热处理工艺必看

D0与介质有关，如45钢D0水=16mm，D0油=8mm。
只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，
如45钢D0油=8mm，40Cr D0油=20mm。
马氏体 马氏体 索氏体
五、淬透性的应用

(1)比较不同钢种的淬透性 淬透性是钢材选用的重要依据之一。 用半马氏体硬度曲线和淬透性曲线，找出钢的半马 氏体区所对应的距水冷端距离。 该距离越大，则淬透性越好。
件及合金钢制件较适宜，可大大缩短退火周期。
三、球化退火
工艺：球化退火是将钢件或毛坯加热到略高 Ac1 的
温度，经长时间保温，使钢中二次渗碳体自发转变为 颗粒状(或称球状)渗碳体，然后以缓慢的速度冷却到 室温的工艺方法。
目的：使二次渗碳体及珠光体中的渗碳体球状化（退
火前正火将网状渗碳体破碎），以降低硬度，改善切 削加工性能；并为以后的淬火作组织准备。
一、完全退火
工艺：把钢加热至Ac3以上20 ℃～30 ℃, 保温一定时
间后缓慢冷却(随炉冷却或埋入石灰和砂中冷却), 以获得 接近平衡组织（完全奥氏体化）的热处理工艺。 目的: 通过完全重结晶，使热加工造成的粗大、不均匀的 组织均匀化和细化，以提高性能；
使中碳以上的碳钢和合金钢得到接近平衡状态的组织，
薄片状)
③ε-FexC为亚稳相，温度升高可以继续转变。 ④马氏体分解形式取决于回火温度，回火温度低 (80~150℃)，二相式分解，C原子短程扩散；回火温度 高(150~350℃)，连续式分解，C原子长程扩散。
⑤马氏体分解转变为回火马氏体，即：
板条状马氏体
低碳(＜0.2%C)板条马氏体在100~200℃回火，C原子
Fe5C2→α相+θ-Fe3C。
ε -FexC 与χ-Fe5C2 和θ-Fe3C 的惯习面和位向关系不 同，单独形核长大；和θ-Fe3C的惯习面和位向关系可 能相同也可能不同，既可以“原位形核长大转变”， 也可以“单独形核长大转变”。
最终组织：具有一定过饱和度的α 相和与其无共格关
系的θ-Fe3C 碳化物混合组织——回火屈氏体。
钢的淬透性取决于临界冷
却速度Vk， Vk越小，淬 透性越高。
Vk取决于C曲线的位置，C
曲线越靠右，Vk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。
四、淬透性的测定及其表示方法

应用：适用于中碳结构钢制作的曲轴、连杆、连杆
螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等重要机器 零件。
淬火+高温回火叫调质处理。
一、淬火钢的回火转变及组织
1.马氏体中C 原子偏聚(＜100℃)
由于转变温度较低，Fe与合金元素原子难以扩散；C、
N溶质原子只能做短程偏聚。
板条马氏体晶内存在大量位错，C、N原子向位错线附
应用：低温回火一般用来处理要求高硬度和高耐磨性
的工件，如刀具、量具、滚动轴承和渗碳件等。
2.中温回火

温度：350～500℃。 目的：具有高的弹性极限、较高的强度和硬度、良 好的塑性和韧性。

组织：回火屈氏体组织。
铁素体仍保留马氏体的形态，碳化物比回火马氏体 中的碳化物粗。 具有高的弹性极限和屈服强度、一定的韧性，硬度 一般为35 HRC～45 HRC。 应用：各种弹性元件,弹簧 。
钢的热处理工艺
热处理方法
普通热处理
退火 正火 淬火 回火 表面淬火
火焰加热 感应加热 渗碳 氮化 碳氮共渗 其他
热处理
表面热处理 化学热处理 形变 真空 其他
特殊热处理
§2-1 钢的退火与正火
退火是将钢加热到一定温度并保温一定时间以后，
以缓慢的速度冷却（炉冷）下来，使之获得接近平衡 状态的组织的热处理工艺。
以降低硬度，改善切削加工性能。
由于冷却速度缓慢，还可消除内应力。
应用: 完全退火主要适用于含碳量为0.25%～0.77%的
亚共析成分的碳钢、合金钢和工程铸件、锻件和热轧 型材。过共析钢不宜采用完全退火，因为过共析钢加
热至Accm以上缓慢冷却时，二次渗碳体会以网状沿奥
氏体晶界析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著下 降。 二、等温退火
应用：球化退火主要适用于碳素工具钢、合金弹簧钢、
滚动轴承钢和合金工具钢等共析钢和过共析钢(含碳量 大于0.77%)。
组织：球状珠光体。
四、扩散退火
工艺：一般在Ac3或Accm以上150～300℃，长时间保
温（10h以上），随炉缓冷。
目的：减少钢锭、铸件或锻坯的化学成分和组织不均
匀性。
近偏聚。
片状马氏体由于位错较少，除了少量C、N 原子向位
错线附近偏聚，大量溶质原子 (100)α′偏聚，形成厚度
几个直径十几个的富碳区。
板条马氏体中C、N原子向位错线附近偏聚，降低弹性
畸变能；而片状马氏体由于C、N原子向孪晶面(100)α′ 偏聚，使弹性畸变能可能升高。
2.马氏体分解(80~350℃)
仍偏聚在位错线附近处于稳定状态，不析出ε-FexC。
3.残余奥氏体转变(250~300℃)
残余奥氏体与过冷奥氏体相比：
两者都是C在α-Fe中的固溶体，转变的动力学曲线很相
似；
物理状态不同，残余奥氏体在淬火过程中发生了高度塑
性变形，存在很大的畸变；
发生了机械稳定化和热稳定化。
淬火高碳钢，残余奥氏体转变 产物是α 相和ε-FexC 的混合 组织，称回火马氏体或下贝氏 体。
一、淬火加热温度
淬火加热温度的选择应以得到细而均匀的奥氏体晶 粒为原则，以便冷却后获得细小的马氏体组织。
亚共析钢：Ac3以上30～50℃；
过共析钢：Ac1以上30～50℃。
例：45钢在780℃、 860℃、 1000℃加热、水冷后组
织和性能有和不同。
二、淬火冷却介质
常用的淬火冷却介质是水和油。水主要用于形状简单、
40Cr钢 的淬透 性比45 钢要好。
2、利用淬透性曲线进行选材。 截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、
拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性 能均匀，应选用淬透性好的钢。

承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受 力较大，心部受力较小，可选用淬透性较低 的钢种。
(2)钢材截面性能分析 调质处理后, 淬透性好的钢棒整个截面是回 火索氏体, 机械性能均匀, 强度高, 韧性好。 淬透性差的钢表层为回火索氏体，心部为片 状索氏体+铁素体, 心部强韧性差。
由于扩散退火加热温度高，因此退火后晶粒粗大，可
用完全退火或正火细化晶粒
五、去应力退火 （低温退火）
工艺：一般是将工件随炉缓慢加热至500～650℃，经
一段时间保温后随炉缓慢冷却至300～200℃以下出炉。
目的：消除因变形加工及铸造、焊接过程中引起的残
余内应力，以提高工件的尺寸稳定性，防止变形和开
性能要求。
1.低温回火
温度：150～250℃。 低温回火时，淬火马氏体内部会析出碳化物薄片 （Fe2.4C), 马氏体的过饱和度减小。 目的：降低淬火应力，提高工件韧性，保证淬火后 的高硬度(58 HRC～64 HRC)和高耐磨性。
低温回火后组织： ●亚共析钢淬火、低温回火后组织 回火马氏体(回火M) ●过共析钢淬火、低温回火后组织 回火马氏体＋碳化物＋残余奥氏体

将钢件或毛坯加热至Ac3(或Ac1)以上20℃～30℃，
保温一定时间后，较快地冷却至过冷奥氏体等温转变
曲线“鼻尖”温度附近并保温(珠光体转变区)，使奥
氏体转变为珠光体后，再缓慢冷却下来，这种热处理 方式为等温退火。
等温退火的目的与完全退火相同，但是等温退火时的
转变容易控制，能获得均匀的预期组织，对于大型制
截面较大的碳钢零件的淬火。油一般用作合金钢的淬
火冷却介质。 为了减少零件淬火时的变形，盐浴也常用作淬火介质， 主要用于分级淬火和等温淬火。
三、淬火方法
为了保证获得所需淬火组织，又要防止变形和开裂， 必须采用已有的淬火介质再配以各种冷却方法才能解决。 通常的淬火方法包括单液淬火、双液淬火、分级淬火和等
正火的应用：
①低碳钢和某些低碳低合金钢采用正火来调整硬度， 改善切削加工性能。 ②过共析钢的正火是为了消除网状碳化物。 ③某些受力不大，性能要求不高的中碳钢和中碳合 金钢件，正火后的力学性能尚能满足要求，可作为最终 热处理。
§2-2 钢的淬火
将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快
速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。
温淬火等。
§2-3
钢的淬透性
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。
网带式淬火炉
一、淬透性的概念
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
缺陷：淬火马氏体位错、孪晶密度很高，与冷变形金属 相似，回复过程中板条马氏体的位错降低；片状马氏 体回火温度高于250℃时孪晶开始消失，400℃孪晶全 部消失。
如：直径为30 mm的40CrNiMo钢棒整 个截面性能均匀, 强 度高, 韧性好。 直径为30 mm的45 钢心部强韧性较差。
§2-4 钢的回火
定义：将淬火后的钢件加热到Ac1以下某一温度，保
温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫回火。
目的： 淬火钢件经回火可以减少或消除淬火应力，
稳定组织，提高钢的塑性和韧性，从而使钢的强度、 硬度和塑性、韧性得到适当配合，以满足不同工件的
5.α相回复再结晶及碳化物聚集长大(＞400℃)
(1)α相回复 α相回复包括内应力消除和缺陷的减少或逐渐消失。 内应力分三类：
第一类内应力：区域性的，存在于一组晶粒(多个晶粒)
和一组晶粒之间。 500~600℃时全部消除
第二类内应力：晶粒内，晶胞间。 500℃时全部消除 第三类内应力：晶胞内，原子间。350℃时消除
铁素体基体与弥散分布的细粒状渗碳体的混合组织。

3.高温回火


温度：500～650℃。
性能：高温回火使工件的强度、塑性、韧性有较好 地配合，即具有高的综合力学性能
组织：回火索氏体组织。(回火S)：粒状渗碳体和铁 素体基体的混和组织。 回火索氏体综合机械性能最好, 即强度、塑性和韧性都比 较好，硬度一般为25 HRC～35 HRC。
裂。因去应力退火温度低、不改变工件原来的组织， 故应用广泛。
六、再结晶退火
工艺：钢材的再结晶退火温度为650～700℃。经一段
时间保温后随炉缓慢冷却。
目的：消除加工硬化、提高塑性、改善切削加工及成形
性能。
六、钢的正火
正火的加热温度为Ac3或Accm以上30～50℃，保
温以后的冷却方式在空气中进行。由于正火比退火的 冷却速度大，故珠光体的片层间距较小，因而正火后 强度、硬度较高。
回火温度超过80℃马氏体开始分解，马氏体中C%
降低，c 轴减小，a 轴变大，正方度c/a降低，马氏体转
变成回火马氏体。
片状ຫໍສະໝຸດ Baidu氏体
①从马氏体析出与其共格的ε-FexC，ε-FexC为密排六方 结构，X=2~3。此时马氏体点阵常数a增加，c减小，
正方度c/a降低。
②光学显微镜下看不见ε-FexC，易腐蚀成黑色，电子显 微镜下可以观察到ε-FexC为长100 nm条状(空间形态为
4.碳化物转变(250~400℃)
碳钢中马氏体过饱和的C 几乎全部脱溶，但仍具有一 定的正方度。形成两种比ε-FexC更加稳定的碳化物， 即：一种是χ-Fe5C2——单斜晶系 一种是θ-Fe3C——正交晶系
具体形成过程可表示为：
α′→α相+ε-FexC→α相+χ-Fe5C2+ε-FexC→
α相+θ-Fe3C+χ-Fe5C2+ε-FexC→α相+θ-Fe3C+χ-
所能达到的最高硬度，
即硬化能力。
M量和硬度随深度的变化
二、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。
三、影响淬透性的因素
1、淬透性的测定常用末端淬火法
2、淬透性的表示方法
⑴ 用淬透性曲线表示
即用 J
HRC表 d
示，J 表示末端淬
透性，d 表示半马
氏体区到水冷端的 距离，HRC 为半 马氏体区的硬度。
⑵ 用临界淬透直径表示 临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬
成半马氏体的最大直径，用D0表示。