第五章钢铁热处理

第五章钢铁热处理将钢在固态下，加热到一定温度，经过保温，适当的冷却速度冷却，以改变其内部组织，从而获得所需性能的工艺方法。

调整钢的化学成分或对其实施改性处理是改善钢的使用性能和工艺性能的主要途径。

利用加热、保温、冷却的方法，改变材料的组织与结构，达到改变材料性能的工艺过程称为热处理。

意义：合适的热处理是让材料达到希望的性能，有时是为了便于进行加工，有时让材料满足工作条件的要求。

它是合理使用材料、充分发挥材料潜力必不可少方法。

热处理过程中材料处于固态下，但内部都有不同程度的固态转变发生。

根据加热和冷却及应用特点的不同，常用的热处理方法的大致分类有：第一节钢在加热时的组织转变一、转变温度相变点二、奥氏体的形成过程及影响因素１、奥氏体形成的基本过程（1）奥氏体晶核的形成（2）奥氏体晶核的长大（3）剩余渗碳体的溶解（4）奥氏体晶核的均匀化1.奥氏体是同时消耗两相来长大；2.实际上总是铁素体先消失，随后残余渗碳体的溶解；3.奥氏体的均匀化，各处的碳浓度都达到平均成分，随后所含其它合金元素经扩散达到成分均匀；4.在铁素体和渗碳体的交界处形成奥氏体的核心；5.亚(过)共析钢中过剩相的溶解(温度达到AC3或Accm以上)。

２、影响奥氏体转变的因素（1）加热温度；（2）加热速度；（3）化学成分；（4）原始组织。

（二）影响奥氏体晶粒长大的因素1、加热温度2、化学成分1)保温温度愈高，保温时间长，奥氏体长大速度快，长大的时间多，晶粒变粗；2)原始组织，固相转变组织的遗传性，珠光体细小，奥氏体的晶粒也细小；片状比球状细小，非平衡组织往往也可得到细小的奥氏体晶粒。

3)合金元素(成分)①含碳量增加，奥氏体转变加快，生长时间多，奥氏体晶粒的长大倾向增加；②碳化物形成元素(Ti、V、Ta、Nb、Zr、W、Mo、Cr)和碳结合力强，阻碍碳的扩散可阻碍奥氏体晶粒生长；③不和碳作用而溶入基体元素(Si、Ni、Cu)对奥氏体晶粒生长无明显的影响；④Co、P、Mn对奥氏体晶粒的长大有加速作用。

4)加热速度速度快用的时间少，转变在较高温度，形核率高，最终晶粒尺寸较细小。

第二节钢在冷却时的组织转变一、过冷奥氏体的等温冷却转变过冷奥氏体：钢奥氏体化后，从高温冷却到A1以下，此时奥氏体并不立即转变，而处于热力学不稳定状态，把这种存在于A1温度以下暂未发生转变的不稳定奥氏体称为过冷奥氏体。

等温冷却：将钢迅速过冷到临界点(Ar1)以下某一温度，使奥氏体保持在该温度下进行转变。

连续冷却：将钢以某一固定速度不停顿地冷却(到室温)，使奥氏体在连续降温的过程种转变。

（一）共析钢过冷奥氏体等温转变图的建立等温转变曲线；C曲线TTT曲线Temperature Time Transformation孕育期（二）过冷奥氏体转变产物的组织型态和性能1、珠光体型转变珠光体P索氏体S托氏体T2、贝氏体型转变BFe3C与含碳过饱和的铁素体的两相机械混合物上贝氏体550℃~350℃下贝氏体350℃~Ms3、马氏体转变碳在α-Fe中的过饱和间隙固溶体。

（１）、马氏体转变的特点一个温度范围速度极快无扩散不完全体积急剧膨胀（２）马氏体的形态及性能片状马氏体Wc＞1.0%板条状马氏体Wc＜0.2%（三）影响C曲线的因素1、含碳量2、合金元素3、加热温度和保温时间的影响二、过冷奥氏体的连续冷却转变图（一）共析钢的连续冷却转变图的建立（CCT）（二）连续冷却转变曲线（CCT）图的分析二、连续冷却转变CCT图与等温转变图TTT的比较三、第三节钢的整体热处理一、退火将钢加热到一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。

（一）完全退火与等温退火（二）球化退火（三）均匀化退火（扩散退火）（四）去应力退火和再结晶退火二、正火将钢加热至Aｃ３或Aｃｃｍ以上３０～５０℃，保温后在静止空气中冷却至室温的热处理工艺。

三、淬火将钢加热至Aｃ３或Aｃ１以上３０～５０℃，保温一定时间后，快速冷却的热处理工艺。

淬火：将钢加热到临界点以上，保温一定时间进行奥氏体化，然后快速冷却到Ms点以下，发生马氏体转变的热处理工艺，叫作“淬火”。

目的：钢的淬火组织主要是马氏体，可以提高钢的高硬度，保证高的耐磨性和承受高的接触应力。

虽然马氏体不是热处理所要得到的最终组织，但马氏体再经过适当的回火，可以得到需要的组织和使用性能，最终达到理想的热处理目的。

(一）淬火加热温度的选定淬火加热温度的确定应以获得晶粒细小、成分均匀的奥氏体为原则，以便得到细小的马氏体组织。

１、亚共析钢加热温度Ac3+（30~50）℃２、过共析钢加热温度Ac１+（30~50）℃（二）淬火加热时间的确定η＝αKD理想的淬火冷却速度为了保证得到多的马氏体，冷却速度应该大于临界冷却速度Vk；为防止零件变形、开裂，冷却应慢一些。

所以理想的冷却速度如图，开始冷却可以慢一些，在快要发生组织转变时快冷，以躲开鼻子尖，随后又可以慢冷让马氏体转变慢慢的进行。

盐水、碱水10－15％的NaCl水溶液这是最强的冷却介质。

清水直接冷却和沸腾的蒸汽冷却，冷却能力也很强。

碱浴、硝盐浴熔融的氢氧化钠、硝酸盐、亚硝酸盐导热能力很强，在120－180℃以上的高温下有好的冷却能力。

矿物油冷却能力约为水的1/4－1/8，用于奥氏体较稳定钢，如大多数合金钢，可以有效防止零件的变形开裂。

（四）淬火方法1、单液淬火2、双介质淬火3、马氏体分级淬火4、贝氏体等温淬火5、深冷处理（五）淬火工件易出现的问题及其预防１、淬火后硬度不足或不均匀２、工件变形及开裂四、回火将淬火后的钢加热至Aｃ1以下某一温度，保温一定时间取出空冷或油冷的热处理工艺。

目的：消除应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整性能。

（二）回火的分类及应用1、低温回火（１５０～２５０）℃2、中温回火（３５０～５００）℃3、高温回火（５００～６５０）℃调质五、钢的淬透性与淬硬性１、淬透性与淬硬性的区别淬透性：钢件在淬火时能获得淬硬层深度淬硬性：钢件在正常淬火时获得马氏体组织所能达到的最高硬度。

２、影响淬透性的因素化学成分；淬火温度和保温时间３、淬透性的测定临界淬透直径法；末端淬透法４、淬透性的应用估算淬硬层深度；根据淬硬层深度选择材料第四节钢的表面热处理机械零件在服役时，常常要求表面与心部具有不同的力学性能，能更好的发挥材料的潜力作用。

例如在机械中常用的齿轮，表面承受巨大的接触应力，希望有高的硬度来提高其耐磨性和接触疲劳抗力，同时又要传递动力，齿部经受弯曲疲劳，要求材料有高的韧性，但一般材料当硬度高时韧性就差，然而若材料表面具有高硬度，心部有高的韧性就可以兼顾二者的需求，内燃机的曲轴也是同样的情况，传递动力且轴颈处耐磨。

达到材料表面和心部具有不同性能的方法可能多种，一种是相同的材料，表面和心部经过不同方式的热处理；另一种方法是通过改变材料表面成分的方法来达到具有不同的性能，以下分别介绍之。

一、表面淬火1、概述基本原理：首先对零件进行整体热处理，让零件心部达到要求的性能，例如轴、机床齿轮类先，进行调质，再利用快速加热的方法，只将工件的部分表层奥氏体化，然后淬火。

表面淬火不改变材料的化学成分，只表面获得马氏体组织，得到强化和硬化，心部组织并不发生变化，保持高的韧性。

（１）表面淬火工艺（２）表面淬火用钢（３）表面淬火加热方法2、感应加热表面淬火（１）感应加热的基本原理涡流（２）感应加热淬火的特点（３）表面淬火的技术条件第五节钢的化学热处理一、概述１、化学热处理慨念既改变表面组织，又改变表面化学成分的热处理。

２、化学热处理的基本过程二、滲碳１、渗碳的目的及用途２、渗碳用钢３、渗碳方法（１）气体渗碳法（２）固体渗碳法、化学热处理种类三、氮化（滲氮）锻造→退火→粗加工→调质→半精加工→去应力退火→粗磨→氮化→精磨或研磨四、碳氮共渗（氰化）五、常规表面热处理与化学热处理工艺的比较第六节铸铁的热处理一、普通灰铸铁的热处理1、去应力退火2、软化退火3、表面淬火二、球墨铸铁的热处理1、退火2、正火3、调质4、等温淬火第七节热处理与机械零件设计的关系一、热处理对零件结构形状的要求1、避免尖角、棱角2、避免厚薄相差悬殊3、采用对称、封闭结构4、采用组合结构二、热处理对切削加工工艺的要求１、合理安排冷热加工工序２、预留加工余量３、减小工件表面粗造度三、热处理技术条件的标注１、热处理技术条件代号及表示方法２、整体热处理零件的标注方法３、局部热处理的标注用T12钢制造的钢锉要求62~64HRC，其工艺路线为：下料→正火→球化退火→机加工→淬火→低温回火→校直第七章合金钢第一节合金钢的基本知识一、合金钢的分类及编号1、合金钢的分类2、合金钢的编号合金结构钢、两位数字＋元素符号＋数字＋···18Cr2Ni4W 38CrMoAlA合金工具钢、一位数字＋元素符号＋数字＋···9SiCr编号例外的钢GCr15 W18Cr4V Y12。