第4章金属材料热处理

淬火可以使钢件获得马氏体或贝氏体组织， 以提高钢的力学性能。淬火是强化钢件的 最主要而且是最常用的热处理方法。
4.2.1 淬火加热温度和加热时间
亚共析钢的淬火加热温度为Ac3+（30-50）℃， 淬火后的组织为均匀细小的马氏体。
过共析钢的淬火加热温度为Ac1+（30-50）℃， 淬火后的组织为均匀细小的马氏体和粒状二次 渗碳体，有利于增加钢的硬度和耐磨性。如果 加热温度过高，则二次渗碳体将全部溶入奥氏 体，使马氏体转变温度降低，淬火组织中残余 奥氏体增多，粒状渗碳体减少，使钢的硬度和 耐磨性降低，同时由于加热温度高，晶粒粗大， 使钢的脆性增大，并增加变形和开裂倾向。
根据热处理的目的要求和工艺方法的不同， 热处理可分为三大类：
1．普通热处理：退火、正火、淬火、回火。
2．表面热处理：⑴表面淬火。⑵化学热处 理：渗碳、渗氮、渗金属。
3．其他热处理：形变热处理、超细化热处 理、真空热处理。
§4．1 退火与正火
退火与正火常作为预备热处理。铸造、锻 造和焊接后的毛坯件在热加工过程中不仅 组织粗大，成分不均匀，而且存在残余应 力，这些缺陷使材料力学性能变差，影响 切削加工性能，易使零件产生变形。经过 退火或正火后，可以使毛坯件组织细化， 成分均匀，消除内应力，改善力学性能和 切削加工性能，减少零件产生变形和裂纹 的倾向。
完全退火的过程所需时间较长，长达几十小 时以上，生产率低。
2．等温退火
等温退火是将钢加热到Ac3以上30-50℃， 保温一定时间后，快冷至珠光体形成温 度等温保温，使过冷奥氏体全部转变为 珠光体后，空冷至室温。
等温退火与完全退火目的相同，但所需 时间可缩短一半，组织也较均匀。
3．球化退火
对于一些不重要或受力不大的零件，退火 和正火也可作为最终热处理。
4.1.1 退火
退火是将钢加热到预定温度，保温一定时 间后缓慢冷却（通常随炉冷却），获得接 近于平衡组织的热处理工艺。
退火的目的：
⑴降低硬度，改善切削加工性。
⑵消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与 开裂倾向。
⑶细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
第4章 金属材料热处理
金属材料热处理是金属材料在固态下，通 过适当的方式进行加热、保温和冷却，改 变材料内部组织结构，从而改善材料性能 的一种工艺方法，也称之为金属材料的改 性处理。
热处理工艺按其工序位置可分为预备热处 理和最终热处理。预备热处理可以改善金 属材料的加工工艺性能，为后续工序作好 组织和性能准备，从而提高生产率和加工 质量。最终热处理可以提高金属材料的使 用性能，充分发挥金属材料的性能潜力， 保证产品质量，延长零件使用寿命。
球化退火是将钢加热到Ac1以上10-30℃，保 温较长时间后以极其缓慢的速度冷却到600℃ 以下，再出炉空冷的热处理工艺。
球化退火主要适用于共析钢和过共析钢及合 金工具钢的退火，使钢中的网状二次渗碳体 和珠光体中的片状渗碳体球化，降低材料硬 度，改善切削加工性，并可减小最终淬火变 形和开裂为以后的热处理作准备。
4.1.2 正火
正火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Accm （共析钢和过共析钢）以上30-50℃，保温 适当时间后在静止空气中冷却的热处理工 艺。（完全奥氏体化，伪共析转变。）
正火的目的：
⑴对普通碳素钢、低合金钢和力学性能要 求不高的结构件，可作为最终热处理。
⑵对低碳钢用来调整硬度，避免切削加工 中粘刀现象，改善键。根据C曲线 可知，冷却速度必须大于临界冷却速度vc才能 全部进行马氏体转变。但冷却速度过快又不可 避免地造成很大的内应力，使工件产生变形和 开裂。理想的冷却曲线是：在650℃以上，在 保证不出现珠光体组织的前提下，冷却速度可 慢些；在650-400℃之间，为了避开C曲线的鼻 尖，避免奥氏体分解，冷却速度尽可能快些； 在400℃以下冷却速度可减慢，特别是在发生 马氏体转变时（300-200℃）更应缓慢冷却， 以减少内应力的产生，避免变形和裂纹，并能 完全保证获得马氏体组织。但是目前还没有发 现完全具有这种冷却能力的淬火冷却介质。
1．完全退火
完全退火是将钢加热到Ac3以上30-50℃，保 温一定时间后随炉冷却到500℃以下，再出 炉空冷的热处理工艺。
完全退火主要适用于亚共析钢和铸件、锻件 及焊接件等，将其加热到Ac3以上使钢材完全 奥氏体化，缓慢冷却后获得接近于平衡状态 的珠光体组织，使热加工过程中造成的粗大 不均匀组织均匀细化，降低硬度，提高塑性， 改善加工性能，消除内应力。
⑶对共析、过共析钢用来消除网状二次渗 碳体，为球化退火作好组织准备。
正火比退火加热温度高，冷却速度快，冷 却后组织中铁素体量少，索氏体组织细， 具有较高的力学性能。而且正火生产周期 短、生产率高、操作简便、经济性好。
§4．2 钢的淬火
淬火是将钢加热到Ac3或Ac1以上30-50℃， 经过保温后在冷却介质中迅速冷却的热处 理工艺。
5．去应力退火
去应力退火加热温度低于Ac1以下，一般为 500-650℃，充分保温后缓慢冷却至200℃出 炉空冷。
去应力退火加热温度低，在退火过程中无组 织变化，适用于铸、锻、焊件及经过切削加 工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的 残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件 在切削加工和使用过程中的变形和开裂倾向。
4．扩散退火（均匀化退火）
扩散退火加热温度高，一般在Ac3以上150200℃，长时间保温（10-15h）后随炉缓冷。
扩散退火适用于合金钢大型铸、锻件，目的 是消除其化学成分的偏析和组织的不均匀性。
扩散退火容易使钢的晶粒粗大，影响力学性 能，因此一般扩散退火后仍需进行完全退火 或正火，以细化扩散退火中因高温和长时间 保温所产生的粗大组织。
合金钢的淬火加热温度相应要高些，一般 高于临界点50-100℃，这是因为合金钢中 大多数合金元素难溶于奥氏体，为了使奥 氏体成分均匀，提高合金钢的淬火效果， 须适当提高加热温度，但对含有促进奥氏 体晶粒长大的少数合金元素（如Mn）的合 金钢，则加热温度相应要低些。
加热时间太短会使奥氏体成分不均，甚至 奥氏体转变不完全，淬火后零件出现软点 淬不硬。加热时间过长，将助长氧化、脱 碳和晶粒粗大的倾向。