钢的热处理工艺
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钢的热处理工艺
冷速特点：与退火相比，正火的冷却速度快一 些，但比淬火小，介于两者之间。
正火温度： Ac3、 Accm＋ ３０－５０℃
2)组织特点 根据钢的CCT曲 线和工件的截面大 小（冷却速度）， 正火后可获得不同 组织，如粗细不同 的珠光体、贝氏体 、马氏体或它们的 混合组织。
3）正火的目的
对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化 晶粒，均匀组织如消除魏氏组织或带状组织。这相当 于退火的效果； 低碳钢退火后硬度太低（切削粘刀），改用正火，可 提高硬度，改善切削加工性。 作为某些钢（如中碳非调质钢）的最终热处理，以代 替调质处理（淬火+回火）。 用于过共析钢，可消除网状碳化物，便于球化退火。 （为什么？）
温 工件内部 度
______
等温冷却
不同深度 ，冷却速 度是不一 样的，因 此，组织 也是不一 样！
___连续冷却
C’ ’ C C’
C
M
M+P
P
时间
连续冷却转变图---临界淬火速度
马氏体组织 ---淬透区
贝氏体、铁素体+珠 光体----未淬透区
钢工件
但是快冷将产生巨大的组织应力和热应力， 使工件变形；
2)对于过共析钢：
淬火加热温度Ac1+30--50℃。如原始组织为粒 状珠光体，加热淬火后获得马氏体、颗粒状渗 碳体及少量残余奥氏体，因而硬度高，耐磨性 好，还有点韧性。 如果加热到Accm以上，先共析渗碳体全部溶入 奥氏体，使奥氏体含碳量增加，马氏体转变点 Ms和Mf降低，淬火后保留大量奥氏体，而且获 得粗片状马氏体，使钢的硬度和耐磨性降低， 脆性增加，并增加淬火开裂倾向。 因此，过共析钢不能在Accm以上加热淬火。
6) 低温退火 定义：把钢件加热到低于Ac1温度退火，它包括软化退 火和再结晶退火。 软化退火：又称去应力退火。 钢材在热轧或锻造后，在冷却过程中因表面和心部 冷却速度不同造成内外温差会产生残余应力，这种 应力与后面的工艺应力叠加，易使材料开裂； 铸件也有残余应力。 具体工艺：加热温度为650--720℃，保温后出炉空 冷；主要是消除内应力和降低硬度（不会改变内部 组织，见前图）。
正火温度： Ac3、 Accm＋ ３０－５０℃
2)组织特点 根据钢的CCT曲 线和工件的截面大 小（冷却速度）， 正火后可获得不同 组织，如粗细不同 的珠光体、贝氏体 、马氏体或它们的 混合组织。
3）正火的目的
对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化 晶粒，均匀组织如消除魏氏组织或带状组织。这相当 于退火的效果； 低碳钢退火后硬度太低（切削粘刀），改用正火，可 提高硬度，改善切削加工性。 作为某些钢（如中碳非调质钢）的最终热处理，以代 替调质处理（淬火+回火）。 用于过共析钢，可消除网状碳化物，便于球化退火。 （为什么？）
温 工件内部 度
______
等温冷却
不同深度 ，冷却速 度是不一 样的，因 此，组织 也是不一 样！
___连续冷却
C’ ’ C C’
C
M
M+P
P
时间
连续冷却转变图---临界淬火速度
马氏体组织 ---淬透区
贝氏体、铁素体+珠 光体----未淬透区
钢工件
但是快冷将产生巨大的组织应力和热应力， 使工件变形；
2)对于过共析钢：
淬火加热温度Ac1+30--50℃。如原始组织为粒 状珠光体，加热淬火后获得马氏体、颗粒状渗 碳体及少量残余奥氏体，因而硬度高，耐磨性 好，还有点韧性。 如果加热到Accm以上，先共析渗碳体全部溶入 奥氏体，使奥氏体含碳量增加，马氏体转变点 Ms和Mf降低，淬火后保留大量奥氏体，而且获 得粗片状马氏体，使钢的硬度和耐磨性降低， 脆性增加，并增加淬火开裂倾向。 因此，过共析钢不能在Accm以上加热淬火。
6) 低温退火 定义：把钢件加热到低于Ac1温度退火，它包括软化退 火和再结晶退火。 软化退火：又称去应力退火。 钢材在热轧或锻造后，在冷却过程中因表面和心部 冷却速度不同造成内外温差会产生残余应力，这种 应力与后面的工艺应力叠加，易使材料开裂； 铸件也有残余应力。 具体工艺：加热温度为650--720℃，保温后出炉空 冷；主要是消除内应力和降低硬度（不会改变内部 组织，见前图）。
钢材的热处理工艺
淬火HardeningorQuenchingcuihuǒ(行业内，淬读"zàn"音，即读“zànhuǒ〞〕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，保温一段时刻，使之全部或局部奥氏体[1]化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下〔或Ms四面等温〕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。
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、疲乏强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。
也能够通过淬火满足某些特种钢材的的铁磁性、耐蚀性等特别的物理、化学性能。
淬火能使钢强化的全然缘故是相变，即奥氏体组织通过相变而成为马氏体组织〔或贝氏体组织〕。
钢淬火工艺最早的应用见于河北易县燕下都遗址出土的战国时代的钢制兵器。
淬火工艺最早的史料记载见于?汉书.王褒传?中的“清水焠其峰〞。
“淬火〞在专业文献上，人们写的是“淬火〞，而读起来又称“蘸火〞。
“蘸火〞已成为专业口头交流的习用词，但文献中又瞧不到它的存在。
也确实是根基讲，淬火是标准词，人们不读它，“蘸火〞是常用词，人们却不写它，这是我国文字中不多见的现象。
淬火是“蘸火〞的正词，淬火的古词为蔯火，本义是灭火，引申义是“将高温的物体急速冷却的工艺〞。
“蘸火〞是冷僻词，属于现代词，是文字改革后出现的产物，“蘸〞字本义与淬火无关。
“蘸火〞本词为“湛火〞，“湛〞字读音同“蘸〞，而其字形又与水、火有关，符合“水与火合为蔯〞之意，字义与“淬火〞相通。
“湛火〞为本词，“蘸火〞那么为假借词。
淬火将金属工件加热到某一适当温度并维持一段时刻，随即浸进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、矿物油、空气等。
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式
钢的热处理工艺方式有多种，通常根据钢材的用途和要求来选择合适的热处理工艺。
以下是几种常见的钢的热处理工艺方式：
1. 淬火（Quenching）：将高温加热后的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体或贝氏体，从而增加钢材的硬度和强度。
2. 回火（Tempering）：在淬火后，将钢材重新加热至一定温度，然后冷却至室温，通过调整回火温度和时间，可以使钢材的硬度和强度适度下降，同时还能提高钢材的韧性。
3. 规定化处理（Normalizing）：将高温加热后的钢材在空气中冷却，使其组织均匀化，消除内部应力，提高钢材的韧性和延展性。
4. 淬火与回火组合（Quenching and Tempering）：首先进行淬火使钢材达到一定的硬度和强度，然后进行回火处理以提高钢材的韧性，同时保持较高的强度。
5. 固溶处理（Solution Treatment）：将钢材加热至足够高的温度后快速冷却，使固溶体内的溶质均匀溶解，从而改善钢材的塑性和加工性能。
6. 淬火回火组合与固溶处理相结合：根据具体需求，可以将淬火回火组合和固溶处理相结合，以综合提高钢材的硬度、韧性和耐蚀性等性能。
上述的热处理工艺方式只是钢材热处理中的一部分，不同钢材和具体要求还可以采用其他的热处理工艺方式，如时效处理、退火处理等。
热处理的选择和控制对于钢材的性能和质量有着重要的影响，需要根据具体情况进行调整和优化。
钢铁热处理工艺简介
存铁素体，（马氏体中有如“孔洞”）严重影响钢 的强度，韧性。
过共析钢：Ac1—Accm ,不完全淬火，使淬火组织中保
留一定数量细小，弥散的C化物颗粒，以提高耐磨性 （通过控制C化物数量，控制A的C浓度及合金浓度； 从而控制马氏体成分，组织和性能）
碳素工具钢 ： t=Ac1+„30-70‟℃, 合金钢，高合金
钢的表面热处理
二、火焰加热表面淬火，
（0.8—6mm）深的淬火硬化层。 气体燃料与在氧气或空气中燃烧（2000℃以 上），当乙炔和氧气1：1时，火焰温度最高， 可达3000℃，氧炔焰。 优点：设备简单，使用方便成本低等。 缺点：不易控制加热温度，易过热，且淬火质 量不易均一。
钢的化学热处理
钢件臵于一定温度的化学活性介质中，使一种或几种元素的原子渗入 钢件表面，改变钢件表层化学成份，获得预期的组织和性能。可利用C素 钢，低合金钢代替高合金钢，降低成本。
钢的淬火
（三）淬火冷却： 冷却是淬火的关键工序，关系到淬火
质量的好坏。 → 快冷：碳钢—水冷 合金钢—油冷
目的：防止过冷A在Ms点以上发生任何分解。 600—400℃温度分解快，只要在此期间快冷，其它温度不需 要，Ms点以下反而希望冷却慢些，以防止变形开裂。 → 冷却介质的选择原则 快冷并非越快冷越好，在保证淬硬的前提下，尽量选择 缓和的介质，以减小淬火变形和开裂。 对冷却介质的要求是：要求的淬火硬度和深度、淬火变形不 超过公差范围，不出现淬火组织缺陷，不开裂
一、钢的渗C
用于齿轮、活塞、销轴等工件，需承受弯、扭，交变载荷， 冲击载荷，很大接触应用和磨损的情况 低C钢件，渗C性介质(CO→[C]+CO2（放热）、（CH4→[C]+H2 （吸）、（固体渗C剂），加热至单相奥氏体区（930℃左 右），保温足够长时间，使表面层C浓度提高，。 C钢件都是C＝0.1—0.25%的低C钢（C素钢、低合金钢），而表 面C＝0.8—1.1%，合适渗C层厚度。渗C后工件进行淬火+低温 回火
过共析钢：Ac1—Accm ,不完全淬火，使淬火组织中保
留一定数量细小，弥散的C化物颗粒，以提高耐磨性 （通过控制C化物数量，控制A的C浓度及合金浓度； 从而控制马氏体成分，组织和性能）
碳素工具钢 ： t=Ac1+„30-70‟℃, 合金钢，高合金
钢的表面热处理
二、火焰加热表面淬火，
（0.8—6mm）深的淬火硬化层。 气体燃料与在氧气或空气中燃烧（2000℃以 上），当乙炔和氧气1：1时，火焰温度最高， 可达3000℃，氧炔焰。 优点：设备简单，使用方便成本低等。 缺点：不易控制加热温度，易过热，且淬火质 量不易均一。
钢的化学热处理
钢件臵于一定温度的化学活性介质中，使一种或几种元素的原子渗入 钢件表面，改变钢件表层化学成份，获得预期的组织和性能。可利用C素 钢，低合金钢代替高合金钢，降低成本。
钢的淬火
（三）淬火冷却： 冷却是淬火的关键工序，关系到淬火
质量的好坏。 → 快冷：碳钢—水冷 合金钢—油冷
目的：防止过冷A在Ms点以上发生任何分解。 600—400℃温度分解快，只要在此期间快冷，其它温度不需 要，Ms点以下反而希望冷却慢些，以防止变形开裂。 → 冷却介质的选择原则 快冷并非越快冷越好，在保证淬硬的前提下，尽量选择 缓和的介质，以减小淬火变形和开裂。 对冷却介质的要求是：要求的淬火硬度和深度、淬火变形不 超过公差范围，不出现淬火组织缺陷，不开裂
一、钢的渗C
用于齿轮、活塞、销轴等工件，需承受弯、扭，交变载荷， 冲击载荷，很大接触应用和磨损的情况 低C钢件，渗C性介质(CO→[C]+CO2（放热）、（CH4→[C]+H2 （吸）、（固体渗C剂），加热至单相奥氏体区（930℃左 右），保温足够长时间，使表面层C浓度提高，。 C钢件都是C＝0.1—0.25%的低C钢（C素钢、低合金钢），而表 面C＝0.8—1.1%，合适渗C层厚度。渗C后工件进行淬火+低温 回火
钢的热处理工艺教学课件
02
钢的热处理工艺原理
钢的加热过程
钢的加热过程是热处理工 艺中的重要环节，通过加 热使钢的内部组织发生变 化，以达到所需的性能要求。
加热过程中，钢的奥氏体 化过程是关键，需要控制 加热温度、时间和介质， 以确保奥氏体晶粒度的均 匀和适宜。
加热过程中还需注意防止 氧化和脱碳现象，以保持 钢材的表面质量。
02
热处理是一种重要的金属加工工 艺，广泛应用于各种金属材料， 如钢铁、铝合金、铜合金等。
热处理的重要性
提高材料的机械性能
通过热处理可以改变金属 材料的内部组织结构，提 高其硬度和强度，从而提
高材料的机械性能。
保证材料质量
热处理可以消除金属材料 在加工过程中产生的内应 力，提高其稳定性和耐久
性，保证材料质量。
钢的相变过程
钢的相变是指在热处理过程中，随着温度的变化，钢内部的组织结构发生变化的过程。
在相变过程中，奥氏体转变为铁素体和渗碳体的混合物，这个过程对钢的性能产生 重要影响。
相变过程需要精确控制温度和时间，以获得理想的组织结构和性能。了解和掌握相 变过程对于制定合理的热处理工艺具有重要意义。
03
钢的热处理工艺流程
空冷室
利用自然对流冷却原理，将钢件放置在室 内自然冷却。
流态化冷却装置
利用流态化原理，通过循环流动的冷却介 质实现快速冷却。
辅助设备
搬运设备
如起重机、输送带等，用 于在各工艺环节间移动钢 件。
装料机
用于将钢件自动装入加热 炉或冷却设备中。
测温仪和控温系统
用于监测和控制加热炉和 冷却设备的温度。
气氛控制装置
铸钢热处理工艺分类 根据加热温度和冷却方式的不同，铸钢热处理工 艺可分为退火、正火、淬火和回火等类型。
钢材热处理的四种方法
钢材热处理的四种方法
钢材热处理是钢铁制造业中的一项重要工艺，它能够改变钢材的组织结构和性能，增强钢材的强度、韧性和耐磨性。
现在，我们将介绍热处理钢材的四种方法。
1. 火焰淬火
火焰淬火是一种常见的钢材热处理方法，它通过在钢材表面加热的同时，使用水、油或空气急冷的方式来迅速冷却钢材。
这种方法可以提高钢材的硬度和韧性，适用于生产高强度、高韧性的组件。
2. 淬火加回火
淬火加回火是一种将淬火和加回火结合起来的热处理方法。
首先，在高温下进行淬火，然后在适当的温度下进行回火，可以使钢材获得较高的强度和韧性。
这种方法适用于制造高强度和高耐磨性的零件。
3. 退火
退火是一种将钢材加热至一定温度，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材改善韧性和可塑性，较好地适用于制造需要弯曲、拉伸和冲压的钢材产品。
4. 软化处理
软化处理是一种将钢材加热至高温，然后缓慢冷却的热处理方法。
这种方法可以使钢材获得较高的可塑性和韧性，具有优良的加工和成形
性能。
总的来说，这四种方法是钢材热处理中较为基础和常见的方法。
每种方法都有其特定的优缺点和适用范围，因此在选择热处理方法时，需要结合不同的钢材类型和使用条件来进行选择。
钢的热处理工艺
表：退火和正火的热处理工艺
名称 完全 退火
等温 退火
球化 退火
热处理工艺
将亚共析碳钢加热到Ac3以上 20～30℃，保温，炉冷或随 炉缓冷到600℃以下，出炉空 冷
将奥氏体化后的钢快冷至珠光 体形成温度等温保温，使过冷 奥氏体转变为珠光体，空冷至 室温
将过共析碳钢加热到Ac1以上 20～30℃，保温2～4h，使 片状渗碳体发生不完全溶解断 开成细小的链状或点状，弥散 分布在奥氏体基体上，在随后 的缓冷过程中，或以原有的细 小的渗碳体质点为核心，或在 奥氏体中富碳区域产生新的核 心，形成均匀的颗粒状渗碳体
T
ACm或AC3 AC1 +20~30℃
AC1
t
球化退火工艺关键：
加热温度略高于Ac１的好处： 保留较多的未溶碳化物或较大
的碳浓度梯度（分布不均匀）。
加热温度过高， Fe3CⅡ慢冷时 网状析出。
① Fe3C形态控制 ←控制奥氏体化程度 ② 球的大小控制 ←控制过冷奥氏体冷却转变的温度
T12钢完全退火与球化退火后组织与性能比较
• 考虑切削加工性能 (金属最佳切削硬度范围170～250HBW) 低碳钢（w(c)<0.25%）：硬度太低，粘刀，多选用 正火，提高硬度； 中碳钢（ w(c) =0.25%～0.5％）：完全退火或正火； 中高碳钢（w(c) =0.5%～0.75％）：完全退火； 高碳钢（w(c)>0.75％） ：硬度高，难以切削，球化 退火，降低硬度； 高碳钢（w(c)> 0.9%）：正火(消除网状碳化物)＋球 化退火。 • 经济性因素 正火周期短，耗能少，操作简便，在满足切削加工 性能的条件下尽可能以正火代替退火。
定义: 把零件加温到 适当温度（通常是在 临界温度以上，有时 在临界温度以下）， 保温一定时间，然后 缓冷（炉冷、坑冷、 灰冷），以获得接近 平衡状态组织的热处 理工艺。
钢的热处理工艺
3）分级淬火 ） 概念 将奥氏体状态的工 件首先淬入略高于钢的 Ms点的盐浴或碱浴炉中 保温，当工件内外温度 均匀后，再从浴炉中取 出空冷至室温，完成马 氏体转变。
4）等温淬火 ） 将奥氏体化后的工 件在稍高于Ms温度的盐 浴或碱浴中冷却并保温 足够时间，从而获得下 贝氏体组织的淬火方法。
（5）钢的淬透性 ） 1）淬透性的概念 ） 指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力， 指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力， 钢的淬透性大小用钢在一定条件下淬火获得的淬透层深 度来表示。 度来表示。 通常采用从淬火工件表面到半马氏体区距离作为淬透层 深度。 深度。 2）影响淬透性的因素 ） 主要因素是化学成分 以外， 除Co以外，所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透性。 以外 所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透性。 奥氏体的均匀性、 奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都 会影响淬透性。 会影响淬透性。
感应加热表面淬火的分类 据电流频率的不同，可将感应加热表面淬火分为三类： 第一类 高频感应加热淬火 常用电流频率：80～1000kHz 淬硬层深度： 0.5～2.0mm 应用：适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件等。 第二类 中频感应加热淬火 常用电流频率：2500～8000Hz 淬硬层深度： 2～10mm 应用：适用于较大尺寸的轴和大中模数的齿轮等。 第三类 工频感应加热淬火 电流频率：50赫兹 淬硬层深度：可达10～15mm 应用：适用于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、 火车车轮等的表面淬火。
二、正火
概念 将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热 将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热 临界温度以上 空冷 处理工艺。 处理工艺。 亚共析钢的加热温度为Ac3＋30℃～50℃ 过共析钢的加热温度为Accm＋30℃～50℃。
钢的热处理工艺
的含碳量为 0.6~1.4% ，正火组织中不 出现先共析相，只存在伪共析珠光体和 索氏体。对于亚共析钢，正火后组织中 析出的铁素体数量较少，珠光体数量较 多，且珠光体片间距较小；对于过共析 钢，正火可以抑制先共析网状渗碳体的 析出。
12
正火工艺较简单、经济，主要应用于以下方面：
（1）改善低碳钢的切削加工性能 碳量〈0.25 ％的低碳钢及低合金钢，退火后硬度过低，正火处理 可提高硬度，改善切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷 中碳结构钢铸、锻、轧及焊件，热加工后易出现魏氏组织、晶粒 粗大等过热缺陷和带状组织，正火可消除，达到细化晶粒、均匀组织、 消除内应力的目的。 （3）消除过共析钢网状碳化物
16
（１）热应力及其变化规律
工件在加热和冷却时，由于不同部位的温度差异，导致热胀冷缩的不 一致而产生的内应力称为热应力。 以圆柱 工件为例分 析热应力的 变化规律 到了冷却后期，表层温度的 降低和体积的收缩已经终止，而 心部体积继续收缩，由于心部受 到表层的牵制，应力逐渐转变为 拉应力，而表层则受到压应力。 当整个试样冷至室温时，内外温 差消失，冷却后期的应力状态被 保留下来成为残余应力。 因此，工件淬火冷至室温时， 由于热应力引起的残余应力 表层
炉冷至略低于 Ar1的温度等温处理。如此多次反复加热和冷却，最后冷 至室温，以获得球化效果最好的粒状珠光体组织。
一次球化退火 等温球化退火
往复球化退火
8
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
9
（4）扩散退火
扩散退火 又称 均匀化退火 ，是将铸锭、铸件加热至 Ac3 或 Accm 以上 150 ～ 300℃，保温 10 － 15h ，然后随炉缓慢 冷却的热处理工艺。
温度）所需要的时间，而且取决于组织转变所需要的时间。完全退火 保温时间与钢材的化学成分、工件的形状和尺寸、加热设备类型、装 炉量以及装炉方式等因素有关。 退火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在Ar1温度以下不大的 过冷条件下进行珠光体转变，避免硬度过高。碳钢＜ 200℃/h ，低合 金钢＜100℃/h，高合金钢＜50℃/h。出炉温度在600℃以下。 将奥氏体化后的钢很快降至稍低于 Ar1 温度等温，使奥氏体转变 为珠光体，在空冷至室温，称为等温退火。 等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢等，可以显著缩 短退火时间；但不适合大截面工件和大批量炉料。
12
正火工艺较简单、经济，主要应用于以下方面：
（1）改善低碳钢的切削加工性能 碳量〈0.25 ％的低碳钢及低合金钢，退火后硬度过低，正火处理 可提高硬度，改善切削加工性能。 （2）消除中碳钢热加工缺陷 中碳结构钢铸、锻、轧及焊件，热加工后易出现魏氏组织、晶粒 粗大等过热缺陷和带状组织，正火可消除，达到细化晶粒、均匀组织、 消除内应力的目的。 （3）消除过共析钢网状碳化物
16
（１）热应力及其变化规律
工件在加热和冷却时，由于不同部位的温度差异，导致热胀冷缩的不 一致而产生的内应力称为热应力。 以圆柱 工件为例分 析热应力的 变化规律 到了冷却后期，表层温度的 降低和体积的收缩已经终止，而 心部体积继续收缩，由于心部受 到表层的牵制，应力逐渐转变为 拉应力，而表层则受到压应力。 当整个试样冷至室温时，内外温 差消失，冷却后期的应力状态被 保留下来成为残余应力。 因此，工件淬火冷至室温时， 由于热应力引起的残余应力 表层
炉冷至略低于 Ar1的温度等温处理。如此多次反复加热和冷却，最后冷 至室温，以获得球化效果最好的粒状珠光体组织。
一次球化退火 等温球化退火
往复球化退火
8
T10钢球化退火组织 ( 化染 ) 500
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（4）扩散退火
扩散退火 又称 均匀化退火 ，是将铸锭、铸件加热至 Ac3 或 Accm 以上 150 ～ 300℃，保温 10 － 15h ，然后随炉缓慢 冷却的热处理工艺。
温度）所需要的时间，而且取决于组织转变所需要的时间。完全退火 保温时间与钢材的化学成分、工件的形状和尺寸、加热设备类型、装 炉量以及装炉方式等因素有关。 退火后的冷却速度应缓慢，以保证奥氏体在Ar1温度以下不大的 过冷条件下进行珠光体转变，避免硬度过高。碳钢＜ 200℃/h ，低合 金钢＜100℃/h，高合金钢＜50℃/h。出炉温度在600℃以下。 将奥氏体化后的钢很快降至稍低于 Ar1 温度等温，使奥氏体转变 为珠光体，在空冷至室温，称为等温退火。 等温退火适用于高碳钢、合金工具钢和高合金钢等，可以显著缩 短退火时间；但不适合大截面工件和大批量炉料。
钢的热处理工艺技术
钢的热处理工艺技术钢的热处理工艺技术是一种通过改变钢材的组织结构和性能来达到预期目标的方法。
不同的热处理工艺可以改善钢材的硬度、韧性、强度、耐磨性等性能，从而满足不同用途的要求。
以下是一些常见的钢的热处理工艺技术。
1. 退火：退火是将钢材加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。
退火能改善钢材的塑性和韧性，减少内部应力，使其易于加工和变形。
2. 淬火：淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却到室温。
淬火能提高钢材的硬度和强度，但会降低其韧性。
常见的淬火方法包括水淬、油淬和气体淬火等。
3. 回火：回火是将已经淬火的钢材重新加热到一定温度，然后通过不同的冷却速率进行冷却。
回火能减少淬火时产生的脆性，提高钢材的韧性和抗疲劳性能。
4. 正火：正火是将钢材加热到过冷状态下的温度，然后冷却到室温。
正火能改善钢材的强度和韧性，减少内部应力。
5. 淬火和回火：淬火和回火是一种常用的复合热处理工艺。
先将钢材淬火，然后进行回火，能够在保持一定硬度的同时提高韧性。
6. 软化退火：软化退火是用于消除冷加工或焊接后的钢材内部应力和硬度的一种热处理方法。
通过加热到一定温度，然后进行适当速率的冷却，使钢材恢复到一定的韧性和塑性。
7. 预应力退火：预应力退火是一种用于提高钢材的强度和韧性的热处理方法。
通过在加热阶段施加机械应力，然后进行退火处理，能够在保持较高强度的同时提高韧性和耐疲劳性能。
以上是一些常见的钢的热处理工艺技术，每种方法在实践中都有其适用范围和特定工艺参数。
合理选择和控制热处理工艺，能够使钢材达到所需的性能要求，并满足具体工程应用的需要。
钢的热处理工艺技术是钢材加工和制造过程中非常重要的环节，它能够改善钢材的性能，增加其应用价值。
随着现代工业的发展，钢材的应用领域越来越广泛，对于不同类型的钢材，需要采用适当的热处理工艺来实现所需的性能要求。
首先，退火是最常见的钢材热处理工艺之一。
退火过程中钢材被加热到一定温度，然后缓慢冷却到室温。
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钢的热处理第一章钢的热处理热处理工艺包括：将钢材或钢制件加热到预定温度，在此温度下保温一定时间。
然后一定的冷却速度冷却下来，达到热处理所预定的对钢材及钢制件的组织与性能的要求。
1□□钢的加热1.1□制定钢的加热制度加热温度、加热速度、保温时间。
1.1.1加热温度的选择加热温度取决于热处理的目的。
热处理分为：淬火、退火、正火、和回火等。
淬火的目的是为了得到细小的马氏体组织，使钢具有高的硬度；退火及正火的目的是获得均匀的珠光体组织，因此其加热温度不同。
在具体制定加热温度时应按以下原则：热处理工艺种类及目的要求；被加热钢材及钢制件的化学成分和原始状态；钢材及钢制件的尺寸和形状以及加热条件来制定。
对于碳钢及低合金钢的加热温度：亚共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃；过共析钢淬火温度：A C3以上30～50℃；亚共析钢完全退火：A C3以上20～30℃；过共析钢不完全退火：A C3以上20～30℃；正火A C3或A CM以上30～50℃；1.1.2加热速度的选择必须根据钢的化学成分及导热性能；钢的原始状态及应力状态；钢的尺寸及形状来确定加热速度。
如钢的原始状态存在着铸造应力或轧煅热变形残余应力时，在加热是应特别注意。
对这类钢要特别控制低温阶段的加热速度。
钢的变形与热裂倾向是以钢的化学成分及原始状态不同而不同，主要有以下几点：a) 低碳钢比高碳钢热烈倾向小；b) 碳钢比合金钢变形开裂倾向小；c) 钢坯和成品件比钢锭变形和开裂倾向小；d) 小截面比大截面的钢变形和开裂倾向小。
1.1.3钢在加热时的缺陷a) 过热：过热就是由于加热温度过高，加热时间过长使奥氏体晶粒过分长大。
粗大的奥氏体晶粒在冷却时产生粗大的组织，并往往出现魏氏组织，结果是钢的冲击韧性、塑性明显下降。
已过火的钢可以在次正火或退火加以纠正。
b) 强烈过热：加热温度过高或加热保温时间过长，使氧或硫沿晶界渗入钢中或者钢中的硫与氧在高温下溶解于奥氏体中，在冷却过程中硫或氧以化合物形态沿粗大的奥氏体晶界析出。
故降低钢的冲击韧性。
此问题出现后只能用重新锻造或轧制来消除且锻、轧的温度不易过高。
c) 过烧：当加热温度接近固相线时（指热加工的加热温度），此时晶粒不仅剧烈长大，而且在晶界上的低熔点夹杂物地方发生局部熔化状态，当炉气中的硫、氧渗入后，更加速晶界物的软化，这种现象叫钢的过烧。
失去了钢的塑性和韧性，锻轧时破碎，不能用热处理的方法纠正，只能报废。
d) 钢的氧化与脱碳：1）氧化2）脱碳防止加热时钢的氧化及脱碳的措施：（1）控制炉气成分：就是控制炉气中的CO 2/CO ，H 2O/H 2，CH 4/H 2 比例。
（2）向炉内通入试制的保护气：氢气、氮气、石油裂化气及煤气2□□钢的退火与正火退火：就是把钢加热到临界点AC3以上或AC1以上（AC1－AC3、ACM －AC3）经过保温，然后缓慢冷却（炉冷）的一种操作。
加热到临界点以上是为使原始组织发生重结晶，得到全部（或大部分）奥氏体状态，继之以缓慢得到U-曲线上部的组织——珠光体。
所以退火组织具有低的强度和硬度，较高的塑性和韧性。
正火：是把钢加热到AC3或ACM 以上，保温后在空气中冷却。
正火所得到的组织也是珠光体型组织，但其组织较退火组织为细，强度、硬度较高，塑性韧性也较好。
常用的退火与正火加热温度及工艺曲线如图1和图2所示。
1100或 800 P+CM1低温退火P + CM3600时间0.8图1 正火与退火工艺图2 退火与正火加热温度范围退火和正火，一般是一种预先热处理。
目的在于消除热加工、铸造、焊接等工序带来的某些缺陷。
改善组织性能。
以利于冷加工（切削、冷轧及冷拔）和进一步热处理做好组织准备。
对某些碳钢或低合金钢的正火（或正火加高温回火）常是为了提高性能，作为最终热处理。
2.1□退火的方法及应用2.1.1完全退火完全退火是将钢加热到AC1以上20～30℃，保温一定时间，缓慢冷却下来的热处理操作。
完全退火适用于亚共析钢的钢锭、锻轧坯或材以及铸焊工件。
其目的是：1）消除因铸、锻轧和焊等引起的晶粒粗大。
魏氏组织和带状组织等缺陷，细化晶粒，改善钢的组织及性能。
为了防止钢液凝固时形成的奥氏体粗大晶粒以及冷却时出现的魏氏组织，使钢的强度降低、韧性变差；有些钢由于终轧温度过低（在AC1～AC3之间），在轧制中共先析出铁素体，经轧制变形、钢中出现带状组织（显微带状组织），它损害了钢的横向性能。
为消除这种缺陷，采用完全退火，利用加热及冷却中的两次相变（F + P粗→加热→A细→冷却→〖 F + P 〗细）细化或改正组织来改善性能。
2）降低硬度利于切削加工。
对于空冷得到的马氏体类钢可以采用完全退火也可以采用高温回火（低温退火）处理。
3）消除应力防止变形及裂纹：钢锭或铸件在冷速过快会产生很大的热应力及组织应力；钢的终轧温度过低及冷速过快，钢产生加工硬化现象也存在着很大的应力。
这些应力不消除在随后的加工中可引起变形或开裂。
因此通过完全退火可以消除应力，但一般情况下有的采用不完全退火或低温退火来消除应力。
2.1.2亚共析钢的不完全退火不完全退火是把钢加热到AC1以上30～50℃，保温后缓慢冷却（炉冷）的操作。
当亚共析钢存在上述各种缺陷为改善组织时可采用完全退火，而仅为消除应力和降低硬度可以采用不完全退火。
冶金厂对于10～60＃钢、15Cr～40Cr、20CrMn～35CrMn、40B～50B、20CrMnSi～35CrMnSi、30CrMnTi～40CrMnTi等钢材均采用不完全退火。
2.1.3过共析钢的不完全退火——球化退火过共析钢和共析钢在轧锻后必须进行退火，以利于切削加工和为最终热处理做好组织准备。
过共析钢因含碳量较高，锻轧后空冷所得组织为片状珠光体，硬度高（HB270以上），经退火硬度可将为HB170～250,使片状珠光体转变为球状珠光体。
但过共析钢不能采用完全退火，只能采用不完全退火，并且温度不宜过高（稍过AC1以上）。
主要是因为：（1）退火温度高于ACM时钢如为全部奥氏体，在冷却时先析出的渗碳体将沿奥氏体晶界析出，呈网状分布的渗碳体。
如图3所示。
这种网状渗碳体使钢变脆，严重降低钢的性能，因此应注意退火加热温度。
图3 过共析钢二次渗碳体呈网状组织图4 过共析钢的碳化物呈球状组织（2）为得到球状珠光体（即渗碳体呈颗粒状）如图4所示。
要得到粒状珠光体必须采用加热温度稍高于AC1，否则不能球化或不完全球化。
获得粒状珠光体的退火称为“球化退火”。
是共析钢及过共析钢广泛采用的预先热处理工艺。
冶金厂生产的碳工钢，合金工具钢和轴承钢一般出厂前均进行球化退火，以球化退火状态交货。
球化退火钢具有以下优点：①有较低的硬度。
切削性能好；②为最终热处理做好组织准备，球状珠光体组织在以后淬火时变形及开裂倾向小，有利于提高淬火质量。
③能改善淬火后的综合机械性能，主要是冲击韧性和耐磨性。
球化退火温度一般采用AC1以上10～30℃。
因在此温度下过共析钢组织是不均匀奥氏体和未溶的渗碳体，未溶的渗碳体以细小的颗粒分布于奥氏体中。
在随后的冷却过程中，奥氏体析出渗碳体时，就以这些未溶渗碳体为核心长大成为球状渗碳体。
如果温度高，未溶渗碳体质点减少，甚至完全溶于奥氏体中，则球化将不完全，而且可能出现网状渗碳体。
球化退火工艺常用的有以下两类：①一段保温工艺如图-5所示。
即加热到稍高于AC1或AC1～ACM之间保温后以非常缓慢的速度冷去下来，获得细颗粒状珠光体。
770 ±10℃9Mn2V,Cr13等760 ±10℃T10,T12等740 ±10℃T7,T8等②二段保温工艺如图-6所示。
此工艺主要用于轴承钢如GCr6,GCr9,GCr12,GCr15SiMn,GSiMnV,GsiMnVRe,GsiMnMoV, GsiMnMoVRe,GsiMoV,GsiMoRe等要求球化质量高的和难于球化的钢。
除了在AC1以上保温外，在缓冷到AC1以下（700℃）进行第二阶段保温，这样可以充分球化。
℃/小时650度出炉时间图-5 球化退火工艺曲线温度时间图6 轴承钢球化退火曲线2.1.4扩散退火（均匀化退火）扩散退火是把刚加热到AC3以上200～250度（一般加热温度为1100～1200度）经长时间保温，然后缓慢冷却下来的热处理操作。
它主要目的是为了消除铸锭及铸件的枝晶偏析，通过原子在高温状态下的扩散移动使化学成分趋于均匀化。
避免钢材中的成分偏析及组织分层以及由此带来的不良性能，提高钢的机械性能及热加工性能。
扩散退火有以下缺点：（1）加热温度高保温时间长（达10～20小时）。
因而成本高。
钢的烧损大。
因此，除某些特别重要的合金钢锭外，一般钢种不采用扩散退火，有些钢种为达到扩散退火化学成分均匀的目的，在热加工前的加热时适当提高加热温度和延长保温时间就可以了。
（2）对于成型的铸件，在经扩散退火后奥氏体晶粒粗大，降低性能。
因此扩散退火后要加一次完全退火或正火来细化组织，改善性能。
2.1.5等温退火对亚共析钢，等温退火是将钢加热到AC3以上20～30度，然后快速冷却到AC1以下某一温度（此温度按硬度要求而定）进行保温，保温后出炉空冷，等温保温目的是使奥氏体等温分解所要求的组织，获得预期的性能。
AC3全火等温退火时间图-7 完全退火与等温退火曲线等温退火的优点是：（1）通过控制等温分解的温度来控制退火后的组织及性能。
（2）可以比完全退火节省时间。
等温退火是完全退火的另一种形式。
其工艺曲线如图7所示。
前面讲得第二类球化退火即是钢的等温退火的实例。
此外，对某些易产生白点的钢种（CrNi、CrMn钢），采用等温退火（等温冷却）来防止白点产生。
钢中白点是指钢中存在的微细裂纹，在钢材纵断面上此微细裂纹呈白色球状，故称白点。
钢中的白点形成是因钢中所含氢气未能充分溢出而造成的。
生产实践中已知，易产生白点的钢种经热压力加工锻或轧后，必须采取等温缓冷或等温退火，使钢中的氢充分溢出，防止和减少白点的出现。
生产经验证明：这类钢在C—曲线上的鼻子处，如在250～300度及600～640度的温度范围进行等温，氢的扩散容易，有利于氢的溢出。
其最简单的等温曲线如图-8所示：（a）（b）（c）（d）图-8 等温退火工艺曲线应该说明，钢种不同及等温退火工艺不同，在生产中应具体分析生产实际情况确定。
2.1.6低温退火低温退火是把钢加热到AC1以下某一温度，保温一定时间后炉冷或空冷的热处理。
因加热温度低于AC1，不发生相变重结晶，因此这类退火只能达到以下目的。
（1）消除钢中的残余应力；（2）对某些高合金空淬马氏体类钢起到回火作用，降低硬度，消除应力；（3）对某些经冷变形并具有加工硬化的钢，可以消除加工硬化，通过再结晶改善组织性能。
低温退火广泛应用于冶金厂的钢材热处理。