曲線

16、中，A1溫度線是奧氏體向珠光體轉變的臨界溫度；左邊和右邊的C曲線分別為過冷奧氏體轉變開始線、終了線。（2）共分幾個區域：高于A1的奧氏體穩定區、轉變開始線以左的過冷奧氏體區、轉變終了線以右和Ms點以下為轉變產物區、轉變開始線與終了線之間為過冷奧氏體和轉變產物的共存區。（3）過冷奧氏體在不同溫度等溫轉變時，都要經過一段孕育期，即為縱坐標到轉變開始線之間的距離。550為鼻溫，孕育期最短、轉變時間最短。（4）發生三種轉變：高溫的珠光體轉變、中溫的貝氏體轉變、低溫的馬氏體轉變。1-4-3 影響因素1、奧氏體成分的影響：碳濃度、合金元素2、奧氏體化狀態的影響：晶粒度、均勻化、晶體缺陷密度等3、應力和塑性

17、變形的影響：1-4-4 過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線1、CCT曲線（continuous-cooling-transition） (畫圖書上9-8)CCT曲線的臨界冷卻速度（Vc）、TTT曲線的臨界冷卻速度（Vk）、上下臨界冷卻速度（這里，提問學生：a、要獲得全部馬氏體，冷卻曲線如何畫？全部為珠光體呢？）1-5 珠光體轉變1-5-1 定義：在高溫時發生的擴散性相變，生成鐵素體與滲碳體的機械混合物 （寫出反應式） 典型的擴散型轉變，退火、正火和索氏體化處理時，發生的主要相變為珠光體轉變。1-5-2 組織形態、結構和性能1、片狀珠光體：由具有一定厚度的片狀鐵素體與片狀滲碳體交替排列堆疊而成；分為片狀

18、珠光體、細片狀珠光體（索氏體S）、極細片珠光體（屈氏體T）2、球狀珠光體：在鐵素體基體上分布著粒狀滲碳體組織；（球化退火）3、性能：片間距和粒度越小，則強度、硬度越高，塑性、韌性越好。一般來說，退火后球狀珠光體的性能比片狀珠光體的性能好。 魏氏體組織會降低鋼的力學性能，應該避免，或經過正火、退火、鍛造來消除。1-6 馬氏體轉變1-6-1 定義：在較低的溫度下發生的無擴散性相變，生成碳在-Fe中過飽和的間隙固溶體。 典型的無擴散相變、淬火處理時，發生的主要相變為馬氏體轉變。1-6-2 主要特點：1、無擴散性相變、以共格切變的方式進行；2、具有一定的位向關系和慣習面；3、表面浮凸現象，說明是切變轉

19、變；4、轉變在一個溫度范圍內完成，必須冷卻到Mf以下，才能轉變完成，否則都會存在殘余奧氏體；5、高速長大，不需要孕育期。1-6-3 形態及其亞結構1、板條馬氏體：一般為低碳鋼、中碳鋼、不銹鋼的典型馬氏體組織，扁條狀和薄板狀；2、片狀馬氏體：一般為高碳鋼、中碳鋼、高鎳的鐵鎳合金的典型馬氏體組織，雙凸透鏡或竹葉狀；3、亞結構：孿晶4、影響因素：奧氏體的碳含量、馬氏體形成溫度。1-6-4 性能1、高強度、高硬度：固溶強化、相變強化、時效強化、細晶強化2、塑性和韌性：受碳含量及亞結構影響馬氏體的強度主要取決于碳含量，塑性和韌性主要取決于亞結構。1-7 貝氏體轉變1-7-1 定義：在中溫條件下進行碳原子

20、擴散和鐵原子不擴散性轉變，形成殘余奧氏體與珠光體的混合物；1-7-2 形態上貝氏體：350-550轉變，形成羽毛狀的貝氏體；下貝氏體：350以下轉變，形成針狀的貝氏體；粒狀貝氏體：貝氏體形成溫度最上部。1-7-3 性能性能主要受到形成溫度、化學成分影響；下貝氏體具有良好的綜合力學性能，尤其韌性更加。第四講 退火與正火提問：a、畫出C曲線；畫出CCT曲線； b、指出哪條是連續冷卻曲線，哪條是等溫冷卻曲線？并說明它們最終的相變產物。 c、什么是馬氏體轉變？主要特點？第二章 退火與正火退火與正火是生產中常用的預備熱處理工藝。一般為了消除鑄、鍛和焊件的內應力以及成分、組織的不均勻性，為下道工序做好組織

21、準備。2-1 退火的定義及分類 一、退火：把鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得接近于平衡組織的熱處理工藝。溫度：高于Ac3、Ac1，或低于A1；（畫出書上圖9-1，并與鐵碳相圖對比說明A1 A3 Acm等溫度點）冷卻方式：隨爐冷卻；組織：平衡組織，珠光體組織。二、目的：在于均勻化學成分、改善機械性能及工藝性能、消除或減少內應力并為零件最終熱處理作好組織準備。要消除的組織缺陷一般有：魏氏體組織、帶狀組織、粗大晶粒等；后續的工藝操作一般有：切削加工、淬火等。三、分類：再結晶退火：加熱到再結晶溫度（低于A1），靠生成新晶粒及晶粒長大以消除由冷變形所引起的晶格歪曲與性能變化的一種熱處

22、理工藝。相變重結晶退火：在相變溫度以上發生結構、組織與性能變化的一種熱處理工藝。低溫退火：加熱到相變溫度以下，進行消除內應力，防止變形，降低硬度，恢復塑性和消除加工硬化，改善切削與沖壓加工性等的熱處理工藝，亦稱之為軟化退火或去應力退火。2-2 退火工藝（畫圖9-43）1、完全退火：為改善熱鍛、熱軋、焊接或鑄造過程由于溫度過高在鋼件內出現的不良組織，提高機械性能，或為使鋼件軟化，以改善加工性能與消除內應力，而采用的熱處理工藝。a、加熱溫度：一般采用Ac3 +（2050 ）b、加熱速度：不同鋼種采用不同加熱速度，一般的，碳鋼選150200 /h，低合金鋼選100 /h，高合金鋼選50 /h。對于大

23、型工件及裝爐量大的工況，因透熱性差，宜在550650 停留一段時間，再繼續升溫。c、保溫時間：為使工件透燒，保證內外組織轉變完成和均勻化，一般的，碳鋼選1.52 min/mm，低合金鋼22.5 min/mm，高合金鋼2.53 min/mm。裝箱保護退火時，應根據箱子大小和箱內填充劑進行適當延長，一般需增加14 h。d、冷卻速度：控制冷卻速度保證奧氏體向珠光體轉變全部完成、又不獲得高的彌散度。碳鋼選100200 /h，低合金鋼選50100 /h，高合金鋼選2050 /h。e、冷卻方式：為了提高設備利用率，并使組織充分轉變，由退火溫度至550 為爐冷，550 以下取出空冷。f、應用：碳素結構鋼和合

24、金鋼的鍛件、軋件、鑄件和焊接件，不宜用于過共析鋼件。2、不完全退火：為消除碳素結構鋼和低合金結構鋼因熱加工所產生的內應力，使鋼件軟化或改善工具鋼被切削性而采用的熱處理工藝。 由于加熱溫度在兩相區進行，僅發生部分相變重結晶，鐵素體或碳化物形態、分布仍保留。a、加熱溫度：Ac1Ac3或Ac1Ac3b、加熱速度：同完全退火c、保溫時間：同完全退火d、冷卻速度：同完全退火e、冷卻方式：同完全退火f、應用：碳素結構鋼、碳素工具鋼、低合金結構鋼和低合金工具鋼的熱鍛件和熱軋件。3、球化退火：是不完全退火的一種特例，使鋼中碳化物球化并均勻分布在鐵素體基體上，獲得粒狀珠光體的退火工藝。目的：改善工具鋼的可切削性

25、；為淬火作好金相組織準備。a、球化退火工藝（畫圖2-2）（1）主要用于淬火或冷加工后鋼的球化；（2）多次重復使鋼中原晶界上的碳化物和珠光體中滲碳體經過溶解和重新析出、聚集而達到球化目的；此方法適用于原始組織為珠光體的鋼；（3）主要使碳化物溶解，而后快速冷卻，以防網狀碳化物析出；（4）過共析鋼最常用的球化；（5）使網狀碳化物或大塊碳化物完全溶解，以利其后球化；（6）與（5）類似。b、影響球化質量因素：化學成分：碳含量增加有利于球化，加入可形成碳化物的元素不利球化；原始組織：網狀碳化物很難球化，馬氏體、細小的珠光體或貝氏體有利于球化，冷變形后組織有利于球化；加熱溫度與等溫溫度：加熱溫度過高或過低、

26、等溫溫度過高或過低，都不利于球化；球化時間：不宜過長，否則球化碳化物變粗，硬度下降；冷卻速度：冷卻速度會影響碳化物的彌散度，冷卻速度小有利于球化，采用緩慢冷卻進行球化退火是保證得到理想組織的重要因素。c、應用：廣泛應用于工具鋼、軸承鋼和量具鋼，作為預先熱處理。4、等溫退火：與完全退火相同，但可有效縮短生產周期a、加熱溫度：Ac3 +（2050 ）或Ac1 +（2050 ）b、加熱速度：同完全退火c、保溫時間：同完全退火d、等溫溫度：根據C曲線及硬度要求確定e、冷卻速度：大件隨爐冷卻，小件空冷f、冷卻方式：>500 隨爐冷，<500 空冷g、應用：球化退火不少是采用等溫退火縮短生產周

27、期，用以消除Cr-Ni鋼及Cr-Ni-Mn鋼鍛件中的白點。5、擴散退火（均勻化退火）：為了消除和降低鑄件凝固時所引起的成分偏析，達到成分、組織均勻化的熱處理工藝。特點：高溫長時間加熱、能耗大、成本高，工件易過熱和燒損a、加熱溫度：根據合金元素含量及偏析程度而定，一般采用10501200 b、加熱速度：低合金鋼選100 /h，高合金鋼選2050 /hc、保溫時間：2.53 min/mm d、冷卻速度：低合金鋼選50100 /h，高合金鋼選2050 /he、冷卻方式：同完全退火f、應用：優質合金鋼鑄件；另外，經擴散退火的鑄鋼件晶粒粗大，韌性塑性差，需要一次完全退火或正火來重新細化組織，提高機械性能

28、。6、再結晶退火：把冷變形后的金屬加熱到再結晶溫度以上，保持適當時間，使變形晶粒重新轉變為均勻的等軸晶粒，以消除加工硬化和殘余應力的熱處理工藝。目的：消除冷作硬化、提高塑性、改善切削及壓延成型性能。a、加熱溫度：Tr +（150250 ），Tr為再結晶溫度，0.4×熔化溫度，大部分鋼件取600700 b、保溫時間：14 h c、冷卻方式：空冷d、應用：冷作加工（冷擠、冷拔、冷軋、冷彎等）件、成型加工件7、軟化或去應力退火：為消除因變形加工及鑄造、焊接過程中引起的殘余內應力而進行的熱處理工藝。特點：消除內應力、降低硬度、提高尺寸穩定性、防止工件開裂和變形a、加熱溫度：一般的，鑄鐵500

29、600 ，碳鋼及低合金鋼550650 ，高合金鋼600700 b、加熱速度：100150 /hc、保溫時間：26 h d、冷卻速度：50100 /he、冷卻方式：>500 為爐冷，<500 為空冷（適用于鋼） >400 為爐冷，<400 為空冷（適用于鑄鐵）f、應用：碳鋼與合金鋼的鍛件、機加工件，鑄鐵件，焊接結構件。第五講：退火與正火的應用及其選擇提問：退火溫度、冷卻方式、組織？退火的目的？退火的分類？45#鋼的完全退火工藝？2-3 退火工藝控制組織的基本原則（1）退火處理后珠光體的形狀決定于退火加熱溫度；（一般的，退火溫度高，奧氏體成分越均勻，可獲得片狀珠光體，反之，

30、退火溫度低，組織成分不均勻，可獲得粒狀或球狀珠光體）（2）退火溫度過低，且保溫時間不足，原始組織中片狀組織沒有被破壞，則退火組織仍可能保留細片狀珠光體；（3）退火溫度過低，且冷卻速度過快，致使碳化物結晶核心細而多，退火組織可獲得點狀珠光體；（4）冷卻速度不影響珠光體的形狀，但決定了碳化物的彌散度，因而決定了退火后的硬度；（5）欲獲較軟組織，可將鋼加熱到臨界點（Ac1）以上30 處保溫，然后冷卻到Ac1以下30 處保溫；（6）退火緩冷到500左右，就可以放置于空氣中冷卻，對組織轉變已無影響；（7）欲細化淬火的粗大過熱組織，可通過提高退火時的奧氏體化溫度（Ac3 + 60100 ）或延長奧氏體化保

31、溫時間的辦法或適當提高加熱速度進行奧氏體化，使奧氏體晶粒發生再結晶，從而消除組織結構的遺傳性。2-4 正火工藝一、正火概念將鋼加熱到Ac3或Acm以上適當溫度，保溫一定時間后在空氣中冷卻，從而得到珠光體型組織的熱處理工藝。目的：加速合金碳化物的溶解和奧氏體均勻化，為了消除熱加工所造成組織缺陷，消除網狀碳化物，細化晶粒，為淬火作好準備，同時也可為不重要零件作為提高機械性能的最終熱處理而采用正火處理。二、工藝規范a、加熱溫度：亞共析鋼Ac3 + 4060 ，過共析鋼Acm + 4060 b、保溫時間：1.52 min/mmc、冷卻方式：空冷，對大件可用吹風、噴霧和調節工件堆放距離等方法控制鋼的冷卻

32、速率。d、應用：碳鋼和合金鋼鑄件、鍛件、板材、管材、帶材或型鋼。應注意的是：（1）正火是退火的一個特例，只適用與碳鋼與某些低合金鋼，常由于鋼種、截面尺寸不同其結果差異較大；（碳鋼空冷為珠光體組織，合金鋼空冷可為珠光體組織或貝氏體組織或馬氏體組織；大型鍛件空冷相當于爐冷，低合金鋼細小件空冷接近于淬火）（2）糾正過熱嚴重的鋼一般采用兩次正火，即高溫正火（Ac3 + 100150 ）+低溫正火；（3）較大截面的鋼材采用高溫正火Ac3 + 100 ；2-5 退火與正火的選擇一、退火與正火鋼的組織與性能（1）組織a、正火組織比退火細；b、正火冷速比退火大，先共析產物（F、Fe3C）不能充分析出；（例如：

33、45#鋼退火后組織為45%F+55% P，而正火后組織為30%F+70%P）c、合金鋼中碳化物穩定，加熱不易溶于奧氏體中，退火后形成粒狀珠光體，但正火后粒狀碳化物分布在馬氏體基體上導致硬度高，故正火不作為合金鋼機加工之前的預先熱處理；d、退火正火均可使鋼的晶粒細化，但加熱溫度不能過高，否則正火會形成魏氏體組織，退火會形成過熱粗晶粒組織；（2）性能一般的，正火鋼的性能要比退火鋼的性能好。二、退火與正火的選擇（1）為改善組織缺陷并為淬火作好金相組織準備時：對亞共析鋼，一般選擇完全退火或正火；對碳鋼和低合金鋼且零件尺寸不太小，一般選擇正火；對過共析鋼，選擇球化退火；（2）為改善加工性能時：鋼的被切削

34、性的最理想硬度為HB160210；組織上看，亞共析鋼的片狀組織比球狀組織的被切削性好，共析鋼和過共析鋼的球狀組織被切削性能好，因此：a、 低碳鋼和低碳合金鋼選用正火；b、 中碳鋼和中碳合金鋼選用退火（完全退火或不完全退火）；c、 零件小或薄的中碳合金結構鋼（40CrMn、38CrMoV等）選用正火+高溫回火；d、 共析鋼與過共析鋼選用球化退火；e、 高合金鋼（18Cr2Ni4W等）選用軟化退火；（3）為改善冷加工變形能力時：采用軟化退火與再結晶退火，其退火溫度：碳鋼600，合金鋼700；（4）為消除殘余內應力時：一般采用軟化退火，但退火溫度有區別：焊接結構件采用600650，已精加工的零件采用

35、200；零件的內應力消除程度與退火溫度的高低和保溫時間的長短有關；（溫度越高時間越長，越徹底）（5）為提高零件的機械性能時：只為提高機械性能的碳鋼件，采用正火；即要求一定的機械性能又要求改善切削性能的含碳量較高的鋼件，采用退火；（6）為消除化學成分不均勻性時：成分偏析不嚴重時，可退火也可正火；很嚴重時，采用擴散退火。作業：1、 畫出共析碳鋼的TTT圖。為獲得下列組織應選用何種冷卻方法？并在TTT圖中畫出冷卻曲線。（1）S+P；（2）全部B下；（3）M+AR；（4）T+M+ AR；（5）T+B+M+AR2、 簡述退火工藝方法的種類、目的、特點及用途；3、 指出下列鋼種正火的主要目的及正火后的組織

36、：（1）20鋼齒輪；（2）45鋼小軸；（3）T12鋼銼刀4、 由于發現鍛軋后的GCr9SiMn軸承鋼中存在網狀碳化物和片狀珠光體，同時為淬火做組織準備，應采用何種預備熱處理？并給出具體的工藝參數和工藝路線圖。第六講：淬火工藝及鋼的淬透性提問：正火的概念及工藝規范？小而薄的40CrMn鋼零件（中碳合金結構鋼）要改善其切削加工性能，可選擇什么熱處理工藝？第三章 淬火與回火（鋼的淬火與回火是熱處理工藝中最重要的、應用最廣泛的工序；淬火可顯著提高鋼的強度和硬度，回火即可消除淬火內應力又可得到強度、硬度和韌性的不同配合，因此，淬火和回火是密不可分的兩道熱處理工藝，往往作為工件的最終熱處理工藝）3-1 淬

37、火一、定義淬火：將鋼加熱到一定溫度（高于Ac3或Ac1）后，并保溫一定時間，隨后快速冷卻，使其得到不平衡狀態組織（馬氏體或下貝氏體組織）的熱處理工藝。1、臨界冷卻速度（c）（畫書上圖3-1）上臨界速度c：全部獲得馬氏體組織的最小冷卻速度；下臨界速度c·：全部獲得珠光體組織的最大冷卻速度；2、淬火（獲得全部馬氏體組織）的必要條件冷速：大于上臨界速度(>c)溫度：低于馬氏體轉變溫度（t<Ms）二、目的1、提高鋼的硬度和耐磨性2、提高綜合機械性能（強度、韌性、塑性等）3、改善鋼的特殊性能（磁鋼的高矯頑力、不銹鋼的高耐蝕性、耐熱鋼的高溫強度等）不平衡狀態組織，就是不穩定組織，不全

38、是馬氏體，可以有殘余奧氏體，生產上使用一般都需要較穩定組織。三、分類（畫書上表9-3）3-2 淬火介質（冷卻介質、淬火劑、冷卻劑）一、對淬火冷卻介質的要求淬火介質，必須要求足夠的冷卻速度，保證獲得所需要的組織和性能，但不能使工件變形及開裂。1、理想淬火介質 (畫圖3-2)根據C曲線分為三個溫度區：奧氏體穩定區>650，奧氏體不穩定區650400，奧氏體較為穩定區<400。理想的淬火冷卻曲線（畫圖3-3）：在鼻子上面的高溫區應緩冷減小熱應力，在鼻子附近須快冷防過冷奧氏體分解，而在Ms點附近應盡量緩冷減少馬氏體轉變產生的組織應力。理想淬火介質要求（畫表3-1）2、淬火介質的分類與要求分

39、類：第一類：淬火時不發生物態變化（輻射、傳導、對流進行降溫），有熔鹽、熔堿與空氣；第二類：淬火時發生物態變化（汽化進行降溫），有水、油、水溶液。要求：（1）具有一定冷卻能力，成分穩定不變質、粘度小、流動性好，無毒無味，不腐蝕工件，淬火后易于清洗，來源廣、價格低。 （2）相變角度上，奧氏體不穩定區冷卻能力大，不發生珠光體轉變，馬氏體形成區冷卻能力小一些，可保證淬火后質量。3、淬火介質的冷卻機理（1）第一類：通過淬火介質的自身性質（導熱性、比熱、粘度、介質溫度等）影響冷卻能力；（2）第二類：通過物態變化過程的吸熱，影響冷卻能力。 第二類冷卻可分三個階段：蒸汽冷卻、沸騰冷卻、對流冷卻， 要求：蒸汽冷

40、卻不能太長，沸騰冷卻應劇烈，對流冷卻開始溫度要高于馬氏體轉變點。4、影響因素（1）自身內在因素：比熱、汽化熱、蒸汽壓、導熱性、粘度、表面張力；（2）外界因素：添加物、介質溫度、攪拌、工件淬火溫度、工件尺寸5、淬硬能力的評定急冷度（鋼的硬化層深度）：H=/，為鋼表面與淬火介質的熱交換系數，為鋼的導熱系數。二、常用淬火介質1、水高溫區冷速較低，低溫區冷速很大，導致工件極易開裂（馬氏體轉變產生的組織應力開裂）優點：清潔、安全、廉價、不需要清洗等；缺點：只適合形狀簡單、尺寸不大的碳鋼工件。2、鹽水、堿水溶液蒸汽膜階段極短，冷卻能力大，可獲得高而均勻的硬度優點：冷卻均勻、無軟點產生，淬裂傾向小；缺點：可

41、腐蝕工件和設備、要清洗、對人體有害。 3、油 優點：工件變形與開裂傾向小； 缺點：粘度影響冷卻能力，只適合合金鋼和小截面的碳鋼工件（畫表9-5，常用淬火介質的冷卻特性）第七講：淬火方法和淬火工藝規范提問：淬火的必要條件？淬火介質的分類及冷卻機理？3-3 淬火方法工件具體情況與淬火介質（盡量減小淬火應力、工件變形，防止開裂），決定淬火方法。1、單液淬火（1）定義：指將加熱到淬火溫度并保溫一定時間后的工件放入一種淬火介質連續冷卻至室溫的淬火方法。（畫圖3-16a）（2）淬火介質：水（碳鋼）、油（合金鋼）、空氣、各種水溶性介質（3）優缺點：操作簡單、經濟、易實現機械化、應用最廣；但對某些形狀復雜的工

42、件水淬易變形開裂而油淬硬度不足。2、雙液淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時間后，先浸入一種冷卻能力強的介質中（使過冷奧氏體不發生向珠光體轉變），待其冷卻到稍高于Ms后立即轉入冷卻能力弱的介質中冷卻（使過冷奧氏體緩慢轉變為馬氏體）的淬火方法。（畫圖3-16b）（2）淬火介質：水、油、空氣等；一般都是水淬+空冷+油冷。（3）優缺點：殘余應力小、不易變形和開裂；但對操作者技術和經驗水平要求高，水冷時間不易控制。（4）水冷時間控制的經驗：a、按每5-6mm有效厚度約1s計算；b、振動或水的響聲停止的一瞬間；c、工件表面變黑，再延長一倍時間。3、分級淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保

43、溫一定時間后，由奧氏體溫度淬入稍高于或稍低于Ms溫度的液態介質中，并適當保溫直至工件各部分溫度達到淬火介質的溫度，然后取出空冷至室溫，以獲得馬氏體組織的淬火方法。（畫圖3-16c）（2）淬火介質：油、熔鹽、空氣等。（3）優缺點：不易開裂和變形（殘余應力小）；但尺寸穩定性差（殘余奧氏體增多），只適合于變性要求嚴格且尺寸較小的工件。4、等溫淬火（1）定義：將工件加熱到淬火溫度并保溫一定時間后，快冷到下貝氏體轉變溫度區（260-400）等溫保持足夠時間，獲得下貝氏體組織的淬火方法。（畫圖3-16d）（2）淬火介質：熔鹽等。（3）優缺點：強度、硬度高，塑性、韌性好，淬火應力小，變形小；但只適合于形狀復

44、雜、尺寸較小、精度要求高的工件。3-4 淬火工藝規范1、淬火加熱溫度淬火的主要工藝參數之一，根據鋼的臨界點來確定，同時還應考慮工件的形狀尺寸、原始組織、加熱速度、冷卻介質和冷卻方式等因素。碳鋼淬火加熱溫度范圍的一般原則：（1）亞共析鋼：Ac3 + 40-60依據：a、應保證加熱時得到成分均勻的奧氏體； b、應保證加熱時得到細小的奧氏體晶粒； c、盡可能低的氧化脫碳及淬火后的變形開裂傾向； d、獲得高的機械性能。原因：（根據鐵碳相圖可知）a、若加熱溫度低于Ac3，（則加熱后組織為奧氏體+鐵素體，）淬火后得到馬氏體與鐵素體的混合物，這是不完全淬火，硬度和強度較低；b、而超過Ac3溫度過高，（則奧氏

45、體晶粒粗大）淬火后馬氏體粗大、且容易造成氧化脫碳嚴重，變形開裂傾向大，韌性不好。（2）共析鋼和過共析鋼：Ac1 + 40-60依據：a、應保證加熱時碳或合金元素充分溶解，得到較高的硬度和耐磨性； b、應保證加熱時奧氏體晶粒不粗大； c、獲得較高的機械性能。原因：a、溫度低于Ac1，則無法進行奧氏體轉變； b、溫度高于Acm，則碳化物溶解，馬氏體組織粗大，且氧化脫碳嚴重，殘余奧氏體增多，致使硬度和耐磨性降低；另外，脆性增加，淬火變形開裂傾向增大。（3）合金鋼：由臨界點Ac1或Ac3決定，但要考慮合金元素的作用依據：a、含有有利于碳化物形成的元素時，淬火溫度可偏高些； b、含碳、錳較高的本質粗晶粒

46、鋼，淬火溫度應偏低。（4）其他情況：a、組織方面：有嚴重帶狀組織、球狀組織時，可適當提高淬火溫度；碳化物偏析嚴重、片狀組織時可適當降低淬火溫度；b、工件形狀尺寸方面：形狀簡單、尺寸較大時，可適當提高淬火溫度；形狀復雜、尺寸較小時，淬火溫度應適當降低些；c、淬火介質方面：油淬時取上限，水淬時取上限；d、爐型方面：鹽浴爐加熱時取下限，箱式爐加熱時取上限；e、返修工件及加熱脫碳傾向嚴重的工件，取下限；而要求紅硬性的工件，取上限。（各種不同牌號鋼的臨界點、淬火介質、淬火溫度范圍，都可以在鋼的熱處理工藝手冊上找到，但具體的工藝參數確定，還是要根據實際生產和試驗確定。）2、淬火加熱時間升溫時間+保溫時間=

47、·k·D 為加熱系數（可查）；k為裝爐修正系數（取1.5-2.0）；D為有效厚度；3、淬火介質選擇（1）選擇油冷的情況：a、形狀簡單、要求不嚴的合金結構鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、薄壁高碳鋼制件；b、45鋼、高碳鋼、低碳鋼滲碳件等的厚度小于4mm，直徑小于5mm；c、45鋼，要求HRC25-29(厚度小于50mm)，或HRC20-24（厚度小于75mm）。（2）選擇水淬的情況：a、形狀簡單，尺寸較大的45鋼或中碳鋼制件；b、形狀簡單的高碳鋼或低碳鋼滲碳件。（3）選擇堿浴、硝鹽浴的情況：a、形狀復雜、尺寸小的45鋼、高碳鋼制件，堿浴；b、形狀復雜、要求變形小的合金鋼制件，堿浴或硝

48、鹽浴。4、冷卻方式遵循下列原則：a、細長的工件（鉆頭、絲錐、銼刀等）應垂直淬入介質中，否則將發生彎曲；b、薄而平的工件（圓盤銑刀等）應立著淬入介質中；c、薄壁環狀工件，其軸應垂直液面淬入介質；d、具有凹面的工件，不要使凹面向下淬入介質中，否則凹面處會產生蒸汽膜。第八講：鋼的淬透性和回火提問：淬火方法有哪些？亞共析鋼的淬火溫度可以選擇700度么，為什么？碳含量為0.8%的高碳鋼可以在920度進行淬火么，為什么？3-5 鋼的淬透性（淬透性是鋼的主要熱處理工藝性能，它對合理選用材料及正確制訂熱處理工藝具有十分重要的意義）一、淬透性和淬硬性1、淬透性（1）概念：指鋼在淬火時獲得馬氏體的能力，是鋼的一種

49、屬性。（2）大小：通常用規定條件下淬火獲得淬透層的深度來表示。（3）淬透層深度：由工件表面到半馬氏體區（馬氏體和非馬氏體組織各一半的區域）的深度。（4）淬透性的好壞：由鋼的臨界冷速或過冷奧氏體的穩定性決定。2、淬硬性（1）概念：指鋼淬火后所能達到的最高硬度，取決于馬氏體的碳含量。（2）大小：由工件的硬度值來表示。（3）影響因素：碳含量、冷卻速度、工件尺寸、晶粒度大小等。淬透性和淬硬性之間沒有線性關系，淬透性表征工件獲得馬氏體厚度的能力，而淬硬性表征工件獲得最高硬度的能力。二、淬透性和組織、性能之間的關系（畫圖3-8）1、完全淬透：整個截面組織與性能一致，則綜合機械性能會較高；2、芯部未淬透：芯

50、部與表面組織與性能不一致，則芯部綜合機械性能會比表面差；3、只有淺層淬透：只有表層的綜合性能好，但整體的綜合機械性能會很差。三、影響淬透性的因素：1、奧氏體化學成分：主要影響C曲線的位置和鋼的臨界冷卻速度；（冷卻速度愈小或C曲線位置右移，則奧氏體穩定性越好，越不易轉變為珠光體，則越有利于形成馬氏體，則淬透性越好；2、奧氏體均勻度和奧氏體化溫度：奧氏體均勻度和奧氏體化溫度越高，越有利于鋼的淬透性；3、奧氏體晶粒度：晶粒越大，越有利于鋼的淬透性。4、奧氏體中非金屬夾雜物和穩定碳化物：越多，則淬透性越差；（因為降低了奧氏體的穩定性，從而增大了臨界冷卻速度，則降低了淬透性）5、原始組織：片狀、粗大、球

51、狀的組織越有利于淬透性。四、影響硬化層厚度的因素影響淬透性的因素都會影響硬化層厚度，另外，冷卻速度、淬火介質、工件形狀等也對硬化層厚度有影響。五、淬透性的評定標準（畫圖3-10）（評定淬透性的標準一般通常認為應除馬氏體外，還允許含有一定百分數的非馬氏體組織）一般來說，淬透性的評定標準：表面至半馬氏體組織的距離。六、淬透性表示和測定方法1、斷口法（畫圖3-11）：試樣橫截面的硬度分布曲線，或直接測橫截面的硬化層深度；2、臨界直徑表示法：某種淬火介質中，所能得到最大的淬透直徑，用D0來表示，D0越大，則淬透性越好。（鋼的臨界淬透直徑可查）3、末端淬火法：（畫圖9-47）普遍采用的方法半馬氏體區離試

52、樣末端距離越大，則淬透性越好。用J（HRC/d）表示，J表示末端淬透性，d表示至水冷端距離。七、淬透性在生產中的應用和意義1、應用：a、連桿螺栓，承受均勻狡辯的拉（壓）應力，必須保證整個截面均勻一致的組織和性能；b、承受彎曲和扭轉應力的軸類，其危險應力一般在離表面至1/4或1/3的半徑處，這個部位需要高強高韌性，其它部位承受應力較低不需要太高的強度，特別是芯部，若完全淬透，反而會使壽命降低；c、熱鍛模，要求高強高韌，硬化層深度越高，壽命越高。d、彈簧，必須淬透，且要求全部獲得90%以上馬氏體，否則會引起彈性極限顯著降低。2、意義：a、為使用部門和機械設計人員在選擇鋼種時提供了一項重要的參考數據

53、；b、熱處理工作者可依據鋼的淬透性決定在工藝上能否采用緩和的冷卻介質，減少工件的熱應力和變形開裂等缺陷；c、恰如其分的選擇具有適當淬透性的鋼種，可節約資源，降低成本，節能環保。3-6 回火回火是熱處理過程中的最后一道工序，關系著工件的使用壽命。一、定義：將淬火鋼加熱至Ac1以下某一溫度并保溫一定時間后，以適當方式冷到室溫，使不穩定組織轉變為較穩定組織的熱處理工藝。二、目的：a、消除或減小工件的淬火應力；b、適當降低硬度、提高塑性和韌性，得到較高的綜合機械性能；c、穩定組織，使工件尺寸在長期使用過程中不發生變化。三、分類：1、低溫回火（150-250）：a、組織：回火馬氏體，淬火應力部分消除，顯

54、微裂紋大部分愈合；b、性能：保持了淬火馬氏體的高強度高硬度和良好耐磨性，又適當提高了韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應用：工、模、量具，滾動軸承，滲碳淬火和高頻表面淬火件等。2、中溫回火（350-500）：a、組織：回火屈氏體，淬火應力基本消除；b、性能：具有高的彈性極限、較好的塑性和韌性；c、冷卻方式：空冷；d、應用：彈簧鋼件和熱鍛模具淬火件等3、高溫回火（500-650）：（又稱“調質”）a、組織：回火索氏體；b、性能：具有良好的綜合機械性能；c、冷卻方式：水冷或油冷；d、應用：中碳結構鋼制作的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車拖拉機半軸、機床主軸、齒輪等重要的機器零件。4、多次回火由于殘余奧氏體和內應力不能很好消除，因此需要進行多次回火；有高速鋼、高合金鋼，特別是具有回火硬化的鋼。四、回火工藝制定1、回火溫度選擇a、采用強烈淬火介質時，取上限，分級或等溫淬火時，取下限；b、采用冷油淬火時，取下限；c、裝箱工件，取上限，不裝箱工件取下限；d、箱式回火取上限，鹽浴爐回火取下限；2、回火時間選擇空氣爐中按2-5min/mm選取，最短不低于3