4-3热处理的基本方法1

审阅签名：教学过程§4－3热处理的基本方法（机械类）一、退火1、退火的目的？○1降低硬度；○2细化晶粒；○3消除内应力。

常用的三种退火方法：完全退火、球化退火、去应力退火2、完全退火（1）工艺：加热 A c3+30～50℃保温 0.5分钟/mm冷却随炉缓冷（碳钢200℃/小时）结合C曲线讲解：C曲线表明：○1退火冷速慢才能得到珠光体；○2500℃左右珠光体转变早已结束，为提高加热炉使用效率，随炉冷至500℃左右可出炉空冷。

（2）应用：用于中碳钢、低中碳合金结构钢的锻、轧、铸件。

3、球化退火过共析钢用完全退火愈退愈硬。

球状珠光体比片状珠光体硬度低，易切削加工。

（1）工艺：加热 A c1+20～30℃保温 0.5分钟/mm冷却冷却速度小于50℃/小时（2）应用：用于共析钢和过共析钢4、去应力退火（1）工艺：加热 500～650℃为彻底消除内应力，应控制加热速度：低温进炉，以100℃/小时的加热速度加热到规定温度。

保温 2-8小时冷却小于50℃/小时（冷至300℃以下出炉）精度要求高的工件切削加工后应去应力退火。

二、正火（常化处理）（C曲线的v2）工艺：加热至Ac3或Ac cm以上30～50℃→保温→空冷硬度在170-230HBS切削加工性最好。

为节约成本，优先考虑正火。

含碳量特别低的钢（如18CrMnTi）如正火后发现切削加工性不良，塑性太大，原因是正火冷却速度不够，可改吹风冷却。

三、淬火定义：淬火是将工件加热到A C3或A C1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：淬火加热温度：A C3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：淬火加热温度：为A C1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。

获得马氏体的条件是什么？答：冷却速度大于临界冷却速度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。

常用淬火方法：主要有单介质淬火、双介质淬火、马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火。

选择适当的淬火方法可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。

（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。

（3）马氏体分级淬火是将工件加热奥氏体化后浸入温度稍高于或稍低于Ms点的碱浴或盐浴中保持适当时间，在工件整体达到介质温度后取出空冷以获得马氏体的淬火。

这种淬火方法由于工件内外温度均匀并在缓慢冷却条件下完成马氏体转变，大大减小了淬火内应力(比双介质淬火小)，因而有效地减小或防止了工件淬火变形和开裂。

同时还克服了双介质淬火出水入油时间难以控制的缺点。

但对大截面零件难以达到其临界淬火速度。

分级淬火只适用于尺寸较小的工件，如刀具、量具和要求变形很小的精密工件。

若取略低于Ms点的温度，此时由于温度较低，冷却速度较快，等温以后已有相当一部分奥氏体转变为马氏体，当工件取出空冷时，剩余奥氏体发生马氏体转变。

这种淬火方法适用于较大工件的分级淬火。

（4）贝氏体等温淬火它是将奥氏体化后的工件淬入稍高于Ms点温度的盐浴中等温保持足够长时间，使奥氏体全部转变为下贝氏体组织，尔后于空气中冷却的淬火方法，获得综合力学性能。

等温淬火可以显著减小工件变形和开裂倾向，适宜处理形状复杂、尺寸精度要求较高的工具和重要的机器零件，如模具、刀具、齿轮等。

同分级淬火一样，等温淬火也只能适用于尺寸较小的工件。

除了上述几种典型的淬火方法外，近年来还发展了许多提高钢的强韧性的新的淬火工艺，如高温淬火、循环快速加热淬火和亚共析钢的亚温淬火等。

淬透性和淬硬性1）、淬透性合金钢淬透性比碳钢好。

合金元素种类越多，含量越高，淬透性越好。

淬透性好的钢可采用缓和冷却介质，减少变形开裂。

2）、淬硬性含碳量高，淬硬性高。

红粉笔板书：淬透性好的钢，淬硬性不一定高；如20CrMnTi淬硬性高的钢，淬透性不一定好。

如T12加热缺陷及控制一、过热现象我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过热。

粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的变形开裂倾向。

而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料(常为不懂工艺发生的)。

过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶粒细化。

2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有时仍出现粗大颗粒状断口。

产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶接口，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。

3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现象称为组织遗传性。

要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处理。

二、过烧现象加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶界弱化，称为过烧。

钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。

过烧组织无法恢复，只能报废。

因此在工作中要避免过烧的发生。

三、脱碳和氧化钢在加热时，表层的碳与介质(或气氛)中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。

加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质(或气氛)中的氧、二氧化碳、水蒸气等发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。

高温(一般570度以上)工件氧化后尺寸精度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。

为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热(如净化后的惰性气体、控制炉内碳势)、火焰燃烧炉(使炉气呈还原性)四、氢脆现象高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。

出现氢脆的工件通过除氢处理(如回火、时效等)也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。

四、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。

钢回火的目的1.降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。

2.获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大，为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到所需要的韧性，塑性。

3.稳定工件尺寸4.对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火(或正火)后常采用高温回火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。

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[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。

[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。

[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。

回火索氏体的定义及组织特征。

回火索氏体(tempered sorbite)是马氏体于回火时形成的，在在光学金相显微镜下放大500~600倍以上才能分辨出来，其为铁素体基体内分布着碳化物（包括渗碳体）球粒的复合组织。

它也是马氏体的一种回火组织，是铁素体与粒状碳化物的混合物。

此时的铁素体已基本无碳的过饱和度，碳化物也为稳定型碳化物。

常温下是一种平衡组织。

索氏体的定义及组织特征。

索氏体，是在光学金相显微镜下放大600倍以上才能分辨片层的细珠光体(GB/T7232标准)。

其实质是一种珠光体，是钢的高温转变产物，是片层的铁素体与渗碳体的双相混合组织，其层片间距较小（30～80nm ），碳在铁素体中已无过饱和度，是一种平衡组织。