金属学基础的热处理_金属材料及热处理_

热处理方法

1.退火

操作方法：将钢件加热Ac3 30~50度或Ac1 30~50度或Ac温度低于1后(可查阅相关资料)，一般随炉温慢冷却。

目的：1.降低硬度，提高塑性，提高切削加工和压力加工性能；2.细化晶粒，提高机械性能，为下一步做准备；3.消除冷热加工产生的内应力。

应用要点：1.锻件、焊接件及供应状态不合格的原材料适用于合金结构钢、碳工具钢、合金工具钢、高速钢；2.一般在毛坯状态下退火 。

2.正火

操作方法：将钢件加热Ac3或Accm 以上30~50度，冷却速度略大于退火。

目的：1.降低硬度，提高塑性，提高切削加工和压力加工性能；2.细化晶粒，提高机械性能，为下一步做

应用要点：正火通常用作锻件、焊接件和渗碳部件的预热处理工艺。低碳、中碳碳结构钢、低合金钢件性能要求低，也可作为更终热处理。对于一般中高合金钢，空冷会导致完全或局部淬火，因此不能作为更终热处理工艺。

3.淬火

操作方法：将钢加热到相变温度Ac3或Ac保温一段时间以上，然后在水、硝盐、油或空气中快速冷却。

目的：淬火一般是为了获得高硬度的马氏体组织，有时是为了获得单一均匀的奥氏体组织，以提高耐磨性和耐腐蚀性。

应用要点：1.碳钢和合金钢一般用于含碳量大于0.3%的碳钢和合金钢；2.淬火能充分发挥钢的强度和耐磨性潜力，但同时会产生较大的内应力，降低钢的塑性和冲击韧性，因此需要回火以获得更好的综合力学性能。

4.回火

操作方法：将淬火钢件重新加热至Ac保温后，在空气或油、热水、水中冷却以下温度。

目的：1.淬火后减少或消除内应力，减少工件变形开裂；2.调整硬度，提高塑性和韧性，获得工作所需的力学性能；3.稳定工件尺寸。

应用要点：1.淬火后保持钢的高硬度和耐磨性高弹性和屈服强度，保持高冲击韧性和塑性，有足够的强度；2.一般钢尽量避免230~280度不锈钢400度~回火在450度之间，因为此时会产生回火脆性。

5.调质

操作方法：淬火后高温回火称调质，即将钢件加热到比淬火时高10~20度温度，绝缘后淬火，然后400度~在720度的温度下回火。

目的：1.提高切削性能，提高加工表面光洁度；2.淬火时减少变形开裂；3.综合力学性能好。

应用要点：1.适用于合金结构钢、合金工具钢合金工具钢和高速钢；2. 不仅可以作为各种重要结构的更终热处理，还可以作为一些紧密部件，如丝杠，以减小变形。

6.时效

操作方法：将钢加热到80~200度，保温5~20小时冷却20小时或更长时间。

目的：1. 稳定钢件淬火后的组织，减少储存或使用过程中的变形；2.磨削后降低淬火和内应力，稳定形状和尺寸。

应用要点：1. 适用于淬火后的各种钢种；2.常用于要求形状不变的紧密工件，如紧密丝杠、测量工具、床箱等。

7.冷处理

操作方法:在低温介质(如干冰、液氮)中冷却淬火钢件至-60~-80度或更低，温度均匀后取出均温至室温。

目的：1。将淬火钢中的残余奥氏体全部或大部分转化为马氏体，以提高硬度、强度、耐磨性和疲劳极限；2。 稳定钢的组织 ，以稳定钢的形状和尺寸。

应用要点:1。钢件淬火后应立即冷却，然后低温回火 ，以消除低温冷却时的内应力；2.冷处理主要适用于合金钢的紧密刀具、量具和紧密件。

8.火焰加热表面淬火

操作方法：用氧乙炔混合气体燃烧的火焰，喷射到钢件表面上，快速加热，当达到淬火温度后立即喷水冷却。

目的：提高钢表面硬度、耐磨性和疲劳强度，保持心脏韧性。

应用要点:1。多用于中碳钢制件，淬透层深度一般为2~6mm；2.适用于单件或小批量生产的大型工件和需要局部淬火的工件。

9.感应加热表面淬火

操作方法：将钢放入传感器中，使钢表面产生传感电流，在很短的时间内加热到淬火温度，然后喷水冷却。

目的：提高钢表面硬度、耐磨性和疲劳强度，保持心脏韧性。

应用要点：1。主要用于中碳钢和中堂合金结构钢件；2. 由于皮肤效应，高频感应淬火淬透层一般为1~2mm，中频淬火一般为3~5mm，高频淬火一般大于10mm．

10．渗碳

操作方法：将钢材放入渗碳介质中，加热至900~950度并保温，使钢材便面得到一定浓度和深度的渗碳层。

目的：提高钢表面硬度、耐磨性和疲劳强度，心脏仍然保持韧性。

应用要点:1。用于含碳量为0.15%~0.25%的低碳钢和低合金钢制件，渗碳层深度为0.5~2.5mm；2.渗碳后必须淬火，使表面得到马氏体，以达到渗碳的目的。

11．氮化

操作方法：利用5..~600度氨分解的活性氮原子，使钢表面饱和氮，形成氮化层。

目的：提高钢表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。

应用要点：主要用于含有铝、铬、钼等合金元素的碳合金结构钢，以及碳钢和铸铁，氮化层深度为0.025~0.8mm．

12．氮碳共渗

操作方法：同时向钢件表面渗碳渗氮。

目的：提高钢表面的硬度、耐磨性、疲劳强度和耐腐蚀性。

应用要点:1。主要用于低碳钢、低合金结构钢和工具钢制件，氮化层一般为0.02~3mm；2.氮化后淬火和低温回火。

例1： 几种常用钢的热处理方案

Q345： 这种钢用于建筑、桥梁等，屈服强度345MPa一般采用正火处理，碳量0.12-0.2%左右。

20Cr：碳含量0.2%左右，可用作建筑用钢，正火即可；也可用作渗碳钢，渗碳淬火。

GCr15: 轴承钢碳含量约1% ，淬火温度一般为860C,180C低温左右回火。

60Si2Mn：碳含量0的弹簧钢.6%左右，淬火温度860C,中温回火（450C左右）。

0Cr18Ni9Ti：奥氏体不锈钢碳含量低于0.06%一般用于1050C左右固溶(即加热水冷)，提高耐腐蚀性。

实例: 45#CrMo、20CrMo如何达到45HRC硬度要求

45＃钢和42CrMo可直接淬火+回火HRC硬度要求；

20CrMo 经渗碳淬火+回火也能满足45HRC硬度要求。

用40CrMo.45#齿轮通常是正火[或调质]和表面淬火.20CrMo 用渗碳淬火.不仅仅是满足硬度要求.这类零件需要一定的接触疲劳强度.

实例三: GCr15钢热处理工艺参数

GCr15钢是合金含量低、性能好、应用更广泛的高碳铬轴承钢。淬火回火后硬度高、均匀、耐磨性好、接触疲劳性能高。钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性大，回火脆性大。

化学成分/元素含量(%)

C：0.95-1.05

其热处理系统为：钢棒退火、钢丝退火或830-840度油淬。

热处理工艺参数：

1.普通退火：790-810度加热，炉冷至650度后，空冷——HB170-207

2.等温退火：790-810度加热，710-720度等温，空冷——HB207-229

3.正 火:900-920度加热，空冷——HB270-390

4.高温回火：650-700度加热，空冷——HB229-285

5.淬火：860度加热，油淬火——HRC62-66

6.低温回火：150-170度回火，空冷——HRC61-66

7.碳氮共渗：820-830度共渗.5-3小时，油淬，-60度至-70度深冷处理 150度至 160回火——HRC≈67

来源：维珍特种铸造