鋼的熱處理

1、了解鋼在加熱和冷卻的組織轉變。2、了解冷卻轉變后產物的組織和性能。3、掌握退火、正火、淬火、回火、表面熱處理的工藝特點熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業被廣泛應用。在機床制造中約60-70%的零件要經過熱處理。在汽車、拖拉機制造業中需熱處理的零件達70-80%。至于模具、滾動軸承則要100%經過熱處理。總之，重要的零件都要經過適當的熱處理才能使用。

2、熱處理特點：熱處理區別于其他加工工藝如鑄造、壓力加工等的特點是只通過改變工件的組織來改變性能，而不改變其形狀。

鑄造軋制3、熱處理適用范圍：只適用于固態下發生相變的材料，不發生固態相變的材料不能用熱處理強化。

鋼的熱處理

材料的性能可以通過下面方法得以改善

1.改變含碳量2.對材料進行后續處理——熱處理

3.在鋼鐵的冶煉過程中，加入所需的合金元素

鋼的熱處理是指將鋼在固態下進行加熱、保溫和冷卻，以改變其內部組織，從而獲得所需要性能的一種工藝方法。熱處理的定義:時間溫度

熱加保溫冷

卻箱式電阻爐臺車式電阻爐

鋼的臨界點：理論溫度線：實際加熱溫度線：實際冷卻溫度線：A1、

A3、

AcmAc1、Ac3、AccmAr1、Ar3、Arcm碳鋼的室溫組織基本上是鐵素體和滲碳體組成。只有加熱到奧氏體狀態才能通過不通過的冷卻方式使剛轉變為不同組織，獲得所需要的性能。加熱是熱處理的第一道工序，在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體組織，稱為奧氏體化。以共析鋼的奧氏體形成過程為例(遵循形核和長大）1、奧氏體的形成一、鋼在加熱時的轉變第一步：奧氏體晶核形成：（首先在F與Fe3c相界形核。）第二步：奧氏體晶核長大：第三步：殘余Fe3c溶解。（鐵素體在成分、結構上比Fe3c更接近于奧氏體，因而Fe3c先消失，而殘余Fe3c隨保溫時間延長不斷溶解直至消失。）第四步：奧氏體均勻化。（Fe3c溶解后，其所在部位含碳量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。）2、影響奧氏體晶粒長大的因素⑴加熱溫度和保溫時間：加熱溫度高、晶粒長大越快，晶粒粗大。當加熱溫度一定時，隨著保溫時間延長，晶粒不斷長大，但長大緩慢，不會無限長大。⑵加熱速度：加熱速度越快，形核率越高，時間短，晶粒越細。（3）鋼的成分：兩種冷卻方式示意圖1——等溫冷卻2——連續冷卻熱處理中對鋼進行加熱和保溫的主要目的是為了使鋼獲得細小而均勻的奧氏體晶粒，以什么方式和速度冷卻，將對鋼的組織和性能有著決定性的作用。一、冷卻時的組織轉變等溫冷卻：奧氏體化的鋼先以較快的冷卻速度冷卻到相變點（A1線）以下一定的溫度，這時的奧氏體尚未轉變，但成為過冷奧氏體化。（等溫退火、等溫淬火)連續冷卻：溫度連續下降過程中發生組織的轉變。(水、油、空冷）二、過冷奧氏體等溫轉變產物的組織和性能

隨過冷度不同，過冷奧氏體將發生珠光體轉變、貝氏體轉變和馬氏體轉變三種類型轉變。以共析鋼為例說明：㈠過冷奧氏體的高溫轉變（珠光體轉變）1、珠光體的組織形態及性能

過冷奧氏體在A1到550℃間將轉變為珠光體類型組織，它是鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合物，根據片層厚薄不同，又細分為珠光體、索氏體和托氏體。珠光體索氏體托氏體光鏡下形貌電鏡下形貌⑴珠光體：形成溫度為A1-650℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示。光鏡形貌電鏡形貌⑵索氏體形成溫度為650-600℃，片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S表示。⑶托氏體形成溫度為600-550℃，片層極薄，電鏡下可辨，用符號T表示。電鏡形貌光鏡形貌珠光體、索氏體、托氏體三種組織無本質區別，只是形態上的粗細之分。㈡貝氏體轉變

1、貝氏體的組織形態及性能過冷奧氏體在550℃-230℃

間將轉變為貝氏體類型組織，貝氏體用符號B表示。根據其組織形態不同，貝氏體又分為上貝氏體(B上)和下貝氏體（B下）。上貝氏體下貝氏體⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀。

光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350℃-230℃在光鏡下呈竹葉狀。

光鏡下電鏡下上貝氏體下貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌上貝氏體強度與塑性都較低，無實用價值。下貝氏體除了強度、硬度較高外，塑性、韌性也較好，即具有良好的綜合力學性能，是生產上常用的強化組織之一。㈢馬氏體轉變馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。1、馬氏體的晶體結構碳在α-Fe中的過飽和固溶體稱馬氏體,用符號M表示。馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中。馬氏體組織鋼的熱處理工藝鋼的普通熱處理：退火、正火、淬火和回火鋼的表面熱處理表面淬火：感應加熱、火焰加熱表面化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等

鋼的普通熱處理重要零部件:鑄造(或鍛造)退火(或正火)粗加工淬火回火精加工成品退火與正火冷卻速度較慢，主要用來改善材料工藝性能，消除殘余應力、改善組織、調整硬度、改善切削性能等等——預備熱處理獲得優異的綜合力學性能——最終熱處理三、鋼的退火

將退火是將鋼件加熱到高于或低于鋼的相變點適當溫度，保溫一定時間，隨后在爐中或埋入導熱性較差的介質中緩慢冷卻，以獲得接近平衡狀態組織的一種太熱處理工藝。根據目的和要求不同，又可以分為完全退火、球化退火和去應力退火。

1、完全退火：A）工藝：

Ac3以上（30~50℃），保溫后隨爐或埋入石灰緩慢冷卻，至500℃以下后在空氣中繼續冷卻

。B）目的：

使熱加工過程中的造成的粗大晶粒細化，不均勻組織均勻化，或使中碳以上的碳鋼及合金鋼降低硬度，改善切削加工性能。同時消除殘余應力。2、球化退火：A）工藝：

Ac1以上（20~30℃），保溫后隨爐緩冷至600℃以下出爐空冷。B）目的：降低硬度，提高韌性，改善切削加工性能，并為后續的淬火做好組織準備。4、去應力退火：A）工藝：

A1以下某一溫度（500~650℃），保溫后隨爐緩冷至200℃以下出爐空冷。B）特點：低溫退火，無組織變化C）目的：

消除鑄、鍛、焊件等的殘余應力,減少變形，穩定尺寸三、鋼的正火將鋼件加熱至（Ac3、Ac1

以上），保溫后出爐空冷的熱處理工藝。A）工藝：

Ac3、Ac1以上（30~50℃），空冷。B）特點：冷卻速度快，組織較細，鋼的強度和硬度有所提高。C）目的：

（1）

對于低、中碳鋼(≤0.6C%)，目的與退火的相同。

⑵對于過共析鋼，用于消除網狀二次滲碳體，為球化退火作組織準備。

⑶普通件最終熱處理。與退火相比具有以下特點：

1）由于冷卻速度較退火快，所得組織比退火時要細；

2）正火后的零件的強度和硬度比退火時高，且含碳量越高，差別越大；3）低碳鋼經正火處理后的強度與硬度，與退火處理的差別不多，但正火處理是在爐外進行，不占用設備，生產率高，所以低碳鋼多采用正火代替退火處理。三、鋼的淬火淬火是將鋼加熱到臨界點以上，保溫后，使奧氏體轉變為馬氏體的熱處理工藝。淬火是應用最廣的熱處理工藝之一。淬火的目的：獲得馬氏體組織，提高鋼的性能。1.鋼的淬火材料A水：冷卻速度快，但容易造成組織應力，導致工件變形、開裂。一般碳素鋼多采用水做冷卻液。油：冷卻速度慢，合金鋼多采用。2.淬透性的應用

（1）對于截面承載均勻的重要件，要全部淬透。如螺栓、連桿、模具等。（2）對于承受彎曲、扭轉的零件可不必淬透（淬硬層深度一般為半徑的1/2~1/3），如軸類、齒輪等。淬硬層深度與工件尺寸有關，設計時應注意尺寸效應。

高強螺栓柴油機連桿齒輪三、鋼的回火

鋼的回火就是將淬火后的鋼重新加熱到Ac1點以下的某一溫度，保溫一段時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。（基本所有淬火零件都需要回火處理）1.工藝：A1以下某一溫度（150~650℃），保溫后出爐空冷。2.目的：（1）降低或消除淬火應力，減小變形，防止開裂；（2）通過不同的回火溫度來調整硬度，減小脆性；（3）使淬火組織穩定化，避免工件在使用過程中發生尺寸和形狀的變化。

通常把淬火加高溫回火的熱處理工藝稱作“調質處理”，簡稱“調質”。調質廣泛用于連桿、軸、齒輪等各種重要結構件的處理。也可作為精密零件、量具等的預備熱處理。柴油機連桿一、鋼的表面淬火

表面淬火是將工件表面快速加熱，在熱量尚未傳遞到心部時立即迅速冷卻，使表面得到一定深度的淬硬層，而心部仍保持原始組織的一種局部熱處理方法。1.火焰加熱表面淬火：氧-乙炔

2.感應加熱表面淬火：感應電流

3.激光加熱表面淬火：激光束