钢的处理

taojun

金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。

    金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

    为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

    在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。

    公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。

    随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。

    1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。

    1850～1880年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。

二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳 ；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺 ；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。



金属热处理的工艺

    热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。

    加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。

    金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。

    加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致， 使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。

    冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。

    金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

    整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。

    退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。

    淬火是将工件加热保温后，在水、油或其他无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。

    “四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。

    把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

    表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。

    化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。

    热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。

例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢 ；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。

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金 属 热 处 理

5-1  概述

     随着社会和科学技术的发展，对钢材的作用性能要求越来越严格，目前提高钢材性能的方法主要有以下两点：1），在钢中特意加入一些合金元素，也就是用合金化的手段提高钢材的性能（下一章讨论）；2）对钢进行热处理（这一章的内容）。

钢的热处理有以下途径（三步骤）：固态下进行不同的加热，保温，冷却。

热处理在生产中越来越广泛，据调查，80-90%工件需要进行热处理，象各种工，模具几乎百分之百要求热处理。

根据加热与冷却的不同，热处理可按下面分类：




虽然热处理有很多方法，但它都可归纳为加热，保温，冷却三个步骤，对不同的材料进行不同的热处理，以上三步各部相同，整个这一章我们就讨论的正是这里面的不同与实质。



<回到篇头>

5-2  钢在加热时的转变

    从FE-FE3C的分析中我们知道，碳钢在缓慢加热或冷却过程中,经PSK,GS,E线时都会发生组织转变，例如S点, 冷却到S点温度时A 转 化> P,加热到S点时P 转 化> S,由于在加热过程中，PSK,GS,ES 三条线很重要。以后我们把它们分别简称为 PSK—A1线，GS—A3线，ES—Acm线,  那么在热处理过程中无论是加热还是冷却到这三条线时，温度与这三条上的交点就为平衡临界点。

   有一点大家必须明确，以上我们所讨论的FE-FE3C相。





图的制定是在冷却速度非常缓慢的情况下制定的，而实际生产中，我们则选用较大的过冷度和加热度，因此碳钢不可能恰好在平衡临界点上发生转变，而是冷却时在三条线以下的地方，加热时在三条线以上的地方，并且加热和冷却速度越大，组织转变点偏离平衡临界点也越大，这个概念必须有，为了能够区别以上临界点（A1，A3，Acm），我们则将实际加热时的各临界点用 Ac1，Ac3，Accm表示，冷却时的各临界点我们则选用Ar1,Ar3，Arcm表示。

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5-3  钢在冷却时的转变

上一节我们讨论了钢在加热时的转变，而这一节的内容是钢在冷却时的转变，冷却的方式有两种：

1）.连续冷却；

2）.等温冷却。


1.等温冷却

是把加热到A状态的钢，快速冷却到低于Ar1某一温度，等温一段时间，使A发生转变，然后再冷却到室温。

2.连续冷却

把加热到A状态的钢，以不同的冷却速度（空冷，随炉冷，油冷，水冷）连续冷却到室温。

表5-1 45钢经8400C加热后，不同条件冷却后的机械性能

冷 却 方 法
σb,MN/m2
σs,MN/m2
δ，%
ψ，%
HRC

随炉冷却
530
280
32.5
49.3
15～18

空气冷却
670～720
340
15～18
45～50
18～24

油中冷却
900
620
18～20
48
45～60

水中冷却
1100
720
7～8
12～14
52～6




从这个表中，我们可以发现，同是一种钢，加热条件相同，但由于采用不同的冷却条件，钢所表出的机械性能明显不同。

为什么会出现性能上明显的差别？一句话是由于钢的内部组织随冷却速度的不同而发生不同的变化，导致性能上的的差别。

由于Fe-Fe3C相图是在极其缓慢加热或冷却条件下建立的，没有考虑冷却条件对相变的影响，而热处理过程中的过冷奥氏体等温转变曲线和过冷奥氏体连续冷却转变曲线是对这个问题的补充，下面分别讨论。

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5-4 钢的退火与正火

      一个零件的生产过程，是由许多道工序所组成，在生产工序中为了某一目的，还会穿插多次热处理，热处理可以分为两类：

      预先热处理：消除前道工序造成的缺陷，为随后切削加工。最终热处理作准备；

      最终热处理：使工件满足使用条件下的性能要求。

一.退火

完全退火，等温退火，扩散退火，球化退火，去应力退火，再结晶退火

退火的目的

1．降低钢件硬度，利于切削加工， HB=160~230，最适于切削加工，退火后HB恰在此中；

2．消除残余应力，稳定钢件尺寸并防止变形和开裂；

3．细化晶粒，改善组织，提高钢的机械性能；

4．为最终热处理（淬火，回火）做组织上的准备。

（一）.完全退火

是将亚共析碳钢加热到Ac3线以上约20~60&ordm;C，保温一定时间， 随炉缓慢冷却到600&ordm;C以下，然后出炉在空气中冷却。这种退火主要用于亚共析成分的碳钢和和金钢的铸件，锻件及 热扎型材，目的是细化晶粒，消除内应力与组织缺陷，降低硬度，提高塑性，为随后的切削加工和淬火做好准备，


上图是30钢的铸件完全退火前后性能比较F的晶粒尺寸越小，强度越高，塑性越高完全退火经加热，保温后，获得晶粒细小的单相A组织，必需以缓慢的冷却速度进行冷却，以保证奥氏体在珠光体的上部发生转变

（二）.等温退火

等温退火是为了保证A在珠光体转变区上部发生转变，因此冷却速度很缓慢，所需时间少则十几小时，多则数天，因此生产中常用等温退火来代替完全退火。等温退火加热与完全退火相同，但钢经A化后，等温退火以较快速度冷却到A1以下，等温应定时间，使奥氏体在等温中发生珠光体转变，然后再以较快速度冷至室温，等温退火时间短，效率高。

（三）.扩散退火（均匀化退火）

实用范围：合金钢铸锭和铸件。

目的：消除和金结晶是产生的枝晶偏析，使成分均匀，故而又称均匀化退火。

工艺：把铸锭或铸件加热到Ac1以上，大约1000~2000&ordm;C，保温10~15小时，再随炉冷却。

特点：高温长时间加热。

钢中合金元素含量越高，加热温度也越高，高温长时间加热又是造成组织过热又一原因，因此扩散退火后需要进行一次完全退火或正火来消除过热。

（四）.球化退火

使用范围：多用于共析或过共析成分的碳钢和合金钢。

目的：球化渗碳体，硬度下降，改善切削加工性能，为淬火做好准备。

工艺：将过共析钢加热到AC1以上约20~40°C保温一定时间，然后缓慢冷却到600°C以下出                  炉空冷。

工艺特点：低温段时加热和缓慢冷却。

当加热温度超过AC1线后，渗碳体开始溶解，但又未完全溶解，此时片状渗碳体逐渐断开为许多细小的链状或点状渗碳体，弥散发布在奥氏体基体上，同时由于低温短时加热，奥氏体成分也极不均匀，因此在以后缓冷或等温冷却的过程中，以原有的确细小深碳体质点为核心，在奥氏体富集的地方产生新核心，均匀形成颗粒状渗碳体。  

（五）.去应力退火（低温退火）

目的：用于消除铸件，锻件，焊接件，冷冲压件以及机加工件中 的残余应力，这些残余应力在以后机加工或使用中潜在地会产生变形或开裂。工艺：将工件缓慢加热到600~650°C，保温一定的时间，然后随炉缓慢冷却到200°C再出炉空冷。

二．正火

将钢件加热到临界点（Ac3，Acm）以上，进行完全奥氏体化，然后在空气中冷却，这种热处理称正火，正火的目的与退火相同，只是温度高于退火，且在空气中冷却。

（一）.正火工艺：

正火的加热温度与钢的化学成分关系很大

低碳钢加热温度为Ac3以上100~150°C

中碳钢加热温度为Ac3以上50~100°C

高碳钢加热温度为Ac3以上30~50°C

保温时间与工件厚度和加热炉的形式有关，冷却既可采用空冷也可采 用吹风冷却，但注意工件冷却时不能堆放在一起，应散开放置。

（二）.正火后的组织与性能

       正火实际上是退火的一种特殊情况，两者不同之处主要在于正火的冷却速度较退火快，因此有

伪共析组织。

         
     分析这两张图可发现，组织中珠光体量增多，且珠光体层片变小。

表5-4  45钢的退火，正火状态的机械性能

状     态
σb,MN/m2
δ5,%
σb,MN/m2
HB

退 火
650～700
15～20
40～60
～150

正 火
700～800
15～20
50～80
～200




通过这个表我们可以看到正火后的强度，硬度，韧性都比退火后的高,塑性并不降低。

（三）.正火的应用

正火与退火相似，有以下特点：正火钢的机械性能高，操作简便，生产周期短能量耗费少，因

此尽可能选用正火。

正火有以下几方面的应用

1.普通结构件的最终热处理；

正火可以消除铸造或锻造生产中的过热缺陷，细化组织，提高机械性能。

2.改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性；

硬度在160~230HB的金属，易切削加工，金属硬度高，不但难以加工，而且刀具易磨损，能量耗费也大，硬度过低，加工又易粘刀，使刀具发热和磨损，且加工零件表面光洁度也很差。


阴影表示切削加工性能较好和低碳合金钢退火硬度一般都在160HB以下，且切削加工性不良，但选用正火（1点划线），由于珠光体量增加，片层间距变细，从而改善了切削加工性能。

3.作为中碳结构钢制作的较主要零件的预先热处理；

正火常用来为较重要零件进行预先热处理。例如，对中碳结构钢正火，可使一些不正常的组织变为正常组织，消除热加工所造成的组织缺陷，并且它对减小工件淬火变形与开裂提高淬火质量有积极作用。

4.消除过共析钢中的网状二次渗碳体，为球化退火作组织准备，这是因为正火冷却速度比较快，二次渗碳体来不及沿A晶界呈网状析出。

5.对一些大型或形复杂的零件，淬火可能有开裂的危险，正火也往往代替淬火，回火处理，作为这些零件的最终热处理。

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钢的淬火

什么是钢的淬火？

首先将钢加热到临界点（Ａc3,Ac1）以上，经过一段时间的保温使钢奥氏体化，然后再以大于临界冷却速度Ｖk进行快速冷却，从而发生Ｍ转变的热处理工艺，称淬火。

淬火的目的？

为了获取Ｍ组织，它是强化钢材最主要的热处理方法。

提示：

Ｍ不是热处理所要求的最后组织，淬火后，钢材还要根据不同的需要，进行不同温度的回火，这样可使淬火Ｍ获取不同的组织，从而使淬火钢零件具有不同的机械性能，充分满足各种工具与零件的使用要求。

一．淬火工艺

（一）.淬火加热温度的选择

淬火温度的高低与钢的化学成分有关

亚共析钢 t＝Ac3+(30～70)°C

共析钢，过共析钢 t＝Ac1+(30～70)°C

亚共析碳钢为什么要加热到Ac3以上完全Ａ化后淬火呢？

若加热温度选在Ac1～Ac3之间，组织中有一部分铁素体存在，在随后的淬火冷却中，由于铁素体不发生变化而保留下来，它的存在是钢的淬火组织中存在软点，降低了淬火钢的硬度，同时它的存在还会影响钢的均匀性，影响机械性能，加热Ac3以上太高也不行，钢的氧化脱碳严重，另一方面Ａ精粒粗大，淬火后Ｍ粗大，钢的性能变坏。

过共析钢的淬火加热温度为什么选择在Ac1～Ac3之间？

首先过共析钢在淬火加热以前，都要经过球化处理，加热到Ac1～Acm之间时组织为Ａ和一部分未溶化的Ｆe3C,，淬火后，Ａ—>M，Ｆe3C被保留下来，Ｆe3C硬度很高，它的存在，可以提高钢的硬度和耐磨性，如果将过共析钢加热到Ａcm以上淬火，有以下几点不利因素：

1.由于Ｆe3C完全溶入Ａ，钢中含碳量增加，Ｍs点下降，淬火后残余Ａ量增加，反降低了钢的硬度与耐磨性。

2.A精粒粗化，淬火后的M粗大，晶微裂纹增多，钢的脆性大为增加。


上图为T12钢加热Acm以上淬火后所获取的带有显微裂纹的粗化M组织。

3.钢的氧化脱碳严重，降低钢的表面质量。

4.增大淬火应力，增加了工件变形和开裂的倾向。

除了上述钢的淬火加热温度选择原则之外，对同一化学成分的钢，由于工件的形状和尺寸，淬火冷却介质或淬火方法不同，因此淬火加热温度要考虑各种因素的影响，结合具体情况制定。

（二）.加热时间的选择

加热时间指的是升温与保温所需时间，加热时间的长短与很多因素有关，象钢的成分，原始组织，工件形状和尺寸，加热介质，装炉方式，炉温等许多因素有关，确切计算加热时间很困难，课本中只是给出一个经验公式：

t=a*D

t 加热时间；a 加热系数；D 工件有效厚度

表5-5 常用钢的加热系数

钢的种类
工件直径mm
〈600℃箱式炉中预热
750～850℃盐浴炉中加热或预热
800～900℃箱式炉或井式炉中加热
1100～1300℃高温盐炉中加热

碳钢
　《50

〈50
.
0.3～0.4

0.4～0.5
1.0～1.2

1.2～1.5
.

合金钢
《50

〉50
.
0.45～0.5

0.5～0.55
1.2～1.5

1.5～1.8
.

高合金钢
.
0.35～0.40
0.3～0.35
.
.




表5-6 工件有效厚度的确定


（三）.淬火冷却介质

1．理想淬火冷却速度

前面我们介绍过，加热到A状态的钢，冷却速度必须大于临界冷却速度是才能获得要求的M组织。


但是从此图我们可以看出，要获取M组织，不需要在整过冷却过程中都快速冷却，关键在C曲线鼻尖处，这里奥氏体最不稳定，因此650最不稳定，因此650～550°C温度范围内要快速冷却,而在稍低于A1点和稍高于Ms点处过奥氏体较稳定,为了减少淬火冷却中因工件截面内外温度差引起的热应力,冷却速度应缓慢些,特别是Ms点处,冷却速度太大,工件体积涨大,组织应力也愈大,易引起变形和开裂。

2．常用淬火冷却介质

表5-7 常用淬火冷却介质及其冷却特性

淬火冷却介质
最大冷却速度时
平均冷却速度，①℃

所在温度，℃
冷却速度，℃/s
650～500℃
300～200℃

静止自来水，20℃
340
775
135
450

静止自来水，60℃
220
275
80
185

10%NaCL水溶液，20℃
580
2000
1900
1000

15%NaOH水溶液，20℃
560
2830
2750
775

10号机油，20℃
433
230
60
65

10号机油，80℃
430
230
70
55




各冷却速度值均系根据有关冷却速度特性曲线估算。冷却速度特性曲线通常是用导热率高的银制球形试样（Φ20mm），加热后淬入冷却介质中，利用热电偶测出试样心部温度随冷却时间的变化，并经示波器显示出来。

二．淬火方法

(一).单液淬火法

把加热工件投入一种淬火冷却介质中，一直冷却至室温的淬火方法。


曲线a所示这是一种常用的方法，特点是操作简便，易实现机械化与自动化，缺点是在650～550°C和300～200°C都不理想

（二）.预冷淬火法

将加热的工件从加热炉中取出后，先在空气中预冷一定的温度，然后再投入淬火冷却介质中冷却。


曲线b所示这种方法即可不降低淬火工件的硬度与淬硬层深度的条件下，使热应力大大减小，因此，它对防止变形和开裂有积极措施。

（三）.双液淬火法

把加热的工件先投入冷却能力较强的介质到稍高于Ms点温度，然后立即转入另一冷却能力较弱的介质中，进行发生M转变的淬火。


如图所示，即为双液淬火法，双液淬火的关键是要控制好从第一冷却介质进行到第二冷却介质的温度，温度太高（C点以上）取出缓冷回发生珠光体型转变，太低又发生M转变，失去了双液的意义，又达不到双液淬火的目的。

（四）.分级淬火法


（a）曲线将加热的工件先投入温度在Ms点附近的盐溶或碱溶槽中，停留2～３分钟，然后取出空冷，以获得Ｍ组织的淬火，称分级淬火。分级淬火是通过在Ms点附近的保温，消除了工件内外温差，使淬火热应力减到最小，而且在随后空冷时，可在工件截面上几乎同时形成Ｍ组织，所以可减少组织应力的产生，也减少了变形与开裂的倾向。盐溶或碱溶的冷却能力较小，容易使Ａ稳定性较小的钢在分级过程中形成珠光体，故上法只使用于截面尺寸不大，形状较复杂的碳钢及合金钢件，一般直径小于10～15mm的碳钢工件以及直径小于20～30mm的低碳合金钢工具，以及直径小于20～30mm的低碳合金钢工具。过去分级淬火一般都高于Ms点，而现在较多的该在略低于Ms点温度，这是因为选在Ms点以下，能增加工件在盐溶中的冷却速度，可以获得更深的淬硬性，注意分级淬火不能在Ms点以下太多，否则就成了单液淬火法了。

（五）.等温淬火法

把加热的工件投入温度稍高于Ms点的盐溶或碱溶槽中，保温足够的时间（一般为半小时以上）发生下贝氏体转变后取出空冷，钢等温淬火后组织是贝氏体，故又称为贝氏体淬火。特点：淬火内应力很小，工件不易变形和开裂，而且所获得的下贝氏体组织具有良好的综合机械性能，强度，硬度，韧性也都较高，多用来处理形状复杂，尺寸精度较高，且硬度，韧性也都很高的工件，象各种冷，热冲模，成型工具和弹簧等。另外低碳贝氏体性能不如低碳Ｍ好，因此低碳钢不进行等温淬火，等温淬火实用于中碳以上的钢。

（六）.局部淬火

三．淬火缺陷的防止方法

热处理生产中，由于热处理工艺处理不当，常会给工件带来缺陷，如氧化，脱碳，过热，过烧，硬度不足，变形与开裂等。

（一）.氧化与脱碳

1.氧化是因为钢在有氧化性气体中加热时，会发生氧化而在表面形成一层氧化皮，在高温下，甚至晶界也回会发生氧化。

2.钢在某些介质中加热时，这些介质会使钢表面的含碳量下降，我们称这现象为“脱碳”。减少或防止钢在淬火中氧化与脱碳的方法有：

1）.采用脱氧良好的盐溶炉加热；

2）.在可控保护气氛炉中加热；

3）.在真空炉中加热；

4）.预留足够的加工余量。

（二）.变形和开裂

淬火中变形与开裂只要是淬火时形成内应力所引起的由内应力形成的原因不同，它可分热应力与组织应力两种热应力引起工件变形特点时：使平面边为凸面，直角边钝角，长的方向变短，短的方向增长，一句话，使工件趋于球形。组织应力引起工件变形的特点却与此相反：使平面变为凹面，直角变为钝角，长的方向变长；短的方向缩短，一句话，使尖角趋向于突出。工件的变形与开裂是热应力与组织应力综合的结果，但热应力与组织应力方向恰好相反，如果热处理适当，它们可部分相互抵消，可使残余应力减小，但是当残余应力超过钢的屈服强度是，工件就发生变形，残余应力超过钢的抗拉强度时，工件就产生开裂。为减小变形或开裂，出了正确选择钢材和合理设计工件的结构外，在工艺上可采取下列措施：

1.采用合理的锻造与预先热处理；

2.采用合理的热处理工艺；

3.采用正确的操作方法；

4.对于淬火易开裂的部分，如键槽，孔眼等用石棉堵塞。

taojun

钢的回火

      将淬火钢重新加热到A1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺，称回火。回火是紧接淬火之后的一道热处理工序。

一．回火的目的

      1．获得工件所需的组织，以改善性能在通常情况下，钢淬火组织为淬火M和少量残余A，整个组织的性能是强度，硬度很高，但塑性与韧性明显下降，为了调整和改善钢的性能，满足各种工件不同性能的要求，因此需配制适当回火来改变淬火组织。

     2．稳定尺寸，淬火后的M和参与A都是不稳定的组织，它们具有自发向稳定组织转变的趋势，这将会引起尺寸的改善，我们可以采用回火使淬火组织转变为稳定组织，从而保证工件在使用过程中不再发生形状和尺寸的改变。

     3．消除淬火内应力，工件在淬火后存在很大内应力，如不及时通过回火消除，会引起工件进一步变形甚至开裂。

     由以上三点分析我们可以了解到，钢淬火后一般都必须要进行回火处理，回火决定了钢在使用状态的组织和寿命，因此是很主要的热处理工序。

二．淬火钢的回火转变

（一）.回火第一阶段（≤200°C）马氏体分解

当回火温度达100°C以上时，马氏体便开始分解，M中过饱和的碳原子以ε碳化物形式析出，碳的析出降低了M中碳的过饱和度，它的正方度c/a也随之减小，在这一阶段温度较低，马氏体中仅析出一部分过饱和的碳原子，它仍是碳在α—Fe中的过饱和固溶体，在回火的第一阶段中钢的硬度并不降低，但由于ε碳化物的析出，晶格畸变降低，淬火内应力有所减小。

（二）.回火第二阶段（200～300°C）残余A的转变

残余A于200°C分解，至300°C基本结束，残余A分解成下贝氏体，在回火第二阶段中，残余A转变为下贝氏体的同时，M还在继续分解，M的继续分解会使钢的硬度降低，但由于较弱的残余A转变成较应的下贝氏体，因此钢的硬度并没有明显降低，但淬火内应力进一步减小。

（三）.回火第三阶段（300～400°C）碳化物的转变

在回火第三阶段，碳原子从过饱和α固溶体中继续析出，同时ε碳化物也逐渐变为与α固溶体不再有晶格联系的渗碳体（Fe3C），α固溶体中含碳量几乎已将到平衡含碳量，正方度 c/a接近于1，经过第三阶段以后，钢的组织是由铁素体和颗粒状渗碳体所组成，钢的硬度降低，淬火应力到此基本消除。

（四）.回火第四阶段（>400°C）渗碳体聚集长大与α相的再结晶

经过回火第三阶段后，钢的组织虽然已是铁素体和颗粒状渗碳体所组成，但α相（铁素体）仍保留原来M的板条状或片状，而成为多边形晶粒。


表示淬火钢在回火是的变形随温度的升高，渗碳体尺寸增大↑，内应力减小↓，残余A量↑，M含碳量↓。

三．回火转变产物的组织与性能

（一）.回火后的组织

回火产物可分为以下四种组织

1．回火马氏体（<250°C回火产物）


上图为45钢的淬火马氏体和回火马氏体显微组织，它是有过饱和的α固溶体（铁素体）和与起晶格相联系的ε碳化物所组成，回火M仍保留原来M的片状或板条状的形态。

2．回火屈氏体（350～500°C回火产物）


上图为45钢的回火屈氏体的显微组织，它是有尚未发生再结晶的铁素体和细小均匀渗碳体颗粒所组成的，由于这时铁素体尚未再结晶，因此仍保留着原来M的形态。

3．回火索氏体（500～650°C回火产物）


上图为45钢的回火索氏体显微组织，它是有在结晶的铁素体和均匀分布的细条状渗碳体组成，这时铁素体已发生再结晶，因此它失去了原有M的片状或板条状的形态。

4．回火珠光体（650°C～A1点回火产物）

它是有多边行的铁素体和颗粒状的渗碳体组成的镜相显微组织与球化退火后显微组织相似。

（二）.回火时机械性能的变化


是两种不同成分的钢的机械性能与回火温度的关系

四．回火的种类及应用

（一）.低温回火（150～250°C）

组织：低问回火的组织为回火M；

目的：是在于保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火内应力和脆性，以免使用是崩裂刀具或过早损坏，它主要用于高碳的切削刀具，量具，冷冲模具，滚动轴承。渗碳体回火后硬度一般为HRC58-64。

（二）.中温回火（350～500°C）

组织：中温回火所得组织为回火屈氏体；

目的：是为了获取较高的屈服强度，弹性极限，较高的韧性，主要用于处理各种弹簧和模具的热处理，回火后的硬度HRC35～50。

（三）.高温回火（500～650°C）

组织：高温回火所得组织为回火索氏体；

目的：是为了获得强度，硬度和塑性，韧性较好的综合机械性能；

调质处理：淬火后高温回火的热处理称调质处理；调质处理多用于重要的结构零件，连杆，螺栓，齿轮及轴类，回火后的硬度一般为HB 200～330。

表5-9 45钢经调质和正火后的性能比较

热处理状态
σb,MN/m2
δ，%
ak，J/cm2
HB
组织

正火
700～800
15～20
50～80
163～220
细珠光体+铁素体

调质
750～850
20～25
80～120
210～250
回火索氏体




5-9表 钢经正火后和调质处理后的硬度值接近，但为什么主要的零件一般都选用调质处理而不采用正火？这是由于调质处理后的组织为回火索氏体，其中渗碳体为颗粒状，而正火所得到的索氏体中渗碳体呈片状，调质钢不仅硬度高，且塑性与韧性也高于正火状态。

调质处理一般作为最终热处理，但也可以作为表面淬火和化学热处理的预先热处理。为了保持淬火后的高硬度及尺寸稳定性，淬火后又可进行时效处理（温度低于低温回火）。


五．回火脆性

发生在250～350°C，随温度升高，韧性不仅没提高，反而降低。

maodie

我天，热处理好麻烦啊