钢的热处理总结

第一篇：钢的热处理总结

1、热处理

定义：把固态金属材料通过一定的加热，保温和冷却以改变其组织和性能的一种工艺。

目的及意义：金属材料改变性能的方法，改变使用性能和工艺性能，充分利用材料的潜能，控制产品质量，节省资源和材料，缩短生产周期、降低成本

2、固态相变

定义：成分、温度、压力等因素改变时，固态物质内部发生的组织结构变化。研究意义：控制过程→获得预期的组织→得到预期性能。三种基本变化：成分；结构；有序度

主要特点：相变阻力大，相界面结构关系，存在一定的位向关系和惯习面，非均匀、缺陷处形核，新相有特定形状`，原子迁移率低

驱动力：新/旧两相自由能差,晶体缺陷能 阻力：1，界面能

界面能产生原因：界面有一定厚度和体积；原子错排；结合键受破坏→能量高 三种界面类型：完全共格：界面原子完全匹配，除孪晶外，少见。半共格：界面能与位错密度、错配度有关，借助弹性畸变保持界面的匹配。非共格：界面能最大

2，应变能

产生原因：新/旧相比容不同（比容差应变能）。界面错配→新/旧相硬匹配（共格应变能） 共格界面应变能最大，非共格最小

 比容差应变能与新相几何形状有关，球形应变能最大，针状居中，片状最小

3、奥氏体

性能

 力学性能：塑性好、强度低。

 物理性能：顺磁性。比容小。热膨胀系数大。导热性能差。 化学性能:抗腐蚀；耐热。

形成条件：（1）Ac1、Ac3、Accm以上，有一定的过热度。（2），过热度大，容易形成（3），实际相变温度与加热速度有关，不是固定值，加热速度越快，Ac1、Ac3、Accm越高。

奥氏体形成（1）形核

 球化体：优先在晶界的F/碳化物界面上形成，其次在晶内的F/碳化物界面上形成  片状P：优先在P团的界面上形成，其次 在F/碳化物界面上形成  相界形核原因

 碳浓度起伏，如 F中高浓度区有利于 向A转变  结构起伏→晶体结构改组容易

 能量起伏→杂质、晶体缺陷多→形核→降低界面能、应变能

（2）长大

 球化体：A包围碳化物，使碳化物与F分开，A形成F/A和C/A两个界面，双向推进长大。 片状P：垂直片方向（在A、F中存在碳浓度差，引起碳在以上两相中的扩散。为维持相界碳浓度的平衡，原始组织F和碳化物相就会不断溶解）。示意图

平行片方向（体扩散+界面扩散）

界面迁移路程短，是主要长大方式→平行方向长大速度快

（3）残余碳化物的溶解（4）奥氏体成分均匀化 影响A形成速度的因素

（1），加热温度 ： T↑→ A化速度↑。（2），加热速度 ： V↑→ 转变温度↑，转变时间↓。（3），含碳量 亚共析钢C%↑→ 界面多 → 转变快

过共析钢（半A化）C%↑→ 碳化物多 → 转变慢

（4），合金元素 ： 改变相变点；影响扩散系数，碳化物稳定性好，A形成速度慢，合金元素自扩散慢，A形成速度慢

（5），原始组织： P 片间距小 → 相界面多 →A化速度↑

球状P →A化速度↓

4、晶粒度: 设n为放大100倍时每平方英寸面积内的晶粒数，G即为晶粒度。

n=2 G-1  晶粒越细，晶粒度G数字越大。

 评定方法：测定尺寸

对比评级照片

截距法：单位长度上与晶粒相交的数目, 5，钢的冷却转变

按发生转变的温度范围可分为：

高温转变：Fe，C原子能充分扩散（珠光体转变）。中温转变：Fe难以扩散，C原子能扩散（贝氏体转变）。低温转变：Fe、C原子均不能充分扩散（马氏体转变）6，珠光体

定义：共析成分的奥氏体冷却到A1以下时，将分解为铁素体和渗碳体的混合物 形态：片状P【珠光体P索氏体S屈氏体（托氏体）T】

粒状P，Ac1附近长时保温获得

性能：片状P：渗碳体呈片状；间距越小→强度、硬度高；Fe3C%多→塑性、韧性降低；C%↑→韧脆转化温度↑；适合切削加工，连续冷却组织不均匀会影响切削性能。

球状P：硬度、强度

<片状P；塑性、韧性>片状P；疲劳强度>片状P；韧脆转化温度优于（低于）片状P；形态细、圆、均匀好；适合 低、中碳钢冷挤压、冷拔、冷镦；适合高碳钢切削。

综上所述：不宜制造重要零件，通常是加工、成形时所需要的组织，共析钢P的性能 主要取决于形成温度冷却温度对组织与性能的影响

特定条件下过冷奥氏体分解：A1以上：奥氏体化温度较低，保温时间较短，加热转变未充分进行，奥氏体中有许多残留碳化物（Ｋ）（组织愈不均匀愈容易得球状P）

A1以下：转变为Ｐ的等温温度高，等温时间长或冷速极慢

影响P转变的动力学其他因素： A晶粒度：细→P形成快 A成分：（1）碳：

 亚共析钢：碳%增加→F形成困难→ P形成慢  过共析钢：碳%增加→Fe3C形成容易→ P形成快  共析钢：P形成最慢（C曲线最右）

（2）合金



溶入A中，除Co、> 2.5 Al %外，其他→慢  未熔碳化物→促进

 除Mn、Ni外，其他元素→鼻温升高（3）、A均匀化程度：未溶F、渗碳体、杂质→促进

（4）、应力状态：A处于拉应力→促进先共析相→形核，长大，但长大速度几乎不受影响；A处于压应力→反之

7、退火（Annealing）

定义：将工件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。退火主要用于铸、锻、焊毛坯或半成品零件。

目的：降低钢的硬度，提高塑性，改善其切削加工性能；均匀钢的成分，细化晶粒，改善组织与性能；消除工件的内应力，防止变形与开裂；为最终热处理作准备。分类：

完全退火：加热使钢完全得到A后慢冷的工艺

1、目的：改善组织；调整硬度；去除应力

2、工艺：碳钢选用Ac3以上30～50℃，合金钢选用Ac3以上50～90℃。→A化→炉冷550 ℃

→出炉空冷

3、加热速度：碳钢的加热速度常用150～200℃/小时，合金钢加热速度常用50～100℃/小时。

4、时间：经验值，得到比较均匀的奥氏体。

5、冷却方式：随炉冷却，冷速＜30°C/h

6、适用范围：中C钢铸件、焊接件、热轧或热锻件

等温退火 ： 温度与完全退火相同，冷却时则在Ar1以下的某一温度等温，使之发生P转变，然后出炉空冷到室温。

 目的：同上

 工艺：Ac3+20~40℃→A化→Ar1以下等温

 特点：时间短、组织均匀。所用时间比完全退火缩短约1/3，并能得到均匀的组织和性能。 适用范围：亚共析、过共析碳钢，合金钢的铸件、锻件等。球化退火

 目的：为最终热处理作组织准备；调整硬度以便成形加工  组织：片Fe3C → 球状

 球化体组织：具有最佳塑性、最低硬度  获得球化体的途径：

• P球化：片Fe3C → 球状 • A →球化体 • M在Ac1下分解

 适用范围：低、中、高C钢

 影响球化因素：冷却速度慢、组织细（不能有网状碳化物）、A成分不均匀→球化容易 扩散退火（均匀化退火）

 目的：消除钢锭、铸件的成分偏析

 工艺：Ac3或Acm+150~300℃，长时间（1050～1150℃高温） 特点：远高于Ac3，一般为1100－1200°C，成本高、周期长；粗晶

 适用：高合金钢铸锭和铸件。其它钢轧制时适当延时。均匀化退火后，钢件晶粒粗大，应进行完全退火或正火。低温（去应力）退火

 目的：消除机加工、热处理、焊接等工艺的残余应力  工艺：Ac1以下， 冷却：炉冷  组织：无变化 再结晶退火

 目的：恢复冷变形金属塑性，降低硬度  工艺：Ac1以下50-150℃~T再+30-50℃  T再＝（0.35～0.40）T熔  组织：晶粒外形变化

7、正火（Normalizing）

定义：将钢加热到Ac3或Accm以上30－50°C保温，然后空气中自然冷却。获得细珠光体组织  目的：细化晶粒，使组织均匀化，改善铸件的组织和低碳钢的切削加工性  工艺： Ac3 或 Accm + 30～50℃完全A化→缓冷→接近平衡组织

特点：方便、经济、高效；组织细，索氏体%多；

性能：强度、硬度> 退火态；塑性略有降低，残余应力> 退火态 应用

 低C钢：提高硬度→以便切削

 高C钢：消除网状碳化物→保证后续球化质量

 中C钢：细化晶粒，提高性能（代替完全退火）→结构钢预备热处理  普通结构钢零件的最终热处理  返修、消除缺陷

8、退火与正火工艺的选用

根据钢种、冷热加工工艺、使用性能、经济性综合考虑

 低于0.25C%→正火

 0.25~0.5C% →正火代替退火  0.5~0.75C%；中碳合金钢→完全退火  0.75C%以上→球化退火

9、立方结构中C可能所处的位置及分布：

 面心、棱边中点，即扁八面体中心  分布不均匀

 80%位于Z轴扁八面体中心 

wc%>0.2% →体心正方

正方度c/a  体心立方：c/a＝1  M的正方度与碳含量有关，总是大于1  wc %高→ c/a 大（线性关系4-1公式 反常正方度

 反常正方度：M转变时，c/a与C%的关系不符合4-1式  反常低(Mn 钢) 低温时a≠b（正交），碳在A中部分无序分布，∴c/a低  室温时，碳在A中重新分布，有序度增加，c/a接近4-1公式。

 反常高(高Al 钢) 低温时，碳处于同一组空隙位置（完全有序状态）∴ c/a高  室温时，温度回升，碳无序分布，∴ c/a下降

10、马氏体

转变的特点：表面浮凸和切变共格；无扩散性；新/母相取向关系及惯习面；转变不完全性；可逆性

组织形态：钢中马氏体根据成分（含碳量）和冷却条件呈现不同的形态  按照亚结构分为位错型马氏体、孪晶马氏体

 根据形态分为板条马氏体、针片状马氏体、蝶状马氏体、薄板状马氏体、薄片状马氏体 分类：板条M（Lath）

（1）构成：

 板条：窄而细的M单晶；基本单元；条/ 条之间小角度，平行成群分布；有残余A薄膜  束：尺寸相近、平行、成群分布的板条群，它们的惯习面指数相同（4个方向对应于4个{111}γ）。束/束之间大角度。 块：在一个束中黑白相间的板条，有时不存在。惯习面指数、与母相取向关系相同的板条构成。块/块之间大角度。

（2）亚结构：位错，又称位错M（3）晶体学取向：K-S（4）惯习面：{111}γ、{225}γ（5）形成温度高，又称高温M（6）含碳%低，又称低碳M（7）A化温度（晶粒大小）对板条宽度影响不大；但对束尺寸有影响（8）板条各自单独形核，随后长大合并

透镜片（针）状M（Lenticular）

 形貌：立体为透镜状、相互不平行，中间分布残余A。形成时容易产生撞击，故韧性差。 亚结构：中脊→孪晶（形成温度越低此区大）、边缘→少量位错。又称孪晶M  惯习面与形成温度有关：

 温度较高时为{225}γ，位向关系符合K-S关系  温度较低时为{259}γ，位向关系符合西山关系

 形成温度低，又称低温M  碳%高，又称高碳M

11、Ms  物理意义：M相变所需要的最小过冷度对应的温度  工程意义

 制订等温、分级淬火……的依据

 Ms点的高低决定残余AR %，影响变形……  Ms点的高低决定M的形态、亚结构，影响性能

影响Ms的因素 A的成分

 碳：影响显著，随C%↑，Ms，Mf↓，且Mf比Ms下降得快  氮：与碳相似  合金：

 除Co、Al外，其余使Ms下降

 以碳化物形式存在影响不大（比如过共析钢） 各种元素相互影响（经验公式）

应力和塑性变形

 拉应力：Ms升高→诱发M  应变诱发M：

 Md~Ms之间塑性变形→Ms升高→诱发M  原因：产生的晶体缺陷有利于M形核  变形量↑→诱发M%↑，但抑制后续M转变

 Md：高于该温度形变不再能诱发马氏体的形成，与成分、工艺有关。少量变形→促进后面M转变。反之，阻碍M的形成。 Ms以下塑性变形影响同上 奥氏体化条件

 温度↑、时间↑

 成分均匀 →母相强化 →Ms↓

 晶粒粗大、碳偏聚少

→易切变→Ms↑

 完全A化后，温度升高、时间增加→ Ms略升高，影响不明显  成分一定时，A细晶→Ms降低，但不明显 先形成组织对M转变的影响

 先形成的P →A贫碳→ Ms升高  先形成B → A富碳→ Ms降低

机械性能 ：硬度：M中的C%↑→硬度↑；强度高；韧性：C%增加→塑性、韧性降低 强化机理：

 固溶强化：碳作用大，0.4C%以上→效果↓ ；合金作用小

 亚结构强化：低C→ C钉扎位错；高C、合金→Ms低 →孪晶强化  时效强化：低碳钢自回火→C偏聚或析出引起；C%高→ 效果显著  细晶强化：作用不显著

稳定化：指A在外界因素作用下，由于内部结构发生某种变化而使A向M的转变呈现迟滞现象。 特征：引起残余A增加，使硬度下降，零件尺寸稳定性下降。 产生条件：冷却过程中，在Ms点上、下某温度：

 停留  缓冷

 一定的塑性变形(冷加工或相变时) 影响因素：

 Ms以上，停留温度高→明显，高于某温度→反稳定化  C%增加→明显  停留时间增加→明显

 冷却速度增加→稳定化不明显

影响M形态及亚结构的因素

成分：C%：0.3~1.0%为混合M；缩小γ区的合金元素→板条M增加；降低层错能的合金元素→ ε马氏体增加

形成温度（MS）：随温度降低→板条M减少（C%）；合金钢MS 低→板条M减少 A的层错能：低→不容易形成孪晶M → 容易形成板条M、ε马氏体

A的强度（Ms点时）：A的屈服强度< 206MPa → 板条{111}或片M {225}；A的屈服强度> 206MPa → 强度高的片M {259}

12、贝氏体

组织形态及亚结构

上贝氏体

 形成温度：中、高温区  形成：A晶界形核，向晶内长大

 形态：F成束的、大体平行的板条状；渗碳体分布在F条间，呈粒状或条状。

 金相→羽毛状

 电镜→板条之间+碳化物，板条成束、大致平行  温度降低、C%增加→铁素体变薄  铁素体尺寸大小→影响强度、韧性

 亚结构：铁素体中存在位错  铁素体中C%近平衡  表面有浮凸  晶体学

 F、碳化物与A均有不同取向  F/A惯习面{111} γ

 成分→中、高碳钢容易出现，碳化物形态随碳含量变化  含Si、Al时，延缓碳化物析出，称准上B 下贝氏体

 在B形成温度的低温区  一般在A晶界或晶内形成

 形态：F形态与马氏体相似，亦与碳含量有关。碳化物分布在F内，由于极细，无法在光镜下分辨，电镜下呈短杆状，沿着F长轴成55－60°角的方向整齐排列。

 F+碳化物+有时残余A  F金相：低碳→板条；高碳→针状；中碳→混合

电镜：F内有方向性分布的碳化物  表面有浮凸

 亚结构→F中有大量位错，不存在孪晶（与M不同） C%过饱和度大于上B  F与母向有晶体学关系；惯习面复杂  C%↑→碳化物增多，有时有AR  成分→C%范围较宽 粒状贝氏体

 形成温度→接近Bs，高于上B转变温度  形态

 板条F+富碳岛状A  冷却转变：F+K；M+残余A；残余A  有浮凸；C%接近平衡；  F中有亚单元

 成分：低、中碳合金钢（Cr、Ni、Mo）

 冷却：焊接、正火、热轧钢在一定的冷速范围连续冷却出现

 与粒状组织区别：块F+富C岛状A（无取向、无浮凸），与粒B共存 贝氏体的力学性能

 同一强度级别下，B下的韧性大于M。在高碳钢中，回火M的韧性低于同强度贝氏体。 连续冷却或等温淬火可以得到B  通常B以混合类型存在

 B性能与其形态、粗细、分布、亚结构有关

下B强度高，因为：F板条细；位错密度高；碳化物弥散；C的过饱和度大

13、魏氏组织性能：

强度、塑性、韧性差；脆性转化温度高；属于缺陷组织；正火、退火可以消除 形成条件（魏氏F）

 等温、连续冷却均可以形成  一定的冷却速度→W  冷速快→C扩散难→ 短程→容易形成网状F  冷速慢→形核率低→ 短程→容易形成块状

 过热、粗晶→形核少→网状F不容易→ 形成W  Wc% >0.6% →容易伪共析→W难出现  Cr、Mo、Si →阻碍W；Mn →促进W  细晶→C从晶界到晶内短程扩散→ 形成网状F → Ws↓  随Wc%升高→Ws低；晶粒细→Ws低  Ws

 与B相似

 与无碳B相当

 F切变、共格→ Ws小于A3

 A细晶→F容易形核→F形成后→A中C%↑ →A3↓、Ws↓ →W不容易形成

 还有其他机理 14,、各种C曲线测图方法：

金相法：特点：准确、直观；不连续、繁琐 膨胀法：特点：高效、可测先共析相；不直观

15、影响C曲线的因素（1）、碳

 亚共析钢→C%↑ →右移  过共析钢→C%↑ →左移  共析钢→最稳定

 非共析钢有先共析转变线  C%↑ →C曲线越弯曲（2）、合金元素

 溶入A中→除Co、Al外，其他元素→右  合金元素以未溶碳化物形式存在→左  合金元素分类

 弱碳化物形成元素：Co、Ni、Mn、Si等→右、形状变化不大，单一C曲线  碳化物形成元素：Cr、Mo、W、Ti、V等→右、双C曲线，出现A亚稳定区

合金元素具体作用

 Co：C曲线→左；形状不变

 Ni： C曲线→右；形状不变，鼻子向下  Mn： 与Ni相似，可以代Ni  Cr： C曲线→形状改变；右；推迟B作用大。3%以上→两个曲线分离  Mo：强烈阻止P；对B影响不大（P154） W：与Mo相似

 B：低、中碳钢中→微量→右

合金元素的综合作用：多元适量→右移显著；或改变C曲线形状；使C曲线向左或向右移；使C曲线P、B线分开

（3）、A化条件

 温度高、时间长→右移  有第二相存在→左移  对B线影响小（4）、塑性变形

 在A稳定和亚稳定区域→塑性变形→C、Fe扩散快→ P线左移  高温区的A稳定区→塑性变形→A晶粒破碎→B线右移  低温区的A亚稳定区→塑性变形→大量位错→ B线左移

16、淬火

 定义：将钢加热到临界温度以上A化，保温一定时间后，以大于临界冷却速度的冷速进行冷却的一种工艺过程。

 组织：M，B或M＋B混合物；少量残余和未溶的第二相。 目的

 提高力学性能（弹性、韧性、强度、硬度等） 提高物理性能磁性（物理性能） 提高耐腐蚀性能（化学性能）

分类：单介质淬火

特点：方便、自动化、经济、变形大

适用：形状简单(无尖角、截面无突变)、尺寸小的工件 双介质淬火

特点：变形小、效率低、不容易控制

适用：形状复杂、尺寸大的工件。中、高碳钢和截面尺寸大的合金钢工件。分级淬火：Ms稍上（盐、碱、油）→均温→空淬或油淬火 特点：工艺容易控制；变形小；残余A多 适用：合金钢；形状复杂工件 等温淬火 1）B等温淬火

特点：淬火应力小、残余A多，变形小 适用：形状复杂工件

（2）M等温淬火：Ms以下→等温→部分M转变→其余A空冷转变为M 特点：等温温度<分级温度→不容易出现P；先形成M→等温时回火→应力小→变形小；空冷转变M →残余A多→变形小

适用：形状复杂工件 预冷淬火（降温或延迟淬火）

特点：预冷至Ar 3淬火→温差小→变形小 适用：厚薄差异大的工件 局部喷射淬火

17、冷处理

 目的：提高硬度；修正变形；稳定尺寸  介质：液氮；液氧；干冰；液氨；氟立昂  适用：高合金钢；高碳钢 淬透性：

淬火时获得M的能力是材料固有属性，取决于成分；在样品尺寸、冷却介质相同的情况下比较淬透深度才有可比性 影响淬透性的因素

凡使C曲线右移的因素→ 淬透性↑（1）、成分

 A中C%  合金元素除Co以外，一般都使淬透性↑；多元足量更佳（2）、工艺

A化温度高、时间长→成分均匀、不易发生P转变 →淬透性↑ 淬透性测定方法

 断口法  U曲线法  临界直径法（随冷却介质变化）

末端淬火法（常用）

 标准试样  标准试验方法  端淬曲线（带）

硬化层（淬硬层）：淬硬表面 到50%马氏体处的距离；淬透性↑→深；介质冷却能力↑→深；尺寸小↑→深

淬硬性：钢在淬火后M获得硬度的能力；取决于M中C%，C%↑→ 淬硬性↑ ；与淬透性不等同

18、淬火缺陷及防止

淬火内应力 热应力

 原因：心、表冷却速度不同→热胀冷缩不同步  实验材料：无相变→无组织应力影响

 规律：初期→表面拉、心部压→心部变形应力松弛→中期应力反向→室温下内应力为“表压心拉”；轴向、径向、周向均为拉，轴向拉应力最大  影响因素：冷却速度、加热温度、尺寸、导热性 组织应力

 原因：组织转变不同时导致

 实验材料：淬透性好的钢→冷却慢→热应力忽略

 规律：初期→表面压、心部拉→中期应力反向→室温下内应力为“表拉心压”；切向拉应力最大→容易纵向开裂

 影响因素：冷却速度；淬透性；尺寸 淬火变形

 残余应力造成的翘曲→尺寸、形状变化  比容不同→体积变化  实践生产中→二者兼有

19、影响开裂的因素

（1）原材料：在组织缺陷或机加工缺陷处淬裂（2）锻造缺陷：在锻造缺陷处淬裂

（3）热处理工艺：加热温度→材料脆性大；加热、冷却速度；大型工件出炉过早（4）成分C%：C%高→孪晶M多+热应力影响大→容易开裂

（5）尺寸→危险截面尺寸（尺寸小→ 变形小；尺寸大→表面热应力型→压应力）

19、回火：将淬火钢加热到A1以下某一温度，经过保温，然后以一定的冷却方法冷至室温的工艺过程。

 目的：去除残余应力；调整性能；稳定尺寸

 驱动力：原始组织是非平衡相；M中碳过饱和；M具有高的界面和应变能

种类

低温回火

目的：降低应力；提高韧性

组织：回火马氏体（α/+ε），保留淬火形态

性能：硬度与淬火时相当；高碳钢→耐磨性好；韧性提高，内应力降低 中温回火

目的：提高弹性极限；获得高的强韧性配合

组织 ：回火屈氏体（F+细小碳化物，光镜下仍难分辨），保留淬火M形貌 性能：弹性极限最高；强韧性配合好 高温回火（调质处理）

目的：获得好的综合力学性能；产生二次硬化效果 组织： 回火索氏体（F+颗粒碳化物），M形貌消失 性能：综合性能优于S；某些合金钢具有高的红硬性

回火时的组织变化

碳原子的重新分布（M分解）过渡碳化物析出（M分解 残余AR分解 碳化物类型的转变 M回火加热时组织转变 随温度升高：

 C偏聚：100 ℃以下（时效）

 M分解：100~ 300 ℃（过渡碳化物析出ε、η 析出） 残余AR分解：200~ 300 ℃  碳化物类型转变：200~ 350℃  碳化物粗化、F形成：350℃以上

20、二次硬化产生条件：500~650℃；含有强碳化物形成元素（Ti、Cr、V、……）的钢；强碳化物形成元素超过一定%

21、回火脆性

（第一类、低温、不可逆）回火 马氏体 脆

措施：降低杂质；细化晶粒降低杂质%（脱氧剂；细化元素）；加Mo → 降低 晶界磷%；降低Mn；加合金→改变脆化温度；等温淬火代替淬火+回火工艺

第二类、可逆）回火脆

预防：大型工件加Mo、W；降低杂质%；细化晶粒；形状简单的小工件回火后快冷；亚温淬火；磷溶入F中→晶界处磷%降低

22、钢的渗碳

 目的：获得高的耐磨性；疲劳性能  渗C种类：气体渗C；固体渗C；液体渗C

24、碳

势（cp）：炉气C%与工件表面化学反应达到平衡时的炉气状态。即保持不增碳也不减碳时炉气中的C%  Cp↑→渗碳能力↑→ 表面C%↑、渗层↑

但是当Cp 太高→ 炭黑→ 渗速↓

 CO、CH4% → Cp↑

25、气体渗碳

渗碳工艺参数

（1）碳势：根据经验确定→通常表面为0.8~1.0% →好（2）渗碳温度

 通常880~920℃，薄层渗碳→温度可以降低，快速渗碳→提高渗碳温度  温度对扩散、分解均有影响，提高温度→缩短渗碳时间→效率提高  提高温度→渗层增加

 温度过高→粗晶；变形；设备寿命缩短  A状态渗碳容易（3）渗碳时间  根据经验确定，随炉抽样检查  经验估算

 渗层<0.5mm，渗碳速度按照0.15~0.25mm /h  渗层0.5~1.5mm，渗碳速度按照0.1~0.2mm /h  渗层>1.5mm，渗碳速度按照0.05~0.12mm /h 渗

剂

 气体渗剂：载气（N基气氛；吸热式或放热式可控气体）+富化气（甲烷、丙烷等）★吸热式气体：天然气与空气按一定比例混合，CO、N2、H2%大

 液体渗剂：C、H化合物有机液体（煤油、甲醇、苯、丙酮）渗层深度

 化学法：剥层取样分析  金相法：检测渗层剖面

 有效硬化层（DC）测定：1公斤（9.8N）载荷，HV550处到表面的距离 渗碳后的热处理 淬火

（1）直接淬火：渗碳后→预冷 →淬火

原则：预冷温度>心部Ac3 →避免心部F；或预冷温度< 表面Accm →变形小、残余A%少；兼顾二者

 特点：成本低、周期短、变形小  适宜：本质细晶粒钢

（2）一次加热淬火：渗碳后空冷→重新加热→淬火

 淬火加热温度选择原则→同上  特点

 井式炉渗碳后的淬火方式  细化组织→性能好  周期长、容易控制  固体渗碳便于清理  便于机加工

 适宜：本质粗晶钢；高温渗碳

（3）二次加热淬火

 渗碳后空冷→重新加热→淬火

 第一次淬火目的→细化心部组织→加热温度> 心部Ac3  第二次淬火目的→细化表面组织→加热温度> 表面Ac1  特点：性能好，但成本高、变形大

 适宜：本质粗晶钢；高温渗碳件；性能要求高的工件 回火：低温回火→去应力、提高韧性 冷处理：适用精密零件

目的：稳定尺寸、提高硬度 特点：成本高

26、渗碳、钢的渗氮、钢的碳、氮共渗特点。渗碳后的力学性能

 表面获得高硬度、高耐磨性，心部保持良好韧性

 表层高的疲劳强度（二次加热淬火最好、一次加热淬火次之、直接淬火效果差） 渗层↑、C% ↑ →韧性↓ 钢的渗氮 特点

1、更高的硬度及耐磨性

2、具有红硬性（渗碳200℃以上硬度下降。渗氮500℃仍然高硬度）

3、疲劳性能好

4、变形小、有规律因为：渗氮温度低、心部无相变、渗后不淬火直接使用

5、抗“咬卡”性能好→短时缺油→过热不会擦伤、焊合

6、抗腐蚀性能好（抗腐蚀氮化）

7、周期长、成本高、层浅 钢的碳、氮共渗特点

 更高的耐磨性（M中含N） 渗层回火抗力提高（含氮化物） 淬透性提高（N使C曲线右移） 疲劳强度提高（残余压应力） 渗速加快  变形小  渗层比氮化厚

气体渗碳和渗氮工艺，它们的目的都是提高材料表层耐磨性和疲劳性能。渗碳工艺的强化机制是相变强化，而渗氮工艺的强化机制为沉淀强化。

27、淬硬层深度x与频率f  淬硬层深度 x ：根据经验→工件半径的10%左右→性能最佳

 由x确定透入深度δ →再选择f → 根据 f 选购设备（设备确定后，f 不可以调节） 为保证淬硬层温度均匀，δ>x，δ过大，电效率低，故一般取x=1/2 δ  最佳性能时 → x与 f 关系为：f=60000/x2

28、感应加热表面热处理特点

 相变临界温度提高

 加热速度快（组织细、成分不均匀） 表面质量好（变形小、氧化脱碳少） 自动化  性能好

 感应器设计复杂

29、真空热处理 特点

 变形小（原因不详）→不用留加工余量和校直  工件性能好、寿命长（脱碳、氧化、腐蚀少） 节省能源

 设备使用绝热、热容小的隔热材料（石墨毡、陶瓷纤维）→散热少、热效率高  真空中炉气少→出、装炉带走的热损失少  无热处理以后的精加工

 污染少、无公害（无废气） 设备成本高

综上所述：具有高质量、低能耗、无公害优势，适宜一般热处理无法满足要求的工件 30、真空渗碳

（1）特点（与普通渗碳比）

 时间短（高温+净化作用）

 质量好：层深均匀、表面光洁、无内氧化、浓度梯度平缓  劳动条件好：无污染、散热小（2）介质

 甲烷、丙烷→反应→[C]  实际上，先过量渗碳→再扩散调整 3）工艺

 排气、升温

材料脱气、净化→真空度降低

 渗碳：真空度恢复，1030~1050℃渗碳，数分钟 → 渗碳气体进入→真空度下降→停止供碳→扩散→ 恢复 真空度→循环间歇渗碳

 淬火：渗毕→炉内冷却室 → 通氮气、冷却到550~660℃ →再加热重新A化淬火（通氮气加压→ 提高油的冷却能力） 只有富化气甲烷或丙烷、无载气  工艺参数经验控制

 温度高→渗速快；时间短→晶粒与普通渗碳相当  渗碳时间短→浓度梯度平缓

 间歇通入渗剂→渗碳气氛流动性好→渗层深度均匀

31、钢的时效时效条件

 溶质在固溶体中有一定溶解度，并随温度下降  处于过饱和态

 溶质在较低温度下仍有扩散能力 感应加热表面热处理组织与性能

第二篇：钢的热处理实习报告

内容摘要：钢的热处理： 是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。

钢的热处理： 是将固态钢材采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需组织结构与性能的工艺。热处理不仅可用于强化钢材，提高机械零件的使用性能，而且还可以用于改善钢材的工艺性能。其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸。第一节 钢的热处理原理 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下）

1、整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；

2、表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)等；

3、化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。热处理的三阶段：加热、保温、冷却

一、钢在加热时的转变 加热的目的：使钢奥氏体化

（一）奥氏体（a）的形成 珠光体向奥氏体转变示意图

a)形核 b)长大 c)剩余渗碳体溶解 d)奥氏体均匀化

（二）奥氏体晶粒的长大

奥氏体大小用奥氏体晶粒度来表示。分为 00，0，1，2„10等十二个等级，其中常用的1～10级，4级以下为粗晶粒，5-8级为细晶粒，8级以上为超细晶粒。影响 a晶粒粗大因素

1、加热温度越高，保温时间愈长，奥氏体晶粒越粗大。因此，合理选择加热和保温时间。以保证获得细小均匀的奥氏体组织。（930～950℃以下加热，晶粒长大的倾向小，便于热处理）

2、a中c含量上升则晶粒长大的倾向大。

二、钢在冷却时的转变

生产中采用的冷却方式有：等温冷却和连续冷却

（一）过冷奥氏体的等温转变

a在相变点a1以上是稳定相，冷却至a1 以下就成了不稳定相。

1、共析碳钢奥氏体等温转变产物的组织和性能 共析钢过冷奥氏体等温 转变曲线的建立示意图

1）高温珠光体型转变： a1～550℃

（1）珠光体（p）a1～650℃ 粗层状 约0.3μm<25hrc（2）索氏体（s）650～600℃ 细层状 0.1～0.3μm，25～35hrc（3）屈氏体（t）600～550℃ 极细层状约0.1 μm，35～40hrc 2）中温贝氏体型转变：550℃～ms（1）上贝氏体（b上）550～350 ℃ 羽毛状 40～45hrc脆性大，无使用价值（2）下贝氏体（b下）350~ms黑色针状 45～55hrc韧性好，综合力学性能好

（二）过冷奥氏体的连续冷却转变

1．共析碳钢过冷奥氏体连续冷却转变产物的组织和性能（1）随炉冷p 170～220hbs（700～650℃）（2）空冷s 25～35hrc（650～600℃）

共析碳钢连续冷却转变曲线 应用等温转变曲线分析奥氏体在连续冷却中的转变 2． 马氏体转变

当冷速 &马氏体临界冷却速度v k 时，奥氏体发生m转变，即碳溶于α—fe 中的过饱和固溶体，称为 m（马氏体）。

1）转变特点： m 转变是在一定温度范围内进行（ms ～mf）,m 转变是在一个非扩散型转变(碳、铁原子不能扩散）,m 转变速度极快（大于v k）,m 转变具有不完全性（少量的残a）,m转变只有α－fe、γ－fe的晶格转变.（2）m的组织形态

0.1-0.25 板条状 1020－1530 820－1330 9－17 60－180 30－50 0.77 片状 2350 2040 1 10 66(3)m的力学性能

① m的强度与硬度随c的上升m的硬度、强度上升

② m的塑性与韧性：低碳板条状m良好；板条状m 具有较高的强度、硬度和较好塑性和韧性相配合的综合力学性能；针片状 m 比板条 m具有更高硬度，但脆性较大，塑、韧性较差。第二节 钢的退火

1、概念：将钢件加热到适当温度(ac1以上或以下)，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。

2、目的：

（1）降低硬度，提高塑性，（2）细化晶粒，消除组织缺陷（3）消除内应力

（4）为淬火作好组织准备

3、类型：根据加热温度可分为在临界温度（ac1或ac3）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火、均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。（1）完全退火：

2）目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。

3）工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在ar1以下较主温度范围内转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，即工件心部达到要求的加热温度，而且要保证全部看到均匀化的奥氏体，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至 600℃左右即可出炉空冷。

4）适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸、焊、锻、轧制件等。（2）球化退火

1）概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。

2）工艺：一般球化退火工艺ac1+(10～20)℃随炉冷至500～600℃空冷。3）目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。

4）适用范围：主要用于共析钢、过共析钢的刃具、量具、模具等。（３）均匀化退火（扩散退火）

1）工艺：把合金钢铸锭或铸件加热到 ac3 以上150～100℃，保温10～15h后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。

2）目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。

3）适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。

4）注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。（４）去应力退火 1)概念：为去除由于塑性变形加工、焊接等而造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。

2)工艺：将工件缓慢加热到 ac1以下100～200℃（500～600℃）保温一定时间（1～3h）后随炉缓冷至200℃，再出炉冷却。

钢的一般在 500～600℃；铸铁一般在 500～550℃超过550℃容易造成珠光体的石墨化； 焊接件一般为 500～600℃。

3）适用范围：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。第三节 钢的正火

1、概念：将钢件加热到ac3(或accm)以上30～50℃，保温适当时间后；在静止空气中冷却的热处理工艺称为正火。

2、目的：细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。

3、组织：共析钢p、亚共析钢f+p、过共析钢fe3cⅱ＋p

4、工艺：正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中 自然 冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。

5、应用范围：

1）改善钢的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工时易于“粘刀”，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状p，使硬度提高，改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。

2）消除热加工缺陷。中碳结构钢铸、锻、轧件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。

4）提高普通结构零件的机械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。

第三篇：钢的热处理种类[小编推荐]

钢的热处理种类

2007年12月06日 星期四 02:30 P.M.钢的热处理种类分为整体热处理和表面热处理两大类。常用的整体热处理有退火，正火、淬火和回火；表面热处理可分为表面淬火与化学热处理两类。

1.退火

退火就是将金属或合金的工件加热到适当温度（高于或低于临界温度，临界温度即使材料发生组织转变的温度），保持一定的时间，然后缓慢冷却（即随炉 加热保温冷却

冷或者埋入导热性较差的介质中）的热处理工艺。退火工艺的特点是保温时间长，冷却缓慢，可获得平衡状态的组织。

钢退火的主要目的是为了细化组织，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除内应力；提高韧性，稳定尺寸。使钢的组织与成分均匀化；也可为以后的热处理工艺作组织准备，根据退火的目的不同，退火有完全退火、球化退火、消除应力退火等几种。

退火常在零件制造过程中对铸件、锻件、焊件接进行，以便于以后的切削加工或为淬火作组织准备。

2.正火

将钢件加热到临界温度以上30-50℃,保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺称为正火。正火的主要目的是细化组织，改善钢的性能，获得接近平衡状态的组织。

正火与退火工艺相比，其主要区别是正火的冷却速度稍快，所以正火热处理的生产周期短。故退火与正火同样能达到零件性能要求时，尽可能选用正火。大部分中、低碳钢的坯料一般都采用正火热处理。一般合金钢坯料常采用退火，若用正火，由于冷却速度较快，使其正火后硬度较高，不利于切削加工。

3.淬火

将钢件加热到临界点以上某一温度（45号钢淬火温度为840-860℃,碳素工具钢的淬火温度为760～780℃）,保持一定的时间，然后以适当速度冷却以获得马氏体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。

淬火与退火、正火处理在工艺上的主要区别是冷却速度快，目的是为了获得马氏体组织。也就是说要获得马氏体组织，钢的冷却速度必须大于钢的临界速度。所谓临界速度就是获得马氏体组织的最小冷却速度。钢的种类不同，临界冷却速度不同，一般碳钢的临界冷却速度要比合金钢大。所以碳钢加热后要在水中冷却，而合金钢在油中冷却。冷却速度小于临界冷却速度得不到马氏体组织，但冷却速度过快，会使钢中内应力增大，引起钢件的变形，甚至开裂。

马氏体组织是钢经淬火后获得的不平衡组织，它的硬度高，但塑性、韧性差。马氏体的硬度随钢的含碳量提高而增高。所以高碳钢、碳素工具钢淬火后的硬度要比低、中碳钢淬火后的硬度高。同样马氏体的塑性与韧性也与钢的含碳量有关，含碳量低，马氏体的塑性，韧性就较好。

4.回火

钢件淬硬后，再加热到临界温度以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。淬火后的钢件一般不能直接使用，必须进行回火后才能使用。因为淬火钢的硬度高、脆性大，直接使用常发生脆断。通过回火可以消除或减少内应力、降低脆性，提高韧性；另一方面可以调整淬火钢的力学性能，达

到钢的使用性能。根据回火温度的不同，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火三种。

（1）低温回火

淬火钢件在250℃以下的回火称为低温回火。低温回火主要是消除内应力，降低钢的脆性，一般很少降低钢的硬度，即低温回火后可保持钢件的高硬度。如钳工实习时用的锯条、锉刀等一些要求使用条件下有高硬度的钢件，都是淬火后经低温回火处理。

（2）中温回火

淬火钢件在250℃～500℃之间的回火称为中温回火。淬火钢件经中温回火后可获得良好的弹性，因此弹簧、压簧、汽车中的板弹簧等，常采用淬火后的中温回火处理。

（3）高温回火

淬火钢件在高于500℃的回火称为高温回火。淬火钢件经高温淬火后，具有良好综合力学性能（既有一定的强度、硬度，又有一定的塑性、韧性）。所以一般中碳钢和中碳合金钢常采用淬火后的高温回火处理。轴类零件应用最多。淬火+高温回火称为调质处理。

5.表面热处理

仅对工件表层进行热处理以改变组织和性能的工艺称表面热处理。

（1）表面淬火仅对钢件表层进行淬火的工艺称为表面淬火。其热处理的特点是用快速加热的方法把钢件表面迅速加热到淬火温度（这时钢件的心部温度较低），然后快速冷却，使钢件的一定深度表层淬硬，心部仍保持其原来状态。这样就提高钢件表面硬度和耐磨性，心部仍具有较好的综合力学性能（一般表面淬火前进行了调质处理）。例如齿轮工作时表面接触应力大，摩擦利害，要求表层高硬度，而齿轮心部通过轴传递动力（包括冲击力）。所以中碳钢制造的齿轮是调质处理后，再经表面淬火。表面淬火由于采用的快速加热方法不同有：火焰加热表面淬火、感应加热表面淬火。感应加热表面淬火又由于电源频率不同有高频淬火、中频淬火。

（2）化学热处理将金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表面，以改变工件表面的化学成分、组织和性能的热处理工艺称为化学热处理。化学热处理的过程也是加热→保温→冷却的三个阶段，其不同的是在一定介质中保温。根据渗入元素不同，化学热处理有渗低碳合金钢（如20，20Cr钢）；气体渗碳时的渗碳剂为煤油或乙醇；渗碳温度为900-950℃,煤油或乙醇在该温度下裂解出活性碳原子[C]，[C]就渗入低碳钢件的表层，然后向内部扩散，形成一定厚度的渗碳层。

6.热处理常用加热设备

热处理中常用的加热设备主要有加热炉、测温仪表、冷却设备和硬度计等。其中加热炉有很多种，常用电阻炉和盐浴炉。

（1）电阻炉电阻炉是利用电流通过电热元件（如金属电阻丝，SiC棒等）产生的热量来加热工件。根据其加热的温度不同，可分为高温电阻炉、中温电阻炉和低温电阻炉等。又根据形状不同分为箱式电阻炉和井式电阻炉等多种。这种炉子的结构简单，操作容易，价格较低，主要用于中、小型零件的退火、正火、淬火、回火等热处理。其主要缺点是加热易氧化、脱碳，是一种周期性作业炉，生产率低。

（2）盐溶炉盐浴炉是用熔融盐作为加热介质（即工件放入熔融的盐中加热）的加热炉。使用较多的是电极式盐浴炉和外热式盐浴炉。盐浴炉常用的盐为氯化钡、氯化钠、硝酸钾和硝酸钠。由于工件加热是在熔融盐中进行，与空气隔开，工件的氧化、脱碳少，加热质量高，且加热速度快而均匀。盐浴炉常用于小型零件及工、模具的淬火和回

第四篇：H13钢先进热处理技术应用研究

H13钢热处理工艺的优化

H13钢热处理工艺的优化

王庆亮，陈汉辉，续 维，吴晓春，闵永安

（1,宝钢集团上海五钢有限公司制造管理部,上海 200940 2，上海大学，上海，200720）

2摘要：高温均质化、超细化处理是优质H13钢模块生产中的关键技术。高温均质化处理可基本消除钢中的共晶碳化物，显著改善成分偏析；超细化处理可使H13钢组织得到细化，并进一步提高组织、性能均匀性。采用高温均质化处理和超细化处理，可以使H13钢等向性明显改善，冲击韧性、热疲劳抗力显著提高。关键词： 热作模具钢；高温均质化；冲击韧性；热疲劳

Improvement on Heat Treatment Technology for H13 Steel

WANG Qing-liang1，CHEN Hanhui1，XU Wei1，WU Xiao-chun2，MING Yong-an2(1, Baosteel Group Shanghai No.5 Steel Co., Ltd.;manufacturing management

department,shanghai 200940,china

2, Shanghai University shanghai 200940,china 2,)

Abstract: Both high temperature homogenization treatment and superfining treatment are key techniques in the production of quality H13 die steel block.High temperature homogenization treatment can basically eliminate eutectic carbide and dramatically improve the segregation in steel.Superfining treatment can fine the microstructure of H13 die steel and further improve its uniformity of both microstructure and performance.H13 die steel produced in the new process flow route has been well-improved in anisotropy, impact toughness and thermal fatigue.Key Words: hot working die steel, high temperature homogenization, impact toughness, thermal fatigue

1.背景

我国自上世纪八十年代引进H13钢以来，许多钢厂都能生产H13钢。目前H13钢是国内外应用最广泛的热作模具用钢。当前国内H13钢的生产是按GB/T1299-2000标准，该标准仅规定了H13钢的低倍、硬度、脱碳层性能指标，而对热作模具钢使用性能影响较大的显微组织及冲击韧性等关键指标却没有提及。造成国内特殊钢生产企业普遍不重视对钢材显微组织的控制，以致国产H13钢的质量大体上不尽如人意，尤其是大型模块，偏析比较严重，存在粗大共晶碳化物，二次碳化物网状析出严重，模块心部较表面更为显著，而同样

[4]进口的优质H13钢材质均匀，碳化物弥散分布、细小均匀，具有良好的等向性能与热疲劳性能，虽然价格比国产H13钢高出2倍以上，但一直占据着国内高档H13模具钢市场的主导地位。

H13钢的理想组织状态是没有共晶碳化物和晶界碳化物，以及无显微偏析的均匀的显微组织。共晶碳化物主要是在凝固时产生，会造成应力集中，是潜在的热疲劳裂纹源。可以

H13钢热处理工艺的优化

3.2.成分偏析：

Wt%

Cr

um

V

um

„均质化前 —均质化后

Wt%

„均质化前 —均质化后

图3 H13钢高温均匀化前后Cr、V元素的微区成分分析

经过在1200℃以上的高温长时间的保温，H13钢成分偏析得到改善，成分更加均匀。通过对H13钢高温均匀化前后元素微区成分分析，Cr、Mo、V合金元素的成分上下波动幅度较小，如图3所示。3.3冲击韧性

按照北美压铸协会对优质H13钢的验收标准NADCA＃207标准进行制备，为7mm×10mm×55mm无缺口试样。试样经1025℃±10℃保温30分钟后油淬，二次高温回火后获得44HRC～46HRC的硬度。

***100500纵向表面纵向心部横向表面横向心部冲 击 功 J

1＃工艺H132＃工艺H13

图4 传统工艺H13和特殊热处理H13冲击性能比较

图4表明，采用高温均质化＋超细化处理的H13钢各向冲击韧性均有不同程度的提升，尤其是横向性能指标提升很大。横纵向冲击韧性之比从0.14～0.63提升到0.80以上，显示出良好的等向性能。这是由于H13模块的组织性能得到提高，基本避免了共晶碳化物和二次碳化物，提高了组织均匀性。3.2 热疲劳性能

采用Uddeholm热疲劳试验方法对比研究了传统工艺H13钢和特殊热处理H13钢模块心部试样的热疲劳性能。图5为热疲劳试样示意图。所有热疲劳试样均经1020℃真空淬火和600℃回火两次获得约48HRC的硬度，采用高频感应加热装置加热和自来水喷射冷却使试样表面温度在20~700℃之间循环。循环一定周次后后用稀盐酸溶液清洗，洗去表面氧化层后在体视显微镜观察裂纹的形成和发展。

H13钢热处理工艺的优化

在固体中，扩散是物质传输的唯一方式。影响扩散的因素很多，由扩散第一定律可以看出，单位时间内的扩散流量大小取决于两个参数，一个是扩散系数，一个是浓度梯度。其中温度是影响扩散系数的最主要因素，温度越高，原子的振动能越大，因此借助于能量起伏而越过势垒进行迁移的原子几率越大。此外，温度越高，金属内部的空位浓度提高，也有利于扩散。Cr7C3型碳化物开始溶入奥氏体的温度为950～1050℃，但要完全溶入则需要一定的保温时间和更高的加热温度，而这个温度又不能引起钢的过烧。经过试验，获得了比较合理的高温均质化工艺，经过实际生产验证，可以基本消除共晶碳化物，改善成分偏析。4.2 超细化处理

经过高温质均化处理H13钢，虽然基本消除了共晶碳化物，但经过高温阶段的长时间保温，容易在锻造后出现魏氏组织、粗大晶粒等组织缺陷。为降低模块开裂风险，模块锻后一般采用较缓慢的速度冷却，所以大型热作模块锻后心部组织中二次碳化物会沿晶析出形成碳化物链，严重时会形成网状碳化物。上述这些缺陷采用一般的退火工艺难以消除。针对H13钢的相变特点，相应开发了专门的组织超细化热处理工艺，改善锻后组织，提高H13钢的组织、性能均匀性。

H13钢模块锻后超细化处理，通过重新奥氏体化和二次碳化物的溶解来提高组织均匀性，通常Cr23C6开始溶入奥氏体的温度为900～1000℃，但由于Mo、V的存在，使（Cr,Fe,Mo,V）23C6开始溶入奥氏体的温度升高到1000～1020℃[9]。通过合理的奥氏体化工艺参数的制定，即保证了二次碳化物的重溶，又使锻后组织得到了细化。在随后的冷却过程中，通过关键温度区间冷却速度的控制，基本抑制了二次碳化物的沿晶析出，并在随后的热处理工序中，使碳化物弥散均匀地分布在铁素体上（如图3所示）。

H13钢模块的超细化处理，不仅为用户的模具机械加工作了组织准备，也为优良的淬回火组织的获得奠定了基础。其中作用类似于为提高热作模具的强韧性而进行的预备热处理，而预处理对热作模具钢组织的改善和力学性能的提升具有相当重要的影响[10]。4.3.对H13钢的性能影响的研究

H13钢在使用过程中主要的失效形式为开裂失效和热疲劳失效。一般采用淬回火态冲击韧性和热疲劳寿命指标进行衡量。

经过均质化和超细化处理，基本消除共晶碳化物，改善成分偏析，获得表里均一的组织，显著提高模块心部的力学性能，使冲击功横纵比达到0.8左右，减少了模具因为心部强韧性不足引起的开裂失效

热疲劳裂纹通常形成于模具型腔表面热应力集中处，随着循环次数的增加，裂纹尖端附近出现一些小空洞并逐渐形成微裂纹，与开始形成的主裂纹合并，裂纹继续扩展，最后裂纹间相互连接形成严重的网络状裂纹而导致模具失效。H13钢中材质不均匀，存在粗大碳化物和碳化物网、链时，热疲劳裂纹主要在这些第二相处首先出现，并且扩散速度较快，带有方向性；并当钢材材质纯净度提高，无碳化物这类裂纹源时，则热疲劳裂纹一般在晶界处萌生。热疲劳裂纹一旦形成，将随着循环次数增加不断扩展，且裂纹尖端沿着晶界扩展，形成网络状均匀的裂纹，甚至形成二次、三次裂纹，吸收了应力能量、减缓了扩散速度，提高了热疲劳寿命。5.结论

5.1 高温均质化处理可基本消除H13钢电渣锭组织中的块状共晶碳化物，并显著改善钢中的成分偏析。

第五篇：热处理总结

热处理基础知识培训

——学习总结

一、热处理定义

热处理是将金属材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的金相组织结构,来控制其性能的一种金属热加工工艺。

二、热处理工艺的特点 金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。

为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。

三、常见热处理概念

1． 正火：将钢材或钢件加热到临界点上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。2． 退火：将亚共析钢工件加热至20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至500度以下在空气中冷却的热处理工艺。

3． 固溶热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。

4． 时效：合金经固溶热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

5． 固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。

6． 时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。

7． 淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的热处理工艺。

8． 回火：将经过淬火的工件加热到临界点以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。

9． 钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

10． 调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。

11． 钎焊：用钎料将两种工件粘合在一起的热处理工艺。

四、热处理分类

金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。

整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，获得需要的金相组织，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。