[精华]钢的淬火与回火
常用钢材热处理参数
常用钢材热处理参数常见的钢材热处理参数包括淬火、回火、退火、正火等。
下面将详细介绍它们的温度范围、保温时间以及应用领域。
1. 淬火（quenching）淬火是指将加热至临界温度以上的钢材迅速冷却至室温或低温的热处理过程。
淬火的目的是增加钢材的硬度和强度。
常见的淬火温度范围为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
钢材的选用因素包括成分、形状和尺寸、要求的性能等。
应用领域包括汽车零部件、工具、刀具等。
2. 回火（tempering）回火是指将淬火后的钢材加热至一个较低的温度范围并持续保温一段时间的热处理过程。
回火使得钢材硬度和强度降低，但同时也提高了其韧性和可塑性。
回火一般在淬火后立即进行。
温度范围通常为150℃到700℃，保温时间则根据要求的性能来确定。
应用领域包括航空航天、机械零部件、轴承等。
3. 退火（annealing）退火是指将钢材加热至足够高的温度并持续保温一段时间，然后缓慢冷却的热处理过程。
退火的目的是消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
退火温度和保温时间的选择依赖于钢材的成分和形状，一般在600℃到800℃之间。
应用领域涉及到钢材的精密加工，如汽车制造、船舶等。
4. 正火（normalizing）正火是指将加热至临界温度以上的钢材空气冷却至室温的热处理过程。
正火可以消除钢材内部的应力，改善它的可加工性和韧性。
正火温度范围一般为800℃到950℃，保温时间通常为数分钟。
应用领域包括汽车零部件、轴承、机械零件等。
此外，还有其他钢材热处理方法如奥氏体化退火、球化退火等针对不同的钢材类型和应用需求的热处理方法。
具体的热处理参数应根据材料的成分、形状和要求的性能来确定，并结合实际生产条件进行调整。
因此，在进行钢材热处理时，需要进行一系列的试验和分析，以确定最佳的处理参数。
钢的淬火与回火
脱碳 O2: Fe3C + O2 → 3Fe +CO2 [C]A + O2 → CO2 CO2: Fe3C + CO2→ 3Fe + 2CO [C]A + CO2 → 2CO H2O: Fe3C + H2O → 3Fe +H2+CO [C]A + H2O → H2+ CO H2: Fe3C+2H2 →3Fe + CH4 [C]A +2H2 → CH4
实际淬透层深度：淬透性、工件大小、 实际淬透层深度：淬透性、工件大小、淬火介质
3 淬透性与淬硬性
淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成M可能得 淬硬性：钢淬火时的硬化能力，用淬成 可能得 到的最高硬度表示。 到的最高硬度表示。 ——取决于 中的 取决于M中的 取决于 中的C%. 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。 淬透性：钢的临界冷却速度－合金元素。
(2)理想冷却速度示意图 (2)理想冷却速度示意图
温 度
2 常用淬火介质
根据工件淬火冷却过程中， 根据工件淬火冷却过程中，淬火介质由否 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的， 发生物态变化，把液态淬火介质分为两类的，即 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的和无物态变化的。 有物态变化的 水及各种水溶液 各种淬火油 各种气体 无物态变化的 熔融金属、熔盐 固体----铜板、铁板、气-固流态床
若 T> Acm
增加, 点下降, 增多; ① C % 增加 Ms点下降 残A增多 点下降 增多 粗大M; ② 粗大 氧化脱碳严重,易变形开裂 ③ 氧化脱碳严重 易变形开裂 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。 ④ 增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。
热处理的基本方法(淬火与回火)
(1)淬火加热温度选择
为什么过共析钢淬火加热温度在Ac1 + 30～50 ℃ ，而不是Acm + 30～50℃？
答： 1）由于渗碳体全部溶于奥氏体，淬火后耐磨性下降； 2）温度过高会引起奥氏体粗化，淬火后得到粗大的马氏体，
新淬火
软点
淬火后攻击表面有许多未淬硬的小 区域
原因包括加热温度不够，局部冷却
速度不足(局部有污物、气泡等)及局部 脱碳
组织不均匀， 性能不一致
冷却时注意操作方法， 增加搅拌
产生软点后，可先进行 一次退火，正火或者调质 处理，再重新淬火
8.2 回火
回火——在A1线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组织的亚稳 定进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的组织和性能，减少 或消除淬火内应力。
开裂
裂的主要原因
后果 无法使用
防止与补救方法
应选用合理的工艺方法 变形的工件课采取校正的 方法补救，而开裂的工件只 能报废
硬度 不足
由于加热温度过低、保温时间不足、
严格执行工艺规程
冷却速度不够快或表面脱碳等原因， 无法满足使用性能 发现硬度不足，可先进行
在淬火后无法达到预期的硬度
一次退火或正火处理，再重
注意区别：
淬透性和淬硬性 淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能 达到的最高硬度。
影响因素: 主要取决于马氏体的含碳量。
马氏体硬度、韧性与含碳量的关系
C%
淬硬性与淬透性:
（两个完全不同的概念） 钢种 碳素结构钢 ( 20 ) 碳素工具钢( T12A ) 低碳合金结构钢 ( 20Cr2Ni4A )
第3章 钢的淬火与回火
第3章 钢的淬火与回火钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、也是用途最广的工序。
淬火可以大幅度提高钢的强度与硬度。
淬火后，为了消除淬火钢的残余内应力，得到不同强度、硬度与韧性的配合，需要配以不同温度的回火。
所以，淬火与回火是不可分割的、紧密衔接在一起的两种热处理工艺。
淬火与回火作为各种机器零件及工、模具的最终热处理，是赋予钢件最终性能的关键性工序，也是钢件热处理强化的重要手段之一。
3.1 钢的淬火与分类淬火是将钢加热至临界点（A c1或A c3）以上，保温一定时间后快速冷却，使过冷奥氏体转变为马氏体或贝氏体组织的工艺方法。
图3-1是共析碳钢淬火冷却工艺曲线示意图。
v c 、v c '分别为上临界冷却速度（即淬火临界冷却速度）和下临界冷却速度。
以v >v c 的速度快速冷却（曲线1），可得到马氏体组织；以v c >v >v c '的速度冷却（曲线2），可得到马氏体＋珠光体混合组织；以曲线3冷却则得到下贝氏体组织。
钢淬火后的强度、硬度和耐磨性大大提高。
w c ≈0.5％的淬火马氏体钢经中温回火后，可以具有很高的弹性极限。
中碳钢经淬火和高温回火（调质处理）后，可以有良好的强度、塑性、韧性的配合。
奥氏体高锰钢的水韧处理，奥氏体不锈钢、马氏体 时效钢及铝合金的高温固溶处理，都是通过加热、保温 和急冷而获得亚稳态的过饱和固溶体，虽然习惯上也称 为淬火，但这是广义的淬火概念，它们的直接目的并不 是强化合金，而是抑制第二相析出。
高锰钢的水韧处理 是为了达到韧化的目的。
奥氏体不锈钢固溶处理是为了 提高抗晶间腐蚀能力，铝合金和马氏体时效钢的固溶处 理，则是时效硬化前的预处理过程。
本章讨论钢的一般淬火强化问题，其淬火工艺分类见表3-1。
表3-1 钢的淬火工艺分类图3-1 共析钢的淬火冷却工艺热处理工艺及设备3.2 钢的淬透性一、淬透性的基本概念1．淬硬层与淬透性由于淬火冷却速度很快，所以工件表面与心部的冷却速度不同，表层最快，中心最慢（见图3-2a ）。
第四节 钢的淬火与回火
21.对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气 中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬 火。（ ）
30.因为碳素钢也能获得100%马氏体，所以合金 元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ）
31.因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏 体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏 体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。 （）
细小、弥散的、高硬度的合金碳化 物，如Mo2C，使硬度反而提高。
（2）二次淬火 回火时A'中析出合金碳化物→ A'中 C% ↓ → Ms、Mf ↑, 随后冷却时A' →M
（四）回火种类
1. 低温回火（150～250 ℃）
——由M中析出极细小片状ε碳化物
（分级淬火或等温淬 火的冷却介质 ）
聚乙烯醇水溶液
钢的理想冷却曲线示意图
常用淬火介质及其冷却能力： 盐水 ＞ 水 ＞ 聚乙烯醇 ＞ 油＞空气
（２） 淬火方法
A1
a. 预冷淬火
加热、保温后先在空气 或热水中预冷一段时间 后，再放入淬火冷却介 质中。
b. 单液淬火
MS
一种淬火介质。
a
如：水冷、油冷
b
c
32.淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。 （）
二、钢的回火
（一）回火： 淬火钢加热到A1以下，保温一定 时 间，然后冷却的热处理工艺。
（二）目的： 1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和
开裂。 2. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 3. 获得所要求的组织和性能。
如：M回、S回、T回等。
➢ 淬火+高温回火→调质处理，简称调质。
回火M
淬火M
T
回火T
T
回火S
正火、退火、淬火与回火的区别
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
（1）淬火（quenching）：将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。
淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。
通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性下降及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。
另外淬火还可使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。
淬火工艺主要用于钢件。
淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。
（2）回火（tempering）：为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
回火一般紧接着淬火进行，其目的是：（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。
因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。
通过淬火和回火的相配合，才可以获得所需的力学性能。
（3）正火（normalizing）：将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
其目的是：（a）去除材料的内应力；（b）降低材料的硬度，提高塑性。
（4）退火（annealing）：退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。
目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。
钢的淬火和回火.
§10-3 其他类型热处理
钢的形变热处理
钢的表面淬火 钢的化学热处理
一 形变热处理
是把塑性变形（锻、轧等）和热处 理工艺紧密结合起来的一种热处理方法。 由于它可以使钢同时受到形变强化 和相变强化，因此可以大大提高钢的综 合力学性能，另外，它还能大大简化钢 件生产流程，节省能源，因而受到愈来 愈广泛的重视，提高钢的强韧性的重要 手段之一。
二 表面淬火
表面淬火是将工件表面快速加热到淬火 温度，然后迅速冷却，仅使表面层获得 淬火组织，而心部仍保持淬火前组织的 热处理方法。
中 高 频 感 应 淬 火 装 置 图
四、钢的化学热处理
化学热处理—将钢件置于一定温度的活性介质 中保温，使一种或几种元素渗入它 的表层， 以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
（2）中温回火（350~500℃）
组织：回火屈氏体（与屈氏体比较） 条、针状 (未再结晶，平衡C)α相 + 弥散分布细粒状θ相 性能： 基体已回复；内应力↓↓； 弹性极限高；较高的强硬度与良好韧性。 应用：弹簧钢、热锻模。（0.6~0.9%）
（3）高温回火（550~680℃）
组织：回火索氏体（与索氏体比较） 等轴状(再结晶)α相 + 均匀分布粒状(球化)θ 相 性能：内应力基本消除，强度与韧性最佳配合； ——综合机械性能高 应用：重要结构件，轴、齿轮
2 回火种类
回火温度↑，内应力↓； 强硬度↓；塑韧性↑。 ——根据温度不同划分回火种类
（1）低温回火（150~250℃）
组织：回火马氏体（与淬火马氏体比较）
高碳钢：淬火片状M→回火M (片状过饱和α+ε碳化物，共格) 性能：保持高强硬度；微裂纹焊合； 内应力和脆性↓；韧性略↑。 但低碳钢：板条M，只有C的偏聚 应用： ① 工、模具钢； ② 低碳马氏体钢
4-5 4-6 钢的淬火和回火
3、稳定尺寸。回火可使非平衡M与A’转变为平
衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。
未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回 火在放置或使用过程中易变形或开裂。
钢经淬火后应立即进行回火。
三、回火的种类
1、低温回火
回火温度：150~250℃
回火组织：回火马氏体，用M回表示，58—64HRC 目的：保留淬火后高硬度、高耐磨性的同时，降低 内应力，提高韧性。 应用：高碳钢、工具钢（刀具、量具、模具）、滚 动轴承钢。
淬透性
实际淬硬层深 淬火后实际获得的 度 淬硬层深度
1、化学成分
2、尺寸大小 3、冷却速度
8-7
Chapter 8 Quenching and Temping of Steel
影响淬透性的因素 （1）含碳量：亚共析钢ωc↑，淬透性↑ 过共析钢ωc↑，淬透性↓ Vc — 过冷A稳定性 — C曲线位置
的强度同时，具有良好的塑性和韧性。
应用：汽车、拖拉机、机车，承受较大载荷的结构
零件，如：轴、齿轮等。
4、调质处理
把淬火加高温回火的热处理工艺称作“调质处
理”，简称“调质”。
调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结 构件的处理。也可作为精密零件、量具等的 预备热处理。
正火与调质硬度很接近，但重要结构件一般 经调质而不采用正火，因调质综合力学性能 好。
2、中温回火 回火温度：350-500℃ 回火组织：回火托氏体，用T回表示,35~50HRC T回特性：具有较高的弹性极限和屈服极限，并具 有一定的韧性， 应用：主要用于各类弹簧的热处理
3、高温回火
回火温度：500-650℃ 回火组织： 回火索氏体，用S回表示，25~35HRC S回特性: 具有良好的综合力学性能，即在保持较高