热处理总结

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：W、Mo。

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~M s共析钢（0.77%）大概230℃左右保温，M s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（M s~200℃保温），片状马氏体（200~M f℃保温），一般我们想尽可能多的获得板条状M s，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M s，高碳钢易形成片状M s。

对中碳钢，由于含有板条和片状M s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M s。

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），保留较多的未溶解的碳化物，获得较多板条M s。

相反，奥氏体中的合金元素会细化晶粒，但同时阻碍奥氏体中碳的扩散析出，因此会增大形成片状M s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

总的来说，由于正火冷却速度比退火快，所以珠光体粒度更细，强度更高。

正火：（压共析钢：Ac3+30~50℃，（过）共析钢：Ac cm+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，采用炉冷。当加热温度高、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）T m（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%的亚共析钢预备热处理：正火或退火，优先选择正火，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M s（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M s，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M s，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，需要回火后快速冷却。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；

③对于调质处理的钢件，为了抑制回火脆性，采用油冷或水冷等快速冷却。

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，不能进行整体淬火回火，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

<低合金刃具钢

（780℃+200℃）

（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）、耐热钢、耐磨钢、耐候等。

按化学成分分类：碳素钢（低碳钢w c≤0.3%、中碳钢0.3%≤w c≤0.6%、高碳钢w c≥0.6%）、合金钢（低合金钢w≤5%、中合金钢5%≤w c≤10%、高合金钢w c≥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w p、w s均≤0.035%、优质合金结构钢w p、w s均≤0.035%）、高级优质钢（高级碳素结构钢w p、w s均≤0.030%、高级合金结构钢w p、w s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）