1、鋼的熱處理-鋼的熱處理工藝一、回火過程中鋼的組織狀態變化一、回火過程中鋼的組織狀態變化馬氏體的分解與碳化物的形成馬氏體的分解與碳化物的形成碳原子在穩定較低時在位錯處偏聚，降碳原子在穩定較低時在位錯處偏聚，降低能量。大多數低碳鋼（低能量。大多數低碳鋼（0.2%C）在淬）在淬火時就發生碳原子的偏聚。火時就發生碳原子的偏聚。大于大于0.2%C的碳素鋼，一部分碳原子偏的碳素鋼，一部分碳原子偏聚在位錯處，剩余原子占據間隙位置，馬聚在位錯處，剩余原子占據間隙位置，馬氏體顯示出正方性。氏體顯示出正方性。馬氏體分解和馬氏體分解和碳化物的形成碳化物的形成大于大于0.2%C的鋼在的鋼在20150回火，從馬回火，從

2、馬氏體中析出氏體中析出碳化物。碳化物。碳化物：密排六方晶體結構，比碳化物：密排六方晶體結構，比FeFe3 3C C碳含碳含量 高 ， 與量 高 ， 與 相 保 持 共 格 關 系 ，相 保 持 共 格 關 系 ，(011)(011)M M(0001)(0001)，101101M M10111011。回火馬氏體：馬氏體在回火馬氏體：馬氏體在250250以下溫度回火時，以下溫度回火時，分解為低碳馬氏體和分解為低碳馬氏體和碳化物的混合物，碳化物的混合物，稱為回火馬氏體。稱為回火馬氏體。回火馬氏體馬氏體及其中析出的回火馬氏體馬氏體及其中析出的碳化物碳化物滲碳體的析出、球化與聚集長大滲碳體的析出、球化與

3、聚集長大約在約在250以上，以上， 碳化物向滲碳體轉變，結碳化物向滲碳體轉變，結果果碳化物消失，滲碳體形成。碳化物消失，滲碳體形成。碳化物顆粒逐漸溶入到碳化物顆粒逐漸溶入到相中消失，滲碳體相中消失，滲碳體形成，有放熱現象。形成，有放熱現象。有人認為有人認為碳化物的溶解和滲碳體的析出在同碳化物的溶解和滲碳體的析出在同一地點形成（滲碳體就地形核）。一地點形成（滲碳體就地形核）。碳化物形成元素推遲碳化物形成元素推遲碳化物向滲碳體的轉化，碳化物向滲碳體的轉化，使使碳化物存在于更高的溫度。碳化物存在于更高的溫度。在在450450以上溫度回火時，含以上溫度回火時，含TiTi、NbNb、V V、MoMo、C

4、rCr的鋼在馬氏體的基體上形成碳化物，起彌散強的鋼在馬氏體的基體上形成碳化物，起彌散強化作用，有時引起二次硬化。化作用，有時引起二次硬化。相的回復與再結晶相的回復與再結晶回復：回復：400滲碳體開始球化，鐵素體胞狀結滲碳體開始球化，鐵素體胞狀結構的邊界和亞晶粒內部的位錯密度急劇降構的邊界和亞晶粒內部的位錯密度急劇降低，點陣畸變開始消失，亞晶粒逐漸長大低，點陣畸變開始消失，亞晶粒逐漸長大變成多邊晶粒。變成多邊晶粒。再結晶：再結晶：600以上溫度，鐵素體由細小的晶以上溫度，鐵素體由細小的晶粒長成為較大的等軸晶粒。碳化物也聚集粒長成為較大的等軸晶粒。碳化物也聚集長大。長大。二、鋼中殘余奧氏體的轉變二

5、、鋼中殘余奧氏體的轉變對碳素鋼來說，在通常回火條件下，殘對碳素鋼來說，在通常回火條件下，殘余奧氏體轉變為下貝氏體或回火馬氏體。余奧氏體轉變為下貝氏體或回火馬氏體。殘余奧氏體回火時，轉變的產物隨回火殘余奧氏體回火時，轉變的產物隨回火溫度的不同而異。在珠光體形成溫度范圍溫度的不同而異。在珠光體形成溫度范圍內，從殘余奧氏體中可以析出先共析相，內，從殘余奧氏體中可以析出先共析相，隨后分解為珠光體。在貝氏體的形成溫度隨后分解為珠光體。在貝氏體的形成溫度內，殘余奧氏體轉變為貝氏體。內，殘余奧氏體轉變為貝氏體。回火脆性的概念：回火脆性的概念：有些鋼在某些溫度范圍內有些鋼在某些溫度范圍內回火時，其沖擊韌性比在

6、較低溫度回火時回火時，其沖擊韌性比在較低溫度回火時反而顯著降低，這種脆化現象稱為回火脆反而顯著降低，這種脆化現象稱為回火脆性。性。回火脆性可分為低溫回火脆性和高溫回回火脆性可分為低溫回火脆性和高溫回火脆性。火脆性。三、鋼的回火脆性及其本質三、鋼的回火脆性及其本質低溫回火脆性低溫回火脆性碳鋼和低合金鋼在碳鋼和低合金鋼在250400回火時出現的脆回火時出現的脆性稱為低溫回火脆性，或第一類回火脆性。性稱為低溫回火脆性，或第一類回火脆性。幾乎所用淬火后形成馬氏體組織的碳鋼及合幾乎所用淬火后形成馬氏體組織的碳鋼及合金鋼，在金鋼，在300300左右溫度回火時都會或多或少地發左右溫度回火時都會或多或少地發生

7、這種脆性。生這種脆性。特點：特點：在此溫度范圍內回火，無論采用何種回火方在此溫度范圍內回火，無論采用何種回火方法或回火后采用何種冷卻速度，都不可避免地使法或回火后采用何種冷卻速度，都不可避免地使韌性降低。如果將這種已經產生脆性的工件在更韌性降低。如果將這種已經產生脆性的工件在更高一些溫度回火后，其脆性將消失。在置于高一些溫度回火后，其脆性將消失。在置于300300左右溫度重新回火時，脆性不再重復出現。左右溫度重新回火時，脆性不再重復出現。不同含碳量鋼的沖擊韌性隨回火溫度變化關系不同含碳量鋼的沖擊韌性隨回火溫度變化關系低溫回火脆性產生的原因低溫回火脆性產生的原因回火脆性的機理目前不十分清楚。回火

8、脆性的機理目前不十分清楚。以往大多認為，低溫回火脆性是韌性較以往大多認為，低溫回火脆性是韌性較高的殘余奧氏體轉變為脆性較大的馬氏體高的殘余奧氏體轉變為脆性較大的馬氏體造成的。造成的。另一種觀點認為，在低碳和中碳鋼內，另一種觀點認為，在低碳和中碳鋼內，由于原奧氏體晶界在高溫加熱時溶有氮、由于原奧氏體晶界在高溫加熱時溶有氮、碳和氧，低溫回火時這些元素以化合物的碳和氧，低溫回火時這些元素以化合物的形式析出，使脆性增大。形式析出，使脆性增大。目前大多認為，低溫回火脆性可能與馬目前大多認為，低溫回火脆性可能與馬氏體分解初期析出的滲碳體具有特殊的形氏體分解初期析出的滲碳體具有特殊的形態有關。態有關。影響低

9、溫回火脆性的因素及消除方法影響低溫回火脆性的因素及消除方法鋼的碳含量越高，脆化的程度越嚴重。鋼的碳含量越高，脆化的程度越嚴重。合金元素一般都不能抑制第一類回火脆合金元素一般都不能抑制第一類回火脆性，但可改變脆性產生的溫度范圍。性，但可改變脆性產生的溫度范圍。目前無有效方法消除低溫回火脆性。目前無有效方法消除低溫回火脆性。（）盡量避免在這一溫度范圍內回火是最（）盡量避免在這一溫度范圍內回火是最好方法；好方法；（）用快速加熱回火的方法可以減小脆性；（）用快速加熱回火的方法可以減小脆性；（）用等溫淬火的方法代替淬火；（）用等溫淬火的方法代替淬火；（）（）Ti、Al、B等元素對低溫回火脆性有一等元素對

10、低溫回火脆性有一定的抑制作用。定的抑制作用。高溫回火脆性（第二類回火脆性）高溫回火脆性（第二類回火脆性）概念：鋼在概念：鋼在450550或更高溫度（或更高溫度（650650左左右）回火時出現的脆性，稱為高溫回火脆右）回火時出現的脆性，稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。性或第二類回火脆性。特點：在上述溫度范圍內回火，如果快速冷特點：在上述溫度范圍內回火，如果快速冷卻（水冷或油冷），韌性并不降低；反之，卻（水冷或油冷），韌性并不降低；反之，慢冷（空冷或爐冷）則韌性顯著下降，冷慢冷（空冷或爐冷）則韌性顯著下降，冷卻越慢，韌性降低的越顯著。一般都是沿卻越慢，韌性降低的越顯著。一般都是沿晶斷裂。晶斷裂。

11、高溫回火脆性產生的原因高溫回火脆性產生的原因迄今無一致看法。迄今無一致看法。（）（）相中的相中的氮、碳和氧，低溫回火時這些氮、碳和氧，低溫回火時這些元素以化合物的形式沿晶界析出，使脆性元素以化合物的形式沿晶界析出，使脆性增大。增大。（）碳化物從（）碳化物從相中析出導致體積變化，從相中析出導致體積變化，從而在原來的奧氏體晶界產生應力集中引起。而在原來的奧氏體晶界產生應力集中引起。（）晶界富集和偏析理論。合金元素或微（）晶界富集和偏析理論。合金元素或微量的的雜質元素（量的的雜質元素（P、Sb、Sn、As）偏聚）偏聚到原來的奧氏體晶界上，減弱了原奧氏體到原來的奧氏體晶界上，減弱了原奧氏體晶界上原子間

12、的結合力，使鋼變脆。晶界上原子間的結合力，使鋼變脆。防止和消除高溫回火脆性的方法防止和消除高溫回火脆性的方法（）兩次淬火法，第一次在正常的（）兩次淬火法，第一次在正常的Ac3點以點以上溫度淬火，第二次是在上溫度淬火，第二次是在Ac1 Ac3之間不之間不完全淬火；（）變形熱處理，高溫鍛、完全淬火；（）變形熱處理，高溫鍛、軋后立即進行熱處理；（）細化奧氏體軋后立即進行熱處理；（）細化奧氏體晶粒；（）快速加熱回火；（）縮短晶粒；（）快速加熱回火；（）縮短產生回火脆性溫度下的保溫時間。產生回火脆性溫度下的保溫時間。最常用的方法：回火后快冷或向鋼中加入最常用的方法：回火后快冷或向鋼中加入0.30.5%的

13、鉬。的鉬。鋼的退火與正火鋼的退火與正火退火：退火：將鋼加熱到低于或高于將鋼加熱到低于或高于Ac1點溫度，保點溫度，保持一定時間后隨爐緩慢冷卻，以獲得接近持一定時間后隨爐緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態的組織。平衡狀態的組織。正火：正火：將鋼加熱到將鋼加熱到Ac3點以上點以上3050或更高或更高溫度的奧氏體區域，保持一定時間后在空溫度的奧氏體區域，保持一定時間后在空氣中進行冷卻，以獲得珠光體類的組織。氣中進行冷卻，以獲得珠光體類的組織。一、退火與正火的目的與用途一、退火與正火的目的與用途退火的目的及其分類退火的目的及其分類目的：目的：（）降低鋼的硬度，便于切削加工；（）降低鋼的硬度，便于切削加工；（

14、）消除內應力或冷作硬化，提高塑性以（）消除內應力或冷作硬化，提高塑性以利于繼續冷加工；利于繼續冷加工；（）改善或消除毛坯在鑄、鍛、焊時所造（）改善或消除毛坯在鑄、鍛、焊時所造成的成分或組織不均（偏析、帶狀組織和成的成分或組織不均（偏析、帶狀組織和魏氏組織），以提高其工藝性能和組使用魏氏組織），以提高其工藝性能和組使用性能；性能；（）細化晶粒，改善高碳鋼中碳化物的分（）細化晶粒，改善高碳鋼中碳化物的分布和形態，為最終熱處理作好準備。布和形態，為最終熱處理作好準備。退火的類別：退火的類別：（）低溫退火（）低溫退火加熱溫度低于加熱溫度低于Ac1點，退火過程中沒有相變發點，退火過程中沒有相變發生，其目

15、的在于消除內應力，降低硬度，恢復塑生，其目的在于消除內應力，降低硬度，恢復塑性和消除冷作硬化；性和消除冷作硬化；（）不完全退火（）不完全退火加熱到加熱到Ac1點以上點以上2030，使珠光體轉變成奧，使珠光體轉變成奧氏體，對亞共析鋼的先共析鐵素體和過共析鋼的氏體，對亞共析鋼的先共析鐵素體和過共析鋼的先共析滲碳體均無改變。對鍛、軋后的亞共析鋼，先共析滲碳體均無改變。對鍛、軋后的亞共析鋼，不完全退火可消除內應力，降低硬度。對過共析不完全退火可消除內應力，降低硬度。對過共析鋼不完全退火使片狀珠光體球化，降低硬度，改鋼不完全退火使片狀珠光體球化，降低硬度，改善切削性能。因此，有時也把這種退火稱為球化善切

16、削性能。因此，有時也把這種退火稱為球化退火。退火。（）完全退火（）完全退火加熱到加熱到Ac3點以上點以上3050，目的在于消，目的在于消除組織缺陷，細化晶粒。主要適用于亞共除組織缺陷，細化晶粒。主要適用于亞共析鋼，消除鑄造、鍛、軋工藝產生的組織析鋼，消除鑄造、鍛、軋工藝產生的組織缺陷。過共析鋼一般使用正火工藝消除組缺陷。過共析鋼一般使用正火工藝消除組織缺陷。織缺陷。（）擴散退火（）擴散退火加熱到加熱到Ac3點以上點以上150250，長時間保，長時間保溫，使鋼的成分和組織在高溫下通過擴散溫，使鋼的成分和組織在高溫下通過擴散均勻化。均勻化。正火的目的和用途正火的目的和用途目的：目的：（）對大型鍛件

17、和較大界面的鋼材，可使組織均（）對大型鍛件和較大界面的鋼材，可使組織均勻化，細化晶粒，為淬火作好組織上的準備；勻化，細化晶粒，為淬火作好組織上的準備；（）改善一些鋼種的板材、管材、帶材和型鋼的（）改善一些鋼種的板材、管材、帶材和型鋼的機械性能，正火往往是最終熱處理工藝；機械性能，正火往往是最終熱處理工藝；（）改善低碳鋼和低碳合金鋼的顯微組織和性能，（）改善低碳鋼和低碳合金鋼的顯微組織和性能，提高切削加工性能；提高切削加工性能；（）改善和細化鑄鋼件的鑄態組織；（）改善和細化鑄鋼件的鑄態組織；（）對大型工件，淬火容易產生變形，用正火工（）對大型工件，淬火容易產生變形，用正火工藝代替淬火工藝。藝代替

18、淬火工藝。退火與正火工藝的應用退火與正火工藝的應用（）冷加工鋼材，一般使用再結晶退火工（）冷加工鋼材，一般使用再結晶退火工藝消除加工硬化。包括有色金屬、軟鋼、藝消除加工硬化。包括有色金屬、軟鋼、硅鋼片、精密合金、各種冷加工的板、管、硅鋼片、精密合金、各種冷加工的板、管、絲、帶、型鋼等金屬材料。絲、帶、型鋼等金屬材料。（）結構鋼熱軋后，為了消除內應力，通（）結構鋼熱軋后，為了消除內應力，通常采用低溫（低于常采用低溫（低于Ac1點，約點，約650700)退火，均勻熱透后出爐空冷或隨爐冷卻。退火，均勻熱透后出爐空冷或隨爐冷卻。（）為了消除中碳結構鋼鑄、鍛、軋后組（）為了消除中碳結構鋼鑄、鍛、軋后組織

19、中的魏氏組織、晶粒粗大、帶狀組織，織中的魏氏組織、晶粒粗大、帶狀組織，常采用完全退火或正火工藝進行熱處理。常采用完全退火或正火工藝進行熱處理。（）低碳結構鋼（小于（）低碳結構鋼（小于0.25%C）和低合金）和低合金鋼，如果采用退火工藝處理，反而使少量鋼，如果采用退火工藝處理，反而使少量的珠光體球化，鋼變的更軟。為了提高硬的珠光體球化，鋼變的更軟。為了提高硬度和切削加工性能，大多采用正火處理，度和切削加工性能，大多采用正火處理，以獲得細片狀的珠光體。以獲得細片狀的珠光體。（）工具鋼常使用球化退火（不完全退火，（）工具鋼常使用球化退火（不完全退火，加熱到加熱到加熱到加熱到Ac1點以上點以上2030

20、）。碳素）。碳素工具鋼、一部分合金工具鋼和軸承鋼，在工具鋼、一部分合金工具鋼和軸承鋼，在軋（鍛）后的堆冷或空冷時，組織中會出軋（鍛）后的堆冷或空冷時，組織中會出現片狀珠光體（甚至網狀滲碳體），淬火現片狀珠光體（甚至網狀滲碳體），淬火過程中工件容易開裂。過程中工件容易開裂。鋼的淬火工藝鋼的淬火工藝淬火的定義：淬火就是把鋼加熱到臨界溫度淬火的定義：淬火就是把鋼加熱到臨界溫度（Ac1或或Ac3）以上，保溫一定時間使之奧）以上，保溫一定時間使之奧氏體化后，再以大于臨界冷卻速度的冷速氏體化后，再以大于臨界冷卻速度的冷速急劇冷卻，從而獲得馬氏體組織的熱處理急劇冷卻，從而獲得馬氏體組織的熱處理方法。方法。按

21、淬火加熱溫度不同可分為完全淬火和按淬火加熱溫度不同可分為完全淬火和不完全淬火。不完全淬火。一、淬火溫度的選擇一、淬火溫度的選擇選擇的依據：選擇的依據：）鋼的化學成分；）鋼的化學成分；）工件尺寸、形狀與技術要求；）工件尺寸、形狀與技術要求；）奧氏體晶粒的長大傾向；）奧氏體晶粒的長大傾向；）采用的淬火介質與淬火方法。）采用的淬火介質與淬火方法。鋼的化學成分與淬火溫度鋼的化學成分與淬火溫度亞共析鋼一般選擇在亞共析鋼一般選擇在Ac3以上以上3050淬火加熱。原因是，如果低于淬火加熱。原因是，如果低于Ac3，組織中，組織中會保留一部分先共析鐵素體，淬火后出現會保留一部分先共析鐵素體，淬火后出現軟點，鋼的

22、硬度達不到要求。軟點，鋼的硬度達不到要求。過共析鋼淬火加熱溫度選為過共析鋼淬火加熱溫度選為Ac1 3050。因為過共析剛淬火以前，一般都。因為過共析剛淬火以前，一般都要經過球化處理，加熱溫度在要經過球化處理，加熱溫度在Ac1以上時，以上時，鋼的組織是奧氏體和一部分未溶解的粒狀鋼的組織是奧氏體和一部分未溶解的粒狀碳化物（滲碳體），淬火后，奧氏體轉變碳化物（滲碳體），淬火后，奧氏體轉變為馬氏體，未溶解碳化物保留下來，提高為馬氏體，未溶解碳化物保留下來，提高鋼的耐磨性。鋼的耐磨性。二、保溫時間的確定二、保溫時間的確定（）鋼的化學成分；（）鋼的化學成分；（）工件的形狀與尺寸；（）工件的形狀與尺寸；（）

23、加熱介質；（）加熱介質；（）裝爐情況（）裝爐情況（Kt）；）；（）爐溫。（）爐溫。鹽浴爐：鹽浴爐：t=0.20.4D （D-有效直徑，有效直徑，mm）空氣電阻爐：空氣電阻爐： t=1.01.2D （碳鋼）（碳鋼） t=1.21.5D （合金鋼）（合金鋼）三、加熱介質的選擇三、加熱介質的選擇空氣、可控氣氛、燃料氣體、各種鹽浴。空氣、可控氣氛、燃料氣體、各種鹽浴。液體介質液體介質主要是鹽浴。優點：爐溫容易控制、工件受熱均勻、主要是鹽浴。優點：爐溫容易控制、工件受熱均勻、加熱速度快、工件不易氧化脫碳、變形小。加熱速度快、工件不易氧化脫碳、變形小。常用鹽浴成分及其使用溫度常用鹽浴成分及其使用溫度鹽浴的

24、配比鹽浴的配比熔化溫度（熔化溫度（）正常使用溫度（正常使用溫度（）100%BaCl296011001350100%Na2Ba4O770080013502030%NaCl+BaCl265070010002030%NaCl+KCl66067070010002030%NaCl+KCl+BaCl256058088050%Na2CO3+ 50%KCl550590810四、淬火介質四、淬火介質工件在淬火介質中的工件在淬火介質中的冷卻過程冷卻過程（）蒸汽膜階段（）蒸汽膜階段(AB)（）沸騰冷卻階段（）沸騰冷卻階段(BC)（）對流冷卻階段（）對流冷卻階段(CD)常用淬火介質常用淬火介質（）水（）水優點：易得、

25、廉價、冷卻能力強。優點：易得、廉價、冷卻能力強。缺點：缺點：在馬氏體轉變區間冷速太大；在馬氏體轉變區間冷速太大；冷冷卻能力對水溫敏感；卻能力對水溫敏感；不溶雜質會顯著降不溶雜質會顯著降低其冷卻能力。低其冷卻能力。（）鹽水與堿水（）鹽水與堿水優點：優點：蒸汽膜因鹽的加入提早破裂，高溫蒸汽膜因鹽的加入提早破裂，高溫（650650550550）區間的冷卻能力約為水的）區間的冷卻能力約為水的1010倍；倍；冷卻能力受溫度的影響較水為小。冷卻能力受溫度的影響較水為小。缺點：缺點：在低溫區間（在低溫區間（200200300300）的冷速）的冷速過大；過大；對工件有一定的腐蝕作用。對工件有一定的腐蝕作用。（）油（）油