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热处理工艺规程模板
浙江XX重型锻造有限公司
热处理中心
文件名称：
热处理工艺规程
文件编号：
HT/GC-01-A
制订：
日期：
.9.10
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日期：
.9.12
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日期：
.9.15
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A/0共12页
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生效日期：
.9.15
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热处理工艺规程
1.0热处理工艺规范
1.1退火及其目标
把钢加热到其一合适温度并保温，然后缓慢冷却热处理方法，称为退火。
依据退火目标和工艺特点，可分为去应力退火，再结晶退火、完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和均匀化退火等。
退火目标关键有以下几点：
（1）降低硬度，改善切削加工性能。
（2）细化晶粒，改善钢中碳化物形态和分布，为最终热处理做好组织准备。
（3）消除内应力，消除因为塑性变形加工、切削加工或焊接造成内应力和铸件内残留内应力，以减小变形和预防开裂。
（4）使碳化物球状化．降低硬度。
（5）改善或消除钢在铸造、铸造和焊接过程中形成多种组织缺点，预防产生白点。
在大多数情况下，退火通常为预备热处理，通常安排在铸造或铸造以后．粗加工之前，目标是为了降低硬度．改善切削加工性能，细化组织，为最终热处理做组织准备。
对于部分要求不很高工件，退火也可作为最终热处理。
消除内应力退火往往在铸造、焊接、压力加工或粗加工以后。
1.2均匀化退火
（1）定义：
均匀化退火也称扩散退火，是把钢加热到远高于Ac3或Acm温度，经长时间保温，然后缓慢冷却热处理工艺。
（2）目标：
是使钢成份均匀化，消除成份偏析。
在高温下，钢中原子含有大活动能量，有利于原子进行充足扩散，从而消除成份偏析及组织不均匀性。
以减轻钢在热加工时产生脆裂倾向和消除铸钢件内应力，并提升其力学性能。
（3）范围：
适适用于铸钢件及含有成份偏析锻轧件。
（4）工艺：
加热温度为Ac3+150～200℃，保温时间为10～20h,随炉缓冷至350℃以下出炉。
因为退火加热温度很高，保温时间又长，很轻易引发晶粒长大，需在退火后进行细化晶粒处理，如进行压力加工使晶粒碎化，或经过完全退火、正火使晶较细化。
1.3再结晶退火
（1）目标：
A、消除加工硬化，降低硬度。
B、消除冷塑性变形后内应力。
（2）范围：
关键用于冷变形加工工件。
如工件经冷冲压或拉伸后，为降低硬度，便于继续进行冷变形加工，均需进行再结晶退火，也称工序间退火。
对于一些冷变形加工零件，为消除加工硬化及内应力，再结晶退火也可作为最终热处理。
（3）工艺：
再结晶退火温度Ac1－50～150℃。
碳钢再结晶退火温度通常为600～700℃。
因为再结晶温度和钢化学成份及冷塑性变形量相关，所以应依据具体情况确定。
温度太高，晶粒会显著长大；温度过低，再结晶过程不能完全进行，晶粒大小不均匀。
保温后空冷。
1.4去应力退火
（1）定义：
去应力退火通常是将工件缓慢加热到Ac1以下一定温度，保温一段时间，然后缓慢冷却热处理工艺。
（2）目标：
是消除工件内应力，以降低和预防工件在后续加工和使用过程中发生变形或开裂。
（3）范围：
适适用于铸件、锻件、焊接件、机械加工和形变加工后工件。
（4）工艺：
去应力退火温度为Ac1－100～200℃。
在这一温度下，工件内部组织不发生改变。
加热温度越高，内应力消除得越根本。
当温度超出以600℃时，应力即可基础完全消除。
机械加工中去应力退火应在粗加工以后、精加工之前进行，退火温度应取下限或更低些。
对薄壁或焊接件，为预防其变形，退火温度应合适降低。
对于淬火（经回火）或调质过工件，去应力退火温度应低于回火温度，以免降低硬度和强度。
保温时间和工件大小及装炉量相关，通常为2～4h。
工件截面厚度较大或装炉量较大时，保温时间可取上限或合适延长。
为避免冷却过程中造成新热应力，保温后应缓慢冷却，通常随炉冷至300℃以下出炉空冷。
1.5完全退火
（1）定义：
把钢加热到Ac3以上温度，保温一段时间，然后缓慢冷却退火方法称为完全退火。
（2）目标：
A、降低硬度。
完全退火后得到片层较厚珠光体，消除了由铸造、铸造、焊接后因为冷却较快而造成了硬度较高组织，改善了切削加工性能。
B、细化晶粒。
铸件在浇铸后缓慢冷却，锻件在停锻时，温度过高，焊接件焊缝处温度过高，工件热处理时温度过高全部会使组织出现晶粒粗大和组织不均等现象。
采取完全退火，能够将粗大晶粒转变为细小晶粒。
C、钢在加热和缓慢冷却过程中，还能够消除在形变和快冷过程中产生残留内应力。
（3）范围：
关键用于亚共析钢碳钢和合金钢，包含铸钢件、锻轧件、焊接件等。
完全退火不能用于过共析钢。
（4）工艺：
A、加热温度。
完全退火加热温度通常为：
碳钢加热到Ac3+30～50℃,合金钢加热到Ac3+30～70℃。
为改善低碳钢切削加工性能，或使高合金碳化物充足溶解，可合适提升奥氏体化温度；但过高加热温度是不可取。
常见结构钢退火温度及退火后硬度见附录
B、保温时间。
确定保温时间标准是确保奥氏体充足均匀化，其时间长短和零件有效厚度、工件排列方法和装炉量大小等原因相关。
在箱式电阻炉中退火，保温时间可按有效厚度计算（1.5～2.5min/mm）。
工件排列越紧密，装炉量越大，保温时间越长。
C、冷却速度。
冷却速度对退火后组织及其性能影响较大，应依据钢种和要求性能而定。
退火后组织应为珠光体。
当冷却速度太快时，珠光体片层太薄，硬度就偏高，不利于切削加工。
若冷却过慢，则会出现大块铁素体且生产效率会降低。
故冷却速度通常为30～120℃／h。
生产中通常采取随炉冷却方法，冷至500℃以下，即可出炉空冷。
1.6不完全退火
（1）定义：
是将钢加热到Ac1～Acm（过共析钢）或Ac1～Ac3（亚共析钢）之间，保温后缓慢冷却退火方法。
（2）目标：
和完全退火相同。
（3）范围：
通常见于中、高碳钢和低合金钢锻轧件及冲压件等。
关键用于过共析钢退火。
对于亚共析钢来说，假如钢原始组织良好，晶粒细小，只是为降低硬度或消除内应力，也能够进行不完全退火。
（4）工艺：
加热温度为Ac1+40～60℃，保温后随炉缓慢冷却到500℃以下空冷。
保温和冷却工艺参数和完全退火相同。
1.7等温退火
（1）定义：
等温退火是将钢加热到Ac1或Ac3以上温度，保温一定时间后快速过冷到Ar1以下某一温度，并保持一段时间，使其全部转变为珠光体组织后出炉空冷热处理方法。
（2）目标:
细化组织和降低硬度，预防产生白点。
（3）范围：
适适用于中碳合金网和高合金钢大到铸锻件及冲压件。
（4）工艺：
A、加热温度。
等温退火加热温度通常为：
亚共析钢加热到Ac3+30～50℃，共析钢和过共析钢加热到Ac1+20～40℃。
B、等温温度。
依据所要求性能，从钢奥氏体等温转变图上选择，通常为Ar1－20～30℃。
等温温度越高，所得到组织越粗，硬度越低。
C、等温时间。
由等温温度线和等温转变终了线交点确定。
因为工件大小、装炉量等原因影响，为确保奥氏体全部转变，等温时间可长部分。
通常，碳钢等温时间为2～4h，合金钢3～6h。
D、冷却。
在等温过程中组织已完全转变，等温后空冷即可。
（5）优点：
经过选择等温温度来取得预期组织和性能，且组织均匀性和性能一致性全部很好，合金钢可得到较低退火硬度，退火周期比较短。
常见工具钢等温退火参数及硬度值见附录。
1.8球化退火
（1）定义：
使钢中碳化物球状化退火方法称为球化退火。
（2）目标：
A、降低硬度，改善切削加工性能。
钢经球化退火后，形成球状碳化物含有比片状碳化物低硬度，有利于改善切削加工性能。
B、细化组织，为淬火做好组织准备。
在淬火加热过程中，因为球状碳化物比片状碳化物较难溶于奥氏体，所以能够阻止晶粒长大，降低和预防钢过热。
球化退火后得到组织均匀，有利于降低淬火畸变和开裂倾向。
C、提升淬火工件耐磨性。
因为球状碳化物在工件淬火后被完全保留下来，且均匀地分布在马氏体基体上，这些细而硬小颗粒能够有效地提升工件耐磨性。
（3）范围：
适适用于共析钢或过共析钢件退火，如工具、模具、轴承等。
（4）工艺：
球化退火有一般球化退火、等温球化退火和周期球化退火等。
1）一般球化退火
A、加热温度。
加热温度为Ac1+10～20℃。
加热温度过高，溶入奥氏体中碳化物太多．则会降低球化成核率，轻易形成片状珠光体。
假如加热温度过低．则珠光体中片状碳化物溶解不够，部分片状碳化物可能因未溶解而保留下来，可能得到细粒状和片状混合珠光体组织。
B、保温时间。
其时间长短和零件有效厚度、工件排列方法和装炉量大小等原因相关。
因为球化退火温度比完全退火低，故球化退火保温时间应比完全退火稍长些。
C、冷却。
工件保温后以20～40℃/h速度冷却至500℃以下出炉空冷。
冷却速度影响着退火组织中碳化物颗粒大小和分布均匀性。
在同一退火温度下，增大冷却速度，因碳化物来不及聚集和长大，而得到细小而弥散度较大组织，使硬度偏高，不利于切削加工。
冷却速度过小，碳化物轻易聚集成较大颗粒。
通常，球化退火保温后，直接缓慢冷却冷却速度应比一般退火慢些。
这种退火方法球化较充足，但生产周期长。
适适用于截面大工件及装炉量大情况。
2）等温球化退火
其加热温度为Ac1+20～30℃，保温后冷却到Ar1－20～30℃，等温一段时间（等温时间取决于等温转变曲线及工件截面尺寸大小），然后随炉冷却至500℃以下出炉空冷。
这种方法退火后组织比较均匀，且易于控制，生产周期较短。
3）周期球化退火
它是将钢在Ac1＋10～20℃加热，保温后在Ar1－20～30℃等温一段时间，如此反复进行数次等温球化退火，然后随炉冷至500℃以下出炉空冷。
这种方法得到球状碳化物不够均匀，且操作较麻烦，生产中应用较少，关键用于原始组织为粗片状珠光体情况。
1.9正火
（1）定义：
正火是把钢加热到Ac3（亚共析钢）或Acm（过共析钢）以上合适温度，保温后在空气中冷却热处理方法。
（2）范围：
A、作为低碳钢和一些低合金结构铸钢及锻件消除应力、细化组织、改善切削加工性能和淬火前预备热处理。
B、消除网状碳化物，为球化退火作准备。
C、用于一些碳素钢、低合金钢工件在淬火返修时，消除内应力和细化组织，以防重新淬火时产生开裂和变形。
D、作为一般结构件最终热处理。
部分受力不大，只需一定综协力学性能结构件，采取正火就能满足其使用性能要求。
（3）工艺：
A、加热温度。
亚共析钢加热温度为Ac3+30～50℃，过共析钢加热温度为Acm+30～50℃。
B、保温时间。
保温时间和工件有效厚度相关，以工件截面温度均匀为标准（保温时间计算可参考淬火）。
C、冷却。
正火工件冷却通常为空冷，大型工件依据截面尺寸大小，可采取风冷或喷雾冷却，以取得预期组织和性能。
1.10淬火
（1）定义：
淬火是把钢加热到Ac3或Ac1以上温度，保温一定时间，然后以合适方法冷却，以取得马氏体或（和）贝氏体组织热处理工艺。
工件经淬火和回火处理后，其组织和淬火前相比发生了很大改变，力学性能有很大提升，能够充足地发挥材料潜力，使工件含有良好使用性能。
（2）目标：
A、提升工件力学性能，如硬度、强度、耐磨性、弹性极限等。
B、改善一些特殊钢种物理性能或化学性能，如耐蚀性、磁性、导电性等。
（3）工艺：
淬火温度关键取决于钢化学成份，再结合具体工艺原因综合考虑决定，如工件尺寸、形状、钢奥氏体晶粒长大倾向、加热方法及冷却介质等。
1）淬火温度
A、亚共析钢淬火温度为Ac3+30～50℃。
亚共析钢加热到这一温度范围时，钢中铁素体完全溶于奥氏体中，成为细晶粒奥氏体，淬火后便得到晶粒细小马氏体。
若加热温度过高，奥氏体晶粒轻易长大，淬火后便得到粗针状马氏体，使钢性能变坏，且淬火时轻易出现变形和开裂现象。
假如加热温度在Ac1和Ac3之间，铁素体不能完全溶人奥氏体，淬火后便被保留下来得到组织为马氏体＋铁素体。
因为铁素体硬度很低，强度也很低，不能使钢达成要求力学性能，所以亚共析钢淬火温度通常选择在Ac3+30～50℃之间。
B、过共析钢淬火温度为Ac1+30～50℃。
在此温度加热，过共析钢组织为奥氏体和渗碳体，淬火后组织是马氏体和渗碳体，颗粒细小渗碳体是均匀地分布在马氏体基体上。
因为渗碳体硬度比马氏体更高，更增加了钢耐磨性。
这对提升工具钢耐磨性能尤为关键。
假如加热温度在Acm以上，渗碳体就会完全溶于奥氏体中，并使奥氏体晶粒长大，提升了奥氏体稳定性，淬火后得到粗大马氏体和较多残留奥氏体，不仅使钢脆性增加，而且使淬火硬度下降，耐磨性降低；同时增加了氧化、脱碳和畸变、开裂倾向。
所以过共析钢不能采取过高加热温度。
不过，过低加热温度也是不可取，会使奥氏体稳定性下降，轻易分解为非马氏体组织，影响淬火后硬度。
C、共析钢淬火温度和过共析钢相同。
D、合金钢淬火温度范围为Ac1或Ac3+30～50℃。
E、高速钢、高铬钢及不锈钢应依据要求合金碳化物溶入奥氏体程度来选定。
F、对于过热敏感性强钢（如锰钢）及脱碳敏感性强钢（如钼钢），不宜选择上限温度。
2）保温时间
在实际应用中，通常对升温时间不予考虑，只计算保温时间。
保温时间可按下列经验公式计算：
T＝αKD
式中
T：
保温时间（min）
α：
保温时间系数（min/mm）。
碳素钢1.0～1.5；低合金钢1.2～1.8；高合金钢1.5～2.2。
K：
工件装炉方法修正系数，通常为1.0～2.0
D：
工件有效厚度
3）冷却
依据工件大小和材料，选择空淬、油淬或水淬。
1.11回火
（1）定义：
回火是把淬火后工件加热到A1以下合适温度，保温一定时间，以一定方法冷却热处理工艺。
回火是伴随于淬火后进行一个热处理操作。
通常情况下，工件淬火后全部要进行回火，而且是热处理最终工序，对工件性能影响很大，能够说决定了工件使用性能和寿命。
（2）目标：
A、使工件得到所要求力学性能。
工件淬火后，硬度高．脆性大，为了达成技术要求力学性能，能够经过回火来调整到期望得到硬度、强度、塑性和韧性。
B、减小或消除内应力。
工件淬火后存在很大内应力，立即回火能够消除应力，降低畸变和预防开裂。
C、稳定尺寸。
工件淬火后组织通常为马氏体和部分残留奥氏体，这两种组织全部不稳定，会自发地发生转变，引发工件尺寸和形状改变。
经过回火能够促进这些转变，使组织趋于稳定，以确保在使用过程中不再发生变形。
（3）工艺：
A、回火温度。
回火温度关键是依据工件要求硬度来确定。
B、回火时间。
应依据工件材料、有效厚度、装炉量和设备来确定。
4.1.12调质
调质处理钢经淬火和高温回火双重处理，称为调质处理。
调质处理后组织为含有一定弥散度细粒状珠光体组织―回火索氏体。
回火索氏体含有良好综协力学性能，即含有高强度和良好塑性和韧性。
调质处理既可用于预备热处理，也可用于最终热处理。
用于预备热处理时，关键是为最终热处理做好组织准备，同时也是为了满足部分工件（如表面淬火工件）心部力学性能要求。
常见钢调质处理规范见附录。
2.0热处理工艺操作
（1）应注意工件摆放位置，确保均匀加热，预防过热。
使用煤气炉或天然气炉时，注意不要使喷嘴或火焰直接对工件加热。
（2）轴类及细长杆工件，要注意工件放置，以防变形。
（3）完全退火装炉时，通常中小型碳钢和低合金钢工件，可不控制加热速度，直接装入已升温至退火温度炉内；也可低温装炉，随炉升温。
对于中、高合金或形状复杂大件，低温装炉，分段升温，并控制升温速度不超出100℃/h。
（4）大型工件去应力退火，应低温装炉，缓慢升温，以防因为加热过快而产生热应力。
（5）正火空冷时尽可能放在平坦地面上；不管何种工件，在空冷时全部要散开放置于干燥处空冷，不得堆放或重合，不得置于潮湿处或有水地方，以确保冷却速度均匀，硬度均匀。
（6）材质不一样，但加热温度相同工件能够在同一炉中加热。
（7）截面大小不一样工件，在同一炉中加热时，小件应放在炉膛外端。
（8）通常情况下，水温不超出40℃，油温不超出80℃。
3.0热处理质量检验规范
3.1热处理前质量检验
按《进货检验指导书》进行。
（1）外观检验
表层不应有肉眼可见裂纹，或影响热处理夹杂，折叠等缺点。
（2）化学成份检验
按《化学分析试验指导书》进行。
化学成份应该符合对应标准。
3.2热处理后质量检验
按《最终检验指导书》进行。
（1）外观检验
表层不应有肉眼可见裂纹，或超出技术要求变形如发觉，应汇报相关人员给予处理。
（2）硬度检验
依据《里氏硬度检验指导书》、《布氏硬度计操作规程》和《洛氏硬度计操作规程》进行。
（3）金相检验
用户有要求时，按《金相检测指导书》进行。
（4）力学性能检验
用户有要求时，按《机械性能试验指导书》。
（5）超声波探伤检验
用户有要求时，按《超声波检测指导书》。
3.3如发觉不合格品应按《不合格品控制程序》处理。
不合格重新进行处理件，若反复处理2次仍达不到质量要求者，应按报废处理。
4.0交货
最终检验合格，全部检验数据填入《质量证实书》，热处理中心主任签发《质量证实书》，交给发货部门发货。
附录A：
船用锻件热处理工艺规范
1.锻件热处理
1.1碳钢和碳锰钢锻钢件应采取下列之一热处理法：
（1）完全退火
（2）正火
（3）正火+回火
（4）淬火+回火
1.2合金钢锻钢件可采取下列之一热处理方法
（1）淬火加回火
（2）正火加回火
其中回火温度应不低于550°C
当合金钢采取正火加回火处理时，其力学性能应符合公认国际或国家标准要求。
1.3锻钢件经热处理后，需经受局部加热，进行热矫直或冷矫直，
应对该锻钢件作消除残余应力处理。
对需要作表面硬化处理锻钢件应将其工艺规程提交船级社备查，且制造厂应经过试验证实该锻钢件表面硬化层硬度和深度，确能达成要求质量而又不致损害锻件本体性能。
锻件应保留载明所采取热处理炉、炉料批号、处理日期、保温温度和时间等信息热处理统计。
在验船师有要求时应出示统计。
1.4船用锻钢件热处理规范及工艺规程
（1）标准:
按锻件要求力学性能制订退火，正火加回火，淬火，回火热处理工艺，并实施（GB/T16923-97、GB/T6924-97、JB/T6049-92a，JB/10175-）标准。
（2）要求:
按锻件材质技术条件合理制订热处理工艺，并依据锻件钢种明确要求升温速率和均温，保温时间，淬火冷却方法满足力学性能要求。
（3）具体工作:
按工艺要求进行装炉，严格监控炉温。
按仪表和自动统计纸划线，正确填写操作统计。
并按工艺规程要求进行操作。
（4）具体热处理工艺：
低碳钢、低碳锰钢热处理工艺
中、高碳合金钢热处理工艺
注：
依据锻件钢种和最大截面积规格制订保温时间和正火温度。
中、高碳合金钢淬火、回火工艺
注：
低中碳合金可水淬油冷，高碳高合金钢油冷，也可依据碳当量而定，时间可依据锻件钢种、规格制订。
常见材料热处理工艺及方法
钢号
工序
工艺规范
冷却方法
硬度（HB）
20#
正火
880-920℃
空冷
≤149
30#
正火
850-900℃
空冷
≤179
45#
正火
850-870℃
空冷
170-217
淬火
820-840℃
水冷
55-60HRC
回火
520-560℃
空冷
228-286
20Mn
正火
900-930℃
空冷
≤179
40Mn
正火
840-870℃
空冷
淬火
840-860℃
水冷+油冷
52-58HRC
回火
580-620℃
空冷
228-241
20Mn2
正火
870-890℃
空冷
≤187
40Cr
正火
850-870℃
空冷
187-220
淬火
840-870℃
水冷+油冷
54-59HRC
回火
560-580℃
空冷
28-32HRC
35CrMo
淬火
820-850℃
水冷+油冷
52-56HRC
回火
570-590℃
空冷
235-277
42CrMo
淬火
850-860℃
水冷+油冷
41-52HRC
回火
580-620℃
空冷
241-285
附录B：
常见结构钢完全退火工艺规范
钢号
退火温度/℃
退火后硬度HBW
35
850-880
≤187
45
820-840
≤207
35CrMo
830-850
197-229
40Cr
840-860
≤207
40MnB
820-860
≤207
40CrNiMo
840-880
197-229
42CrMo
810-870
197-229
50CrVA
810-870
179-255
65Mn
790-840
197-229
38CrMoAl
900-930
≤229
附录C：
常见工具钢等温退火工艺规范
钢号
工艺参数
硬度HBW
加热温度/℃
等温温度/℃
T8A
740－760
650－680
≤187
T10A
750－770
680－700
≤197
T12A
750－770
680－700
≤207
9CrSi
790－810
700－720
197－241
CrWMn
770－790
680－700
207－255
GCr15
790－810
710－720
207－229
Cr12MoV
850－870
720－750
207－255
W18Cr4V
850－880
730－750
207－255
W6Mo5Cr4V2
850－870
740－750
≤255
5CrMnMo
760－780
≈680
197－241
5CrNiMo
850－870
≈680
197－241
3Cr2W8
850－860
720－740
－
附录D：
常见钢正火工艺规范
钢号
正火温度/℃
硬度HBW
备注
35
860-900
≤197
45
840-880
170-217
20Cr
870-900
143-197
20CrMnTi
920-970
160-207
35CrMo
850-880
241-285
40Cr
870-890
179-229
40MnB
860-920
197-207
40MnVB
860-890
159-207
正火或高温回火
40CrNi
840-870
≤250
50CrVA
850-880
≤302
50Mn2
820-860
197-241
正火或高温回火
40CrNiMoA
890-920
220-270
38CrMoAlA
930-970
179-229
正火或高温回火
T8
760-780
241-302
T10
810-850
255-321
T12
850-870
269-341
9Mn2V
860-880
－
消除网状碳化物
GCr15
900
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