第九章+金属热处理工艺

2014-4-18
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第九章
适用性：适用于亚共析钢。 低碳钢和过共析钢不宜采用
金属热处理工艺
原因：低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于 切削加工。过共析钢加热至Accm以上 A 状态 缓冷退火时，有网状Fe3CⅡ沿晶界析出，形 成所谓的“魏氏组织”，会造成在以后热处 理中引起裂纹，使钢的强度、塑性和冲击韧 性显著降低。
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第九章 §9.1.2 钢的正火
金属热处理工艺
正火概念：将钢材或钢件加热到Ac3(对于亚共析
钢)和Accm(对于过共析钢)以上30℃50℃，保温 适当时间后，在自由流动的空气中均匀冷却的热 处理工艺。
正火组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析
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第九章
金属热处理工艺
过共析钢球化退火后的显微组织为: 在铁素体基体上分布着细小均匀的球状渗碳体。
片状珠光体
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球状珠光体
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第九章
球化退火工艺：
金属热处理工艺
球化退火一般采用随炉加热，加热温度略高于Ac1,以便保 留较多的未溶碳化物粒子或较大的奥氏体中的碳浓度分布 的不均匀性,促进球状碳化物的形成。若加热温度过高， Fe3CⅡ易在慢冷时以网状的形式析出 球化退火需要较长的保温时间来保证二次渗碳体的自发球 化。 保温后随炉冷却，在通过Ar1温度范围时，应足够缓慢， 以使奥氏体进行共析转变时，以未溶渗碳体粒子为核心形 成粒状渗碳体。
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第九章
§9.1.3 钢的淬火
金属热处理工艺
淬火：将亚共析钢加热到 Ac3 以上，共析钢与过共析钢
加热到 Ac1 以上(低于Accm)的温度，保温后以大于Vk 的 速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体(M)的热处理工 艺。 马氏体强化是钢的主要强化手段，因此淬火的目的 就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。另一方面为 回火作准备。 淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理中应 用最广的工艺之一。
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第九章
2、加热时间的确定
金属热处理工艺
加热时间由升温时间和保温时间组成。 升温时间：由零件入炉温度升至淬火温度所需的 时间，并以此作为保温时间的开始。
保温时间：指零件温度均匀化并完成奥氏体化过 程所需要的时间。
加热时间通常根据经验公式估算或通过实验 确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及 保温时间，以保证工件质量。
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第九章
②常用淬火冷却介质
金属热处理工艺
水：650～550℃和300～200℃范围内冷却能力较大，易 造成零件变形和开裂。淬火用水温度一般控制在30℃以 下，主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。 矿物油：300～200℃范围内冷却能力低，有利于减少工 件变形；但在650～550℃范围内冷却能力也低,不利于 淬硬，油一般用于合金钢的淬火。 盐浴：特点是沸点高，冷却能力介于水和油之间，可减 少零件淬火时的变形，主要用于分级淬火和等温淬火， 以处理形状复杂、尺寸较小、变形要求严格的工具等。
冷却速度： 盐水 ＞ 水 ＞ 盐浴
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＞ 油
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第九章
4、淬火方法
金属热处理工艺
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第九章
金属热处理工艺
单介质淬火：将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质 中，一直冷却到室温的淬火方法。 优点是操作简单，容易实现机械化，应用较广。 缺点是如果选择水，淬变形开裂倾向大；选择油，淬 冷却速度小，淬透直径小，大件淬不硬。 单介质淬火适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。 双介质淬火：先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的 淬火介质中冷却至接近Ms 点温度时，再立即转入冷却 能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。
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第九章
七、再结晶退火
金属热处理工艺
再结晶退火：将冷变形后的金属加热到再结 晶温度以上，保持适当的时间，而后缓慢冷 却的热处理工艺。
目的：使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒 而消除加工硬化。
再结晶退火既可作冷变形中间的退火，也 可作为成品热处理。
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第九章
四、球化退火
金属热处理工艺
球化退火：使钢中碳化物球状化的热处理工艺 ，是不完全退火的一种。 目的：使 Fe3CⅡ 及 P 中的渗碳体球状化（退 火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度， 改善切削加工性能；并为以后的淬火作组织准 备。 适用性：主要用于共析钢和过共析钢。
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第九章
三、等温退火
金属热处理工艺
等温退火：将钢件加热到高于Ac3 (或Ac1 ) 的 温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体 区的某一温度，并等温保持，使奥氏体等温转 变，然后缓慢冷却的热处理工艺。 目的:与完全退火相同，能获得均匀的预期组 织；对于奥氏体较稳定的合金钢，可大大缩短 退火时间。
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第九章
二、不完全退火
金属热处理工艺
不完全退火：将钢加热至Ac1Ac3（亚共析钢）或 Ac1Accm （过共析钢）之间，经保温后缓慢冷却以 获得近于平衡组织的热处理工艺。
目的：
降低硬度，消除内应力，改善切削加工性能。 适用性 不完全退火一般用于过共析钢。 从上可见所谓完不完全，视钢加热时奥氏体化的程度。
第2篇
热处理原理及工艺
第2篇 热处理原理及工艺
第9章 金属热处理工艺
教学目标
熟悉热处理的基本工艺，掌握退火、正火、淬 火、回火等基本概念和热处理的工艺制定，熟 悉其运用范围;
熟悉表面热处理、化学热处理、形变热处理的 基本原理和运用;
掌握各种热处理后的组织形式和性能特点。
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第九章
金属热处理工艺
碳钢各种退火和正火工艺规范示意图
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第九章
一、完全退火
金属热处理工艺
完全退火：又称重结晶退火，是把钢加热至 Ac3以 上20℃30℃，保温一定时间后缓慢冷却(随炉冷却 或埋入石灰、砂中冷却)，以获得接近平衡组织的 热处理工艺。 目的：通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、 不均匀的组织均匀化和细化，以提高性能；或使 中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态的组 织，以降低硬度，改善切削加工性能。由于冷却 速度缓慢，还可消除内应力。
第九章 §9.1 钢的普通热处理
§9.1.1 钢的退火
金属热处理工艺
退火：将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一 定时间，然后缓慢冷却(一般为随炉冷却)，以获得接近平 衡状态组织的热处理工艺。 目的：均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒,调整硬度， 消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及加工性能，并为 淬火作组织准备。 分类：根据目的和要求分为完全退火、等温退火、球化退 火、扩散退火和去应力退火等。
第九章
正火工艺总结 加热温度：
Ac3 (Accm) + 30～50℃， 空冷→S（+ F 或 Fe3CII）
应用：
金属热处理工艺
1) 钢的最终热处理 细化晶粒，组织均 匀化，增加亚共析钢中P(S)%，使强度、韧性、硬度↑ 2) 预先热处理 — 淬火、球化退火前改善组织。 3) 增加低碳钢的硬度，以改善切削加工性能。
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第九章
金属热处理工艺
钢的淬火温度范围
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第九章
淬火温度确定的理论依据
金属热处理工艺
亚共析钢加热到 Ac3 以下时，淬火组织中会保留F，使 钢的硬度降低。 过共析钢加热到 Ac1 以上两相区时，组织中会保留少量 Fe3CⅡ ，而有利于钢的硬度和耐磨性，并且，由于降低了奥 氏体中的碳质量分数，可以改变马氏体的形态，从而降低马 氏体的脆性。此外，还可以减少淬火后残余奥氏体的量。 若淬火温度太高，奥氏体晶粒会过分粗大形成粗大的马 氏体，使机械性能恶化；同时由于成分和温差的原因，会增 大淬火应力，使变形和开裂倾向增大。
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第九章
六、去应力退火
金属热处理工艺
去应力退火：将钢件加热至低于Ac1的某一温 度(一般为500℃650℃)，经保温后随炉冷却 的热处理工艺。
目的：消除铸造、锻造、焊接和机加工、冷变 形等冷热加工在工件中造成的残留内应力。
可以消除约50%80%的内应力，不引起组织 变化
钢为 S+Fe3CII
正火的目的：使钢的组织正常化，亦称常化处理
对比完全退火，其冷却速度更快。
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第九章
应用
金属热处理工艺
作为预先热处理：截面较大的合金结构钢件，在淬 火或调质处理（淬火加高温回火）前常进行正火， 以消除魏氏组织和带状组织，并获得细小而均匀的 组织。对于过共析钢可减少二次渗碳体量，并使其 不形成连续网状，为球化退火作组织准备。 作为最终热处理：正火可以细化晶粒，使组织均匀 化，减少亚共析钢中铁素体含量，使珠光体含量增 多并细化，从而提高钢的强度、硬度和韧性。对于 普通结构钢零件，机械性能要求不很高时，可以正 火作为最终热处理。