钢的表面热处理
钢的表面热处理是一种常见的工艺，用于改变钢材表面的性质以满足特定的功能要求。常见的钢表面热处理包括渗碳、淬火、淬灭火、调质等。
1. 渗碳：钢材表面经过高温处理，与碳源（如固体碳或气体）接触，使碳原子渗透到钢材表面，形成高碳含量的渗碳层。渗碳层可以提高钢材的表面硬度和耐磨性。
2. 淬火：将钢材加热至临界温度以上，然后迅速冷却。这种快速冷却可以使钢材表面形成马氏体组织，提高钢材的硬度和强度。淬火还可以改善钢材的耐磨性和韧性。
3. 淬灭火：将淬火后的钢材立即放入温和的液体中（如水或油）进行冷却。淬灭火可以减缓淬火速度，从而减少残余应力和减少变形。
4. 调质：淬火后的钢材经过再加热，然后放置在适当的温度下保持一段时间，使钢材内部的残留应力得到释放和分散，从而提高钢材的韧性和强度。
钢的表面热处理可以根据具体要求选择不同工艺，以满足钢材的特定性能要求，如硬度、耐磨性、韧性等。
第八章钢的表面热处理 知识要点：表面热处理的目的、分类；常用的表面热处理工艺（感应加热表面淬火和渗碳）；了解表面热处理的典型零件。 一、表面热处理的目的 1．提高零件的表面性能，具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度。→保证高精度 2．使零件心部具有足够高的塑性和韧性。→防止脆性断裂。“表硬心韧”二、表面热处理的分类及工艺特点 主要有两大类：表面淬火和化学热处理。 （一）表面淬火 1．工艺：将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚 未达到心部时立即迅速冷却，使表面得到一定深度的淬硬层， 而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。 工艺特点：（1）不改变工件表面化学成分，只改变表 面组织和性能； （2）表面与心部的成分一致，组织不同。 2．所用材料 一般多用中碳钢、中碳合金钢，也有用工具钢、球墨铸 铁等。 典型零件:如用40、45钢制作的机床齿轮齿面的强化、主 轴轴颈处的硬化等。 3．常用表面淬火方法 主要有：感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火和激光加热表面淬火。 （1）感应加热表面淬火 原理：通以一定频率交变电流的感应线圈，产生的交变磁场在工件内产生一定频率的感应电流（涡流），利用工件的电阻而将工件加热；由于感应电流的集肤效应，使工件表层被快速加热至奥氏体化，随后立即快速冷却，在工件表面获得一定深度的淬硬层。 感应线圈→交变磁场→感应电流→工件电阻→加热，集肤效应→表层加热，快冷→淬硬层。 工件淬硬层的深度与频率有关： A. 0.2～2mm，高频感应加热（100—500KHz），适用于中小型齿轮、轴等零件；
B．2～10mm，中频感应加热（0.5—10KHz），大中型齿轮、轴； C．〉10—15mm，工频感应加热（50Hz），用于大型轴、轧辊等零件。 特点：淬火质量好，表层组织细密、硬度高、脆性小、疲劳强度高；生产频率高、便于自动化，但设备较贵，不适于单件和小批量生产。 应用：主要零件类型是轴类、齿轮类、工模具，最常见的有： 齿轮，如机床和精密机械上的中、小模数传动齿轮，蒸汽机车、内燃机车、冶金、矿山机械等上的大模数齿轮。 轴类，如花键轴、汽车半轴和机床主轴轴颈、凸轮轴、镗杆、钻杆、轧辊、火车轮等。 工模具，如滚丝模、游标卡尺量爪面、剪刀刃、锉刀等。 （2）火焰加热表面淬火 利用气体燃烧的火焰加热工件表面（乙炔—氧、煤气—氧、天然气），使工件表层快速加热至奥氏体化，然后立即喷水冷却，使工件表面淬硬的一种淬火工艺。 淬硬层深度：2～8mm 特点及应用：操作简便，设备简单，成本低，但质量不稳定；适于单件、小批量生产。 典型零件：轧钢机齿轮、轧辊；矿山机械齿轮、轴；普通机床导轨、齿轮。 （3）激光加热表面淬火 激光加热表面淬火是利用激光对工件表面的照射和扫描，依靠工件的自激冷却而淬火。 激光是一种具有高亮度、方向性和单色性强、能量密度高的强光源。目前应用于热处理的大多是CO2气体激光器，提供的激光波长为10.6μm。 硬化层深度：1～2mm 特点及应用：加热和冷却极快，淬火后组织细小、硬度高、淬硬层薄、工件变形小、不需回火，生产效率高，属绿色制造，已成功应用于汽车和拖拉机的气缸和缸套、活塞环、凸轮轴、机床导轨等零件的表面处理，前景广阔，但设备昂贵，大规模应用受到限制。 4．表面淬火零件一般工艺路线 下料→锻造→退火或正火→机加工→调质处理→表面淬火→低温回火→精磨
热处理是指金属材料在固态下，通过加热、保温、冷却的手段，改变金属材料内部的组织状态，从而获得所需性能的一种热加工工艺。常见的热处理的方法请参考下表。 名称热处理过程热处理目的 1．退火将钢件加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢 冷却到室温 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于 切削加工及冷变形加工 ②细化晶粒，均匀钢的组织，改善钢 的性能及为以后的热处理作准备 ③消除钢中的内应力。防止零件加工 后变形及开裂 退火类别(1)完全退火 将钢件加热到临界温度(不同钢材临界温度也不同， 一般是710-750℃，个别合金钢的临界温度可达8 00—900oC)以上30—50oC，保温一定时间，然后 随炉缓慢冷却(或埋在沙中冷却) 细化晶粒，均匀组织，降低硬度，充 分消除内应力完全退火适用于含碳量 (质量分数)在O．8％以下的锻件或铸 钢件 (2)球化退火 将钢件加热到临界温度以上20～30oC，经过保温以 后，缓慢冷却至500℃以下再出炉空冷 降低钢的硬度，改善切削性能，并为 以后淬火作好准备，以减少淬火后变 形和开裂,球化退火适用于含碳量(质 量分数)大于O．8％的碳素钢和合金工 具钢 (3)去应力退火 将钢件加热到500～650oC，保温一定时间，然后 缓慢冷却(一般采用随炉冷却) 消除钢件焊接和冷校直时产生的内应 力，消除精密零件切削加工时产生的 内应力，以防止以后加工和用过程中 发生变形 去应力退火适用于各种铸件、锻件、 焊接件和冷挤压件等 2．正火将钢件加热到临界温度以上40～60oC，保温一定时 间，然后在空气中冷却 ①改善组织结构和切削加工性能 ②对机械性能要求不高的零件，常用 正火作为最终热处理
金属材料热处理方法有几种各有什么特点 金属材料热处理方法有退火、谇火及回火，渗碳、氮化及氰化等。 (1) 退火处理 退火处理按工艺温度条件的不同，可分为完全退火、低温退火和正火处理。 ①完全退火是把钢材加热到Ac3 (此时铁素体开始溶解到奥氏体中，指铁碳合金平衡图中Ac3，即临界温度）以上2030℃，保温一段时间后，随炉温缓冷到400500(，然后在空气中冷却。 完全退火适用于含碳量小于%的铸造、锻造和焊接件。目的是为了通过相变发生重结晶，使晶粒细化，减少或消除组织的不均匀性，适当降低硬度，改善切削加工性，提高材料的韧性和塑性，消除内应力。 ② 低温退火是一种消除内应力的退火方法。对钢材进行低温退火时.先以缓慢速度加热升温至500600匸，然后经充分的保温后缓慢降温冷却。 低温退火（消除内应力退火）主要适用于铸件和焊接件，是为了消除零件铸造和焊接过程中产生的内应力，以防止零件在使用工作中变形。采用这种退火方法，钢材的结晶组织不发生变化。 ③ 正火是退火处理中的一种变态，它与完全退火不同之处在于零件的冷却是在静止的空气中，而不是随炉缓慢降温冷却。正火处理后的晶粒比完全退火更细，增加了材料的强度和韧性，减少内应力，改善低碳钢的切削性能。 正火处理主要适合那些无需调质和淬火处理的一般零件和不能进行淬火和调质处理的大型结构零件。正火时钢的加热温度为753900°C。 (2) 淬火及回火处理 淬火可分整体淬火和表面淬火，淬火后的钢一般都要进行回火。回火是为了消除或降低淬火钢的残余应力，以使淬火后的钢内纟且织趋于稳定。钢材淬火后为了得到不同的硬度，回火温度可采用几种温度段。 ① 淬火后低温回火目的是为了降低钢中残余应力和脆性、而保持钢淬火后的高硬度和耐磨性，硬度在HRC5864范围内。适合于各种工具、渗碳零件和滚动轴承。回火温度为150250匸。 ② 淬火后中温回火目的是为了保持钢材有一定的韧性、在此基础上提高其弹性和屈服极限。适合于各种弹簧、锻模及耐冲击工具等。回火温度为350500"，淬火后回火得到的钢材硬度为HRC 3545。 ③ 淬火后高温回火这种回火温度处理通常称之为调质处理。回火温度为500650℃，材料的硬度为HRC2535。 调质处理广泛应用在齿轮与轴的机械加工工艺中，以使零件在塑性、韧性和强度方面有较好的综合性能。 表面淬火是使零件的表面有较髙的硬度和耐磨性，而零件的内部（心部）有足够的塑性和韧性。如承受动载荷及摩擦条件下工作的齿轮、凸轮轴、曲轴颈等，均应进行表面淬火处理。 表面淬火用钢材的含碳量应大于35%，如45、40Cr、40Mn2 等钢材，都比较适合表面淬火。表面谇火的方法可分为表面火焰淬火和表面髙频淬火。 a. 表面火焰淬火是用高温的氧-乙块火焰，把零件表面加热到Ac3线以上
热处理是一种改善钢的机械性能的工艺方法，钢的五种表面热处理包括：淬火、退火、正火、回火、调质。下面就浅谈下五种表面热处理的简介及其目的。 1、淬火Quenched 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）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）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，以大幅提高钢的刚性、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。 2、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；降低残余应力，
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。准确的说，退火是一种对材料的热处理工艺，包括金属材料、非金属材料。而且新材料的退火目的也与传统金属退火存在异同。 退火工艺目的包括： (1) 降低硬度，改善切削加工性. (2)降低残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向； (3)细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 (4)均匀材料组织和成分，改善材料性能或为以后热处理做组织准备。 在生产中，退火工艺应用很广泛。根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。 3、正火Normalizing 正火是—种改善钢材韧性的热处理。将钢构件加热到Ac3温度以上30?50℃后，保温一段时间出炉空冷。主要特点是冷却速度快于退火而低于淬火，正火时可在稍快的冷却中使钢材的结晶晶粒细化，不但可得到满意的强度，而且可以明显提高韧性(AKV值），降低构件的开裂倾向。—些低合金热轧钢板、低合金钢锻件与铸造件经正火处理后，材料的综合力学性能可以大大改善，而且也改善了切削性能。 退火工艺目的包括： (1）去除材料的内应力 (2）调整材料的硬度（一般为提高），塑性略降低 这样是为了接下来的加工做准备。和退火差不多的作用，只是为了提高效率，降低成本。
钢的热处理种类 钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。 1.退火 退火就是将金属或合金的工件加热到适当温度（高于或低于临界温度，临界温度即使材料发生组织转变的温度），保持一定的时间，然后缓慢冷却（即随炉冷却或者埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺。退火工艺的特点是保温时间长，冷却缓慢，可获得平衡状态的组织。 钢退火的主要目的是为了细化组织，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除内应力；提高韧性，稳定尺寸。使钢的组织与成分均匀化；也可为以后的热处理工艺作组织准备，根据退火的目的不同，退火有完全退火、球化退火、消除应力退火等几种。 退火常在零件制造过程中对铸件、锻件、焊件接进行，以便于以后的切削加工或为淬火作组织准备。 2.正火 将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。 正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。 3.淬火 将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。也就是说要获得马氏体组织，钢的冷却速度必须大于钢的临界速度。所谓临界速度就是获得马氏体组织的最小冷却速度。钢的种类不同，临界冷却速度不同，一般碳钢的临界冷却速度要比合金钢大。所以碳钢加热后要在水中冷却，而合金钢在油中冷却。冷却速度小于临界冷却速度得不到马氏体组织，但冷却速度过快，会使钢中内应力增大，引起钢件的变形，甚至开裂。 马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。所以高碳钢、碳素工具钢淬火后的硬度要比低、中碳钢淬火后的硬度高。同样马氏体的塑性与韧性也与钢的含碳量有关，含碳量低，马氏体的塑性，韧性就较好。 4.回火 钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。 淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。 （1）低温回火 淬火钢件在250℃以下的回火称为低温回火。低温回火主要是消除内应力，降低钢的脆性，一般很少降低钢的硬度，即低温回火后可保持钢件的高硬度。如钳工实习时用的锯条、锉刀等一些要求使用条件下有高硬度的钢件，都是淬火后经低温回火处理。 （2）中温回火
金属表面热处理 金属表面热处理是一种改变金属表面性能的工艺手段，它的作用是改变金属表面结构，并增加表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性。一般来说，金属表面热处理包括炉火热处理、电阻热处理、等离子热处理、高频感应热处理、热喷涂技术等多种处理方式，依据具体材料和处理要求选择合适的处理工艺。 炉火热处理是金属表面热处理的主要方式，它通过改变金属表面的物理化学性质而提高金属的耐磨损、抗腐蚀和抗摩擦能力，是改善金属性能的重要手段。一般采用炉火热处理的材料有铝及其合金，钢及其合金、铁及其合金、金及其合金、镍及其合金、铜及其合金等。炉火热处理的主要工艺流程主要包括调质、回火、正火、淬火、火焰淬火、减薄罩淬火、免疫热处理等等，依据具体处理要求选择有效的热处理工艺。 电阻热处理是金属表面一种有效的热处理，通过改变金属表面电性质，达到改变金属表面结构，提高表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性的目的。电阻热处理通常应用于钢及其合金表面，和其他金属材料表面处理，具有处理简便，处理速度快，处理厚度大等优点，是提高金属表面性能的有效手段。 等离子热处理是一种高效的金属表面热处理方式，它可以在极短的时间内改变金属表面的结构，提高表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性。等离子热处理的主要应用范围包括钢、铝、镍、铜等金属材料的表面处理，它具有处理速度快，精度高，周期短，能耗低等特
点，是金属表面处理的一个有效的手段。 高频感应热处理是根据金属材料的导热性，以高频电磁场为媒介，将电能转换成热能，直接对金属表面进行热处理，以改变金属表面结构，提高表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性。通常高频感应热处理的材料包括钢及其合金，铁及其合金，铝及其合金，铜及其合金等材料。高频感应热处理是金属表面处理的有效手段，因为它具有处理简便，能源消耗低，质量可靠，生产率高等特点。 热喷涂技术是将各种金属、非金属材料以小颗粒状状态热喷射在金属材料表面上，以形成一层新的表面形貌和纳米层，达到改变金属表面结构，提高表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性的目的。热喷涂技术的应用范围广泛，常用于各种金属材料的表面处理，如钢，铁，铝，镍，铜，锡，锌等等。热喷涂技术具有处理简便，处理速度快，处理厚度大等优点，是改善金属性能的有效手段。 金属表面热处理是提高金属性能的重要手段，不同的金属热处理方式有各自的优势，应用于不同的金属材料上，可以根据实际需求选择最合适的热处理方式进行处理，以满足用户的不同要求。 本文主要介绍了金属表面热处理的基本概念，以及其中常用的热处理方式及其特点，包括炉火热处理、电阻热处理、等离子热处理、高频感应热处理和热喷涂技术等。通过不同的热处理方式，可以改变金属表面结构，提高表面硬度，抗摩擦性，抗腐蚀性和耐磨性，不同的金属热处理方式有各自的优势，应用于不同的金属材料上，可以根据实际需求选择最合适的热处理方式进行处理，满足用户的不同要求。
钢的热处理方法 钢是一种重要的金属材料，在工业生产和日常生活中得到广泛应用。为了提高钢的性能和使用寿命，需要对钢进行热处理。热处理是指通过控制钢材的加热和冷却过程，使钢材的组织和性能发生变化，从而达到预期的效果。本文将介绍几种常见的钢的热处理方法。 第一种热处理方法是退火。退火是将钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。退火可以消除钢材中的应力，改善钢材的塑性和韧性，提高加工性能。退火分为全退火和局部退火两种。全退火是将整个钢材进行退火处理，局部退火是只对钢材的某一部分进行退火处理。退火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定。 第二种热处理方法是淬火。淬火是将钢材加热到临界温度以上，然后迅速冷却的过程。淬火可以使钢材的组织转变为马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。淬火的冷却介质可以是水、油或气体，不同的冷却介质会对钢材的硬度和组织产生影响。淬火后的钢材通常需要进行回火处理，以提高其韧性和减少内应力。 第三种热处理方法是正火。正火是将钢材加热到临界温度，然后在空气中冷却的过程。正火可以使钢材的组织转变为珠光体组织，从而提高钢材的韧性和塑性。正火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行正火处理。
第四种热处理方法是回火。回火是将淬火后的钢材加热到一定温度，保持一定时间后，缓慢冷却的过程。回火可以降低钢材的硬度和脆性，提高其韧性和塑性。回火的温度和时间需要根据钢材的成分和要求来确定，通常需要多次进行回火处理。 第五种热处理方法是表面处理。表面处理是通过加热和冷却的方式改变钢材表面的组织和性能。常见的表面处理方法包括渗碳、氮化、镀层等。渗碳是将钢材加热到高温，使其表面吸收碳元素，从而提高表面的硬度和耐磨性。氮化是将钢材加热到高温，使其表面吸收氮元素，从而提高表面的硬度和耐腐蚀性。镀层是将钢材表面涂覆上一层金属或非金属材料，以改变其表面的性质和外观。 以上是几种常见的钢的热处理方法。不同的热处理方法可以使钢材的组织和性能发生变化，从而满足不同的使用要求。在实际应用中，需要根据钢材的成分、形状和要求来选择合适的热处理方法，以获得最佳的效果。同时，热处理过程中需要控制好加热温度、保温时间和冷却速度，以确保热处理的质量和稳定性。通过科学合理的热处理方法，可以提高钢材的性能，延长其使用寿命，促进工业生产的发展。
钢的热处理名词解释 钢材是一种重要的金属材料，在各行各业中得到广泛应用。为了提高钢材的性能和使用寿命，常常需要进行热处理。热处理是通过控制钢材的加热、冷却和保温过程来改变其组织和性能的工艺过程。在钢材的热处理中，有许多常见的名词需要解释，下面将逐一进行介绍。 1. 固溶处理（Solution treatment） 固溶处理是指将钢材加热到适当的温度，使其固溶体中的合金元素充分溶解。固溶处理主要用于调整钢材的组织结构，消除固溶体内的析出物，提高钢材的韧性和可加工性。 2. 淬火（Quenching） 淬火是指将加热至适宜温度的钢材迅速冷却至室温或低温。淬火的目的是通过快速冷却使钢材形成马氏体组织，从而提高钢材的硬度和强度。淬火过程中的冷却介质常常包括水、油或高温盐溶液。 3. 回火（Tempering） 回火是将经过淬火处理的钢材加热至一定温度后保温一段时间，然后冷却至室温。回火能调整淬火后马氏体组织的硬度和脆性，提高钢材的韧性和延展性。回火温度和时间的选择取决于所需的性能。 4. 淬火和回火（Quench and Temper，Q&T） 淬火和回火通常组合在一起使用，被称为淬火和回火处理。首先进行淬火，在获得所需的硬度和强度后，再进行回火来调整钢材的韧性和可加工性。淬火和回火处理常用于制造需要同时具备强度和韧性的工件，如机械零件和工具。 5. 焊后热处理（Post-weld Heat Treatment，PWHT）
焊后热处理是将焊接完成后的钢材进行热处理，以消除焊接产生的应力和改善焊缝区域的组织。焊后热处理可通过固溶处理、淬火和回火等方式来进行，具体选择取决于焊接材料和实际需求。 6. 氮化（Nitriding） 氮化是一种表面硬化处理方法，通过在钢材表面浸入氨气来使其表层形成氮化物层。氮化可以显著提高钢材的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，用于制造需要高耐磨性的工具和机械零件。 7. 渗碳（Carburizing） 渗碳是一种通过在钢材表面加入碳元素来增加其碳含量的表面处理方法。渗碳可使钢材表面形成一层富碳的渗层，从而提高其硬度、磨损和高温腐蚀性能。渗碳常用于制造需要具有耐磨性和耐腐蚀性的工件。 8. 氢脆（Hydrogen Embrittlement） 氢脆是钢材在存在氢气环境中易发生脆性断裂的现象。当钢材吸收过量的氢气时，氢原子会进入钢材的晶格，干扰晶格结构并导致脆性断裂。为了防止氢脆的发生，通常需要在制造和使用过程中采取适当的措施，如控制氢气浓度、降低工件应力等。 9. 加热速率（Heating Rate） 加热速率是指钢材在热处理过程中升温的速度。加热速率对钢材的组织和性能具有重要影响，过快的加热速率可能会引起组织不均匀和应力集中，导致不良效果或甚至损坏。因此，在进行热处理时需要控制适宜的加热速率。 10. 退火（Annealing）
钢的热处理总结1经典版 钢的热处理总结 内容摘要：钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。 钢的热处理：是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。第一节钢的热处理原理热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积（pvd）和化学气相沉积（cvd）等； 3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。热处理的三阶段：加热、保温、冷却 一、钢在加热时的转变加热的目的：使钢奥氏体化 （一）奥氏体（a）的形成珠光体向奥氏体转变示意图
a）形核b）长大c）剩余渗碳体溶解d）奥氏体均匀化 （二）奥氏体晶粒的长大 奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为00，0，1，210等十二个等级，其中常用的1～10级，4级以下为粗晶粒，5级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响a晶粒粗大因素 1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理） 2、a中c含量上升则晶粒长大的倾向大。 二、钢在冷却时的转变 生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却 （一）过冷奥氏体的等温转变 a在相变点a1以上是稳定相，冷却至a1以下就成了不稳定相。 1、共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能共析钢过冷奥氏体等温转变曲线的建立示意图 1）高温珠光体型转变：a1～550℃
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——表面淬火、退火、正火、回火、调质工艺： 1、把金属材料加热到相变温度（700度）以下，保温一段时间后再在空气中冷却叫回火。 2、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在炉中缓慢冷却叫退火。 3、把金属材料加热到相变温度（800度）以上，保温一段时间后再在特定介质中（水或油） 快速冷却叫淬火。 ◆表面淬火 •钢的表面淬火 有些零件在工件时在受扭转和弯曲等交变负荷、冲击负荷的作用下，它的表面层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，表面层还不断地被磨损，因此对一些零件表面层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有表面强化才能满足上述要求。由于表面淬火具有变形小、生产率高等优点，因此在生产中应用极为广泛。 根据供热方式不同，表面淬火主要有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火、电接触加热表面淬火等。 感应表面淬火后的性能: 1.表面硬度：经高、中频感应加热表面淬火的工件，其表面硬度往往比普 通淬火高2～3单位（HRC）。 2.耐磨性：高频淬火后的工件耐磨性比普通淬火要高。这主要是由于淬硬 层马氏体晶粒细小，碳化物弥散度高，以及硬度比较高，表面的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频表面淬火使疲劳强度大为提高，缺口敏感性下降。 对同样材料的工件，硬化层深度在一定范围内，随硬化层深度增加而疲劳强度增加，但硬化层深度过深时表层是压应力，因而硬化层深度增打疲劳强度反而下降，并使工件脆性增加。 一般硬化层深δ＝（10～20）％D。较为合适，其中D。为工件的有效直径。 ◆退火工艺
退火是将金属和合金加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火后组织亚共析钢是铁素体加片状珠光体；共析钢或过共析钢则是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 •退火的目的 ①降低钢的硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变形加工。 ②细化晶粒，消除因铸、锻、焊引起的组织缺陷，均匀钢的组织和成分，改善钢的性能 或为以后的热处理作组织准备。 ③消除钢中的内应力，以防止变形和开裂。 •退火工艺的种类 ①均匀化退火（扩散退火) 均匀化退火是为了减少金属铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组 织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以 化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。 均匀化退火的加热温度一般为Ac3+（150～200℃），即1050～ 1150℃，保温时间一般为10～15h，以保证扩散充分进行，大道消除 或减少成分或组织不均匀的目的。由于扩散退火的加热温度高，时间长， 晶粒粗大，为此，扩散退火后再进行完全退火或正火，使组织重新细化。 ②完全退火 完全退火又称为重结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢 冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺。 完全退火主要用于亚共析钢，一般是中碳钢及低、中碳合金结构钢锻 件、铸件及热轧型材，有时也用于它们的焊接构件。完全退火不适用于 过共析钢，因为过共析钢完全退火需加热到Acm以上，在缓慢冷却时， 渗碳体会沿奥氏体晶界析出，呈网状分布，导致材料脆性增大，给最终 热处理留下隐患。 完全退火的加热温度碳钢一般为Ac3+（30～50℃）；合金钢为Ac3+ （500～70℃）；保温时间则要依据钢材的种类、工件的尺寸、装炉量、 所选用的设备型号等多种因素确定。为了保证过冷奥氏体完全进行珠光 体转变，完全退火的冷却必须是缓慢的，随炉冷却到500℃左右出炉空 冷。 ③不完全退火 不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1～Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随 之缓慢冷却的退火工艺。 不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和 降低硬度，加热温度为Ac1+(40～60)℃，保温后缓慢冷却。
钢的表面化学热处理知识详解 钢的表面化学热处理将金属工件放入含有某种活性原子的化学介质中，通过加热使介质中的原子扩散渗入工件一定深度的表层，改变其化学成分和组织并获得与心部不同性能的热处理工艺叫做化学热处理。 和表面淬火不同，化学热处理后的工件表面不仅有组织的变化，而且也有化学成分的变化。可以说，钢的化学热处理即是改变钢的表层化学成分和性能的一种热处理工艺。化学热处理后的钢件表面可以获得比表面淬火所具有的更高的硬度、耐磨性和疲劳强度；心部在具有良好的塑性和韧性的同时，还可获得较高的强度。通过适当的化学热处理还可使钢件表层具有减摩、耐腐蚀等特殊性能。渗层的组织类型有固溶体、化合物。 一、化学热处理种类 化学热处理种类很多，根据渗入元素的不同，可分为渗碳、渗氮（氮化）、碳、氮共渗、多元共渗、渗硼、渗金属（如铝）等等。 化学热处理方法如下： （1）气体法：应用最广 （2）液体法：熔融液体，热浸锌 （3）固体法：粉末、膏剂，渗硼 （4）等离子法：低真空中辉光放电产生的离子轰击表面 化学热处理三个基本过程：
（1）介质的分解：形成活性原子； （2）表面吸收和溶解：形成固溶体或化合物； （3）原子扩散：形成一定的扩散层。 二、钢的渗碳 将低碳钢件放入渗碳介质中，在900～950℃加热保温，使活性碳原子渗入钢件表面并获得高碳渗层的工艺方法叫做渗碳。齿轮、凸轮、活塞、轴类等许多重要的机器零件经过渗碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度。而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韧性。因此，渗碳可使同一材料制作的机器零件兼有高碳钢和低碳钢的性能。从而使这些零件既能承受磨损和较高的表面接触应力，同时又能承受弯曲应力及冲击负荷的作用。它增加钢件表层的含碳量和形成一定的碳浓度梯度，将钢件在渗碳介质中加热并保温使碳原子渗入表层。
————————————教学过程————————————❖回顾上节内容： 上次课钢的整体热处理讲了钢在加热、保温、冷却过程中其组织、结构的变化，进而影响钢的性能，冷却方式是热处理的关键，四种热处理的目的、工艺各有不同，集中在加热的温度和冷却方式两方面。 ❖导入新课： 在扭转、弯曲等交变负荷、冲击载荷作用下的机械零件，它的表面层承受着比心部更高的应力，加上摩擦，因此对零件的表面层提出了强化的要求，要求具有更高的强度、硬度、耐磨性和疲劳极限。而心部仍有足够的塑性和韧性。 ❖新课
2.2.3 钢的表面处理（或表面热处理） 表面处理是做什么的？ 哪些零件需要做表面处理？ 钢的表面处理方法包括： 表面淬火——只改变组织结构不改变化学成分 化学热处理——既改变组织结构又改变化学成分 一、表面淬火 •工艺（概念）：对零件进行快速加热，在表面层迅速达到淬火温度，而心部 未被加热的情况下立即淬火冷却，使表面层得到高硬度的马氏体，而心部仍保持原来较好的韧性和塑性。 •特点：快速加热，立即冷却 •适用于中碳钢（0.25~0.60%） •分类： 按加热方式可分为感应加热、火焰加热、电接触加热和电解加热等。 最常用的是前两种： （1）感应加热表面淬火：分“高频，中频、工频”三种。 （2）火焰加热表面淬火 （一）感应加热表面淬火： •原理： 线圈通以交流电→产生交变磁场→工件产 生感应电流； 感应电流在工件表层密度最大，而心部几 乎为零（这种现象称为集肤效应）； 工件表面由于存在电阻而被迅速加热，几 秒钟之内迅速加热到远高于Ac3以上的淬火温 度； 迅速喷水冷却工件，在零件表面获得一定 深度的硬化层（淬硬马氏体）；心部保持低温， 仍为原始组织。
钢的热处理方法及应用 2008-01-27 17:34 1.退火 操作方法：将钢件加热到Ac3+30~50度或Ac1+30~50度或Ac1以下的温度（可以查阅有关资料）后，一般随炉温缓慢冷却。 目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点：1.适用于合金结构钢、碳素工具钢、合金工具钢、高速钢的锻件、焊接件以及供应状态不合格的原材料；2.一般在毛坯状态进行退火。 2.正火 操作方法：将钢件加热到Ac3或Accm 以上30~50度，保温后以稍大于退火的冷却速度冷却。 目的：1.降低硬度，提高塑性，改善切削加工与压力加工性能；2.细化晶粒，改善力学性能，为下一步工序做准备；3.消除冷、热加工所产生的内应力。 应用要点：正火通常作为锻件、焊接件以及渗碳零件的预先热处理工序。对于性能要求不高的低碳的和中碳的碳素结构钢及低合金钢件，也可作为最后热处理。对于一般中、高合金钢，空冷可导致完全或局部淬火，因此不能作为最后热处理工序。 3.淬火 操作方法：将钢件加热到相变温度Ac3或Ac1以上，保温一段时间，然后在水、硝盐、油、或空气中快速冷却。 目的：淬火一般是为了得到高硬度的马氏体组织，有时对某些高合金钢（如不锈钢、耐磨钢）淬火时，则是为了得到单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐蚀性。 应用要点：1.一般用于含碳量大于百分之零点三的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会造成很大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧度，故要进行回火以得到较好的综合力学性能。 4.回火 操作方法：将淬火后的钢件重新加热到Ac1以下某一温度，经保温后，于空气或油、热水、水中冷却。 目的：1.降低或消除淬火后的内应力，减少工件的变形和开裂；2.调整硬度，
表面热处理
表面热处理 表面热处理分类 表面淬火：只改变表层的组织而不改变表层的化学成分。 包括火焰加热表面淬火、高中频加热表面淬火、 接触电加热表面淬火、电解液加热表面淬火、 激光电子束加热表面淬火等； 化学热处理：既改变表层化学成分又改变表层组织。 包括渗碳、氮化、氰化、渗硼、渗金属等。 表面涂覆技术： 复习： 1、钢的普通热处理包括哪些工艺? 正火、退火、淬火和回火，统称“四把火”。 2、什么是调质？调质处理后钢的组织和性能怎样？ 淬火后高温回火的复合热处理工艺称调质。 调质后的组织为回火索氏体，具有综合力学性能。 3、什么是钢的淬透性？ 钢在淬火条件下得到M组织或淬透层深度的能力，是钢的固有属性。 截面较大、形状复杂以 及受力较苛刻的螺栓、 拉杆、锻模、锤杆等工
表面：硬度高，耐 心部：硬度 低，韧性高 在生产中，有很多零件要求表面和心部具有不同的 仅对钢的表面加热、冷却而不改变其成分的热处理工艺称为表面热处理, 也叫表面淬火。 化学热处理：是将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，改变其化学 成分和组织，达到改进表面性能，满足技术要 求的热处理过程。 按照实现方式，表面淬火可分为： 感应加热表面淬火 火焰加热表面淬火 激光加热表面淬火 感应加热表面淬火原理：
8、工艺设备较贵，维修调整困难，对于形状复杂的零件的感应器不易制造 火焰加热表面淬火 火焰加热表面淬火是用乙炔－氧或煤气－氧等火焰加热工件表面，进行淬火。 火焰加热表面淬火和高频感应加热表面淬火相比，具有设备简单，成本低等优点。但生产率低，零件表面存在不同程度的过热，质量控制也比较困难。因此主要适用于单件、小批量生产及大型零件（如大型齿轮、轴、轧辊等）的表面淬火。 真空热处理：在低于一个大气压的环境中进行加热的热处理工艺。 真空实际上是气体较稀薄的空间。 在指定的空间内，低于一个大气压力的气体状态，统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示。 1958年第一届国际技术会议曾建议采用“托”(Torr)作为测量真空度的单位。国际单位制(SI)中规定压力的单位为帕(Pa)。 我国也按SI规定，把压力的法定计量单位规定为Pa(帕)。