[精华]钢的淬火与回火

常用钢材热处理参数常见的钢材热处理参数包括淬火、回火、退火、正火等。

下面将详细介绍它们的温度范围、保温时间以及应用领域。

1. 淬火（quenching）淬火是指将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却至室温或低温的热处理过程。

淬火的目的是增加钢材的硬度和强度。

常见的淬火温度范围为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。

钢材的选用因素包括成分、形状和尺寸、要求的性能等。

应用领域包括汽车零部件、工具、刀具等。

2. 回火（tempering）回火是指将淬火后的钢材加热至一个较低的温度范围并持续保温一段时间的热处理过程。

回火使得钢材硬度和强度降低，但同时也提高了其韧性和可塑性。

回火一般在淬火后立即进行。

温度范围通常为150℃到700℃，保温时间则根据要求的性能来确定。

应用领域包括航空航天、机械零部件、轴承等。

3. 退火（annealing）退火是指将钢材加热至足够高的温度并持续保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。

退火的目的是消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。

退火温度和保温时间的选择依赖于钢材的成分和形状，一般在600℃到800℃之间。

应用领域涉及到钢材的精密加工，如汽车制造、船舶等。

4. 正火（normalizing）正火是指将加热至临界温度以上的钢材空气冷却至室温的热处理过程。

正火可以消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。

正火温度范围一般为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。

应用领域包括汽车零部件、轴承、机械零件等。

此外，还有其他钢材热处理方法如奥氏体化退火、球化退火等针对不同的钢材类型和应用需求的热处理方法。

具体的热处理参数应根据材料的成分、形状和要求的性能来确定，并结合实际生产条件进行调整。

因此，在进行钢材热处理时，需要进行一系列的试验和分析，以确定最佳的处理参数。

第3章 钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。

淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。

淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。

所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。

淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。

3.1 钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（A c1或A c3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。

图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。

v c 、v c '分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。

以v >v c 的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以v c >v >v c '的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。

钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。

w c ≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。

中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。

奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体 时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温 和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称 为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不 是强化合金，而是抑制第二相析出。

高锰钢的水韧处理 是为了达到韧化的目的。

奥氏体不锈钢固溶处理是为了 提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处 理，则是时效硬化前的预处理过程。

本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。

表3-1 钢的淬火工艺分类图3-1 共析钢的淬火冷却工艺热处理工艺及设备3.2 钢的淬透性一、淬透性的基本概念1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a ）。

退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

（1）淬火（quenching）：将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。

淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。

通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性下降及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。

另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。

淬火工艺主要用于钢件。

淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。

（2）回火（tempering）：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。

回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。

因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。

通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。

（3）正火（normalizing）：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

其目的是：（a）去除材料的内应力；（b）降低材料的硬度，提高塑性。

（4）退火（annealing）：退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。

目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

关于对淬火与回火的认识1、淬火基本知识1.1 、淬火的定义淬火就是把钢件加热到临界点Ac1 或Ac3 以上，经保温快速冷却，使得奥氏体转变成为马氏体的热处理工艺。

1.2 、淬火加热温度加热温度以钢的相变临界点为依据，加热时要形成细小、均匀奥氏体晶粒，淬火后获得细小马氏体组织。

亚共析钢加热温度为Ac3温度以上30〜50C。

高温下钢的状态处在单相奥氏体（A）区内，故称为完全淬火。

若亚共析钢加热温度高于Ac1、低于Ac3温度，，即为不完全（或亚临界）淬火，常温组织不能完全奥氏体化，则高温下部分先共析铁素体未完全转变成奥氏体，降低钢的硬度；加热温度过高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体组织，使脆性增大，且淬火时工件易变形甚至产生淬火裂纹。

过共析钢加热温度为Ac1温度以上30T〜50 C。

这温度范围处于奥氏体与渗碳体（A+C）双相区。

因而过共析钢的正常的淬火仍属不完全淬火，淬火后得到马氏体基体上分布渗碳体的组织。

这些组织状态具有高硬度和高耐磨性。

对于过共析钢，若加热温度过高，先共析渗碳体溶解过多，甚至完全溶解，则奥氏体晶粒将发生长大，奥氏体碳含量也增加。

淬火后，粗大马氏体组织使钢件淬火态微区内应力增加，微裂纹增多，零件的变形和开裂倾向增加；由于奥氏体碳浓度高，马氏体点下降，残留奥氏体量增加，使工件的硬度和耐磨性降低。

1.2.1 合金钢①对含有阻碍奥氏体晶粒长大的强碳化物形成元素（如钛、铌等），淬火温度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，获得较好的淬火效果。

②对含有促进奥氏体晶粒长大的元素（如锰等），淬火加热温度应低一些，以防止晶粒粗大。

1.3、淬火冷却1.3.1、理想冷却理想冷却是指工件在冷却过程中，希望其在冷却时保证在C曲线的弯曲处（鼻型区域处）的冷却速度大于临界冷却速度（保证工件能完成马氏体转变的最低速度），防止奥氏体发生珠光体或贝氏体转变。

而在其他温度范围，冷却速度应该慢些，尤其是在马氏体转变温度期间（Ms—Mf之间）则尽可能慢些，以保证工件能完成马氏体转变而淬硬。

一、钢的淬火淬火就是把钢加热到临界温度（Ac1或Ac3以上），保温一定时间使之奥氏体化后快速冷却从而获得马氏体组织的热处理工艺。

（一）淬火工艺1. 淬火加热碳钢的淬火加热温度可利用Fe－Fe3C相图来选择对于亚共析钢：℃；共析钢和过共析钢：℃。

根据淬火加热温度的不同，钢的淬火可分为完全淬火和不完全淬火。

所谓完全淬火就是将钢加热成为单一奥氏体后冷却；若加热到部分成为奥氏体后冷却则称为不完全淬火。

亚共析钢选择以上30～50℃的完全淬火可获得均匀细小的马氏体组织。

但淬火加热温度不能高于太高，否则会得到粗大的马氏体组织，恶化钢的性能；若加热温度低于，淬火组织中将出现铁素体，造成淬火钢强度、硬度不足。

近年来研究发现，采用将亚共析钢加热到以下5～10℃的亚温淬火工艺，使淬火组织中出现少量细小均匀分布的铁素体，可提高钢的强韧性，而且降低钢的韧脆转变温度。

对于过共析钢，选择以上30～50℃的不完全淬火，这是因为如果淬火加热温度过高，甚至高于，则会得到粗大的马氏体组织，增大淬火开裂的倾向；而且淬火后钢中残余奥氏体量将增多，降低硬度和耐磨性。

但过低则可能得到非马氏体组织，硬度达不到要求。

对于合金钢来说，它们的淬火加热温度可以比碳钢稍高一些，一般为AC3+30~50℃或AC1+50~100℃。

加热时间（τH）为升温加上保温时间，可根据经验或配合实验确定，也可参考热处理手册。

淬火所用的加热设备主要有箱式电阻炉（或煤气炉）、可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）、真空加热炉、盐浴炉等。

2. 淬火冷却淬火要得到马氏体，淬火冷却介质的冷却速度就必须大于临界淬火速度（vk），而快冷势必要造成很大的内应力，这就会引起钢件的变形和开裂。

如何使工件既能获得马氏体又能减小变形和避免裂纹呢？可从两个方面入手，其一是选择一种比较理想的淬火冷却介质；其二就是选择合适的淬火方法。

（1）淬火冷却介质图4-39 为钢的理想淬火冷却速度曲线。

在“鼻子”附近（650～550℃）快速冷却，而在这以上或以下温度并不需要快速冷却，尤其在300～200℃以下发生马氏体转变时反而希望冷却缓慢些，以防止淬火变形和开裂。

淬火和回火淬火可以加强硬度，回火可以加强韧性淬火是将钢加热到临界温度以上,保温一段时间,然后快速冷却下来,进行淬硬工件的热处理方法.其实质是通过加热使钢组织结构中的铁素体和珠光体充分转变为成分均匀的奥氏体,然后急冷下来得到硬度很高的马氏体.回火是紧接于淬火之后的热处理工序,淬火钢在不同的温度下回火,所得的组织不同,因而其机械性能差别很大,总的趋势是:随着回火温度升高,其强度、硬度降低，而塑性、韧性提高。

淬火钢中的马氏体和残余奥氏体都是不稳定的组织，加热就会发生转变。

随着温度升高，碳原子逐渐以渗碳体的形式析出，引起组织转变。

最后渗碳体聚合而分散在铁素体基体上，形成各种回火组织回火是钢淬火后必须进行的一道工序，其目的和作用是减少和消除钢在淬火时所造成的内应力，降低脆性。

回火油具有良好的热氧化安定性、闪点高、传热性能好，分1号、2号两个牌号，其中1号使用温度为15 0℃左右，2号使用温度为200℃左右。

回火是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理。

钢铁工件在淬火后具有以下特点：①得到了马氏体、贝氏体、残余奥氏体等不平衡（即不稳定）组织。

②存在较大内应力。

③力学性能不能满足要求。

因此，钢铁工件淬火后一般都要经过回火。

回火的作用在于：①提高组织稳定性，使工件在使用过程中不再发生组织转变，从而使工件几何尺寸和性能保持稳定。

②消除内应力，以便改善工件的使用性能并稳定工件几何尺寸。

③调整钢铁的力学性能以满足使用要求。

回火的目的是减小或消除工件在淬火时产生的内应力，降低淬火钢的脆性，使工件获得较好的强度、韧性、塑性、弹性等综合力学性能。

回火之所以具有这些作用，是因为温度升高时，原子活动能力增强，钢铁中的铁、碳和其他合金元素的原子可以较快地进行扩散，实现原子的重新排列组合，从而使不稳定的不平衡组织逐步转变为稳定的平衡组织。

内应力的消除还与温度升高时金属强度降低有关。

钢的淬火与回火一、淬火淬火是指将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。

因此，淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的力学性能。

淬火是钢的最重要的强化方法，也是应用最广的热处理工艺之一。

1、淬火温度淬火温度即钢奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一。

碳钢的淬火温度可利用铁碳相图来选择，如图5-33所示。

对于亚共析钢，淬火温度为Ac3+30~50℃。

当含碳量≤0.5%时，淬火后组织为马氏体，如图5-34所示；当含碳量>0.5%时，淬火后组织为马氏体与少量残余奥氏体。

亚共析钢在Ac1 ~Ac3之间加热淬火后的组织为马氏体加铁素体，如图5-35所示,由于组织中有自由铁素体存在，使钢的强度和硬度降低，但可改善韧性，这种淬火称为亚温淬火，如处理得当，亚温淬火也可作为一种强韧化处理方法。

图5-33 碳钢的淬火温度范围图5-34 45钢的正常淬火组织 400×+30~50℃。

共析钢淬火后的组织为对于共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1马氏体和少量残余奥氏体。

而过共析钢由于淬火前经过球化退火，因而淬火后组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体，如图5-36所示。

分散分布的颗粒状渗碳体对钢的硬度和耐磨性有利。

如果将过共析钢加热到Ac以上，则由cm于奥氏体晶粒粗大、含碳量提高，使淬火后马氏体晶粒也粗大、且残余奥氏体量增多，这将使钢的硬度、耐磨性下降，脆性和变形开裂倾向增加。

图5-35 35钢760℃淬火组织 400×图5-36 T12钢的正常淬火组织 400×对于合金钢，由于大多数合金元素（Mn、P除外）有阻碍奥氏体晶粒长大的作用，因而淬火温度比碳钢高，一般为临界点以上50~100℃。

2、淬火介质理想淬火介质的冷却曲线（见图5-37）应只在C曲线“鼻尖”处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小内应力的目的。

但目前还没有找到这种理想的淬火介质。

钢筋淬火与回火钢筋通过冷加工，强度会提高。

把普通的热轧钢筋在常温下，用机械的方法拉伸，一拉长后，它的强度也会提高。

热处理的两个过程，一个过程叫做什么淬火，一个过程就是回火。

比如铁匠打铁，先开始在敲击铁块。

再在火里烧完了以后，再去敲击完了以后，往水里一放，让骤然的降温，为什么要放一放以后，不再敲了，它就变硬了，往水里一放以后又脆了，放完了以后，再把它放炉子里面烧一下以后再去敲打，最后自然的冷却成型。

淬火是在很高的温度下，先将铁块烧红烧软，方便塑形，一边烧制一边锤击，最后将其迅速浸入凉水中，再次烧红重复5次以上。

要使钢中高温相——奥氏体在冷却过程中转变成低温亚稳相——马氏体，冷却速度必须大于钢的临界冷却速度。

工件在冷却过程中，表面与心部的冷却速度有-定差异，如果这种差异足够大，则可能造成大于临界冷却速度部分转变成马氏体，而小于临界冷却速度的心部不能转变成马氏体的情况。

为保证整个截面上都转变为马氏体需要选用冷却能力足够强的淬火介质，以保证工件心部有足够高的冷却速度。

但是冷却速度大，工件内部由于热胀冷缩不均匀造成内应力，可能使工件变形或开裂。

因而要考虑上述两种矛盾因素，合理选择淬火介质和冷却方式。

冷却阶段不仅零件获得合理的组织，达到所需要的性能，而且要保持零件的尺寸和形状精度，是淬火工艺过程的关键环节。

让钢筋急骤的降温，把钢筋水里放一下，这是淬火，这会使得这个钢筋的性能历史性的变化很大，就会使得它变硬。

强度变高，这个钢筋变硬和强度变更高的时候，也就变脆了。

怎么去把这个持续改进，又不把它的强度损失掉，再把它放到炉子里面烧制，然后再自然冷却，这个过程就是回火。

那么，通过这样的一个过程的话，这个钢筋的力学性能会发生变化，这就是热处理钢筋，跟热轧钢筋不一样，都通过热处理钢筋，热处理这样的一个过程，钢筋的力学性能发生很大的变化。