第五章鋼的熱處理教學要求掌握鋼在加熱和冷卻過程中組織轉變的基本規律,能熟練應用鋼的等溫轉變曲線和連續轉變曲線來分析實際問題掌握退火、正火、淬火、回火等熱處理工藝的工藝參數、適用鋼材、各階段的組織特征及熱處理目的。掌握鋼的表面熱處理和化學熱處理等熱處理工藝方法、適用鋼材和目的。了解熱處理新技術及熱處理零件的結構工藝性第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.1概述什么是鋼的熱處理鋼在固態下，采用適當方式進行加熱、保溫和冷卻，以改變鋼的內部組織結構，從而獲得所需性能的一種工藝方法。基本工藝過程--用熱處理工藝曲線表示§5.1概述臨界溫度與實際轉變溫度鐵碳相圖中PSK、GS、ES線分別用A1、A3、Acm表示.實際加熱或冷卻時存在著過冷或過熱現象，因此將

鋼加熱時的實際轉變溫度分別用Ac1、Ac3、Accm表示;

冷卻時的實際轉變溫度分別用Ar1、Ar3、Arcm表示。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%。熱處理是一種重要的加工工藝，在制造業被廣泛應用.

模具、滾動軸承100%需經過熱處理。總之，重要零件都需適當熱處理后才能使用。

§5.1概述熱處理特點: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。

§5.1概述根據加熱、冷卻方式及鋼組織性能變化特點不同，將熱處理工藝分類如下：其他熱處理普通熱處理表面熱處理熱處理退火正火淬火回火真空熱處理形變熱處理激光熱處理控制氣氛熱處理表面淬火—感應加熱、火焰加熱、電接觸加熱等化學熱處理—滲碳、氮化、碳氮共滲、滲其他元素等§5.1概述第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題加熱是熱處理的第一道工序。加熱分兩種：在A1以下加熱，不發生相變在臨界點以上加熱，目的是獲得均勻的奧氏體，稱奧氏體化

鋼坯加熱一、奧氏體的形成過程奧氏體化也是形核和長大的過程。§5.2鋼在加熱時的組織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：A晶核通過碳原子的擴散向F和Fe3C方向長大。第三步殘余Fe3C溶解:

鐵素體的成分、結構更接近于奧氏體，因而先消失。殘余的Fe3C隨保溫時間延長繼續溶解直至消失。第四步奧氏體成分均勻化：

Fe3C溶解后，其所在部位碳含量仍很高，通過長時間保溫使奧氏體成分趨于均勻。§5.2鋼在加熱時的組織轉變一、奧氏體的形成過程（以共析鋼為例說明：）亞共析鋼和過共析鋼的奧氏體化過程與共析鋼基本相同。但由于先共析F

或二次Fe3C的存在，要獲得全部奧氏體組織，必須相應加熱到Ac3或Accm以上.§5.2鋼在加熱時的組織轉變一、奧氏體的形成過程二、奧氏體晶粒長大及其影響因素1、晶粒度奧氏體化剛結束時的晶粒度稱起始晶粒度,此時晶粒細小均勻。隨加熱溫度升高或保溫時間延長，奧氏體晶粒將進一步長大，這也是一個自發的過程。奧氏體晶粒長大過程與再結晶晶粒長大過程相同。本質晶粒度為1-4級--本質粗晶粒鋼，晶粒長大傾向大5-8級的---本質細晶粒鋼，晶粒長大傾向小。在給定溫度下奧氏體的晶粒度稱實際晶粒度。加熱時奧氏體晶粒的長大傾向稱本質晶粒度。將鋼加熱到930

10℃奧氏體化后保溫8小時測出的晶粒度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、保溫時間長,A晶粒粗大.⑵加熱速度:加熱速度越快,過熱度越大,形核率越高,晶粒越細.⑶原始組織:平衡狀態的組織越細，有利于獲得細晶粒。箱式可控氣氛多用爐真空熱處理爐第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題冷卻是熱處理更重要的工序。鋼熱處理后的組織和性能是由冷卻過程決定的。§5.3鋼在冷卻時的組織轉變

冷卻方式：等溫冷卻——把加熱到奧氏體狀態的鋼快速冷卻到Ar1以下某一溫度，并在此溫度停留一段時間，使奧氏體發生轉變，然后再冷卻到室溫連續冷卻——把加熱到奧氏體狀態的鋼，以不同的冷卻速度（如隨爐冷、空冷、油冷、水冷等）連續冷卻到室溫§5.3鋼在冷卻時的組織轉變一、過冷奧氏體的等溫轉變

奧氏體的等溫轉變曲線反映了過冷奧氏體在等溫冷卻時組織轉變的規律。(—)共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線的建立

§5.3鋼在冷卻時的組織轉變(二)共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線分析左邊的曲線是由過冷奧氏體在不同溫度下的等溫轉變開始點相連而成的，稱為轉變開始線，右邊的曲線是由過冷奧氏體轉變終了點相連而成的，稱為轉變終了線過冷奧氏體區轉變產物區過渡區上馬氏體點下馬氏體點馬氏體轉變區§5.3鋼在冷卻時的組織轉變(二)共析碳鋼過冷奧氏體等溫轉變曲線分析轉變開始線與縱坐標之間的距離為孕育期。孕育期越小，過冷奧氏體穩定性越小.孕育期最小處稱C曲線的“鼻尖”。碳鋼鼻尖處的溫度為550℃。§5.3鋼在冷卻時的組織轉變(三)過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與性能隨過冷度不同，過冷奧氏體將發生三種轉變：珠光體轉變貝氏體轉變馬氏體轉變1、珠光體轉變過冷奧氏體在A1到550℃間將轉變為珠光體類型組織-鐵素體與滲碳體片層相間的機械混合物珠光體索氏體托氏體根據片層厚薄不同,又細分為珠光體索氏體托氏體(三)過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與性能⑴珠光體：形成溫度為A1－680℃，片層較厚，500倍光鏡下可辨，用符號P表示.光鏡下形貌電鏡下形貌三維珠光體如同放在水中的包心菜⑵索氏體形成溫度為680-600℃,片層較薄，800-1000倍光鏡下可辨，用符號S

表示。電鏡形貌光鏡形貌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，因此其界限也是相對的。片間距越小，鋼的強度、硬度越高，而塑性和韌性略有改善。

片間距

bHRC

2、貝氏體轉變過冷奧氏體在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)

下貝氏體(B下).上貝氏體下貝氏體(三)過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與性能⑴上貝氏體形成溫度為550-350℃。在光鏡下呈羽毛狀.在電鏡下為不連續棒狀的滲碳體分布于自奧氏體晶界向晶內平行生長的鐵素體條之間。光鏡下電鏡下⑵下貝氏體形成溫度為350℃-Ms。在光鏡下呈竹葉狀。光鏡下電鏡下在電鏡下為細片狀碳化物分布于鐵素體針內，并與鐵素體針長軸方向呈55-60o角。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。

上貝氏體貝氏體組織的透射電鏡形貌下貝氏體3、馬氏體轉變奧氏體過冷到Ms（230℃）以下將轉變為馬氏體類型組織。馬氏體轉變是強化鋼的重要途徑之一。馬氏體組織(三)過冷奧氏體等溫轉變產物的組織與性能過冷奧氏體轉變產物（共析鋼）

轉變類型轉變產物形成溫度，℃轉變機制顯微組織特征HRC獲得工藝珠光體PA1~650擴散型粗片狀，F、Fe3C相間分布5-20退火S650~600細片狀，F、Fe3C相間分布20-30正火T600~550極細片狀，F、Fe3C相間分布30-40等溫處理貝氏體B上550~350半擴散型羽毛狀，短棒狀Fe3C分布于過飽和F條之間40-50等溫處理B下350~MS竹葉狀，細片狀Fe3C分布于過飽和F針上50-60等溫淬火馬氏體M針MS~Mf無擴散型針狀60-65淬火M*板條MS~Mf板條狀50淬火§5.3鋼在冷卻時的組織轉變(四)亞共析碳鋼與過共析碳鋼的過冷奧氏體的等溫轉變在亞共析鋼的C曲線上，多了一條先析鐵素體析出線在過共析碳鋼的C曲線上，多了一條二次滲碳體析出線偽共析組織%C低于或高于共析成分P+FP+Fe3C?§5.3鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變

(一)連續冷卻轉變曲線簡介共析鋼的連續冷卻曲線只出現珠光體轉變區和馬氏體轉變區，沒有貝氏體轉變區珠光體轉變開始線珠光體轉變終了線珠光體轉變中止線上馬氏體點下馬氏體點§5.3鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變(二)等溫轉變曲線在連續冷卻轉變中的應用由于過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線測定比較困難，常利用過冷奧氏體等溫轉變曲線來定性地分析奧氏體在連續冷卻中的轉變產物與性能臨界冷卻速度P均勻A細AP退火(爐冷)正火(空冷)S淬火(油冷)T+M+A’M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間650℃600℃550℃ν1：相當于爐冷，它與C曲線相交的溫區約在700～670℃，估計過冷奧氏體將轉變為珠光體。ν2：相當于在空氣中冷卻，它與C曲線相交的溫度區約在650～630℃，估計過冷奧氏體將轉變為索氏體。

ν3

：相當于油冷，它先與C曲線的轉變開始線相交于約600℃，一部分奧氏體轉變為托氏體，但未與轉變終了線相交，剩余的奧氏體冷卻到Ms以下轉變為馬氏體，最終獲得的產物為托氏體和馬氏體+殘余奧氏體的混合組織。

ν4：相當于水冷(淬火)

，與C曲線不相交，直接與Ms線相交，過冷奧氏體在Ms線以下轉變為馬氏體，估計轉變后的產物為馬氏體+殘余奧氏體。

§5.3鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變(二)等溫轉變曲線在連續冷卻轉變中的應用根據鋼的C曲線，可知過冷奧氏體在各種不同冷卻速度下所經歷的轉變及組織和性能，確定鋼的臨界冷卻速度，這為正確制定熱處理工藝，合理選材提供了重要的理論依據。45鋼850℃油冷組織M+T先轉變的組織較粗大后轉變的組織較細小§5.3鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變(三)馬氏體轉變當奧氏體過冷到Ms以下將轉變為馬氏體類型組織。馬氏體的晶體結構：碳在

-Fe中的過飽和固溶體，用M表示。馬氏體組織馬氏體轉變時，奧氏體中的碳全部保留到馬氏體中.板條馬氏體片狀馬氏體%C<0.2%—低碳馬氏體%C>1%—高碳馬氏體C%在0.2~1.0%之間為板條與片狀的混合組織§5.3鋼在冷卻時的組織轉變馬氏體轉變的特點馬氏體轉變也是形核和長大的過程。其主要特點是：降溫形成高速長大無擴散性體積發生膨脹轉變不完全鐵和碳原子都不擴散，因而馬氏體的含碳量與奧氏體的含碳量相同。只要溫度達到Ms以下即發生馬氏體轉變。在Ms以下，隨溫度下降,轉變量增加，冷卻中斷,轉變停止。馬氏體形成速度極快，瞬間形核，瞬間長大。當一片馬氏體形成時，可能因撞擊作用使已形成的馬氏體產生裂紋。晶格的變化使先轉變的部分形狀和體積發生變化，引起相鄰奧氏體隨之變形，在預先拋光的表面上產生浮凸現象。馬氏體轉變產生的表面浮凸即使冷卻到Mf點，也不可能獲得100%的馬氏體，總有部分奧氏體未能轉變而殘留下來，稱殘余奧氏體，用A’表示。A’的量隨C%增大而增多

’MfMsM(50%)M(90%)§5.3鋼在冷卻時的組織轉變二、過冷奧氏體的連續冷卻轉變(三)馬氏體轉變馬氏體的性能：

強度與硬度——隨著碳含量的增加，馬氏體的強度與硬度也隨之增高。但當鋼中ωc>0.6％時，淬火鋼的強度、硬度增高趨于平緩。

塑性和韌性——低碳的板條狀馬氏體不僅具有較高的強度與硬度，同時還具有良好的塑性與韌性，即具有良好的綜合力學性能。而高碳的片狀馬氏體，由于碳的過飽和度大，晶格畸變嚴重，淬火內應力也較大，存在內部顯微裂紋，所以呈現硬度高而脆性大的特點。馬氏體組織§5.4鋼的退火與正火機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→熱處理→粗加工→熱處理→精加工退火與正火主要用于預備熱處理，只有當工件性能要求不高時才作為最終熱處理。預備熱處理最終熱處理第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題§5.4鋼的退火與正火一、退火

什么是退火將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為退火。真空退火爐§5.4鋼的退火與正火一、退火退火的種類很多，常用的有完全退火等溫退火球化退火均勻化退火去應力退火一、退火⑴完全退火工藝方法：將工件加熱到Ac3+30~50℃保溫后緩冷的退火工藝目的：1.細化晶粒，均勻組織,2.降低硬度以利于切削加工,3.并充分消除內應力組織形態：P+F適用材料：亞共析鋼的鑄件、鍛件、焊接件及熱軋型材§5.4鋼的退火與正火一、退火⑵等溫退火工藝方法：亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃,共析、過共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，保溫后快冷到Ar1以下的某一溫度下停留，待相變完成后出爐空冷。目的：與完全退火相同組織形態：P(或+F或+Fe3C)。適用材料：亞共析、共析和過共析鋼均可。§5.4鋼的退火與正火一、退火⑶球化退火工藝方法：將鋼加熱到Acl以上20～30C，充分保溫后，以緩慢的冷卻速度冷至600℃以下，再出爐空冷。特點：低溫短時加熱和緩慢冷卻。組織形態：在鐵素體基體上均勻分布著球狀(粒狀)滲碳體，稱為球狀珠光體組織目的：消除或改善了網狀滲碳體的不利影響。使材料硬度降低，切削加工性能良好，淬火時產生變形或開裂傾向小。適用材料：共析、過共析碳鋼及合金工具鋼。§5.4鋼的退火與正火球化退火是將鋼中滲碳體球狀化的退火工藝球狀珠光體

對于網狀滲碳體比較嚴重的鋼，可在球化退火前先進行一次正火處理，使網狀滲碳體破碎，以提高滲碳體的球化效果。§5.4鋼的退火與正火一、退火(4)均勻化退火

工藝方法：將鋼加熱至Ac3以上150～200℃，長時間(10～15h)保溫，然后緩慢冷卻。目的：消除鋼中化學成分偏析和組織不均勻特點：耗能很大，燒損嚴重，成本很高，晶粒粗大。適用材料：質量要求高的優質合金鋼，特別是高合金鋼的鋼錠、鑄件和鍛坯。為細化晶粒，均勻化退火后應進行一次完全退火或正火。§5.4鋼的退火與正火一、退火(5)去應力退火工藝方法：將鋼加熱到Ac1以下某一溫度(一般為500～650°C)，保溫后緩冷到200°C，再出爐空冷。目的：消除工件(鑄件、鍛件、焊接件、熱軋件、冷拉件及切削加工過程中的工件)的殘余應力，以穩定工件尺寸，避免在使用過程中或隨后加工過程中產生變形或開裂。去應力退火過程不發生組織轉變，只消除內應力。§5.4鋼的退火與正火二、正火工藝方法：正火是將亞共析鋼加熱到Ac3+30~50℃，共析鋼加熱到Ac1+30~50℃，過共析鋼加熱到Accm+30~50℃保溫后空冷的工藝特點：是完全奧氏體化和空冷。與退火相比，正火的冷卻速度稍快，過冷度較大。正火溫度正火組織中先共析相的量較少，組織較細，其強度、硬度比退火高一些。目的：1、作為預先熱處理，正火可改善低碳鋼或低碳合金鋼的切削加工性；2、消除或破碎過共析鋼中的網狀滲碳體，為球化退火作好組織上的準備。應用：可作為力學性能要求不太高的普通結構零件的最終熱處理§5.4鋼的退火與正火三、退火與正火的選用1．從切削加工性考慮預備熱處理：低碳鋼--正火，以提高硬度，改善其切削加工性。高碳鋼--退火，正火后硬度太高2．從使用性能上考慮亞共析鋼－正火，具有較好的力學性能。如果零件的性能要求不很高，則可用正火作為最終熱處理。大型、重型零件－采用正火作為最終熱處理，淬火有開裂危險零件的形狀復雜－用退火為宜

，正火冷卻速度較快也有引起開裂的危險時3、從經濟性上考慮優先采用正火正火生產周期短，耗能少，成本低，效率高，操作簡便。熱處理與硬度關系合適切削加工硬度第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題§5.5鋼的淬火淬火——將鋼加熱到Ac3或Ac1以上某溫度，保溫一定時間，然后以適當速度冷卻而獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝。淬火的目的—得到馬氏體組織，再經回火，使鋼得到需要的使用性能。真空淬火爐機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預備熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工淬火用于最終熱處理

一、淬火工藝及方法

(一)淬火工藝

1．淬火加熱溫度亞共析鋼—Ac3+30～50℃§5.5鋼的淬火決定淬火加熱溫度的主要因素----鋼的化學成分亞共析鋼淬火組織：

0.5%C時為M，組織細小均勻

溫度過高－M粗大，變形嚴重溫度過低－有F，硬度不足，出現軟點

一、淬火工藝及方法

(一)淬火工藝

1．淬火加熱溫度共析鋼、過共析鋼—Ac1+30～50℃§5.5鋼的淬火共析鋼淬火組織：M+A’溫度高于Accm

－M粗大，A’較多，耐磨性、硬度下降；脆性增加，加劇淬火變形和開裂過共析鋼淬火組織:M+Fe3C顆粒+A’T12鋼（含1.2%C）正常淬火組織

一、淬火工藝及方法

(一)淬火工藝

2．淬火加熱時間淬火加熱時間—淬火的加熱時間包括加熱升溫和保溫兩部分取決于工件厚度和加熱設備§5.5鋼的淬火

一、淬火工藝及方法

(一)淬火工藝

3．淬火介質淬火介質決定了冷卻的速度獲得馬氏體的首要條件是：常用淬火介質--水、油.水——冷卻能力強，但低溫時冷卻能力太大，只使用于形狀簡單的碳鋼件。§5.5鋼的淬火冷卻速度>臨界冷卻速度(νk)理想淬火曲線示意圖MsMf§5.5鋼的淬火熔鹽（鹽浴）冷卻能力在水和油之間----用于形狀復雜件的分級淬火和等溫淬火。聚乙烯醇、硝鹽水溶液等也是工業常用的淬火介質.油：低溫區冷卻能力較理想高溫區冷卻能力太小----用于合金鋼和小尺寸的碳鋼件。

一、淬火工藝及方法

(二)淬火方法

1．單介質淬火----將加熱到奧氏體化的鋼件放入一種淬火介質中連續冷卻至室溫的淬火方法。§5.5鋼的淬火優點：操作簡單，易實現機械化、自動化；缺點：水淬變形、開裂傾向大，油淬易產生硬度不足或不均應用：適用于形狀簡單的工件或小型工件1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法

一、淬火工藝及方法

(二)淬火方法

2．雙介質淬火----將加熱到奧氏體化的鋼件先浸入冷卻能力較強的介質中快速冷卻至300℃左右，立即轉入另一種冷卻能力較弱的介質中緩慢冷卻§5.5鋼的淬火優點：此方法利用了兩種介質的優點，減少了工件的變形和開裂；缺點：操作困難，不易掌握，要求操作技術高應用：適用于形狀復雜的工件1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法鹽浴爐

一、淬火工藝及方法

(二)淬火方法

3．馬氏體分級淬火將加熱到奧氏體化的鋼件先浸入溫度在Ms點附近的恒溫液態介質(鹽浴或堿浴)中，保溫一定時間，待工件內外溫度趨于一致后，再取出空冷，以獲得馬氏體組織§5.5鋼的淬火優點：通過在Ms點附近的保溫，使工件的內外溫差減小到最小，有效地減小了工件淬火的內應力，降低了工件變形和開裂的傾向缺點：鹽浴或堿浴冷卻能力較小應用：適用于尺寸較小、形狀復雜或截面不均勻的工件1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法

一、淬火工藝及方法

(二)淬火方法

4．貝氏體等溫淬火----將加熱到奧氏體化的鋼件快速冷卻到貝氏體轉變溫度區間(260～240℃)等溫保持，使奧氏體轉變為貝氏體§5.5鋼的淬火特點：得到下貝氏體組織，硬度不如馬氏體組織，但具有較高的強度、硬度、韌性、耐磨性等的良好配合；可顯著地減少淬火應力和變形，避免了工件的淬火開裂應用：適用于形狀復雜、精度要求較高的小型工件，如模具、成形刀具、小齒輪等1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法

一、淬火工藝及方法

(二)淬火方法

5．冷處理將鋼淬火冷卻到室溫后，繼續放到0℃以下的介質中冷卻的熱處理工藝§5.5鋼的淬火目的：減少鋼件中的殘余奧氏體量，提高硬度和耐磨性，穩定尺寸。應用：適用于重要的精密零件、量具等。1—單液淬火法2—雙液淬火法3—分級淬火法4—等溫淬火法§5.5鋼的淬火二、鋼的淬透性與淬硬性

(一)鋼的淬透性是鋼的主要熱處理性能。是選材和制訂熱處理工藝的重要依據之一網帶式淬火爐§5.5鋼的淬火二、鋼的淬透性與淬硬性

(一)鋼的淬透性是指鋼在淬火時獲得淬硬層深度的能力。其大小是用規定條件下淬硬層深度來表示。什么是淬透性鋼的淬透性好，工件淬透，高溫回火后，組織為回火索氏體，力學性能均勻適用于受較大載荷的結構零件鋼的淬透性低，工件淬不透，高溫回火后，組織表面為回火索氏體，心部為片狀索氏體，力學性能不均勻，心部韌性差適用于受彎曲和扭轉應力的軸類高強螺栓柴油機連桿齒輪記§5.5鋼的淬火二、鋼的淬透性與淬硬性

(一)鋼的淬透性影響淬透性的因素：—臨界冷卻速度Vk，Vk越小，淬透性越高。Vk取決于C曲線的位置，C曲線越靠右，Vk越小。→凡是影響C曲線的因素都是影響淬透性的因素.除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素都使鋼的淬透性提高§5.5鋼的淬火二、鋼的淬透性與淬硬性

(二)鋼的淬硬性影響因素——%C%C高，淬硬性好，%C低，淬硬性差是指鋼在淬火時獲得最高硬度的能力。什么是淬硬性§5.5鋼的淬火三、常見的淬火缺陷及預防(一)硬度不足與軟點軟點——鋼件淬火后，表面上的局部硬度低硬度不足——淬火工件的整體硬度都低于淬火要求的硬度產生原因：淬火加熱溫度過低淬火介質的冷卻能力不夠鋼件表面氧化脫碳消除方法：退火（回火）+淬火§5.5鋼的淬火三、常見的淬火缺陷及預防(二)淬火變形和開裂淬火變形——淬火冷卻時產生的淬火冷卻應力使工件的尺寸和形狀發生變化淬火開裂——當淬火冷卻應力過大，在工件上產生裂紋

控制或減小變形，防止開裂的措施：

(1)

合理選擇鋼材與正確設計零件結構(2)

合理地鍛造與預先熱處理(3)采用合理的熱處理工藝(4)

采用正確的浸入淬火介質的方式(5)

淬火后及時回火對形狀復雜、截面變化大的零件應選用淬透性好的合金鋼。在零件結構設計中，應盡量減小截面尺寸的差異、避免尖角等。目的是改善碳化物的分布，細化晶粒，減少淬火冷卻應力。如，高碳鋼在合理地鍛造后進行球化退火，能顯著減小淬火變形與開裂傾向。球狀珠光體正確選定加熱溫度與時間，避免奧氏體晶粒粗化。對于形狀復雜或用高合金鋼制造的工件，應采用一次或多次預熱、預冷淬火或等溫淬火等，以減小工件的變形。工件浸入淬火介質時，使工件各部位盡可能均勻地冷卻，如軸類件應垂直浸入淬火介質，截面厚薄不均勻的零件，應將截面較厚的部位先浸入淬火介質目的是消除淬火冷卻應力，防止淬火件在等待回火期間發生變形和開裂不同冷卻條件下的轉變產物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細A？？？第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題§5.6淬火鋼的回火回火—將淬火鋼加熱到A1以下的某溫度保溫后冷卻的工藝。回火的目的1、減少或消除淬火內應力,防止變形或開裂.2、獲得所需要的力學性能.淬火鋼一般硬度高，脆性大，回火可調整硬度、韌性。3、穩定尺寸.淬火M和A’都是非平衡組織，有自發向平衡組織轉變的傾向。回火可使M與A’轉變為平衡或接近平衡的組織，防止使用時變形未經淬火的鋼回火無意義，而淬火鋼不回火在放置使用過程中易變形或開裂。----鋼經淬火后應立即進行回火。機械零件的一般加工工藝為：毛坯（鑄、鍛）→預備熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工回火用于淬火之后的最終熱處理！§5.6淬火鋼的回火一、淬火鋼的回火轉變淬火鋼回火時的組織轉變主要發生在加熱階段。隨加熱溫度升高，淬火鋼的組織發生四個階段變化。網帶式回火電爐1、馬氏體的分解加熱到80-200℃，馬氏體中析出

-碳化物(Fe2.4C)，馬氏體過飽和度降低。析出的碳化物以細片狀分布在馬氏體基體上，這種組織稱回火馬氏體，用M回表示。性能：保持高硬度、耐磨性，塑性、韌性提高透射電鏡下的回火馬氏體形貌一、淬火鋼的回火轉變回火馬氏體2、殘余奧氏體分解200-300℃，A’

分解為

-碳化物和過飽和鐵素體，即M回。性能：硬度沒有明顯下降，塑性、韌性進一步提高一、淬火鋼的回火轉變300-400℃，

-碳化物轉變為Fe3C。M回轉變為在保持馬氏體形態的鐵素體基體上分布著細粒Fe3C組織，稱回火托氏體，用T回表示。回火托氏體3、

-碳化物轉變為Fe3C一、淬火鋼的回火轉變性能：硬度繼續下降，塑性、韌性進一步提高回火索氏體4、Fe3C聚集長大和鐵素體多邊形化400℃以上,Fe3C開始聚集長大。500-600℃鐵素體發生多邊形化，由針片狀變為多邊形.多邊形鐵素體基體上分布著顆粒狀Fe3C的組織稱回火索氏體，用S回表示。

一、淬火鋼的回火轉變性能：良好的綜合力學性能回火時力學性能變化總的趨勢是隨回火溫度提高，鋼的強度、硬度下降，塑性、韌性提高。一、淬火鋼的回火轉變§5.6淬火鋼的回火根據鋼的回火溫度范圍，可將回火分為三類廣泛用于各種結構件如軸、齒輪等熱處理。也可作為要求較高精密件、量具等預備熱處理。

適用于各種高碳鋼、滲碳件及表面淬火件。

應用獲得良好的綜合力學性能，即在保持較高的強度同時，具有良好的塑性和韌性。

提高

e及

s，同時使工件具有一定韌性。在保留高硬度、高耐磨性的同時，降低內應力。

回火性能S回

T回

M回

回火組織500-650℃350-500℃150-250℃回火溫度

高溫回火

中溫回火

低溫回火

適用于彈簧熱處理二、淬火的種類§5.6淬火鋼的回火淬火加高溫回火的熱處理稱作調質處理，簡稱調質.組織：S回

,Fe3C為粒狀正火組織：S

,Fe3C為片狀不同冷卻條件下的轉變產物等溫退火P退火(爐冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等溫淬火B下M+A’分級淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf時間溫度淬火PP均勻A細AM回T回S回第五章鋼的熱處理§5.1概述§5.2鋼在加熱時的組織轉變§5.3鋼在冷卻時的組織轉變§5.4鋼的退火與正火§5.5鋼的淬火§5.6淬火鋼的回火§5.7鋼的表面熱處理§5.8熱處理零件的結構工藝性本章小結

習題§5.7鋼的表面熱處理一、鋼的表面淬火表面淬火－在不改變鋼的化學成分及心部組織情況下，利用快速加熱將表層奧氏體化后進行淬火以強化零件表面的熱處理方法。下料→鍛造→正火→粗加工→調質→精加工→感應加熱淬火＋低溫回火→磨削火焰加熱感應加熱§5.7鋼的表面熱處理表面淬火目的：①使表面具有高的硬度、耐磨性和疲勞極限;②心部在保持一定的強度、硬度的條件下，具有足夠的塑性和韌性。------表硬里韌適用于承受彎曲、扭轉、摩擦和沖擊的零件。軸的感應加熱表面淬火§5.7鋼的表面熱處理表面淬火用材料⑴0.4-0.5%C的中碳鋼。含碳量過低，則表面硬度、耐磨性下降。含碳量過高，心部韌性下降；⑵鑄鐵提高其表面耐磨性。機床導軌表面淬火齒輪§5.7鋼的表面熱處理預先熱處理對于結構鋼為調質或正火。調質性能高，用于要求高的重要件正火用于要求不高的普通件。表面淬火后的回火采用低溫回火，溫度不高于200℃。目的為降低內應力，保留淬火高硬度、耐磨性。回火索氏體索氏體感應加熱表面淬火示意圖表面淬火常用加熱方法⑴感應加熱:利用交變電流在工件表面感應巨大渦流，使工件表面迅速加熱的方法。§5.7鋼的表面熱處理感應加熱分為：①高頻感應加熱頻率為250-300KHz，淬硬層深度0.5-2mm傳動軸連續淬火感應器感應加熱表面淬火齒輪的截面圖②中頻感應加熱頻率為2500-8000Hz，淬硬層深度2-10mm各種感應器中頻感應加熱表面淬火的機車凸輪軸③工頻感應加熱頻率為50Hz,淬硬層深度10-15mm各種感應器感應穿透加熱感應加熱表面淬火示意圖表面淬火常用加熱方法⑴感應加熱:特點：加熱快，質量好，深度易控制，易實現機械化、自動化。§5.7鋼的表面熱處理表面淬火常用加熱方法⑵火焰加熱:

利用乙炔火焰直接加熱工件表面的方法。成本低，但質量不易控制。火焰加熱表面淬火表面淬火常用加熱方法火焰加熱的特點：設備簡單、費用低，操作方便、靈活性大。對單件、小批量生產或需在戶外淬火，或運輸拆卸不便的巨型零件、淬火面積很大的大型零件、具有立體曲面的淬火零件等尤其適用，重型、冶金、礦山、機車、船舶等工業部門有廣泛的應用。§5.7鋼的表面熱處理二、鋼的化學熱處理——將工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表層，以改變其化學成分、組織和性能與表面淬火相比，化學熱處理不僅改變鋼的表層組織，還改變其化學成分。化學熱處理也是獲得表硬里韌性能的方法之一。根據滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、氮化、多元共滲、滲其他元素等。可控氣氛滲碳爐滲碳回火爐化學熱處理的基本過程

1、介質(滲劑)的分解:

分解的同時釋放出活性原子。如：滲碳CH4→2H2+[C]

氮化