第七章钢的普通热处理
知识要点:退火、正火、淬火、回火的目的；退火、正火、淬火、回火的工艺过程及其对零件加工和使用的影响。
第一节钢的退火和正火
生产中，常用零件的预备热处理工艺，安排在锻造之后机加工之前。
一、钢的退火工艺
1．定义
将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢
冷却的热处理工艺。又称“焖火”。
2．工艺
加热温度：临界点（Ac1、Ac3或Ac cm）以上或以下。
冷却方式：一般采用炉冷。生产中为了提高生产率，通常冷却到500℃左右出炉空冷或等温冷却方式，等温的温度和时间根据钢的“C曲线”确定。
保温时间：保证透烧，一般以1.0～1.5mm/min计算，并钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式有关。
3．常用退火工艺、目的及应用
（1）完全退火
应用：适用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件、焊接件及热轧型材。不适用于过共析钢。
目的：①细化晶粒，均匀组织；②调整硬度，改善切削加工性能；③消除内应力。
加热温度：Ac3＋20-30℃，单相奥氏体区，完全奥氏体化。
室温组织：P+F，可认为是平衡组织。
2．球化退火（不完全退火）
定义：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺称为球化退火。
应用：主要用于共析钢、过共析钢和高碳合金钢的刃具、量具、模具等的预备热处理。
目的：使钢中碳化物球化，降低硬度，提高塑性和切削加工性能；为淬火作组织准备。
加热温度：Ac1＋20～30℃，A和二次渗碳体两相区，不完全奥氏体化。原因：过共析钢加热至Ac cm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。
组织：球状珠光体（F基体上分布颗粒状Fe3C）
3．扩散退火（均匀化退火）
应用：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。
目的：消除偏析，使成分均匀化。
加热温度：Ac 3或以上150～200℃（1050-1150℃），保温10～20h。
组织：亚共析钢为P+F。
后果：晶粒粗大。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此，一般还需要进行一次完全退火或正火，细化晶粒、消除过热缺陷。
注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。
4．去应力退火
工艺：将工件缓慢加热到Ac1 以下适当温度，保温1～3h后随炉缓冷。一般地，钢件在500～650℃；铸铁件在500～550℃；焊接件为500～600℃。
目的、应用：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。如机床床身（铸件），内燃机汽缸体，冷卷弹簧。
5．再结晶退火
工艺：加热到Ac1以下50-150℃，或T再+30-50℃，保温，缓冷。
目的：消除加工硬化，恢复钢材的塑韧性。
应用：冷加工后的工件消除加工硬化。如在钢丝拉拔过程中，中间进行的退火。
二、钢的正火
定义：把钢件加热到完全奥氏体化，保温，然后在空气中冷却的热处理工艺。
加热温度：亚共析钢A C3+30-50℃；共析钢A C1+30-50℃；过共析钢Accm+30-50℃保温时间：以工件透烧为准，同时考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。
冷却方式：空气中自然冷却；对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度。
组织：共析钢S 、亚共析钢（F+S）、过共析钢（Fe3CⅡ＋S ）
目的、应用：
1．对力学性能要求不高的普通结构钢零件作为最终热处理。目的：细化晶粒，均匀组织；同时，使亚共析钢组织中F%↓、P%↑，从而提高钢的强度硬度和塑韧性。
2．消除过共析钢中的网状Fe3C II，细化晶粒，为球化退火作准备。
3．改善低碳钢或低碳合金钢（Wc<0.25％）的切削加工性能。
4．消除中碳结构钢经过铸、锻、轧制以及焊接等热加工后出现的粗大晶粒和带状组织等缺陷。
5．对某些大型或形状复杂的工件，在保证使用性能的前提下可用正火代替淬火，以避免可能发生的严重变形和开裂现象。
三、退火、正火的选择
1．退火与正火的主要区别
主要区别在于冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到的珠光体组织比较细。因而，同一种钢，正火后经强度硬度比退火的高。
2．退火与正火的选择
图6-16 钢的热处理与硬度（阴影部分为合适的切削加工硬度范围）根据具体情况，一般以下三个方面考虑：
（1）改善切削加工性
低碳钢宜采用正火；
含碳量在0.25～0.45％之间的中碳钢既可采用退火，也可采用正火；
含碳量在0.45～0.77％之间的高碳钢则必须采用完全退火；
过共析钢则宜采用球化退火。
低、中碳结构钢→正火；中高碳结构钢→完全退火，合金工具钢→球化退火。
（2）热处理工艺性
形状复杂、尺寸大或重要零件采用退火。退火冷却慢，内应力小，工件不易变形开裂。
一般零件，可采用正火。
（3）加工成本。正火成本低，退火成本高。在保证质量前提下尽量采用正火，降低成本，提高生产效率。
第二节钢的淬火
淬火是热处理中应用最广的工艺之一。
一、淬火的目的
定义：将钢件加热到A C3或A C1临界温度以上，保温一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺。
目的：获得马氏体和（或）贝氏体组织，提高硬度、强度、耐磨性以满足零件的使用性能。淬火是发挥材料性能潜力的重要手段之一。
从工艺的角度出发，淬火温度和淬火介质的选择是影响淬火效果的重要因素，而这些都取决于钢和合金的性质。
二、淬火加热温度的确定
1．碳钢加热温度的确定
碳钢的淬火加热温度由Fe－Fe 3 C相图确定，其目的是
淬火后得到高硬度的细小马氏体。（图示）
亚共析钢：Ac3+30～50℃；完全A化，获得细小A晶粒，
淬火后可得细小M组织，无F相，强度硬度较高。
共析钢：Ac1+30～50℃。得到细小M。
过共析钢：Ac1+30～50℃。原因：保留一定量的Fe3C，HRC↑，耐磨性↑；同时，A中C%↓，获得的M中C%↓M过饱和度↓，从而使M脆性↓，Ar％↓；若淬火温度过高→A粗大→M粗大→力学性能↓，同时，淬火应力↑→变形，开裂↑。
所以，过共析钢在此温度范围内加热，其组织为细小晶粒A和细小均匀分布的未溶碳化物。淬火后组织为片状M基体上均匀分布着细小的碳化物和极少量Ar，这种组织具有高的强度硬度，耐磨性好，脆性相对较小。
2．合金钢加热温度的确定
对于合金钢的淬火温度，可根据其临界温度及所含合金元素的性质，参照上述原则确定。一般是：Ac1或Ac3＋50～100℃。
知识扩展：在生产实践中选择工件的淬火加热温度时，除了遵守上述一般原则外，还要考虑工件的化学成分、技术要求、尺寸形状、原始组织以及加热设备、冷却介质等诸多因素的影响，对加热温度予以适当调整。
强韧化新工艺选用的淬火加热温度与常用淬火温度有所区别。如亚温淬火是亚共析钢在略低于Ac3的温度奥氏体化后淬火，这样可提高韧性，降低脆性转折温度，并可消除回火脆性。如45、40Cr、60Si2等材料制成的工件亚温淬火加热温度为Ac3－（5～10℃）。
低、中碳钢采用高温淬火可获得较多的板条状马氏体或全部板条马氏体组织，提高钢的强度和韧性。如16Mn钢在940℃淬火，5CrMnMo钢在890℃淬火，20CrMnMo钢在920℃淬火，效果较好。
高碳钢低温、快速、短时加热淬火工艺。适当降低高碳钢的淬火加热温度，或采用快速加热及缩短保温时间的办法，可减少奥氏体中的碳含量，提高钢的韧性。
三、淬火介质
理想淬火介质：6500C以上，慢，减小热应力；650-4000C，快，避免与C曲线相交；
4000C以下，慢，减小淬火应力，防止变形和开裂。
常用淬火介质有：水、水溶液、矿物油、熔盐、熔碱等。
新型淬火剂：有聚乙烯醇水溶液和三硝水溶液等。
水盐水或碱水机油盐浴或碱浴
冷却能力强更强较弱介于水油之间
变形开裂倾向大更大较小小
适用范围小而简单碳钢及低合金钢淬火小而复杂、变形要
的碳钢件合金结构钢求小的重要零件
四、淬火方法
淬火方法的分类是以冷却方式的不同划分的，常用的淬火工艺方法有：单介质淬火、双介质淬火、分级淬火和等温淬火。（每种方法要有举例）
1．单介质淬火
将加热奥氏体化后的钢件放入单一淬火介质中，连续冷却到室温的操作方法。碳钢的水中淬火，合金钢的油中淬火都是单介质淬火法。特点：操作简单，易于实现自动控制，但水中淬火变形与开裂倾向大；油中淬火冷却速度小，淬透直径小，大件无法淬透。只适用于形状简单、尺寸较小碳钢和合金钢工件。
2．双介质淬火
用两种冷却介质。先浸入一种冷却能力强的介质中，待冷却到接近Ms点时立即转入下一种冷却能力弱的介质中的操作方法。如先水后油、先水后空气等。特点：在马氏体转变区冷速减慢，可减小应力，减少变形、开裂倾向，但不好掌握。适用于中等尺寸、形状复杂的高碳钢和尺寸较大的合金钢工件。
3．马氏体分级淬火
将加热奥氏体化的钢件，先浸入温度稍高或稍低于钢的Ms点的液态介质中，等温保持适当时间，然后取出空冷到室温，以获得马氏体组织的淬火工艺，也称分级淬火。
淬火介质：燃点较高的油、盐浴和碱浴。
等温目的：使工件表面和心部温度均匀。等温过程中不发生组织转变，马氏体中空冷条件下进行。
淬火后组织：马氏体。
特点：工件温度均匀，组织转变缓慢，减小应力，变形开裂倾向显著降低。
应用：适用于变形要求严格且尺寸不大的工件。
4．下贝氏体等温淬火
将奥氏体化后的钢件放入稍高于Ms温度的盐浴中，等温保持一定时间，使奥氏体转变为下贝氏体的淬火工艺，也叫等温淬火。
淬火介质：盐浴或碱浴。
等温目的：得到综合性能良好的下贝氏体组织。等温时间由钢的TTT曲线确定，一般为30～60min，较分级淬火时间要长，等温过程中过冷A向下贝氏体组织转变。
淬火后组织：下贝氏体。
特点：减小淬火应力，防止变形和开裂，零件综合力学性能好。
应用：主要适于形状复杂、截面不大、要求精度高并具有良好强韧性的零件。
另外，还有采用复合淬火工艺的。工件急冷至Ms以下获得10％～20％马氏体，然后在下贝氏体温度区等温。这种冷却方法可使截面较大的工件获得（M+B下）组织。预淬时形成的马氏体可促进贝氏体转变，在等温时又使马氏体回火。复合淬火多用于合金工具钢工件，可避免第一类回火脆性，减少残余奥氏体量即变形开裂倾向。
5．冷处理
马氏体的转变特点是转变不彻底，总是存在残余奥氏体。为了减少组织中残余奥氏体量，生产中常采用冷处理的方法。
工艺过程：把淬火后的钢件冷却到室温以下某一温度，并停留一定时间，使残余奥氏体充分转变成马氏体。
冷却介质：常用的是干冰和液氮。
目的：（1）减少残余奥氏体量，稳定尺寸；（2）提高硬度和耐磨性。
应用：主要用于要求高硬度高耐磨及要求精密度高的零件，如精密轴承、精密模具、量具等。
第三节钢的淬透性和淬硬性
一、淬透性和淬硬性的概念
钢在淬火时获得马氏体的能力。淬透性是钢本身固有的一种属性，与工件大小及冷却介质的类型无关，取决于V k。淬透的含义是使工件从表面到心部都得到全部马氏体组织。
淬硬性指钢钢在淬火后获得最高硬度的能力，取决于M中C%，C%↑→淬硬性↑。
淬透性好的钢，淬硬性不一定好，即淬火易得到马氏体组织，但硬度不
一定高；反之亦然。如：低碳合金钢的淬透性好，但硬度不高；而碳素工具
钢的淬透性较差，但淬硬性较高，即淬火后的硬度高。
二、影响淬透性的因素
钢的淬透性取决于V k，而V k取决于C曲线的位置。C曲线越靠右，V k
越小，意味着越容易得到马氏体。主要影响因素：
1．含碳量
亚共析钢，C%↑，C曲线右移，V k↓，淬硬性↑；
过共析钢，C%↑，C曲线左移，V k↑，淬硬性↓；
共析钢的C曲线最靠右，V k最小，淬透性最好。
问题讨论：比较35、T8、T12哪种钢的淬透性最好？
2．合金元素。除Co元素外，其它溶入A中的
Me使C曲线右移，V k↓，淬透性↑。
3．奥氏体化条件
主要是加热温度和保温时间。
三、淬透性的测定方法
常用临界淬火直径法和端淬试验法。
1．临界淬火直径法
指钢棒在规定介质中冷却时，心部获得50％马氏体时的最大直径，用Dc 表示。其中，50％马氏体转变量是为了便于测量而人为选定的，可通过金相检验和硬度测量确定。
生产中常用钢的临界淬火直径表示淬透性的大小。钢的临界淬火直径可通过查阅合金钢手册获得。如表！，Dc 值越大，淬透性越好。
注意！测量要在同一标准条件下，表中同一种钢淬火介质不同，Dc 值不同，水比油的大。
2．端淬试验法
用φ25×100mm 的标准试样，经加热奥氏体化后对末端喷水冷却。冷却后，将试样沿轴线方向在相对180°的两边各磨去0.2～0.5mm 深度，再从试样末端起每隔1.5mm 测量一次硬度值HRC ，即可得到沿试样轴向的硬度分布曲线，称作钢的淬透性曲线。试样上距末端越远，冷却速度越小，其硬度也随之下降。淬透性高的，硬度下降趋势较缓慢；淬透性低的，硬度急剧下降。如40Cr 比45钢的淬透性好。由于钢的化学成分允许在一个范围内波动，所以在手册中给出的各种钢的淬透性曲线不是一条线，而是一个范围。
表示方法：用J
d HRC 表示钢的淬透性值。式中J 表示端淬试样法，d 为至水冷端距离。如J 20
40表示距水冷端距离为20mm 处试样的硬度值为40HRC 。 钢的淬透性曲线在合理选材，预测组织以及制定热处理工艺方面，具有实际操作价值。
图 末端淬火试验测定钢的淬透性曲线
四、淬透性的应用—实际意义
两个方面:一是合理选材；二是为制定热理工艺提供依据。
为保证工件淬火时得到完全马氏体组织，一般要求选用的钢有足够的淬透性。如淬透性不同的钢棒淬火并高温回火后的力学性能：完全淬透的钢高温回火后，其力学性能沿截面是均匀的；淬透性低的钢心部未能淬透，则心部的力学性能特别是冲击韧性较低。对同一成分钢,选用冷却能力强的淬火介质可以使钢件表面温度快速降低，淬硬深度增加。但温度梯度增大，增加工件变形和开裂倾向。因此在实际淬火操作中，常需要采用较缓和的冷却介质，如油或空气流等，这就要求钢具有高的淬透性。能在空气中冷却形成马氏体的钢称为空淬钢，如一些高合金模具钢。某些情况下又不要求工件完全淬透，如工具和有些机器部件往往希望高疲劳强度或耐磨的硬表面，表面层淬成马氏体而心部不淬透，使表面层中产生压应力，有利于防止疲劳裂纹的形成并阻止其扩展。
选材的一般规律：（1）表面和心部力学性能一致的零件，即要求表面和心部组织一致，如螺栓、连杆、锻模、弹簧、锤杆（承受拉压载荷），选用淬透性高的钢。（2）表面心部力学性能不一致的零件，通常是要求表面强度硬度高、心部塑性韧性好，即要求组织不一致，如轴类零件、冷镦模具、齿轮，可选用淬透性低的钢。（3）焊接件，选用淬透性低的钢。在此基础上，还需考虑尺寸效应。
第四节钢的回火
钢（尤其是中碳和高碳钢）淬火态的特征是强度硬度高，但很脆，残余内应力大，组织不稳定，必须经过回火处理才能使用。回火是紧接淬火后的一道工序，也是最后一道热处理工序，是决定工件使用状态下组织和性能及使用寿命的一道关键工序。
一、回火的目的
定义：把淬火后的钢件再加热到A1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。
目的：（1）降低或消除内应力，降低脆性；
（2）稳定组织，以稳定零件的尺寸和形状。马氏体和残余奥氏体都是亚稳定组织，有自发向稳定组织转变的趋热，这将影响零件的精度和性能。
（3）调整工件的内部组织，获得所需的力学性能。
二、回火分类、组织及应用
根据回火温度的高低，把回火分为三类：低温回火、中温回火和高温回火。
1．低温回火
回火温度：1500C-250℃。
回火组织：回火马氏体（M回），为低过饱和度a固溶体上分布着极细小的ε碳化物，形态与回火前的马氏体基本相同。
性能特点：内应力和脆性降低，仍保持高硬度、强度和良好的耐磨性能，硬度58～64HRC。
应用：适用于各种刃具、量具、模具、滚动轴承件以及渗碳、碳氮共渗和表面淬火件的回火处理。
2．中温回火
回火温度：，350-500℃。
回火组织：回火屈氏体（T回），为马氏体形F 基体上分布着细小粒状Fe3C。F尚未再结晶，仍保持马氏体的形态。
性能特点：内应力完全消失，硬度降低（35～50HRC），具有高的弹性极限σe和屈强比σs/σb，良好的塑韧性。
应用：主用于弹性元件及热作模具的热处理。
3．高温回火
回火温度：500-6500C。
回火组织：回火索氏体（S回），为等轴状F 基体上分布着颗粒状Fe3C。F已再结晶，呈等轴状。
性能特点：硬度降低（25～35HRC，220～330HBS），强度高，塑韧性好，具有良好综合力学性能，优于正火得到的组织。
应用：生产中，把“淬火＋高温回火”的复合热处理工艺称为调质处理。广泛用于中碳结构钢、低合金结构钢制作的汽车、拖拉机、机床等承受较大载荷的结构零件，如曲轴、连杆、螺栓、机床主轴及齿轮等重要零件的回火处理；此外，还常作为表面淬火、渗碳的前处理工序。
一般规律：随回火温度↑，强度，硬度↓，塑性韧性↑。
高碳回火马氏体：强度、硬度高，塑性韧性差。
低碳回火马氏体：高的强韧性，综合力学性能好。
回火屈氏体：屈服强度与弹性极限高。
回火索氏体：具有良好的综合力学性能。
T回、S回与T、S相比：在硬度相同时，前者具有更高的强度、塑性和韧性。
M回与M的力学性能差不多，但内应力和脆性降低了。
T、S为层片状F+Fe3C。T：极细的珠光体层片。S：片层较细的珠光体。
三、回火脆性
指有些钢淬火后，在250～400℃或500～650℃范围内回火时，出现冲击韧性明显下降的脆化现象，称为钢的回火脆性。根据回火脆性形成温度的不同，分为低温回火脆性和高温回火脆性。
1．低温回火脆性（第一类回火脆性）
在250～400℃范围内回火时出现的脆化现象。几乎
所有工业用钢都不同程度存在。
产生原因：普遍认为，淬火钢在250～400℃范围内
回火时，碳化物以断续的薄片状在原奥氏体晶界或在马
氏体界面上析出，形成薄壳，低了马氏体界面处的断裂
强度，是导致低温回火脆性的主要原因。这类回火脆性一旦产生无法消除。图钢的韧性与回火温度的关系
防止办法：（1）钢中加入硅元素，使马氏体的分解推迟，提高低温回火温度；（2）避免在此温度范围内回火。必要时采用等温淬火。
2．高温回火脆性（第二类回火脆性）
许多合金钢淬火后在500～550℃之间回火,或在600℃以上温度回火后以缓慢的冷却速度通过500～550℃区间时发生的脆化现象。如果重新加热到600℃以上温度后快速冷却，可以恢复韧性,因此又称为可逆回火脆性。
产生原因：已经证明,钢中P、Sn、Sb、As等杂质元素在500～550℃温度向原奥氏体晶界偏聚，导致高温回火脆性。
防止办法：
①快冷可避免；一旦产生采用重新加热保温后再快速冷却消除。钢在600℃以上温度回火后快速冷却可以抑止杂质元素的偏析，在热处理操作中常用来避免发生高温回火脆性。
②钢中加入适量的钼、钨等元素，抑制杂质元素向晶界偏聚。
③降低钢中杂质元素的含量。
④采用高温形变淬火热处理工艺，可大大减轻回火脆性的产生。
其中，较为实用的是第二种和第四种方法。
四、钢在回火后的性能及回火工艺的选择
淬火钢回火后的性能取决于它的内部显微组织；钢的显微组织又随其化学成分、淬火工艺及回火工艺而异。回火温度是决定回火后工件硬度的主要因素，其高低应根据工件的工作条件、性能要求和钢种等因素确定，并应避开低温回火脆性温度区。
碳素结构钢：在100～250℃之间回火后能获得较好的力学性能。
合金结构钢：为了获得良好的综合力学性能，往往在三个不同温度范围回火：超高强度钢约在200～300℃；弹簧钢在460℃附近；调质钢在550～650℃回火。
碳素及合金工具钢：要求具有高硬度和高强度，回火温度一般不超过200℃。回火时具有二次硬化的合金结构钢、模具钢和高速钢等在500～650℃范围内回火。
回火时间：应保证工件透烧和组织转变的充分进行，一般为１～３小时。
冷却方式：回火后一般采空中缓冷，防止重新产生内应力；对于有高温回火脆性的钢件，回火后应进行油冷或水冷，以抑制回火脆性。
知识扩展：退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中淬火与回火关系密切，常配合使用，缺一不可。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，可演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质处理。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或较低的温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理。在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
钢的热处理 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 热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 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、物理和化学气相沉积等； 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 奥氏体晶核的形成以共析钢为例A1点则W c ＝0.0218％（体心立方晶格F）W c ＝6.69％（复杂斜方渗碳体）当T 上升到A c1 后W c ＝0.77％（面心立方的A）由此可见转变过程中必须经过C和Fe原子的扩散，必须进行铁原子的晶格改组，即发生相变，A的形成过程。在铁素体和渗碳体的相界面上形成。有两个有利条件①此相界面上成分介于铁素体和渗碳体之间②原子排列不规则，空位和位错密度高。 1、奥氏体长大由于铁素体的晶格改组和渗碳体的不断溶解，A晶核一方面不断向铁素体和渗碳体方向长大，同时自身也不断形成长大。 2、残余 Fe 3 C的溶解 A长大同时由于有部分渗碳体没有完全溶解，还需一段时间才能全溶。（F比Fe 3 C先消失） 3、奥氏体成分的均匀化残余Fe 3 C全溶后，经一段时间保温，通过碳原子的扩散，使A成分逐步均匀化。 （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 00，0，1，2…10等十二个等级，其中常用的1~10级，4级以下为粗晶粒，5-8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。
钢的五种热处理工艺 热处理工艺——外表淬火、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。 ◆外表淬火 •钢的外表淬火 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，它的外表层承受着比心部更高的应力。在受摩擦的场合，外表层还不断地被磨损，因此对一些零件外表层提出高强度、高硬度、高耐磨性和高疲劳极限等要求，只有外表强化才能满足上述要求。由于外表淬火具有变形小、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，外表淬火主要有感应加热外表淬火、火焰加热外表淬火、电接触加热外表淬火等。
感应外表淬火后的性能: 1.外表硬度：经高、中频感应加热外表淬火的工件，其外表硬度往往比普 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，以及硬度比拟高，外表的高的压应力等综合的结果。 3.疲劳强度：高、中频外表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。较为适宜，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；共析钢或过共析钢那么是粒状珠光体。总之退火组织是接近平衡状态的组织。 •退火的目的
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
钢材的热处理有以下几个方法 ※均质退火处理 简称均质化处理（Homogenization），系利用在高温进行长时间加热，使内部的化学成分充分扩散，因此又称为『扩散退火』。加热温度会因钢材种类有所差异，大钢锭通常在1200℃至1300℃之间进行均质化处理，高碳钢在1100℃至1200℃之间，而一般锻造或轧延之钢材则在1000℃至1200℃间进行此项热处理。 ※完全退火处理 完全退火处理系将亚共析钢加热至Ac3温度以上30~50℃、过共析钢加热至Ac1温度以上50℃左右的温度范围，在该温度保持足够时间，使成为沃斯田体单相组织（亚共析钢）或沃斯田体加上雪明碳体混合组织后，在进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳之延展性及微细晶粒组织。 ※球化退火处理 球化退火主要的目的，是希望藉由热处理使钢铁材料内部的层状或网状碳化物凝聚成为球状，使改善钢材之切削性能及加工塑性，特别是高碳的工具钢更是需要此种退火处理。常见的球化退火处理包括：（1）在钢材A1温度的上方、下方反复加热、冷却数次，使A1变态所析出的雪明碳铁，继续附着成长在上述球化的碳化物上；（2）加热至钢材A3或Acm温度上方，始碳化物完全固溶于沃斯田体后急冷，再依上述方法进行球化处理。使碳化物球化，尚可增加钢材的淬火后韧性、防止淬裂，亦可改善钢材的淬火回火后机械性质、提高钢材的使用寿命。 ※软化退火处理 软化退火热处理的热处理程序是将工件加热到600℃至650℃范围内（A1温度下方），维持一段时间之后空冷，其主要目的在于使以加工硬化的工件再度软化、回复原先之韧性，以便能再进一步加工。此种热处理方法常在冷加工过程反复实施，故又称之为制程退火。大部分金属在冷加工后，材料强度、硬度会随着加工量渐增而变大，也因此导致材料延性降低、材质变脆，若需要再进一步加工时，须先经软化退火热处理才能继续加工。 ※弛力退火处理 弛力退火热处理主要的目的，在于清除因锻造、铸造、机械加工或焊接所产生的残留应力，这种残存应力常导致工件强度降低、经久变形，并对材料韧性、延展性有不良影响，因此弛力退火热处理对于尺寸经度要求严格的工件、有安全顾虑的机械构件事非常重要的。弛力退火的热处理程序系将工件加热到A1点以下的适当温度，保持一段时间（不需像软化退火热处理那么久）后，徐缓冷却至室温。特别需要注意的是，加热时的速度要缓慢，尤其是大型对象或形状复杂的工件更要特别注意，否则弛力退火的成效会大打折扣。 ※正常化处理
二、钢的热处理 金属材料在固体范围内进行加热、保温和冷却，以改变其内部组织，获得所需性能的一种方法称热处理。 热处理的种类很多，根据其目的、加热和冷却方法的不同，可以分为：普通热处理、表面热处理及其他热处理方法。普通热处理有退火、正火、淬火、回火；表面热处理有表面淬火（感应加热、火焰加热等）、化学热处理（渗碳、渗氮等）；其他热处理有真空热处理、变形热处理和激光热处理等。 热处理方法虽然很多，但都是由加热、保温和冷却三个阶段组成的，通常用热处理工艺曲线表示。 图１-34热处理工艺曲线示意图 一、钢的普通热处理 根据加热及冷却的方法不同，获得金属材料的组织及性能也不同。普通热处理可分为退火、正火、淬火和回火四种。普通热处理是钢制零件制造过程中非常重要的工序。 退火 1．退火工艺及其目的 退火是将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺，实际生产中常采取随炉冷却的方式。 退火的主要目的：①降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能；②均匀钢的化学成分和组织；③消除内应力。 2．常用退火工艺方法 根据处理的目的和要求的不同，钢的退火可分为完全退火、球化退火和去应力退火等。表1-4为主要退火工艺方法及其应用。 表1-4常用退火方法的工艺、目的与应用
正火 1. 正火工艺及其目的 ）以上30~50℃，保温一定时间，出炉后在空气中冷却正火是将钢加热到Ac3（或Ac cm 的热处理工艺。对于含有V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金钢，可采用更高的加热温度（Ac3+100～150℃），为了消除过共析钢的网状碳化物，亦可酌情提高加热温度，让碳化物充分溶解。其主要目的是： （1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火作为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。 （2）对低、中碳素钢，可用正火作为预备热处理，以调整硬度，改善切削加工性 （3）对于过共析钢，正火可抑制渗碳体网的形成，为球化退火作好组织准备 2. 退火与正火的选用 正火与退火的主要差别是，前者冷却速度较快，得到的组织比较细小，强度和硬度也稍高一些。 （1）从改善钢的切削加工性能方面考虑。一般认为，钢的硬度在170～230HBS时具有良好的切削加工性能。 （2）从使用性能方面考虑。一些受力不大的工件，力学性能要求不高，可用正火作为最后热处理，对某些大型或形状复杂的零件，当淬火有开裂的危险时，可用正火代替淬火、回火处理。 （3）从经济性方面考虑。由于正火比退火生产周期短，操作简便，工艺成本低。因此。在满足钢的使用性能和工艺性能的前提下，应尽可能用正火代替退火。 淬火 淬火是将钢件加热到奥氏体化后以适当方式冷却，获得马氏体或（和）贝氏体组织的热处理工艺。淬火可以显著提高钢的强度和硬度，是赋予钢件最终性能的关键性工序。 1.淬火工艺 （1）淬火加热温度：钢的淬火加热温度可按Fe-Fe3C相图（图1-20）来选定。 ①亚共析钢：亚共析钢淬火加热温度一般在Ac3以上30～50℃，得到单一细晶粒的奥氏体，淬火后为均匀细小的马氏体和少量残留奥氏体。若加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火后组织为铁素体、马氏体和少量残留奥氏体，由于铁素体的存在，钢的硬度降低。若加热温度超过Ac3+30～50℃，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，钢性能变差，且淬火应力增大，易导致变形和开裂。 ②共析钢和过共析钢：共析钢和过共析钢的淬火温度为Ac1以上30～50℃，淬火后得到细小的马氏体和少量残留奥氏体，或细小的马氏体、少量渗碳体和残留奥氏体。由于渗碳体的存在，钢的硬度和耐磨性提高。若加热温度在Ac cm以上，由于渗碳体完全溶于奥氏体，奥氏体含碳量提高，淬火后残留奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。此外，因温度高，奥氏体晶粒粗化，淬火后得到粗大的马氏体，脆性增大。若加热温度低于Ac1点，组织没发生相变，达不到淬火目的。 实际生产中，淬火加热温度的确定，尚需要考虑工件形状尺寸、淬火冷却介质和技术要求等因素。
第七章钢的普通热处理 知识要点:退火、正火、淬火、回火的目的；退火、正火、淬火、回火的工艺过程及其对零件加工和使用的影响。 第一节钢的退火和正火 生产中，常用零件的预备热处理工艺，安排在锻造之后机加工之前。 一、钢的退火工艺 1．定义 将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢 冷却的热处理工艺。又称“焖火”。 2．工艺 加热温度：临界点（Ac1、Ac3或Ac cm）以上或以下。 冷却方式：一般采用炉冷。生产中为了提高生产率，通常冷却到500℃左右出炉空冷或等温冷却方式，等温的温度和时间根据钢的“C曲线”确定。 保温时间：保证透烧，一般以1.0～1.5mm/min计算，并钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式有关。 3．常用退火工艺、目的及应用 （1）完全退火 应用：适用于亚共析成分的碳钢和合金钢的铸件、锻件、焊接件及热轧型材。不适用于过共析钢。 目的：①细化晶粒，均匀组织；②调整硬度，改善切削加工性能；③消除内应力。 加热温度：Ac3＋20-30℃，单相奥氏体区，完全奥氏体化。 室温组织：P+F，可认为是平衡组织。 2．球化退火（不完全退火） 定义：使钢中碳化物球化而进行的退火工艺称为球化退火。 应用：主要用于共析钢、过共析钢和高碳合金钢的刃具、量具、模具等的预备热处理。 目的：使钢中碳化物球化，降低硬度，提高塑性和切削加工性能；为淬火作组织准备。
加热温度：Ac1＋20～30℃，A和二次渗碳体两相区，不完全奥氏体化。原因：过共析钢加热至Ac cm以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。 组织：球状珠光体（F基体上分布颗粒状Fe3C） 3．扩散退火（均匀化退火） 应用：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。 目的：消除偏析，使成分均匀化。 加热温度：Ac 3或以上150～200℃（1050-1150℃），保温10～20h。 组织：亚共析钢为P+F。 后果：晶粒粗大。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此，一般还需要进行一次完全退火或正火，细化晶粒、消除过热缺陷。 注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。 4．去应力退火 工艺：将工件缓慢加热到Ac1 以下适当温度，保温1～3h后随炉缓冷。一般地，钢件在500～650℃；铸铁件在500～550℃；焊接件为500～600℃。 目的、应用：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。如机床床身（铸件），内燃机汽缸体，冷卷弹簧。 5．再结晶退火 工艺：加热到Ac1以下50-150℃，或T再+30-50℃，保温，缓冷。 目的：消除加工硬化，恢复钢材的塑韧性。 应用：冷加工后的工件消除加工硬化。如在钢丝拉拔过程中，中间进行的退火。 二、钢的正火 定义：把钢件加热到完全奥氏体化，保温，然后在空气中冷却的热处理工艺。
钢的热处理种类分为整体热处理和两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和；表面热处理可分为表面淬火与两类。 正火 又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)或Accm(Accm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上 30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 正火的主要应用范围有： ①用于，正火后略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。 ②用于，可代替处理作为最后热处理，也可作为用方法进行前的预备处理。 ③用于工具钢、轴承钢、等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到所需的良好组织。 ④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善。 ⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。 ⑥用于，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的、连杆等重要零件。 ⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。 正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。 正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些（见）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为～%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。 普通结构零件的最终热处理，由于正火后工件比退火状态具有更好的综合力学性能，对于一些受力不大、性能要求不高的普通结构零件可将正火作为最终热处理，以减少工序、节约能源、提高生产效率。此外，对某些大型的或形状较复杂的零件，当淬火有开裂的危险时，正火往往可以代替淬火、回火处理，作为最终热处理。
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
钢材热处理的方法 钢材热处理是一种通过加热和冷却来改变钢材的物理、化学性质和组织结构的工艺。热处理可以改善钢材的力学性能、延展性、耐磨性、耐蚀性等特性，从而使其适用于不同的工业应用。下面将介绍几种常见的钢材热处理方法。 1. 退火 退火是最常见的钢材热处理方法之一。通过持续加热钢材至一定温度，然后缓慢冷却，以使钢材组织转变至较软弱，具有良好塑性的状态。退火可以消除内部应力，改变钢材的组织结构，提高钢材的韧性和延展性，降低硬度和强度。 2. 淬火 淬火是通过迅速冷却高温加热的钢材以改变其组织结构和性能。淬火能够使钢材急剧冷却，使组织转变至马氏体，从而提高硬度和强度。然而，淬火也会产生内部应力和变形，导致钢材易于开裂。因此，淬火通常需要在适当的温度和冷却介质下进行，以控制冷却速率并避免过度冷却和裂纹的产生。 3. 回火 回火是一种通过将已经淬火的钢材加热至适当温度再冷却的热处理方法。回火的目的是降低钢材的脆性，改善韧性和延展性，并减少内部应力。回火的温度和时间取决于所需的性能要求和钢材的化学成分。相对于淬火，回火过程中的冷却速率较慢，可以降低钢材的硬度，但降低的程度较淬火要小。
4. 规格化 规格化是一种通过将钢材加热至适当温度，使其均匀显微组织转变为铁素体的热处理方法。规格化能够消除组织和化学成分上的不均匀性，提高钢材的韧性和强度，减少杂质和夹杂物的影响。规格化过程中的冷却速度较慢，通常在空气中进行。 5. 均质化处理 均质化处理是一种改善钢材内部组织均匀性和分布的热处理方法。该方法通常用于高碳钢、合金钢和高合金钢等。均质化处理包括两个步骤：首先是加热至高温，使材料达到均一的固溶组织状态；然后迅速冷却，以固定均质组织。这种处理方法能够提高钢材的强度、韧性和延展性。 除了上述常见的钢材热处理方法外，还有一些特殊的热处理方法，比如表面强化处理、预应力处理、奥氏体化等，这些方法适用于特定的钢材和应用场景。 总结起来，钢材热处理是一种重要的工艺方法，通过不同的处理方法可以改变钢材的性能和组织结构，使其能够满足不同领域的需求。热处理的成功与否取决于恰当的温度、时间和冷却速率的控制，以及合适的热处理工艺的选择。
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。
钢铁热处理的四种基本工艺 什么是退火 钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。 退火是将金属或合金加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。 退火的目的： 退火所能达到的目的主在是：消除锻件及焊接结构的应力，消除冷加工后的加工应力，避免零件在加热和使用过程中产生变形及开裂；消除铸件和锻件的不均匀组织和粗大晶粒，消除合金钢硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，胀管时的管头，胀接前也要进行退火。 (1) 降低硬度，改善切削加工性； (2)消除残余应力，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。 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。 正火与退火的区别，处理温度 正火的冷却速度比退火快，得到的组织较细，工件的强度和硬度比退火高。对于高碳钢的工件，正火后硬度偏高，切削加工性能变差，故宜采用退火工艺。从经济方面考虑，正火比退火的生产周期短，设备利用率高，生产效率高，节约能源、降低成本以及操作简便，所以在满足工作性能及加工要求的条件下，应尽量以正火代替退火。 退火和正火可在电阻炉或煤、油、煤气炉中进行，最常用的是电阻炉。电阻炉是利用电流通过电阻丝产生的热量来加热工件，同时用热电偶等电热仪表控制温度，操作简单、温度准确。在加热过程中，由于工件与外界介质在高温下发生化学反应，当加热温度和加热速度控制不当或装炉不合适时，会造成工件氧化、脱碳、过热、过烧及变形等缺陷。因此要严格控制加热温度和加热速度等。图2-2为退火和正火的加热温度范围。 什么样叫金属冷加工硬化现象？ 在工程中，有时需用对钢件进行冷加工，如锻打、压延、弯曲、冲压等。当冷加工产生塑性变形时，不但其外形发生了变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿受力方向被拉长。冷加工塑性变形较大时，还会产生较大内应力。这种现象称为冷加工硬化。 利用冷加工硬化对钢材使用强度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及残存的内应力则是有害的。故一般在冷加工以后，还在进行回火处理予以消除。 冷加工后变形的晶是不稳定的，加热后晶粒有恢复原状的趋势，这就是再结晶，出现再结晶时的温
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。 正火 又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac₃是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)或Accm(Accm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上 30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 正火的主要应用范围有： ①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。 ②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。 ③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。 ④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。 ⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。 ⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 ⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。 正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。 正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.25～0.5%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。