第3章钢的热处理工艺与实践PPT讲稿.ppt

第3章钢的热处理工艺与实践第1页，共127页，编辑于2022年，星期二热处理的分类热处理的分类热处理热处理普普 通通热处理热处理表表 面面热处理热处理退火退火;正火正火;淬火淬火;回火回火;表面淬火表面淬火 化化 学学 热处理热处理感应加感应加热淬火热淬火火焰加火焰加热淬火热淬火渗碳渗碳;渗氮渗氮;碳氮共渗碳氮共渗;第2页，共127页，编辑于2022年，星期二钢的普通热处理工艺钢的普通热处理工艺毛坯生产毛坯生产 预备热处理预备热处理 机械加机械加工工 最终热处理最终热处理 机械精加工机械精加工预备热处理预备热处理:退火退火;正火正火最终热处理最终热处理:淬火淬火;回火回火一般零件生产的工艺路线一般零件生产的工艺路线:第3页，共127页，编辑于2022年，星期二3.1 3.1 钢的退火与正火钢的退火与正火 l机械零件的一般加工工艺为：机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）毛坯（铸、锻）预预 备热处理备热处理机加工机加工最终热处理。最终热处理。l退火与正火主要用于退火与正火主要用于预备热处理预备热处理，只有当，只有当工件性能要求不高时工件性能要求不高时才作为最终热处理。才作为最终热处理。第4页，共127页，编辑于2022年，星期二一、退火一、退火一、退火一、退火l将钢加热至适当温度将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却保温，然后缓慢冷却(炉冷炉冷)的热处理工艺的热处理工艺叫做叫做退火退火。l1、退火目的、退火目的l调调整整硬硬度度，便便于于切切削削加加工工。适适合合加加工工的的硬硬度度为为170-250HB。l 消除内应力，消除内应力，防止加工中变形。防止加工中变形。l 细化晶粒，为最终热处理作组织准备。细化晶粒，为最终热处理作组织准备。真空退火炉真空退火炉第5页，共127页，编辑于2022年，星期二2.种类种类退火退火重结晶重结晶退退 火火低温低温退火退火完全退火完全退火扩散退火扩散退火球化退火球化退火再结晶退火再结晶退火去应力退火去应力退火普通退火普通退火等温退火等温退火普通球化普通球化 退退 火火等温球化等温球化 退退 火火第6页，共127页，编辑于2022年，星期二3.1.1 第一类退火第一类退火进行第一类退火的目的，可以是：使钢的成分均匀进行第一类退火的目的，可以是：使钢的成分均匀化；进行再结晶，降低硬度；消除残余应力等。化；进行再结晶，降低硬度；消除残余应力等。进行第一类退火的加热温度，可能高于相变温进行第一类退火的加热温度，可能高于相变温度（度（A1和和A3临界点），也可能低于相变温度，这临界点），也可能低于相变温度，这要取决于进行退火的目的。要取决于进行退火的目的。第一类退火中包括：均匀化退火（扩散退火）；第一类退火中包括：均匀化退火（扩散退火）；再结晶退火；高温回火；消除残余应力退火。再结晶退火；高温回火；消除残余应力退火。第7页，共127页，编辑于2022年，星期二1.均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）为了降低树枝偏析，晶内偏析，合金钢铸锭为了降低树枝偏析，晶内偏析，合金钢铸锭要进行扩散退火。偏析（成分的不均匀性）的存要进行扩散退火。偏析（成分的不均匀性）的存在，钢锭在压力加工时，有可能产生脆性断裂，在，钢锭在压力加工时，有可能产生脆性断裂，性能的各向异性，产生层状断口，白点（细小裂性能的各向异性，产生层状断口，白点（细小裂纹）等缺陷。纹）等缺陷。扩散退火的加热温度是扩散退火的加热温度是11001200第8页，共127页，编辑于2022年，星期二 扩散退火将得到粗大的晶粒，要在随后扩散退火将得到粗大的晶粒，要在随后钢锭的压力加工中或随后的热处理过程中再钢锭的压力加工中或随后的热处理过程中再消除这种缺陷。消除这种缺陷。第9页，共127页，编辑于2022年，星期二2 再结晶退火再结晶退火 先将迸行过冷塑性变形的钢加热到高先将迸行过冷塑性变形的钢加热到高于再结晶开始温度，在这个温度下保温，随于再结晶开始温度，在这个温度下保温，随后冷却，这种处理过程称为后冷却，这种处理过程称为“再结晶退火再结晶退火”。再结晶退火经常用于冷变形工序之间，是为再结晶退火经常用于冷变形工序之间，是为了消除冷作硬化的一种中间工序。了消除冷作硬化的一种中间工序。第10页，共127页，编辑于2022年，星期二3.为了降低硬度的高温回火（高温软化）为了降低硬度的高温回火（高温软化）高温回火通常指的是淬火后的一道工序，它不是退火。高温回火通常指的是淬火后的一道工序，它不是退火。在冶金厂，为了降低硬度，轧制型材要迸行在冶金厂，为了降低硬度，轧制型材要迸行650700 的高的高温回火。温回火。对高合金钢来说，实际上不存在珠光体，高温回火是唯一能对高合金钢来说，实际上不存在珠光体，高温回火是唯一能够降低其硬度的热处理方法。够降低其硬度的热处理方法。第11页，共127页，编辑于2022年，星期二4 消除残余应力退火消除残余应力退火 消除应力退火用于铸件，焊接件，切消除应力退火用于铸件，焊接件，切削加工后的零件等，在进行前一道工序的过削加工后的零件等，在进行前一道工序的过程中，在零件中由于不均匀的冷却，不均匀程中，在零件中由于不均匀的冷却，不均匀的塑性变形等产生了残余应力。的塑性变形等产生了残余应力。第12页，共127页，编辑于2022年，星期二l3.1.2第二类退火工艺第二类退火工艺l1.完全退火完全退火l将工件加热到将工件加热到Ac3+3050保保温后缓冷的退火温后缓冷的退火工艺，工艺，主要用于主要用于亚共析钢亚共析钢.第13页，共127页，编辑于2022年，星期二l2.等温退火等温退火l亚共析钢加热到亚共析钢加热到Ac3+3050,共析共析、过共析钢加热到过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢时间，更适合于孕育期长的合金钢.高速钢等温退火与普通退火的比较高速钢等温退火与普通退火的比较第14页，共127页，编辑于2022年，星期二l3.球化退火（不完全退火）球化退火（不完全退火）l球化退火球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。l它是将工件加热到它是将工件加热到Ac1+30-50 保温后保温后缓冷，或者加热后冷却缓冷，或者加热后冷却到略低于到略低于 Ar1 的温度下的温度下保温，使珠光体中的渗保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共主要用于共析、过共析钢。析钢。第15页，共127页，编辑于2022年，星期二l球化退火的组织为铁素体基球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称组织，称球状珠光体球状珠光体,用用P球球表示。表示。球状珠光体球状珠光体l对于有网状二次渗碳体的对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应过共析钢，球化退火前应先进行正火，以消除网状先进行正火，以消除网状.第16页，共127页，编辑于2022年，星期二l3.1.3正火正火l正火是将正火是将亚共析钢亚共析钢加热到加热到Ac3+30 50，共析钢共析钢加热到加热到Ac1+3050，过共析钢过共析钢 加热到加热到Accm+30 50保温保温 后后空冷空冷的工艺。的工艺。l正火比退火冷却速度大。正火比退火冷却速度大。l1、正火后的组织：、正火后的组织：0.6%C时，组织为时，组织为F+S；0.6%C时，组织为时，组织为S。正火温度正火温度第17页，共127页，编辑于2022年，星期二正正火火第18页，共127页，编辑于2022年，星期二l2、正火的目的、正火的目的l 对于低、中碳钢对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。，目的与退火的相同。l 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。退火作组织准备。l 普通件最终热处普通件最终热处理。理。l要改善切削性能，要改善切削性能，低低碳钢用正火，中碳钢碳钢用正火，中碳钢用退火或正火用退火或正火,高碳钢高碳钢用球化退火用球化退火.热处理与硬度关系热处理与硬度关系合适切削加工硬度合适切削加工硬度第19页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2 3.2 钢的淬火钢的淬火l淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速速 度冷却，使奥氏体转变为度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺马氏体的热处理工艺.l淬火是应用最广的热处理淬火是应用最广的热处理工艺之一。工艺之一。l淬火目的是为获得马氏体淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能组织，提高钢的性能.真空淬火炉真空淬火炉第20页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2.13.2.1淬火温度淬火温度淬火温度淬火温度l1、碳钢、碳钢l 亚共析钢亚共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac3+30-50。l预备热处理组织为预备热处理组织为退火退火或正火组织或正火组织。第21页，共127页，编辑于2022年，星期二l亚共析钢淬火组织：亚共析钢淬火组织：l 0.5%C时为时为Ml 0.5%C时为时为M+A。65MnV钢钢(0.65%C)淬火组织淬火组织45钢钢(含含0.45%C)正常淬火组织正常淬火组织第22页，共127页，编辑于2022年，星期二l在在Ac1 Ac3之间的加热淬火之间的加热淬火称称亚温淬火亚温淬火。35钢（含钢（含0.35%C）亚温淬火组织）亚温淬火组织l亚温淬火组织为亚温淬火组织为F+M，强硬度低，强硬度低，但塑韧性好但塑韧性好.第23页，共127页，编辑于2022年，星期二l 共析钢共析钢l淬火温度为淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为淬火组织为M+A。第24页，共127页，编辑于2022年，星期二l 过共析钢过共析钢l淬火温度淬火温度:Ac1+30-50.l温度高于温度高于Accm，则奥氏体晶，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高粒粗大、含碳量高,淬火后淬火后马氏体晶粒粗大马氏体晶粒粗大、A量增多。量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。性、变形开裂倾向增加。l淬火组织淬火组织:M+Fe3C颗粒颗粒+A。(预备组织为预备组织为P球球)T12钢（含钢（含1.2%C）正常淬火组织）正常淬火组织第25页，共127页，编辑于2022年，星期二l2、合金钢、合金钢l由由于于多多数数合合金金元元素素(Mn、P除除外外)对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大有有阻碍作用，因而阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高合金钢淬火温度比碳钢高。l 亚共析钢亚共析钢淬火温度为淬火温度为Ac3+50100。l 共析钢、过共析钢共析钢、过共析钢淬火温度为淬火温度为Ac1+50100。钢坯加热钢坯加热第26页，共127页，编辑于2022年，星期二温温 度度(C)名名 称称Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Ac1+3050共析钢共析钢Ac1+3050过共析钢过共析钢第27页，共127页，编辑于2022年，星期二 M+Fe3CII+A残残 Ac1+3050过共析钢过共析钢 M+A残残 Ac1+3050 共析钢共析钢 M+A残残 Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5%M Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5%最终组织最终组织淬火温度淬火温度()钢种钢种过共析钢过共析钢 M+Fe3CII +A，硬度大。，硬度大。A中中C%M 脆性脆性，残余，残余A%淬火温度低淬火温度低 M细小，淬火应力小。细小，淬火应力小。热处理后的组织热处理后的组织第28页，共127页，编辑于2022年，星期二 总加热时间等于热透到最终温度的时间加上在这个总加热时间等于热透到最终温度的时间加上在这个温度下等温的时间。温度下等温的时间。在实践中，经常使用经验数据，电炉加热时，亚共在实践中，经常使用经验数据，电炉加热时，亚共析钢工件的截面或壁厚每析钢工件的截面或壁厚每1mm采用采用4575秒，而在盐炉秒，而在盐炉加热则采用加热则采用1520秒。秒。3.2.2 钢奥氏体化的加热时间钢奥氏体化的加热时间第29页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2.33.2.3淬火介质淬火介质l理想的冷却曲线应只在理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小理想淬火曲线示意图理想淬火曲线示意图MsMf 内应力的目的。但目前还内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。没有找到理想的淬火介质。l常用淬火介质是水和油常用淬火介质是水和油.l水的冷却能力强，但低水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。于形状简单的碳钢件。冷却速度：冷却速度：盐水盐水 水水 盐浴盐浴 油油第30页，共127页，编辑于2022年，星期二l油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。l熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间熔盐作为淬火介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。复杂件的分级淬火和等温淬火。l聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.第31页，共127页，编辑于2022年，星期二 名 称 最大冷却速度时平均冷却速度/(s-1)所在温度/冷却速度 /(s-1)650550 300200 20静止水34077513545040静止水28554511041060静止水2202758018510%NaCl 溶液58020001900100010%NaOH 溶液560283027507752010号机油43023060658010号机油4302307055203号锭子油50012010050常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却介质第32页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2.4 3.2.4 钢的淬透性与淬硬性钢的淬透性与淬硬性网带式淬火炉网带式淬火炉l淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。l是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。第33页，共127页，编辑于2022年，星期二1.1.淬透性的概念淬透性的概念淬透性的概念淬透性的概念(Hardenability of steel)M量和硬度随量和硬度随深度的变化深度的变化l淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。小是用规定条件下淬硬层深度来表示。l淬硬层深度淬硬层深度是指由工是指由工件表面到半马氏体区件表面到半马氏体区(50%M+50%P)的深度。的深度。第34页，共127页，编辑于2022年，星期二2.2.影响淬透性的因素影响淬透性的因素影响淬透性的因素影响淬透性的因素l钢的淬透性取决于临界冷却钢的淬透性取决于临界冷却速度速度Vk，Vk越小，淬透性越小，淬透性越高。越高。lVk取决于取决于C曲线的位置，曲线的位置，C 曲线越靠右，曲线越靠右，Vk越小。越小。l因而凡是影响因而凡是影响C曲线的因素都是影响淬透性的因素曲线的因素都是影响淬透性的因素.即即除除Co 外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。提高。第35页，共127页，编辑于2022年，星期二1.定义：定义：是指钢在淬火后所能达到的是指钢在淬火后所能达到的最最 高硬度，高硬度，即硬化能力即硬化能力.2.影响钢的淬硬性的因素：影响钢的淬硬性的因素：主要取决于主要取决于 马氏体的马氏体的含碳量。含碳量。3.钢的淬硬性钢的淬硬性(Hardening of steel)第36页，共127页，编辑于2022年，星期二工件淬硬层与冷却速度的关系工件淬硬层与冷却速度的关系第37页，共127页，编辑于2022年，星期二4.淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系淬透性与淬硬层深度的关系 l同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。工工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。l淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同它只用于不同材料之间材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。定的。第38页，共127页，编辑于2022年，星期二淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素结构钢碳素结构钢(20)小小高高碳素工具钢碳素工具钢(T10A)大大低低低碳合金结构钢低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢(Cr12MoV)5.淬硬性与淬透性之间的关系淬硬性与淬透性之间的关系第39页，共127页，编辑于2022年，星期二 钢经淬火时，由于工件表面和心部不钢经淬火时，由于工件表面和心部不能均匀的冷却所产生的内应力称为能均匀的冷却所产生的内应力称为“热应力热应力”由于工件整体内发生马氏体转变所引起由于工件整体内发生马氏体转变所引起的体积增大和不均匀性而引起的内应力称为的体积增大和不均匀性而引起的内应力称为“组织应力组织应力”。3.2.5 淬火内应力淬火内应力第40页，共127页，编辑于2022年，星期二 如果内应力的大小大于金属本身的强度，并且在金属如果内应力的大小大于金属本身的强度，并且在金属的塑性比较低的情况下，内应力就不能以塑性变形的形式的塑性比较低的情况下，内应力就不能以塑性变形的形式减小，这就要引起裂纹的形成，在表面上的拉应力更加危减小，这就要引起裂纹的形成，在表面上的拉应力更加危险，因为拉应力能够形成裂纹，并降低钢的疲劳极限，拉险，因为拉应力能够形成裂纹，并降低钢的疲劳极限，拉应力主要是由组织应力产生的，因此，就需要尽量减小这应力主要是由组织应力产生的，因此，就需要尽量减小这种拉应力。淬火温度愈高，所产生的拉应力就愈大，在马种拉应力。淬火温度愈高，所产生的拉应力就愈大，在马氏体转变的温度范围内，冷却速度愈快，所产生的拉应力氏体转变的温度范围内，冷却速度愈快，所产生的拉应力也愈大。这样，为了减小组织应力，希望在马氏体转变的也愈大。这样，为了减小组织应力，希望在马氏体转变的温度范围内慢冷，和淬火的加热温度不能过高。因此，在温度范围内慢冷，和淬火的加热温度不能过高。因此，在淬火的实际操作中就采取了一些具体的措施。淬火的实际操作中就采取了一些具体的措施。第41页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2.6 淬火方法淬火方法 1.单液淬火 所谓单液淬火，即在一种冷却剂中冷却所谓单液淬火，即在一种冷却剂中冷却到室温（图到室温（图3.6）。这种淬火方法适用于碳）。这种淬火方法适用于碳钢和合金钢制造的几何形状简单的零件。碳钢和合金钢制造的几何形状简单的零件。碳钢可用水作为淬火介质，尺寸较小的碳钢零钢可用水作为淬火介质，尺寸较小的碳钢零件和合金钢零件则用油作为淬火介质。件和合金钢零件则用油作为淬火介质。对一些几何形状复杂的零件，为了减对一些几何形状复杂的零件，为了减小变形，避免裂纹的产生，就得采用其它的小变形，避免裂纹的产生，就得采用其它的淬火操作方法。淬火操作方法。第42页，共127页，编辑于2022年，星期二3.2.63.2.6淬火方法淬火方法l采用不同的淬火方法可采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。弥补介质的不足。l1、单液淬火法、单液淬火法l加热工件在一种介质中加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火连续冷却到室温的淬火方法。方法。l操作简单，易实现自操作简单，易实现自动化。动化。各种淬火方法示意图各种淬火方法示意图1单液淬火法单液淬火法2双液淬火法双液淬火法3分级淬火法分级淬火法4等温淬火法等温淬火法第43页，共127页，编辑于2022年，星期二l2、双液淬火法、双液淬火法l工件先在一种冷却能力强工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体较弱的介质中发生马氏体转变的方法。转变的方法。如水淬油冷，如水淬油冷，油淬空冷油淬空冷.l优点是冷却理想，缺点优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状是不易掌握。用于形状复杂的碳钢件及大型合金钢件。复杂的碳钢件及大型合金钢件。第44页，共127页，编辑于2022年，星期二l3、分级淬火法、分级淬火法l在在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。取出缓冷。l可减少内应力，用于小尺寸可减少内应力，用于小尺寸工件。工件。盐浴炉盐浴炉第45页，共127页，编辑于2022年，星期二l4、等温淬火法、等温淬火法l将工件在稍高于将工件在稍高于 Ms 的盐浴或的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火而获得下贝氏体组织的淬火方法。方法。l经等温淬火零件具有良好的经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小综合力学性能，淬火应力小.l适用于形状复杂及要求较高适用于形状复杂及要求较高的小型件。的小型件。第46页，共127页，编辑于2022年，星期二5.局部淬火法局部淬火法 为了避免工件其它部分产生变形或开裂，即可用局部淬为了避免工件其它部分产生变形或开裂，即可用局部淬火火 6.冷处理冷处理把淬火冷却得到室温以下（如把淬火冷却得到室温以下（如-7080）的热处理。）的热处理。第47页，共127页，编辑于2022年，星期二l不同冷却条件下的转变产物不同冷却条件下的转变产物等温退火等温退火P退火退火(炉冷炉冷)正火正火(空冷空冷)S(油冷油冷)T+M+A等温淬火等温淬火B下下M+A分级淬火分级淬火M+A淬火淬火(水冷水冷)A1MSMf时间时间温温度度淬火淬火PP均匀均匀A细细A？第48页，共127页，编辑于2022年，星期二3.3 3.3 钢的回火钢的回火l回火回火是指将淬火钢加热到是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷以下的某温度保温后冷却的工艺。却的工艺。l回火的目的回火的目的l1、减少或消除淬火内应、减少或消除淬火内应力力,防止变形或开裂防止变形或开裂.l2、获得所需要的力学性能。、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。回火可调整硬度、韧性。螺杆表面的螺杆表面的淬火裂纹淬火裂纹第49页，共127页，编辑于2022年，星期二l3、稳定尺寸。、稳定尺寸。淬火淬火M和和A都是非平衡组织，有自发向平衡都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使组织转变的倾向。回火可使M与与A转变为平衡或接近平衡转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。的组织，防止使用时变形。l4、对于某些高淬透性的钢、对于某些高淬透性的钢，空冷即可淬火，如采用，空冷即可淬火，如采用 回火软化既能回火软化既能降低硬度降低硬度，又能，又能缩短软化周期缩短软化周期。l未经淬火的钢回火无意义，未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂。过程中易变形或开裂。钢经钢经淬火后应立即进行回火淬火后应立即进行回火。第50页，共127页，编辑于2022年，星期二3.3.13.3.1、回火种类、回火种类、回火种类、回火种类l根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。淬火加高温回火的热处理称作淬火加高温回火的热处理称作调质处理调质处理，简称，简称调质调质.广泛用于广泛用于各种结构件如轴、各种结构件如轴、齿轮齿轮等热处理。也可作为等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等要求较高精密件、量具等预备热处理。预备热处理。适用于各种适用于各种高碳高碳钢钢、渗碳件渗碳件及及表表面淬火件面淬火件。应用应用获得良好的综合力学性能，获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。具有良好的塑性和韧性。提高提高 e及及 s，同时使工件具同时使工件具有一定韧性有一定韧性。在保留高硬度、在保留高硬度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时，降低内应力降低内应力。回火目的回火目的S回回 T回回 M回回 回火组织回火组织500-650350-500150-250 回火温度回火温度 高温回火高温回火 中温回火中温回火 低温回火低温回火 适用于适用于弹簧弹簧热处理热处理第51页，共127页，编辑于2022年，星期二 钢经淬火之后得到马氏体组织，具有最高硬度。由于钢的硬度主要取决于钢中的含碳量，而合金元素对钢的硬度影响不大。不同含碳量的碳钢经淬火后，所得到的最高硬度见图3.7。3.3.2 钢的回火曲线钢的回火曲线第52页，共127页，编辑于2022年，星期二图3.7各种碳钢的回火曲线1-15；2-20；3-25；4-35；5-40；6-45；7-50；8-60；9-T7、T8；10-T9、T11、T13第53页，共127页，编辑于2022年，星期二 含碳量0.15%的15号钢，通常不作为淬火钢使用，但在20世纪的60年代前后，开始采用薄截面尺寸的15号钢小零件进行淬火。淬火温度通常采用900，盐水或碱性水溶液中冷却，淬火后最高硬度可达到38HRC。含碳量0.45的45号钢淬火后最高硬度可达到55HRC。含碳量0.60%的60号钢淬火后的最高硬度可达到60HRC以上。含碳量大于0.60以上的碳钢，淬火后由于残余奥氏体的存在，其宏观硬度是马氏体硬度和残余奥氏体硬度的平均值。马氏体中的含碳量愈高，其硬度值也就愈大。残余奥氏体是软相，淬火后钢中残余奥氏体愈多，其硬度值要愈低。第54页，共127页，编辑于2022年，星期二 回火温度与硬度呈反比关系，其基本规律是随着回火温度的升高。硬度要降低，那么，在回火温度和硬度的坐标中就可以得到我们所说的“回火曲线”。每一种钢都有一条自己所固有的回火曲线。从回火曲线中能够比较更客观地反映出每一种钢的变化规律，并把这种规律很方便地运用到回火的实践中，这就要在找出它们之间变化规律的同时，还要找出他们之间的变化特点。第55页，共127页，编辑于2022年，星期二 这种过程的第一个特点是温度与硬度的变化中，两者之间所得到的结果往往偏差很大，（高硬度的零件，每次测量的硬度值能较接近，低硬度时，就可能偏差较大）。这是由于钢的含碳量本身就存在一个含碳量范围，另外，在回火的过程中，炉膛温度的准确性，补偿导线，热电偶和温度测量仪表的准确性，这些因素都直接影响到热处理的结果。硬度计的准确性，测量硬度的操作者本身的素质，这些都要直接影响到所测定硬度值的正确性。出现偏差是正常的，它并不影响到回火过程中温度与硬度直接变化规律的客观存在。如果我们把回火曲线用一条折线的形式来表示，就是为了对回火过程中不可避免的误差所引起的硬度值偏差的一种补偿。为了叙述方便起见，把几种有代表性的钢的回火曲线（折线）表示在图3.8中。第56页，共127页，编辑于2022年，星期二图3.8不同淬火钢的回火曲线1-40；2-40Cr；3-4Cr13第57页，共127页，编辑于2022年，星期二 从回火曲线中可以看出，不管是碳钢，还是合金钢，在一条回火曲线上都存在着两个不同转变速度的阶段，即低温阶段与高温阶段。由低温阶段到高温阶段的开始温度不同，它取决于钢的化学成分。对碳钢来说，这个开始转变温度在250左右，对合金钢来说，这个开始转变温度与合金元素的含量有关，随着合金元素含量的增多，开始转变温度就推移到更高的温度，所以各种合金钢的开始转变温度并不相同。第58页，共127页，编辑于2022年，星期二 从回火曲线中还可以看到这样一个特点，即高碳钢和一些合金钢（含碳化物形成元素的钢），在由低温转变阶段到高温转变阶段之间出现硬度升高（二次硬度）使残余奥氏体转变为马氏体。出现二次硬度的温度也和钢的化学成分有关。对碳钢来说在100左右，对1Cr13,2Cr13,3Cr13,4Cr13等高鉻钢在400450的范围内，对W18Cr4V高速钢来说在560回火时出现硬度的最高值。低温回火阶段，硬度降低不多（45HRC）,高温回火阶段，则随着回火温度的升高，硬度急剧地按直线（可以看成是一条近似的实际直线）下降。第59页，共127页，编辑于2022年，星期二 如果能够总结出一个最简单的计算方法，使进行回火的实际操作者便于掌握，对热处理的生产是有用的。通过多种钢回火曲线的建立，可以总结出这样一个近似的回火温度的计算公式：即 T回C-K*HRC 式中，T回所要计算的回火温度 C常数，每一种钢的常数是一定的，它取决于钢的化学成分 K系数，其具体含义是每下降1HRC需要升高几的温度 HRC零件所要求的硬度范围，取其中间值 在建立回火曲线的基础上，可以求出各种钢的常数C。各种碳钢的常数C如表3-1所示。第60页，共127页，编辑于2022年，星期二表表3-1 3-1 碳钢相应常数表碳钢相应常数表 碳钢钢号 相应的常数C(/)15650 20690 25730 35800 40 840 45 870 50900 60 930 T7、T8 950 T9T13970第61页，共127页，编辑于2022年，星期二 从表3.1可以看出，常数C与钢中的含碳量有关，随着钢中含碳量的增多，常数C的数值就增大，这种增大也不是按比例的增大，而是随着钢中含碳量的增多，其差值就愈来愈小。每种合金钢的常数C也不相同，如表3-2所示，一些高合金钢的常数C如表3-3所示。第62页，共127页，编辑于2022年，星期二表表3-2 3-2 合金钢相应常数表合金钢相应常数表合金钢钢号相应的常数C(/)合金钢钢号相应的常数C(/)15Cr7006CrSi91025CrMnSiA8009CrSi94018CrNiWA790CrMn92030CrMnSiA850CrW597030Cr2Ni2A900CrWMn94038CrA80065Mn88040Cr82050CrV87040CrNi830GCr6,GCr991040CrNiMoA8805CrNiMo,5CrMnMo90030CrMnSiNiA890第63页，共127页，编辑于2022年，星期二表表3-3 3-3 高合金钢相应常数表高合金钢相应常数表高合金钢钢号相应的常数C(/)Cr12,Cr12W9403Cr2W8V9301Cr138602Cr138803Cr139004Cr13920Cr17Ni28209Cr181000W18Cr4V1080第64页，共127页，编辑于2022年，星期二 对碳钢来说，回火曲线的高温阶段，斜率接近一样。这样，对所有的碳钢来说，K=12，即每降低1HRC的硬度需升高12的温度。对一些合金钢来说，K=10。对一些高合金钢来说，K=8。我们知道了，所有钢的低温阶段硬度都降低不多（45HRC）。高温阶段硬度与回火温度之间的变化规律都可以用t回C-KHRC这个公式进行计算。例如，一个45号钢的零件，要求2832 HRC的硬度，需在什么温度下进行回火。把45号钢的常数C和系数K代入公式，即t回870-12/HRC30 HRC510。这种硬度要求用510回火即可。这里，在计算时，可取其硬度要求的中间值。第65页，共127页，编辑于2022年，星期二 进行回火时，首先得确定选用多少温度进行回火。回火温度的选择是回火过程中一个十分重要的环节。若回火温度选择不当（偏高或偏低），就得不到预想的结果。若回火温度偏低，回火后的硬度就会偏高，就需要再提高回火温度进行第二次回火；若回火温度偏高，回火后的硬度就会偏低，则需要重新淬火和再降低温度回火。要得到所需要的硬度，就需要选择恰当的回火温度。用热处理的方法强化零件，淬火达到最高硬度（强度），而进行恰当的回火才能消除内应力，得到所要求的结构强度。3.3.3 回火温度的选择回火温度的选择第66页，共127页，编辑于2022年，星期二 回火温度是根据零件的硬度（强度）要求而确定的，它与零件的尺寸大小和几何形状无关，而与零件的化学成分有关。相应的回火温度下得到相应的硬度值，回火温度的选择可用计算公式进行计算。对零件的硬度要求通常在45HRC的范围。回火温度一般是在20的范围内变化。第67页，共127页，编辑于2022年，星期二从炉子到达所需要的回火温度后，到零件的出炉，这段时间称为“保温时间”。保温是为了保证零件能够烧透，使零件的表面层和心部都能进行转变结束。保温时间的长短与零件的几何形状无关，而与零件的尺寸大小和化学成分有关。小零件需要较短的保温时间，大零件就需要较长的保温时间。所谓小零件，大零件是指零件截面尺寸的大小。碳钢需要较短的保温时间，而合金钢则需要较长的时间。保温时间与回火温度有关，低温回火需要较长的保温时间，高温回火即需要较短的保温时间。保温时间与加热方式有关，即与采用的加热设备有关。通常是按照表3-4所示方法计算保温时间的。3.3.4 保温时间的确定保温时间的确定第68页，共127页，编辑于2022年，星期二表表3-4 3-4 不同加热设备中各回火温度下的保温时间表不同加热设备中各回火温度下的保温时间表加热设备回火温度保温时间盐炉300以下2h（以便消除内应力）300-4801530min480以上3min每1mm条件厚度0.5min箱式炉或回火炉300以下2h每1mm条件厚度1min30040020min每1mm条件厚度1min400以上10min每1mm条件厚度1min油槽2h每1mm条件厚度1min第69页，共127页，编辑于2022年，星期二 合金钢，特别是高合金钢比碳钢需要较长的保温时间。从保证回火后性能要求考虑，回火的保温时间宁长勿短，但也不能过长。过长，就必然拖长生产周期，消耗能源，影响生产效率，同时又会加剧零件表面的氧化与脱碳，对质量又不利。所谓条件厚度，就是零件的实际厚度乘上形状系数。第70页，共127页，编辑于2022年，星期二 通常采用油炉，烘箱，坩锅硝盐炉，坩通常采用油炉，烘箱，坩锅硝盐炉，坩锅式碱槽，立式空气循环电炉，箱式电炉回锅式碱槽，立式空气循环电炉，箱式电炉回火。火。3.3.5 加热设备的选择加热设备的选择第71页，共127页，编辑于2022年，星期二 零件回火后，可采用水冷，油冷或空气中冷却。从避免内应力的产生来说，零件回火后应该缓慢冷却，以避免由于冷却速度快而重新产生内应力和变形。碳钢零件回火后，一般都是放在静止（不作人工强制空气流通）空气中冷却。但对某些合金钢，如铬钢，铬锰钢，铬锰硅钢，硅锰钢等，在400600回火后，在慢冷（炉冷或空气中冷却）条件下，要产生第二类回火脆性，为了避免第二类回火脆性的产生，这种钢在高温回火后，应该在水中或油中冷却。3.3.6 冷却介质的选择冷却介质的选择第72页，共127页，编辑于2022年，星期二3.3.7 光亮回火光亮回火 伴随着热处理过程所同时发生的氧化与脱碳过程是不可避免的，但也是可以避免的。通常对小而薄的零件，如螺栓，卡箍等零件采用盐浴炉加热淬火。盐浴炉避免了淬火加热过程中所形成的氧化，然后用碱浴炉进行回火，这样的回火后就可以得到光亮的表面。零件热处理前可以加工到最终使用尺寸，不需要留余量。第73页，共127页，编辑于2022年，星期二 这个工艺过程是：盐浴炉加热淬火后，零件进行除油，并放到高于60的热水中清洗，随后把零件放入低于150的温度的烘箱中烘干10分钟左后。然后按热处理要求的加热温度和保温时间放入碱浴炉中进行回火。从碱浴炉中取出后要立即放入高于60的热水中进行冷却，避免在冷却过程中发生氧化作用，这就可以得到光亮的表面。然后再继续清洗掉零件表面上的碱，并放入25NaNO2水溶液中钝化25分钟，随后在100150的烘箱中烘干1030分钟，就可以得到光亮的零件表面。第74页，共127页，编辑于2