1、本章目的：本章目的： 介紹鋼的常用熱處理工藝及其應用。介紹鋼的常用熱處理工藝及其應用。本章重點：本章重點：（1）各類熱處理（退火、正火、淬火、回）各類熱處理（退火、正火、淬火、回火）工藝火）工藝組織性能應用的規律和特組織性能應用的規律和特點；點；（2）淬透性、淬硬性的概念與應用）淬透性、淬硬性的概念與應用第九章第九章 鋼的熱處理工藝鋼的熱處理工藝 金屬材料加工過程：金屬材料加工過程： 冶煉冶煉鑄造鑄造鑄錠鑄錠板棒型管板棒型管焊接焊接機加工機加工冷軋冷軋冷拔冷拔深沖深沖鍛件鍛件鑄件鑄件機加工機加工零零件件或或構構件件 工藝性能工藝性能預備熱處理預備熱處理 使用性能使用性能最終熱處理最終熱處理熱軋

2、熱軋熱鍛熱鍛熱處理分類熱處理分類n普通熱處理：退火、正火、普通熱處理：退火、正火、 淬火、回火淬火、回火n表面熱處理：表面淬火表面熱處理：表面淬火 化學熱處理化學熱處理n形變熱處理：控制軋制形變熱處理：控制軋制9-1 鋼的退火與正火鋼的退火與正火一一 退火退火1 定義：鋼加熱到適當溫度，保溫一定時定義：鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲平間后緩慢隨爐冷卻或控制其冷速，獲平衡組織的工藝衡組織的工藝。 參見教材參見教材“高于或低于高于或低于AC1”AC1S 2 分類分類（1）高溫退火）高溫退火 （相變重結晶退火）（相變重結晶退火） T加熱加熱AC1（2）低溫退火）低溫退火

3、 T加熱加熱AC1完全退火完全退火不完全退火不完全退火球化退火球化退火等溫退火等溫退火擴散退火擴散退火去應力退火去應力退火再結晶退火再結晶退火.3 退火目的退火目的總體：改善組織，提高性能總體：改善組織，提高性能 降低硬度，改善切削加工性能降低硬度，改善切削加工性能 適合機加工的硬度范圍：適合機加工的硬度范圍：150250HB 細化晶粒；均勻組織細化晶粒；均勻組織 消除內應力。消除內應力。注：目的注：目的 時，常用正火代退火時，常用正火代退火 工藝規范工藝規范特點特點目的目的適用范圍適用范圍 工藝：工藝：完全奧完全奧氏體化氏體化組織：組織：層片狀層片狀珠光體珠光體 硬度，改硬度，改善切削加工善

4、切削加工性能；性能； 細化晶粒；細化晶粒；消除內應力；消除內應力；減輕組織不減輕組織不均勻性均勻性(消除消除魏氏組織等魏氏組織等) 亞共析鋼、合亞共析鋼、合金鋼的鑄、鍛、金鋼的鑄、鍛、熱軋、焊件的熱軋、焊件的預備熱處理預備熱處理(切切削加工前削加工前或或熱熱處理前處理前的預備的預備熱處理熱處理)4 退火工藝及特點退火工藝及特點 AC3 +2030 AC3 AC1 tT(1) 完全退火完全退火注：目的不同，組織控制注：目的不同，組織控制(珠光體片間距珠光體片間距)不同不同原因：粗片狀原因：粗片狀P原因：重結晶原因：重結晶45鋼鍛造后與完全退火后機械性能鋼鍛造后與完全退火后機械性能狀態狀態b(Mp

5、a)s(Mpa)(%)(%)k (kJ.m-2)HB鍛造鍛造6507503004005152040200400230完全完全退火退火60070030035015204050400600200完全退火后強硬度有所下降，而塑韌性較大幅完全退火后強硬度有所下降，而塑韌性較大幅度提高度提高主要目的：改善組織與加工性能主要目的：改善組織與加工性能晶粒細化的原因晶粒細化的原因40鋼退火前后金相組織鋼退火前后金相組織完全退火完全退火相變重結晶過程相變重結晶過程. 工藝規范工藝規范特點特點目的目的適用范圍適用范圍 工藝：工藝：不完全奧不完全奧氏體化氏體化組織：組織：球狀球狀(粒狀粒狀)珠光體珠光體 降低降低(

6、過過)共析鋼硬共析鋼硬度適合切度適合切削；削；為最終為最終熱處理做熱處理做組織準備組織準備含碳量較高含碳量較高的工、模具的工、模具鋼的預備熱鋼的預備熱處理處理 AC1 +2030 ACm或或AC3 AC1 tT (2) 球化退火球化退火 不完全退火的一種。不完全退火的一種。工藝關鍵：工藝關鍵： Fe3C形態控制形態控制 球的大小控制球的大小控制 控制奧氏體化程度控制奧氏體化程度控制過冷奧氏體冷卻轉變的溫度控制過冷奧氏體冷卻轉變的溫度片狀與球狀珠光體組織切削性能比較片狀與球狀珠光體組織切削性能比較層片狀珠光體層片狀珠光體粒粒(球球)狀狀珠光體珠光體刀具刀具T12鋼球化退火與完全退火的性能比較：鋼

7、球化退火與完全退火的性能比較： 球化退火的強硬度更低，塑韌性更好，球化退火的強硬度更低，塑韌性更好，碳化物對基體的分割更均勻、徹底，更利切碳化物對基體的分割更均勻、徹底，更利切削加工削加工狀態狀態b(Mpa)(%)(%)HB完全退火完全退火8101530230球化退火球化退火6202040160T12鋼完全退火與球化退火后性能比較鋼完全退火與球化退火后性能比較T12鋼完全退火與球化退火后組織比較鋼完全退火與球化退火后組織比較完全退火、球化退火工藝缺陷：完全退火、球化退火工藝缺陷：周期長；變溫轉變周期長；變溫轉變組織大小不均組織大小不均 開發出等溫轉變開發出等溫轉變(3) 等溫退火等溫退火 是完

8、全退火、球化退火工藝的改進是完全退火、球化退火工藝的改進普通退火普通退火 等溫完全退火等溫完全退火等溫球化退火等溫球化退火 AC3 +2030 AC3 Ar1 tTAc1 AC1 +2030 Ar1 -2030 高速鋼等溫退火與普通退火工藝曲線高速鋼等溫退火與普通退火工藝曲線870880 tT4h3h等等溫溫退退火火普普通通退退火火40 /h720740 爐冷爐冷15 /h空空冷冷空空冷冷 等溫退火優勢等溫退火優勢 (1) 縮短工藝時間：高速鋼縮短工藝時間：高速鋼 40h20h （2）組織均勻：碳化物球大小一致組織均勻：碳化物球大小一致工藝規范工藝規范特點特點目的目的適用范適用范圍圍 (1)高

9、溫、長高溫、長時間；時間；(2)需再經重需再經重結晶工藝結晶工藝(完完全退火或正全退火或正火火)以細化晶以細化晶粒粒消除消除或減或減輕偏輕偏析、析、帶狀帶狀組織組織等等合金鋼合金鋼錠大型錠大型鑄鋼件鑄鋼件tTAC3或或ACm+ 200300AC3或或ACm(4) 擴散擴散(均勻化均勻化)退火退火工藝工藝名稱名稱工藝規范工藝規范目的目的適用范圍適用范圍再結再結晶退晶退火火 消除加工硬消除加工硬化化 完全消除殘完全消除殘余應力余應力冷塑性變形冷塑性變形件件去應去應力退力退火火消除內應力，消除內應力，防工件變形防工件變形鑄、鍛、焊、鑄、鍛、焊、沖壓、機加沖壓、機加工件工件(5) 再結晶退火與去應力退

10、火再結晶退火與去應力退火AC1650700 300650 tT二二 正火目的、用途和工藝正火目的、用途和工藝 1 定義：定義： 鋼加熱到鋼加熱到AC3 或或ACm以上的以上的A區域，區域，保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得保持一定時間后在空氣中冷卻，以獲得接近平衡狀態組織的工藝。接近平衡狀態組織的工藝。 又稱常化又稱常化 正火正火 退火退火與退火的區別與退火的區別 加熱溫度較高；加熱溫度較高； 冷卻速度較快；冷卻速度較快； 獲得組織較細獲得組織較細(索氏體索氏體) 強硬度與塑韌性較高；強硬度與塑韌性較高； 生產效率較高生產效率較高 正火正火 退火退火 碳鋼正火與退火后的硬度（碳鋼正火與退火后的

11、硬度（HB）狀態狀態結構鋼結構鋼 軟的軟的 中等的中等的 硬的硬的工具鋼工具鋼退火退火正火正火125140160190185230220270正火與退火態正火與退火態45鋼機械性能鋼機械性能狀態狀態b(MPa)(%)k (J.cm-2)HB正火正火70080015205080220完全退完全退火火65070015204060180注：正火態強硬度與塑韌性均較高注：正火態強硬度與塑韌性均較高2 目的：目的： 細化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷；細化晶粒，消除鑄鍛焊件組織缺陷； 提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能；提高低碳鋼硬度，改善切削加工性能； 消除高碳鋼網狀二次滲碳體，為球化退火消除高碳鋼網狀二次

12、滲碳體，為球化退火作組織準備；作組織準備； 型材或大型復雜鑄鋼件的最終熱處理型材或大型復雜鑄鋼件的最終熱處理三三 正火與退火的選用正火與退火的選用 C%0.75% 球化退火球化退火 C%0.9% 有網狀碳化物有網狀碳化物 正火正火(消網消網)球化退火球化退火注意：注意： 1 退火與正火退火與正火珠光體類型組織的應用珠光體類型組織的應用 2 能用正火處則不用退火。能用正火處則不用退火。 正火可作為大件或不重要工件的最終正火可作為大件或不重要工件的最終熱處理，而退火一般不作為最終熱處理熱處理，而退火一般不作為最終熱處理9-2 鋼的淬火與回火鋼的淬火與回火淬火：淬火：AC3 或或AC1以上，奧氏體化

13、，以上，奧氏體化， V冷冷 VC急劇冷卻，獲馬氏體組織。急劇冷卻，獲馬氏體組織。等溫淬火等溫淬火B下下等溫淬火等溫淬火 AC1 MS VC VC 淬火淬火 1 加熱溫度加熱溫度（1）化學成分：）化學成分： 亞共析鋼：亞共析鋼： AC3 +3050 過共析鋼：過共析鋼： AC1 +3050一一 淬火加熱工藝參數的選擇淬火加熱工藝參數的選擇 AC1 ACmAC3M+ARAM+AR+A+Fe3C(C)()A+FM+FFe3C若若T Acm C%，MS；AR 粗大粗大M， 氧化脫碳氧化脫碳，變形開裂，變形開裂低合金鋼：低合金鋼： AC3 或或AC1 +50100 高合金鋼：高合金鋼： AC3 或或AC

14、1 +300400 （2）工件尺寸、形狀、淬火介質、晶粒）工件尺寸、形狀、淬火介質、晶粒長大傾向等長大傾向等2 保溫時間保溫時間 保溫保溫= 升溫升溫+ 熱透熱透+轉轉6008001280 W18Cr4V：Tt 3 淬火介質淬火介質（1） 淬火介質的要求淬火介質的要求 鼻點冷速大鼻點冷速大, MS附近冷速小；附近冷速小； 穩定，成本低；穩定，成本低； 安全：無毒；不腐蝕工件。安全：無毒；不腐蝕工件。TA1MS水水油油 (2) 常用淬火介質常用淬火介質 水：水： 鼻溫：鼻溫：150/S； Ms：450 /S。 優點：冷卻能力強；成本低。優點：冷卻能力強；成本低。 缺點：缺點：M 轉變溫區冷速過大

15、，變形；轉變溫區冷速過大，變形； 應用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件應用：小尺寸、形狀簡單碳鋼件 油油 Vmax ： 100250 /S ， 400500； 鼻溫：鼻溫：6070/S；Ms：50 /S。 優點：優點：M轉變溫區冷速小，不易變形；轉變溫區冷速小，不易變形； 缺點：鼻溫區冷速過小，淬不透。缺點：鼻溫區冷速過小，淬不透。 應用：合金鋼件應用：合金鋼件 10%NaCl水溶液；水溶液； 15%NaOH水溶液；水溶液； 5%Na2CO3水溶液；水溶液； 使蒸汽膜提前破裂；使蒸汽膜提前破裂； 但腐蝕但腐蝕 鹽水與堿水鹽水與堿水鋼的淬透性鋼的淬透性為什么引入為什么引入“淬透性淬透性”概念概念V表V心

16、VC淬透層深度淬透層深度VCV表V心1 鋼的淬透性概念鋼的淬透性概念 淬透層深度：由工件表面淬透層深度：由工件表面半馬氏體半馬氏體點點(50%M)的深度。的深度。 奧氏體化的鋼淬火時獲得馬氏體的能力奧氏體化的鋼淬火時獲得馬氏體的能力 用鋼在一定條件下淬火獲得的淬用鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度表示其大小。透層深度表示其大小。硬度測量法：硬度測量法：50%M的硬度的硬度 C%淬透層深度淬透層深度50%M淬透性與淬透層深度的差別淬透性與淬透層深度的差別影響淬透性的因素：影響淬透性的因素： 與影響與影響 C 曲線因素一致曲線因素一致 與鋼種、奧氏體化條件有關。與鋼種、奧氏體化條件有關。實際淬透層

17、深度：實際淬透層深度： 與淬透性、工件大小、淬火介質等與淬透性、工件大小、淬火介質等有關有關淬硬性：鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體可淬硬性：鋼淬火時的硬化能力，用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。能得到的最高硬度表示。 取決于馬氏體中的取決于馬氏體中的 C% 。 淬透性淬透性: 取決于鋼的臨界冷卻速度取決于鋼的臨界冷卻速度 合金元素合金元素 例：例：T10、15MnVB淬透性與淬硬性比較淬透性與淬硬性比較2 淬透性與淬硬性淬透性與淬硬性3 淬透性測定方法淬透性測定方法（1）頂端淬火法）頂端淬火法 25100（2）臨界淬火直徑）臨界淬火直徑臨界淬火直徑：鋼在某種淬火介質中臨界淬火直徑：鋼在某種

18、淬火介質中能完全淬透的最大直徑能完全淬透的最大直徑(Dk)臨界淬火直徑測量方法：臨界淬火直徑測量方法： C%半馬氏體硬度；半馬氏體硬度； 測該鋼端淬曲線測該鋼端淬曲線找出對應半找出對應半馬氏體硬度的馬氏體硬度的d端端值值 ； 根據對零件淬透深度的實際要求根據對零件淬透深度的實際要求(淬透至淬透至1/2R、3/4R、中心等中心等)從下從下圖查出對應的臨界淬火直徑圖查出對應的臨界淬火直徑DkTA1MS分分級級淬淬火火雙雙液液淬淬火火等等溫溫淬淬火火單單液液淬淬火火三三 淬火方法淬火方法 1 單液淬火單液淬火 尺寸小、尺寸小、 形狀簡單的碳鋼、合金鋼件形狀簡單的碳鋼、合金鋼件 2 雙液淬火（水淬油冷

19、）雙液淬火（水淬油冷） 尺寸較大碳鋼件。尺寸較大碳鋼件。3 分級淬火分級淬火 稍高于稍高于MS ，鹽浴；鹽浴； 小尺寸工模具、變形小、精密件小尺寸工模具、變形小、精密件三三 淬火方法淬火方法4 等溫淬火等溫淬火淬火熱應力、組織應力小，變形小淬火熱應力、組織應力小，變形小 形狀復雜、尺寸精密件。形狀復雜、尺寸精密件。 5 冷處理冷處理目的：目的： 減少減少AR%，HRC； 穩定尺寸；穩定尺寸； 挽救挽救四四 鋼的回火工藝鋼的回火工藝1 回火工藝參數的選擇回火工藝參數的選擇 回火溫度的選擇回火溫度的選擇： （1）零件使用性能）零件使用性能硬度硬度回火溫度回火溫度（2）應力消除：）應力消除： T50

20、0，1h； T200，23h； 回火后冷卻方式：回火后冷卻方式： 回火脆性鋼回火脆性鋼水、油冷；水、油冷； 高合金鋼的多次回火高合金鋼的多次回火 回火溫度對高碳低合金鋼回火溫度對高碳低合金鋼(0.82C、0.84Mn)機械性機械性能的影響能的影響 回火溫度對低碳和中碳合金鋼機械性能的影響回火溫度對低碳和中碳合金鋼機械性能的影響 a對低碳合金鋼機械性能的影響；對低碳合金鋼機械性能的影響；b對中碳合金鋼機械性能的影響對中碳合金鋼機械性能的影響 2 回火種類回火種類 回火溫度回火溫度，內應力，內應力； 強硬度強硬度；塑韌性；塑韌性。 根據溫度不同劃分回火種類根據溫度不同劃分回火種類組織：組織： 回火

21、馬氏體回火馬氏體(與淬火馬氏體比較與淬火馬氏體比較) 片狀過飽和片狀過飽和+碳化物，共格碳化物，共格高碳鋼：淬火片狀高碳鋼：淬火片狀M回火回火M（1）低溫回火（）低溫回火（150250）保持高強硬度；微裂紋焊合；保持高強硬度；微裂紋焊合； 內應力和脆性內應力和脆性；韌性略；韌性略。低碳鋼：板條低碳鋼：板條M，只有只有C的的偏聚偏聚 應用：應用： 工、模具鋼；工、模具鋼； 低碳馬氏體鋼低碳馬氏體鋼低溫回火組織的性能低溫回火組織的性能（2）中溫回火（）中溫回火（350500）組織：組織： 條、針狀條、針狀 (未再結晶，平衡未再結晶，平衡C)相相 + 彌散分布細粒狀彌散分布細粒狀相相 回火屈氏體（與

22、屈氏體比較）回火屈氏體（與屈氏體比較）中溫回火組織的性能中溫回火組織的性能 基體已回復；內應力基體已回復；內應力； 彈性極限高；彈性極限高； 較高的強硬度與良好韌性較高的強硬度與良好韌性應用：彈簧鋼、熱鍛模應用：彈簧鋼、熱鍛模（3）高溫回火（）高溫回火（550680）組織：組織： 等軸狀等軸狀(再結晶再結晶)相相 + 均勻分布粒均勻分布粒狀狀(球化球化)相相 回火索氏體（與索氏體比較）回火索氏體（與索氏體比較）高溫回火組織的性能高溫回火組織的性能 內應力基本消除，內應力基本消除， 強度與韌性最佳配合；強度與韌性最佳配合； 綜合機械性能高綜合機械性能高 應用：重要結構件，軸、齒輪應用：重要結構件

23、，軸、齒輪 調質處理：淬火調質處理：淬火+高溫回火高溫回火片狀片狀粒狀粒狀bSHRC(0.8%C),305020060040080010退火與淬、回火退火與淬、回火組織性能比較組織性能比較五五 鋼的淬、回火缺陷鋼的淬、回火缺陷1 種類：種類： 變形、開裂、氧化、脫碳、變形、開裂、氧化、脫碳、 硬度不足、軟點、過熱、過燒硬度不足、軟點、過熱、過燒 過熱：晶粒粗大過熱：晶粒粗大重結晶消除重結晶消除 過燒：晶界熔化或氧化過燒：晶界熔化或氧化無法挽回無法挽回 2 變形與淬火應力變形與淬火應力 變形方式：體積變化、彎曲翹曲。變形方式：體積變化、彎曲翹曲。 產生原因：加熱或冷卻中熱脹冷縮產生原因：加熱或冷卻中熱脹冷縮 組織轉變不同步組織轉變不同步內應力內應力 種種 類：熱應力、組織應力類：熱應力、組織應力 改進方法改進方法分級淬火、等溫淬火分級淬火、等溫淬火第九章第九章 習題與思考題習題與思考題 1 確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目確定下列鋼件的退火方法，并指出退火的目的與退火后的組織：的與退火后的組織： （1）經冷軋后的鋼板，要求降低硬度；）經冷軋后的鋼板，要求降低硬度； （2）鍛造過熱的）鍛造過熱的60鋼鍛坯；鋼鍛坯； （3）具有片狀滲碳體的）具有片狀滲碳體的T12鋼坯。