钢热处理工艺
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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
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。
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
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
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（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
钢的热处理工艺钢的热处理工艺，是指通过加热、保温和冷却等工艺步骤，改变钢材的结构和性能。
热处理工艺可以使钢材具有更高的强度、硬度、耐磨性和耐蚀性，提高其使用性能。
常见的钢的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。
退火是钢材的一种常见热处理工艺。
通过加热钢材至适当温度后，进行保温一段时间，然后缓慢冷却至室温。
退火可以消除钢材的内应力，改善钢材的塑性和韧性，减少脆性，同时提高钢的延展性和可加工性。
正火是指将钢材加热至高于临界温度后，进行保温一段时间，然后将钢材风冷或水冷至室温。
正火可以提高钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
正火过程中的冷却速度较缓慢，使得钢材晶粒长大，同时降低了内应力。
淬火是将加热至临界温度的钢材迅速冷却，使其组织转变为马氏体。
马氏体是一种具有高强度和硬度的组织。
淬火工艺中的冷却速度非常快，可以制造出高强度的硬质钢。
回火是将淬火后的钢材加热至一定温度，并保持一定时间后，再进行冷却。
回火工艺可以降低淬火后钢材的脆性，提高其韧性，增加塑性和抗热应力能力。
回火也可用于调整钢材的硬度和强度。
除了上述常见的热处理工艺外，还有调质、表面硬化、固溶处理等多种热处理方法可用于钢材加工。
总之，钢的热处理工艺通过改变钢材的结构和性能，使其具备更好的力学性能和耐磨性能。
热处理工艺的选择需要根据钢材的成分、用途和要求来确定，以确保最佳的性能结果。
钢材在现代工业中被广泛应用，其性能可以通过热处理工艺得到显著提升。
这些热处理工艺能够改变钢材的组织结构，并调整其力学性能和物理性能。
一种常见的钢材热处理工艺是退火。
退火是将钢材加热至高温，然后经过保温一段时间，最后缓慢冷却至室温。
退火过程中，钢材的晶粒会得到细化，内应力被消除，从而提高了材料的塑性和韧性。
退火也可以减少脆性，并改善加工性能和可塑性。
另一种常见的热处理工艺是正火。
正火是将钢材加热至高于临界温度，然后经过保温一段时间，最后通过风冷或水冷来快速冷却。
正火可以增加钢材的强度和硬度，改善其耐磨性能。
钢的热处理工艺
回火目的： １）淬火得到的淬火马氏体组织很脆，存在较大的内 应力，容易产生变形和开裂。 ２）淬火马氏体和残余奥氏体都是亚稳定组织，在适 当条件下有可能分解，导致零件形状、尺寸和使用性 能的变化。 ３）为获得要求的强度硬度、塑性和韧性。 因此淬火钢一般不直接使用，必须进行回火。
二、回火的分类和应用
根据回火温度和对淬火钢力学性能的要求，一般 将回火分为三类 ：
定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间 保温（10~20 h），以消除成分偏析的热处理工 艺。
加热温度；略低于固相线温度。 亚共析钢：T＝Ac3 + (150℃～300℃) 过共析钢：T＝Accm+(150℃～300℃) 目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化 实质：使合金元素的原子充分扩散。 适用于：合金钢铸件和铸锭。 后续处理：保温10～20小时退火后晶粒较粗大，一
热处理分类
普通热处理：退火、正火、 淬火与回火
表面热处理：表面淬火 化学热处理
形变热处理：控制轧制
§10-1 钢的退火与正火
一、钢的退火
钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到Ac1 以上或以下温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却 （一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态 组织的热处理工艺。
4、 淬火冷却介质
理想冷却速度： 1）在Ac1～650℃之
间慢冷，以↓热应力 2）在650℃～400 ℃
之间快冷，以避开“鼻 尖；防发生非M相变 3）在400 ℃以下慢冷 ，以↓组织应力。
图5 理想冷却速度
常用淬火介质介绍
1．自来水（30℃以下）
冷却特性：在650-400 ℃冷却能力较小、在Ms附近点 冷速极快，淬硬能力较强。
淬透性与淬透层 深度关系：
二、回火的分类和应用
根据回火温度和对淬火钢力学性能的要求，一般 将回火分为三类 ：
定义：是将钢加热到略低于固相线的温度，长时间 保温（10~20 h），以消除成分偏析的热处理工 艺。
加热温度；略低于固相线温度。 亚共析钢：T＝Ac3 + (150℃～300℃) 过共析钢：T＝Accm+(150℃～300℃) 目的：为了消除晶内偏析，使成分均匀化 实质：使合金元素的原子充分扩散。 适用于：合金钢铸件和铸锭。 后续处理：保温10～20小时退火后晶粒较粗大，一
热处理分类
普通热处理：退火、正火、 淬火与回火
表面热处理：表面淬火 化学热处理
形变热处理：控制轧制
§10-1 钢的退火与正火
一、钢的退火
钢的退火：将（组织偏离平衡状态的）钢加热到Ac1 以上或以下温度，保温一定的时间，然后缓慢冷却 （一般为炉冷至550℃后空冷），以获得接近平衡状态 组织的热处理工艺。
4、 淬火冷却介质
理想冷却速度： 1）在Ac1～650℃之
间慢冷，以↓热应力 2）在650℃～400 ℃
之间快冷，以避开“鼻 尖；防发生非M相变 3）在400 ℃以下慢冷 ，以↓组织应力。
图5 理想冷却速度
常用淬火介质介绍
1．自来水（30℃以下）
冷却特性：在650-400 ℃冷却能力较小、在Ms附近点 冷速极快，淬硬能力较强。
淬透性与淬透层 深度关系：
什么是钢的热处理 钢的热处理方式有哪些
(4)回火。将淬火钢重新加热到临界点AC1 以下的某一温度, 保温一定时间, 然后在空 气或油中冷却到室温的热处理工艺, 称为回 火。 回火的目的是稳定组织、稳定零件在使用中 的性能和尺寸; 消除内应力; 提高塑性和韧 性。
根据加热温度的不同, 回火可分为高温回火 (400℃以上)、中温回火(250～400 ℃)和 低温回火(150～250 ℃)。 对于重要的焊接结构经常采用高温回火来消 除结构中的残余焊接应力。 钢经淬火加高温回火的热处理工艺称为调质 处理, 调质处理后可得到强度、塑性、韧性 都较好的综合力学性能。
(2)退火。将钢加热到适当温度, 保持一定时 间, 然后缓慢冷却的热处理工艺称为退火。 退火的目的是细化晶粒, 使组织均匀化, 降 低硬度, 提高塑性和消除内应力。
(3)正火。将钢加热到临界点AC3 或ACcm 以上30～50 ℃, 保温一定时间后, 在静止 的空气中冷却的热处理工艺称为正火。 正火能细化晶粒, 提高钢的冲击韧度和综合 力学性能。
钢的热处理方式有以下几种:
(1)淬火。将钢加热到临界点AC3 或AC1 以上某一温度, 保温一定时间, 使钢的组织 全部转变为奥氏体, 然后以适当速度冷却(在 水、油中冷却)获得马氏体或下贝氏体组织 的热处理工艺称为淬火。 淬火的目的是大大提高钢材的硬度。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
理论上, 任何材料都可以进行淬火处理, 但 实际上, 如低碳钢为了进行淬火, 其冷却速 度需达到2 000 ℃/s, 目前生产中尚无这样 的制冷剂可以达到如此高的冷却速度, 所以 通常认为低碳钢不能进行淬火处理。
什么是钢的热处理钢的热处理方式有哪些什么是钢的热处理钢的热处理方式有哪些钢在固定下采用适当方式进行加热保温并以一定的冷却速度冷却到室温改变钢的组织从而改变其性能的一种工艺方法称为钢的热处理
钢的热处理工艺
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及性能的要求。
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。
钢的变形及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及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。
钢的热处理工艺
6、局部淬火法 有些工件由于工作条件，只要求局部高硬度，可对工件
需要硬化的部位进行加热淬火，这种工艺称为局部淬火。
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• （五）钢的淬透性 • 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马
氏体的能力，其大小以钢在一定条件下淬火获得 的淬透层深度和硬度分布来表示。 • 在同样的淬火条件下，淬透性好的钢，其淬透深 度较深，反之较浅。
第十章 钢的热处理工艺
• 根据加热、冷却方式及获得的组织和性能 的不同，钢的热处理工艺可分为普通热处 理（退火、正火、淬火和回火）、表面热 处理（表面淬火和化学热处理）及形变热 处理等。
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第一节 钢的退火与正火
一、退火目的及工艺 • 退火是将钢加热至临界点Ac1以上
或以下温度，保温以后随炉缓慢 冷却以获得近于平衡状态组织的 热处理工艺。其主要目的是均匀 钢的化学成分及组织，细化晶粒， 调整硬度，消除内应力和加工硬 化，改善钢的成形及切削加工性 能，并为淬火做好组织准备。 • 退火的加热温度范围如右图。
后再投入淬火介质中冷却的淬火方法。 预冷可使淬火内应力减小，从而减小变形与开裂，
且不降低工件的硬度与淬硬深度。
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3、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的 介质中冷却，躲过鼻尖后，再 在另一种冷却能力较弱的介质 中发生马氏体转变的方法。如 水淬油冷，油淬空冷。 理想冷却的方法。关键是要 准确控制由第一种介质向第二 种介质转入时的温度。
（1）普通件最终热处理。 （2）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性 （3）作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理 （4）对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火 作组织准备。 （5）特定情况下代替淬火、回火处理。
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第二节 钢的淬火与回火
需要硬化的部位进行加热淬火，这种工艺称为局部淬火。
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• （五）钢的淬透性 • 钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马
氏体的能力，其大小以钢在一定条件下淬火获得 的淬透层深度和硬度分布来表示。 • 在同样的淬火条件下，淬透性好的钢，其淬透深 度较深，反之较浅。
第十章 钢的热处理工艺
• 根据加热、冷却方式及获得的组织和性能 的不同，钢的热处理工艺可分为普通热处 理（退火、正火、淬火和回火）、表面热 处理（表面淬火和化学热处理）及形变热 处理等。
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第一节 钢的退火与正火
一、退火目的及工艺 • 退火是将钢加热至临界点Ac1以上
或以下温度，保温以后随炉缓慢 冷却以获得近于平衡状态组织的 热处理工艺。其主要目的是均匀 钢的化学成分及组织，细化晶粒， 调整硬度，消除内应力和加工硬 化，改善钢的成形及切削加工性 能，并为淬火做好组织准备。 • 退火的加热温度范围如右图。
后再投入淬火介质中冷却的淬火方法。 预冷可使淬火内应力减小，从而减小变形与开裂，
且不降低工件的硬度与淬硬深度。
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3、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的 介质中冷却，躲过鼻尖后，再 在另一种冷却能力较弱的介质 中发生马氏体转变的方法。如 水淬油冷，油淬空冷。 理想冷却的方法。关键是要 准确控制由第一种介质向第二 种介质转入时的温度。
（1）普通件最终热处理。 （2）改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性 （3）作为中碳结构钢制作的较重要零件的预先热处理 （4）对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火 作组织准备。 （5）特定情况下代替淬火、回火处理。
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第二节 钢的淬火与回火
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45号钢热处理工艺学号： XXXXXX姓名： XXXXX指导老师： XXX目录一、综述 (4)1．调质淬火 (4)（1）淬火加热温度 (4)(2) 淬火冷却 (4)（3) 淬火冷却方法 (5)2． 45钢的调质淬火 (5)3．回火 (6)（1）回火目的 (6)（3）常用回火方法 (6)4． 45钢淬火后的回火 (6)二、选题依据 (7)三、实验材料与设备 (8)1. 实验设备 (8)2. 实验材料 (8)三、实验过程 (8)1. 试样的热处理 (8)（1）淬火 (8)（2）回火 (9)2. 试样硬度测定 (9)3. 显微组织观察与拍照记录 (9)（1）样品的制备 (9)（2）显微组织的观察与记录 (9)五、实验结果与分析 (10)1. 样品硬度与显微组织分析 (10)2. 硬度测试数据 (11)3. 淬火对试样性能的影响 (11)（1）淬火温度的影响 (11)（2）淬火介质的影响 (12)4. 回火对试样的影响 (12)（1）回火温度对45钢组织的影响 (12)（2）回火温度对 45 钢硬度和强度的影响 (13)（3）以45钢和T8钢为例分析碳含量对钢的淬硬性的影响 (13)六、结论 (14)1. 淬火条件影响样品的组织和性能 (14)2. 回火温度影响样品的组织和性能 (14)3. 碳元素影响样品的组织和性能。
(14)七、参考文献 (14)一、综述【内容摘要】： 45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45钢淬火温度在A3+(30～50) ℃，在实际操作中，一般是取上限的。
偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少，且能提高工效。
为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间。
【关键字】：调质淬火 45钢的调质淬火回火 45钢淬火后的回火1．调质淬火调质是淬火加高温回火的双重热处理，其目的是使工件具有良好的综合机械性能。
为使调质件得到好的综合性能，一般含碳量控制在0.30~0.50%。
调质淬火时，要求工件整个截面淬透，使工件得到以细针状淬火马氏体为主的显微组织。
通过高温回火，得到以均匀回火索氏体为主的显微组织。
淬火——淬火是将工件加热到AC3或AC1点以上某一温度保持一定时间。
然后以适当速度快速冷却获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。
目的：就是为了获得马氏体或下贝氏体组织，提高强度硬度，以便在随后不同温度回火后获得所需要的性能。
（1）淬火加热温度淬火温度主要是根据Fe—Fe3C相图中钢的临界点确定。
亚共析钢的淬火加热温度：AC3以上30℃~50℃，使钢完全奥氏体化，淬火后获得全部马氏体组织。
共析钢、过共析钢的淬火加热温度：为AC1以上30℃~50℃，得到奥氏体和部分二次渗碳体，淬火后得到马氏体（共析钢）或马氏体加渗碳体（过共析钢）组织。
(2) 淬火冷却淬火冷却时，要保证获得马氏体组织，必须使奥氏体以大于马氏体临界冷却速度冷却，而快速冷却会产生很大淬火应力，导致钢件的变形与开裂。
因此，淬火工艺中最重要的一个问题是既能获得马氏体组织，又要减小变形、防止开裂。
常用冷却介质：目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。
实际生产中，使用的冷却介质较多，到目前为止，尚未找到一种介质，能完全符合理想淬火冷却速度的要求。
水具有较强烈的冷却能力，用作奥氏体稳定性较小的碳钢的淬火，水冷却介质最为合适。
油的冷却能力比水小，因此，生产中用油作冷却介质，只适用于过冷奥氏体稳定性较大的合金钢淬火。
（3) 淬火冷却方法①单介质淬火是采用一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。
这种淬火方法的优点是操作简便，适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。
形状简单、尺寸较大的碳钢工件多采用水淬，小尺寸碳钢件和合金钢件一般用油淬。
缺点对大尺寸和或形状复杂的工件，采用水淬变形开裂倾向大，而油淬冷却速度小，淬不硬。
②双介质淬火是将工件加热奥氏体化后先浸入冷却能力强的介质，在组织即将发生马氏体转变时，立即转入冷却能力弱的介质中冷却。
常用的有“水——油”、“水——空”双介质淬火。
这种方法能有效地减少热应力和相变应力，降低工件变形和开裂的倾向，所以可用于形状复杂和截面不均匀的工件的淬火。
但操作时应严格控制工件在水中的停留时间，要求操作工人必须具备丰富的经验和熟练的技术。
2．45钢的调质淬火：45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。
它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。
45号钢的淬火温度在820~840度左右，在实际操作中，一般是取上限的。
偏高的淬火温度可以使工件加热速度加快，表面氧化减少。
为使工件的奥氏体均匀化，就需要足够的保温时间,一般为1min/mm,如果实际装炉量大，就需适当延长保温时间。
不然，可能会出现因加热不均匀造成硬度不足的现象。
但保温时间过长，也会也出现晶粒粗大，氧化脱碳严重的弊病，影响淬火质量。
我们认为，如装炉量大，加热保温时间需延长1/5。
因为45钢淬透性低，故应采用冷却速度大的10%盐水溶液,45号钢水淬容易有软点的.。
水温要小于30°。
工件入水后，应该淬透，但不是冷透，如果工件在盐水中冷透，就有可能使工件开裂，这是因为当工件冷却到180℃左右时，奥氏体迅速转变为马氏体造成过大的组织应力所致。
因此，当淬火工件快冷到该温度区域，就应采取缓冷的方法。
由于出水温度难以掌握，须凭经验操作，当水中的工件抖动停止，即可出水空冷（如能油冷更好）。
另外，工件入水宜动不宜静，应按照工件的几何形状，作规则运动。
静止的冷却介质加上静止的工件，导致硬度不均匀，应力不均匀而使工件变形大，甚至开裂。
45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56~59，截面大的可能性低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中。
3．回火——回火是将工件淬硬后加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。
回火使工件获得所需的使用性能。
（1）回火目的钢在淬火后一般很少直接使用，因为淬火后的组织是马氏体和残余奥氏体，并且有内应力产生，马氏体虽然强度、硬度高，但塑性差，脆性大，在内应力作用下容易产生变形和开裂；此外，淬火后组织是不稳定的，在室温下就能缓慢分解，产生体积变化而导致工件变形。
因此，淬火后的零件必须进行回火才能使用。
回火的目的是：①减少或消除淬火内应力；②稳定组织，稳定尺寸；③降低脆性、获得所需要的力学性能。
（2）回火时组织与性能的变化淬火钢的组织转变可分为四个阶段：马氏体的分解（200℃以下）→残余奥氏体分解（200～300℃）→渗碳体的形成（250～400℃）→渗碳体聚集长大（400℃以上）。
随着回火温度升高，淬火内应力不断下降或消除，硬度逐渐下降，塑性、韧性逐渐升高。
（3）常用回火方法①[低温回火]（<250℃）低温回火后得到回火马氏体组织。
其目的是降低钢的淬火应力和脆性，回火马氏体具有高的硬度（一般为58~64HRC）、强度和良好耐磨性。
因此，低温回火特别适用于刀具、量具、滚动轴承、渗碳件及高频表面淬火等工求高硬度和耐磨性的工件。
②[中温回火]（250℃~500℃）中温回火后得到回火托氏体组织。
使钢具有高的弹性极限，较高的强度和硬度（一般为35~50HRC），良好的塑性和韧性。
中温回火主要用于各种弹性元件及热作模具。
③[高温回火]（>500℃）高温回火后得到回火索氏体组织。
工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。
调质后，钢具有优良的综合力学性能（一般硬度为220~230HBS）。
高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。
4．45钢淬火后的回火（1) 加热温度通常为200℃，硬度要求为HRC44~48。
200℃回火金相为回火马氏体.图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。
关于回火保温时间，视硬度要求和工件大小而定，我们认为，回火后的硬度取决于回火温度，与回火时间关系不大，但必须回透，一般工件回火保温时间总在一小时以上。
(2) 45钢淬火后硬度不足，主要原因有两方面：①45钢加热温度偏低，或保温时间不足。
在此状态下，组织中奥氏体的碳和合金元素含量不够，甚至组织中还残存着未转变的珠光体或未溶铁素体，导致45钢淬火后硬度达不到。
②45钢加热温度过高，或保温时间过长，造成45钢表面脱碳，导致硬度变低。
结论：1. 淬火条件影响样品的组织和性能。
2. 回火温度影响样品的组织和性能。
3. 碳元素影响样品的组织和性能。
45钢广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
热处理能提高45钢的机械性能、消除残余应力和改善切削加工性，但是淬火加热温度、冷却介质和回火温度的选择不当及操作不当可能会出现热处理缺陷，通过研究不同热处理工艺对45钢显微组织和性能的影响，对比不同热处理工艺条件下45钢的显微组织和机械性能，找出45钢显微组织和机械性能的影响因素和影响规律，并对热处理后的硬度、耐磨性等性能进行测试分析，最后得出制造不同零件时45钢的较佳热处理工艺。
二、选题依据45号钢是优质碳素结构用钢，硬度相对不高，切削加工相对容易。
45号钢既能做模具模板，又可制造曲轴、轴、活塞销、工夹具等要求强度较高的零件，应用十分广泛。
为使45钢具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
它不改变45钢的外形，通过热处理能充分发挥45钢的潜力，并赋予45钢所需要的各种特殊性能，达到提高45钢质量，延长使用寿命，确保机器运行安全可靠的目的。
亚温淬火作为45钢的一种强韧化工艺，正在国内外迅速发展。
一方面它能提高45钢的强韧化效果，阻碍裂纹的扩展，改善有害杂质的分布，提高45钢的综合机械性能；另一方面由于其加热温度较低，因此可降低加热成本，提高能源利用率[3]。
尽管热处理能提高45钢的机械性能、消除残余应力和改善切削加工性，但是淬火加热温度、冷却介质和回火温度的选择不当及操作不当可能会出现热处理缺陷，使45钢成为不合格品或废品，造成经济损失，如果热处理缺陷不能及时发现，带有缺陷的45钢产品投入使用，可能会引起重大事故。
为此本文通过研究不同热处理工艺对45钢显微组织和性能的影响，对比不同热处理工艺条件下45钢的显微组织和机械性能，找出45钢显微组织和机械性能的影响因素和影响规律，并对热处理后的硬度、耐磨性等性能进行测试分析，最后得出制造不同零件时45钢的较佳热处理工艺。
三、实验材料与设备1. 实验设备（1) 热处理加热炉：箱式电阻炉； HR-1500洛式硬度计（洛氏硬度C标尺）；金相显微镜及数码照相系统磨光机及金相砂纸；抛光机及抛光液；(2) 浸蚀剂、酒精、玻璃器皿、脱脂棉、滤纸等；2. 实验材料试样：直径φ10mm，高度15mm的45钢，T8钢圆柱状小试样。