钢的热处理基本工艺和应用

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1、钢的热处理基本工艺及应用一、钢的退火与正火1．退火与正火的目的①调整硬度以便进行切削加工②消除残余应力③细化晶粒，改善组织④为最终热处理做好组织上的准备2．退火退火：将钢加热、保温，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火工艺可分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火等，如图所示。1）完全退火将亚共析钢加热到Ac3+30～50℃，保温后缓冷的退火工艺称为完全退火。目的：降低硬度，消除内应力。2）等温退火将亚共析钢加热到Ac3+30～50℃、过共析钢加热到Ac1+30～50℃，保温后快冷到Ar1以下某一温度保温，然后出炉空冷。如图是高速钢等温

2、退火与普通退火的比较3）球化退火将共析钢或过共析钢加热到Ac1+20～30℃，保温适当时间后缓慢冷却的热处理工艺称为球化退火。目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状珠光体（如图所示），为后面的淬火作组织准备。4）扩散退火将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷却的热处理工艺称为扩散退火。目的：消除成份偏析。5）去应力退火将工件加热到Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却的热处理工艺称为去应力退火。目的：消除铸、锻、焊的内应力。3．正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，保温后空气中冷却的热处理工艺。正火具有以下几方面的应用：

3、①含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削加工性能。②消除过共析钢中的二次渗碳体。③作为普通结构零件的最终热处理。正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图所示。二、钢的淬火淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于Vk的速度冷却的热处理工艺。目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。1．淬火温度选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体。如图所示，一般淬火温度在临界点以上。①对亚共析钢，淬火温度为Ac3+30～50℃，淬火组织为马氏体，如图所示。亚温淬火：加热温度在Ac1～Ac3之间，淬火组织为马

4、氏体加铁素体，如图所示。亚温淬火也是一种强韧化处理方法。②对共析钢和过共析钢，淬火温度为Ac1+30～50℃，组织为细马氏体加颗粒状渗碳体和少量残余奥氏体，如图所示。③对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50～100℃。提高淬火温度有利于合金元素在奥氏体中充分溶解和均匀化。2．淬火介质①为了保证得到马氏体组织，淬火速度必须大于临界冷却速度Vk，但往往会引起工件变形和开裂。②要想既得到马氏体又避免变形和开裂，理想的淬火冷却曲线如图所示。③最常用的淬火介质是水和油。⑤油主要用于合金钢或小尺寸碳钢工件的淬火。⑥熔融状态的盐也常用作淬火介质，称作盐

5、浴。这类介质只适用于形状复杂和变形要求严格的小件的分级淬火和等温淬火。⑦近年来出现聚乙烯醇水溶液、三乙醇铵水溶液、高浓度硝盐水溶液等淬火介质。④水是经济且冷却能力较强的淬火介质。如表所示3．淬火方法常用淬火方法如图所示。1）单液淬火法将加热的工件放入一种淬火介质中连续冷却至室温的操作方法，如水淬、油淬等。2）双液淬火法将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却，然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂的高碳钢工件及大型合金钢工件。3）分级淬火法将加热的工件在Ms点附近的盐浴或碱浴中淬火

6、，然后取出缓冷的淬火方法。其特点是显著减少淬火变形与开裂，是用于截面尺寸较小淬透性较高的钢件。4）等温淬火将加热工件在稍高于Ms点附近温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间而获得下贝氏体组织的淬火方法。其特点是工件具有良好的综合力学性能，一般不必回火。多用于形状复杂和要求较高的小件。4．钢的淬透性1）淬透性淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬层深度。2）淬透性对钢力学性能的影响钢的淬透性直接影响其热处理后的力学性能。①淬透性高的钢，其力学性能沿截面均匀分布②淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低

7、3）淬透性的测定及其表示方法①淬透性的测定方法测定钢的淬透性最常用的方法是末端淬火法。A将φ25×100mm的标准试样经奥氏体化后，对末端进行喷水冷却。如图所示。B按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；C利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和淬透性曲线图可找出其淬透性的大小。②淬透性的表示方法淬透性值可用表示。其中J表示末端淬透性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度值。钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透的最大直径，即临界直径D0表示。4）淬透性的应用①对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及要求机械性能均匀的零件，应

8、选用高淬透性的钢制造。②对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选用低淬透性的钢制造。③在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸效应