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热处理原理与工艺河北工河北工业大学大学 教授教授材料科学系材料科学系 主任主任 武建武建军 博士博士热处理工艺n材料材料的的组织和性能受成分、加工工和性能受成分、加工工艺的的影响，改善影响，改善钢的性能主要有合金化、的性能主要有合金化、热处理、塑性理、塑性变形等途径形等途径。n热处理是将固理是将固态金属或合金在一定介金属或合金在一定介质中加中加热、保温和冷却，、保温和冷却，改变材料的组织结构，从而，从而获得所需性能的加工工得所需性能的加工工艺。比比较重要的部件一般都需要重要的部件一般都需要进行行热处理，理，比如汽比如汽车、拖拉机工、拖拉机工业中中70 80%的的零件、工具模具等都需要零件、工具模具等都需要进行行热处理。理。考试大纲要求n掌握掌握钢的的热处理原理理原理n掌握制定机械零件、工模具（含掌握制定机械零件、工模具（含钢、铸铁、有色金属）、有色金属）热处理工理工艺的知的知识与技与技能能n能能够分析分析现场出出现的一般工的一般工艺问题1 钢的热处理原理n钢在加在加热时的的转变n钢在冷却在冷却时的的转变n回火回火转变1.1 钢在加热时的组织转变n加加热是是热处理的第一步，理的第一步，加加热温度依据温度依据相相图和和热处理目的而定。理目的而定。n(钢)加加热一般是一般是为了了获得晶粒得晶粒细小、适当小、适当成分的奥氏体成分的奥氏体n加加热以后得到的以后得到的组织接近平衡接近平衡组织基本上可以根据相基本上可以根据相图来确定。来确定。1.1.1 钢的临界温度A A1 1、A A3 3、A Acmcm为相图上的平衡转变温度线。为相图上的平衡转变温度线。为相图上的平衡转变温度线。为相图上的平衡转变温度线。实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。实际生产中温度变化较快，转变出现滞后。为了区分加热、冷却时的为了区分加热、冷却时的为了区分加热、冷却时的为了区分加热、冷却时的临界点，加热冠以临界点，加热冠以临界点，加热冠以临界点，加热冠以“c”c”，冷却冠以冷却冠以冷却冠以冷却冠以“r”r”。如。如。如。如A AC1C1表表表表示加热时示加热时示加热时示加热时由由PA的开始温的开始温度线度线A AC1C1是常数吗？A AC3C3是常数吗？1.1.2 奥氏体的形成n奥氏体的形成是形核奥氏体的形成是形核长大大过程。程。n共析共析钢的原始的原始组织为P P，当加，当加热到到A Aclcl以上温度以上温度时，发生生P P转变。n在在转变过程中要程中要发生晶格改生晶格改组和碳原子的重新分布。和碳原子的重新分布。包括如下四个基本包括如下四个基本环节奥氏体形核奥氏体形核 奥氏体长大奥氏体长大 残余渗碳体的溶解残余渗碳体的溶解 奥氏体均匀化奥氏体均匀化n对于非共析于非共析钢，在，在继续升温升温时，先共析，先共析产物也会物也会转化化为A；n加加热温度不同温度不同时，得，得到的到的组织、奥氏体的、奥氏体的组成（含碳量）不同；成（含碳量）不同；n完全奥氏体化后，合完全奥氏体化后，合金成分与奥氏体相同金成分与奥氏体相同1.1.3 影响奥氏体化速度的因素n加加热条件：温度高，速度快；条件：温度高，速度快；速度快速度快?n合金成分合金成分nC含量高-相界面积大-A形核率高；n合金元素影响相图、C等的扩散、碳化物稳定性等；n原始原始组织n细小，碳化物分散度大，A形成容易；n片比球界面积更大；1.1.4 奥氏体的晶粒度n奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。奥氏体的晶粒度表示奥氏体晶粒的大小。在在100X时，1 in2内晶粒个数内晶粒个数n与晶粒度与晶粒度等等级G之之间符合符合n=2G-1.n冶金行冶金行业标准中，常用奥氏体晶粒度分准中，常用奥氏体晶粒度分为8级。1级最粗，最粗，8级最最细（可拓展）。（可拓展）。n起始晶粒度：奥氏体化起始晶粒度：奥氏体化刚完成完成时n实际晶粒度：晶粒度：实际加加热条件下条件下n本本质晶粒度：晶粒度：规定加定加热条件下条件下本质晶粒度的测定方法：本质晶粒度的测定方法：93010保温保温38小时小时(100示意图示意图)本质粗本质粗本质细本质细n实际晶粒度与本晶粒度与本质晶晶粒度、加粒度、加热条件有关。条件有关。n本本质细晶粒晶粒钢，加，加热温度超温度超过950可能可能得到粗大晶粒；得到粗大晶粒；n本本质粗晶粒粗晶粒钢，加，加热温度温度较低低时，可能得，可能得到很到很细的晶粒。的晶粒。n实际用途？用途？影响奥氏体晶粒大小的因素n加加热条件条件n加热温度越高和保温时间越长，加热温度越高和保温时间越长，A晶粒越粗。其中晶粒越粗。其中加热温度是主要因素加热温度是主要因素n加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒加热速度大，过热度大，获得细小的初始晶粒n化学成分化学成分n随着奥氏体含碳量的增加，随着奥氏体含碳量的增加，FeFe、C C原子的扩散速度原子的扩散速度增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加增大，奥氏体晶粒长大的倾向增加。n强碳化物元素强碳化物元素Nb、Ti等元素碳化物不易溶解、阻止等元素碳化物不易溶解、阻止C扩散等原因强烈阻止扩散等原因强烈阻止A晶粒粗化，可细化晶粒晶粒粗化，可细化晶粒nMn，P，O等促进晶粒长大（界面能）等促进晶粒长大（界面能）1.2 钢在冷却时的组织转变n实际生生产当中冷却速度当中冷却速度较快，快，转变在在较大大过冷度下冷度下进行，不能用相行，不能用相图来分析。来分析。n转变的方式通常有两种的方式通常有两种1.2.1 过冷奥氏体的等温转变n共析共析钢的的TTT曲曲线（C，S曲曲线）n转变温度不同，温度不同，产物不同，性能不同物不同，性能不同高温转变产物珠光体类型n珠光体珠光体2500 索氏体索氏体5000 屈氏体屈氏体5000 组织名称符号形成温度/片层间距/m硬度能分辨片层的放大倍数珠光体PA16500.4170230 HBS1000屈氏体T6005002000珠光体类型组织的性能n珠光体的片珠光体的片层间距距=F和和Fe3C片的厚度之片的厚度之和；和；n珠光体的片珠光体的片层间距取决于冷却速度；距取决于冷却速度；n珠光体的片珠光体的片层间距越小，距越小，P的力学性能越的力学性能越好。好。n与片状珠光体相比，粒状与片状珠光体相比，粒状P的的强度硬度度硬度较低，但是塑性低，但是塑性韧性性较好。好。低温转变产物马氏体n马氏体是碳在马氏体是碳在-Fe中的过饱和固溶体。中的过饱和固溶体。马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。马氏体的成分与过冷奥氏体完全相同。n很强的固溶强化效应，同时很强的固溶强化效应，同时M M内又存在大内又存在大量晶体缺陷，具有很高的强度和硬度。量晶体缺陷，具有很高的强度和硬度。马氏体的性能nM的的强度、硬度度、硬度较高。高。强化机制：固溶化机制：固溶强化、相化、相变（亚结构）构）强化及化及时效效强化。化。nM M的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量的硬度主要取决于它的含碳量，碳含量越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性越高，强度和硬度越高，而塑性、韧性也越低。也越低。nM的塑性和的塑性和韧性主要取决于其性主要取决于其亚结构。构。n位错马氏体：高强度、良好的韧性，脆性转变温度低，缺口敏感性小；n孪晶马氏体：硬而脆(本质速率，方向)。中温转变产物贝氏体n两相混合物两相混合物(过饱和和F,粒状碳化物粒状碳化物)n与与M相比，上相比，上贝氏体氏体强度低，不用。下度低，不用。下贝氏体氏体强度硬度度硬度较高、塑性高、塑性韧性好。性好。粒状贝氏体n形成形成时：由：由块状的状的铁素体素体 和高碳和高碳岛状奥状奥氏体氏体组成；成；n岛状奥氏体在随后的冷却状奥氏体在随后的冷却过程中程中转变成成黑色的珠光体、黑色的珠光体、马氏体或以残余奥氏体氏体或以残余奥氏体的形式存在。的形式存在。亚共析钢和过共析钢的亚共析钢和过共析钢的C曲线曲线n亚共析钢和过共析钢的TTT曲线和共析钢相比多了一条先共析F和Fe3C的析出线n渐近线魏氏组织n魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的魏氏组织是沿原奥氏体特定晶面形成的具有几何学特征的冷却转变组织，具有几何学特征的冷却转变组织，德国德国魏德曼施泰登魏德曼施泰登(AJWidmannstatten)首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏首先在陨铁中发现的，故名，亦称魏氏体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。体。此类组织在钢和铝青铜中都有发现。它是一种先共析转变组织。它是一种先共析转变组织。n铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组铁素体魏氏组织呈针（片）状，魏氏组织与母相之间保持严格的晶体学关系，织与母相之间保持严格的晶体学关系，并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。并在试样磨面上呈现浮凸（切变特征）。n先先共共析析组组织织量量大大，奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大，冷冷速速或或温温度适当时容易出现魏氏组织度适当时容易出现魏氏组织n铸铸、锻锻、焊焊低低中中碳碳钢钢零零件件和和低低碳碳钢钢渗渗碳碳零零件件经经空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织空冷或一定速度冷却后，都可能出现魏氏组织n对对一一般般低低、中中碳碳钢钢来来说说，不不论论奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗细细，只只要要冷冷却却速速度度或或者者等等温温温温度度适适宜宜应应该该都都会会有有魏魏氏氏组组织织出出现现的的可可能能。当当然然，奥奥氏氏体体晶晶粒粒粗粗大大时时，出出现现这这种种组组织织所所对对应应的的钢钢的的碳碳含含量量范范围围要要宽宽些些，而且在较慢的冷速下就能形成。而且在较慢的冷速下就能形成。n在在GB/T13299钢钢的的显显微微组组织织评评定定方方法法中中,根根据据针针状状铁铁素素体体数数量量、形形状状以以及及由由铁铁素素体体网网确确定定的的奥奥氏氏体体晶晶粒粒的大小，魏氏组织分为的大小，魏氏组织分为6级级n对对于于碳碳含含量量在在0.15-0.30%之之间间的的钢钢种种，其其各各个个级级别别的的魏氏组织的特征描述如下：魏氏组织的特征描述如下：n0级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；级：均匀的铁素体和珠光体组织，无魏氏组织特征；n1级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；级：铁素体组织中有呈现不规则的块状铁素体出现；n2级：呈现个别针状组织区；级：呈现个别针状组织区；n3级级：由由铁铁素素体体网网向向晶晶内内生生长长，分分布布于于晶晶粒粒内内部部的的细细针针状魏氏组织；状魏氏组织；n4级：明显的魏氏组织；级：明显的魏氏组织；n5级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。级：粗大针状及厚网状的非常明显的魏氏组织。n魏氏组织由于魏氏组织由于粗大的魏氏组织对珠光体基体的粗大的魏氏组织对珠光体基体的割裂作用，割裂作用，一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大一般都伴随着原奥氏体晶粒粗大,从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。从而会引起钢的强度、韧性和塑性的降低。n消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；消除魏氏组织常用的办法一般采用退火或正火；程度严重的工件可采用二次正火（较高温度程度严重的工件可采用二次正火（较高温度+较低温度）。较低温度）。n淬火淬火+回火也能消除魏氏组织。回火也能消除魏氏组织。n控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现控制锻造终轧温度、锻后冷却，可以防止出现魏氏组织魏氏组织1.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变nCCT曲线在TTT的右下方；n（碳素钢中）共析钢和过共析钢的连续冷却无贝氏体转变；n上、下临界冷却速度，工艺应用CCT曲线举例曲线举例45钢的钢的CCT曲线曲线T10钢的钢的CCT曲线曲线思考题分别以v1、v2、v3、v4的冷速进行冷却，各获得何种组织？1.2.3 影响C曲线的因素n奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无奥氏体的化学成分和均匀性、晶粒大小，有无第二相第二相C曲曲线。和以下因素有关：和以下因素有关：n钢的化学成分的化学成分n正常加热条件下，共析钢的C曲线最右；n除Co以外，常用元素均使其右移；n一些碳化物形成元素还改变C曲线形状n加加热温度与温度与时间n原始原始组织：细，A均匀，均匀，C曲曲线右移，右移，Ms 1.3 淬火钢在回火时的变化n淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于原子活动能力增强，发生如下转变n（温度对应于碳钢，典型时间）n(1)碳原子的偏聚（T100）:碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;n(2)马氏体分解:在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M 100250析出 -Fe2.4C；250400之间，-Fe2.4C溶解并重新析出Fe3C。n(3)残余奥氏体的转变:按 C曲线进行n例如高碳钢在例如高碳钢在200300回火加热、保回火加热、保温或降温过程中，温或降温过程中，AM或或B组织组织n(4)F的回复与再结晶及碳化物的聚集长大n当T 400时，M中的碳原子全部脱溶，变成F，但是保持M外形和缺陷。Tn当T 600时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长大并粗化。Sn温度碳钢，几小时温度碳钢，几小时淬火钢在回火时性能的变化淬火钢在回火时性能的变化n一般来说，淬火钢在回火时随着回火温度升高或时间延长，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高45钢的回火温度与力学性能 钢的回火脆性回火脆性回火脆性：淬火钢在淬火钢在某一回火温度范围某一回火温度范围内，随着回火的升内，随着回火的升高，使钢的冲击韧高，使钢的冲击韧性下降（脆性增大）性下降（脆性增大）的现象称为回火脆的现象称为回火脆性。性。n第类回火脆性（低温回火脆性）：250400 原因是由于沿马氏体条间析出Fe3C所致。n避免在此温度区间回火。重新淬火避免在此温度区间回火。重新淬火n第类回火脆性（高温回火脆性）：含有Ni、Cr、Mn等元素的合金钢在450650回火后缓慢冷却时表现韧性降低。脆性为可逆性。n回火后快冷可防止或予以消除。合金元素回火后快冷可防止或予以消除。合金元素Mo可减可减轻第轻第类回火脆性。类回火脆性。2 整体热处理工艺n正火与退火正火与退火n淬火淬火n回火回火2.1 钢的退火和正火n毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等毛胚生产：铸、锻、焊，冷变形等n缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高缺陷：晶粒粗大、应力、成分不均、硬度偏高等等n退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器退火和正火是应用非常广泛的热处理，在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常零件或工模具等工件的加工制造过程中，经常作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、作为预先热处理工序，安排在铸造或锻造之后、切削切削(粗粗)加工之前，用以消除前一工序所带来加工之前，用以消除前一工序所带来的某些缺陷，为随后的工序作准备。的某些缺陷，为随后的工序作准备。n对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件，对于一些普通铸件、焊接件以及不重要的工件，退火和正火也可以作为最终热处理工序。退火和正火也可以作为最终热处理工序。2.1.1 退火和正火的目的n改变性能、组织为目标，如改变性能、组织为目标，如n调整硬度（整硬度（经常是常是软化）以便化）以便进行行后续后续加工；加工；n经过适当退火或正火处理可使钢件的硬度达到170-250HBS，而且比较均匀，从而改善钢件的切削加工性能，如球化退火、完全退火等。n冷拉之间再结晶退火消除加工硬化n消除残余消除残余应力，以防力，以防变形、开裂；形、开裂；n细化晶粒，改善化晶粒，改善组织以提高以提高力学力学性能；性能；n为最终热处理为最终热处理(淬火回火淬火回火)作好组织上的准备，作好组织上的准备，如球化退火。如球化退火。2.1.2 钢的退火操作及应用n退火是通退火是通过将金属加将金属加热、保温，使金属、保温，使金属向（向（近近）平衡状）平衡状态转化的工化的工艺过程。程。n分分类方法乱，交叉方法乱，交叉n按用途按用途:、球化退火、球化退火、扩散退火和去散退火和去应力力退火等退火等;按按加加热温度：温度：完全退火、不完全完全退火、不完全退火退火，按介，按介质：普通空气、真空；按：普通空气、真空；按转变条件：条件：连续冷却、冷却、等温、循等温、循环退火退火等；等；按材料：按材料：钢、有色合金等、有色合金等（1）完全退火n加热温度：TAC3+(3050)n冷却方式：缓冷（炉冷、灰冷、坑冷）至550C后空冷。n组织：接近平衡组织（F+P）n应用：适用于亚共析钢铸、锻、焊件。如ZG35铸造齿轮。（2）不完全退火n加加热至至Ac1Ac3(Accm)之之间，然后，然后缓慢冷慢冷却的退火方法；却的退火方法；n目的：目的：软化、消除化、消除应力、改善加工性能力、改善加工性能n主要用于主要用于过共析共析钢，消除，消除锻轧应力、降力、降低硬度、提高低硬度、提高韧性，性，但是不能消除网状但是不能消除网状！n用于用于亚共析共析钢消除消除锻轧应力、降低硬度力、降低硬度可以降低成本可以降低成本n球化？球化？（3）球化退火n加热温度：加热温度：TAC1+(2030)n冷却方式：缓冷、等冷却方式：缓冷、等温或循环温或循环n组织：球状组织：球状P球状球状P的强度、硬度的强度、硬度稍低，塑性韧性好稍低，塑性韧性好球化退火工艺球化退火工艺球化退火工艺路线球化退火工艺路线球化退火的应用n任何钢种都可以采用；任何钢种都可以采用；n球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于球化退火主要用于降低高碳钢的硬度，以利于切削加工；切削加工；n为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂为淬火作组织准备，减小淬火时的变形和开裂倾向倾向n如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火如果一次球化难以达到目的，可采用循环退火进行球化（进行球化（111）（4）扩散退火）扩散退火n加加热至固相至固相线以下以下较高温度，高温度，长时间保保温，消除枝晶偏析。温，消除枝晶偏析。n适用于适用于钢铁、有色合金等，如、有色合金等，如亚共析钢：TAc3 +（150300)过共析钢：TAccm+（150300)保温1015h后空冷（5）再结晶退火与去应力退火n较低温度加低温度加热（Ac1)，消除加工硬化或，消除加工硬化或宏宏观应力，如力，如n500650保温缓冷至200后空冷，消除铸、焊件内应力n200 300 保温缓冷弹簧去应力退火n再结晶温度相变温度，软化加工硬化的金属n适用于所有金属与合金适用于所有金属与合金几种退火的加热温度范围2.1.3 钢的正火操作及应用n将钢加热到临界温度以上（AC3或Accm）保温一定时间后空冷、获得近平衡组织的工艺（0.4%C，不宜用正火代替调质。3)T12钢中存在连续的网状Fe3C，为提高切削加工性能，先正火消除网Fe3C，再球化退火得到粒状的P，HB。4）一些钢的最终热处理（115）等温正火工艺举例（116）n合金渗碳合金渗碳钢要求要求组织与硬度的良好配合与硬度的良好配合n粗F+细片状Pn160180HBSn20CrMnTi得到以上得到以上组织性能的性能的连续冷却冷却工工艺3338/min（难）n常用等温正火工常用等温正火工艺：装料厚度：装料厚度150mm，加加热920960，150min；风冷至冷至620630，25min，出炉。，出炉。2.2 钢的淬火n将钢加热到临界点（Ac3或Ac1）以上，保温后快速冷却得到马氏体或贝氏体组织的工艺过程。n淬火的目的：提高强度、硬度、耐磨性2.2.1 加热参数的选择nB和和M均均为A的的转变产物，物，为了了获得得这些些组织，首先要加，首先要加热获得得A。n加加热的目的：的目的：获得适当成分、晶粒得适当成分、晶粒细小小的奥氏体的奥氏体n加加热温度（淬火温度）、保温温度（淬火温度）、保温时间都是都是以以上目的以以上目的为依据的，同依据的，同时考考虑n能源及设备消耗、n零件氧化脱碳，变形，晶粒长大淬火温度的选择n亚共析钢:Ac3（3050）n共、过共析钢:Ac1（3050）n组织？n合金钢可适当提高n原因保温时间的选择n保温是加保温是加热的的继续，目的相同，目的相同n因因为碳碳钢奥氏体奥氏体转变所需的所需的时间较短，短，热导率率较大，保温至整个零件达到淬火大，保温至整个零件达到淬火温度温度(经常目常目测)即可；即可；n合金元素合金元素扩散散较慢，而且可能影响碳化慢，而且可能影响碳化物的溶解和物的溶解和C的的扩散，合金散，合金钢可以适当延可以适当延长保温保温时间。n按装炉量、工件尺寸、材料种按装炉量、工件尺寸、材料种类估算估算加热时间的估算（117-118）n=K DnK=11.3 装炉修正系数；n加热系数，与加热温度、介质有关；nD工件有效厚度n工件的有效厚度工件的有效厚度n圆棒的直径；阶梯轴按大端尺寸计算；n扁平工件的厚度n实心圆椎：离大端1/3高度处的直径；n其余见118页。2.2.2 钢的淬透性与淬硬性n一定尺寸的工件，淬火一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却工件表面冷却较快，心部冷却快，心部冷却较慢慢 。不同位置不同位置转变产物不同物不同n钢的淬透性是指的淬透性是指钢在淬火后在淬火后获得得马氏体氏体或淬硬或淬硬层深度（又称深度（又称为淬透淬透层深度）的深度）的能力。能力。n淬透性通常用淬透性通常用规定条件定条件(试样形状、尺形状、尺寸、冷却条件等）下的淬硬寸、冷却条件等）下的淬硬层深度表示，深度表示，淬硬淬硬层深度越深，表明其淬透性越好。深度越深，表明其淬透性越好。n临界直径界直径n端淬端淬实验,Jonomy,Jonomy曲曲线n钢的淬透性取决于的淬透性取决于过冷奥氏体的冷奥氏体的稳定性定性nC曲曲线靠右的靠右的钢（上（上临界冷却速度界冷却速度较小）小），淬透性，淬透性较好好n淬透性与淬透性与钢材成分、原始状材成分、原始状态及加及加热条条件有关，而与工件尺寸、淬火介件有关，而与工件尺寸、淬火介质无关无关 n在尺寸、形状、冷却条件均相同在尺寸、形状、冷却条件均相同时，淬，淬透性大的透性大的钢，淬透，淬透层深度越深。深度越深。淬透性是选材制定工艺的依据n淬透性是选材和制定热处理工艺的重要淬透性是选材和制定热处理工艺的重要依据。如依据。如n截面尺寸大、形状复截面尺寸大、形状复杂、承受复、承受复杂应力、力、对心部性能要求高心部性能要求高较高淬透性材料高淬透性材料n对于承受弯扭的于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可零件，可选用淬透性低、淬硬用淬透性低、淬硬层浅（如浅（如为半径的半径的1/31/31/21/2）的）的钢。n为了防止了防止焊件件变形和裂形和裂纹、强力冲力冲击脆脆断，材料的淬透性不能太好。断，材料的淬透性不能太好。n不同尺寸的工件淬硬不同尺寸的工件淬硬层深度不同大直深度不同大直径零件淬硬径零件淬硬层较薄；薄；n根据工件的淬透性根据工件的淬透性优化化热处理工理工艺。如如正火代替正火代替调质量量n安排工安排工艺路路线考考虑淬透性；淬透性；淬硬性n钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬钢在理想条件下淬火所能达到的最高硬度称为钢的淬硬性。度称为钢的淬硬性。n钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含钢的淬硬性主要取决于马氏体中的碳含量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳量，也就是淬火前奥氏体中碳含量，碳含量越高，淬硬性越好。含量越高，淬硬性越好。2.2.3 常用淬火冷却介质与淬火方法常用淬火冷却介质与淬火方法n淬火介淬火介质与方法的与方法的选择要考要考虑两方面两方面的因素的因素n避免奥氏体分解，满足性能要求n降低淬火应力，减小变形防止开裂n理想介理想介质的冷却特的冷却特性如性如图 理想冷却速度理想冷却速度常用淬火介质常用淬火介质n水，（水，（5-15%）盐水，碱水水，碱水n冷却速度快n10-20号机油号机油n冷却速度较慢n硝硝盐浴（浴（50%KNO3,50%NaNO2）等温）等温淬火，分淬火，分级淬火淬火常用淬火方法（118）n单液淬火：一种介液淬火：一种介质冷却到底。如碳冷却到底。如碳钢在水中、合金在水中、合金钢在油中，高速在油中，高速钢在空气。在空气。n为了减小淬火了减小淬火应力，可以采用力，可以采用n双液淬火：如水淬油冷、油淬空冷n分级淬火：在Ms以上等温均温后冷却n等温淬火：得到Bn冷冷处理：淬火的理：淬火的继续冷却操作方法（119）n复复杂零件，零件，预冷可减小冷可减小变形；形；n淬火方向淬火方向n轴类，套筒垂直入水；n长板，横向侧面入水；n凹面，槽口向上；n截面相差较大时，大头先入水等n不不摆动或只沿着淬入方向直或只沿着淬入方向直线运运动，可，可减小减小变形；形；淬火应用实例（120）n临界直径的零件容易开裂，如界直径的零件容易开裂，如 5-11的的45钢零件水淬。尤其是零件水淬。尤其是 6-9最容易开裂。最容易开裂。n裂裂纹起源于最先入水的部位或缺陷起源于最先入水的部位或缺陷处。n避免危险尺寸；n改进工艺n改变淬火介质2.3 钢的回火 2.3.1 回火的目的n淬火钢内应力较大、组织不稳定、塑性淬火钢内应力较大、组织不稳定、塑性和韧性较低，必须进行回火。和韧性较低，必须进行回火。n回火是将淬火回火是将淬火钢加加热到到A Ac1c1以下某一温度，以下某一温度，经保温适当保温适当时间后冷却到室温的后冷却到室温的热处理理工工艺。n回火可以减小淬火内应力，稳定工件组回火可以减小淬火内应力，稳定工件组织和形状尺寸，提高零件的塑性和韧性。织和形状尺寸，提高零件的塑性和韧性。2.3.2 回火的分类和应用n根据回火根据回火时发生的生的转变，回火分，回火分为三三类n低温回火：低温回火：发生生马氏体分解，氏体分解，产物物为回回火火马氏体氏体M；n中温回火：碳化物没有中温回火：碳化物没有过分聚集分聚集长大，大，F没有再没有再结晶，晶，产物物为回火屈氏体回火屈氏体T(F+点点状状Fe3C)；n高温回火：高温回火：产物物为回火索氏体回火索氏体S(F+球状球状的的Fe3C)低温回火温度：（碳钢在150250C）组织：M+粒Fe3C性能：高硬度、较高强度，塑性及韧性较差，耐磨性好（如高碳钢达5864HRC）。应用：用于工模具，轴承、齿轮等。中温回火n温度：（碳温度：（碳钢350500）n组织：回火屈氏体（T回），微细粒状碳化物弥散分布在F基体上 n性能特点：性能特点：高弹性极限及屈服极限，一定的韧性，硬度3545 HRC n应用：用：各种弹簧。如：60Si2Mn、65Mn、60、65、85钢。高温回火n温度温度 （碳碳钢500650）n组织：回火索氏体（S），粒状碳化物分布在F基体上 n性能特点：性能特点：较高的强度和硬度（HB200350），良好的塑性和韧性。即具有良好的综合机械性能，参考点？n应用：用：各种轴类、连杆、螺栓等。如：45、40Cr、40CrNiMo钢等。n调质处理 淬火高温回火 45钢（钢（2040mm）调质和正火组织及机械性能比较）调质和正火组织及机械性能比较由此表可以看出：由此表可以看出：45钢调钢调质处理的性能比正火后性质处理的性能比正火后性能综合机械性能好。能综合机械性能好。