第九章

热处理三要素：加热温度 + 保温时间 + 冷却方式

合金元素的总结

对奥氏体晶粒影响方面，1、能形成碳化物，减少钢中和奥氏体中碳浓度的合金元素，Cr、Mo、W、V、Ti、Zr、Nb。2、Mn、N、P、C会粗化晶粒（另外，P使钢冷脆，S使钢热脆，因此，钢中常常以N、P、S的多少衡量是否为优质钢）。3、其他元素则基本上对晶粒无影响。4、Al、Si、Cu、Co、Ni通常溶于铁素体或奥氏体中，起固溶强化作用，有的可能形成非金属夹杂物和金属间化合物，如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al。5、除了加1中合金元素细化奥氏体晶粒外，工艺上方法（也是热处理获得细晶粒组织的原理）：允许的范围内奥氏体化温度尽量低+快速加热（增加过热度，使形核率>长大速度来获得细晶粒）+短时保温+快速冷却（多次快速加热快速冷却效果更好）的方法来获得非常细小的奥氏体晶粒。6、增加回火脆性的元素：Cr、Mn、Ni、B。7、降低回火脆性的元素：WMo。

冷却方式总结

冷却方式总的分为等温和连续两种方式。

等温冷却（TTT曲线）产物：粗珠光体（700~650℃保温），索氏体（650~600℃保温），托氏体（600~550℃保温）；

上贝氏体（550~350℃保温），下贝氏体（350~Ms共析钢（0.77%）大概230℃左右保温，Ms点和含碳量成反比：0.1%-500℃，0.6%-280℃，0.8%-230℃，1.0%-200℃） 板条马氏体（Ms~200℃保温），片状马氏体（200~Mf℃保温），一般我们想尽可能多的获得板条状Ms，方法是减少奥氏体中的含碳量。因此，中低碳钢易形成板条状Ms，高碳钢易形成片状Ms。

对中碳钢，由于含有板条和片状Ms的混合物，可采取均匀奥氏体成分，消除富碳区的方法（高温加热使奥氏体成分均匀后—快速淬火冷却），来得到几乎全部的板条Ms。

对高碳钢，由于奥氏体中碳含量很高，因此只能采取尽可能使碳少溶解在奥

氏体中的方法（较低温度快速、短时间加热淬火），获得较多板条Ms。

相反，奥氏体中的合金元素会细化晶粒，因此会增大形成片状Ms可能性。

常见符号总结

HRB屈服强度 HRC洛氏硬度 HBW布氏硬度 （一般HRC=HBW/10 σb抗拉强度 σs 屈服强度 δ延伸率 （δ>5%为塑性材料） ψ断面收缩率 σe 弹性极限 a k冲击韧性值（钢材一般为34）

第十章

一般材料加工流程

冶炼—浇铸—均匀化退火（如果铸件有成分偏析或者枝晶偏析）—锻造扎制（热加工，常产生魏氏组织、带状组织、晶粒粗大等缺陷，P122）—预备热处理（正火或退火，便于下步加工）—机械加工（不是塑性加工，只是改变尺寸）—最终热处理（淬火+回火，调节强韧度、硬度、耐磨性等）—精加工—稳定化处理（包括尺寸、精确度等，如对应力或精度要求极高的工件进行去应力退火）

热处理工艺总结

1、一般情况下，热处理工艺分为：①预备热处理（正火或退火，正火优先）目的是使铸件、焊件、锻件的成分均匀和消除内应力，提供合适的切削加工硬度（180~250HBW切屑性能较好），为下道工序做准备；但是受力不大、性能要求不高的零件，选正火作最终热处理。②最终热处理（淬火+回火）。

2、热处理工艺定义。正火：将钢加热到奥氏体化温度30~50℃，保温后空冷得到珠光体类组织的热处理工艺。

退火：将钢加热到Ac1温度以上或以下，保温后炉冷（或炉冷到600℃以下空冷）得到室温平衡状态组织（相图）的热处理工艺。

淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上一定温度（得到细小的奥氏体为依据），保温后以大于临界冷却速度冷却得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。

回火：将淬火钢加热到A1以下，使其转变为稳定的回火组织，并以适当的方式冷却的工艺过程。

退火、正火工艺总结

正火：（压共析钢：Ac3+30~50℃，（过）共析钢：Accm+30~50℃，合金钢：Ac3+100~150℃），保温时间：T= K?D min（K为1.5~2min/mm，D为工件有效厚度），采用空冷，室温组织：铁素体（少量）+珠光体（较细，因为冷速较快），提高硬度，便于机械加工；消除魏氏组织（针片状）、带状组织，细化晶粒。 均匀化退火:（Ac3或Acm以上150~300℃）。碳钢一般为1100~1200℃，合金钢一般为1200~1300℃，保温时间一般为10~15h成本高，除非成分有区域偏析或较大的枝晶偏析才用，后加正火补充。 完全退火:（Ac3+20~30℃），保温时间：T= K?D min（K为1.5~2min/mm，D为工件有效厚度），采用炉冷，室温组织：铁素体+珠光体。用于消除魏氏组织（针片状）、带状组织，细化晶粒（相对组织而言）；亚共析钢的预备热处理，均匀成分，消除加工硬化，降低硬度，为下一步切削加工做准备。

球化退火:（Ac1+20~30℃，即：750~780℃），一般保温2~4h，采用空冷。效果分为一次退火＜等温退火＜往复退火三种，室温组织：球状珠光体（粗珠光体，因为冷速慢）。用于（过）共析钢或合金钢的预备热处理，均匀成分，消除加工硬化，降低硬度，为下一步切削加工做准备。

再结晶退火:（0.35~0.4）Tm（K）+100~200（℃），一般钢材650~700℃，保温1~3h，采用空冷。室温组织：变形晶粒变成原始的等轴晶。用于钢材或合金冷变形的中间退火，消除加工硬化，降低硬度，但是如果变形量过大或处于临界变形度（2%~10%）时，要采用正火或完全退火代替便于消除加工硬化。

去应力退火:在再结晶温度以下，一般钢为500~600℃，保温3min/mm；一般铸铁为500~550℃，保温6min/mm，去应力退火冷却要尽量缓慢，以免产生新应力。室温组织：珠光体（索氏体）。去应力退火用于消除锻件、铸件、焊件、钢件冷加工等消除应力，防止工件变形或开裂。

退火、正火工艺选用总结

1、含碳量小于0.5%成本低；

2、含碳量0.5%~0.75%的亚共析钢预备热处理：完全退火；

3、（过）共析钢或合金钢预备热处理：球化退火（无网状碳化物），正火+球化退火（有网状碳化物）。

4、工件对受力、性能要求不高的，即不必进行调质处理的，直接用正火作为最终热处理。

5、钢的使用性能和工艺性能满足的条件下，应尽可能的用正火代替退火。

钢的淬火总结

1、淬火加热温度。总的来说淬火加热温度的选择应以得到均匀细小的奥氏体晶粒为原则。亚共析钢：Ac3+30~50℃，（过）共析钢：Ac1+30~50℃（原因见书P285），低合金钢：比相应碳钢高50℃左右，高合金钢更高，因为奥氏体化更困难。

2、保温时间：T= a k′?D min（碳钢a为1.5~2min/mm，同前面的K，k′为装炉系数，一般箱式炉为1.0~1.5min/mm，视不同炉子和装入量而定，D为工件有效厚度。）

3、淬火介质。总的来说，碳钢为水冷，合金钢为油冷。

4、淬火方式。分为：单液淬火，双液淬火，分级淬火，等温淬火。一般来说用单液淬火，只有形状复杂、尺寸很小的工件才用分级淬火或等温淬火。

5、淬透性、淬透层深度、淬硬性区别。

钢的回火总结

1、回火温度 P324。

150~250℃，回火马氏体；最好在200℃稍高，防止生成片状Ms（有显微裂纹，脆性大），过高会发生第一类淬火脆性（250~350℃之间）。

应用：低碳（合金）钢选用低温回火，得到回火Ms，综合性能较好，用于锅炉和压力用器；

高碳钢低温回火，得到回火Ms，得到高强度、高硬度、高耐磨性，但塑形差，用于工具、量具、滚动轴承（需耐磨）、渗碳件等材料。

在条件允许下，用等温淬火得到下贝氏体比低温回火性能好得多，但是成本高，因此用于低温回火脆性的钢种。

350~500℃，回火托氏体，淬火应力基本消除。

应用：高碳（合金）钢选用中温回火（350℃）得到弹性较高，因此一些弹性钢件都要采用中温回火，也用于热锻模具。

500~650℃，回火索氏体；防止发生第二类淬火脆性，应用：中碳（合金）钢常采用调质处理，得到很好的综合性能。一般用于中碳钢和低合金钢制作重要零件，比如，轴类、齿类、机床主轴等。

2、回火冷却方式。

①一般工件回火后一般采用空冷；

②一些重要零件，为了防止产生新应力、变形、开裂等，采用炉冷等缓慢冷却；

第十一章

钢的分类总结

钢按用途分类：结构钢、工具钢、特殊性能钢；

结构钢：又分为工程用钢[碳素结构钢、低合金高强度用钢]和

机器零件、构件用钢，包括：渗碳钢（表层高强度硬度、耐磨性、抗疲劳强度，心部高强韧性，主要用于齿轮；低碳合金钢表面渗碳，淬火低温回火）、调质钢（综合性能高，主要用于轴类、连杆，中碳钢，调质处理）、弹簧钢（高碳钢，淬火350℃回火）、轴承钢（高强度硬度、耐磨性、抗疲劳强度高碳钢；淬火低温回火）。

常见的工程结构钢：型材、棒材、板材、管材、带材，由于他们都需要冷变形和焊接，采用低碳低合金钢；由于尺寸大、形状复杂，因此大部分工为热轧空冷（正火），室温组织：铁素体加少量珠光体。

工具钢（高碳钢，一般均为淬火加低温回火，但合金含量越高淬火回火温度越高，强韧度均越好。比如，淬回火温度：碳素工具钢（780℃+200℃）<低合金刃具钢

（830℃+250℃）<高速钢（1230℃+550℃）；总体要求高硬度、高耐磨性，一定的强度韧性；

高速钢还需要高热硬性，热锻模具需要高韧性，量具钢需要尺寸稳定性），用于制造各种加工工具，按用途分为：刃具钢（碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢）模具钢（冷锻模具、热锻模具：调质处理）、量具钢（淬火后需冷处理，最后需去应力退火）。

特殊性能钢，不锈钢（一般为低碳钢，分马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、铁

素体不锈钢，其中奥氏体不锈钢性能优良、最常用）按化学成分分类：碳素钢（低碳钢wc≤0.3%、中碳钢0.3%≤wc≤0.6%、高

碳钢wc≥0.6%）、合金钢（低合金钢w≤5%、中合金钢5%≤wc≤10%、高合金钢wc≥10%）。

按显微组织分类：珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢（室温下为单

相的奥氏体组织）、铁素体钢（室温下为单相的铁素体组织）等；

按品质分类，主要以钢中含有害杂质P、S的含量来分类：普通质量钢、优

质钢（优质碳素结构钢wp、ws均≤0.035%、优质合金结构钢wp、ws均≤0.035%）高级优质钢（高级碳素结构钢wp、ws均≤0.030%、高级合金结构钢wp、ws均≤0.025%）、特级优质钢；

常见钢的编号(P307)

碳素结构钢（Q） 低合金高强度钢（Q） 碳素工具钢（T）

滚动轴承钢（G） 焊接用钢（H） 易切削钢（Y）

铸钢（ZG） 锅炉用钢（g） 桥梁用钢（q）

沸腾钢（F） 半镇静钢（b） 镇静钢（z）

第二篇：热处理方法总结

一. 淬火

将钢件加热到临界温度以上40~60℃，保温一定时间，急剧冷却的热处理方法，称为淬火。常用急剧冷却的介质有油、水和盐水溶液。淬火的加温温度、冷却介质的热处理规范，见表<常用钢的热处理规范>. 淬火的目的是：使钢件获得高的硬度和耐磨性，通过淬火钢件的硬度一般可达HRC60~65，但淬火后钢件内部产生了内应力，使钢件变脆，因此，要经过回火处理加以消除。钢件的淬火处理，在机械制造过程中应用比较普遍，

它常用的方法有：

1．单液淬火：

将钢件加热到淬火温度，经保温一定时间后，在一种冷却液中冷却，这种热处理方法，称为单液淬火。它适用于形状简单、技术要求不高的碳钢或合金钢，工件直径或厚度大于5~8mm的碳素钢，选用盐水或水中冷却；合金钢选用油冷却。

在单液淬火中，水冷容易发生变形和裂纹；油冷容易产生硬度不够或不均的现象。

2．双液淬火：

将钢件加热到淬火温度，经保温后，先在水中快速冷却至300~400℃，在移入油中冷却，这种处理方法，称为双液淬火。形状复杂的钢件，常采用此方法。它既能保证钢件的硬度，又能防止变形和裂纹。缺点是操作难度大，不易掌握。

3．火焰表面淬火：

用乙炔和氧气混合燃烧的火焰喷射到工件表面，并使其加热到淬火温度，然后立即用水向工件表面喷射，这种处理方法，称为火焰表面淬火。它适用于单件生产、要求表面或局部表面硬度高和耐磨的钢件，缺点是操作难度大。

4．表面感应淬火：

将钢件放人感应器内，在中频或高频交流电的作用下产生交变磁场，钢件在磁场作用下产生了同频率的感应电流，使钢件表面迅速加热(2-10s)至淬火温度，立即把水喷射到钢件表面。这种热处理方法，称为表面感应淬火。经表面感应淬火的零件，表面硬而耐磨，而内部有较好的强度和韧性。这种方法适用于中碳钢和中等含碳量的合金钢件。

表面感应淬火根据所采用的电流频率的不同，可分为高频、中频和工频淬火三种。高频淬火电流频率为100~150kHz，淬硬层深1~3mm，它适用于齿轮、花键轴、活塞和其它小型零件的淬火；中频淬火电流频率为500~10000Hz，淬硬层深3—10mm，它适用于曲轴、钢轨、机床导轨、直径较大的轴类和齿轮等；工频淬火电流频率为50Hz，淬硬层一般大于10mm，适用于直径在300mm以上的大型零件的淬火，如冷轧辊等。

二. 回火

将淬火后的钢件加热到临界温度以下某一温度性，保温一段时间，然后在空气中或油中冷却的过程，称为回火。

回火的目的是：

消除钢件淬火时所产生的内应力，使钢件组织趋于稳定；降低淬火中的脆性，增加塑性和韧性。回火是继

淬火后进行的热处理工序，也是热处理的最终工序，它对产品最终所需要得到的性能和组织起着决定性的影响。

钢淬火后，硬度和强度虽有很大的提高，但塑性、韧性却有明显的降低，这就是淬火脆性。

为了取得回火后所要求的机械性能，选择好回火温度是很重要的。根据回火温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火三种。

1．低温回火：

将淬火后的钢件加热到150~29℃，并保温一定时间，然后在空气中冷却，称为低温回火。

目的在于保持钢件淬火后所得到的高硬度和耐磨性的条件下，降低淬火脆性和内应力。

低温回火适用于各种刃具、量具和模具等的处理。

2．中温回火：

将淬火后的钢件加热到350~450℃，经保温一段时间，随炉冷却下来。这种处理方法，称中温回火。它的目的是为了使钢件保持一定硬度，从而得到较高的弹性。中温回火适用于弹簧、锻模的处理。

3．高温回火：

将淬火后的钢件加热到500~650℃，经保温后冷却下来，称为高温回火。

它的目的是完全消除淬火内应力，使工件得到高强度和高韧性。

高温回火主要用于要求强度、韧性高的重要结构零件，如传动主轴、曲轴、凸轮、齿轮等。

三. 退火

将钢件加热到临界温度以上40~60℃，在此温度下停留一段时间(保温)，然后缓慢冷却，这种热处理方法称为退火。

碳钢的临界温度是随含碳量多少而变化，一般是750~800℃，有些合金钢是在800~900℃之间。

退火的目的是：降低硬度、提高塑性、改进切削性能、消除内应力，如消除锻压、铸造的内应力，防止加工后的变形、细化晶粒、均匀组织、改进机械性能。上面指出的退火目的，不是所有钢材都能达到的，而只能满足一个或几个目的。

四.正火

将钢件加热到临界温度以上40~60℃，保温一定时间，然后在空气中冷却的热处理方法，称为正火。正火的加热、保温温度都与退火相同，不同的只是冷却速度不一。正火是在空气中冷却，冷却速度快，时间短，操作方便，效率高。

正火的目的是：细化晶粒，均匀组织，提高钢件的机械性能，消除内应力，改善钢件的切削性能。正火常用于碳钢代替退火.

五.调质

将钢件淬火后，再进行高温回火的热处理方法，称为调质。其目的是细化晶粒，使钢件得到高韧性和足够强度。

调质一般是在粗加工后进行的，它适用于各种重要结构零件，特别是交变载荷下工作的传动轴、齿轮、丝杠等精密零件的预先热处理，经过调质后，再进行加工的工艺过程。

调质和高温回火处理方法是相同的，目的都是细化晶粒、均匀组织、消除应力，使钢件得到良好的机械性能，不同的是高温回火是热处理的最终工序，而调质处理则是精加工前的预备工序，是对半成品而作的热处理操作。

六.时效

它是长时间消除零件在制造过程中所产生内应力的工艺方法。

时效处理有人工时效和自然时效。

1．人工时效：

将钢件(或铸铁件)加热到100—150℃或更低的温度，长时间(5～10h)保温，然后在空气中冷却的方法，称为人工时效。时效处理也是一种低温补充回火，其目的是消除淬火后钢件内部组织的微观应力和机械加工后的残余应力，以达到高精度零件的变形小和尺寸的稳定性。

如对量具、铸铁件消除内应力的人工时效处理。

2．自然时效：

将粗加工后的零件，长期放置在露天，受自然温度的调节，逐渐消除内应力的处理方法，称为自然时效。如铸件放在露天、丝杠放在海水中、长轴悬吊挂起等。

七.化学热处理

将钢件放到含有某些活性原子，如碳、氮、铬、铝等的化学介质当中，借助高温时原子扩散的能力，使介质中的某些原子渗入到钢件表面层里，达到改变钢的表面层的化学成分，使钢件的表面层具有特殊的性能，这种方法称为钢的化学热处理。它的目的是提高钢件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性、耐热和抗疲劳等性能。

化学热处理使零件表面层和内部都得到不同的组织和性能，从而大大地提高零件的质量和寿命。

常用的方法有渗碳、渗氮、氰化等

1．渗碳：

渗碳是碳原子渗入钢件表面的过程。

渗碳用于低碳钢和低合金钢(0．1～0．25％C)。钢件经过渗碳淬火后具有较高的表面硬度(HRC60—65)和耐磨性，而内部仍保持较高的韧性。一些受冲击的耐磨零件、如轴、齿轮、凸轮、活塞销等都要进行渗碳处理。

按渗碳剂的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。其方法是将钢件碳处理。按渗碳剂的不同，渗碳可分为固体渗碳、液体渗碳和气体渗碳。其方法是将钢件放人渗碳剂中，加热至930℃左右，经保温使碳原子扩散到钢件表面，钢件表面含碳量可达0．8~1％，渗碳厚度为0．5~2mm。

2．渗氮：

渗氮是把氮原子渗入钢件表面的过程。渗氮多于含铝、铬、钼等元素的中碳合金结构钢。

渗氮可使钢件表面得到比渗碳更好的硬度和耐磨性，特别是提高了钢件的耐蚀性。

渗氮方法是将钢件放人含氮的介质或利用氨气加热分解后的氮气中，加热至500-620℃，保温一定时间，使氮原子扩散到钢件表面，然后随炉温冷却至200℃以下，停止供氮。取出钢件在空气中冷却。

由于渗氮温度低，因而渗氮速度缓慢，如得到0．3—0．5mm厚的渗氮层，就要经过20~50h的渗氮过程。

3．氰化：

在钢件表面同时渗入碳原子和氮原子的过程叫氰化。它的目的是为了提高钢件表面层的硬度和耐磨性，同时氰化又是提高疲劳强度极限最有效的方法，特别是对中、小型零件，如齿轮，小轴最适宜。

氰化还适用于碳钢和合金结构钢，也适合于高速钢等切削工具。

氰化是将钢件放在熔融的氰盐溶液中加热，在加热过程中，由氰盐[NaCl、KCl、K4Fe(CN)6]氰化分解而形成活性的碳、氮原子，渗入钢件表面。根据加热温度不同，氰化可分为高温氰化(900-950℃)、中温氰化(800—840℃)和低温氰化。氰盐是剧毒物质，因此，要特别防止中毒。

八.发黑

发黑处理是属氧化处理的方法。

它的作用是使钢件表面生成一层保护膜，以增强钢件表面防锈和耐蚀能力，同时可使钢件表面光泽美观，对淬火零件还有消除淬火应力的作用。

发黑又叫煮黑，是将钢件放在很浓的碱和氧化剂的溶液(苛性钠和过氧化钠)中加热煮沸，使钢件表面生成一层黑色的Fe3O4薄膜的工艺处理过程。发黑主要用于碳素结构钢和低合金工具钢，发黑层厚度约为0．6—0．8mm