合金工具钢的热处理工艺分析

金属材料淬火新工艺⒊分级等温淬火在进行下贝氏体等温转变之前，先在中温区进行一次(或二次)分级冷却的工艺。

该种工艺可减少热应力及组织应力，工件变形开裂倾向性小，同时还能保持强度、塑性的良好配合，适合于高合金钢(如高速钢等)复杂形状工具的热处理。

㈥其它淬火方法此外，尚有液氮淬火法，立即工件直截了当淬入－196℃的液态氮中。

因为液氮的汽化潜热较小，仅为水的十一分之一，工件淬入液氮后赶忙被气体包围，没有一般淬火介质冷却的三个时期，因而变形、开裂较少，冷速比水大五倍。

液氮淬火可使马氏体转变相当完全，残余奥氏体量极少，能够同时获得较高的硬度、耐磨性及尺寸稳固性。

但成本较高，只适用于形状复杂的零件。

流态化床淬火的应用也日益广泛。

因其冷却速度可调(相当于空气到油的冷却能力)，且在表面不形成蒸汽膜，故工件冷却平均，挠曲变形小。

由于冷却速度可在相当于空冷至油冷的范畴内调剂，因而可实现程序操纵冷却过程。

它能够代替中断淬火、分级淬火等规程来处理形状复杂、变形要求严格的重要零件及工模具合金钢的优点：高的强度和淬透性第一节合金元素在钢中的作用常用合金元素：非碳化物形成元素——Co Ni Cu Si Al碳化物形成元素——Zr Nb V Ti W Mo Cr Mn Fe强中强弱一、合金元素对钢中差不多相的阻碍1、形成合金铁素体合金元素→溶入A →形成合金铁素体→固溶强化（Cr,Ni较好）2、形成合金碳化物弱碳化物形成元素形成合金渗碳体(Fe,Mn)3C中强碳化物形成元素形成合金碳化物(Cr23C6，Fe3W3C)强碳化物形成元素形成专门碳化物（VC，TiC）熔点、硬度和稳固性：专门碳化物> 合金碳化物> 合金渗碳体> Fe3C二、合金元素对Fe-FeC相图的阻碍合金元素对A相区阻碍扩大A相区元素（Mn）——E、S点左下移缩小A相区元素（Cr）——E、S点左上移奥氏体钢：1Cr18Ni9铁素体钢：1Cr17莱氏体钢：W18Cr4V三、合金元素对热处理的阻碍1、对加热的阻碍多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大2、对冷却的阻碍多数元素溶入A后→过冷A稳固性↑→Vc↑→淬透性↑→Ms点↓→残余A量↑提高淬透性的意义：①增加淬硬层深度②减少工件变形、开裂倾向3、对回火的阻碍①回火稳固性→抗回火软化的能力②产生二次硬化（析出专门碳化物，产生弥散强化；A残→M或B下）第二节低合金钢一、低合金高强度钢碳素结构钢：Q195，Q215，Q235，Q255，Q275低合金高强度钢：Q295，Q345，Q390，Q420，Q460Q235+Me(<3%) →Q3451、成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3%主加元素：Mn ——固溶强化辅加元素：Ti,Cr,Nb ——弥散强化使用状态：热轧或正火（F + P），不需最终热处理2、性能：较高的σs ，良好的塑性韧性，焊接性，抗蚀性，冷脆转变温度低3、常用钢号：Q295 （09Mn2），Q345 (16Mn)用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架、压力容器二、易切削结构钢牌号：Y12，Y12Pb，Y30，Y 40Mn性能：良好的切削加工性（170~240HBS，塑性低）切削抗力小，刀具不易磨损，加工表面粗糙度低应用：成批、大量生产时，制作性能要求不高的紧固件和小型零件第三节合金钢的分类与牌号一、合金钢分类低合金钢——低合金高强度钢、易切削结构钢合金结构钢——渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢合金工具钢——合金工具钢、高速钢专门性能钢——不锈钢、耐热钢、耐磨钢二、合金钢牌号1、合金结构钢——20CrMnTi，60Si2Mn，25Cr2Ni4WA2、滚动轴承钢——GCr153、合金工具钢——9Mn2V，CrWMn4、高速钢——W18Cr4V，W6Mo5Cr4V25、不锈、耐热钢——4Cr13，0Cr18Ni11Ti，00Cr17Ni14Mo26、高锰耐磨钢——ZGMn13学习思路：用途→工作条件→性能要求→成分特点→热处理特点→典型钢种应用第四节合金结构钢一、渗碳钢1、用途：受冲击和强烈磨损、摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）2、性能：表面——高的硬度、耐磨性心部——强而韧3、成分：0.1~0.25%C ——低碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,B ——↑淬透性（心部得M板条）辅加元素：W,Mo,V,Ti ——细化晶粒（VC,TIC,耐磨性↑），4、最终热处理：渗碳+ 淬火+ 低温回火组织：表层：高碳回火M + Fe3C或碳化物+ 残A心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+P5、常用钢号：20, 20Cr, 20CrMnTi, 18Cr2Ni4W淬透性：低中高适用：机床齿轮汽车变速齿轮飞机齿轮二、调质钢1、用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）2、性能：良好的综合机械性能3、成分：0.3~0.5%C ——中碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,Si ——↑淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,Ti ——细化晶粒, ↑回火稳固性4、热处理：预备：正火——S——改善组织，排除锻造应力，便于切削加工最终：调质——回火S——获得良好的综合机械性能表面要求高硬度,耐磨,↑σ-1，→表面淬火+ 低温回火（回火M）三、弹簧钢1、用途：弹性元件2、性能：高的σe 、σb 、σ-1 ，一定的塑韧性3、成分：0.45~0.7%C （碳钢0.6~0.9%C）——保证↑σe主加元素：Mn, Si, Cr——↑淬透性，强化基体, ↑回火稳固性辅加元素：Mo, W, V ——防脱碳，细化,↑σe ，4、热处理：热成型弹簧（尺寸大，60Si2Mn）：加热成型→淬火+中温回火→喷丸（回火T ）38~50HRc冷成型弹簧（尺寸小，65Mn）：冷拉钢丝→冷绕成型→去内应力退火（200~300℃）5、常用钢号：65，65Mn，小尺寸的沙发弹簧60Si2Mn 大尺寸的汽车板簧四、滚动轴承钢1、用途：滚动轴承元件，冷冲模，量具（滚珠、滚柱、轴承套）2、性能：硬、耐磨，↑σ-1 ，一定的韧性3、成分：0.95~1.15%C ——硬、耐磨主加元素：Cr ——↑淬透性，硬，耐磨4、热处理：预备：球化退火——球状P（180~270HBS），改善切削加工性最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A5、常用钢号：GCr15第五节合金工具钢一、刃具钢性能：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性），足够的强度、韧性1、合金刃具钢⑴成分：0.8~1.5%C ——硬、耐磨Cr, W, Mn, V ——↑淬透性、回火稳固性，细化晶粒，⑵热处理：预备：球化退火——改善切削加工性最终：淬火+低温回火——回火M+合金碳化物+残A ↑HRC、耐磨性用于制作切削用量不大,形状复杂,精度较高的刀具：丝锥，板牙，拉刀2、高速钢红硬性高（600℃），淬透性好——锋钢。

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。

金属材料热处理工艺（详细工序及操作手法）一、热处理的定义热处理是指金属在固态下经加热、保温和冷却，以改变金属的内部组织和结构，从而获得所需性能的一种工艺过程。

热处理的三大要素:①加热（ Heating）目的是获得均匀细小的奥氏体组织。

②保温（Holding）目的是保证工件烧透，并防止脱碳和氧化等。

③冷却（Cooling）目的是使奥氏体转变为不同的组织。

热处理后的组织加热、保温后的奥氏体在随后的冷却过程中，根据冷却速度的不同将转变成不同的组织。

不同的组织具有不同的性能。

二、热处理工艺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Acm 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。

表面淬火工艺
表面淬火工艺是指在淬火冷却过程中，将工件加热到淬火温
度后迅速地放在油中或水中，并以一定的冷却介质使其迅速冷却
的一种热处理工艺。

表面淬火工艺主要用于某些高强度、高耐磨
性的钢或合金工具钢及一些冷变形大的结构钢和工具钢的表面。

淬火后工件表面获得马氏体组织，从而获得高硬度、高耐磨
性和高韧性，但表面硬度很低。

为了提高表面硬度，可对工件进
行表面淬火处理。

淬火时，工件加热温度一般控制在高于零件表层温度10~50℃左右。

具体升温速度可通过改变保温时间或采用大电流、小电流
等方法来控制，使工件表层温度达到奥氏体化温度后迅速冷却。

然后将表面层淬火组织（马氏体+残余奥氏体）去除，再以一定
的冷却介质进行后续热处理，如回火或正火等。

这种工艺称为表
面热处理或热加工。

淬火处理后工件表面硬度可达HRC60以上，甚至HRC62以上，但其耐磨性和耐腐蚀性较差。

因此，要求较高的表面机械性能或
耐磨性能的工件必须进行渗碳淬火或渗氮等其他表面强化处理。

—— 1 —1 —。

热处理工艺介绍关键信息项：1、热处理工艺的类型2、热处理的目的3、适用的材料4、处理过程中的温度控制5、保温时间6、冷却方式7、设备要求8、质量检测标准9、安全注意事项11 热处理工艺的类型111 退火退火是将金属材料加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

其目的是降低材料的硬度，改善切削加工性能，消除残余应力，均匀化学成分等。

112 正火正火是将钢件加热到临界温度以上 30 50℃，保温适当时间后，在空气中冷却的热处理工艺。

正火的作用与退火相似，但冷却速度稍快，得到的组织较细，强度和硬度稍高。

113 淬火淬火是将钢件加热到临界温度以上，保温一段时间，然后在水、油或其他介质中快速冷却，以获得高硬度和高强度的马氏体组织。

114 回火淬火后的钢件内部存在很大的内应力和脆性，回火则是将淬火后的钢件重新加热到一定温度，保温一定时间，然后冷却。

回火可以降低钢件的脆性，调整硬度，提高韧性和塑性。

115 调质处理调质处理是淬火加高温回火的综合热处理工艺，可获得良好的综合力学性能。

12 热处理的目的121 改善材料的力学性能通过改变材料的组织结构，提高强度、硬度、韧性、耐磨性等力学性能，满足不同工作条件下的使用要求。

122 消除残余应力加工过程中产生的残余应力可能导致材料变形、开裂等问题，热处理可以有效消除残余应力，提高材料的尺寸稳定性和可靠性。

如退火可以降低材料的硬度，便于切削、冲压等加工操作。

124 提高材料的耐腐蚀性能适当的热处理工艺可以改善材料的表面组织结构，增强其耐腐蚀能力。

13 适用的材料131 钢铁材料包括碳素钢、合金钢、工具钢等，不同类型的钢铁材料需要根据其成分和性能要求选择合适的热处理工艺。

132 有色金属材料如铝合金、铜合金等，也可以通过热处理来改善其性能。

133 其他材料如一些特殊的陶瓷材料、复合材料等，在特定情况下也可能需要进行热处理。

14 处理过程中的温度控制141 加热温度的确定根据材料的成分、相变点和性能要求，精确确定加热温度是热处理成功的关键。

钢的热处理金属材料进行热处理是改善和提高零件性能的重要方法，因此在零件的制造过程中，热处理是不可缺少的。

一、常用的金属材料——钢与铸铁金属材料包括纯金属及其合金（即在一种金属中加入其它元素所形成的金属材料）。

工业上又把金属材料分为两大类：一类为黑色金属，它包括铁、锰、铬及其合金，其中以铁基合金（即钢和铸铁）应用最广；另一类为有色金属，是指除黑色金属以外的所有金属及其合金。

在工业上使用的金属材料中，以钢和铸铁使用最多。

钢和铸铁（总称为钢铁材料）是以铁为主，加入碳等其它合金元素所组成的，故称为铁碳合金材料。

一般把含碳量小于2%的铁碳合金称为钢；大于2%的铁碳合金称为铸铁。

一、钢的分类、编号及性能特点：根据成分不同钢可分为碳素钢（简称碳钢）和合金钢两类。

（1）碳素钢碳素钢中以铁和碳为主要元素，但常含有Mn、Si、S、P等杂质元素，其中S、P对钢的性能危害很大。

因此根据硫、磷含量多少，把钢分为：普通质量钢（S≤00.0%,P≤0.005%）、优质钢（S≤0.03%,P≤0.035%）、高级优质钢（S≤0.02%,P≤0.003%）等。

碳钢的性能主要绝定于含碳量的高低，随着含碳量的增多，碳钢的强度、硬度提高，塑性和韧性降低。

根据含碳量的多少，碳钢分为低碳钢（C≤0.25%）、中碳钢（C=0.3～0.6%）和高碳钢（C>0.6%）。

所以低碳钢的强度、硬度低、塑性韧性好，常用于受力较小的冲压件（如皮带轮罩壳、垫圈、自行车的挡泥板等）、焊接件等；高碳钢的强度高，塑性低，常用于制造受力较大的弹簧等零件；中碳钢既有一定强度，也有一定塑性，常用于制备受力较大、较复杂的轴类零件等。

工业上根据用途不同，将碳素钢分为碳素结构钢和碳素工具钢。

（a）碳素结构钢该类钢主要用于各种结构件。

根据钢的质量不同（即S、P含量）分为碳素结构钢和优质碳素结构钢。

碳素结构钢是属于普通质量钢，其牌号表示方法为Q+三位数字。

Q为“屈”字的汉语拼音子首，后面三位数为表示该钢的屈服点（MPa）数值，如常用的Q235，表示屈服点为235MPa的普通质量钢。