钢淬火与回火知识要点.ppt

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1、 第三章第三章 钢的淬火及回火钢的淬火及回火第一节第一节 淬火的定义、目的、淬火的必要条件淬火的定义、目的、淬火的必要条件1 1、淬火定义：、淬火定义：把钢加热到临界点把钢加热到临界点AcAc3 3或或AcAc1 1以上，保温并随之以大于临界冷以上，保温并随之以大于临界冷却速度却速度V Vk k冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热冷却，以得到介稳状态的马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。处理工艺。2 2、淬火的目的：、淬火的目的：n提高零件的硬度，强度，耐磨性。提高零件的硬度，强度，耐磨性。n结构钢通过淬火，回火获得良好的综合机械性能。结构钢通过淬火，回火获得良好的综合机械性能。n少数

2、工件可以改善钢的物理和化学性能。少数工件可以改善钢的物理和化学性能。3 3、淬火必要条件：、淬火必要条件：n 临界点以上，获得奥氏体；临界点以上，获得奥氏体；n 大于临界冷速，得到马氏体大于临界冷速，得到马氏体或下贝氏体。或下贝氏体。例如：提高高磁钢的磁性；例如：提高高磁钢的磁性；不不锈锈钢钢淬淬火火以以消消除除第第二二相相，从而改善其耐蚀性。从而改善其耐蚀性。第二节第二节 淬火介质淬火介质n淬火介质：淬火介质：为实现淬火目的用的冷却介质。为实现淬火目的用的冷却介质。n理想淬火介质理想淬火介质：n在在A1A1650650缓慢冷却，缓慢冷却，以减少热应力；以减少热应力；n在过冷奥氏体最不稳定区在

3、过冷奥氏体最不稳定区域（域（650650400400），快速），快速冷却；冷却；n而在而在M MS S附近的温度区域冷附近的温度区域冷速比较缓慢，它可以减少淬速比较缓慢，它可以减少淬火内应力，避免淬火变形开火内应力，避免淬火变形开裂。裂。一、淬火介质的冷却作用一、淬火介质的冷却作用1 1、分类、分类（1 1）按聚集状态分类：）按聚集状态分类：n淬火介质有固态、液态、气态。淬火介质有固态、液态、气态。n最最常常用用介介质质为为液液态态介介质质，淬淬火火时时不不仅仅发发生生传传热热作作用用，还还会会产生物态变化，因此过程较为复杂。产生物态变化，因此过程较为复杂。（2 2）按液态淬火介质是否具有物态

4、变化：）按液态淬火介质是否具有物态变化：n分为有物态变化的和无物态变化的。分为有物态变化的和无物态变化的。2 2、有有物物态态变变化化的的淬淬火火介介质质淬淬火火冷冷却却过过程程可可分分为为三三个个阶阶段段：（1 1）蒸气膜阶段：）蒸气膜阶段：工工件件表表面面产产生生大大量量过过热热蒸蒸汽汽，紧紧贴贴工工件件形形成成连连续续的的蒸蒸汽汽膜膜；冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。冷却主要靠辐射传热，冷却速度较缓慢。（2 2）沸腾阶段：进一步冷却时，工件放出的热量减少，蒸汽膜厚）沸腾阶段：进一步冷却时，工件放出的热量减少，蒸汽膜厚度减薄并在越来越多的地方破裂，使工件与液体直接接触，并度减薄并在越来

5、越多的地方破裂，使工件与液体直接接触，并形成大量气泡逸出。冷却速度较快，取决于淬火介质的汽化热，形成大量气泡逸出。冷却速度较快，取决于淬火介质的汽化热，汽化热越大，从工件带走的热量越多，冷却速度也越快。汽化热越大，从工件带走的热量越多，冷却速度也越快。（3 3）对流阶段：当工件表面的温度降至介质的沸点或分解温度以）对流阶段：当工件表面的温度降至介质的沸点或分解温度以下时，工件的冷却主要靠介质的对流进行，随工件和介质间的下时，工件的冷却主要靠介质的对流进行，随工件和介质间的温差减小，冷速也逐渐降低，此时对流传热起主导作用温差减小，冷速也逐渐降低，此时对流传热起主导作用3、无物态变化的淬火介质：、

6、无物态变化的淬火介质：l淬火冷却主要靠对流散热。淬火冷却主要靠对流散热。l温度较高时辐射散热占有很大比例，也有传导传热。温度较高时辐射散热占有很大比例，也有传导传热。二、淬火介质冷却特性的测定二、淬火介质冷却特性的测定淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度淬火介质冷却能力最常用的表示方法是所谓的淬火烈度H H。1 1、概念：、概念：规规定定静静止止水水的的淬淬火火烈烈度度H H1 1，其其它它淬淬火火介介质质的的淬淬火火烈烈度度由由与与静静止水的冷却能力比较而得。止水的冷却能力比较而得。2 2、实质：、实质：l反反映映钢钢内内部部的的热热传传导导系系数数以以及及钢钢与与介介质质间间的

7、的给给热热系系数数的的关关系系，即淬火介质的冷却能力。即淬火介质的冷却能力。l注注意意：不不同同淬淬火火介介质质，在在工工件件淬淬火火过过程程中中其其冷冷却却能能力力是是变变化化的。几种常见淬火介质的淬火烈度的。几种常见淬火介质的淬火烈度H H，如下表所示。，如下表所示。三、常用淬火介质及其冷却特性三、常用淬火介质及其冷却特性1 1水：水：具有良好的物理化学性能，而且来源丰富，价格便宜。具有良好的物理化学性能，而且来源丰富，价格便宜。冷却特性：冷却特性：（1 1）水的冷却速度）水的冷却速度l在在65065040000温度范围内的冷却速度较小；温度范围内的冷却速度较小；l在马氏体转变温度区的冷却

8、速度特别快。在马氏体转变温度区的冷却速度特别快。不同温度纯水的冷却特性（2 2）水温对冷却特性影响很大）水温对冷却特性影响很大 随水温提高，水的冷却速度降低。随水温提高，水的冷却速度降低。（3 3）循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。）循环水的冷却能力大于静止水的冷却能力。不同温度纯水的冷却特性 2 2碱或盐的水溶液碱或盐的水溶液n水水中中溶溶入入盐盐、碱碱等等物物质质，减减少少了了蒸蒸汽汽膜膜的的稳稳定定性性，使使蒸汽膜阶段缩短，特性温度提高从而加速冷却速度。蒸汽膜阶段缩短，特性温度提高从而加速冷却速度。n食食盐盐水水溶溶液液在在食食盐盐浓浓度度较较低低时时随随食食盐盐浓浓度度的的增增加加

9、而而提提高，冷速均大于纯水的。高，冷速均大于纯水的。n碱溶液也具有很高的冷却能力，随温度提高冷却能碱溶液也具有很高的冷却能力，随温度提高冷却能力降低，工件表面银白色、好的外观，但腐蚀严重。力降低，工件表面银白色、好的外观，但腐蚀严重。3 3油油冷却能力比水差，油的冷却冷却能力比水差，油的冷却过程也具有三个阶段。过程也具有三个阶段。(1)(1)在高温区冷却速度低；在高温区冷却速度低；(2)(2)油在油在500500350350间间冷却速度最快。冷却速度最快。(3)(3)油在低温区（油在低温区（350350下）冷速较慢。下）冷速较慢。(4)(4)油在油在20208080使用，使用，对工件冷速影响不

10、大。对工件冷速影响不大。4 4有机物的水溶液及乳化液。有机物的水溶液及乳化液。n水的冷却能力很大，但冷却特性很不理想；水的冷却能力很大，但冷却特性很不理想；n油的冷却特性比较理想，但其能确能力有小一些；油的冷却特性比较理想，但其能确能力有小一些；n因因此此需需要要寻寻找找冷冷却却能能力力介介于于两两者者之之间间，而而冷冷却却特特性性又比较理想的介质。又比较理想的介质。l有有机机物物的的水水溶溶液液是是较较理理想想的的淬淬火火介介质质，即即在在水水中中加加入有机物或矿物盐，改变（降低）水的冷却性能。入有机物或矿物盐，改变（降低）水的冷却性能。l常用的有聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂。常用的有

11、聚乙二醇水溶液，并加入一定的防蚀剂。l工工业业生生产产中中常常用用乳乳化化液液，是是矿矿物物油油与与水水经经强强烈烈搅搅拌拌及及振振动动而而成成。冷冷却却能能力力可可通通过过调调配配浓浓度度来来调调节节。常常用用于表面淬火。于表面淬火。第三节 钢的淬透性一一.淬透性的概念及影响因素淬透性的概念及影响因素1 1概念：概念：钢材被淬透的能力，或者说淬火时获得马氏体钢材被淬透的能力，或者说淬火时获得马氏体的能力。的能力。n不不同同的的钢钢种种，淬淬透透性性是是不不同同的的，因因此此工工件件表表面面到到内内部的截面上淬成马氏体组织的厚度也不同；部的截面上淬成马氏体组织的厚度也不同；n淬淬成成马马氏氏体

12、体组组织织的的厚厚度度越越大大，表表示示该该钢钢中中的的淬淬透透性性愈高。愈高。n这这种种马马氏氏体体组组织织厚厚度度通通常常称称为为硬硬化化层层厚厚度度或或淬淬透透深深度、淬硬层深度等。度、淬硬层深度等。2 2淬透性与淬硬性的区别淬透性与淬硬性的区别（1 1）淬透性）淬透性n概念：系指淬火时获得马氏体的难易程度；概念：系指淬火时获得马氏体的难易程度；n影影响响因因素素：主主要要和和钢钢的的过过冷冷奥奥氏氏体体的的稳稳定定性性有有关或者说与钢的临界淬火冷却速度有关，关或者说与钢的临界淬火冷却速度有关，n淬透性是钢材本身固有的一个属性。淬透性是钢材本身固有的一个属性。（2 2）淬硬性）淬硬性n概

13、念：是指淬成马氏体可得到的硬度，概念：是指淬成马氏体可得到的硬度，n影响因素：主要和钢中含碳量有关。影响因素：主要和钢中含碳量有关。n淬硬性是钢淬火后获得马氏体的最高硬度。淬硬性是钢淬火后获得马氏体的最高硬度。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3 3影响钢的淬透性的因素影响钢的淬透性的因素(1)(1)钢的化学成分钢的化学成分 过共析钢过共析钢在正常淬火温度区间（低于在正常淬火温度区间（低于AcAccmcm温度）加热温度）加热n含含碳碳量量低低于于1%1%的的钢钢，随随含含碳碳量量的的升升高高，临临界界冷冷速速降降低低，淬透性提高；淬透性提高；n含含碳碳量量高高于于1%1%的的

14、钢钢，随随含含碳碳量量的的增增加加，单单调调下下降降,淬淬透性降低。透性降低。钢钢在高于在高于AcAc3 3或或AcAccmcm加热加热随着含碳量的增加，临界冷速降低，淬透性增加。随着含碳量的增加，临界冷速降低，淬透性增加。合金元素合金元素的影响的影响除除CoCo、TiTi、ZrZr以以外外，大大多多数数合合金金元元素素溶溶入入奥奥氏氏体体后后使使C C曲线右移，提高钢的淬透性。曲线右移，提高钢的淬透性。2 2奥氏体晶粒度的影响奥氏体晶粒度的影响 奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高，奥氏体晶粒尺奥氏体晶粒尺寸增大，淬透性提高，奥氏体晶粒尺寸对珠光体转变的延迟作用比贝氏体的大。寸对珠光体转变的延迟作

15、用比贝氏体的大。3 3奥氏体化温度奥氏体化温度 不仅可以促进奥氏体晶粒增大，而且可以促使碳化不仅可以促进奥氏体晶粒增大，而且可以促使碳化物及其它非金属夹杂物溶入，并使奥氏体成分均匀化，物及其它非金属夹杂物溶入，并使奥氏体成分均匀化，这将提高过冷奥氏体的稳定性，从而提高淬透性。这将提高过冷奥氏体的稳定性，从而提高淬透性。4 4第二相的存在和分布第二相的存在和分布 奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在，以奥氏体中未溶的非金属夹杂物和碳化物的存在，以及大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬及大小和分布，影响过冷奥氏体的稳定性，从而影响淬透性。透性。5 5钢的原始组织的影响钢的原始组织的影

16、响n钢钢的的原原始始组组织织中中，由由于于珠珠光光体体的的类类型型（片片状状或或粒粒状状）及及弥弥散散度度的的不不同同，在在奥奥氏氏体体化化时时，将将会会影影响响到到奥奥氏氏体体的的均均匀匀性性，从从而而影影响响到到钢钢的淬透性。的淬透性。n碳碳化化物物愈愈细细小小，溶溶入入奥奥氏氏体体愈愈迅迅速速，从从而而有有利于提高钢的淬透性。利于提高钢的淬透性。第五节第五节 确定淬火工艺规范的原则淬火工确定淬火工艺规范的原则淬火工艺方法及应用艺方法及应用淬淬火火工工艺艺规规范范包包括括淬淬火火加加热热方方式式、加加热热温温度度、加加热热时时间、冷却介质及冷却方式等。间、冷却介质及冷却方式等。确定规范的依

17、据确定规范的依据n工件图纸及技术要求工件图纸及技术要求;n所用材料牌号所用材料牌号;n相变点相变点;n过冷奥氏体等温或连续冷却曲线过冷奥氏体等温或连续冷却曲线;n端淬曲线端淬曲线;n原始组织原始组织;n加工工艺路线。加工工艺路线。一、淬火加热方式及加热温度的确定原则一、淬火加热方式及加热温度的确定原则1 1、加热方式、加热方式n保护气氛或盐浴加热。保护气氛或盐浴加热。n装炉方式：装炉方式：l一般是热炉装料。一般是热炉装料。l对对尺尺寸寸较较大大，形形状状复复杂杂高高合合金金钢钢件件采采用用预预热热（预预热炉）或分段式加热炉加热。热炉）或分段式加热炉加热。2 2、淬火加热温度、淬火加热温度 主要

18、根据钢的相变点确定。主要根据钢的相变点确定。亚共析钢加热温度为亚共析钢加热温度为AcAc3 3+30+305050 ；原因：原因：n若在若在AcAc1 1AcAc3 3加热，则加热，则得到得到A+FA+F两相组织两相组织,淬火冷淬火冷却后却后,铁素体保存下来，铁素体保存下来，导致硬度不均匀导致硬度不均匀,强度和强度和硬度降低。硬度降低。n若在若在AcAc3 3以上以上30305050加加热得到热得到A A组织，冷却后得组织，冷却后得到细小的马氏体，强度和到细小的马氏体，强度和硬度较高。硬度较高。n若加热温度在在若加热温度在在AcAc3 3以以上上,得到粗大的奥氏体晶得到粗大的奥氏体晶粒，冷却后

19、得到粗大马氏粒，冷却后得到粗大马氏体，降低强度和硬度。体，降低强度和硬度。例题：例题：已知已知4545钢，钢，AcAc1 1=730,AC=730,AC3 3=780,=780,试确定其淬火加热温度，并分析原因。试确定其淬火加热温度，并分析原因。过共析钢过共析钢AcAc1 1+30+305050O OC C原因：原因：n若加热温度在若加热温度在AcAc1 1AcAccmcm之间之间,得到细小的奥氏体得到细小的奥氏体晶粒和未溶解碳化物晶粒和未溶解碳化物,淬淬火后得到隐晶马氏体和颗火后得到隐晶马氏体和颗粒状碳化物，提高强度、粒状碳化物，提高强度、硬度和耐磨性。硬度和耐磨性。n若加热温度高于若加热温

20、度高于AcAccmcm，碳化物溶解，得到粗大的碳化物溶解，得到粗大的奥氏体晶粒，并且含碳量奥氏体晶粒，并且含碳量增加；增加；l一方面，淬火后得到粗大的片状马氏体（孪晶马氏体），显微一方面，淬火后得到粗大的片状马氏体（孪晶马氏体），显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。l另一方面，由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后另一方面，由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。例题：例题：已知已知T12T12钢，钢，AcAc1 1=730,AC=730,ACcmcm=82

21、0,=820,试确定其淬火加热温度，并分析原因。试确定其淬火加热温度，并分析原因。l在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度在工件尺寸大，加热速度快的情况下，淬火温度可取可取AcAc3 3+50+508080；l另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高的加热温度，细晶粒钢高的加热温度，细晶粒钢AcAc3 3+100+100。l形状复杂件，易变形工件，加热速度较慢，淬火形状复杂件，易变形工件，加热速度较慢，淬火温度取下限。温度取下限。l考虑原始组织时，考虑原始组织时，l如果先共析铁素体比较大或珠光体片间距较大，如果先共析铁素体比较大或珠光体片间距较

22、大，为加速奥氏体的均匀化过程，为加速奥氏体的均匀化过程，淬火温度取高一些。淬火温度取高一些。l对合金含量较高的钢，为加速合金碳化物的溶解，对合金含量较高的钢，为加速合金碳化物的溶解，合金元素（均匀化）合金元素（均匀化）,采用较高的淬火加热温度。采用较高的淬火加热温度。二、淬火加热时间的确定原则=D k 式中，为加热时间，单位min；为加热系数，单位min/mm；K:装炉修正系数；D:零件有效厚度，单位mm。n可查表得到，根据工件直径以及加热温度确定。nK:依装炉量而定。通常为2.0 min/mm。n工件有效厚度计算如下：l圆柱体取直径；正方形截面取边长；板件取板厚；l长方形截面取短边；套筒类工

23、件取壁厚；l圆锥体取离小头2/3长度处直经；l球体取球径的倍。保温时间的确定三、淬火介质及冷却方式的选择与确定、淬火介质及冷却方式的选择与确定1 1、满满足足工工件件淬淬透透层层深深度度要要求求的的前前提提下下，选选择择淬火烈度最低的淬火介质。淬火烈度最低的淬火介质。2 2、在在被被淬淬火火钢钢的的过过冷冷奥奥氏氏体体最最不不稳稳定定区区有有足足够够的的冷冷却却能能力力，而而在在马马氏氏体体转转变变区区冷冷却却速速度度却又很缓慢。却又很缓慢。3 3、淬淬火火介介质质在在使使用用过过程程中中，应应该该稳稳定定长长期期使使用用，存存放放；不不易易变变质质，价价格格低低廉廉，来来源源丰丰富富，无毒，

24、无环境污染。无毒，无环境污染。1 1单液淬火法单液淬火法n概念：把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介概念：把已加热到淬火温度的工件淬入一种淬火介质，使其完全冷却。如曲线质，使其完全冷却。如曲线a a所示。所示。四、淬火方法及其应用四、淬火方法及其应用n特点：特点：u操作简单；操作简单；u易产生淬火应易产生淬火应力，导致工件变力，导致工件变形或开裂。形或开裂。n适用条件适用条件：l适用于形状简单的碳钢，合金钢工件；适用于形状简单的碳钢，合金钢工件；l对碳钢直径大于对碳钢直径大于3 35mm5mm的工件水中淬火，更小的可采的工件水中淬火，更小的可采用油淬；用油淬；l各类合金钢则以油为常用淬火介质

25、。各类合金钢则以油为常用淬火介质。2 2双液淬火法双液淬火法n概念：把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强概念：把加热到淬火温度的工件，先在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近的淬火介质中冷却至接近M MS S点，然后转入冷却能力弱点，然后转入冷却能力弱的淬火介质中冷却至室温。的淬火介质中冷却至室温。如曲线如曲线b所示。所示。n特点：特点：l保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度。保证了获得较高的硬度层和淬硬层深度。l可减小内应力及防止发生淬火开裂。可减小内应力及防止发生淬火开裂。l分级淬火的停留时间难把握。分级淬火的停留时间难把握。n说明：说明：一一般般用用水水做做快快冷冷淬淬火火介介质质，用用油油

26、或或空空气气做做慢慢冷冷淬淬火火介介质质，但但较较少少采采用用空空气气，在在水水中中停停留留时时间间为为每每5 56mm6mm有效厚度约有效厚度约1 1秒。秒。n适用条件适用条件：尺寸较大的碳素钢工件。尺寸较大的碳素钢工件。3 3喷射淬火法喷射淬火法n概念：向工件喷射水流的淬火方法。概念：向工件喷射水流的淬火方法。n说明：说明：l水流可大可小，视所要求的淬火深度而定；水流可大可小，视所要求的淬火深度而定；l用用此此法法，不不会会在在工工件件表表面面形形成成蒸蒸汽汽膜膜，能能保保证比普通水中淬火更深的淬硬层；证比普通水中淬火更深的淬硬层；l水流应细密，工件上下运动或旋转。水流应细密，工件上下运动

27、或旋转。n适用条件：适用条件：l 主要用于局部淬火。主要用于局部淬火。4 4分级淬火法分级淬火法n概概念念：把把工工件件由由奥奥氏氏体体化化温温度度淬淬入入高高于于该该钢钢种种的的马马氏氏体体开开始始转转变变温温度度的的淬淬火火介介质质（盐盐浴浴或或碱碱浴浴炉炉）中中，在在其其中中冷冷却却直直至至工工件件各各部部分分温温度度达达到到淬淬火火介介质质的的温温度度，然然后后缓缓冷冷至至室室温温，发发生生马马氏氏体体转转变变。如如曲曲线线C C所示。所示。n特点：特点：减减少少了了热热应应力力，且且马马氏氏体体转转变变前前工工件件各各部部分分温温度度已已趋于均匀，因而马氏体转变的不同时现象也减少。趋

28、于均匀，因而马氏体转变的不同时现象也减少。n说明：说明：l淬淬火火介介质质的的温温度度（分分级级温温度度）可可高高于于或或略略低低于于马马氏氏体开始转变温度；体开始转变温度；l当当淬淬火火介介质质的的温温度度低低于于马马氏氏体体转转变变开开始始温温度度时时，由由于于温温度度比比较较低低，冷冷却却较较剧剧烈烈，故故可可用用于于较较大大工工件件的的淬火。淬火。l各各种种碳碳素素工工具具钢钢和和合合金金工工具具钢钢（M MS S=200=200250250）淬淬火火时时，分分级级温温度度选选择择在在250250附附近近，但但更更经经常常选选用用120120150150，甚至甚至100100 。n适用

29、条件：适用条件：只适用于尺寸较小的工件。只适用于尺寸较小的工件。5 5等温淬火法等温淬火法 概概念念：工工件件淬淬火火加加热热后后，若若长长期期保保持持在在下下贝贝氏氏体体转转变变区区的的温温度度使使之之完完成成奥奥氏氏体体的的等等温温转转变变，获获得得下下贝贝氏氏体体组织，这种淬火方法称等温淬火法。如曲线组织，这种淬火方法称等温淬火法。如曲线d d所示。所示。n等等温温淬淬火火与与分分级级淬淬火火的的区区别别在在于于前前者者是是获获得得下下贝贝氏氏体组织。体组织。n等等温温淬淬火火目目的的：获获得得变变形形小小，硬硬度度高高并并兼兼有有良良好好韧韧性的工件。性的工件。n原原因因：下下贝贝氏氏

30、体体的的硬硬度度较较高高，而而韧韧性性又又好好，在在等等温温淬淬火火时时，冷冷却却又又较较慢慢，贝贝氏氏体体的的比比容容也也比比较较小小，热热应应力力、组组织织应应力力均均很很小小，所所以以形形状状变变形形和和体体积积变变形形也较小。也较小。n等温淬火所用淬火介质与分级淬火相同。等温淬火所用淬火介质与分级淬火相同。n等温时间的确定：等温时间的确定：l可根据心部冷却至等温温度所需时间；可根据心部冷却至等温温度所需时间；l再加再加“C”C”曲线在该温度完成等温转变所需时间而定。曲线在该温度完成等温转变所需时间而定。n等温后一般采用空冷。等温后一般采用空冷。第六节第六节 钢的回火钢的回火概述概述1

31、1、回火概念：、回火概念：将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度，保温将淬火零件重新加热到低于临界点某一温度，保温后空冷到室温的热处理工艺称为回火。后空冷到室温的热处理工艺称为回火。回火时的转变称为回火转变。回火时的转变称为回火转变。2 2、回火原因、回火原因 淬火后得到的是马氏体或马氏体与残余奥氏体，淬火后得到的是马氏体或马氏体与残余奥氏体，在室温下为亚稳定状态，都趋于向铁素体加渗碳体在室温下为亚稳定状态，都趋于向铁素体加渗碳体（碳化物）的稳定状态变化。（碳化物）的稳定状态变化。3 3、回火目的：回火目的：l减少或消除内应力，放止变形和开裂；减少或消除内应力，放止变形和开裂；l获得稳定组织；

32、获得稳定组织；l提高塑性、韧性，获得硬度、强度、塑性与韧性的适当配提高塑性、韧性，获得硬度、强度、塑性与韧性的适当配合。合。一、淬火钢在回火时的组织转变一、淬火钢在回火时的组织转变(一一)、马氏体中碳原子的偏聚、马氏体中碳原子的偏聚l马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe-Fe中的过饱和固溶体，存在于体心立方中的过饱和固溶体，存在于体心立方扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马氏扁八面体中的碳原子将使晶体点阵产生严重畸变，使马氏体处于不稳定状态。体处于不稳定状态。l为了降低能量，在为了降低能量，在100100左右，碳原子就偏聚于位错或孪左右，碳原子就偏聚于位错或孪晶界面，或板条界，形成微小的

33、碳的富集区。晶界面，或板条界，形成微小的碳的富集区。例如：含碳例如：含碳0.21%0.21%的的Fe-CFe-C合金，奥氏体化后淬火，合金，奥氏体化后淬火，150150回火回火1010分钟，用原子探针测得分钟，用原子探针测得基底含碳基底含碳0.03%0.03%，而板条马氏，而板条马氏体的条界碳含量为体的条界碳含量为0.42%0.42%，说明淬火或回火过程中，碳偏，说明淬火或回火过程中，碳偏聚于板条。聚于板条。(二二)、马氏体的分解、马氏体的分解l此过程发生在温度高于此过程发生在温度高于100100时，随回火温度的升高及时时，随回火温度的升高及时间的延长，富集区的碳原子发生有序化然后转变为碳化物

34、。间的延长，富集区的碳原子发生有序化然后转变为碳化物。l高碳钢在在高碳钢在在350350以下回火时，以下回火时，马氏体分解后形成的低碳马氏体分解后形成的低碳相和相和弥散弥散碳化物组成的复相组织称碳化物组成的复相组织称为回火马氏体。为回火马氏体。l在光学显微镜下呈黑色针状。在光学显微镜下呈黑色针状。(三三)、残余奥氏体的转变、残余奥氏体的转变l残余奥氏体在残余奥氏体在250250300300间回火时发生分解；间回火时发生分解；l残余残余A A分解成分解成为为碳化物和过饱和碳化物和过饱和，但组织仍是，但组织仍是回火马氏体（或回火马氏体（或下贝氏体）；下贝氏体）；l在回火第二阶段中，残余在回火第二阶

35、段中，残余A A转变为转变为回火马氏体回火马氏体的同的同时，时，M M还在继续分解；还在继续分解；lM M的继续分解会使钢的硬度降低，但由于较弱的残的继续分解会使钢的硬度降低，但由于较弱的残余余A A转变成较硬的下贝氏体，因此钢的硬度并没有转变成较硬的下贝氏体，因此钢的硬度并没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。明显降低，但淬火内应力进一步减小。(四四)、碳化物的转变、碳化物的转变l马氏体分解及残余奥氏体转变形成的马氏体分解及残余奥氏体转变形成的碳化物是亚稳定碳化物是亚稳定的过渡相。当回火温度升高到的过渡相。当回火温度升高到250250400400时，时，碳化物碳化物则向更稳定的碳化物转变。则

36、向更稳定的碳化物转变。l碳钢中比碳钢中比碳化物稳定的碳化物由两种：一种是碳化物稳定的碳化物由两种：一种是x x碳化碳化物，分子式物，分子式FeFe5 5C C2 2，具有单斜晶格。另一种是更稳定的，具有单斜晶格。另一种是更稳定的碳化物，即渗碳体碳化物，即渗碳体。含含C1.34%高高碳碳马马氏氏体体回回火火时时三三种种碳碳化化物物的的析析出出范范围围 l当回火温度升高到当回火温度升高到400400以后，淬火马氏体完全分解，但以后，淬火马氏体完全分解，但相相仍保持针状外形，先前形成的仍保持针状外形，先前形成的碳化物以及碳化物以及碳化物此时碳化物此时已经消失，全部转变为已经消失，全部转变为碳化物，即

37、渗碳体。碳化物，即渗碳体。l当回火温度升高到当回火温度升高到400 400 以上时，片状渗碳体长以上时，片状渗碳体长度和宽度之比逐渐缩小，度和宽度之比逐渐缩小，最终形成细小的粒状渗碳最终形成细小的粒状渗碳体。体。l这种由针状这种由针状相和细颗相和细颗粒状渗碳体组成的机械混粒状渗碳体组成的机械混合物称为回火屈氏体合物称为回火屈氏体。(五五)渗碳体的聚集长大以及渗碳体的聚集长大以及相再结晶相再结晶l当回火温度超过当回火温度超过600600时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化。时，细粒状渗碳体迅速聚集并粗化。l在碳化物聚集长大的同时，在碳化物聚集长大的同时，相状态在不断变化。相状态在不断变化。l当回火温度

38、为当回火温度为400400600600时，由于马氏体分解、碳化物转变时，由于马氏体分解、碳化物转变以及聚集长大，使以及聚集长大，使相的晶格畸变大大减少，因此残余应力相的晶格畸变大大减少，因此残余应力基本消除。基本消除。碳含量为碳含量为0.3%钢回火时钢回火时第一类内应力的变化第一类内应力的变化l l在回火过程中，在回火过程中，在回火过程中，在回火过程中，相也会发生相也会发生回复与再结晶。回复与再结晶。回复与再结晶。回复与再结晶。n在在400400以上时，开始回复，即板条界的位错通过攀移、滑以上时，开始回复，即板条界的位错通过攀移、滑移而消失。位错密度下降，板条合并、变宽。移而消失。位错密度下降

39、，板条合并、变宽。n当亚结构为孪晶时，经当亚结构为孪晶时，经400400回火后也消失，但片状特征仍回火后也消失，但片状特征仍存在。存在。n在在600600以上时，开始再结晶，以上时，开始再结晶，位错密度低的板条块长大，形位错密度低的板条块长大，形成多边形（等轴）铁素体晶粒成多边形（等轴）铁素体晶粒和粗粒状碳化物的机械混合物，和粗粒状碳化物的机械混合物，称为回火索氏体称为回火索氏体 。n孪晶马氏体在孪晶马氏体在600600以上回火以上回火时，片状特征也消除，得到回时，片状特征也消除，得到回火索氏体。火索氏体。总结：总结：淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织：淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同

40、的组织：l350350以下回火，得到针状以下回火，得到针状相相+碳化物，即回火碳化物，即回火马氏体马氏体 (碳化物存在于板条或片内碳化物存在于板条或片内)，记作，记作M M；l400400500500回火，得到针状回火，得到针状相相+细粒状细粒状碳化物，碳化物，即回火屈氏体记作即回火屈氏体记作T T；l500500650650回火，得到多边形回火，得到多边形相相+粗粒状粗粒状碳化碳化物，即回火索氏体，记作物，即回火索氏体，记作SS。共析碳钢淬火回火后的组织与性能共析碳钢淬火回火后的组织与性能回火组织回火组织组织本质组织本质主要性能特点主要性能特点回火马氏体回火马氏体碳在碳在-Fe-Fe中的中的

41、过饱和固溶体与过饱和固溶体与弥散的弥散的碳化物碳化物组成的复相组织组成的复相组织保持马氏体的高硬度和耐磨性，但脆保持马氏体的高硬度和耐磨性，但脆性有所降低，塑性和韧性提高。性有所降低，塑性和韧性提高。回火屈氏体回火屈氏体保持马氏体形态保持马氏体形态的铁素体与细粒的铁素体与细粒状渗碳体的复相状渗碳体的复相组织组织高的弹性极限，较高的屈服强度高的弹性极限，较高的屈服强度回火索氏体回火索氏体多边形（或等轴）多边形（或等轴）铁素体和粒状渗铁素体和粒状渗碳体的复相组织碳体的复相组织良好的综合力学性能良好的综合力学性能思考：1、回火屈氏体是否可以称为屈氏体？二者有何区别？2、回火索氏体是否可以称为索氏体？

42、二者有何区别？转变产物转变产物珠光体型珠光体型珠光体珠光体索氏体索氏体屈氏体屈氏体粒状珠光体粒状珠光体符号符号P PS ST TP P粒粒转变温度转变温度（）A A1 1650650650650600600600600550550A A1 1650650组织本质组织本质奥氏体发生共析反应生成的铁素体和渗碳体的混合物奥氏体发生共析反应生成的铁素体和渗碳体的混合物相变类型相变类型扩散型扩散型组织形态组织形态层片状层片状细层片细层片状状极细层片极细层片状状在铁素体基体上分布着粒状在铁素体基体上分布着粒状FeFe3 3C C硬度硬度HRCHRC101025252525353535354242比片状珠光

43、体硬度低比片状珠光体硬度低其它性能特点其它性能特点片层间距越小，强度和塑性片层间距越小，强度和塑性越好越好与片状珠光体比较，强度低，与片状珠光体比较，强度低，而塑性、韧性好而塑性、韧性好珠光体的组织与性能珠光体的组织与性能二、回火时机械性能的变化二、回火时机械性能的变化 各种碳钢淬火后在回火时机械性能的变各种碳钢淬火后在回火时机械性能的变化基本相似；化基本相似；总的趋势是随着回火温度升高，硬度和总的趋势是随着回火温度升高，硬度和强度降低，塑性和韧性升高。强度降低，塑性和韧性升高。三、回火的种类三、回火的种类 按回火温度的不同，回火可分以下三种：按回火温度的不同，回火可分以下三种：低温回火：低温

44、回火：150150C C250250C C 中温回火：中温回火：350350C C500500C C 高温回火：高温回火：500500C C650650C C 1 1、低温回火（、低温回火（150150250250）C C l目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力,减少减少钢的脆性。硬度为钢的脆性。硬度为58-64HRC58-64HRC。l组织：回火马氏体组织：回火马氏体l应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件。件。2 2、中温回火（、中温回火（3503505005

45、00）C C l目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为又称弹性处理。硬度为35-45HRC.35-45HRC.l组织：回火屈氏体组织：回火屈氏体l应用：弹性零件及热锻模具等应用：弹性零件及热锻模具等。3 3、高温回火（、高温回火（500500650650）C C l 目的：获得良好的综合力学性能。目的：获得良好的综合力学性能。硬度为硬度为25-35HRC.25-35HRC.l 组织：回火索氏体。组织：回火索氏体。l 应用：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。应用：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。淬火加随后的高温淬火加随后的高温回火也称为调质处理。回火也称为调质处理。中碳钢（中碳钢（C C）亦称为调质钢。）亦称为调质钢。