热处理工艺金相基础.doc

一、退火与正火正火是将钢加热到Ac3或Accm以上保温再在空气中冷却的热处理工艺，退火是将钢加热到相变温度Ac1以上或以下，较长时间保温并缓慢冷却（一般随炉冷却）的一种工艺。1．退火退火的种类很多，常用的主要有如下几种类型：（1）完全退火完全退火是将钢件或钢材加热到Ac3以上20℃～30℃，经完全奥氏体化后进行随炉缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。（2）球化退火钢随炉升温加热到Ac1以上Accm以下的双相区，较长时间保温，并缓慢冷却的工艺。这种工艺主要适用于共析或过共析的工模具钢，目的是让其中的碳化物球化（粒化）和消除网状的二次渗碳体，因此叫做球化退火。（3）去应力退火和再结晶退火一些铸铁件、焊接件和变形加工件会残存很大的内应力，为了消除由于变形加工以及铸造、焊接过程引起的残余内应力而进行的退火称为去应力退火。（4）扩散退火扩散退火是将工件加热到略低于固相线的温度（亚共析钢通常为1050℃～1150℃），长时间（一般10～20小时）保温，然后随炉缓慢冷却到室温。扩散退火的主要目的是均匀钢内部的化学成分。主要适用于铸造后的高合金钢。2．正火正火是将钢材或钢件加热到临界温度以上，保温后空冷的热处理工艺。亚共析钢的正火加热温度为Ac3＋30℃～50℃；而过共析钢的正火加热温度则为Accm＋30℃～50℃。正火与退火的主要区别在于冷却速度不同，正火冷却速度较大，得到的珠光体组织很细，因而强度和硬度也较高。正火主要应用于以下几个方面：（1）消除网状二次渗碳体所有的钢铁材料通过正火，均可使晶粒细化。而原始组织中存在网状二次渗碳体的过共析钢，经正火处理后可消除对性能不利的网状二次渗碳体，以保证球化退火质量。（2）作为最终热处理对于机械性能要求不高的结构钢零件，经正火后所获得的性能即可满足使用要求，可用正火作为最终热处理。（3）改善切削加工性能对于低碳钢或低碳合金钢，由于完全退火后硬度太低，一般在170HB以下，切削加工性能不好。而用正火，则可提高其硬度，从而改善切削加工性能。所以，对于低碳钢和低碳合金钢，通常采用正火来代替完全退火，作为预备热处理。从改善切削加工性能的角度出发，低碳钢宜采用正火；中碳钢既可采用退火，也可采用正火；含碳0.45%～0.6%的高碳钢则必须采用完全退火；过共析钢用正火消除网状渗碳体后再进行球化退火。图6-13是钢的几种热处理工艺与合适加工硬度范围的关系。 ??????????????? ????????????????????? 图6-13 钢的热处理与硬度（阴影部分为合适的切削加工硬度范围） 二、钢的淬火将亚共析钢加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺叫淬火。马氏体强化是钢的主要强化手段，因此淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理中应用最广的工艺之一。1．淬火温度的确定淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体组织。图6-14是碳钢的淬火温度范围。亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上30℃～50℃，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。如果温度过高，会因为奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织，使钢的机械性能恶化，特别是使塑性和韧性降低；如果淬火温度低于Ac3，淬火组织中会保留未溶铁素体，使钢的强度硬度下降。?????????????? ? ?????????????????? 图6-14 碳钢的淬火温度范围 2．加热时间的确定加热时间由升温时间和保温时间组成。由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为升温时间，并以此作为保温时间的开始。保温时间是指零件烧透及完成奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。3．淬火冷却介质的确定淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。淬火的目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。理想的淬火冷却曲线如图6-15所示。 ?? ??? ???????????????? 图6-15 理想淬火冷却曲线示意图 只要在“鼻尖”温度附近快冷，使冷却曲线躲过“鼻尖”，不碰上C曲线，就能得到马氏体。也就是说，在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。但是到目前为止，还找不到完全理想