●正火具有以下几方面的应用：
① 含碳量≤0.25%经正火后硬度提高，改善了切削 加工性能。
② 消除过共析钢中的二次渗碳体。 ③ 作为普通结构零件的最终热处理。
●正火的冷却速度稍快于退火，由C曲线可知，二
者的组织是不一样的。正火后的组织比退火细，如图 所示。
图3 正火与退火后组织的比较
2） 钢的淬火
● 淬火回火的工艺缺陷
● 硬度不足
是由淬火加热温度低、表面脱碳、冷速不够、钢 材淬透性低等原因造成的。可采用相应措施加以防 治。
● 硬度不均匀
是由原始组织粗大且不均匀、冷却不均匀等原因 造成的。可通过正火后重新淬火来消除。
● 过热和过烧
过热组织可通过重新淬火来消除；工件一旦过烧则 只能报废。
7) 钢的表面淬火
甚至略有升高。
● 回火温度在200～300℃,高碳
钢的硬度再次升高,中、低碳钢
硬度缓慢降低。
● 回火温度300℃以上，钢的硬
度呈直线下降。
● 注意：回火屈氏体、回火索氏
体和球状珠光体与过冷奥氏体直
图15
接分解得到的屈氏体、索氏体和珠光体的力学性能有
显著区别。
● 回火的种类 ● 低温回火（150～250℃） 组织为回火马氏体，能降低 内应力和脆性，并保持高硬 度和耐磨性。用于工具、模 具、轴承、渗碳件及经表面淬火的工件。 图16 ● 中温回火（350～500℃） 组织为回火索氏体，具有较高弹性和一定韧性，主要
度、保温时间和冷却速度。通常把加热速度、 最高加热温度、保温时间和冷却速度称为工件 热处理的四个要素，也称工艺参数。正确地确
定和保证实施好工艺，就能获得预期的效果， 并将得到满意的性能。
从数学的观点看，热处理的质量是温度和 时间的函数，所以工件的热处理工艺规范可用 时间一温度为坐标表示出来，任何工件的热处 理，都应包括：
● 单液淬火法
将加热的工件放入一 种淬火介质中连续冷却 至室温的操作方法，如 水淬、油淬等。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
● 双液淬火法
图9 各种淬火方法示意图
将加热的工件放入一种冷却能力较强的介质中冷却， 然后转入另一种冷却能力较弱的介质冷却的淬火方法。 如水淬油冷或油淬空冷。双液淬火主要用于形状复杂 的高碳钢工件及大型合金钢工件。
增补章: 金属材料与金属热处理工艺基本知识
B 金属热处理工艺基本知识
热处理是指通过对工件的加热、保温和冷却，使
金属或合金的组织结构发生变化，从而获得预期的性 能(如机械性能、加工性能、物理性能和化学性能等) 的操作工艺称为热处理。
工件热处理的目的是通过热处理 这一重要手段， 来改变(或改善)工件内部组织结构，从而获得所需要 的性能并提高工件的使用寿命。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过
程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互
相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之
一。
1. 金属热处理工艺基本知识
●热处理过程中四个重要因素:
在热处理时，因工件的大小不同，形状不 同，材料的化学成分不同，所以在具体热处理 过程中，要用不同的加热速度、最高的加热温
④ 渗碳体的聚集长大及α相再结晶 主要发生在400℃以上,此时 形成颗 粒状渗碳体，铁素体由针片状转变 为多边形，这种组 织称为回火索氏 体，用“S回”表示。如图所示。图14
●回火过程中的性能变化
总的规律是：随回火温度升高，强度、硬度下降， 塑性、韧性上升。如图为硬度与回火温度的关系。
● 回火温度在200℃以下,钢的硬度不降低,对高碳钢，
● 利用快速加热将表面层奥氏体化后进行淬火，以 强 化零件表面的热处理方法。 ● 表面淬火用材料含碳量为0.4～0.5%的中碳钢及铸 铁。
● 预备热处理预备热处理为表面淬火作准备，以获 得最终的心部组织。方法有调质和正火等。
● 表面淬火后的组织表层组织为回火马氏体，心部 组织为回火索氏体(调质）或铁素体加索氏体（正 火）。
1. 金属热处理工艺基本知识
●都应包括 四个重要因素:
(1)加热速度V； (2)最高加热温度T; (3)保温时间h; (4)冷却速度Vt.
图1 热处理规范示意图
（a）简单的热处理规范 （b)复杂的热处理规范
2.钢的热处理基本工艺及应用 1） 钢的退火与正火
● 退火与正火的目的
① 调整硬度以便进行切削加工 ② 消除残余应力 ③ 细化晶粒，改善组织 ④ 为最终热处理做好组织上的准备
目的：降低硬度，改善切削加工性能；形成球状
珠光体，为后面的淬火作组织准备。
● 扩散退火
将工件加热到略低于固相线温度，保温后缓慢冷 却的热处理工艺称为扩散退火。
目的：消除成份偏析。
●去应力退火 将工件加热到 Ac1以下某一温度，保温后随炉冷却
的热处理工艺称为去应力退火。
目的：消除铸、锻、焊的内应力。
温后●空正气火中是冷将却钢的加热热处到理工Ac3艺或。Accm以上30～50℃，保
5) 钢的淬透性
● 淬透性
淬透性是指钢在淬火时获得淬硬层深度的能力。 一般规定由工件表面到半马氏体区的深度作为淬硬 层深度。
● 淬透性对钢力 学性能的影响:
钢的淬透性直接 影响其热处理后 的力学性能。
● 淬透性高的钢， 其力学性能沿截 图10 面均匀分布
● 淬透性低的钢，其截面心部的力学性能低
● 淬透性的测定及其表示方法
为●马氏亚体温加淬铁火素：体加，热如温图度所在示Ac。1～亚A温c3之淬间火，也淬是火一组种织强
韧化处理方法。
图5 马氏体
图6 马氏体加铁素体
● 对共析钢和过共析钢
组淬织火为温细度马为氏Ac体1+加30颗～粒50状℃， 渗碳体和少量残余奥氏体， 如图所示。
图7
●对合金钢，一般淬火温度为临界点以上50～100℃。
● 高频感应加热
电流频率范围250～300kHz，淬硬层深度为0.5～ 2.0mm，适用于中小模数的齿轮及中小尺寸的轴类零件 。
● 中频感应加热
电流频率范围2500～800kHz，淬硬层深度2～10mm ，适用于较大的轴和大中模数齿轮。
● 工频感应加热
电流频率50Hz，淬硬层深度可达10～15mm，适用 于较大直径零件的穿透加热及大直径零件如轧辊、火 车车轮的表面淬火。
淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于
Vk的速度冷却的热处理工艺。
目的：为了获得马氏体，提高钢的力学性能。
●淬火温度
选择淬火温度的原则是 获得均匀细小的奥氏体。 如图所示，一般淬火温度 在临界点以上。
图4 碳钢的淬火温度范围
组●织对为亚马共氏析体钢，，如淬图火所温示度。为Ac3+30～50℃，淬火
●火焰加热表面淬火
图20
● 电接触加热的原理如图 。
● 电接触加热表面淬火
● 特点及应用：
图21
工件变形小，工艺简单，不需回火，但硬化层 薄。形状复杂的工件不宜采用。
8) 模具钢
用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等 模具的钢称为模具钢。根据性质和使用条件的不同，
可分为 冷作模具钢和热作模具钢 两大类。
● 在设计和制造零件时，必须考虑钢的热处理尺寸 效应。
6) 钢的回火
● 回火的目的
● 降低脆性，减少或消除内应力 ● 获得工艺所要求的力学性能 ● 稳定工件尺寸 ● 对某些高淬透性的合金钢，可降低硬度，以利加工
● 淬火钢在回火时的转变
● 回火时的组织转变 淬火钢组织发生以下四阶段的变化：
① 马氏体分解：主要发生在 100～200℃， 马氏体中的碳 以ε碳化物（FexＣ）的形式析 出，析出的碳化物以极小片状 分布在马氏体基体上，这种组 织称为回火马氏体，用“M回” 表示。如图所示。
● 测定钢的淬透
性最常用的方法是
末端淬火法。
●将φ25×100mm 的标准试样经奥氏 体化后，对末端进 行喷水冷却。如图 所示。
图11 末端淬火法
● 按规定方法测定硬度值，作出淬透性曲线；
● 利用钢的半马氏体区硬度与钢的含碳量关系图，和 淬透性
曲线图可找出其淬透性的大小。
● 淬透性的表示方法
●淬透性值可用
● 感应加热表面淬火后的回火
一般只进行低温回火，回火温度一般不高于200℃
● 感应加热表面淬火的特点
● 加热温度高。 ● 感应加热表面淬火后工 件表层硬度高，脆性较低 。 ● 工件表面质量好。
●● 生特产点效及率应高用。： 图19
设备简单、成本低、 灵活性大，但淬火质量较 难控制。主要用于单件小 批量生产件及大型零件的 表面淬火。
(1)冷作模具钢
冷作模具钢是用于在室温下对金属进行变形加工 的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模、 落料模等。
● 工作条件和性能要求 处于工作状态的冷作模具承受着强烈的冲击载荷
和摩擦、很大的压力和弯曲力的作用，主要的失效破 坏形式包括磨损、变形和开裂等，因此冷作模具钢要 求具有较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度 。
图12 回火马氏体
② 残余奥氏体分解 主要发生在200～300℃，残余奥 氏体分解 为ε碳化物和过饱和α，但组织仍是回火马 氏体。
③ ε碳化物转变为Fe3Ｃ 主要发生 在250～400℃，此时回火马氏体转 变为在保持马氏体形态的铁素体基 体上分布着细粒状渗碳体的组织， 称为回火屈氏体，用“T回”表示。图13
J HRC d
表示。其中J表示末端淬透
性，d表示至水冷端的距离，HRC为该处测得的硬度
值。
●钢的淬透性还可用钢在某种冷却介质中完全淬透
的最大直径，即临界直径D0表示。
● 淬透性的应用:
● 对于截面尺寸较大和形状较复杂的重要零件以及 要求机械性能均匀的零件，应选用高淬透性的钢制造。
● 对于承受弯曲和扭转的轴类、齿轮类零件，可选 用低淬透性的钢制造。