3.2-3.3退火、正火、淬火及回火

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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。,3.2-3.3,钢的退火、正火、淬火和回火,一、退火,将钢件加热至高于或低于钢的临界温度，经适当保温后,随炉或埋入导热性较差的介质中,缓慢冷却,，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。,真空退火炉,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。,细化晶粒，为最终热处理作组织准备,。,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,Ac,3,+3050,保温后缓冷的退火工艺，,主要用于亚共析钢,.,等温退火,亚共析钢加热到,Ac,3,+3050,共析、过共析钢加热到,Ac,1,+3050,，保温后快冷到,Ar,1,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。,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。,将工件加热到,Ac,1,+30-50,保温后缓冷，或者加热后快冷到略低于,Ar,1,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火，以消除网状,.,去应力退火,将工件缓慢加热（,100,150/,小时）到,500600,，经过一段保温后，随炉缓慢冷却到,300200,以下，再出炉空冷。,主要用来,消除热加工、冷加工等工件中的残余内应力。,一般情况下，去应力退火应安排在,精加工之前,，或在,淬火之前,。,二、正火,正火是将,亚共析钢,加热到,Ac,3,+30 50,，,共析钢,加热到,Ac1+3050,，,过共析钢,加热到,Ac,cm,+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,。,热处理与硬度关系,合适切削加工硬度,三、淬火,淬火,是将钢加热到临界点以上，保温后以大于,V,k,速,度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺,.,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,1,、,淬火温度,（,1,）碳钢,亚共析钢,淬火温度为,Ac,3,+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,。,65MnV,钢,(0.65%C),淬火组织,45,钢,(,含,0.45%C),正常淬火组织,在,Ac,1,Ac,3,之间的加热淬火为亚温淬火。,35,钢（含,0.35%C,）亚温淬火组织,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,Ac,1,+30-50,；淬火组织为,M+A,。,过共析钢,淬火温度,:,Ac,1,+30-50,.,温度高于,Ac,cm,，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+Fe,3,C,颗粒,+A,。,(,预备组织为,P,球,),T12,钢（含,1.2%C,）正常淬火组织,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,Ac,3,+50100,。,共析钢、过共析钢,淬火温度为,Ac,1,+50100,。,钢坯加热,2,、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,理想淬火曲线示意图,Ms,M,f,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,.,3,、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。,各种淬火方法示意图,1,单液淬火法,2,双液淬火法,3,分级淬火法,4,等温淬火法,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。,钢的淬透性,网带式淬火炉,淬透性是钢的主要热处理性能。,是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。,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,.,淬透性与淬硬层深度的关系,同一材料的淬硬层深度与工件尺寸、冷却介质有关。,工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。,淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。,它只用于不同,材料之间的比较，是通过尺寸、冷却介质相同时的淬硬层深度来确定的。,影响淬透性的因素,钢的淬透性取决于临界冷却速度,V,k,，,V,k,越小，淬透性越高。,V,k,取决于,C,曲线的位置，,C,曲线越靠右，,V,k,越小。,因而凡是影响,C,曲线的因素都是影响淬透性的因素,.,即,除,Co,外，凡溶入奥氏体的合金元素都使钢的淬透性提高；奥氏体化温度高、保温时间长也使钢的淬透性提高。,利用淬透性可控制淬硬层深度,。,对于截面承载均匀的重要件,要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。,对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透,(,淬硬层深度一般为半径的,1/21/3),，如轴类、齿轮等。,淬硬层深度与工件尺寸有关,设计时应注意尺寸效应。,高强螺栓,柴油机连杆,齿轮,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,(,油冷,),T+M+A,等温淬火,B,下,M+A,分级淬火,M+A,淬火,(,水冷,),A,1,M,S,M,f,时间,温度,淬火,P,P,均匀,A,细,A,四、钢的回火,回火,是指将淬火钢加热到,A,1,以下的某温度保温适当时间后，置于空气或水中冷却的工艺。,1,、回火的目的,减少或消除淬火内应力,防止变形或开裂。,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,稳定尺寸。,淬火,M,和,A,都是非平衡组织，有自发向平衡组织转变的倾向。回火可使,M,与,A,转变为平衡或接近平衡的组织，防止使用时变形。,对于某些高淬透性的钢,，空冷即可淬火，如采用,回火软化既能,降低硬度,，又能,缩短软化周期。,未经淬火的钢回火无意义，而淬火钢不回火在放置使用过程中易变形或开裂,。,钢经淬火后应立即进行回火。,2,、,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,马氏体的分解,100,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。,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。,0.2%C,时，不析出碳化物。只发生碳在位错附近的偏聚。,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。,发生于,250-400,，此时，,-,碳化物溶解于,F,中，并从铁素体中析出,Fe,3,C,。,到,350,马氏体含碳量降到铁素体平,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粒状,Fe3C,组织，称回火托氏体，用,T,回表示。,回火托氏体,-,碳化物转变为,Fe,3,C,回火索氏体,Fe,3,C,聚集长大和铁素体多边形化,400,以上,Fe,3,C,开始聚集长大。,450,以上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。,淬火钢硬度随回火温度的变化,40,钢力学性能与回火温度的关系,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,Fe,3,C,粗化，马氏体转变为铁素体,硬度直线下降。,3,、回火脆性,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,。,第一类回火脆性,又称不可逆回火脆性。,是指淬火钢在,250-350,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。,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。,4,、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,.,广泛用于各种结构件如轴、齿轮等热处理。也可作为要求较高精密件、量具等预备热处理。,适用于各种高碳钢、渗碳件及表面淬火件。,应用,获得良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。,提高,e,及,s,，同时使工件具有一定韧性。,在保留高硬度、高耐磨性的同时，降低内应力,。,回火目的,S,回,T,回,M,回,回火组织,500-650,350-500,150-250,回火温度,高温回火,中温回火,低温回火,适用于,弹簧热处理,