1、第一節第一節 熱處置的實際根底熱處置的實際根底第二節第二節 鋼的熱處置鋼的熱處置第三節第三節 固溶與時效處置固溶與時效處置 在鑄造、壓力加工和焊接成形過程中，不可防止地在鑄造、壓力加工和焊接成形過程中，不可防止地存在組織缺陷。對金屬資料進展熱處置主要源于提高其存在組織缺陷。對金屬資料進展熱處置主要源于提高其綜合機械性能，符合資料在設計和制備過程中所遵照的綜合機械性能，符合資料在設計和制備過程中所遵照的“成分組織性能的原那么。成分組織性能的原那么。 熱處置是將金屬資料以一定的速度加熱到預定溫度熱處置是將金屬資料以一定的速度加熱到預定溫度并堅持預定的時間，再以預定的冷卻速度進展冷卻的綜并堅持預定的

2、時間，再以預定的冷卻速度進展冷卻的綜合工藝方法。合工藝方法。q 金屬資料的強化機制金屬資料的強化機制 強強 度度 固溶強化：固溶強化： 當合金由單相固溶體構成時，隨溶質原子含量的添加，其塑性變形抗力大大提高，表現為強度和硬度上升，塑性和韌性值下降。b 細晶強化：細晶強化： 雙晶粒的拉伸實驗闡明：晶界對形變有妨礙作用。 加工硬化：加工硬化： 曲線分為三階段曲線分為三階段1易滑移階段位錯少干擾易滑移階段位錯少干擾2線性硬化階段位錯塞積線性硬化階段位錯塞積3拋物線硬化階段螺旋位錯拋物線硬化階段螺旋位錯 啟動，位錯密度下降啟動，位錯密度下降 時效強化：時效強化： 第二相強化彌散強化：第二相強化彌散強化

3、： 復合強化：復合強化： 回火索氏體回火索氏體 q 固態相變固態相變 鋼鐵資料熱處置是經過加熱、保溫暖冷卻方式借以鋼鐵資料熱處置是經過加熱、保溫暖冷卻方式借以改動合金的組織與性能的一種工藝方法，其根本內容包改動合金的組織與性能的一種工藝方法，其根本內容包括熱處置原理及熱處置工藝兩大方面。括熱處置原理及熱處置工藝兩大方面。 鋼鐵資料的強韌化重要有兩個途徑：一是對鋼鐵資鋼鐵資料的強韌化重要有兩個途徑：一是對鋼鐵資料實施熱處置；二是經過調整鋼的化學成分，參與合金料實施熱處置；二是經過調整鋼的化學成分，參與合金元素亦即鋼的合金化原理，以改善鋼的性能。元素亦即鋼的合金化原理，以改善鋼的性能。q 鋼的熱處

4、置原理鋼的熱處置原理 鋼在加熱時，實踐鋼在加熱時，實踐轉變溫度往往要偏離平轉變溫度往往要偏離平衡的臨界溫度，冷卻時衡的臨界溫度，冷卻時也是如此。隨著加熱和也是如此。隨著加熱和冷卻速度的添加，滯后冷卻速度的添加，滯后景象將越加嚴重。通常把加熱時的臨界溫度標以字母景象將越加嚴重。通常把加熱時的臨界溫度標以字母“C C，如，如AC1AC1、AC3AC3、ACmACm等；把冷卻時的臨界溫度標以字母等；把冷卻時的臨界溫度標以字母“r r，如，如Ar1Ar1、Ar3Ar3、ArmArm等。等。AAFPFACAC31ACFeACFePcmACAC331 通常將處于通常將處于A1A1以下溫度尚未發生轉變的奧氏

5、體稱為過冷以下溫度尚未發生轉變的奧氏體稱為過冷奧氏體。鋼在冷卻時的組織轉變本質上是過冷奧氏體的組織奧氏體。鋼在冷卻時的組織轉變本質上是過冷奧氏體的組織轉變。轉變。 在不同溫度反復上述等溫轉變實驗，可根據實驗結在不同溫度反復上述等溫轉變實驗，可根據實驗結果繪制出奧氏體鋼的等溫冷卻曲線。果繪制出奧氏體鋼的等溫冷卻曲線。 曲線的左邊一條線為過冷奧氏體轉變開場線；右邊曲線的左邊一條線為過冷奧氏體轉變開場線；右邊一條線為過冷奧氏體轉變終了線。該曲線下部還有兩條一條線為過冷奧氏體轉變終了線。該曲線下部還有兩條程度線，分別表示奧氏體向馬氏體轉變的開場溫度程度線，分別表示奧氏體向馬氏體轉變的開場溫度MsMs線

6、線和轉變終了溫度和轉變終了溫度MfMf線。線。 在在C C曲線中，在不同過冷奧氏體開場出現組織轉變曲線中，在不同過冷奧氏體開場出現組織轉變的時間不同，這段時間稱為的時間不同，這段時間稱為“孕育期。其中，以孕育期。其中，以C C曲線曲線最突出處凸點所對應的溫度孕育期最短。最突出處凸點所對應的溫度孕育期最短。 過冷奧氏體等溫冷卻曲線形似過冷奧氏體等溫冷卻曲線形似“C C字，故俗稱字，故俗稱C C曲線，曲線，反響了反響了“溫度時間轉變量的關系，所以溫度時間轉變量的關系，所以C C曲線又稱曲線又稱為為TTTTTT圖圖Temperature-TimeTemperature-TimeTransformat

7、ion Transformation DiagramDiagram。 注：注：w wc c1.01.0時構成片狀馬氏體，時構成片狀馬氏體，HRCHRC：64646666； w wc c0.20.2時時構成板狀馬氏體，構成板狀馬氏體， HRC HRC：303050 50 。 非共析鋼的C曲線與共析鋼的C曲線不同。區別在于：亞共析鋼曲線左移，在其上方多了一條過冷奧氏體轉變為鐵素體的轉變開場線； 過共析鋼曲線右移，在其上方多了一條過冷奧氏體析出二次滲碳體的開場線。 C C曲線曲線TTTTTT圖圖反響了過冷奧氏體等反響了過冷奧氏體等溫轉變的全貌，但在溫轉變的全貌，但在實踐消費中，鋼的熱實踐消費中，鋼的

8、熱處置大多是采用延續處置大多是采用延續冷卻，因此，測出奧冷卻，因此，測出奧氏體的延續冷卻曲線，氏體的延續冷卻曲線，即即CCTCCT圖右圖陰影圖右圖陰影部分，有很大的現部分，有很大的現實意義。實意義。q 鋼的普通熱處置鋼的普通熱處置 將鋼加熱到一將鋼加熱到一定溫度進展保溫，定溫度進展保溫，緩冷至緩冷至600600以下，以下，再空冷至室溫的熱再空冷至室溫的熱處置工藝。處置工藝。 正火將鋼加熱到正火將鋼加熱到AC3 AC3 或或ACmACm以上溫度以上溫度30-5030-50并保溫，出并保溫，出爐空冷至室溫的熱處置工藝。由于正火比退火加熱溫度略高，爐空冷至室溫的熱處置工藝。由于正火比退火加熱溫度略高

9、，冷卻速度大，故珠光體的分散度大，先共析鐵素體的數量少，冷卻速度大，故珠光體的分散度大，先共析鐵素體的數量少，因此正火后強度、硬度較高。因此正火后強度、硬度較高。 經過退火或正火的工件只能獲得普通的強度和硬度，經過退火或正火的工件只能獲得普通的強度和硬度，對于許多需求高強度、高耐磨條件下任務的零件那么必對于許多需求高強度、高耐磨條件下任務的零件那么必需淬火與回火處置。需淬火與回火處置。 馬氏體有兩種根本形狀：板條馬氏體和片狀馬氏體。馬氏體有兩種根本形狀：板條馬氏體和片狀馬氏體。 W WC C0.20%0.20%時：根本上構成板條狀馬氏體也稱低碳時：根本上構成板條狀馬氏體也稱低碳馬氏體，板條馬氏

10、體內有高密度的位錯纏結的亞構造，馬氏體，板條馬氏體內有高密度的位錯纏結的亞構造，又稱為位錯馬氏體。又稱為位錯馬氏體。 板條馬氏體 馬氏體的塑性和韌性主要取決于它的亞構造。在一馬氏體的塑性和韌性主要取決于它的亞構造。在一樣屈服強度條件下，板條位錯型馬氏體比片狀孿樣屈服強度條件下，板條位錯型馬氏體比片狀孿晶型馬氏體的韌性好得多。晶型馬氏體的韌性好得多。 馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量，通常情馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳量，通常情況是隨含碳量的添加而升高。況是隨含碳量的添加而升高。 將鋼加熱到將鋼加熱到Ac1Ac1或或Ac3Ac3以上，保溫一定時間，然后快以上，保溫一定時間，然后快速冷卻

11、以獲得馬氏體組織的熱處置工藝稱為淬火。速冷卻以獲得馬氏體組織的熱處置工藝稱為淬火。 淬火加熱溫度的選擇應以得到細而均勻的奧氏體晶淬火加熱溫度的選擇應以得到細而均勻的奧氏體晶粒為原那么，以便冷卻后獲得細小的馬氏體組織。亞共粒為原那么，以便冷卻后獲得細小的馬氏體組織。亞共析鋼的淬火加熱溫度通常為析鋼的淬火加熱溫度通常為Ac3Ac3以上以上30305050；過共析鋼；過共析鋼的淬火加熱溫度通常為的淬火加熱溫度通常為Ac1Ac1以上以上30305050。 淬火保溫時間主要根據鋼的成分特點、加熱介質和淬火保溫時間主要根據鋼的成分特點、加熱介質和零件尺寸來確定。零件尺寸來確定。 采用有機物和無機物等配制而

12、成的水溶性聚合物淬火介質，和淬火油改性添加劑，由于冷卻才干可調整，運用中介質濃度可簡便測定，有減少變形、防止淬裂，不銹蝕、免清洗、 無味、無煙霧、不著火，運用溫度高，環保、少無污染，正常耗費是傳統油淬火的40%等特點，因此在國外已普及推行運用。 但我國仍普遍采用通用的礦物油，一定比例的氯化鈉水溶液、堿溶液及硝鹽溶液為冷卻介質。因此呵斥嚴重的污染。 為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，為了保證獲得所需淬火組織，又要防止變形和開裂，必需采用已有的淬火介質再配以各種冷卻方法才干處理。必需采用已有的淬火介質再配以各種冷卻方法才干處理。通常的淬火方法通常的淬火方法包括單液淬火、包括單液淬火、雙

13、液淬火、分級雙液淬火、分級淬火和等溫淬火淬火和等溫淬火等，如下圖。等，如下圖。 鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的才干。其鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得馬氏體的才干。其大小通常用規定條件下淬火獲得淬透層的深度又稱有大小通常用規定條件下淬火獲得淬透層的深度又稱有效淬硬深度的間隔作為淬透層深度。效淬硬深度的間隔作為淬透層深度。 消費中也常用臨界淬火直徑表示鋼的淬透性。所謂臨界淬火直徑，是指圓棒試樣在某介質中淬火時所能得到的最大淬透直徑即心部被淬成半馬氏體的最大直徑，用Do表示。在一樣冷卻條件下，Do越大，鋼的淬透性越好。 淬透性的運用：淬透性的運用：1 1淬透性大的工件易淬透，組織和性能均勻一致；

14、淬透性大的工件易淬透，組織和性能均勻一致；2 2淬火性大的工件在淬火時，可選用冷卻才干較小的淬火性大的工件在淬火時，可選用冷卻才干較小的 淬火介質以減小淬火應力。淬火介質以減小淬火應力。3 3對受力大而復雜的工件，為確保組織性能均勻一致，對受力大而復雜的工件，為確保組織性能均勻一致，可選用淬透性大的鋼。可選用淬透性大的鋼。4 4當要求工件外表硬度高，而心部韌性好時，可選用當要求工件外表硬度高，而心部韌性好時，可選用 低淬透性鋼。低淬透性鋼。 回火的目的是降低應力和脆性，獲得回火馬氏體組織，回火的目的是降低應力和脆性，獲得回火馬氏體組織，使鋼具有高的硬度、強度和耐磨性。低溫回火普通用來處使鋼具有

15、高的硬度、強度和耐磨性。低溫回火普通用來處置要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動軸置要求高硬度和高耐磨性的工件，如刀具、量具、滾動軸承和滲碳件等。承和滲碳件等。HRC60HRC601 1低溫回火低溫回火1501502502502 2中溫回火中溫回火350350500500 回火的目的是獲得回火屈氏體，具備高的彈性極限和回火的目的是獲得回火屈氏體，具備高的彈性極限和韌性，并堅持一定的硬度，主要用于各種彈簧，鍛模、壓韌性，并堅持一定的硬度，主要用于各種彈簧，鍛模、壓鑄模等模具。鑄模等模具。35HRC4535HRC45 3 3高溫回火高溫回火500500650650 回火的目的是具備良好的

16、綜合機械性能較高的強回火的目的是具備良好的綜合機械性能較高的強度、塑性、韌性，得到回火索氏體組織。普通把淬火度、塑性、韌性，得到回火索氏體組織。普通把淬火加高溫回火的熱處置稱為加高溫回火的熱處置稱為“調質處置。適用于中碳構造調質處置。適用于中碳構造鋼制造的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車遷延機半軸、機鋼制造的曲軸、連桿、連桿螺栓、汽車遷延機半軸、機床主軸及齒輪等重要機器零件。床主軸及齒輪等重要機器零件。28HRC3328HRC33 需求指出，有些鋼在250400和450650的范圍內回火時，其沖擊韌性比在較低溫度回火時還顯著下降，這種脆化景象稱為回火脆性。在250400回火時出現的脆性稱為低溫回火脆

17、性，又叫第一類回火脆性；而在第一類回火脆性；而在450450650650溫度范圍內回火時出現溫度范圍內回火時出現的脆性稱為高溫回火脆性，也叫第二類回火脆性。的脆性稱為高溫回火脆性，也叫第二類回火脆性。 為防止低溫回火脆性，通常的方法是防止在脆化溫度為防止低溫回火脆性，通常的方法是防止在脆化溫度范圍內回火。防止高溫回火脆性的方法是加熱后快冷。范圍內回火。防止高溫回火脆性的方法是加熱后快冷。 q 鋼的外表熱處置鋼的外表熱處置 外表淬火是將工件外表快速加熱到淬火溫度，然后外表淬火是將工件外表快速加熱到淬火溫度，然后迅速冷卻，僅使外表層獲得淬火組織，而心部仍堅持淬迅速冷卻，僅使外表層獲得淬火組織，而心

18、部仍堅持淬火前組織的熱處置方法。火前組織的熱處置方法。感應加熱外表淬火的特點：感應加熱外表淬火的特點： 淬火溫度高于普通淬火溫度。淬火溫度高于普通淬火溫度。 淬火后馬氏體晶粒細化，表淬火后馬氏體晶粒細化，表層硬度比普通淬火高層硬度比普通淬火高2 23HRC3HRC。 表層存在很大的剩余壓應力。表層存在很大的剩余壓應力。 不易產生變形和氧化脫碳。不易產生變形和氧化脫碳。 易于實現機械化與自動化。感應加熱淬火后，為了減易于實現機械化與自動化。感應加熱淬火后，為了減小淬火應力和降低脆性，需進展小淬火應力和降低脆性，需進展170170200200低溫回火。低溫回火。 感應加熱是利用電磁感應原理，表層感

19、應電流密度感應加熱是利用電磁感應原理，表層感應電流密度大，溫度高；心部幾乎不受熱。大，溫度高；心部幾乎不受熱。 鋼的化學熱處置是指將工件放在一定溫度的活性介鋼的化學熱處置是指將工件放在一定溫度的活性介質中保溫，使介質中分解出的一種或幾種元素的活性原質中保溫，使介質中分解出的一種或幾種元素的活性原子被鋼件外表吸附并向表層分散，從而改動其表層化學子被鋼件外表吸附并向表層分散，從而改動其表層化學成分、組織和性能的一種熱處置工藝方法。成分、組織和性能的一種熱處置工藝方法。 根本過程：根本過程： 鋼件加熱時，化學介質分解出滲入元素的活性原子；鋼件加熱時，化學介質分解出滲入元素的活性原子； 活性原子被鋼件

20、外表吸附和溶解；活性原子被鋼件外表吸附和溶解； 原子由外表向內部分散，構成一定的分散層。原子由外表向內部分散，構成一定的分散層。 將鋼放入滲碳的介質中加熱并保溫，使活性碳原子將鋼放入滲碳的介質中加熱并保溫，使活性碳原子滲入鋼的表層的工藝稱為滲入鋼的表層的工藝稱為滲碳。其目的是經過滲碳滲碳。其目的是經過滲碳及隨后的淬火和低溫回火，及隨后的淬火和低溫回火，使外表獲得高碳回火馬氏使外表獲得高碳回火馬氏體，具有高硬度、耐磨性體，具有高硬度、耐磨性和抗疲勞性能；而心部為和抗疲勞性能；而心部為低碳回火馬氏體或索氏體，低碳回火馬氏體或索氏體，具有一定的強度和良好的具有一定的強度和良好的韌性配合。韌性配合。氣

21、體滲碳表示圖氣體滲碳表示圖1 1滲碳方法滲碳方法 滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前滲碳方法有氣體滲碳、固體滲碳和液體滲碳。目前廣泛運用的是氣體滲碳法。廣泛運用的是氣體滲碳法。2 2滲碳后的組織滲碳后的組織 常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如常用于滲碳的鋼為低碳鋼和低碳合金鋼，如1515、2020、20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi312CrNi3等。滲碳后緩冷組織自外表至等。滲碳后緩冷組織自外表至心部依次為：過共析組織珠光體心部依次為：過共析組織珠光體+ +碳化物、共析組織碳化物、共析組織珠光體、亞共析組織珠光體珠光體、亞共析組織珠光體+ +鐵素體

22、的過渡區，鐵素體的過渡區，直至心部的原始組織。直至心部的原始組織。 3 3滲碳后的熱處置滲碳后的熱處置 滲碳后的熱處置方法有：直接淬火法、一次淬火法滲碳后的熱處置方法有：直接淬火法、一次淬火法和二次淬火法。和二次淬火法。 滲碳后的淬火和低溫回火表示圖滲碳后的淬火和低溫回火表示圖 滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入滲氮俗稱氮化，是指在一定溫度下使活性氮原子滲入工件外表，在鋼件外表獲得一定深度的富氮硬化層的熱處工件外表，在鋼件外表獲得一定深度的富氮硬化層的熱處置工藝。其目的是提高零件外表硬度、耐磨性、疲勞強度、置工藝。其目的是提高零件外表硬度、耐磨性、疲勞強度、熱硬性和耐蝕性等。熱硬性

23、和耐蝕性等。 常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲常用的滲氮方法有氣體滲氮、離子滲氮、氮碳共滲軟氮化等。消費中運用較多的是氣體滲氮。軟氮化等。消費中運用較多的是氣體滲氮。 1 1滲氮方法滲氮方法2 2滲氮后的組織滲氮后的組織 3 3滲氮后的鋼件性能滲氮后的鋼件性能 氮化層氮化層HRCHRC為為69697373，在，在600600650650有較高紅硬性；有較高紅硬性； 普通，普通，T T滲氮滲氮T T滲碳，無需進一步熱處置，滲氮層各滲碳，無需進一步熱處置，滲氮層各性性 能均優于滲碳層，工件不易變形；能均優于滲碳層，工件不易變形； 氮化層比碳化層薄且脆；且氮化層比碳化層薄且脆；且t t滲

24、氮滲氮t t滲碳，消費效率滲碳，消費效率低。低。 為提高工件心部強韌性，需在滲氮前進展調質處為提高工件心部強韌性，需在滲氮前進展調質處置。置。 碳氮共滲新介質的研制是金屬熱處置研討的一個重要碳氮共滲新介質的研制是金屬熱處置研討的一個重要領域。領域。 早期運用的早期運用的NaCNNaCN等氰鹽均有劇毒，現已禁用。新等氰鹽均有劇毒，現已禁用。新一代碳氮共滲介質往往同時思索工藝性能和環保兩方面的一代碳氮共滲介質往往同時思索工藝性能和環保兩方面的要素。常用的介質是煤氣和氨氣的混合物。要素。常用的介質是煤氣和氨氣的混合物。 碳氮共滲是同時向鋼件外表滲入碳和氮原子的化學熱碳氮共滲是同時向鋼件外表滲入碳和氮

25、原子的化學熱處置工藝，也俗稱為氰化。碳氮共滲零件的性能介于滲碳處置工藝，也俗稱為氰化。碳氮共滲零件的性能介于滲碳與滲氮零件之間。與滲氮零件之間。 q 鋼的熱處置新工藝引見鋼的熱處置新工藝引見 利用可控氣氛，即經過準確計量和微機控制技術對利用可控氣氛，即經過準確計量和微機控制技術對爐內的氣體組分加以控制。如含碳液體或氣體的分解和爐內的氣體組分加以控制。如含碳液體或氣體的分解和裂解的碳濃度的控制。裂解的碳濃度的控制。 目前鋼和鈦合金已在熱處置中大量利用維護涂料來目前鋼和鈦合金已在熱處置中大量利用維護涂料來防止工件氧化。涂料由防止工件氧化。涂料由Al2O3Al2O3、SiO2SiO2、SiCSiC和

26、其他金屬氧和其他金屬氧化物以及液態粘結劑配置而成。化物以及液態粘結劑配置而成。 在真空爐中受真空氣氛維護，可防止工件氧化、減在真空爐中受真空氣氛維護，可防止工件氧化、減小變形；但容易引起元素揮發。適于中小型零件的處置。小變形；但容易引起元素揮發。適于中小型零件的處置。 目前，實踐消費中還采用以下先進工藝：利用高能目前，實踐消費中還采用以下先進工藝：利用高能量密度對零件作超高速加熱，然后自激淬火，具有不氧量密度對零件作超高速加熱，然后自激淬火，具有不氧化、不脫碳、變形小、外表光潔，提高硬度、耐磨性和化、不脫碳、變形小、外表光潔，提高硬度、耐磨性和疲勞強度等的高頻和超高頻脈沖熱處置和激光熱處置以疲

27、勞強度等的高頻和超高頻脈沖熱處置和激光熱處置以及電子束熱處置。及電子束熱處置。 強韌化處置是指同時提高鋼件強度和韌性的熱處置。強韌化處置是指同時提高鋼件強度和韌性的熱處置。1 1提高淬火加熱溫度提高淬火加熱溫度 促進奧氏體中碳的均勻化，以促進奧氏體中碳的均勻化，以保證淬火后獲得板狀馬氏體低碳馬氏體。保證淬火后獲得板狀馬氏體低碳馬氏體。 2 2快速短時低溫加熱淬火快速短時低溫加熱淬火 減少碳化物在奧氏體中的減少碳化物在奧氏體中的溶解，使高碳鋼中的奧氏體處于亞共析成分低碳。溶解，使高碳鋼中的奧氏體處于亞共析成分低碳。 3 3鍛造余熱淬火鍛造余熱淬火 將高溫鍛件直接淬火可得到細晶粒將高溫鍛件直接淬火可得到細晶粒板狀馬氏體。板狀馬氏