第一篇：鋼的熱處理種類[小編推薦]

鋼的熱處理種類

2007年12月06日 星期四 02:30 P.M.鋼的熱處理種類分為整體熱處理和表面熱處理兩大類。常用的整體熱處理有退火，正火、淬火和回火；表面熱處理可分為表面淬火與化學熱處理兩類。

1.退火

退火就是將金屬或合金的工件加熱到適當溫度（高于或低于臨界溫度，臨界溫度即使材料發生組織轉變的溫度），保持一定的時間，然后緩慢冷卻（即隨爐 加熱保溫冷卻

冷或者埋入導熱性較差的介質中）的熱處理工藝。退火工藝的特點是保溫時間長，冷卻緩慢，可獲得平衡狀態的組織。

鋼退火的主要目的是為了細化組織，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除內應力；提高韌性，穩定尺寸。使鋼的組織與成分均勻化；也可為以后的熱處理工藝作組織準備，根據退火的目的不同，退火有完全退火、球化退火、消除應力退火等幾種。

退火常在零件制造過程中對鑄件、鍛件、焊件接進行，以便于以后的切削加工或為淬火作組織準備。

2.正火

將鋼件加熱到臨界溫度以上30-50℃,保溫適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。正火的主要目的是細化組織，改善鋼的性能，獲得接近平衡狀態的組織。

正火與退火工藝相比，其主要區別是正火的冷卻速度稍快，所以正火熱處理的生產周期短。故退火與正火同樣能達到零件性能要求時，盡可能選用正火。大部分中、低碳鋼的坯料一般都采用正火熱處理。一般合金鋼坯料常采用退火，若用正火，由于冷卻速度較快，使其正火后硬度較高，不利于切削加工。

3.淬火

將鋼件加熱到臨界點以上某一溫度（45號鋼淬火溫度為840-860℃,碳素工具鋼的淬火溫度為760～780℃）,保持一定的時間，然后以適當速度冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝稱為淬火。

淬火與退火、正火處理在工藝上的主要區別是冷卻速度快，目的是為了獲得馬氏體組織。也就是說要獲得馬氏體組織，鋼的冷卻速度必須大于鋼的臨界速度。所謂臨界速度就是獲得馬氏體組織的最小冷卻速度。鋼的種類不同，臨界冷卻速度不同，一般碳鋼的臨界冷卻速度要比合金鋼大。所以碳鋼加熱后要在水中冷卻，而合金鋼在油中冷卻。冷卻速度小于臨界冷卻速度得不到馬氏體組織，但冷卻速度過快，會使鋼中內應力增大，引起鋼件的變形，甚至開裂。

馬氏體組織是鋼經淬火后獲得的不平衡組織，它的硬度高，但塑性、韌性差。馬氏體的硬度隨鋼的含碳量提高而增高。所以高碳鋼、碳素工具鋼淬火后的硬度要比低、中碳鋼淬火后的硬度高。同樣馬氏體的塑性與韌性也與鋼的含碳量有關，含碳量低，馬氏體的塑性，韌性就較好。

4.回火

鋼件淬硬后，再加熱到臨界溫度以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。淬火后的鋼件一般不能直接使用，必須進行回火后才能使用。因為淬火鋼的硬度高、脆性大，直接使用常發生脆斷。通過回火可以消除或減少內應力、降低脆性，提高韌性；另一方面可以調整淬火鋼的力學性能，達

到鋼的使用性能。根據回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火三種。

（1）低溫回火

淬火鋼件在250℃以下的回火稱為低溫回火。低溫回火主要是消除內應力，降低鋼的脆性，一般很少降低鋼的硬度，即低溫回火后可保持鋼件的高硬度。如鉗工實習時用的鋸條、銼刀等一些要求使用條件下有高硬度的鋼件，都是淬火后經低溫回火處理。

（2）中溫回火

淬火鋼件在250℃～500℃之間的回火稱為中溫回火。淬火鋼件經中溫回火后可獲得良好的彈性，因此彈簧、壓簧、汽車中的板彈簧等，常采用淬火后的中溫回火處理。

（3）高溫回火

淬火鋼件在高于500℃的回火稱為高溫回火。淬火鋼件經高溫淬火后，具有良好綜合力學性能（既有一定的強度、硬度，又有一定的塑性、韌性）。所以一般中碳鋼和中碳合金鋼常采用淬火后的高溫回火處理。軸類零件應用最多。淬火+高溫回火稱為調質處理。

5.表面熱處理

僅對工件表層進行熱處理以改變組織和性能的工藝稱表面熱處理。

（1）表面淬火僅對鋼件表層進行淬火的工藝稱為表面淬火。其熱處理的特點是用快速加熱的方法把鋼件表面迅速加熱到淬火溫度（這時鋼件的心部溫度較低），然后快速冷卻，使鋼件的一定深度表層淬硬，心部仍保持其原來狀態。這樣就提高鋼件表面硬度和耐磨性，心部仍具有較好的綜合力學性能（一般表面淬火前進行了調質處理）。例如齒輪工作時表面接觸應力大，摩擦利害，要求表層高硬度，而齒輪心部通過軸傳遞動力（包括沖擊力）。所以中碳鋼制造的齒輪是調質處理后，再經表面淬火。表面淬火由于采用的快速加熱方法不同有：火焰加熱表面淬火、感應加熱表面淬火。感應加熱表面淬火又由于電源頻率不同有高頻淬火、中頻淬火。

（2）化學熱處理將金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，以改變工件表面的化學成分、組織和性能的熱處理工藝稱為化學熱處理。化學熱處理的過程也是加熱→保溫→冷卻的三個階段，其不同的是在一定介質中保溫。根據滲入元素不同，化學熱處理有滲低碳合金鋼（如20，20Cr鋼）；氣體滲碳時的滲碳劑為煤油或乙醇；滲碳溫度為900-950℃,煤油或乙醇在該溫度下裂解出活性碳原子[C]，[C]就滲入低碳鋼件的表層，然后向內部擴散，形成一定厚度的滲碳層。

6.熱處理常用加熱設備

熱處理中常用的加熱設備主要有加熱爐、測溫儀表、冷卻設備和硬度計等。其中加熱爐有很多種，常用電阻爐和鹽浴爐。

（1）電阻爐電阻爐是利用電流通過電熱元件（如金屬電阻絲，SiC棒等）產生的熱量來加熱工件。根據其加熱的溫度不同，可分為高溫電阻爐、中溫電阻爐和低溫電阻爐等。又根據形狀不同分為箱式電阻爐和井式電阻爐等多種。這種爐子的結構簡單，操作容易，價格較低，主要用于中、小型零件的退火、正火、淬火、回火等熱處理。其主要缺點是加熱易氧化、脫碳，是一種周期性作業爐，生產率低。

（2）鹽溶爐鹽浴爐是用熔融鹽作為加熱介質（即工件放入熔融的鹽中加熱）的加熱爐。使用較多的是電極式鹽浴爐和外熱式鹽浴爐。鹽浴爐常用的鹽為氯化鋇、氯化鈉、硝酸鉀和硝酸鈉。由于工件加熱是在熔融鹽中進行，與空氣隔開，工件的氧化、脫碳少，加熱質量高，且加熱速度快而均勻。鹽浴爐常用于小型零件及工、模具的淬火和回

第二篇：鋼的熱處理總結

1、熱處理

定義：把固態金屬材料通過一定的加熱，保溫和冷卻以改變其組織和性能的一種工藝。

目的及意義：金屬材料改變性能的方法，改變使用性能和工藝性能，充分利用材料的潛能，控制產品質量，節省資源和材料，縮短生產周期、降低成本

2、固態相變

定義：成分、溫度、壓力等因素改變時，固態物質內部發生的組織結構變化。研究意義：控制過程→獲得預期的組織→得到預期性能。三種基本變化：成分；結構；有序度

主要特點：相變阻力大，相界面結構關系，存在一定的位向關系和慣習面，非均勻、缺陷處形核，新相有特定形狀`，原子遷移率低

驅動力：新/舊兩相自由能差,晶體缺陷能 阻力：1，界面能

界面能產生原因：界面有一定厚度和體積；原子錯排；結合鍵受破壞→能量高 三種界面類型：完全共格：界面原子完全匹配，除孿晶外，少見。半共格：界面能與位錯密度、錯配度有關，借助彈性畸變保持界面的匹配。非共格：界面能最大

2，應變能

產生原因：新/舊相比容不同（比容差應變能）。界面錯配→新/舊相硬匹配（共格應變能）? 共格界面應變能最大，非共格最小

? 比容差應變能與新相幾何形狀有關，球形應變能最大，針狀居中，片狀最小

3、奧氏體

性能

? 力學性能：塑性好、強度低。

? 物理性能：順磁性。比容小。熱膨脹系數大。導熱性能差。? 化學性能:抗腐蝕；耐熱。

形成條件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的過熱度。（2），過熱度大，容易形成（3），實際相變溫度與加熱速度有關，不是固定值，加熱速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。

奧氏體形成（1）形核

? 球化體：優先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶內的F/碳化物界面上形成 ? 片狀P：優先在P團的界面上形成，其次 在F/碳化物界面上形成 ? 相界形核原因

? 碳濃度起伏，如 F中高濃度區有利于 向A轉變 ? 結構起伏→晶體結構改組容易

? 能量起伏→雜質、晶體缺陷多→形核→降低界面能、應變能

（2）長大

? 球化體：A包圍碳化物，使碳化物與F分開，A形成F/A和C/A兩個界面，雙向推進長大。? 片狀P：垂直片方向（在A、F中存在碳濃度差，引起碳在以上兩相中的擴散。為維持相界碳濃度的平衡，原始組織F和碳化物相就會不斷溶解）。示意圖

平行片方向（體擴散+界面擴散）

界面遷移路程短，是主要長大方式→平行方向長大速度快

（3）殘余碳化物的溶解（4）奧氏體成分均勻化 影響A形成速度的因素

（1），加熱溫度 ： T↑→ A化速度↑。（2），加熱速度 ： V↑→ 轉變溫度↑，轉變時間↓。（3），含碳量 亞共析鋼C%↑→ 界面多 → 轉變快

過共析鋼（半A化）C%↑→ 碳化物多 → 轉變慢

（4），合金元素 ： 改變相變點；影響擴散系數，碳化物穩定性好，A形成速度慢，合金元素自擴散慢，A形成速度慢

（5），原始組織： P 片間距小 → 相界面多 →A化速度↑

球狀P →A化速度↓

4、晶粒度: 設n為放大100倍時每平方英寸面積內的晶粒數，G即為晶粒度。

n=2 G-1 ? 晶粒越細，晶粒度G數字越大。

? 評定方法：測定尺寸

對比評級照片

截距法：單位長度上與晶粒相交的數目, 5，鋼的冷卻轉變

按發生轉變的溫度范圍可分為：

高溫轉變：Fe，C原子能充分擴散（珠光體轉變）。中溫轉變：Fe難以擴散，C原子能擴散（貝氏體轉變）。低溫轉變：Fe、C原子均不能充分擴散（馬氏體轉變）6，珠光體

定義：共析成分的奧氏體冷卻到A1以下時，將分解為鐵素體和滲碳體的混合物 形態：片狀P【珠光體P索氏體S屈氏體（托氏體）T】

粒狀P，Ac1附近長時保溫獲得

性能：片狀P：滲碳體呈片狀；間距越小→強度、硬度高；Fe3C%多→塑性、韌性降低；C%↑→韌脆轉化溫度↑；適合切削加工，連續冷卻組織不均勻會影響切削性能。

球狀P：硬度、強度

<片狀P；塑性、韌性>片狀P；疲勞強度>片狀P；韌脆轉化溫度優于（低于）片狀P；形態細、圓、均勻好；適合 低、中碳鋼冷擠壓、冷拔、冷鐓；適合高碳鋼切削。

綜上所述：不宜制造重要零件，通常是加工、成形時所需要的組織，共析鋼P的性能 主要取決于形成溫度冷卻溫度對組織與性能的影響

特定條件下過冷奧氏體分解：A1以上：奧氏體化溫度較低，保溫時間較短，加熱轉變未充分進行，奧氏體中有許多殘留碳化物（Ｋ）（組織愈不均勻愈容易得球狀P）

A1以下：轉變為Ｐ的等溫溫度高，等溫時間長或冷速極慢

影響P轉變的動力學其他因素： A晶粒度：細→P形成快 A成分：（1）碳：

? 亞共析鋼：碳%增加→F形成困難→ P形成慢 ? 過共析鋼：碳%增加→Fe3C形成容易→ P形成快 ? 共析鋼：P形成最慢（C曲線最右）

（2）合金

?

溶入A中，除Co、> 2.5 Al %外，其他→慢 ? 未熔碳化物→促進

? 除Mn、Ni外，其他元素→鼻溫升高（3）、A均勻化程度：未溶F、滲碳體、雜質→促進

（4）、應力狀態：A處于拉應力→促進先共析相→形核，長大，但長大速度幾乎不受影響；A處于壓應力→反之

7、退火（Annealing）

定義：將工件加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火主要用于鑄、鍛、焊毛坯或半成品零件。

目的：降低鋼的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均勻鋼的成分，細化晶粒，改善組織與性能；消除工件的內應力，防止變形與開裂；為最終熱處理作準備。分類：

完全退火：加熱使鋼完全得到A后慢冷的工藝

1、目的：改善組織；調整硬度；去除應力

2、工藝：碳鋼選用Ac3以上30～50℃，合金鋼選用Ac3以上50～90℃。→A化→爐冷550 ℃

→出爐空冷

3、加熱速度：碳鋼的加熱速度常用150～200℃/小時，合金鋼加熱速度常用50～100℃/小時。

4、時間：經驗值，得到比較均勻的奧氏體。

5、冷卻方式：隨爐冷卻，冷速＜30°C/h

6、適用范圍：中C鋼鑄件、焊接件、熱軋或熱鍛件

等溫退火 ： 溫度與完全退火相同，冷卻時則在Ar1以下的某一溫度等溫，使之發生P轉變，然后出爐空冷到室溫。

? 目的：同上

? 工藝：Ac3+20~40℃→A化→Ar1以下等溫

? 特點：時間短、組織均勻。所用時間比完全退火縮短約1/3，并能得到均勻的組織和性能。? 適用范圍：亞共析、過共析碳鋼，合金鋼的鑄件、鍛件等。球化退火

? 目的：為最終熱處理作組織準備；調整硬度以便成形加工 ? 組織：片Fe3C → 球狀

? 球化體組織：具有最佳塑性、最低硬度 ? 獲得球化體的途徑：

? P球化：片Fe3C → 球狀 ? A →球化體 ? M在Ac1下分解

? 適用范圍：低、中、高C鋼

? 影響球化因素：冷卻速度慢、組織細（不能有網狀碳化物）、A成分不均勻→球化容易 擴散退火（均勻化退火）

? 目的：消除鋼錠、鑄件的成分偏析

? 工藝：Ac3或Acm+150~300℃，長時間（1050～1150℃高溫）? 特點：遠高于Ac3，一般為1100－1200°C，成本高、周期長；粗晶

? 適用：高合金鋼鑄錠和鑄件。其它鋼軋制時適當延時。均勻化退火后，鋼件晶粒粗大，應進行完全退火或正火。低溫（去應力）退火

? 目的：消除機加工、熱處理、焊接等工藝的殘余應力 ? 工藝：Ac1以下，? 冷卻：爐冷 ? 組織：無變化 再結晶退火

? 目的：恢復冷變形金屬塑性，降低硬度 ? 工藝：Ac1以下50-150℃~T再+30-50℃ ? T再＝（0.35～0.40）T熔 ? 組織：晶粒外形變化

7、正火（Normalizing）

定義：將鋼加熱到Ac3或Accm以上30－50°C保溫，然后空氣中自然冷卻。獲得細珠光體組織 ? 目的：細化晶粒，使組織均勻化，改善鑄件的組織和低碳鋼的切削加工性 ? 工藝： Ac3 或 Accm + 30～50℃完全A化→緩冷→接近平衡組織

特點：方便、經濟、高效；組織細，索氏體%多；

性能：強度、硬度> 退火態；塑性略有降低，殘余應力> 退火態 應用

? 低C鋼：提高硬度→以便切削

? 高C鋼：消除網狀碳化物→保證后續球化質量

? 中C鋼：細化晶粒，提高性能（代替完全退火）→結構鋼預備熱處理 ? 普通結構鋼零件的最終熱處理 ? 返修、消除缺陷

8、退火與正火工藝的選用

根據鋼種、冷熱加工工藝、使用性能、經濟性綜合考慮

? 低于0.25C%→正火

? 0.25~0.5C% →正火代替退火 ? 0.5~0.75C%；中碳合金鋼→完全退火 ? 0.75C%以上→球化退火

9、立方結構中C可能所處的位置及分布：

? 面心、棱邊中點，即扁八面體中心 ? 分布不均勻

? 80%位于Z軸扁八面體中心 ?

wc%>0.2% →體心正方

正方度c/a ? 體心立方：c/a＝1 ? M的正方度與碳含量有關，總是大于1 ? wc %高→ c/a 大（線性關系4-1公式 反常正方度

? 反常正方度：M轉變時，c/a與C%的關系不符合4-1式 ? 反常低(Mn 鋼)? 低溫時a≠b（正交），碳在A中部分無序分布，∴c/a低 ? 室溫時，碳在A中重新分布，有序度增加，c/a接近4-1公式。

? 反常高(高Al 鋼)? 低溫時，碳處于同一組空隙位置（完全有序狀態）∴ c/a高 ? 室溫時，溫度回升，碳無序分布，∴ c/a下降

10、馬氏體

轉變的特點：表面浮凸和切變共格；無擴散性；新/母相取向關系及慣習面；轉變不完全性；可逆性

組織形態：鋼中馬氏體根據成分（含碳量）和冷卻條件呈現不同的形態 ? 按照亞結構分為位錯型馬氏體、孿晶馬氏體

? 根據形態分為板條馬氏體、針片狀馬氏體、蝶狀馬氏體、薄板狀馬氏體、薄片狀馬氏體 分類：板條M（Lath）

（1）構成：

? 板條：窄而細的M單晶；基本單元；條/ 條之間小角度，平行成群分布；有殘余A薄膜 ? 束：尺寸相近、平行、成群分布的板條群，它們的慣習面指數相同（4個方向對應于4個{111}γ）。束/束之間大角度。? 塊：在一個束中黑白相間的板條，有時不存在。慣習面指數、與母相取向關系相同的板條構成。塊/塊之間大角度。

（2）亞結構：位錯，又稱位錯M（3）晶體學取向：K-S（4）慣習面：{111}γ、{225}γ（5）形成溫度高，又稱高溫M（6）含碳%低，又稱低碳M（7）A化溫度（晶粒大小）對板條寬度影響不大；但對束尺寸有影響（8）板條各自單獨形核，隨后長大合并

透鏡片（針）狀M（Lenticular）

? 形貌：立體為透鏡狀、相互不平行，中間分布殘余A。形成時容易產生撞擊，故韌性差。? 亞結構：中脊→孿晶（形成溫度越低此區大）、邊緣→少量位錯。又稱孿晶M ? 慣習面與形成溫度有關：

? 溫度較高時為{225}γ，位向關系符合K-S關系 ? 溫度較低時為{259}γ，位向關系符合西山關系

? 形成溫度低，又稱低溫M ? 碳%高，又稱高碳M

11、Ms ? 物理意義：M相變所需要的最小過冷度對應的溫度 ? 工程意義

? 制訂等溫、分級淬火……的依據

? Ms點的高低決定殘余AR %，影響變形…… ? Ms點的高低決定M的形態、亞結構，影響性能

影響Ms的因素 A的成分

? 碳：影響顯著，隨C%↑，Ms，Mf↓，且Mf比Ms下降得快 ? 氮：與碳相似 ? 合金：

? 除Co、Al外，其余使Ms下降

? 以碳化物形式存在影響不大（比如過共析鋼）? 各種元素相互影響（經驗公式）

應力和塑性變形

? 拉應力：Ms升高→誘發M ? 應變誘發M：

? Md~Ms之間塑性變形→Ms升高→誘發M ? 原因：產生的晶體缺陷有利于M形核 ? 變形量↑→誘發M%↑，但抑制后續M轉變

? Md：高于該溫度形變不再能誘發馬氏體的形成，與成分、工藝有關。少量變形→促進后面M轉變。反之，阻礙M的形成。? Ms以下塑性變形影響同上 奧氏體化條件

? 溫度↑、時間↑

? 成分均勻 →母相強化 →Ms↓

? 晶粒粗大、碳偏聚少

→易切變→Ms↑

? 完全A化后，溫度升高、時間增加→ Ms略升高，影響不明顯 ? 成分一定時，A細晶→Ms降低，但不明顯 先形成組織對M轉變的影響

? 先形成的P →A貧碳→ Ms升高 ? 先形成B → A富碳→ Ms降低

機械性能 ：硬度：M中的C%↑→硬度↑；強度高；韌性：C%增加→塑性、韌性降低 強化機理：

? 固溶強化：碳作用大，0.4C%以上→效果↓ ；合金作用小

? 亞結構強化：低C→ C釘扎位錯；高C、合金→Ms低 →孿晶強化 ? 時效強化：低碳鋼自回火→C偏聚或析出引起；C%高→ 效果顯著 ? 細晶強化：作用不顯著

穩定化：指A在外界因素作用下，由于內部結構發生某種變化而使A向M的轉變呈現遲滯現象。? 特征：引起殘余A增加，使硬度下降，零件尺寸穩定性下降。? 產生條件：冷卻過程中，在Ms點上、下某溫度：

? 停留 ? 緩冷

? 一定的塑性變形(冷加工或相變時)? 影響因素：

? Ms以上，停留溫度高→明顯，高于某溫度→反穩定化 ? C%增加→明顯 ? 停留時間增加→明顯

? 冷卻速度增加→穩定化不明顯

影響M形態及亞結構的因素

成分：C%：0.3~1.0%為混合M；縮小γ區的合金元素→板條M增加；降低層錯能的合金元素→ ε馬氏體增加

形成溫度（MS）：隨溫度降低→板條M減少（C%）；合金鋼MS 低→板條M減少 A的層錯能：低→不容易形成孿晶M → 容易形成板條M、ε馬氏體

A的強度（Ms點時）：A的屈服強度< 206MPa → 板條{111}或片M {225}；A的屈服強度> 206MPa → 強度高的片M {259}

12、貝氏體

組織形態及亞結構

上貝氏體

? 形成溫度：中、高溫區 ? 形成：A晶界形核，向晶內長大

? 形態：F成束的、大體平行的板條狀；滲碳體分布在F條間，呈粒狀或條狀。

? 金相→羽毛狀

? 電鏡→板條之間+碳化物，板條成束、大致平行 ? 溫度降低、C%增加→鐵素體變薄 ? 鐵素體尺寸大小→影響強度、韌性

? 亞結構：鐵素體中存在位錯 ? 鐵素體中C%近平衡 ? 表面有浮凸 ? 晶體學

? F、碳化物與A均有不同取向 ? F/A慣習面{111} γ

? 成分→中、高碳鋼容易出現，碳化物形態隨碳含量變化 ? 含Si、Al時，延緩碳化物析出，稱準上B 下貝氏體

? 在B形成溫度的低溫區 ? 一般在A晶界或晶內形成

? 形態：F形態與馬氏體相似，亦與碳含量有關。碳化物分布在F內，由于極細，無法在光鏡下分辨，電鏡下呈短桿狀，沿著F長軸成55－60°角的方向整齊排列。

? F+碳化物+有時殘余A ? F金相：低碳→板條；高碳→針狀；中碳→混合?

電鏡：F內有方向性分布的碳化物 ? 表面有浮凸

? 亞結構→F中有大量位錯，不存在孿晶（與M不同）? C%過飽和度大于上B ? F與母向有晶體學關系；慣習面復雜 ? C%↑→碳化物增多，有時有AR ? 成分→C%范圍較寬 粒狀貝氏體

? 形成溫度→接近Bs，高于上B轉變溫度 ? 形態

? 板條F+富碳島狀A ? 冷卻轉變：F+K；M+殘余A；殘余A ? 有浮凸；C%接近平衡； ? F中有亞單元

? 成分：低、中碳合金鋼（Cr、Ni、Mo）

? 冷卻：焊接、正火、熱軋鋼在一定的冷速范圍連續冷卻出現

? 與粒狀組織區別：塊F+富C島狀A（無取向、無浮凸），與粒B共存 貝氏體的力學性能

? 同一強度級別下，B下的韌性大于M。在高碳鋼中，回火M的韌性低于同強度貝氏體。? 連續冷卻或等溫淬火可以得到B ? 通常B以混合類型存在

? B性能與其形態、粗細、分布、亞結構有關

下B強度高，因為：F板條細；位錯密度高；碳化物彌散；C的過飽和度大

13、魏氏組織性能：

強度、塑性、韌性差；脆性轉化溫度高；屬于缺陷組織；正火、退火可以消除 形成條件（魏氏F）

? 等溫、連續冷卻均可以形成 ? 一定的冷卻速度→W ? 冷速快→C擴散難→ 短程→容易形成網狀F ? 冷速慢→形核率低→ 短程→容易形成塊狀

? 過熱、粗晶→形核少→網狀F不容易→ 形成W ? Wc% >0.6% →容易偽共析→W難出現 ? Cr、Mo、Si →阻礙W；Mn →促進W ? 細晶→C從晶界到晶內短程擴散→ 形成網狀F → Ws↓ ? 隨Wc%升高→Ws低；晶粒細→Ws低 ? Ws

? 與B相似

? 與無碳B相當

? F切變、共格→ Ws小于A3

? A細晶→F容易形核→F形成后→A中C%↑ →A3↓、Ws↓ →W不容易形成

? 還有其他機理 14,、各種C曲線測圖方法：

金相法：特點：準確、直觀；不連續、繁瑣 膨脹法：特點：高效、可測先共析相；不直觀

15、影響C曲線的因素（1）、碳

? 亞共析鋼→C%↑ →右移 ? 過共析鋼→C%↑ →左移 ? 共析鋼→最穩定

? 非共析鋼有先共析轉變線 ? C%↑ →C曲線越彎曲（2）、合金元素

? 溶入A中→除Co、Al外，其他元素→右 ? 合金元素以未溶碳化物形式存在→左 ? 合金元素分類

? 弱碳化物形成元素：Co、Ni、Mn、Si等→右、形狀變化不大，單一C曲線 ? 碳化物形成元素：Cr、Mo、W、Ti、V等→右、雙C曲線，出現A亞穩定區

合金元素具體作用

? Co：C曲線→左；形狀不變

? Ni： C曲線→右；形狀不變，鼻子向下 ? Mn： 與Ni相似，可以代Ni ? Cr： C曲線→形狀改變；右；推遲B作用大。3%以上→兩個曲線分離 ? Mo：強烈阻止P；對B影響不大（P154）? W：與Mo相似

? B：低、中碳鋼中→微量→右

合金元素的綜合作用：多元適量→右移顯著；或改變C曲線形狀；使C曲線向左或向右移；使C曲線P、B線分開

（3）、A化條件

? 溫度高、時間長→右移 ? 有第二相存在→左移 ? 對B線影響小（4）、塑性變形

? 在A穩定和亞穩定區域→塑性變形→C、Fe擴散快→ P線左移 ? 高溫區的A穩定區→塑性變形→A晶粒破碎→B線右移 ? 低溫區的A亞穩定區→塑性變形→大量位錯→ B線左移

16、淬火

? 定義：將鋼加熱到臨界溫度以上A化，保溫一定時間后，以大于臨界冷卻速度的冷速進行冷卻的一種工藝過程。

? 組織：M，B或M＋B混合物；少量殘余和未溶的第二相。? 目的

? 提高力學性能（彈性、韌性、強度、硬度等）? 提高物理性能磁性（物理性能）? 提高耐腐蝕性能（化學性能）

分類：單介質淬火

特點：方便、自動化、經濟、變形大

適用：形狀簡單(無尖角、截面無突變)、尺寸小的工件 雙介質淬火

特點：變形小、效率低、不容易控制

適用：形狀復雜、尺寸大的工件。中、高碳鋼和截面尺寸大的合金鋼工件。分級淬火：Ms稍上（鹽、堿、油）→均溫→空淬或油淬火 特點：工藝容易控制；變形小；殘余A多 適用：合金鋼；形狀復雜工件 等溫淬火 1）B等溫淬火

特點：淬火應力小、殘余A多，變形小 適用：形狀復雜工件

（2）M等溫淬火：Ms以下→等溫→部分M轉變→其余A空冷轉變為M 特點：等溫溫度<分級溫度→不容易出現P；先形成M→等溫時回火→應力小→變形小；空冷轉變M →殘余A多→變形小

適用：形狀復雜工件 預冷淬火（降溫或延遲淬火）

特點：預冷至Ar 3淬火→溫差小→變形小 適用：厚薄差異大的工件 局部噴射淬火

17、冷處理

? 目的：提高硬度；修正變形；穩定尺寸 ? 介質：液氮；液氧；干冰；液氨；氟立昂 ? 適用：高合金鋼；高碳鋼 淬透性：

淬火時獲得M的能力是材料固有屬性，取決于成分；在樣品尺寸、冷卻介質相同的情況下比較淬透深度才有可比性 影響淬透性的因素

凡使C曲線右移的因素→ 淬透性↑（1）、成分

? A中C% ? 合金元素除Co以外，一般都使淬透性↑；多元足量更佳（2）、工藝

A化溫度高、時間長→成分均勻、不易發生P轉變 →淬透性↑ 淬透性測定方法

? 斷口法 ? U曲線法 ? 臨界直徑法（隨冷卻介質變化）?

末端淬火法（常用）

? 標準試樣 ? 標準試驗方法 ? 端淬曲線（帶）

硬化層（淬硬層）：淬硬表面 到50%馬氏體處的距離；淬透性↑→深；介質冷卻能力↑→深；尺寸小↑→深

淬硬性：鋼在淬火后M獲得硬度的能力；取決于M中C%，C%↑→ 淬硬性↑ ；與淬透性不等同

18、淬火缺陷及防止

淬火內應力 熱應力

? 原因：心、表冷卻速度不同→熱脹冷縮不同步 ? 實驗材料：無相變→無組織應力影響

? 規律：初期→表面拉、心部壓→心部變形應力松弛→中期應力反向→室溫下內應力為“表壓心拉”；軸向、徑向、周向均為拉，軸向拉應力最大 ? 影響因素：冷卻速度、加熱溫度、尺寸、導熱性 組織應力

? 原因：組織轉變不同時導致

? 實驗材料：淬透性好的鋼→冷卻慢→熱應力忽略

? 規律：初期→表面壓、心部拉→中期應力反向→室溫下內應力為“表拉心壓”；切向拉應力最大→容易縱向開裂

? 影響因素：冷卻速度；淬透性；尺寸 淬火變形

? 殘余應力造成的翹曲→尺寸、形狀變化 ? 比容不同→體積變化 ? 實踐生產中→二者兼有

19、影響開裂的因素

（1）原材料：在組織缺陷或機加工缺陷處淬裂（2）鍛造缺陷：在鍛造缺陷處淬裂

（3）熱處理工藝：加熱溫度→材料脆性大；加熱、冷卻速度；大型工件出爐過早（4）成分C%：C%高→孿晶M多+熱應力影響大→容易開裂

（5）尺寸→危險截面尺寸（尺寸小→ 變形小；尺寸大→表面熱應力型→壓應力）

19、回火：將淬火鋼加熱到A1以下某一溫度，經過保溫，然后以一定的冷卻方法冷至室溫的工藝過程。

? 目的：去除殘余應力；調整性能；穩定尺寸

? 驅動力：原始組織是非平衡相；M中碳過飽和；M具有高的界面和應變能

種類

低溫回火

目的：降低應力；提高韌性

組織：回火馬氏體（α/+ε），保留淬火形態

性能：硬度與淬火時相當；高碳鋼→耐磨性好；韌性提高，內應力降低 中溫回火

目的：提高彈性極限；獲得高的強韌性配合

組織 ：回火屈氏體（F+細小碳化物，光鏡下仍難分辨），保留淬火M形貌 性能：彈性極限最高；強韌性配合好 高溫回火（調質處理）

目的：獲得好的綜合力學性能；產生二次硬化效果 組織： 回火索氏體（F+顆粒碳化物），M形貌消失 性能：綜合性能優于S；某些合金鋼具有高的紅硬性

回火時的組織變化

碳原子的重新分布（M分解）過渡碳化物析出（M分解 殘余AR分解 碳化物類型的轉變 M回火加熱時組織轉變 隨溫度升高：

? C偏聚：100 ℃以下（時效）

? M分解：100~ 300 ℃（過渡碳化物析出ε、η 析出）? 殘余AR分解：200~ 300 ℃ ? 碳化物類型轉變：200~ 350℃ ? 碳化物粗化、F形成：350℃以上

20、二次硬化產生條件：500~650℃；含有強碳化物形成元素（Ti、Cr、V、……）的鋼；強碳化物形成元素超過一定%

21、回火脆性

（第一類、低溫、不可逆）回火 馬氏體 脆

措施：降低雜質；細化晶粒降低雜質%（脫氧劑；細化元素）；加Mo → 降低 晶界磷%；降低Mn；加合金→改變脆化溫度；等溫淬火代替淬火+回火工藝

第二類、可逆）回火脆

預防：大型工件加Mo、W；降低雜質%；細化晶粒；形狀簡單的小工件回火后快冷；亞溫淬火；磷溶入F中→晶界處磷%降低

22、鋼的滲碳

? 目的：獲得高的耐磨性；疲勞性能 ? 滲C種類：氣體滲C；固體滲C；液體滲C

24、碳

勢（cp）：爐氣C%與工件表面化學反應達到平衡時的爐氣狀態。即保持不增碳也不減碳時爐氣中的C% ? Cp↑→滲碳能力↑→ 表面C%↑、滲層↑

但是當Cp 太高→ 炭黑→ 滲速↓

? CO、CH4% → Cp↑

25、氣體滲碳

滲碳工藝參數

（1）碳勢：根據經驗確定→通常表面為0.8~1.0% →好（2）滲碳溫度

? 通常880~920℃，薄層滲碳→溫度可以降低，快速滲碳→提高滲碳溫度 ? 溫度對擴散、分解均有影響，提高溫度→縮短滲碳時間→效率提高 ? 提高溫度→滲層增加

? 溫度過高→粗晶；變形；設備壽命縮短 ? A狀態滲碳容易（3）滲碳時間 ? 根據經驗確定，隨爐抽樣檢查 ? 經驗估算

? 滲層<0.5mm，滲碳速度按照0.15~0.25mm /h ? 滲層0.5~1.5mm，滲碳速度按照0.1~0.2mm /h ? 滲層>1.5mm，滲碳速度按照0.05~0.12mm /h 滲

劑

? 氣體滲劑：載氣（N基氣氛；吸熱式或放熱式可控氣體）+富化氣（甲烷、丙烷等）★吸熱式氣體：天然氣與空氣按一定比例混合，CO、N2、H2%大

? 液體滲劑：C、H化合物有機液體（煤油、甲醇、苯、丙酮）滲層深度

? 化學法：剝層取樣分析 ? 金相法：檢測滲層剖面

? 有效硬化層（DC）測定：1公斤（9.8N）載荷，HV550處到表面的距離 滲碳后的熱處理 淬火

（1）直接淬火：滲碳后→預冷 →淬火

原則：預冷溫度>心部Ac3 →避免心部F；或預冷溫度< 表面Accm →變形小、殘余A%少；兼顧二者

? 特點：成本低、周期短、變形小 ? 適宜：本質細晶粒鋼

（2）一次加熱淬火：滲碳后空冷→重新加熱→淬火

? 淬火加熱溫度選擇原則→同上 ? 特點

? 井式爐滲碳后的淬火方式 ? 細化組織→性能好 ? 周期長、容易控制 ? 固體滲碳便于清理 ? 便于機加工

? 適宜：本質粗晶鋼；高溫滲碳

（3）二次加熱淬火

? 滲碳后空冷→重新加熱→淬火

? 第一次淬火目的→細化心部組織→加熱溫度> 心部Ac3 ? 第二次淬火目的→細化表面組織→加熱溫度> 表面Ac1 ? 特點：性能好，但成本高、變形大

? 適宜：本質粗晶鋼；高溫滲碳件；性能要求高的工件 回火：低溫回火→去應力、提高韌性 冷處理：適用精密零件

目的：穩定尺寸、提高硬度 特點：成本高

26、滲碳、鋼的滲氮、鋼的碳、氮共滲特點。滲碳后的力學性能

? 表面獲得高硬度、高耐磨性，心部保持良好韌性

? 表層高的疲勞強度（二次加熱淬火最好、一次加熱淬火次之、直接淬火效果差）? 滲層↑、C% ↑ →韌性↓ 鋼的滲氮 特點

1、更高的硬度及耐磨性

2、具有紅硬性（滲碳200℃以上硬度下降。滲氮500℃仍然高硬度）

3、疲勞性能好

4、變形小、有規律因為：滲氮溫度低、心部無相變、滲后不淬火直接使用

5、抗“咬卡”性能好→短時缺油→過熱不會擦傷、焊合

6、抗腐蝕性能好（抗腐蝕氮化）

7、周期長、成本高、層淺 鋼的碳、氮共滲特點

? 更高的耐磨性（M中含N）? 滲層回火抗力提高（含氮化物）? 淬透性提高（N使C曲線右移）? 疲勞強度提高（殘余壓應力）? 滲速加快 ? 變形小 ? 滲層比氮化厚

氣體滲碳和滲氮工藝，它們的目的都是提高材料表層耐磨性和疲勞性能。滲碳工藝的強化機制是相變強化，而滲氮工藝的強化機制為沉淀強化。

27、淬硬層深度x與頻率f ? 淬硬層深度 x ：根據經驗→工件半徑的10%左右→性能最佳

? 由x確定透入深度δ →再選擇f → 根據 f 選購設備（設備確定后，f 不可以調節）? 為保證淬硬層溫度均勻，δ>x，δ過大，電效率低，故一般取x=1/2 δ ? 最佳性能時 → x與 f 關系為：f=60000/x2

28、感應加熱表面熱處理特點

? 相變臨界溫度提高

? 加熱速度快（組織細、成分不均勻）? 表面質量好（變形小、氧化脫碳少）? 自動化 ? 性能好

? 感應器設計復雜

29、真空熱處理 特點

? 變形小（原因不詳）→不用留加工余量和校直 ? 工件性能好、壽命長（脫碳、氧化、腐蝕少）? 節省能源

? 設備使用絕熱、熱容小的隔熱材料（石墨氈、陶瓷纖維）→散熱少、熱效率高 ? 真空中爐氣少→出、裝爐帶走的熱損失少 ? 無熱處理以后的精加工

? 污染少、無公害（無廢氣）? 設備成本高

綜上所述：具有高質量、低能耗、無公害優勢，適宜一般熱處理無法滿足要求的工件 30、真空滲碳

（1）特點（與普通滲碳比）

? 時間短（高溫+凈化作用）

? 質量好：層深均勻、表面光潔、無內氧化、濃度梯度平緩 ? 勞動條件好：無污染、散熱小（2）介質

? 甲烷、丙烷→反應→[C] ? 實際上，先過量滲碳→再擴散調整 3）工藝

? 排氣、升溫

材料脫氣、凈化→真空度降低

? 滲碳：真空度恢復，1030~1050℃滲碳，數分鐘 → 滲碳氣體進入→真空度下降→停止供碳→擴散→ 恢復 真空度→循環間歇滲碳

? 淬火：滲畢→爐內冷卻室 → 通氮氣、冷卻到550~660℃ →再加熱重新A化淬火（通氮氣加壓→ 提高油的冷卻能力）? 只有富化氣甲烷或丙烷、無載氣 ? 工藝參數經驗控制

? 溫度高→滲速快；時間短→晶粒與普通滲碳相當 ? 滲碳時間短→濃度梯度平緩

? 間歇通入滲劑→滲碳氣氛流動性好→滲層深度均勻

31、鋼的時效時效條件

? 溶質在固溶體中有一定溶解度，并隨溫度下降 ? 處于過飽和態

? 溶質在較低溫度下仍有擴散能力 感應加熱表面熱處理組織與性能

第三篇：鋼的熱處理實習報告

內容摘要：鋼的熱處理： 是將固態鋼材采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構與性能的工藝。熱處理不僅可用于強化鋼材，提高機械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點是：只改變內部組織結構，不改變表面形狀與尺寸。

鋼的熱處理： 是將固態鋼材采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構與性能的工藝。熱處理不僅可用于強化鋼材，提高機械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點是：只改變內部組織結構，不改變表面形狀與尺寸。第一節 鋼的熱處理原理 熱處理工藝分類：（根據熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）

1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調質；

2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(pvd)和化學氣相沉積(cvd)等；

3、化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻

一、鋼在加熱時的轉變 加熱的目的：使鋼奧氏體化

（一）奧氏體（a）的形成 珠光體向奧氏體轉變示意圖

a)形核 b)長大 c)剩余滲碳體溶解 d)奧氏體均勻化

（二）奧氏體晶粒的長大

奧氏體大小用奧氏體晶粒度來表示。分為 00，0，1，2?10等十二個等級，其中常用的1～10級，4級以下為粗晶粒，5-8級為細晶粒，8級以上為超細晶粒。影響 a晶粒粗大因素

1、加熱溫度越高，保溫時間愈長，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時間。以保證獲得細小均勻的奧氏體組織。（930～950℃以下加熱，晶粒長大的傾向小，便于熱處理）

2、a中c含量上升則晶粒長大的傾向大。

二、鋼在冷卻時的轉變

生產中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續冷卻

（一）過冷奧氏體的等溫轉變

a在相變點a1以上是穩定相，冷卻至a1 以下就成了不穩定相。

1、共析碳鋼奧氏體等溫轉變產物的組織和性能 共析鋼過冷奧氏體等溫 轉變曲線的建立示意圖

1）高溫珠光體型轉變： a1～550℃

（1）珠光體（p）a1～650℃ 粗層狀 約0.3μm<25hrc（2）索氏體（s）650～600℃ 細層狀 0.1～0.3μm，25～35hrc（3）屈氏體（t）600～550℃ 極細層狀約0.1 μm，35～40hrc 2）中溫貝氏體型轉變：550℃～ms（1）上貝氏體（b上）550～350 ℃ 羽毛狀 40～45hrc脆性大，無使用價值（2）下貝氏體（b下）350~ms黑色針狀 45～55hrc韌性好，綜合力學性能好

（二）過冷奧氏體的連續冷卻轉變

1．共析碳鋼過冷奧氏體連續冷卻轉變產物的組織和性能（1）隨爐冷p 170～220hbs（700～650℃）（2）空冷s 25～35hrc（650～600℃）

共析碳鋼連續冷卻轉變曲線 應用等溫轉變曲線分析奧氏體在連續冷卻中的轉變 2． 馬氏體轉變

當冷速 &馬氏體臨界冷卻速度v k 時，奧氏體發生m轉變，即碳溶于α—fe 中的過飽和固溶體，稱為 m（馬氏體）。

1）轉變特點： m 轉變是在一定溫度范圍內進行（ms ～mf）,m 轉變是在一個非擴散型轉變(碳、鐵原子不能擴散）,m 轉變速度極快（大于v k）,m 轉變具有不完全性（少量的殘a）,m轉變只有α－fe、γ－fe的晶格轉變.（2）m的組織形態

0.1-0.25 板條狀 1020－1530 820－1330 9－17 60－180 30－50 0.77 片狀 2350 2040 1 10 66(3)m的力學性能

① m的強度與硬度隨c的上升m的硬度、強度上升

② m的塑性與韌性：低碳板條狀m良好；板條狀m 具有較高的強度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學性能；針片狀 m 比板條 m具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。第二節 鋼的退火

1、概念：將鋼件加熱到適當溫度(ac1以上或以下)，保持一定時間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態組織的熱處理工藝稱為退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，（2）細化晶粒，消除組織缺陷（3）消除內應力

（4）為淬火作好組織準備

3、類型：根據加熱溫度可分為在臨界溫度（ac1或ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結晶退火，包括完全退火、擴散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結晶退火及去應力退火。（1）完全退火：

2）目的：細化晶粒、均勻組織、消除內應力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過冷奧氏體在ar1以下較主溫度范圍內轉變為珠光體。工件在退火溫度下的保溫時間不僅要使工件燒透，即工件心部達到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達到完全重結晶。完全退火保溫時間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關。實際生產時，為了提高生產率，退火冷卻至 600℃左右即可出爐空冷。

4）適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。（2）球化退火

1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝稱為球化退火。

2）工藝：一般球化退火工藝ac1+(10～20)℃隨爐冷至500～600℃空冷。3）目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。

4）適用范圍：主要用于共析鋼、過共析鋼的刃具、量具、模具等。（３）均勻化退火（擴散退火）

1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到 ac3 以上150～100℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學成分不均勻現象的熱處理工藝。

2）目的：消除結晶過程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時間長，會引起奧氏體晶粒嚴重粗化，因此一般還需要進行一次完全退火或正火，以細化晶粒、消除過熱缺陷。

3）適用范圍：主要用于質量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。

4）注意：高溫擴散退火生產周期長，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴重，成本很高。只是一些優質合金鋼及偏析較嚴重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來細化晶粒，消除鑄造應力。（４）去應力退火 1)概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應力以及鑄件內存在的殘余應力而進行的退火稱為去應力退火。

2)工藝：將工件緩慢加熱到 ac1以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。

鋼的一般在 500～600℃；鑄鐵一般在 500～550℃超過550℃容易造成珠光體的石墨化； 焊接件一般為 500～600℃。

3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機加工工件中的殘余應力，以穩定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。第三節 鋼的正火

1、概念：將鋼件加熱到ac3(或accm)以上30～50℃，保溫適當時間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。

2、目的：細化晶粒，均勻組織，調整硬度等。

3、組織：共析鋼p、亞共析鋼f+p、過共析鋼fe3cⅱ＋p

4、工藝：正火保溫時間和完全退火相同，應以工件透燒，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中 自然 冷卻。對于大件也可采用吹風、噴霧和調節鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。

5、應用范圍：

1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細片狀p，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。

2）消除熱加工缺陷。中碳結構鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現粗大晶粒等過熱缺陷和帶狀組織。通過正火處理可以消除這些缺陷組織，達到細化晶粒、均勻組織、消除內應力的目的。

4）提高普通結構零件的機械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達到一定的綜合力學性能，可以代替調質處理，作為零件的最終熱處理。

第四篇：H13鋼先進熱處理技術應用研究

H13鋼熱處理工藝的優化

H13鋼熱處理工藝的優化

王慶亮，陳漢輝，續 維，吳曉春，閔永安

（1,寶鋼集團上海五鋼有限公司制造管理部,上海 200940 2，上海大學，上海，200720）

2摘要：高溫均質化、超細化處理是優質H13鋼模塊生產中的關鍵技術。高溫均質化處理可基本消除鋼中的共晶碳化物，顯著改善成分偏析；超細化處理可使H13鋼組織得到細化，并進一步提高組織、性能均勻性。采用高溫均質化處理和超細化處理，可以使H13鋼等向性明顯改善，沖擊韌性、熱疲勞抗力顯著提高。關鍵詞： 熱作模具鋼；高溫均質化；沖擊韌性；熱疲勞

Improvement on Heat Treatment Technology for H13 Steel

WANG Qing-liang1，CHEN Hanhui1，XU Wei1，WU Xiao-chun2，MING Yong-an2(1, Baosteel Group Shanghai No.5 Steel Co., Ltd.;manufacturing management

department,shanghai 200940,china

2, Shanghai University shanghai 200940,china 2,)

Abstract: Both high temperature homogenization treatment and superfining treatment are key techniques in the production of quality H13 die steel block.High temperature homogenization treatment can basically eliminate eutectic carbide and dramatically improve the segregation in steel.Superfining treatment can fine the microstructure of H13 die steel and further improve its uniformity of both microstructure and performance.H13 die steel produced in the new process flow route has been well-improved in anisotropy, impact toughness and thermal fatigue.Key Words: hot working die steel, high temperature homogenization, impact toughness, thermal fatigue

1.背景

我國自上世紀八十年代引進H13鋼以來，許多鋼廠都能生產H13鋼。目前H13鋼是國內外應用最廣泛的熱作模具用鋼。當前國內H13鋼的生產是按GB/T1299-2000標準，該標準僅規定了H13鋼的低倍、硬度、脫碳層性能指標，而對熱作模具鋼使用性能影響較大的顯微組織及沖擊韌性等關鍵指標卻沒有提及。造成國內特殊鋼生產企業普遍不重視對鋼材顯微組織的控制，以致國產H13鋼的質量大體上不盡如人意，尤其是大型模塊，偏析比較嚴重，存在粗大共晶碳化物，二次碳化物網狀析出嚴重，模塊心部較表面更為顯著，而同樣

[4]進口的優質H13鋼材質均勻，碳化物彌散分布、細小均勻，具有良好的等向性能與熱疲勞性能，雖然價格比國產H13鋼高出2倍以上，但一直占據著國內高檔H13模具鋼市場的主導地位。

H13鋼的理想組織狀態是沒有共晶碳化物和晶界碳化物，以及無顯微偏析的均勻的顯微組織。共晶碳化物主要是在凝固時產生，會造成應力集中，是潛在的熱疲勞裂紋源。可以

H13鋼熱處理工藝的優化

3.2.成分偏析：

Wt%

Cr

um

V

um

?均質化前 —均質化后

Wt%

?均質化前 —均質化后

圖3 H13鋼高溫均勻化前后Cr、V元素的微區成分分析

經過在1200℃以上的高溫長時間的保溫，H13鋼成分偏析得到改善，成分更加均勻。通過對H13鋼高溫均勻化前后元素微區成分分析，Cr、Mo、V合金元素的成分上下波動幅度較小，如圖3所示。3.3沖擊韌性

按照北美壓鑄協會對優質H13鋼的驗收標準NADCA＃207標準進行制備，為7mm×10mm×55mm無缺口試樣。試樣經1025℃±10℃保溫30分鐘后油淬，二次高溫回火后獲得44HRC～46HRC的硬度。

***100500縱向表面縱向心部橫向表面橫向心部沖 擊 功 J

1＃工藝H132＃工藝H13

圖4 傳統工藝H13和特殊熱處理H13沖擊性能比較

圖4表明，采用高溫均質化＋超細化處理的H13鋼各向沖擊韌性均有不同程度的提升，尤其是橫向性能指標提升很大。橫縱向沖擊韌性之比從0.14～0.63提升到0.80以上，顯示出良好的等向性能。這是由于H13模塊的組織性能得到提高，基本避免了共晶碳化物和二次碳化物，提高了組織均勻性。3.2 熱疲勞性能

采用Uddeholm熱疲勞試驗方法對比研究了傳統工藝H13鋼和特殊熱處理H13鋼模塊心部試樣的熱疲勞性能。圖5為熱疲勞試樣示意圖。所有熱疲勞試樣均經1020℃真空淬火和600℃回火兩次獲得約48HRC的硬度，采用高頻感應加熱裝置加熱和自來水噴射冷卻使試樣表面溫度在20~700℃之間循環。循環一定周次后后用稀鹽酸溶液清洗，洗去表面氧化層后在體視顯微鏡觀察裂紋的形成和發展。

H13鋼熱處理工藝的優化

在固體中，擴散是物質傳輸的唯一方式。影響擴散的因素很多，由擴散第一定律可以看出，單位時間內的擴散流量大小取決于兩個參數，一個是擴散系數，一個是濃度梯度。其中溫度是影響擴散系數的最主要因素，溫度越高，原子的振動能越大，因此借助于能量起伏而越過勢壘進行遷移的原子幾率越大。此外，溫度越高，金屬內部的空位濃度提高，也有利于擴散。Cr7C3型碳化物開始溶入奧氏體的溫度為950～1050℃，但要完全溶入則需要一定的保溫時間和更高的加熱溫度，而這個溫度又不能引起鋼的過燒。經過試驗，獲得了比較合理的高溫均質化工藝，經過實際生產驗證，可以基本消除共晶碳化物，改善成分偏析。4.2 超細化處理

經過高溫質均化處理H13鋼，雖然基本消除了共晶碳化物，但經過高溫階段的長時間保溫，容易在鍛造后出現魏氏組織、粗大晶粒等組織缺陷。為降低模塊開裂風險，模塊鍛后一般采用較緩慢的速度冷卻，所以大型熱作模塊鍛后心部組織中二次碳化物會沿晶析出形成碳化物鏈，嚴重時會形成網狀碳化物。上述這些缺陷采用一般的退火工藝難以消除。針對H13鋼的相變特點，相應開發了專門的組織超細化熱處理工藝，改善鍛后組織，提高H13鋼的組織、性能均勻性。

H13鋼模塊鍛后超細化處理，通過重新奧氏體化和二次碳化物的溶解來提高組織均勻性，通常Cr23C6開始溶入奧氏體的溫度為900～1000℃，但由于Mo、V的存在，使（Cr,Fe,Mo,V）23C6開始溶入奧氏體的溫度升高到1000～1020℃[9]。通過合理的奧氏體化工藝參數的制定，即保證了二次碳化物的重溶，又使鍛后組織得到了細化。在隨后的冷卻過程中，通過關鍵溫度區間冷卻速度的控制，基本抑制了二次碳化物的沿晶析出，并在隨后的熱處理工序中，使碳化物彌散均勻地分布在鐵素體上（如圖3所示）。

H13鋼模塊的超細化處理，不僅為用戶的模具機械加工作了組織準備，也為優良的淬回火組織的獲得奠定了基礎。其中作用類似于為提高熱作模具的強韌性而進行的預備熱處理，而預處理對熱作模具鋼組織的改善和力學性能的提升具有相當重要的影響[10]。4.3.對H13鋼的性能影響的研究

H13鋼在使用過程中主要的失效形式為開裂失效和熱疲勞失效。一般采用淬回火態沖擊韌性和熱疲勞壽命指標進行衡量。

經過均質化和超細化處理，基本消除共晶碳化物，改善成分偏析，獲得表里均一的組織，顯著提高模塊心部的力學性能，使沖擊功橫縱比達到0.8左右，減少了模具因為心部強韌性不足引起的開裂失效

熱疲勞裂紋通常形成于模具型腔表面熱應力集中處，隨著循環次數的增加，裂紋尖端附近出現一些小空洞并逐漸形成微裂紋，與開始形成的主裂紋合并，裂紋繼續擴展，最后裂紋間相互連接形成嚴重的網絡狀裂紋而導致模具失效。H13鋼中材質不均勻，存在粗大碳化物和碳化物網、鏈時，熱疲勞裂紋主要在這些第二相處首先出現，并且擴散速度較快，帶有方向性；并當鋼材材質純凈度提高，無碳化物這類裂紋源時，則熱疲勞裂紋一般在晶界處萌生。熱疲勞裂紋一旦形成，將隨著循環次數增加不斷擴展，且裂紋尖端沿著晶界擴展，形成網絡狀均勻的裂紋，甚至形成二次、三次裂紋，吸收了應力能量、減緩了擴散速度，提高了熱疲勞壽命。5.結論

5.1 高溫均質化處理可基本消除H13鋼電渣錠組織中的塊狀共晶碳化物，并顯著改善鋼中的成分偏析。

第五篇：熱處理

1．退火：指金屬材料加熱到適當的溫度，保持一定的時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。常見的退火工藝有：再結晶退火、去應力退火、球化退火、完全退火等。退火的目的：主要是降低金屬材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或壓力加工，減少殘余應力，提高組 織和成分的均勻化，或為后道熱處理作好組織準備等。

2．正火：指將鋼材或鋼件加熱到或（鋼的上臨界點溫度）以上，30～50℃保持適當時間后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理的工藝。正火的目的：主要是提高低碳鋼的 力學性能，改善切削加工性，細化晶粒，消除組織缺陷，為后道熱處理作好組織準備等。

3．淬火：指將鋼件加熱到 Ac3 或 Ac1（鋼的下臨界點溫度）以上某一溫度，保持一 定的時間，然后以適當的冷卻速度，獲得馬氏體（或貝氏體）組織的熱處理工藝。常見的淬 火工藝有鹽浴淬火，馬氏體分級淬火，貝氏體等溫淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目 的：使鋼件獲得所需的馬氏體組織，提高工件的硬度，強度和耐磨性，為后道熱處理作好組 織準備等。

4．回火：指鋼件經淬硬后，再加熱到 Ac1 以下的某一溫度，保溫一定時間，然后冷 卻到室溫的熱處理工藝。常見的回火工藝有：低溫回火，中溫回火，高溫回火和多次回火等。

回火的目的：主要是消除鋼件在淬火時所產生的應力，使鋼件具有高的硬度和耐磨性外，并 具有所需要的塑性和韌性等。

5．調質：指將鋼材或鋼件進行淬火及高溫回火的復合熱處理工藝。使用于調質處理的鋼稱調質鋼。它一般是指中碳結構鋼和中碳合金結構鋼。

6．滲碳：滲碳是指使碳原子滲入到鋼表面層的過程。也是使低碳鋼的工件具有高碳鋼的表面層，再經過淬火和低溫回火，使工件的表面層具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持著低碳鋼的韌性和塑性。

3.固溶熱處理：將合金加熱至高溫單相區恒溫保持，使過剩相充分溶解到固溶體中，然后快速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝

4.時效：合金經固溶熱處理或冷塑性形變后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現象。

5.固溶處理：使合金中各種相充分溶解，強化固溶體并提高韌性及抗蝕性能，消除應力與軟化，以便繼續加工成型

6.時效處理：在強化相析出的溫度加熱并保溫，使強化相沉淀析出，得以硬化，提高強度

9.鋼的碳氮共滲：碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲(即氣體軟氮化)應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。

11.釬焊：用釬料將兩種工件粘合在一起的熱處理工藝