航空工程材料（第3版）课件 4钢的热处理

第四章钢的热处理钢热处理的定义及目的钢热处理的分类钢热处理的过程及原理钢的普通热处理工艺钢的表面热处理和化学热处理工艺钢的力学性能对钢的成分及组织极为敏感。4.1钢的热处理原理当钢的成分一定时，对其进行不同的热处理，可以改变其组织结构从而改变其力学性能。4.1钢的热处理原理热处理的定义:钢的热处理是将钢在固态下以适当的方式进行加热、保温和冷却，以获得所需组织和性能的工艺过程。热处理的原理:通过加热将铁素体转变为奥氏体，并将渗碳体分解，碳溶解于奥氏体，保温后再以不同的速度进行冷却，使其中的碳以不同的比例析出，形成不同的相，从而使钢具有不同的组织和性能.时间温度临界温度热加保温冷却热处理的五要素:加热介质：环境加热速率：热应力、相变过程加热温度：目的及相图确定保温时间：经验和实验总结冷却速率：最重要的环节，决定性能热处理的主要目的:改变钢的性能。热处理的应用范围:整个制造业。按目的、加热条件和特点不同热处理分为热处理普通热处理表面热处理退火;正火;淬火;回火;表面淬火

化学热处理感应加热淬火火焰加热淬火渗碳;渗氮;碳氮共渗;4.1.1钢在加热时的组织转变加热目的：获得奥氏体

（把碳原子溶解到固溶体中）一、转变温度图5-1加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变点的位置理论组织转变的温度（蓝色线）A1、A3、Acm

实际转变温度有偏离（加热和冷却的速度较快）加热用（偏上）:Ac1、Ac3、Accm

表示冷却用（偏下）:Ar1、Ar3、Arcm表示

二、(共析钢中)奥氏体的形成过程1、奥氏体晶核的形成

奥氏体的晶核易于在铁素体F和渗碳体Fe3C相界面上形成。原因：a.在两相的相界上原子排列不规则，空位和位错密度高b.成分不均匀，碳浓度处于F和Fe3C的中间值，为形核提供了良好的条件FFe3CAA形核

2、奥氏体晶核的长大奥氏体形核后逐渐长大，晶核的长大是依靠与其相邻的F向A的转变和Fe3C的不断溶解来完成的。A向F和Fe3C两个方向长大。未溶Fe3CAF向A转变和Fe3C溶解

3、残余渗碳体溶解在奥氏体形成过程中，铁素体比渗碳体先消失，因此奥氏体形成之后，还残存未溶渗碳体。这部分未溶的残余渗碳体将随着时间的延长，继续不断地溶入奥氏体，直至全部消失。残余Fe3CA残余Fe3C溶解4.奥氏体均匀化渗碳体完全溶解后，开始时奥氏体中碳的浓度分布并不均匀,原先是渗碳体的地方碳浓度高，原先是铁素体的地方碳浓度低。必须继续保温，通过碳的扩散，使奥氏体成分均匀化。AA均匀化

亚共析钢和过共析钢的A形成过程与共析钢基本相似，不同之处在于亚共析钢和过共析钢需加热到更高的温度，即Ac3或Accm以上，才能获得单一的奥氏体组织。此过程称为：完全奥氏体化Ac3Accm

三、影响奥氏体转变的因素

1.加热温度和加热速度的影响提高加热T，将加速A的形成。随着加热速度的增加,奥氏体形成温度升高（Ac1升高），形成所需的时间缩短。

2.化学成分的影响随着钢中含碳量增加，铁素体和渗碳体的相界面总量增多，有利于奥氏体的形成。

3.原始组织的影响由于奥氏体的晶核是在铁素体和渗碳体的相界面上形成，所以原始组织越细，相界面越多，形成奥氏体晶核的“基地”越多，奥氏体转变就越快。三.奥氏体晶粒的长大及其影响因素1、晶粒大小的表示方法金属组织中晶粒的大小通常用晶粒度级别指数来表示晶粒度的测定方法：比较法、面积法、截点法；晶粒度的数值表示方法：晶粒度级别指数、单位体积晶粒数、晶粒公称直径等GB6394-86《金属平均晶粒度测定法》2、奥氏体晶粒度的概念:起始晶粒度：实际晶粒度：本质晶粒度：珠光体向奥氏体的转变刚刚完成时奥氏体晶粒的大小。一般比较细小而均匀热处理后所获得的奥氏体晶粒的大小。一般比起始晶粒度大某种钢在规定的加热条件下，奥氏体晶粒长大的倾向。不是晶粒大小的实际度量。加热温度与奥氏体晶粒长大的关系不同成分的钢在加热时奥氏体晶粒长大的倾向不同。3、奥氏体晶粒大小对钢的力学性能的影响1）奥氏体晶粒均匀细小，热处理后钢的力学性能提高。2）粗大的奥氏体晶粒在淬火时容易引起工件产生较大的变形甚至开裂。1）合理选择并严格控制加热温度(T)和保温时间(t)随着温度升高晶粒将随之长大。

温度愈高，晶粒长大愈明显。

在一定温度下，保温时间愈长，奥氏体晶粒也越粗大。2）合理选择原始组织随着钢中奥氏体含碳量的增加，奥氏体晶粒长大的倾向也增大。

当wc>1.2%时，奥氏体晶界上存在未溶的渗碳体能阻碍晶粒的长大，故奥氏体实际晶粒较小。3）加入一定量的合金元素若碳以未溶的碳化物形式存在，则它有阻碍晶粒长大的作用。

锰和磷是促进奥氏体晶粒长大倾向的元素。

4、奥氏体晶粒大小的控制4.1.2钢在冷却时的转变钢在热处理时的冷却方式固态物质间溶解度与温度的关系一、钢在热处理时的冷却方式等温冷却转变:使加热到奥氏体化的钢以较快的冷却速度冷到A1以下某温度保温，在等温下发生组织转变。连续冷却转变:使加热到奥氏体化的钢连续降温进行组织转变热加保温时间温度临界温度A1连续冷却等温冷却过冷奥氏体：在相变温度A1以下，未发生转变而处于不稳定状态的奥氏体。一、转变温度图5-1加热和冷却时Fe-Fe3C相图上各相变点的位置理论组织转变的温度A1、A3、Acm

实际转变温度有偏离（加热和冷却的速度较快）加热用:Ac1、Ac3、Accm

表示冷却用:Ar1、Ar3、Arcm表示二、过冷奥氏体的等温冷却转变（一）

建立共析钢过冷奥氏体等温冷却转变曲线----TTT曲线(C曲线)T---timeT---temperatureT---transformation共析钢C曲线建立过程示意图时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1开始组织转变组织转变结束（二）共析碳钢C曲线的分析稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1～550℃;高温转变区;扩散型转变;P转变区。550～230℃;中温转变区;半扩散型转变;

贝氏体(B)转变区;230～-50℃;低温转变区;非扩散型转变;马氏体(M)转变区。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区A1~650℃。片层珠光体P

<25HRC时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf1、珠光体型转变—高温转变（A1~550℃）（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区650~600℃。细片状珠光体（索氏体S）25~30HRC时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区600~550℃。极细片状珠光体（托氏体T）35~40HRC时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区550~350℃。羽毛（条）状铁素体（上贝氏体）40~50HRC时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2、贝氏体型(B)转变—中温转变(550℃～MS)在550℃～MS

温度范围内，因转变温度较低，原子的活动能力较弱，过冷奥氏体虽然仍分解成渗碳体和铁素体的混合物，但铁素体中溶解的碳已超过正常的溶解度，转变后得到的组织为含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体的混合物，称为贝氏体(B)，包括上、下贝氏体。（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区350℃~Ms。针叶状铁素体（下贝氏体），45~55HRC时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf与B上比较，B下具有良好的综合力学性能，在生产中常用等温淬火来获得B下组织。（三）转变产物的组织和性能稳定的奥氏体区过冷奥氏体区A向产物转变开始线A向产物转变终止线

A+产物区产物区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf3、马氏体型(M)转变(Ms～Mf)固溶在奥氏体中的碳全部保留在α-Fe晶格中，形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体，称为马氏体(M)。马氏体具有不同的显微组织。当奥氏体快速过冷至马氏体点（Ms）以下时则发生马氏体转变。与前两种转变不同，马氏体转变是在一定温度范围内（Ms～Mf之间）连续冷却时完成的。低碳板条状马氏体高碳片状马氏体（四）

影响C(TTT)曲线的因素跳到4.2P.581、奥氏体中含碳量的影响:1）亚共析钢过冷奥氏体的等温转变

a.在其上方多了一条过冷奥氏体转变为铁素体的转变开始线。b.亚共析钢随着含碳量的减少，C曲线位置往右移，同时Ms、Mf线住上移。亚共析钢的过冷奥氏体等温转变过程与共析钢类似，只是在高温转变区过冷奥氏体将先有一部分转变为铁素体，剩余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。

亚共析钢的TTT曲线

FAP+FS+FTBM+A残A3时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2）过共析钢过冷奥氏体的等温转变

a.过共析钢过冷奥氏体的C曲线的上部为过冷奥氏体中析出二次渗碳体(Fe3CII)开始线。b.当加热温度为AC1以上30～50℃时，过共析钢随着含碳量的增加，C曲线位置向左移，同时Ms、Mf线往下移。

过共析钢的过冷奥氏体在高温转变区，将先析出Fe3CII，其余的过冷奥氏体再转变为珠光体型组织。过共析钢的TTT曲线P+Fe3CⅡS+Fe3CⅡTBM+A残

Fe3CⅡAACM时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2、合金元素的影响

除Co、Al(＞2.5%)外，所有合金元素溶入奥氏体中，会引起：向右移向下移MsA1A1Ms含Cr合金钢3、加热温度和保温时间的影响

加热温度越高，保温时间越长，碳化物溶解充分,奥氏体成分均匀；同时晶粒也越大，晶界面积则减少。这样，会降低过冷奥氏体转变的形核率，提高了过冷奥氏体的稳定性,从而使C曲线向右移。三、过冷奥氏体的连续冷却转变（一）

建立共析钢过冷奥氏体连续冷却转变曲线----CCT曲线C---continuousC---coolingT---transformationVc（M临界冷却速度）共析碳钢CCT曲线建立过程示意图时间t温度℃A1Pf（P转变终了线）Ps（P转变开始线）A+PK（P转变中止线）MsMf水冷油冷Vc`（下临界冷却速度）炉冷空冷（二）马氏体型转变(230～-50℃):马氏体转变在低温（Ms点以下）进行，由于过冷度很大，奥氏体向马氏体转变时难以进行铁、碳原子的扩展，只发生了γ-Fe向α-Fe的晶格转变。固溶在奥氏体中的碳全部保留在α-Fe晶格中，形成碳在α-Fe中的过饱和固溶体，称其为马氏体（M）1、马氏体转变特点

1）无扩散型转变铁、碳原子都不能进行扩散。铁原子沿奥氏体一定晶面，集体地（不改变相互位置关系）作一定距离的移动（不超过一个原子间距），使面心立方晶格改组为体心立方晶格，碳原子原地不动，过饱和地留在新组成的晶胞中，过饱和碳使α-Fe的晶格发生很大畸变，产生很强的固溶强化。2）转变时体积发生膨胀马氏体的比容比奥氏体的比容大，转变时体积要膨胀，引起淬火工件产生相变内应力，严重时导致工件变形和开裂。3）M形成速度很快，瞬间完成形核、长大

奥氏体冷却到Ms点以下后，无孕育期，瞬时转变为马氏体。高碳马氏体的长大速度约为（1～1.5）×105cm/s，每个马氏体片形成的时间极短，大约只需10-7s。4）转变是在一定温度范围内（Ms～Mf）连续冷却过程中进行的随着温度下降，过冷奥氏体不断转变为马氏体，如果冷却在中途停止，则奥氏体向马氏体转变也停止。5）马氏体转变是不彻底的

总要残留少量奥氏体。残余奥氏体的含量与Ms、Mf的位置有关。奥氏体中的碳含量越高，则Ms、Mf越低，残余A含量越高。只在碳质量分数少于0.6%时，残余奥氏体可忽略。

A残的存在不仅降低淬火钢的硬度和耐磨化，而且在工件长期使用过程中，由于A残会继续变成M，使工件尺寸发生变化。奥氏体含碳量对马氏体转变温度的影响6007005003004002001000-100-2000.20.40.60.81.01.21.41.61.82.00温度℃Wc100MsMf90805070406020301000.60.90.80.71.00.51.11.21.31.41.51.61.7Wc100残余奥氏体量(%)奥氏体含碳量对残余奥氏体数量的影响3、马氏体的组织形态（板条状和片状）1）板条状马氏体组织---低碳马氏体(＜0.2%C)30～50HRCδ=9～17%

/低碳板条状马氏体组织金相图2）片状马氏体组织---高碳马氏体(＞1%C)66HRC左右δ≈1%高碳片状马氏体组织金相图马氏体的碳浓度Wc100507040602030100.10.30.20.400.50.60.70.80.91.0硬度(HRC)

2000抗拉强度σb(Mpa)

1800

1400

1000

600

2004、马氏体的性能——主要取决于马氏体中的碳浓度。低碳板条状M不仅具有较好的强度和硬度，而且还具有较好的塑形和韧性。高碳片状M的强度很高，但塑形和韧性很差。

（三）亚共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变

亚共析钢过冷A在高温时有一部分将转变为F，在中温转变区会有少量B上产生。如油冷的产物为F+T+B上

+M，但F和B上量很少，有时可忽略。（四）

过共析钢过冷奥氏体的连续冷却转变

过共析钢过冷A在高温区，将首先析出Fe3CⅡ，而后转变为其它组织。由于A中碳含量高，所以油冷、水冷后的组织中应包括A残。与共析钢一样，其冷却过程中无B转变。四、共析碳钢TTT曲线与CCT曲线的比较稳定的奥氏体区时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMfCCT曲线TTT曲线1、同一成分的钢的CCT曲线位于C曲线右下方。要获得同样的组织，连续冷却转变比等温转变的温度要低些，孕育期要长些。2、连续冷却时，转变是在一个温度范围内进行的，转变产物的类型可能不只一种，有时是几种类型组织的混合。3、连续冷却转变时，共析钢不发生贝氏体转变。4.2钢的普通热处理工艺退火;正火淬火;回火普通热处理的特点：1、对工件进行整体加热2、不改变工件的化学成分3、使工件整体发生组织、性能转变分为：预备热处理、最终热处理1、退火：将钢加热到适当温度（临界温度以上30～50℃），保温一定时间，然后在炉中缓慢地冷却的热处理工艺。2、目的——为最终热处理作好组织准备

1）降低硬度，提高塑性，改善加工性能；2）细化晶粒，消除组织缺陷；3）消除内应力。一、钢的退火3、分类退火重结晶退火低温退火完全退火（亚共析钢）扩散退火球化退火（过共析钢）再结晶退火去应力退火根据钢的成分和处理目的的不同，可分为碳钢的各种退火、正火加热温度范围、工艺曲线1）完全退火定义：将钢加热Ac3以上30~50℃,完全奥氏体后，保温一定时间随之缓慢冷却到600℃以下，出炉空冷。组织：细小而均匀的平衡组织（铁素体+珠光体）目的：细化晶粒，消除内应力，降低硬度，以利于切削加工。适用范围：亚共析钢。2）球化退火定义：将钢加热到Ac1以上20-30℃，保温后随炉缓冷至600℃，出炉空冷，使钢中碳化物呈球状的工艺方法。组织：球状珠光体（渗碳体呈球形的细小颗粒，弥散分布在铁素体基体中）目的：降低硬度、提高塑性、改善切削加工性能。适用范围：主要用于过共析钢。3）均匀化退火（扩散退火）定义：将钢加热到Ac3或Accm以上150~300℃，长时间保温后随炉缓冷。目的：使钢中的化学成分和组织均匀化适用范围：

主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻坯。4）去应力退火定义：将钢加热到Ac1以下（一般约为500—600℃），保温后随炉缓冷至200--300℃出炉空冷，又称低温退火。目的：消除铸件、锻件和焊接件的内应力。（没有发生组织变化，没有相变）适用范围：用于所有的钢。5）再结晶退火主要用于经冷变形的钢二、钢的正火1、正火：将钢件加热到Ac3或Accm线以上30～50℃，保温适当的时间后，在空气中冷却。2、正火与退火的区别：正火与退火的目的基本相同正火的冷却速度比退火稍快，正火后得到的珠光体组织比较细，强度、硬度高。碳钢的各种退火、正火加热温度范围、工艺曲线3、正火的目的及应用：1）对力学性能要求不高的结构、零件，可用正火作为最终热处理，以提高其强度、硬度和韧性。2）对低、中碳钢，可用正火代替退火作为预备热处理，可提高硬度和强度，改善切削加工性；3）对高碳钢，正火可抑制渗碳体网的形成，可为球化退火作准备。

注：1、正火比退火生产周期短，成本低，操作方便2、零件形状较复杂时，正火易引起零件开裂第三节钢的淬火与回火2、目的：为了获得马氏体（或贝氏体）组织，提高钢的硬度、强度和耐磨性，并保持足够的韧性。一、钢的淬火1、淬火：将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保持一定时间后，快速冷却的热处理工艺。3、工艺参数:加热温度相当于：完全退火+球化退火淬火加热后组织

M+Fe3C+A残

Ac1+30～50过共析钢

M+A残

Ac1+30～50共析钢

M+A残

Ac3+30～50亚共析钢Wc＞0.5%

M

Ac3+30～50亚共析钢Wc≤0.5%最终组织淬火温度(℃)钢种4、常用淬火冷却方法1）理想淬火冷却介质时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度(℃)0400A1MsMf2）常用的淬火冷却介质名称最大冷却速度时平均冷却速度/(℃•s-1)所在温度/℃冷却速度/(℃•s-1)650～550℃300～200℃20℃静止水34077513545040℃静止水28554511041060℃静止水2202758018510%NaCl

溶液58020001900100010%NaOH溶液5602830275077520℃10号机油430230606580℃10号机油430230705520℃3号锭子油500120100503）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、马氏体分级淬火、贝氏体等温淬火、局部淬火单液淬火将加热后的零件投入一种冷却剂中冷却至室温。缺点：易产生淬火缺陷水中易产生变形和裂纹油中易产生硬度不足或不均匀优点：操作简单，容易实现自动化应用：碳钢一般用水作冷却介质合金钢可用油作冷却介质。双液淬火先投入一种冷却能力强的介质中冷却，然后在接近Ms点温度（钢的组织还未开始转变时迅速取出），马上浸入另一种冷却能力弱的介质中使之发生马氏体转变的淬火，称为双介质淬火。优点：内应力小，变形及开裂小缺点：操作困难，不易掌握应用：由碳素工具钢制造的易开裂工件，如丝锥。马氏体分级淬火：定义：将加热的工件先放入温度为Ms点附近的盐或碱浴

中，稍加停留，等工件整体温度趋于均匀时，再取出空冷以获得马氏体。优点：有效减小内应力防止变形与开裂缺点：对于碳钢零件，淬火后会出现非马氏体组织应用：尺寸小，形状复杂工件贝氏体等温淬火：定义：将加热的工件先放入稍高于Ms点温度的盐或碱浴中，保温足够时间，使其发生下贝氏转变后出炉空冷。优点：内应力小工件不易变形与开裂具有良好的综合力学性能应用：用于处理形状复杂，尺寸要求精确，并且硬度和韧性都要求较高的工件如：各种冷、热冲模，成型刃具，弹簧等冷处理（P70）操作方法：零件淬火后冷却到室温，再放入制冷设备或低温介质（如-70至-80℃的干冰中）中继续冷却的工艺目的：减少工件中奥氏体的数量得到更多的马氏体有利于提高钢的硬度和耐磨性稳定工件尺寸如何衡量工件淬火后性能的优劣？二个指标5、钢的淬透性及淬硬性（P70）1、淬透性:指在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。2、淬硬性：指钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的最高硬度。1）影响淬透性的因素:钢的临界冷却速度Vc，Vc越低，钢的淬透性越好钢的化学成分（增加过冷奥氏体稳定性，降低Vc，钢的淬透性越好）2）淬透性的应用:淬透性好的钢，经淬火回火后，截面上组织均匀一致，综合力学性能好。因此，钢的淬透性对提高大截面零件的力学性能、发挥材料潜力，具有重要的意义。淬透性好的钢，在淬火冷却时可采用比较缓和的淬火介质，减小工件淬火的变形及开裂倾向。1、淬透性淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透钢淬透钢2、钢的淬硬性钢在理想条件下淬火成马氏体后所能达到的最高硬度。

影响钢的淬硬性的因素主要取决于钢含碳量。低碳钢淬火的最高硬度值低，淬硬性差；高碳钢淬火的最高硬度值高，淬硬性好。3、淬硬性与淬透性之间的区别:3）淬透性是钢固有属性，对同种钢，为定值，不同钢种可比较。4）同钢种、不同尺寸的工件，在相同条件下淬火，其淬透性是相同的，但其有效淬硬深度可能不同（与工件的形状、尺寸和冷却介质有关）2）有效淬硬深度：由表面至内部占马氏体组织50%处的距离1）淬透性与淬硬性无必然的联系5）淬硬性与淬透性之间的关系:淬透性淬硬性钢种小低碳素结构钢(20)小高碳素工具钢(T10A)大低低碳合金结构钢(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具钢(Cr12MoV)6、淬火缺陷1）氧化与脱氧钢加热时，炉内氧化气氛于钢材料表面的铁或碳相互作用，引起氧化和脱碳。氧化：是指铁的氧化，即在工件表面形成一层松脆的氧化铁皮。氧化不仅造成金属的损耗，还影响工件的承载能力和表面质量等。脱碳：是指气体介质和钢表面的碳起作用而逸出，使材料表面含碳量降低。脱碳会降低工件表层的强度、硬度和疲劳强度，对于弹簧、轴承和各种工具、模具等，脱碳是严重的缺陷。为了防止氧化和脱碳，对重要受力零件和精密零件，通常应在盐浴炉内加热。2）过热和过烧钢在淬火加热时，由于加热温度过高或高温下停留时间过长而发生奥氏体晶粒显著粗化的现象，称为过热。加热温度达到固相线附近，使晶界氧化并部分熔化的现象称为过烧。工件过热后，晶粒粗大，不仅降低钢的力学性能（尤其是韧性），也容易引起变形和开裂。过热可以用正火处理予以纠正，而过烧后的工件只能报废。为了防止工件的过热和过烧，必须严格控制加热温度和保温时间3、变形与开裂淬火内应力是造成工件变形和开裂的原因。对于变形量小的工件可采取某些措施予以纠正，而变形量太大或开裂的工件只能报废。为了防止变形和开裂的产生，可采用不同的淬火方法（如分级淬火或等温淬火等）或在设计上采取一些措施（如结构对称、截面均匀、避免尖角等）。4、硬度不足由于加热温度过低、保温时间不足、冷却速度过低或表面脱碳等原因造成的。一般情况下，可采用重新淬火消除，但淬火前要进行一次退火或正火处理。四、钢的回火1、定义：将淬火后钢件再加热到Ac1以下的某一温度，保温，在空气中冷却到室温。2、目的：消除淬火应力，降低脆性；稳定工件尺寸；调整淬火零件的力学性能。3、回火的种类低温回火：150~250℃

中温回火：350~500℃

高温回火：500~650℃

1、低温回火（150~

250）ºC组织：M回=α0.3%C+ε

目的：保持淬火钢的高硬度和高耐磨性，降低淬火应力，减少钢的脆性。硬度为58--64HRC。应用：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳淬火件和表面淬火件2、中温回火（350~

500）ºC组织：T回=F针+Fe3C粒目的：获得高的弹性极限、屈服点和较好的韧性。又称弹性处理。硬度为35--45HRC.应用：弹性零件及热锻模具等。3、高温回火（500~

650）ºC组织：S回=F块+Fe3C球目的：获得良好的综合力学性能。硬度为25--35HRC.应用：各种重要结构零件如螺栓、齿轮及轴承。

淬火+高温回火=调质处理回火脆性有些钢在某一温度范围内回火时，其冲击韧度比在较低温度回火时反而显著下降，这种脆化现象称为回火脆性。在250~400℃的温度范围内出现的回火脆性称为第I类回火脆性，应尽量避免在此温度范围内回火。在500~600℃温度范围内出现的回火脆性称为第II类回火脆性。部分合金钢易产生这类回火脆性。加入Mo、W或回火后快冷可避免这类回火脆性的发生。第四节钢的表面热处理和化学热处理表面淬火化学热处理工艺的核心:

“表硬里韧”一、表面淬火1、定义：不改变钢表层化学成分，改变表层组织，心部组织不发生变化的局部热处理工艺。2、工艺特征：快速加热使钢表面达到淬火温度，使钢的表层奥氏体化，然后以大于Vc的速度急冷，使表层形成马氏体组织，而心部仍保持不变。3、表面淬火应用:选用中碳或中碳低合金钢40、45、40Cr、40MnB等4、表面淬火加热的方法:感应加热(高、中、工频)火焰加热电接触加热法等（一）感应加热表面淬火1、感应加热的基本原理集肤效应示意图2、工艺要求*表面淬火前,必须对零件进行正火或调质处理,以保证零件有良好的基体。*表面淬火后,必须对零件进行低温回火处理,以降低淬火应力和脆性。3、生产特点:*淬火件的质量好，工件变形小；*不易氧化及脱碳，淬火层容易控制；*生产率高，易于机械化；*设备投资大；*适于简单形状零件和大批量生产。（二）火焰加热表面淬火1、火焰加热表面淬火的基本方法2、火焰加热表面淬火的特点:*设备简单,操作方便,成本低。*淬火质量不稳定。*适于单件、小批量及大型零件的生产。二、化学热处理

(ChemicalHeatTreatment)1、定义：将零件置于一定的化学介质中,通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，以改变钢表层的化学成分和组织的热处理工艺。2、化学热处理的基本过程:吸收:活性原子被零件表面吸收和溶解。扩散:活性原子由零件表面向内部扩散,形成一定的扩散层。3、化学热处理进行的条件:1）渗入元素的原子必须是活性原子,且具有较大的扩散能力。2）零件本身具有吸收渗入原子的能力,即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合,形成化合物。4、化学热处理的种类:渗碳;渗氮;碳氮共渗;渗硼;渗铝;渗硫;渗硅;渗铬等。（一）钢的渗碳(Carburizeofsteel)1、定义:

向钢的表面渗入碳原子的过程。2、目的:

获得具有表硬里韧性能的零件。3、用钢:低碳钢和低碳合金钢。4、方法:

固体、气体、液体渗碳。固体渗碳法示意图零件渗碳剂试棒盖泥封渗碳箱气体渗碳法示意图5、工艺:加热温度为900～950℃;渗碳时间一般为3～9小时;6、渗碳后的组织:

1%CP+Fe3CⅡ0.2%C

F+P少表面内部零件PP+F7、渗碳后的热处理工艺时间温度930℃850℃方案1方案2渗碳淬火加热8、热处理后的组织低碳M回+FM回+Cm+A残低碳合金钢F+PM回+Fe3C+A残低碳钢心部组织表层组织钢种9、常用的钢种:15、20、20Cr、20Mn2、

20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。二、钢的渗氮1、定义:向钢的表面渗入氮原子的过程。2、目的:获得具有表硬里韧及抗蚀性能的零件。3、用钢:中碳合金钢