2.2.4钢的淬透性 • 定义：淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力。它是 钢的固有属性，也是选材和制订热处理工艺的重要依据 之一。
• 影响因素：钢的临界冷却速度； 过冷奥氏体的稳定性。 • 评定方法：用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深 度或临界淬透直径(Dk)来表示。 ⑴淬透层的深度定义为由表面至半马氏体区的深度。 半马氏体区的组织是由50%马氏体和50%分解产物所组 成。 ⑵指圆柱状钢试样在规定的淬火介质中能全部淬透的 最大直径。当冷却介质一定时，Dk愈大，淬透性愈好。 • 测定方法：最常用的方法是末端淬火法，简称为端淬 法。
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三、钢的回火
• • 定义：是将淬火后的钢加热到Ac1以下某一温度，保 温一定时间，然后冷却至室温的一种热处理工艺。 目的： 减小或消除淬火应力； 提高钢的塑性和韧性，获得良好的综合力学性能； 稳定组织和工件尺寸。 分类及应用： ⑴低温回火(150~250℃) 组织为回火马氏体。 （ 58～64HRC ） 部分降低钢中残余应力和脆性，而保持钢在淬 后所得到的高强度、硬度和耐磨性。 广泛应用于工具、量具、滚动轴承、渗碳工件 以及表面淬火工件等。
2.2.2淬火冷却介质 最常用的是水、盐水、油、熔盐。 水：形状简单、截面尺寸较大的碳钢。（高温慢，低温快） 盐水：高温快，低温快。 油：合金钢或小尺寸碳钢件。 （高温太慢，低温慢） 熔盐（盐浴）：形状复杂、变形要求严格的件。最接近理 想冷却介质。
2.2.3淬火方法 • 单液淬火：在一种介质中连续冷却获得马氏体。 操作简单，易于自动化，易于产生缺陷，适 用于形状简单的小件。 • 双液淬火：先后在两种介质中冷却。 操作复杂，难以控制。 • 分级淬火:淬入稍高于Ms的介质中，待内外温差一致后 取出，缓冷得到马氏体。 减少应力和变形，适用于小件。 • 等温淬火：淬入稍高于Ms的介质中，等温转变为下B。 强度高，塑性、韧性好，应力小，变形小， 多用于形状复杂、要求高的工件。
2.1渗碳 定义：渗碳通常是指向低碳钢制造的工件表面渗入碳原子， 使工件表面达到高碳钢的含碳量。 目的：使工件在热处理后表面具有高硬度和高的耐磨性， 而心部仍保持低碳钢良好的塑、韧性。 工艺：依所用渗碳剂的不同，钢的渗碳可分为气体渗碳、 固体渗碳和液体渗碳。 最常用的是气体渗碳，其工艺方法是将工件放入密封的加 热炉中，加热到临界温度以上（通常为900~950℃）按 一定流量滴入液体渗碳剂（如煤油、甲醇和丙酮），并 使之分解, 分解产物有CnH2n和CnH2n+2, 在钢的表面发 生如下的反应 CnH2n → nH2 + n[C] CnH2n+2 →(n+1) H2 + n[C] 从而提供活性碳原子，吸附在工件表面并向钢的内部扩散而 进行渗碳。
热处理工艺
一、钢的退火与正火 二、钢的淬火 三、钢的回火 四、钢的表面热处理
一、钢的退火与正火
在机器零件或工模具等工件的加工制造过程中，退 火和正火经常作为预备热处理工序，即安排在铸造、锻 造之后，切削加工之前，用以消除前一工序所带来的某 些缺陷，为随后的工序作准备。 目的： • 调整硬度以便切削； • 消除内应力减少变形； • 细化晶粒，改善组织，提高力学性能； • 为最终热处理做好组织准备。
⑷扩散退火 • 是指将钢加热到Ac3或Accm以上150~300℃，长时间保 温，然后随炉缓慢冷却的热处理工艺。 • 实质是使钢中的各元素在奥氏体中进行充分扩散，达 到成分均匀化。 ⑸再结晶退火 • 是指将冷变形后的金属加热到再结晶温度以上，保温 适当时间后，使变形晶粒转变为无应变的等轴新晶粒， 从而消除加工硬化和残余内应力的热处理工艺。 ⑹去应力退火 • 又称为回复退火，其加热温度范围很宽，通常是在再 结晶温度以下。
2.1淬火温度 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，以便淬火后得到细小的马氏体组织。 • 对于亚共析钢通常加热到Ac3以上30~50℃ • 对共析钢和过共析钢为Ac1以上30~50℃。（未溶Fe3C 阻止晶粒长大；提高硬度、耐磨性）
2.2淬火冷却 2.2.1理想的冷却速度 冷却是淬火工艺的另一个重要因素，由C曲线可知， 最好是鼻尖处快冷，而在Ms点附近和鼻尖以上应尽量 慢冷。
2、化学热处理
• 定义：将钢件放入一定的化学介质中加热和保温，使 介质中的活性原子渗入工件表面，使表面化学成分发 生变化，从而改变金属表面组织和性能工艺过程。 • 目的：心部具有足够的强度和韧性，而表面具有高的 硬度和耐磨性；提高疲劳性能；提高表面抗蚀性、耐 热性等。 • 方法：渗碳、渗氮、碳氮共渗等
⑴完全退火 • 工艺：是将亚共析钢加热到Ac3以上30～ 50℃，保温，后 缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。 • 应用：亚共析成分的各种碳钢和合金钢。 ⑵等温退火 • 工艺：将亚共析钢钢加热到Ac3以上30～ 50℃或将过共析 钢加热至Ac1以上30～ 50℃ ，保温后快冷到Ar1以下的某一 温度，并停留至相变结束出炉空冷。 • 应用：所有钢。 ⑶球化退火 • 是不完全退火的一种，通常的加热温度是Ac1以上20~30℃, 使二次渗碳体转变为球状或粒状，然后随炉缓冷至略低于 Ar1保温，使P中渗碳体球化，再出炉空冷。 • 主要用于过共析的碳钢及合金工具钢。近年来球化退火应 用于亚共析钢也取得成功。
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⑵中温回火(350~500℃) 组织为回火屈氏体。（ 35～45HRC ） 经中温回火后是具有极高的弹性极限和良好的韧性。 用于各种弹性元件及热锻模具的处理。 ⑶高温回火(500~650℃) 组织是回火索氏体。 （ 25～35HRC ） 通常将淬火加高温回火相结合的热处理工艺称为调 质处理。 经调质处理后钢的强度、塑性和韧性具有良好的配 合，即具有较高的综合机械性能。因而，调质处理 被广泛应用于中碳结构钢和低合金经构钢制造的各 种重要的结构零件，特别是在交变载荷下工作的连 杆、螺栓以及轴类等。
1.4火焰加热表面淬火 • 工艺方法：是利用可燃气体（如乙炔）的火焰将工件表 面快速加热到淬火温度，然后立即用水喷射冷却，通过 控制火焰喷嘴的移动速度可获得不同厚度的淬硬层。 • 此法适于单件或小批量零件的表面淬火。
1.5 激光加热表面淬火 • 是将激光器产生的高功率密度（103~105W/cm2）的激 光束照射到工件表面上，使工件表面被快速加热到临 界温度以上，然后移开激光束，利用工件自身的传导 将热量从工件表面传向心部而达到自冷淬火。 1.6电子束加热表面淬火 • 当高速的电子流轰击工件表面时，电子可射入表面一 定深度，电子的动能转化为热能使工件的表层快速加 热到临界温度以上，电子束移开后工件自冷淬火的热 处理工艺。电子流射入深度取决于加速电压的高低。 例如，对钢铁材料，电子的加速电压为120KV时，其 射入深度约为40µm。
2、正火 • 工艺：将钢件加热到Ac3或Accm以上，保温一定时间 后，在空气中冷却得到细片状珠光体组织(S)的热处理 工艺。正火与退火的明显差异是正火冷却速度稍快。 • 应用：低碳钢提高硬度；中碳钢正火带退火；高碳钢 消除网状碳化物。
二、钢的淬火
• 定义：是将钢件加热到Ac1或Ac3以上保温一定时间后， 快速冷却（通常大于临界冷却速度Vc），以得到马氏 体（或下贝氏体）组织的热处理工艺。 • 目的： 获得马氏体，提高钢的硬度和耐磨性。 是强化钢材的最重要的手段。
2.2氮化 • 定义：与渗碳相似，钢的氮化是指向钢的表面层渗入 氮原子的过程。 • 原理：最常用的是气体氮化法。即利用氨气在加热时 分解出活性氮原子，2NH3 →3H2 + 2[N], 活性氮原子 被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 Al、Cr、Mo、V、Ti等合金元素极易与氮形成颗粒细 小、分布均匀、硬度很高并且十分稳定的各种氮化物， 如AlN、CrN、MoN、TiN、VN等， 因而， 常用的氮 化用钢有35CrMo、18CrNiW和38CrMoAlA等。而对碳 钢由于渗氮后不形成特殊氮化物，通常碳钢不用作氮 化用钢。
1、退火 1.1定义：将钢加热至适当的温度，保持一定时间后缓慢 冷却至550以下空冷，以获得接近平衡组织的热处理工 艺。 1.2分类：退火的种类很多，根据加热温度可分为两大类： 一类是在临界温度（Ac1或Ac3）以上的退火，又称为 相变重结晶退火，包括完全退火、不完全退火、球化 退火和扩散退火等； 另一类是在临界温度以下的退火，包括再结晶退火及去 应力退火等。
• 意义： ⑴截面较大或形状复杂及来自力特殊的零件（各类齿轮、 轴类），希望整个截面都能被淬透，从而保证零件在 整个截面上的机械性能均匀一致。选用淬透性较高的 钢即能满足这一要求。（如果钢的淬透性低，零件整个截面
不能全部淬透，则表面到心部的组织不一样，机械性能也不相同， 心部的机械性能，特别是冲击韧性很低）
1.3感应加热表面淬火 定义：利用在交变电磁场中工件表面产生的感生电流将 工件表面快速加热，并淬火冷却的一种热处理工艺。 原理和工艺方法：是将钢件放入由紫铜管制作的与零件 外形相似的感应圈内，随后将感应圈内通入一定频率的 交变电流，这样在感应圈内外产生相同频率的交变磁场， 同时，在零件表面也产生频率相同，方向相反的感生电 流，该电流在工件表面（集肤效应）形成封闭回路，称 为“涡流”。由此产生的热效应将零件表快速加热到淬 火温度，随即喷水冷却，使工件表面获得马氏体组织。 特点： 加热速度快，温度高，晶粒细； 硬度高，变形小，不易脱碳； 易于自动化。
• 淬透性与淬硬性的区别：后者是指钢淬火后形成的淬 火态组织（由马氏体和残余奥氏体相组成）所能达到 的硬度，显然，它取决于马氏体的含碳量和残余奥氏 体的数量。
2.2.4钢的淬火变形和开裂 • 淬火变形：起因为淬火冷却过程中产生的内应力 （热应力、相变（组织）应力） a) 热应力：由温差而导致的热胀和冷缩不一致引起的。 b) 相变应力：冷速不一致而导致相变不一致引起的。 淬火开裂：内应力超过工件的强度极限。
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回火脆性 a) 低温回火脆性：
发生在250~400℃。 不可逆回火脆性 对策：避免
b) 高温回火脆性：