熱處理“四把火”詳解
2023-01-10 來自: 沈陽市(shi)中聯銅鋁業有限(xian)公司 瀏覽次數:1705
鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結構以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規律為制定正確的熱處理工(gong)藝提供了理(li)論依據，其熱處理(li)工(gong)藝參數(shu)的確定使具體(ti)工(gong)件滿足鋼的組織轉變規律，以獲得所(suo)需性能。
根據加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬(cui)火、回火）、表面(mian)熱(re)(re)處(chu)理(li)（表面(mian)淬(cui)火和(he)化學熱(re)(re)處(chu)理(li)）及形變熱(re)(re)處(chu)理(li)等。按照熱(re)(re)處(chu)理(li)在零件整(zheng)個(ge)生產工藝過程中(zhong)位(wei)置和(he)作用的不(bu)同，熱(re)(re)處(chu)理(li)工藝又分(fen)為預備熱(re)(re)處(chu)理(li)和(he)熱(re)(re)處(chu)理(li)。本(ben)文主要(yao)對(dui)普通熱(re)(re)處(chu)理(li)進行知識整(zheng)理(li)。
金屬加熱的物理過程
傳導 | 加熱介質與(yu)加熱工件表(biao)面接觸(chu)時，或受熱工件表(biao)面與(yu)心部(bu)之間、受熱部(bu)位與(yu)未受熱部(bu)分之間發生(sheng)的熱量傳輸 |
對流(liu) | 依(yi)靠液態(tai)或氣態(tai)加熱介質(zhi)的(de)分子(zi)相(xiang)對運動形成的(de)熱量傳輸(shu)(600-700℃以下) |
輻射 | 通過加熱體(ti)在高溫下產生的(de)(de)電(dian)磁波來傳遞能(neng)量(liang)的(de)(de)現象(xiang)(＞700℃，無需(xu)介質(zhi)) |
加熱方式與加熱介質
加熱的目的與要求
為了使鋼件(jian)(jian)在(zai)熱處理后獲(huo)得(de)(de)所需的性能，對(dui)于大多數熱處理工(gong)藝(yi)，都要(yao)將(jiang)鋼件(jian)(jian)加熱到(dao)高(gao)于臨界點的溫度，以獲(huo)得(de)(de)全(quan)部（或部分）奧(ao)氏體組織并使之(zhi)均勻化(hua)(hua)，這個(ge)過程稱為“奧(ao)氏體化(hua)(hua)”。
預備熱處理：退火、正火
預備熱處理目的：
（1）獲設細小均勻(yun)的組織、消除內應力
（2）調(diao)整硬度，便于機加工（HB170-250）
（3）為(wei)HT做好組織準備
退火(huo)(huo)(huo)和(he)(he)(he)正(zheng)火(huo)(huo)(huo)是生(sheng)產上應用很廣泛的(de)(de)預備熱(re)處(chu)理工(gong)藝(yi)。大部(bu)門機器零(ling)件(jian)及(ji)工(gong)、膜具的(de)(de)毛(mao)坯經退火(huo)(huo)(huo)或正(zheng)火(huo)(huo)(huo)后，不僅可以消除鑄件(jian)、鍛(duan)件(jian)及(ji)焊接件(jian)的(de)(de)內應力及(ji)成分和(he)(he)(he)組(zu)織(zhi)的(de)(de)不均勻性，而且也(ye)能(neng)(neng)(neng)改善(shan)和(he)(he)(he)調(diao)整鋼的(de)(de)力學性能(neng)(neng)(neng)和(he)(he)(he)工(gong)藝(yi)性能(neng)(neng)(neng)，為(wei)下道工(gong)序作(zuo)好組(zu)織(zhi)性能(neng)(neng)(neng)準備。對于(yu)一些受(shou)力不大、性能(neng)(neng)(neng)要求不高的(de)(de)機器零(ling)件(jian)，退火(huo)(huo)(huo)和(he)(he)(he)正(zheng)火(huo)(huo)(huo)亦可作(zuo)為(wei)熱(re)處(chu)理。對于(yu)鑄件(jian)，退火(huo)(huo)(huo)和(he)(he)(he)正(zheng)火(huo)(huo)(huo)通常就是熱(re)處(chu)理。
1）鋼的退火
退(tui)火(huo)是將鋼加熱至臨(lin)界點Ac1以上或以下(xia)溫(wen)度(du)，保溫(wen)以后隨(sui)爐緩慢(man)冷卻(que)以獲得近于(yu)平衡狀態組織(zhi)(zhi)(zhi)的(de)熱處理工(gong)藝。其主要目的(de)是均勻鋼的(de)化(hua)學成分及組織(zhi)(zhi)(zhi)，細化(hua)晶粒，調整(zheng)硬度(du)，消除內應力和加(jia)工(gong)硬化(hua)，改善鋼的(de)成形及切(qie)削加(jia)工(gong)性(xing)能，并為(wei)淬火作好組織(zhi)(zhi)(zhi)準備。
退火的工藝種類很多，根據加熱溫度可分為在臨界溫度（AC1或AC3）以上或以下的退火。前者包括完全退火、均勻化退火、不完全退火和球化退火；后者包括再結晶退火及去應力退火。各種退火方法的加熱溫度范圍如圖1所示。按照冷卻方式，退火可分為等溫退火和連續冷卻退火。
完(wan)全(quan)退(tui)火（完(wan)全(quan)奧(ao)氏體化）
完全退火是將鋼件或鋼材加熱至AC3以上20～30℃，保溫足夠長時間，使組織完全奧氏體化后緩慢冷卻，以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。它主要用于亞共析鋼（WC=0.3％～0.6％），其目的是細化晶粒，均勻組織，消除內應力，降低硬度和改善鋼的切削加工性。低碳鋼和過共析鋼不宜采用完全退火、低碳鋼完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。過共析鋼加熱至Accm以上奧氏體狀態緩冷退火時，有網狀二次滲碳體析出，使鋼的強度、塑性和沖擊韌度顯著降低。
不完全退(tui)火
不完全退火是將鋼加熱至AC1～AC3（亞共析鋼）或AC1～Accm（過共析鋼）之間，經保溫后緩慢冷卻以獲得近于平衡組織的熱處理工藝。由于加熱至兩相區溫度，基本上不改變先共析鐵素體或滲碳體的形態及分布。如果亞共析鋼原始組織中的鐵素體已均勻細小，只是珠光體片間距小，硬度偏高，內應力較大，那么只要進行不完全退火即可達到降低硬度、消除內應力的目的。由于不完全退火的加熱溫度低，過程時間短，因此對于亞共析鋼的鍛件來說，若其鍛造工藝正常，鋼的原始組織分布合適，則可采用不完全退火代替完全退火。
不完全退(tui)火(huo)用于過共析鋼主(zhu)要(yao)為了(le)獲得球狀珠(zhu)光體組織，以消除內應力，降(jiang)低強度，改善(shan)切削加工性能，故又(you)稱球化(hua)退(tui)火(huo)。實際上球化(hua)退(tui)火(huo)是(shi)不完全退(tui)火(huo)的一種(zhong)。
球化退火（不完全(quan)奧(ao)氏體化）
球化退火是使鋼(gang)中碳(tan)化物球化，獲得粒狀珠光體(ti)的(de)一種熱處理工藝。用于(yu)共析鋼(gang)、過共析鋼(gang)和合金工具鋼(gang)。其(qi)目的(de)是降低硬度(du)，均勻組織，改善切削加工性(xing)，并為(wei)淬(cui)火作(zuo)組織準備。
過共析鋼鍛件鍛后組織一般為片狀珠光體，如果鍛后冷卻不當，還存在網狀滲碳體。不僅硬度高、難于切削加工，而且增大鋼的脆性，淬火時容易產生變形或開裂。因此，鍛后進行球化退火，獲得粒狀珠光體。球化退火的關鍵在于奧氏體中要保留大量未溶碳化物質點，并造成奧氏體碳濃度分布的不均勻性。為此，球化退火加熱溫度一般在AC1以上20～30℃不高的溫度下，保溫時間亦不能太長，一般以2～4h為宜。冷卻方式通常采用爐冷，或在Ar1以下20℃左右進行較長時間等溫。
均(jun)勻化退(tui)火(huo)
均(jun)勻(yun)化(hua)(hua)退火(huo)(huo)又稱擴散(san)退火(huo)(huo)，它是將鋼錠、鑄件(jian)或(huo)鍛坯加熱至略低于固(gu)相線的溫度下長時間保溫，然后(hou)緩慢冷(leng)卻以(yi)消除化(hua)(hua)學成分不均(jun)勻(yun)現象的熱處理(li)工藝(yi)。其(qi)目的是消除鑄錠或(huo)鑄件(jian)在凝(ning)固(gu)過(guo)程中產生的枝晶(jing)偏(pian)析(xi)及區域(yu)偏(pian)析(xi)，使成分和組織均(jun)勻(yun)化(hua)(hua)。為使各元素在奧氏體(ti)中充分擴散(san)，均(jun)勻(yun)化(hua)(hua)退火(huo)(huo)加熱溫度很高(gao)，通常可按(an)有效截面或(huo)裝爐量大(da)小而定。一般均(jun)勻(yun)化(hua)(hua)退火(huo)(huo)時間為10～15h。
由于均勻化退火(huo)需要(yao)在高溫下長(chang)時間加熱，因此奧氏體晶(jing)粒十分粗大，需要(yao)再(zai)進(jin)行(xing)一(yi)次完全(quan)退火(huo)或(huo)正火(huo)，以(yi)細化晶(jing)粒、消除過熱缺陷。
去應力退火(huo)和再(zai)結晶(jing)退火(huo)
為了消除鑄件、鍛件、焊接件及機械加工工件中的殘留內應力，以提高尺寸穩定性，防止工件變形和開裂，在精加工或淬火前將工件加熱到Ac1以下某一溫度，保溫時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝稱為去應力退火。
鋼的去應力退火加熱溫度較寬，但不超過Ac1點，一般在500～650℃之間。鑄鐵件去應力退火溫度一般為500～550℃，超過550℃容易造成珠光體的石墨化。焊接鋼件的退火溫度一般為500～600℃。一些大的焊件構件，難以在加熱爐內進行去應力退火，常常采用火焰或工頻感應加熱局部退火，其退火加熱溫度一般高于爐內加熱。去應力退火保溫時間也要根據工件的截面尺寸和裝爐量決定。鋼的保溫時間為3min/mm，鑄鐵的保溫時間為6min/mm。去應力退火后的冷卻應盡量緩慢，以免產生新的應力。
再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)是把冷變形(xing)后的金屬加(jia)熱到再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)溫(wen)度以上保持(chi)適當的時間，使變形(xing)晶(jing)(jing)粒(li)重新轉變為均勻等(deng)軸(zhou)晶(jing)(jing)粒(li)，同(tong)時消除加(jia)工硬化(hua)和殘留內應力的熱處理工藝(yi)。經過再(zai)結(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)，鋼的組織和性能恢復到冷變形(xing)前的狀態。
再結(jie)(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)既可作為(wei)鋼(gang)材或(huo)(huo)(huo)其他合金多道冷(leng)變(bian)形(xing)之間的(de)中間退火(huo)，也(ye)可作為(wei)冷(leng)變(bian)形(xing)鋼(gang)材或(huo)(huo)(huo)其他合金成品的(de)熱處理。再結(jie)(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)溫(wen)度(du)與金屬的(de)化學成分和冷(leng)變(bian)形(xing)量有關。當鋼(gang)處于臨界冷(leng)變(bian)形(xing)度(du)（6%～10%）時(shi)，應采用(yong)正火(huo)或(huo)(huo)(huo)完全退火(huo)來代替再結(jie)(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)。一(yi)般鋼(gang)材再結(jie)(jie)晶(jing)(jing)退火(huo)溫(wen)度(du)為(wei)650～700℃，保溫(wen)時(shi)間為(wei)1～3h，通常(chang)在空氣中冷(leng)卻(que)。
名稱 | 目(mu)的 | 工藝制(zhi)度 | 組織(zhi) | 應用(yong) |
完全退(tui)火 | 細(xi)化晶粒(li)，消除鑄造偏析，降低硬度，提(ti)高塑性 | 加熱到AC3以上20～30℃，爐冷至600℃左右空冷 | F＋P | 亞共析鋼的鑄、鍛、軋件，焊接件 |
不完(wan)全退火 | 消(xiao)除(chu)內應力，降低硬度，改善切削加工(gong)性能 | 亞共析：AC1～AC3 過共析：AC1～ACcm | 改善球狀珠(zhu)光體組織 | 過共(gong)析(xi)鋼(gang) |
球化(hua)退火 | 降低硬度，改善切(qie)削(xue)性(xing)(xing)能，提高塑性(xing)(xing)韌性(xing)(xing)，為淬火(huo)作組織準備 | 加熱到AC1以上20～40℃，然后緩冷 | 片狀珠(zhu)光體(ti)和網(wang)狀滲碳體(ti)組織轉變為(wei)球狀 | 共(gong)析(xi)、過(guo)共(gong)析(xi)鋼(gang)及合金鋼(gang)的鍛件(jian)、軋件(jian)等 |
均勻(yun)化退火(huo) | 改(gai)善或消(xiao)除枝晶偏析，使成分均(jun)勻化 | Ac3或ACcm以上150～300℃ 碳(tan)鋼：1100～1200℃ 合金鋼：1200～1300℃ 均化退(tui)火時間10～15h | 粗大組織（組織嚴重過燒） | 合金鋼鑄(zhu)錠及大(da)型鑄(zhu)鋼件或(huo)鑄(zhu)件 |
去應(ying)力退(tui)火 | 消除殘余應力(li)，提高尺寸穩定(ding)性 | 加熱(re)到500～650 ℃緩(huan)冷至200 ℃空冷 | 無變化(hua) | 鑄、鍛、焊、冷壓件及(ji)機加工件 |
再(zai)結晶退火 | 消除加工硬化(hua)，提(ti)高塑性 | 加熱到再結晶溫度，再空冷 | 變形晶粒變成(cheng)細小的等軸晶 | 冷變形加工(gong)的制品 |
2）鋼的正火
正火是將鋼加熱或到Ac3（或ACcm）以上適當溫度，保溫以后在空氣中冷卻得到珠光體類組織的熱處理工藝。對于亞共析鋼來說，正火與完全退火的加熱溫度相近，但正火的冷卻速度較快，轉變溫度較低，正火組織中鐵素體數量較少，珠光體組織較細，鋼的強度、硬度較高。
正火過程的實質是(shi)完全奧(ao)氏體(ti)化加偽共析轉變。當(dang)鋼中碳(tan)含量Wc為0.6%～1.4%時，正火組織中不出現先共析相，只有(you)偽共析體(ti)系或索氏體(ti)。碳(tan)含量Wc小于0.6%的鋼，正火后除了偽共析體(ti)外(wai)，還有(you)少量鐵素體(ti)。
正火處理的加熱溫度通常在Ac3或ACcm以上30～50℃，高于一般退火的溫度。對于含有V、Ti、Nb等碳化物形成元素的合金鋼，可采用更高的加熱溫度，讓碳化物充分溶解。正火保溫時間和完全退火相同，應以工件燒透，即心部達到要求的加熱溫度為準，還應考慮鋼材成分、原始組織、裝爐量和加熱設備等因素。通常根據具體工件尺寸和經驗數據加以確定。正火冷卻方式常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對于大件也可采用吹風、噴霧和調節鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。
正火工(gong)藝是較簡(jian)單、經(jing)濟的熱處(chu)理方法，應用于以下幾方面：
改善低碳鋼的切削加(jia)工性能
碳含量Wc＜0.25%的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時易于“粘刀”，通過正火處理，可以減少自由碳素體，獲得細片狀珠光體，使硬度提高至140～190HBW，可以改善鋼的切削加工性能。
消(xiao)除(chu)中碳鋼的(de)熱(re)加工缺陷(xian)
中碳結構鋼鑄件(jian)、鍛、軋件(jian)以及焊(han)接在熱(re)(re)加(jia)工(gong)后易出現魏氏(shi)組(zu)織(zhi)、粗大晶粒等過(guo)熱(re)(re)缺陷和帶狀組(zu)織(zhi)。通過(guo)正火處理(li)可以消除這些缺陷組(zu)織(zhi)，達(da)到細化晶粒、均(jun)勻(yun)組(zu)織(zhi)、消除內應力的(de)目的(de)。
消除過(guo)共析鋼的網狀碳化物，便于球化退火
過共析鋼在淬火(huo)(huo)之前(qian)要進行球化(hua)(hua)退火(huo)(huo)，以(yi)便于(yu)機械加工，并為(wei)淬火(huo)(huo)作好(hao)組(zu)織(zhi)準(zhun)備。但當過共析鋼中存在嚴重網狀碳化(hua)(hua)物時，將達(da)不到良好(hao)的球化(hua)(hua)效果。通過正火(huo)(huo)處理可以(yi)消除網狀碳化(hua)(hua)物。為(wei)此，正火(huo)(huo)加熱(re)時要保證碳化(hua)(hua)物全部(bu)溶入奧(ao)氏體中，要采用較(jiao)快的冷卻速度抑制二次碳化(hua)(hua)物的析出，獲(huo)得(de)偽共析組(zu)織(zhi)。
提高普通結構件的力學性能(neng)
一些受(shou)力不大(da)、性能要求(qiu)不高(gao)的碳鋼和合金鋼結(jie)構件采(cai)用(yong)正火處理(li)，可獲得綜合力學性能，可以代替調(diao)質處理(li)，作為零(ling)件的熱處理(li)。
各(ge)種(zhong)退火（正(zheng)火）的(de)加熱(re)溫度(du)范圍(wei)
3）退火和正火的選擇
鋼的含碳量C% | <0.5 | 0.5 ～0.77 | ≥0.77 |
HT工藝 | 正火 | 完全退火 | 球化退火 |
組 織 | F+S | F+P | P球 |
正火(huo)只適用(yong)于碳素鋼及低(di)、中合金鋼，而不適應于高合金鋼
對于(yu)某(mou)些不太重要的工件(jian)，可在正火狀態(tai)使用，因為正火得到的索氏(shi)體(ti)組織具有較好的機械性能。
在滿足性能的(de)前提下，盡可能用正(zheng)火代替退火（經濟性角度(du)考慮）。
鋼的(de)淬(cui)(cui)火(huo)與(yu)回(hui)(hui)火(huo)是熱處(chu)理工藝中重(zhong)要、也(ye)是用途廣泛的(de)工序。淬(cui)(cui)火(huo)可以顯著提高鋼的(de)強度和(he)(he)(he)硬度。為(wei)了消除淬(cui)(cui)火(huo)鋼的(de)殘留內(nei)應力，得到不同強度、硬度和(he)(he)(he)韌性(xing)配合的(de)性(xing)能(neng)，需要配以不同溫度的(de)回(hui)(hui)火(huo)。所以淬(cui)(cui)火(huo)和(he)(he)(he)回(hui)(hui)火(huo)又是不可分割的(de)、緊密(mi)銜接在一起的(de)兩種熱處(chu)理工藝。淬(cui)(cui)、回(hui)(hui)火(huo)作為(wei)各(ge)種機器零件及工、模具的(de)熱處(chu)理是賦于鋼件性(xing)能(neng)的(de)關鍵(jian)性(xing)工序，也(ye)是鋼件熱處(chu)理強化的(de)重(zhong)要手段之一。
1）鋼的淬火
淬火是指(zhi)將(jiang)鋼加(jia)熱(re)到臨(lin)界溫度(du)(Ac1或Ac3)以(yi)上，保溫時間使之奧(ao)氏(shi)體化后，以(yi)大于(yu)臨(lin)界冷(leng)卻(que)速度(du)的冷(leng)速冷(leng)卻(que)，使奧(ao)氏(shi)體轉(zhuan)變(bian)為馬氏(shi)體的熱(re)處理工藝，然后配以(yi)不同(tong)溫度(du)回火獲得各(ge)種需要(yao)的性能。
對淬(cui)(cui)火工藝而言，首先將鋼加熱到臨(lin)界(jie)點（Ac3或(huo)Ac1）以上獲得(de)(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)，其后的(de)冷(leng)(leng)(leng)卻速(su)度大于臨(lin)界(jie)淬(cui)(cui)火速(su)度（Vc）,以得(de)(de)(de)到全部(bu)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)（含殘留奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)）組織(zhi)。為(wei)此，注意選擇適當的(de)淬(cui)(cui)火溫(wen)度和(he)冷(leng)(leng)(leng)卻速(su)度。由于不(bu)(bu)(bu)同鋼件過冷(leng)(leng)(leng)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)穩定(ding)性不(bu)(bu)(bu)同，鋼淬(cui)(cui)火獲得(de)(de)(de)馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)各(ge)異。實際淬(cui)(cui)火時(shi)，工件截面各(ge)部(bu)分冷(leng)(leng)(leng)卻速(su)度不(bu)(bu)(bu)同，只有冷(leng)(leng)(leng)卻速(su)度大于臨(lin)界(jie)淬(cui)(cui)火速(su)度的(de)部(bu)位(wei)才能(neng)得(de)(de)(de)到馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)，而工件心部(bu)則可能(neng)得(de)(de)(de)到珠(zhu)光體(ti)(ti)、貝氏(shi)(shi)體(ti)(ti)等非馬(ma)(ma)(ma)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)。
淬火方法
① 單介質淬火
其特點是(shi)工件經加熱后，置(zhi)于一種介(jie)質中冷(leng)卻，如(ru)水淬(cui)(cui)、油淬(cui)(cui)，也就是(shi)直接淬(cui)(cui)火。
② 雙介質淬火
加熱好的(de)工件先在較強冷(leng)卻(que)(que)的(de)介(jie)(jie)質(zhi)中冷(leng)卻(que)(que)到300℃左右，再在另(ling)一(yi)種冷(leng)卻(que)(que)較弱的(de)介(jie)(jie)質(zhi)中冷(leng)卻(que)(que)，如：先水(shui)淬后(hou)油淬。
③ 分級淬火
加熱(re)好的工件先(xian)在(zai)較強冷(leng)卻(que)(que)的介質中冷(leng)卻(que)(que)到300℃左右，再(zai)在(zai)另一種冷(leng)卻(que)(que)較弱的介質中冷(leng)卻(que)(que)，如：先(xian)水淬后(hou)油淬。
④ 等溫淬火
工(gong)件(jian)在等溫(wen)鹽浴中淬(cui)火，鹽浴溫(wen)度在稍高(gao)于Ms溫(wen)度的貝氏體區(qu)下部(bu)，工(gong)件(jian)等溫(wen)停(ting)留(liu)較長時(shi)間，直到(dao)B轉變結束(shu)，取出空冷。
⑤ 預冷淬火法
將加熱好的(de)工件，自爐中取出后(hou)在空氣中預冷時間，使(shi)工件溫度降(jiang)低一(yi)些(xie)，再(zai)置(zhi)于(yu)淬(cui)火介質中進行冷卻的(de)一(yi)種淬(cui)火方法。
淬火工藝參數的確定
（1）淬火加(jia)熱溫(wen)度
鋼 種 | 加熱溫度 | 組 織 |
亞共析鋼 | Ac3+（30-50）℃ | A |
共析鋼 | Ac1+（30-50）℃ | A |
過共析鋼 | Ac1+（30-50）℃ | A+Fe3C球 |
（2）淬(cui)火加熱保溫時(shi)間(jian)
淬火加熱保溫(wen)(wen)時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)指的(de)是(shi)工件(jian)裝爐后，從爐溫(wen)(wen)回升到(dao)淬火溫(wen)(wen)度算起，直到(dao)出爐為止所需要(yao)的(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)。它包括工件(jian)透熱時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)和組織轉變所需要(yao)的(de)時(shi)(shi)間(jian)(jian)(jian)。
保溫(wen)時間：按照工件(jian)的厚度或者條(tiao)件(jian)厚度（二(er)者統稱(cheng)為計算厚度）來(lai)確(que)定。
（3） 淬(cui)火(huo)冷(leng)卻方式(shi)
冷(leng)卻是(shi)淬(cui)火(huo)的關鍵(jian)，冷(leng)卻的好壞(huai)直接決(jue)定了鋼淬(cui)火(huo)后的組織和(he)性(xing)能。
冷卻介(jie)質(zhi)應保證：工件得到馬氏體，同時變形小，不開裂。
鋼的冷處理
鋼的(de)冷(leng)(leng)處理可以(yi)(yi)看成是(shi)(shi)淬(cui)(cui)火(huo)的(de)繼(ji)續，亦即將淬(cui)(cui)火(huo)后已經(jing)冷(leng)(leng)到室溫的(de)工(gong)(gong)件(jian)繼(ji)續深冷(leng)(leng)至0℃以(yi)(yi)下，使淬(cui)(cui)火(huo)保(bao)留下來的(de)殘余奧氏體(ti)繼(ji)續向(xiang)馬氏體(ti)轉變，以(yi)(yi)達到減少或(huo)(huo)消除殘余奧氏體(ti)的(de)目的(de)。冷(leng)(leng)處理主要(yao)是(shi)(shi)針對一些高碳合金(jin)工(gong)(gong)具鋼和經(jing)滲碳或(huo)(huo)碳氮共滲的(de)結構(gou)零件(jian)，為(wei)提高其硬度(du)和耐磨性，或(huo)(huo)為(wei)保(bao)證尺(chi)寸穩定(ding)性才采用(yong)這一道工(gong)(gong)序。冷(leng)(leng)處理應在淬(cui)(cui)火(huo)后及時(shi)進(jin)行，否則會降低冷(leng)(leng)處理的(de)效果。
實踐表明，一般(ban)情況下，冷處理穩定達到－60℃～－80℃即可滿足要求。生產中常用(yong)的冷處理介質及(ji)達到的溫(wen)度(du)見(jian)下表：
淬火介質
鋼(gang)從奧(ao)氏體狀態冷(leng)(leng)至(zhi)Ms點以下所(suo)用的冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)介質(zhi)叫做淬(cui)(cui)(cui)火(huo)介質(zhi)。介質(zhi)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)越大，鋼(gang)的冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速(su)度越快，越容(rong)易(yi)超過(guo)鋼(gang)的臨界淬(cui)(cui)(cui)火(huo)速(su)度，則工(gong)(gong)件越容(rong)易(yi)淬(cui)(cui)(cui)硬，淬(cui)(cui)(cui)硬層的深(shen)(shen)度越深(shen)(shen)。但是(shi)冷(leng)(leng)卻(que)(que)(que)速(su)度過(guo)大將產(chan)生(sheng)巨(ju)大的淬(cui)(cui)(cui)火(huo)應力，易(yi)于使工(gong)(gong)件產(chan)生(sheng)變形或開裂。因此(ci)，理想的淬(cui)(cui)(cui)火(huo)曲線為(wei)：
650℃以上(shang)緩冷，以降低熱應力；
650～400℃快(kuai)速(su)冷卻，保證全部(bu)A不分解；
400℃以下緩冷，減少M轉(zhuan)變時的相變應力。
對淬火介質的要(yao)求(qiu)：在500～600℃的中(zhong)溫(wen)區具有冷卻(que)快，而在低(di)溫(wen)時(shi)具有冷卻(que)慢(man)。
常用(yong)淬火介(jie)(jie)質有水、鹽(yan)水或堿(jian)水溶液(ye)及各種礦(kuang)物油等。各種介(jie)(jie)質的(de)冷(leng)卻特性如表(biao)所示：
名稱(cheng) | 冷卻速度時 | 平均冷卻速度/℃·s-1 | 備(bei)注 | ||
所在溫度/℃ | 冷卻速度/℃·s-1 | 650～550℃ | 300～200℃ | ||
靜止自來水(shui)，20℃ | 340 | 775 | 135 | 450 | 冷卻速度(du)系由(you)Φ20mm銀球所(suo)測 |
靜止自來水，40℃ | 285 | 545 | 110 | 410 | |
靜止(zhi)自來水(shui)，60℃ | 220 | 275 | 80 | 185 | |
10%NaCl濃(nong)度的(de)水溶液，20℃ | 580 | 2000 | 1900 | 1000 | |
15%NaOH濃度的(de)水溶液，20℃ | 560 | 2830 | 2750 | 775 | |
5%Na2CO3濃度的水溶液，20℃ | 430 | 1640 | 1140 | 820 | |
L-AN15全損耗系統(tong)用油，20℃ | 430 | 230 | 60 | 65 | |
L-AN15全損耗系統用油，80℃ | 430 | 230 | 70 | 55 | |
3號錠子油，20℃ | 500 | 120 | 100 | 50 | |
上(shang)述幾種淬火(huo)介(jie)質(zhi)各(ge)有優(you)缺點(dian)，均不(bu)屬于理想的冷(leng)卻(que)介(jie)質(zhi)。水(shui)的冷(leng)卻(que)很大(da)，但冷(leng)卻(que)特性(xing)不(bu)好；油冷(leng)卻(que)性(xing)能較(jiao)好，但其冷(leng)卻(que)又低。因此(ci)，尋找(zhao)冷(leng)卻(que)介(jie)于油水(shui)之間(jian)，冷(leng)卻(que)特性(xing)近(jin)于理想淬火(huo)介(jie)質(zhi)的新型(xing)淬火(huo)介(jie)質(zhi)是人們努力的目標(biao)。由于水(shui)是價廉、性(xing)能穩定的淬火(huo)介(jie)質(zhi)，因此(ci)目前世界各(ge)國都在發展(zhan)有機水(shui)溶液作為淬火(huo)介(jie)質(zhi)。
鋼的淬透性
① 淬透性的基本概(gai)念
淬透性是指鋼在(zai)淬火時(shi)獲(huo)得(de)馬氏體(ti)的。其大(da)小(xiao)用鋼在(zai)條件下淬火所獲(huo)得(de)的淬透層深度來表示。
淬透層的深度(du)(du)：規定(ding)為由工件(jian)表面至半馬氏體區的深度(du)(du).同樣(yang)形狀和(he)尺寸的工件(jian)，用不(bu)同的鋼(gang)材制造，在相(xiang)同條件(jian)下(xia)淬火，淬透層較(jiao)深的鋼(gang)，其(qi)淬透性較(jiao)好。
半馬氏體(ti)區的(de)(de)組織是由50%馬氏體(ti)和50%分解產物組成的(de)(de)。這(zhe)樣(yang)規定是因為半馬氏體(ti)區的(de)(de)硬(ying)度(du)變(bian)化(hua)顯著，同時(shi)組織變(bian)化(hua)明顯，并且(qie)在酸蝕的(de)(de)斷面上有明顯的(de)(de)分界線，很容易測試(shi)。
淬透性(xing)主要取決于(yu)鋼(gang)的臨界冷卻速度，鋼(gang)的臨界冷卻速度又
取(qu)決于過冷奧氏體的穩定性。
淬透性(xing)：鋼(gang)在淬火時獲得馬氏體的(de)，主(zhu)要取決于過冷奧氏體的(de)穩(wen)定性(xing)
淬硬(ying)性：鋼淬火后形成的(de)馬氏體(ti)組織所能達到(dao)的(de)硬(ying)度(du)，主(zhu)要取決于馬氏體(ti)中的(de)含碳量
② 淬透性的(de)實際意義
鋼的淬透性(xing)是(shi)正確選用鋼材和制訂熱處理工藝的重要(yao)(yao)依(yi)據之一(yi)。工件在整體(ti)淬火條件下，從(cong)表面(mian)至中(zhong)心是(shi)否淬透，對(dui)其機械性(xing)能有重要(yao)(yao)影響。對(dui)于不同用途(tu)的工件，由(you)于其受力情況不同，對(dui)工件表面(mian)和心部的機械性(xing)能要(yao)(yao)求不同，因而要(yao)(yao)求選用不同淬透性(xing)的鋼種制造。
③ 影(ying)響淬透性的因(yin)素
a. 含碳量
在碳鋼，共析鋼的臨界冷速小，淬透性好；非共析鋼中，碳含量偏離共析成分越遠，淬透性越低。
b. 合金元素
除Co和大(da)于(yu)2.5％Al以外，其余合金(jin)元素溶于(yu)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)后，都使過冷(leng)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)轉變曲線右移，提高(gao)鋼的(de)淬透性(xing)，因此合金(jin)鋼的(de)淬透性(xing)往往比碳鋼要好(hao)。
c. 奧氏體成分均勻性及晶粒度
奧氏體成分越(yue)(yue)均勻(yun)、晶(jing)粒度(du)越(yue)(yue)大，過冷奧氏體的穩定性(xing)越(yue)(yue)好，因而降低鋼(gang)的臨界冷卻(que)速度(du)，增加其淬透性(xing)。
d. 鋼中未溶第二相
鋼中(zhong)未溶第二相會成為(wei)奧(ao)氏體分解的(de)非自發形(xing)核核心，使臨界冷卻速度增大，降低淬(cui)透性(xing)。
e. 奧氏體化溫度
提高鋼(gang)材(cai)的(de)(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)化溫度，將使奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)成(cheng)分(fen)均勻(yun)、晶粒長大，因而可增(zeng)大過冷奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)的(de)(de)穩定性(xing)，降低鋼(gang)的(de)(de)臨界冷卻速度，增(zeng)加其淬透性(xing)。但奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)晶粒長大，生成(cheng)的(de)(de)馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)也會比較粗(cu)大，會降低鋼(gang)材(cai)常溫下(xia)的(de)(de)力學性(xing)能。
④ 淬火缺(que)陷及其防止(zhi)
淬火時容(rong)易(yi)產生的(de)缺陷是(shi)變(bian)形和(he)開裂(lie)，其次是(shi)氧化與脫碳、硬度不足和(he)軟點(dian)等缺陷。
a． 淬火變形與開裂
在(zai)淬(cui)(cui)火(huo)過(guo)程所發生的(de)鋼件(jian)體(ti)積、形(xing)狀(zhuang)、尺寸的(de)變(bian)(bian)化通稱為淬(cui)(cui)火(huo)變(bian)(bian)形(xing)。當(dang)鋼件(jian)內的(de)淬(cui)(cui)火(huo)應(ying)力超過(guo)材料的(de)強度極便會導致開裂。引起(qi)這種現象的(de)根本(ben)原因是淬(cui)(cui)火(huo)時在(zai)工件(jian)中(zhong)引起(qi)的(de)內應(ying)力。
當熱應力(li)和組織應力(li)的(de)合力(li)超過(guo)鋼的(de)屈服(fu)強度時，工件(jian)就發生變形；當(dang)兩力的合(he)力超過(guo)鋼的抗拉強度時，工件(jian)就(jiu)發生開裂。
b． 氧化與脫碳
工(gong)件(jian)在空氣(qi)等(deng)氧(yang)化性氣(qi)氛中加熱時，表面會發生氧(yang)化現象；鋼表面氧(yang)化的同時一般(ban)都伴隨表面脫(tuo)碳(tan)。
防止工件氧化脫碳的有效措施
在保證組織轉(zhuan)變(bian)的前(qian)提下(xia)，加熱(re)溫(wen)度應(ying)盡(jin)可(ke)(ke)能(neng)(neng)低，保溫(wen)時間應(ying)盡(jin)可(ke)(ke)能(neng)(neng)短；
采(cai)用脫氧良好的鹽(yan)浴(yu)爐(lu)、保(bao)護氣氛爐(lu)或真空爐(lu)加(jia)熱；
若采用(yong)空氣(qi)電(dian)爐或燃燒爐加熱時，采用(yong)適當保護措施(shi)，如包套、裝箱、控制爐氣(qi)等(deng)。
c． 過熱和過燒
工(gong)件在(zai)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)加(jia)熱(re)(re)(re)時(shi)，由于加(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)過高(gao)或(huo)(huo)時(shi)間(jian)過長造成A晶(jing)粒粗大(da)的缺陷稱為過熱(re)(re)(re)；若加(jia)熱(re)(re)(re)溫度(du)(du)太高(gao)，使(shi)奧氏體晶(jing)界局部熔化或(huo)(huo)發生晶(jing)界氧(yang)化稱為過燒。 過熱(re)(re)(re)工(gong)件在(zai)淬(cui)(cui)火(huo)(huo)后得到粗大(da)的馬氏體組織(zhi)，易于引起淬(cui)(cui)火(huo)(huo)裂紋(wen)。因此(ci)，淬(cui)(cui)火(huo)(huo)過熱(re)(re)(re)的工(gong)件強度(du)(du)降低(di)，尤其(qi)是沖擊韌性(xing)(xing)、塑性(xing)(xing)顯(xian)著(zhu)下降，易于產生脆(cui)性(xing)(xing)斷裂。輕微(wei)的過熱(re)(re)(re)可用延長回火(huo)(huo)時(shi)間(jian)來補救(jiu)，嚴重的過熱(re)(re)(re)可采用完全(quan)退火(huo)(huo)或(huo)(huo)正火(huo)(huo)使(shi)晶(jing)粒細化。
過燒(shao)(shao)使(shi)工(gong)件(jian)性(xing)能嚴重惡化(hua)，極易產生熱處理(li)裂紋，所以過燒(shao)(shao)是不允(yun)許的(de)(de)熱處理(li)缺陷，一旦出(chu)現過燒(shao)(shao)則無法補救，只好報廢。由于(yu)過熱和過燒(shao)(shao)都是加(jia)(jia)熱溫度過高(gao)引起的(de)(de)，因此(ci)預防的(de)(de)辦法是要(yao)制(zhi)定(ding)正確的(de)(de)加(jia)(jia)熱溫度，并經常檢(jian)查(cha)儀表以保證儀表正常工(gong)作。
d． 硬度不足與不均勻
淬(cui)火(huo)鋼件(jian)硬度(du)不(bu)均(jun)勻主(zhu)要(yao)表現(xian)在鋼件(jian)表面(mian)硬度(du)有明顯忽(hu)高忽(hu)低現(xian)象(xiang)。這種缺(que)陷可能是由了原(yuan)始組織粗大且不(bu)均(jun)勻、冷卻(que)不(bu)均(jun)勻等原(yuan)因造(zao)成的。可以通過(guo)正(zheng)火(huo)后重新淬(cui)火(huo)來消除。
2）鋼的回火
回火是將淬火鋼在A1以下溫度加熱，使其轉變為穩定的回火組織，并以適當方式冷卻到室溫的工藝過程。回火的主要目的是減少或消除淬火應力，保證相應的組織轉變，提高鋼的韌性和塑性，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，以滿足各種用途工件的性能要求。決定工件回火后的組織和性能的重要因素是回火溫度。根據工件的組織和性能要求，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火等幾種。
回火類型 | 溫度℃ | 組 織 | 應 用 |
低溫回火 | 150～250 | M回 | HRC耐磨件 |
中溫回火 | 350～500 | T回 | 彈性零件 |
高溫回火 | 500～650 | S回 | 綜合性能↑零件 |
高溫軟化回火 | 650～A1 | P回 | 返修件 |
在回(hui)火(huo)(huo)(huo)溫(wen)度較低(di)時(shi)，由于淬(cui)火(huo)(huo)(huo)應(ying)力的(de)(de)(de)逐漸(jian)消除，鋼的(de)(de)(de)強(qiang)度有所(suo)升高(gao)，但當回(hui)火(huo)(huo)(huo)溫(wen)度高(gao)于250℃后，由于滲碳體(ti)的(de)(de)(de)析(xi)出，鋼的(de)(de)(de)強(qiang)度逐漸(jian)降低(di)。在整個(ge)回(hui)火(huo)(huo)(huo)過程中，鋼的(de)(de)(de)塑性(xing)都是隨著(zhu)回(hui)火(huo)(huo)(huo)溫(wen)度的(de)(de)(de)升高(gao)而逐漸(jian)升高(gao)的(de)(de)(de)。
由于低溫回(hui)火(huo)時高碳鋼的脆(cui)性很(hen)大，拉伸試驗時發生早期脆(cui)斷，因(yin)此(ci)測不出(chu)強度(du)值。總的規(gui)律一(yi)樣：鋼的強度(du)隨著回(hui)火(huo)溫度(du)升(sheng)高而逐漸降低，鋼的塑性隨著回(hui)火(huo)溫度(du)的升(sheng)高而逐漸升(sheng)高。
彈(dan)性極(ji)限(xian)(xian)值在(zai)300～400℃之間出現峰值。高溫(wen)回(hui)火后的彈(dan)性極(ji)限(xian)(xian)值低(di)是因為(wei)高溫(wen)回(hui)火后鋼的強(qiang)度(du)太(tai)低(di)；而(er)低(di)溫(wen)回(hui)火后的彈(dan)性極(ji)限(xian)(xian)值低(di)是由于內應(ying)力未得到充分(fen)消除。
因此，彈簧鋼(gang)一般在300～400℃回(hui)火。
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