钢的整体热处理(天大).

材料热处理工程师考试辅导天津市热处理行业协会赵淑芬电话：[phone]Email:[e-mail]钢的分类按相图分C%＜0.77%：亚共析钢，组织为F+P；C%=0.77%：共析钢，组织为P；0.77%＜C%＜2.11%：过共析钢，组织为P+Fe3CⅡ；2.11%＜C%≤4.3%：亚共晶铸铁，组织为P+Fe3CⅡ+Ld′（莱氏体）；C%=4.3%：共晶铸铁，组织为Ld′4.3%＜C%≤6.69%：过共晶铸铁，组织为Ld′+Fe3CⅠ钢的分类按含碳量分：C%≤0.25%：低碳钢0.25%＜C%≤0.60%：中碳钢0.60%＜C%≤2.11%：高碳钢2.11%＜C%＜4.3%：亚共晶铸铁C%=4.3%：共晶铸铁4.3%＜C%≤6.69%：过共晶铸铁按用途分：结构钢工具钢特殊性能钢结构钢■调质钢45、40Cr、40CrNiMo、42CrMo、38CrMoAl（氮化钢）渗碳钢20、20Cr、20CrNiMo、20CrMnTi弹簧钢65Mn、60Si2Mn、50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6工具钢的分类刃具钢碳素工具钢：T7、T8、T10、T12低合金工具钢：大截面9CrSi、CrWMn等高速钢：18-4-1、6-5-4-2、9-3-4-1等分级淬火；温度高，接近熔点，随炉试样；A,多，三次回火，红硬性好；冷处理“风钢”。特殊性能钢不锈钢：马氏体不锈钢；1Cr13、2Cr13、、3Cr13、4Cr13奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti铁素体不锈钢：1Cr17Ni2沉淀硬化不锈钢00Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)耐热钢：15CrMo低温钢：1Cr18Ni9Ti耐磨钢:Mn13(水韧化处理）合金元素的作用强碳化物形成元素：Cr、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、Mn非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B强化F：由强到弱：P、Si、Ti、Mn、Al、Cu、Ni、Mo、V、W、Cr（需控制含量，降低αk）防止晶界腐蚀：Ti提高电位：Cr合金元素对加热的影响扩大γ区：Mn、Ni、Co、C、N、B、Cu缩小γ区：Cr、W、Mo、V、Ti、Al、Si、Nb、Zr阻止A晶粒长大：强烈：V、Nb、Ti、Zr中等：W、Mo、Cr不大：Si、Ni、Cu促进A晶粒长大：Mn合金元素对冷却的影响除Co外，所有合金元素均使C曲线右移对C曲线影响由弱到强：Mn、Mo、Cr、W、Si、Ni降低Ms由强到弱：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si合金元素对回火的影响提高回火稳定性：W、V、Mo、SiNi、Co产生二次硬化：W、Mo、VA′→M（二次淬火）沉淀硬化、弥散强化回火脆性：产生：Cr、Ni、Mn抑制：Mo、W第一讲钢的整体热处理■退火正火淬火回火1.1钢的正火将钢加热到Ac3（或Accm）点以上30～50℃，保温适当时间后，在静止空气中冷却的热处理工艺。风冷雾冷预先热处理代替调质正火的目的细化晶粒，均匀组织；提高低碳钢工件的硬度和切削加工性；消除加工硬化和去除内应力；消除过共析钢的网状碳化物；为下一步热处理做好准备；低碳钢代替退火；大工件感应淬火前的预备热处理。1.2钢的退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定的时间然后缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的降低硬度，改善力学性能；消除组织缺陷，均匀化学成分；消除或减少内应力，稳定尺寸；为最终热处理做组织准备退火的分类完全退火中低碳钢铸件、热轧件、焊接件不完全退火共析钢球化退火共析钢、过共析钢均匀化退火大型铸钢件和合金钢钢锭去应力退火铸件、焊接件、锻轧件及机械加工件几种退火的加热温度范围1.3钢的淬火将钢件加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却，获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺。淬火目的提高钢的强度、硬度、耐磨性等力学性能，提高不锈钢的耐蚀性，增加磁钢的永磁性。1.3.1加热参数的选择B和M均为A的转变产物，为了获得这些组织，首先要加热获得A。加热的目的：获得适当成分、晶粒细小的奥氏体加热温度（淬火温度）、保温时间都是以以上目的为依据的，同时考虑能源及设备消耗、零件氧化脱碳淬火温度的选择亚共析钢:Ac3＋（30℃～50℃）共、过共析钢:Ac1＋（30℃～50℃）保温时间的选择保温是加热的继续，目的相同因为碳钢奥氏体转变所需的时间较短，保温至整个零件达到淬火温度即可；合金元素扩散较慢，可能影响碳化物的溶解和C的扩散，合金钢可以适当延长保温时间。按装炉量、工件尺寸、材料种类估算1.3.2钢的淬透性与淬硬性钢的淬透性是指钢在淬火后获得马氏体或淬硬层深度（又称为淬透层深度）的能力。一定尺寸的工件，淬火时工件表面冷却较快，心部冷却较慢。不同位置转变产物不同。钢的淬透性取决于过冷奥氏体的稳定性淬透性通常用规定条件(试样形状、尺寸、加热冷却条件等）下的淬硬层深度表示，淬硬层深度越深，表明其淬透性越好。淬透性与钢材成分、原始状态及加热条件有关，而与工件尺寸、淬火介质无关C曲线靠右的钢（临界冷却速度较小），淬透性较好在尺寸、形状、冷却条件均相同时，淬透性大的钢，淬透层深度越深。不同尺寸的工件淬硬层深度不同－大直径零件淬硬层较薄；根据工件的淬透性优化热处理工艺。如正火代替调质量安排工艺路线考虑淬透性；淬透性是选材制定工艺的依据淬透性与选材和制定热处理工艺的重要依据。如截面尺寸大、形状复杂、承受复杂应力、对心部性能要求高－较高淬透性材料对于承受弯扭的轴类、齿轮类零件，可选用淬透性低、淬硬层浅（如为半径的1/3～1/2）的钢。为了防止焊件变形和裂纹、强力冲击脆断，材料的淬透性不能太好。钢的淬硬性钢的淬硬性是指钢在理想条件下淬火所能达到的最大硬度能力。钢的淬硬性取决于钢（A）的含碳量。1.3.3常用淬火冷却介质与淬火方法淬火介质与方法的选择要考虑两方面的因素避免形成珠光体减小变形、开裂理想介质的冷却特性如图理想冷却速度淬火加热方式1.空气炉氧化脱碳毛坯料改进：装箱涂保护涂料2.盐浴炉加热速度快，氧化脱碳小，可实现局部加热。注意：定期脱氧捞渣，严格控制水分。3.保护气氛4.真空炉加热无氧化脱碳，可实现光亮淬火；工件变形小；工件表面光亮；无污染，劳动条件好。淬火温度亚共析钢Ac3＋(30-50)℃过共析钢Ac1＋(30-50)℃过共析钢中碳化物溶解困难，淬火温度还要高，一般要＋(30-70)℃，甚至大于100℃淬火加热时间1）钢的成分合金钢＞碳钢2）工件尺寸及装炉量3）加热设备真空炉＞空气炉＞盐浴炉4）装炉状况间隙小，时间长5）装炉温度高温装炉可以缩短时间淬火冷却根据C-曲线常用冷却介质1.水及水溶液（水基）2.油3.盐浴和碱浴4.气体（氮气、空气）1.水及水溶液10%NaCl水溶液在550-650℃范围的冷却能力比清水提高近10倍；10-15%NaOH水溶液好于NaCl，但其易变质且有腐蚀。10%NaCl水溶液最高使用温度为50℃‘10-15%NaOH水溶液最高使用温度为60℃.水基淬火剂2.油油的温度高，冷却能力强，机油最好使用温度60-80℃.等温淬火油快速淬火油真空淬火油光亮淬火油。油淬火件需清洗。淬火冷却介质3.盐浴和碱浴4.气体（氮气、空气）淬火冷却方法P117（1）单液淬火；（2）双介质淬火：水-油；水-空气；油-空气；（3）分级淬火Ms（马氏体）；（4）等温淬火,260-400℃,下贝区（贝氏体）；（5）冷处理：目的：提高硬度，稳定尺寸，提高磁性。（主要是减少A’）冷却操作方法P118复杂零件，预冷可减小变形；淬火方向轴类，套筒垂直入水；长板，横向侧面入水；凹面，槽口向上；截面相差较大时，大头先入水等不摆动或只沿着淬入方向直线运动，可减小变形；淬火应用实例临界直径的零件容易开裂，如5-11的45钢零件水淬。尤其是6-9最容易开裂。裂纹起源于最先入水的部位或缺陷处。避免危险尺寸；改进工艺改变淬火介质淬火缺陷1.硬度不足和软点；原因及措施2.过热和过烧；3.氧化和脱碳；4.变形和开裂。1.4钢的回火：钢件淬硬后，再加热到Ac1点以下某一温度，保温一定时间，然后冷到室温，获得较稳定组织及所需力学性能的热处理工艺。回火目的1.降低应力和脆性，防止断裂；2.获得良好的综合机械性能；3.防止工件变形，稳定工件尺寸；4.改善加工性能。回火的分类和应用根据回火时发生的转变，回火分为三类低温回火：发生马氏体分解，产物为回火马氏体M′；中温回火：碳化物没有过分聚集长大，产物为回火屈氏体T′(F+点状Fe3C)；高温回火：产物为回火索氏体S′(F+球状的Fe3C)回火的分类：1.低温回火150-250℃M回稳定组织，用于高硬度的零件，轴承、渗碳淬火件。2.中温回火250-500℃T回获得较好的弹性、韧性，用于弹簧、热锻模。3.高温回火500-700℃S回获得较高的综合力学性能，用于各种轴类、连杆、螺栓等。淬火＋高温回火=调质处理高速钢的560℃回火并非高温回火，而是低温回火。淬火钢在回火时的变化淬火后钢处于不稳定状态，加热时由于原子活动能力增强，发生如下转变（温度－碳钢）(1)碳原子的偏聚（T100℃）:碳原子由间隙位置逸出到位错线附近;(2)马氏体分解:在此温度间马氏体中的碳浓度不断降低并发生M的分解，即从碳的过饱和固溶体中析出碳化物。M’100～250℃析出-Fe2.4C；250℃～400℃之间，-Fe2.4C溶解并重新析出Fe3C。(3)残余奥氏体的转变:（200℃~300℃）在回火加热、保温或降温过程中按C曲线进行转变，如A’→M或B组织(4)F的回复与再结晶及碳化物的聚集长大当T≥400℃时，M中的碳原子全部脱溶，变成F，但是保持M外形。T当T≥600℃时，F发生回复和再结晶，Fe3C集聚长大并粗化。S淬火钢在回火时性能的变化淬火钢在回火时随着回火温度的升高，钢的硬度不断下降，塑性韧性、不断升高钢的回火脆性第一类回火脆碳钢在200-400℃温度范围内回火，合金钢在250-450℃温度范围内回火，会出现室温冲击韧度下降。消除之需重新淬火。（不可逆）钢的回火脆性第二类回火脆性（高温）某些合金钢在450-650℃温度范围内回火或回火后缓慢冷却通过上述温度范围时，会出现冲击韧度降低的现象。将其重新加热到回火温度然后快冷至室温，脆性就会消失。（可逆）■含Cr、Ni、Mn合金元素与杂质协同在晶界偏聚造成第二类回火脆性。■加入0.3~0.5%的Mo可以抑制第二类回火脆。■回火后快冷可以抑制第二类回火脆性。第二讲典型零件热处理结构钢的热处理调质钢45、40Cr、40CrNiMo、42CrMo、38CrMoAl（氮化钢）渗碳钢20、20Cr、20CrNiMo、20CrMnTi弹簧钢65Mn、60Si2Mn、50CrVA轴承钢GCr15、GCr9、GCr6调质钢最终热处理：轴类、连杆、高强螺栓等预先热处理：渗氮、软氮化、感应淬火工艺：淬火：AC3+（30～50）℃回火：根据硬度要求（注意有回火脆的材料）弹簧钢弹簧钢：65Mn、60Si2Mn、50CrVA淬火+中温回火；弹性硬度。T回过热敏感性去应力退火：240-300℃表面光洁度（疲劳源）失效形式：疲劳（喷丸强化）不得酸洗（氢脆）轴承钢的热处理GCr15工艺路线锻件→正火→球化退火→机加工→淬火+冷处理+回火→磨削加工→一次时效→精磨→二次时效→研磨GCr15热处理工艺1.正火温度：920℃时间：1.5h冷却方式：空冷（散堆）金相组织：细片状珠光体（不得有网状碳化物）GCr15热处理工艺2.球化退火退火温度800-820℃，保温时间2-3小时，快冷至680℃等温温度680-700℃，保温时间3-4小时，冷炉