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1、第五章 钢的热处理,第三节 钢的退火和正火,机械零件的一般加工工艺为：毛坯（铸、锻）预,备热处理机加工最终热处理。 退火与正火主要用于预备热处理，只有当工件性能要求不高时才作为最终热处理。,一、退火,将钢加热至适当温度保温，然后缓慢冷却 (炉冷) 的热处理工艺叫做退火。 1、退火目的,调整硬度，便于切削加工。适合加工的硬度为170-250HB。 消除内应力，防止加工中变形。 为最终热处理作组织准备。,真空退火炉,2、退火工艺 退火的种类很多，常用的有完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。 完全退火,将工件加热到Ac3+3050保温后缓冷的退火工艺，主要用于亚共析钢 .
2、, 等温退火 亚共析钢加热到Ac3+3050, 共析、过共析钢加热到Ac1+3050，保温后快冷到Ar1以下的某一温度下停留，待相变完成后出炉空冷。等温退火可缩短工件在炉内停留时间，更适合于孕育期长的合金钢.,高速钢等温退火与普通退火的比较, 球化退火 球化退火是将钢中渗碳体球状化的退火工艺。,它是将工件加热到Ac1+ 30-50 保温后缓冷，或者加热后冷却到略低于 Ar1 的温度下保温，使珠光体中的渗碳体球化后出炉空冷。主要用于共析、过共析钢。,球化退火的组织为铁素体基体上分布着颗粒状渗碳体的组织，称球状珠光体, 用P球表示。,球状珠光体,对于有网状二次渗碳体的过共析钢，球化退火前应先进行正
3、火，以消除网状.,二、正火 正火是将亚共析钢加热到Ac3+30 50，共析钢加热到Ac1+3050，过共析钢 加热到Accm+30 50保温 后空冷的工艺。 正火比退火冷却速度大。 1、正火后的组织： 0.6%C时，组织为F+S； 0.6%C时，组织为S 。,正火温度,2、正火的目的 对于低、中碳钢(0.6C%)，目的与退火的相同。 对于过共析钢，用于消除网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备。, 普通件最终热处理。 要改善切削性能，低碳钢用正火，中碳钢用退火或正火,高碳钢用球化退火.,第四节 钢的淬火,淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk速,度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺.
4、淬火是应用最广的热处理工艺之一。 淬火目的是为获得马氏体组织，提高钢的性能.,真空淬火炉,一、淬火温度,1、碳钢 亚共析钢,淬火温度为Ac3+30-50。 预备热处理组织为退火或正火组织。,亚共析钢淬火组织： 0.5%C时为M 0.5%C时为M+A。,在Ac1 Ac3之间的加热淬火称亚温淬火。,亚温淬火组织为F+M，强硬度低，但塑韧性好., 共析钢 淬火温度为Ac1+30-50；淬火组织为M+A。, 过共析钢 淬火温度: Ac1+30-50. 温度高于Accm，则奥氏体晶粒粗大、含碳量高,淬火后马氏体晶粒粗大、A量增多。使钢硬度、耐磨性下降，脆性、变形开裂倾向增加。 淬火组织: M+Fe3C颗
5、粒+A。(预备组织为P球),T12钢（含1.2%C）正常淬火组织,2、合金钢 由于多数合金元素(Mn、P除外)对奥氏体晶粒长大有阻碍作用，因而合金钢淬火温度比碳钢高。 亚共析钢淬火温度为Ac3+ 50100。 共析钢、过共析钢淬火温度为Ac1+50100。,钢坯加热,二、淬火介质,理想的冷却曲线应只在C曲线鼻尖处快冷，而在Ms附近尽量缓冷，以达到既获得马氏体组织，又减小,内应力的目的。但目前还没有找到理想的淬火介质。 常用淬火介质是水和油. 水的冷却能力强，但低温却能力太大，只使用于形状简单的碳钢件。,油在低温区冷却能力较理想，但高温区冷却能力太小，使用于合金钢和小尺寸的碳钢件。 熔盐作为淬火
6、介质称盐浴，冷却能力在水和油之间,用于形状复杂件的分级淬火和等温淬火。 聚乙烯醇、硝盐水溶液等也是工业常用的淬火介质.,三、淬火方法,采用不同的淬火方法可弥补介质的不足。 1、单液淬火法 加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。 操作简单，易实现自动化。,2、双液淬火法 工件先在一种冷却能力强的介质中冷，却躲过鼻尖后，再在另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。如水淬油冷，油淬空冷. 优点是冷却理想，缺点是不易掌握。用于形状,复杂的碳钢件及大型合金钢件。,3、分级淬火法 在Ms附近的盐浴或碱浴中淬火，待内外温度均匀后再取出缓冷。,可减少内应力，用于小尺寸工件。,盐浴炉,4、等温淬
7、火法 将工件在稍高于 Ms 的盐浴或碱浴中保温足够长时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。 经等温淬火零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小. 适用于形状复杂及要求较高的小型件。,第五节 钢的淬透性,网带式淬火炉,一、淬透性的概念,M量和硬度随深度的变化,淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。其大小是用规定条件下淬硬层深度来表示。,淬硬层深度是指由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)的深度。 淬硬性是指钢淬火后所能达到的最高硬度，即硬化能力.,四、淬透性的测定及其表示方法,1、淬透性的测定常用末端淬火法,不同冷却条件下的转变产物,等温退火,P,退火,(炉冷),正火,(空冷),S,
8、(油冷),T+M+A,等温淬火,B下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(水冷),淬火,P,P,均匀A,细A,？,？,？,第六节 钢的回火,回火是指将淬火钢加热到A1以下的某温度保温后冷却的工艺。 一、回火的目的 1、减少或消除淬火内应力.,2、改善稳定组织 3、获得所需要的力学性能。淬火钢一般硬度高，脆性大，回火可调整硬度、韧性。,螺杆表面的淬火裂纹,二、钢在回火时的转变,淬火钢回火时的组织转变主要发生在加热阶段。随加热温度升高，淬火钢的组织发生四个阶段变化。,网带式回火电炉, 回火时组织转变 1、马氏体的分解 80回火时，钢的组织无变化。 100-200加热时，马氏体将发生分解,从马氏体中析
9、出-,碳化物(- FeXC)，使马氏体过饱和度降低。析出的碳化物以细片状分布在马氏体基体上，这种组织称回火马氏体，用M回表示。350时马氏体分解结束。,透射电镜下的回火马氏体形貌,回火马氏体,在光镜下M回为黑色，A为白色。 2、残余奥氏体分解,200-300时, 由于马氏体分解，奥氏体所受的压力下降, Ms 上升，A 分解,为- 碳化物和过饱和铁素体，即M回。,衡成分, 内应力大量消除，M回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细片状Fe3C组织，称回火托氏体，用T回表示。,发生于250-400，此时，-碳化物溶解于F中，并从铁素体中析出Fe3C。 到350, 马氏体含碳量降到铁素体平,回
10、火托氏体,3、-碳化物转变为Fe3C,回火索氏体,4、Fe3C聚集长大和铁素体多边形化,400以上, Fe3C开始聚集长大。500 以上时为粒状。600铁素体发生多边形化，由针片状变为多边形. 这种在多边形铁素体基体上分布着颗,粒状Fe3C的组织称回火索氏体，用S回表示。, 回火时的性能变化 回火时力学性能变化总的趋势是随回火温度提高，钢的强度、硬度下降，塑性、韧性提高。,200以下，由于马氏体中碳化物的弥散析出，钢的硬度并不下降，高碳钢硬度甚至略有提高。,200-300，由于高碳钢中A转变为M回, 硬度再次升高。 大于300,由于Fe3C粗化，马氏体转变为铁素体,硬度直线下降。,三、回火脆性
11、,淬火钢的韧性并不总是随温度升高而提高。 在某些温度范围内回火时，会出现冲击韧性下降的现象，称回火脆性。,1、第一类回火脆性 又称不可逆回火脆性。是指淬火钢在250-400回火时出现的脆性。,这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。 回火时应避开这一温度范围。,2、第二类回火脆性 又称可逆回火脆性。是指淬火钢在500-650范围内回火后缓冷时出现的脆性. 回火后快冷不出现，是可逆的。 防止办法： 回火后快冷。, 加入合金元素W (约1%)、 Mo(约0.5%)。该法更适用于大截面的零部件。,四、回火种类,根据钢的回火温度范围，可将回火分为三类。, 淬火加高温回火的热处理称作调质处理，简称调质.,弹簧热处理,