《金属工艺学》

临界点A温 C3、 度 AC1组织转变的
钢的退火内容的说明：
①临界点温度Ac3、Ac1、Accm—— 是热处理操作中钢组织转变的 实际温度。
A3、A1、Acm——是在十分缓慢 的条件下，钢组织转变的临界点
温度。
② 热处理操作中，对钢的加热和冷 却是做不到十分缓慢，钢发生组 织转变的实际临界点温度要比状 态图中的临界点温度有一定滞后。
钢的回火 将淬火件再重新加 热到临界点Ac1以下某一温度，保 温，然后冷炉或空冷的操作。
强调：钢淬成马氏体后一般都要 回火，这对零件使用性能和寿命 起决定性作用。
回火的目的：1）消除淬火应力， 降低脆性，提高韧性；
如何理解？
①通过重新加热，加快马氏体中的 碳原子析出，消除马氏体中碳原 子过饱和状态，aFe固溶体晶格
温度，随后喷水快速 却冷 。
特点：
a. 加热速度快，时间短，工件不易 氧化、脱碳。
b. 表层晶粒细小，硬度高。（比火 焰加热淬火高2~3HRC）
c. 需根据零件淬硬部位制作感应器， 故电感应淬火不适合单件生产。
d. 零件尺寸不能大。 e. 工序安排： f. 正火、表面淬火； 正火、调质处理、表面淬火。
马氏体的机械性能特：点 a)强度、硬度高（ HRC），塑性较差。
(C原子过饱和溶入，使 Fe晶格
严重歪扭，变形抗力大增)
b）马氏体是不稳定的组织，过饱 和碳原子会缓慢析出，在此过程 中零件要发生尺寸变化，如零件 金属塑性差，会产生裂纹。
4）淬火因冷却速度急快，钢件内 部要产生较大的温度应力、组织 应力，会造成淬火件变形及开裂， 故淬火件必须及时回火。
退火的应用：
① 工模具钢的铸锻坯（亚、过共析 成分的钢），要安排球化退火， 使钢中的片状渗碳体变成颗粒 状。（提高钢的韧性、降低硬度，
有利于切削加工）
② 热轧后空冷或正火后的工模具钢 型钢（亚、过共析成分），在冷 却过程中会形成片状渗碳体，在 加工前，要先进行球化处理。
③铸钢件、锻件及钢锭在冷却过程 中，因壁厚差或断面尺寸缘故， 使各部分冷却速度不一而产生的 热应力，在加工前要安排去应力 退火。
40~52HRC
⒊ 钢材的供应，出厂时要按技术 标准或订货合同规定的交货状态 进行如再结晶退火、正火热处理。
如Q235的钢板、型钢、钢筋等是 正火钢；高牌号的碳素结构钢、 工模具钢，出厂时是经再结晶退 火供应的。
⒋机床制造业，热处理的零件占 60%~70%；各类工具（刃具、模 具、量具）和滚动轴承制造， 100%的零件需要进行退火和淬火 +回火热处理。
为利用Fe-C状态图指导热处理操 作，将钢加热的实际临界点温度 用Ac3、Ac1、Accm表示，冷却的 实际临界点温度用Ar1、Ar3、 Arcm表示。
③将钢加热到高于临界点温度Ac3 （亚共析钢）以上20~300C的操 作称作完全退火。
“完全”退火的含义：在此温度 范围内，钢的组织完全转变为奥 氏体。
（2）钢的化学热处理方法
按渗入的元素有：渗碳、渗氮、 碳氮共渗。
重要知识：①生产中把“淬火+ 高温回火”称作“调质处理”。
② 调质钢与正火钢性能的比较： 调质钢的强度比正火钢的强度略 高，但塑性、韧性远高于后者， 如下表：
③ 调质钢组织中的渗碳体呈球粒状， 正火钢组织中渗碳体呈薄片状。
三、钢的表面热处理
知识：有些机械零件如汽车变速 齿轮、曲轴、凸轮轴等，要求表 面硬而心部强韧性，整体淬火操 作是不能同时满足的，因而发展 出表面热处理操作工艺。
矿物油——适用于塑性较差的工 具钢、模具钢及高合金钢等。
水、盐水——适用于结构简单、 小尺寸的碳素钢、低合金钢、优 质中碳钢等。
淬火的应用：要求高硬度、疲劳 强度的零件，工具钢和模具钢等， 都要采用淬火+回火或表面淬火。
淬火的几点说明：
1）亚共析钢，选择Ac3 以上 30~500C，是为充分奥氏体化及
5）铸钢件、锻件，在冷却过程中， 因壁厚差或断面尺寸，内部晶粒 大小不均匀，零件强度、韧性不 高，达不到受力性要求。需进行 正火，以消除应力、均匀组织、 调整硬度，也为淬火做好组织准 备。
如汽车发动机中的曲轴锻件，要 求具有高的疲劳强度，其热处理 工艺路线：正火、淬火+高温回 火（调质处理）、轴颈表面淬火。
均匀成分和细化粗晶粒的原理： 在奥氏体晶粒状态，原子活动能 力强，原子由高浓度的粗大晶粒 向低浓度的小晶粒运动扩散，重 新排列，晶粒形态发生变化，形 成大小整齐的等轴晶粒。
等轴晶粒
将钢加热到高于临界点温度Ac1 （过共析钢）以上20~300C的操
作称作球化退火。
“球化”退火含义：使共析钢、过 共析钢的片状渗碳体呈球状，进 而得到球状珠光体形态的组织。
完全退火的目的：⑴使亚共析成 分的铸件、锻件粗大的晶粒细化， 以提高其强度、塑性和韧性；
知识：金属的强度、塑性和韧性 取决于其内部晶粒大小，即晶粒 大小均匀、愈细，则金属的力学 性能愈好，这就是金属力学性能 指标（ b、 s、 、 k）的本质。
⑵消除铸、锻件的不平衡组织或硬 皮。
硬皮 不平衡组织：化学成分不均， 晶粒形态不一。
应用：用于刀具、量具、工具、 冷冲压模具等要求具有高硬度耐 磨的零件淬火后的回火。
（2）中温回火（350~5000C） 钢件得到具有高弹性极限、屈服 点和适当韧性的组织，硬度在 35~50HRC。
马氏体中过饱和的全 碳析 完出，
马氏体变F为，最后组织:为 球状颗粒的渗碳体 铁素体
应用： 主要用于各种弹性零件（如弹 簧）、热锻模具钢。
球化退火的目的：教材目的⑵中， 使共析钢、过共析钢的锻轧件、 冷挤件的片状渗碳体呈球状， 进而获得球状珠光体形态，以 降低钢的硬度，利于切削。
将钢加热到高于临界点温度Ac1的 某一温度，保温的操作称作去应
力退火。
去应力原理：在500~650℃保温 过程和缓冷过程中，钢件通过塑 性变形（原子的重新排列）以释 放应力。
说明：淬火前的正火，目的是消除 过共析钢件内部的网状渗碳体。
2. 化学热处理
将钢件放入具有一定化学介 质的炉中加热、保温，使一种或 几种活性原子渗入工件表面，改 变表层化学成分，从而改变表层 硬度提高零件疲劳强度的工艺。
（1）化学热处理的特点
使钢件表层一定深度的化学 成分、组织发生变化。
心部
表面
曲轴正火件
曲轴油淬件
6）重要焊接件，需对焊缝进行正 火，以细化晶粒、均匀组织。
3. 钢的淬火及回火
钢的淬火 将钢加热到Ac3 或 Ac1以上30~500C，保温后采用急 冷方式，得到马氏体组织的操作。
淬火的目的：得到马氏体，以提 高钢的硬度（HRC）。
淬火设备炉
淬火用冷却介质：有矿物油、水、 盐水等，其冷却能力依次增强。
§1-3 钢的热处理 钢的热处理是改变钢的内 部组织结构的一种热工艺。
一、热处理基本概念
概念：将铸钢件、锻件、钢材和 钢制零件加热到一定的温度、保 温，然后进行冷却，从而获得所 需组织结构与使用性能的工艺。
热处理的基本过程： 见图1-13。 加热、保温和冷却，是用热处理 工艺曲线表示。
热处理的冷却方式：
见下表。归纳知识点：同一钢种 的零件，冷却速度不同，则获得 的机械性能不同。
热处理的特点：只改变钢件内部 的组织结构，不改变工件的尺寸。
热处理工艺的应用：
⒈ 铸件、锻件成形后，都必须要 经过低温去应力退火，才能切削 加工。
⒉零件规定的工作硬度如230HBS、 40~52HRC，是要通过采用一定 的热处理方式获得。
得到大小均匀、细晶粒的奥氏体。
2）共析钢和过共析钢，选择Ac1以 上30~500C，是为得到A+粒状渗 碳体，急冷后的组织为马氏体+颗 粒状渗碳体。
3）马氏体 是在冷却速度极快下 条， 件
奥氏体仅发生由Fe向 Fe的转变， 碳原子来不及析出饱 而和 过溶入在 Fe
中形成过饱和固溶马 体氏 （体）。
强调：钢的表面热处理知识是 学习机械零件强度设计的重要 基础。
表面热处理工艺——强化工件 表层硬度（得到40HRC以上） 而不影响工件心部的强韧性操 作。
一、表面热处理
操作：仅对钢件表层进行加热、 冷却或改变表层化学成分，获得 40HRC以上的工艺称作表面热处 理。
常用的表面热处理方法：
• 表面淬火 • 表层化学热处理
3）结构复杂的零件，由于正火冷却 速度快，有引起开裂的情况。
正火设备
淬火设备
正火的目的：1）细化晶粒（空冷
可得到的层片间距细小的珠光体组
织，在电子显微镜下才能分辨）、 均匀组织（在奥氏体化温度保温过
程碳原子分布均匀，奥氏体晶粒大
小均匀），使钢的强度和硬度都 得到大大提高；
说明：A晶粒大小均匀，冷却后 的组织晶粒就大小均匀，金属的 强度与韧性都提高；反之， A晶 粒大小不一，冷却后得到的晶粒 组织也大小不一，使钢的强度和 韧性降低，如需再进行淬火，钢 件有可能出现大变形或开裂。
2. 钢的正火
将钢加热到Ac3
或Accm以上30~500C，使其全部
奥氏体化，保温后出炉在空气中
冷却的操作。
正火的特点：
1）和退火比较，因冷却速度快， 可得到数量多、层片间距细小的 珠光体组织，故正火钢的强度、 硬度比退火钢高。
2）设备简单、省时、省工。一般机 械零件应优先采用正火处理。
2）作为不太重要的机械零件的最 终热处理。
3）正火可使过共析钢的网状渗碳 体转变成片状，为球化退火、淬 火做组织准备。如工具钢、轴承 钢中有网状渗碳体时，可先采用 正火消除，再安排球化退火，最 后在进行淬火。
4）低碳钢、低合金钢的轧材，塑 性好、硬度低，切削时不容易断 削，经正火后，硬度可在 160~230HBS，切削时容易断削。
钢的热处理方法：按工件加热方 式分为两类：