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（5）冷却

1.1.1.5球化退火

1、定义2、目的3、主要适用

4、工艺方法：

1、普通球化退火；

2、等温球化退火；

3、循环球化退火工艺。

1.1.1.6再结晶退火

将钢件经冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保持适当时间，使形变晶粒重新结晶为均匀的等轴晶粒，以消除形变强化和残余应力的退火工艺。

2、主要用于冷变形钢材或钢件。

1.1.1.7均匀化退火（扩散退火）

为了减少铸锭、铸件或锻坯的化学成分的偏析和组织的不均匀性，将其加热到高温，长时间保持，然后进行缓慢冷却，以达到化学成分和组织均匀化为目的的退火工艺。

2、工艺方法：

（2）入炉方式；

（3）保温时间；

（4）冷却。

1.1.1.8真空退火

1、作用：

防止氧化脱碳、除气脱脂、使氧化物蒸发，以提高表面光亮度和力学性能

2、钢铁材料的真空退火：

●一般质量的结构钢产品只要求60%以上的光亮度，在1.3~1.3×

10-1Pa下退火即可达到要求。

●一般材料的光亮度将随退火温度的上升而提高。

●在300~500℃以上温度出炉将使退火净化的表面重新氧化，因而为获得70%以上的光亮度，必须在200℃以下出炉。

1.1.2钢的多种实用型退火新工艺

（1）T10钢细化组织的球化退火工艺

工艺分析：

细小片状珠光体有利于球化退火时碳的扩散，结合降低球化退火温度和缩短保温时间，可显著细化退火后的碳化物粒度，且大小及分布均匀性亦明显改善。

（2）冷挤压用低碳钢的等温球化工艺

对冷变形要求高的低碳钢中间退火仅仅控制晶粒度和硬度是不够的，关键在于控制渗碳体的形态。

碳化物成小球，点状分布在铁素体基体上有利于冷挤压、冷冲压的进行。

因此需要球化退火，球化温度一般控制在Ac1+（20~30）℃。

球化退火工艺：

加热至Ac1＋20~30℃保温2h，再降温至Ar1以下20~30℃保温2h，炉冷至500℃出炉空冷，或反复球化一次，这样退火后得到的碳化物是粒状或部分粒状，晶粒大小比较均匀，铁素体大小比较均匀，可基本消除冲裂现象，裂纹量降到千分之一左右。

（3）锻造余热等温退火

该工艺与自常温下加热到Ac3以上的等温退火相比，可节省约70%的燃料费。

（4）中碳钢及中碳合金结构钢的中间热处理退火工艺

①球化退火：

该方法用于冷镦变形度大及形状复杂的中碳钢、中碳合金钢及低碳马氏体含硼钢。

②软化退火：

适用于冷镦变形度不大，形状简单的中碳钢及中碳合金结构钢。

③过热组织退火：

加热至Ac1以下20~30℃长时间保温，使过热组织在Ac1点以下析出粒状碳化物处理，进而获得球化组织。

如果原始组织为粗大产片状珠光体，则必须事先进行冷拉处理。

1.1.3钢的常规正火工艺

1、钢的正火是将钢材或钢件加热到Ac3（亚共析钢）或Accm（过共析钢）以上30~50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。

把钢加热到Ac3以上100~150℃的正火称为高温正火。

2、正火主要应用范围。

1.1.4钢的常规淬火工艺

1.1.4.1淬火前的准备

淬火前的准备

1.1.4.2加热

（1）加热方式：

碳钢及合金钢工件，一般可到温入炉或高温入炉（比规定的淬火温度高20~30℃的炉中）加热；

高碳高合金钢及形状复杂的工件应作预热。

（2）加热温度选择：

一般亚共析碳钢为Ac3+30~50℃；

共析及过共析碳钢为Ac1+30~50℃；

合金钢淬火加热温度适当提高。

实际加热温度还要根据炉型、工件形状、成分、淬火方法等确定具体范围。

（3）工件加热时间的计算：

炉中的工件应在规定的加热温度范围内保持适当的时间。

1.1.4.3冷却方式的选择

（1）水冷；

（2）油冷；

（3）预冷淬火；

（4）双介质淬火；

（5）马氏体（M）分级淬火（分级淬火）；

（6）热浴淬火；

（7）贝氏体（B）等温淬火。

1.1.4.4冷却操作方法

各种形状工件的冷却操作方法

1.1.5控制钢件畸变、淬硬、裂纹的强韧化热处理工艺技术

1.1.5.1防止45钢淬裂的工艺措施

45钢淬火出现开裂的最敏感尺寸是5~11mm，正是水淬可以完全淬透的尺寸，最易开裂的尺寸是6~9mm，裂纹皆起源于最先入水或表面缺陷部位形成马氏体处。

各种工艺措施。

1.1.5.2控制一般钢件热处理畸变的工艺措施

（1）正确选材

（2）获得均匀分布的细粒状索氏体组织

（3）执行正确的淬火工艺（4）正确的淬火操作方法

（5）提高工件变形抗力（6）工件预变形

（7）零件结构的合理性（8）增大加工余量

（9）利用淬火夹具控制平板或细长杆变形。

1.1.5.345钢零件控制热处理畸变及强韧化工艺

1、45钢套类零件采用表面涂硼砂，能有效减少淬火冷却畸变。

2、45钢齿轮采用夹具整体淬火控制热处理时淬火冷却畸变

操作时的注意事项

3、45钢大齿圈调质处理

4、45钢复合处理可提高疲劳强度30%

5、降低45钢高频感应加热温度，减少齿轮热处理时畸变

6、45钢梭尖锻后余热淬火，采用预冷防裂，预冷到800~820℃之间。

7、45钢螺母锻后余热淬火

8、45钢机械零件亚温淬火工艺

1.1.5.4钢件真空淬火

效果：

原用盐浴加热油冷淬火，清洗困难表面质量差且硬度达不到技术要求；

若用水冷淬火，则易产生开裂。

真空热处理后，表面质量好，硬度为52HRC。

1.1.6钢的回火工艺

1.1.6.1钢的常规回火工艺

1、回火的分类

（1）低温回火

（2）中温回火（3）高温回火

2、回火温度的确定

（1）根据工件的材料及技术条件，选择适当的回火温度。

（2）选定回火温度时，应先以少量工件试回火，经检查合格后再成批回火。

（3）用简易公式计算钢淬火后的回火温度（T）

3、回火温度时间的确定在0.5~3h之间选择

4、冷却一般工件出炉后，在空气中冷却。

有回火脆性的合金钢，回火后应在油中或水中冷却，但应防止变形和开裂。

1.1.6.2真空回火

在进行真空回火操作时，先将清洗过的工件均匀摆放在回火炉中。

抽空至1.3Pa后，再回填氮气至5.32×

104~9.31×

104Pa。

在风扇驱动的气流中将工件加热到预定温度，经充分保温后进行强制风冷。

1.2钢的化学热处理实用技术

钢的化学热处理是将钢件置于适当的活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。

钢的化学热处理基本过程是由分解、吸收和扩散三个过程组成。

●了解内容

1．下文未列的具体工件的渗碳、渗氮改进工艺。

2．真空渗碳工艺质量控制。

3．钢的碳氮共渗、氮碳共渗工艺的质量控制及改进工艺。

4．其他化学热处理工艺。

1.2.1钢的常规渗碳工艺及改进技术

1.2.1.1气体渗碳工艺操作技术

1、开炉前的准备

2、渗碳操作

（1）开炉前检查设备。

（2）根据停炉时间和炉罐情况，按工艺文件规定，进行炉罐渗碳。

（3）装炉

（4）渗碳

a渗碳工艺曲线。

b工件装炉后每30min检查一次渗碳温度、渗碳剂用量及炉内压力。

c对于不同工艺阶段取废气作1~2次分析，要求渗碳阶段的气体成分符合工艺规定。

d在渗碳阶段取中间试样时，当层深达到技术要求的中限偏上即可开始扩散。

在扩散阶段取中间试样时，当层深稍低于技术要求的上限，即可开始降温。

渗碳完毕，必须关紧滴注器阀门，严防低温下滴入有机溶液造成爆炸。

（5）工件降温至规定温度后出炉。

按工艺要求进行直接淬火或在空气中冷却。

1.2.1.2气体渗碳的改进工艺

1、20钢细长轴零件渗碳淬火工艺

改进后：

920℃×

（1.5~2）h渗碳，风冷，760℃×

1h淬盐水冷，200℃×

2h回火。

2、12Cr2Ni4A钢圆锥齿轮三段渗碳淬火工艺

经处理的圆锥齿轮，碳化物≤5级，马氏体≤4级，残留奥氏体≤3级，硬度≥61HRC，渗碳深度0.85~1.05mm。

变形小，经磨削修形后齿轮精度达到5~6级。

1.2.1.3固体渗碳工艺操作技术

固体渗碳是将工件放在填充粒状渗碳剂的密封箱中进行渗碳的工艺。

1、准备工作

⏹渗剂配制

1）常用固体渗碳剂为木炭+催渗剂。

2）木炭一般采用硬质的桦木、柞木等，催渗剂为碳酸钠、碳酸钡、碳酸钙等。

3）使用过的渗碳剂筛去粉末，再加适量催渗剂（1%~5%，质量分数）经混合后可继续使用，或新旧搭配使用，一般新旧比为（2~3）∶1。

⏹装箱

1）根据工件尺寸和批量选择渗碳箱，一般采用铸铁件或用低碳钢板焊制而成。

2）工件摆放应保持一定间距3）装箱程序

2、工艺规范

（1）工艺曲线见图1.2-6（教材P59）

（2）渗碳时间（保温时间）依渗层厚度和箱体断面厚度确定，一般渗层厚度在0.4～1.4mm范围内时保温时间为3.5～14h。

3、操作程序

1.2.1.5渗碳件热处理缺陷及其防止措施

1、淬火后硬度低

2、渗层出现大块或网状碳化物：

消除粗大块状或网状碳化物的方法。

3、渗碳层深度不均匀4、心部过硬或太软

5、表面非马氏体组织

1.2.2钢的薄层（0.15~0.40MM）渗碳工艺

●举例小零件浅层低温渗碳

1.2.3钢的深层渗碳工艺

●举例大型重载齿轮深层渗碳

1、渗碳温度2、渗碳时间

3、表面碳含量4、控制渗碳淬火变形的措施：

1.2.4气体渗氮工艺的质量控制及改进技术

渗氮目的：

使工件表面得到高强度、高耐磨性、高疲劳极限和良好的耐腐蚀性。

1.2.4.1气体渗氮工艺的质量控制

1、升温方法

2、氨气分解率氨气进入渗氮炉以前必须经过干燥，常用的干燥剂有无水氯化钙、硅胶、生石灰等。

从吸水效果来看，以无水氯化钙为最好。

3、冷却方式

渗氮件高温出炉产生的氧化色去除办法。

4、装炉量

5、渗氮工件的工艺流程

6、渗氮前的准备工作中应特别注意：

●液氨含水量小于1％。

●工件的非渗氮部分，应采用镀锡或涂料防止渗氮。

●轴类工件垂直吊挂。

7、渗氮工艺及操作

8、渗氮过程中遇到下列情况的处理方法

（1）氨的分解率偏高的处理方法

（2）重复渗氮要求

（3）渗氮后工件的变形量应在最后精磨余量内，一般≤0.05mm，超过可进行热校直，但校直后必须进行去应力处理。

1.2.5钢的离子渗氮工艺的质量控制及改进工艺

离子渗氮具有渗层脆性小，渗速比气体渗氮快的特点。

1.2.6渗氮缺陷及其防止方法

1、渗层出现网状及脉状氮化物

产生这种缺陷的主要原因和防止措施。

2、渗层氮化物呈鱼骨状分布

处理前应留有足够的加工余量；

机械加工时应保证工件表面切削均匀。

3、渗氮层厚度不均匀或渗氮表面有软点

产生的主要原因。

4、渗氮件畸变超差

渗氮件畸变超差原因和预防措施。

5、表面氧化色

产生的原因和预防办法。

1.3表面处理工艺的质量控制与改进技术

1．火焰淬火的质量控制2．激光淬火工艺的质量控制

3．钢铁磷化工艺的质量控制

★掌握内容

1.3.1感应加热淬火的质量控制

根据电流频率不同，感应加热分类与应用。

感应加热淬火工件常用的工艺路线。

工件在感应加热淬火之前需进行预备热处理，一般为调质或正火，以保证工件表面在淬火后获得均匀细小的马氏体和改善工件心部的硬度、强度和韧性以及切削加工性，并减小淬火变形；

工件在感应加热表面淬火后还需进行低温回火（180~200℃），使表层获得回火马氏体，在保证表面高硬度的同时，降低内应力和脆性。

感应加热淬火工件设计技术条件应注明表面淬火部位、淬硬层深度、表面硬度等。

1.3.1.2保证感应加热淬火质量的必要条件

1、零件结构设计及预备热处理要求合理，结构形状应较易获得均匀加热。

2、正确选用零件材料，一般为中碳钢，宜用本质细晶粒钢。

3、淬火前对零件的要求（略）

4、正确合理地选用感应加热热处理设备（略）

1.3.1.3感应加热淬火工艺参数的选择

1、加热方法感应加热淬火有同时加热一次淬火和移动加热连续淬火两种方法。

二者可视设备条件和零件种类选择。

2、加热参数：

（2）加热时间

3、淬火冷却方法及淬火介质

4、回火淬火后的零件在4h内必须进行回火。

1.3.1.4感应加热淬火常见质量问题及产生原因

感应加热淬火常见的质量问题及原因

1.3.2发蓝工艺的质量控制与改进工艺

1.3.2.1发蓝常规工艺的质量控制

1、工艺程序2、发蓝操作

3、操作注意事项4、发蓝质量控制

1.4铸铁件常规热处理工艺及改进技术

铸铁通过热处理主要是改变基体组织（一般不改变石墨分布状况）来满足不同的性能要求。

合金铸铁的热处理工艺。

1.4.1灰铸铁的常规热处理及表面强化工艺

1.4.1.1灰铸铁去应力退火工艺的质量控制

工艺规范

（1）升温速度。

（2）加热温度。

（3）冷却速度。

（4）出炉温度。

（5）出炉后的铸件应放平稳，对于小块铸件可堆放。

（6）低温退火优选工艺为（530~550）℃×

（2~3）h，炉冷至200℃后出炉空冷。

1.4.1.2灰铸铁件的正火

灰铸铁件的正火工艺为（850~950）℃×

（0.5~3）h，空冷。

一般形状复杂的零件，为了消除应力，正火后还要进行短时间的低温退火。

1.4.1.3灰铸铁的淬火

淬火及回火对提高铸铁的强度最为有效.

1.4.1.4灰铸件的表面强化处理工艺

1、灰铸铁的Ni-P-SiC复合镀表面强化2、灰铸铁气缸套内表面激光热处理

3、铸铁缸套含氮马氏体薄壳淬火4、灰铸铁轮毂感应加热淬火

1.4.2球墨铸铁的常规热处理及强韧化处理工艺

1.4.2.1球墨铸铁的去应力退火工艺

球墨铸铁的去应力退火工艺与灰铸铁基本相同。

1.4.2.2球墨铸铁的石墨化退火工艺

1、球墨铸铁的高温石墨化退火

当球墨铸铁组织中有少量游离渗碳体10%（体积分数）时，因其对铸件性能影响较大，宜采用高温石墨化退火

（1）高温石墨化常规二步退火工艺。

（2）高温石墨化一步退火工艺。

2、球墨铸铁的低温石墨化退火

主要用于：

基体组织中无共晶渗碳体且珠光体量较高、要求具有高塑性和韧性的铸件。

1.4.2.3球墨铸铁曲轴的正火工艺

球墨铸铁曲轴正火工艺应用广泛，大部分采用完全奥氏体化正火及部分奥氏体化正火，温度为750~980℃，保温时间为0.5~4h。

合理正火目的。

1.4.2.4球墨铸铁的等温淬火工艺

1、球墨铸铁曲轴贝氏体等温淬火

（1）等温淬火工艺

（2）要求（3）措施

2、球墨铸铁亚温等温淬火

1.4.2.5球墨铸铁的调质处理工艺

对于要求高的铸件常采用淬火+高温回火的热处理工艺获得索氏体组织。

调质后的性能仅次于等温淬火。

对要求高强度耐磨的零件，可采用偏低温度回火；

对要求塑性和韧性高的零件，则可采用回火温度高一些。

1.4.3可锻铸铁的退火工艺

1.4.3.1可锻铸铁催化低温退火

低温退火工艺实际上是一次保温完成，石墨化的最佳温度是860~890℃。

采用催化低温退火后，退火周期由原40h左右缩短到20~30h。

1.4.3.2白口铸铁的可锻化退火（黑心可锻化退火）工艺

可锻化退火分为两个阶段。

第一阶段加热到900~1050℃保温，以使共晶渗碳体石墨化；

第二阶段在稍低于Ar1（720℃左右）的温度（一般为680℃）下长时间保温，以使二次渗碳体及共晶渗碳体石墨化，得到珠光体+棉絮状石墨

1.5模具热处理的强韧化和表面处理技术

模具是一种重要的加工工艺装备。

模具性能的好坏、寿命的高低，直接影响产品质量和经济效益。

模具材料、热处理及表面处理是影响模具性能和寿命的主要因素。

1．模具材料选择。

2．根据需要了解书中所列各种具体材料制造的具体类型模具强韧化工艺及改进工艺。

1.5.1模具预备热处理工艺操作技术

1.5.1.1退火工艺

退火工艺选择依据：

1、中碳钢、中碳合金钢的退火2、高碳钢、高碳合金钢模具

3、去应力退火：

退火温度一般选Ac1-（30～50℃），保温2～4h，空冷。

4、返修及翻新模具的退火：

翻新退火工艺：

碳钢及低合金钢退火温度取650～700℃，保温1～3h，空冷；

高合金钢退火温度取720～750℃，保温2～4h，空冷。

1.5.1.2模具钢的调质热处理

对于形状复杂而精度要求高的工模具，为减少淬火时变形，粗加工后进行调质处理。

1.5.2典型热模具处理技术

1.5.2.15CrMnMo钢热锻模的强韧化处理工艺

1、5CrMnMo钢热锻模贝氏体等温处理

2、5CrMnMo钢锤锻模预处理及低温淬火强韧化处理

淬火前910℃正火，细化了原始组织和碳化物，有利于淬火温度的降低。

760℃淬火正好是5CrMnMo钢的临界温度，奥氏体刚刚形成，晶粒细小，且含碳量低，淬火后出现较多的低碳马氏体。

出现一些细小分散铁素体，因数量少且均匀分布，对强度影响不大，但对提高韧性有利。

1.5.2.24Cr4Mo2WSiV钢热挤压模的处理技术

4Cr4Mo2WSiV挤压模与5CrNiMo挤压模比，使用寿命提高2倍以上。

1.5.3冷作模具常规热处理工艺的操作技术

合理地选择模具材料，正确地实施热处理工艺是保证模具寿命的关键技术。

1.5.3.1碳素工具钢模具的热处理工艺操作技术

1、退火工艺球化退火

2、淬火工艺

●当模具采用水淬或水淬油冷时，对棱角、螺孔、导销孔及危险截面处一般采用防护措施，如用石棉绳堵孔、铁皮包扎、增加工艺孔等。

●淬火加热，模具的淬火加热一般采用箱式炉或盐浴炉。

箱式炉加热时，工件应放在有效温度区；

用盐炉加热时，工件应浸入液面300mm以下。

●保温时间按模具有效厚度计算。

3、冷却剂及冷却方法

4、回火

1.5.3.2合金钢模具热处理工艺操作技术

1、退火工艺

2、淬火工艺：

（1）淬火加热；

（2）保温时间；

（3）冷却。

3、回火工艺

1.5.3.3冷冲模适用的化学热处理工艺

对以热疲劳失效为基本特点的压铸模，采用离子渗氮较为合适。

当温差＜400℃的热循环条件下，外加载荷拉应力小于550Mpa时，气体氮碳共渗可以有效地提高热疲劳断裂寿命。

1.5.4几种典型冷模具处理技术

（典型碳素工具钢、低合金工具钢、模具钢）

1.5.4.1T10A钢冷冲裁模具的强韧化热处理工艺

T10A钢冲头四步热处理工艺碳化物超细化处理可提高材料的冲击韧度，延长模具使用寿命。

基本原理。

1.5.4.29CrSi钢冷冲模具的热处理强韧化工艺

1、9CrSi钢冷冲模碳化物超细化处理工艺

经处理的9CrSi钢M10~M12螺栓切边模、螺母压角上冲模、螺栓镦扁冲头，螺母断料刀片、螺母开眼开冲等模具使用寿命提高0.5~1.5倍。

2、9CrSi钢冷冲模涂防氧化涂料淬火

通过处理的9CrSi模具，线切割时没有出现开裂的现象，模具使用寿命有明显提高。

3、9CrSi钢模具渗氮淬火复合热处理

渗氮复合处理后，模具使用寿命提高2~3倍。

4、9CrSi钢冲模的深冷处理

1.5.4.3Cr12MoV钢冲裁模控制热处理畸变的强韧化和表面处理工艺

要保证模具的尺寸精度在±

0.02mm以内，必须对Cr12MoV钢锻造、调质、淬火、回火等进行严格控制。

1、锻造2、退火3、调质

4、去应力退火5、淬火、回火

一般冷冲模微变形淬火工艺如图1.6-29（教材P234）所示。

淬火加热和冷却过程中的保温可降低热应力，从而减小变形趋势。

1.6刀具热处理常规工艺及热处理强韧化与表面处理技术

刀具是用来进行切削加工的工具。

要求具有高硬度、高耐磨性、良好的热稳定性、足够的塑性和韧性。

●了解内容

根据需要了解书中所列各种具体材料制造的具体刀具强韧化工艺及改进工艺。

1.6.1高速钢退火工艺

1、普通退火2、等温退火改进工艺

3、循环退火4、温加工+球化退火

5、锻造后快速球化退火

1.6.2高速钢刀具常规热处理工艺操作技术

W18Cr4V、W6MoCrV2、W9Mo3Cr4V高速钢刀具的技术要求为：

硬度63~66HRC；

一般刀具变形要求为：

刃部≤0.25mm，柄部≤0.mm；

外观不得有裂纹、烧熔的缺陷。

工艺流程。

1.6.2.1高速钢刀具工艺的质量控制技术

1、选择夹具的原则2、加热时间的计算原则

3、有效厚度选择的原则4、预热温度和时间的选择

5、高温盐浴炉加热6、冷却方式7、回火

8、防止高速钢刀具热处理过程中腐蚀的措施

（1）刀具在淬火过程中预防腐蚀的措施

（2）刀具在回火过程中预防腐蚀的措施

1.6.2.2高速钢的分级、等温淬火

与普通淬火相比，等温淬火获得超过50%以上贝氏体，提高了热硬性和无缺口冲击韧度、断裂韧度、抗弯强度，硬度略有降低。

又由于贝氏体比其他组织耐磨性好，所以等温淬火比普通淬火回火的高速钢刀具切削寿命高。

1.6.3高速钢刀具的表面处理技术

1、高速钢刀具的蒸气处理；

2、氧氮共渗法；

3、高速钢刀具硫氮共渗；

4、高速钢离子渗氮一离子轰击复合热处理；

5、高速钢刀具空心阴极离子镀氮化钛涂层；

6、碳氮氧硼四元共渗处理高速钢铣刀；

7、高速钢直柄麻花钻头五元共渗；

8、高速钢刀具稀土五元共渗法；

9、高速钢刀具真空渗碳；

10、高速钢刀具低温渗碳及复合处理工艺；

11、W18Cr4V高速钢大型精指铣刀的深层碳氮共渗复合处理。

1.7量具、工具类常规热处理工艺及控制淬火畸变和强韧化技术

量具应尺寸稳定，硬度高、耐磨性好及具有足够的韧性。

1.7.1量具常规热处理工艺的质量控制

量具的预备热处理可采用球化退火