金相组织和热处理.docx

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金相组织和热处理

Ac1线又叫做共析线，是指含碳量在0.77%~2.11%的铁碳合金冷却到此线时，在727度恒温下发生共析转变，即A0.77%→F0.0218%+Fe3C。

Ac3是加热时铁素体转变为奥氏体的终了温度。

钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms（马氏转变温度）以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。

通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。

工艺过程包括加热、保温、冷却3个阶段。

回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。

回火一般紧接着淬火进行，其目的是：

（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；（c）稳定组织与尺寸，保证精度；（d）改善和提高加工性能。

因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。

按回火温度范围，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。

（1）低温回火

（1）低温回火工件在250℃以下进行的回火。

目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。

力学性能：

58～64HRC，高的硬度和耐磨性。

应用范围：

刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。

（2）中温回火

（2）中温回火工件在250～500℃之间进行的回火。

目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。

1预先热处理回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。

力学性能：

35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。

应用范围：

弹簧、锻模、冲击工具等。

（3）高温回火（3）高温回火工件在500℃以上进行的回火。

目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。

回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。

力学性能：

200～350HBS（约20-35HRC），较好的综合力学性能。

应用范围：

广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。

工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质。

调质不仅作最终热处理，也可作一些精密零件或感应淬火件预先热处理。

正火是将工件加热到适当温度（Ac3或ACcm以上30～50℃）（见钢铁显微组织），保温后在空气中冷却的金属热处理工艺。

正火主要用于钢铁工件。

一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。

有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。

与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。

钢正火后的硬度比退火高。

正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。

对于含碳量低于0.25％的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。

对含碳量为0.25～0.5％的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。

对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。

高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。

2钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。

常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。

正火是将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。

正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。

正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。

故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。

大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。

一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。

45钢（45钢表示钢中平均碳的质量分数为0.45%）正火和调质后性能比较见下表所示。

45钢（φ20mm～φ40mm）正火和调质后性能比较力学性热处理方法力学性能（抗拉强度）δs）σb/Mpa700～800750～850δ×100能（屈服强度力学性能（冲击功或冲击韧性）Ak/JHBS163～220210～250索氏体+铁素体回火索氏体力学性能组织正火15～2040～64调质20～2564～96钢淬火后在300℃左右回火时，易产生不可逆回火脆性，为避免它，一般不在250～350℃范围内回火。

含铬、镍、锰等元素的合金钢淬火后在500～650℃回火，缓冷易产生可逆回火脆性，为防止它，小零件可采用回火时快冷；大零件可选用含钨或钼的合金钢。

3正火，又称常化，是将工件加热至Ac3或Accm以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。

其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。

正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。

另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

正火的主要应用范围有：

①用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。

②用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。

③用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。

④用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。

⑤用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。

⑥用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。

⑦过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。

正火后的组织：

亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。

退火将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却（通常是缓慢冷却，有时是控制冷却）的一种金属热处理工艺。

目的是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。

退火工艺随目的之不同而有多种，如等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。

1、金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。

2、把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。

退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。

也叫焖火。

4退火目的退火目的

（1）降低硬度，改善切削加工性；

（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

在生产中，退火工艺应用很广泛。

根据工件要求退火的目的不同，退火的工艺规范有多种，常用的有完全退火、球化退火、和去应力退火等。

退火方法退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的,如碳素钢以铁碳平衡图为基础（图1）。

各种钢（包括碳素钢及合金钢）的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。

各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。

重结晶退火完全退火）重结晶退火（完全退火）应用于平衡加热和冷却时有固态相变（重结晶）发生的合金。

其退火温度为各该合金的相变温度区间以上或退火以内的某一温度。

加热和冷却都是缓慢的。

合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。

这种退火方法，相当普遍地应用于钢。

钢的重结晶退火工艺是:

缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上30～50℃，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。

通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体（或者还有先共析铁素体或渗碳体）。

退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度5在Ac1与Ac3之间（亚共析钢）或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。

前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。

后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。

此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。

此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶,晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力,改善被切削性。

此外,退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火,也是不完全退火。

重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为α相（密排六方结构），高温为β相（体心立方结构），其中间是“α+β”两相区，即相变温度区间。

为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为β相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使β相再转变为α相或α+β两相的细小晶粒。

等温退火应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法。

对钢来说，是缓慢加热到Ac3（亚共析退火钢）或Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间,使钢奥氏体化,然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来（通常是出炉在空气中冷却）。

等温保持的大致温度范围在所处理钢种的等温转变图上A1至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内（见过冷奥氏体转变图）；具体温度和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图2）。

等温温度不可过低或过高，过低则退火后硬度偏高；过高则等温保持时间需要延长。

钢的等温退火的目的，与重结晶退火基本相同,但工艺操作和所需设备都比较复杂,所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。

后者若采用重结晶退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能大大缩短生产周期，并能使整6个工件获得更为均匀的组织和性能。

等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用。

例如,若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时，当心部转变为马氏体之时，在已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹;若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入700℃左右的等温炉内，保持等温直到珠光体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹。

含β相稳定化元素较高的钛合金，其β相相当稳定，容易被过冷。

过冷的β相，其等温转变动力学曲线（图3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似。

为了缩短重结晶退火的生产周期并获得更细、更均