简述淬火钢回火时力学性能与回火温度之间的关系Word格式.docx
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产生第二类回火脆性的原因是：
锑、锡、砷、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚或以化合物方式析出，是导致第二类回火脆性的主要原因。
为了防止高温回火脆性，可在钢中加入0.5%钼或1%钨，抑制杂质元素向晶界偏聚，这种方法适用于大工件。
对于中小工件，可采用高温回火后快冷，抑制杂质元素偏聚。
介绍几种常见的退火工艺、目的及应用
1完全退火
将亚共析钢加热至Ac3以上20-30℃，保温足够时间奥氏体化后，随炉缓慢冷却，从而接近平衡的组织，这种热处理工艺称为完全退火。
经浇注并模冷后的钢锭和铸钢件，或终轧终止温度过高的热锻轧件，晶粒粗大，易得魏氏组织，并存在着内应力。
可通过完全退火来细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度，便于切削加工，并为加工后零件的淬火做好组织准备。
完全退火只适用于亚共析钢，不宜用于过共析钢。
过共析钢若加热至Acm以上单相奥氏体区，缓冷后会析出网状二次渗碳体，使钢的强度、范性和韧性大大降低。
2不完全退火
亚共析钢在Ac1-Ac3之间或过共析钢在Ac1-Accm之间两相区加热，保温足够时间，进行缓慢冷却的热处理工艺，称为不完全退火。
如果亚共析钢的终轧终止温度适当，并未引起晶粒粗化，铁素体和珠光体的分布又无异常现象，采用不完全退火，可以进行部分重结晶，起到细化晶粒，改善组织，降低硬度和消除内应力的作用。
亚共析钢的不完全退火温度一般为740-780℃，其优点是加热温度低，操作条件好，节省燃料和时间。
过共析钢退火是为了细化和均匀组织，降低硬度和消除内应力。
3等温退火
等温退火是将钢件加热到临界温度（过共析钢Ac1或亚共析钢Ac3）以上奥氏体化，然后将钢件移入另一温度稍低于Ar1的炉中等温停留，不可太高也不宜过低。
太高则等温时间过长，且硬度偏低；
过低则硬度偏高。
原则是在保证硬度合格的条件下，尽量选用较低的等温温度，以缩短等温时间，提高劳动生产率。
当转变完成后，出炉空冷至室温。
等温退火时转变易于控制，更适用于过冷奥氏体稳定性高的合金钢，可以节省钢件在炉内的时间，提高退火炉的周转率。
4球化退火
球化退火是使钢中的碳化物球化，获得粒状珠光体的热处理工艺，主要用于过共析钢，如碳素工具钢、低合金工具钢和滚珠轴承钢。
球化退火的目的是降低硬度，改善切削加工性能，以及获得均匀的组织，并为最后的淬火处理做组织准备。
其加热温度范围一般取Ac1以上20-30℃
经球化退火后组织的优点：
⑴由片状变成粒状珠光体，降低硬度，改善切削加工性能。
⑵粒状珠光体加热时奥氏体晶粒不易长大，允许有较宽的淬火温度范围，淬火时变形开裂倾向小，即淬火的工艺性能好。
⑶能获得最佳的淬火组织，即马氏体片细小，残余奥氏体量少，并保留一定量均匀分布的粒状碳化物。
另外具有明显网状碳化物结构的钢材，必须先进行正火消除碳化物网，再进行球化退火。
5扩散退火
扩散退火也称均匀化退火，主要用于合金钢钢锭或铸件，它们在浇注后凝固过程中总会产生合金元素的枝晶偏析，即化学成分不均匀性。
扩散退火是通过高温长时间加热奥氏体化，使分布不均匀的元素通过扩散，以消除或者减弱枝晶偏析。
常用扩散退火温度是1100℃-1200℃，保温时间为10-15小时。
钢中合金元素含量越高，所采用的加热温度越高。
经高温长时间加热扩散退火后，奥氏体晶粒已经过度长大，如不再进行热加工，必须进行一次完全退火或正火以细化晶粒。
6低温退火
低温退火是把钢件加热到低于Ac1温度退火，又叫消应力退火，主要用于消除铸件、锻件、焊接件、冷冲压件和机加工件中的残余应力，提高稳定性，防止淬火变形开裂。
它包括软化退火和再结晶退火。
常用的软化退火温度为650-720℃，保温后出炉空冷。
钢锭经软化退火后，消除了内应力，避免钢锭开裂，并降低硬度便于钢锭表面清理。
合金结构钢的锻轧钢材，经软化退火后能消除内应力和降低硬度，对于过冷奥氏体稳定性高的合金钢，降低硬度效果更为显著。
再结晶退火是将冷加工硬化的钢材，加热至T再-Ac1之间进行，通常为650-700℃。
其目的是通过再结晶使变形晶粒恢复成等轴状晶粒，从而消除加工硬化。
简述热处理工艺中的正火、退火、淬火、回火的定义、目的及应用
1正火是将钢加热到Ac3或Acm以上约30-50℃,或者更高的温度，保温足够时间，然后在静止空气中冷却的热处理工艺，得到的显微组织为珠光体。
正火的目的：
⑴对于大锻件、截面较大的钢材、铸件，用正火来细化晶粒，均匀组织。
如消除魏氏组织或带状组织，为下一步淬火处理做好组织准备，它相当于退火的效果。
⑵低碳钢退火后硬度太低，切削加工中易粘刀，光洁度较差。
改用正火，可提高硬度，改善切削加工性。
⑶可作为某些中碳钢或中碳低合金钢工件的最终热处理，以代替调质处理，具有一定的综合力学性能。
⑷用于过共析钢，可以消除网状碳化物，便于球化退火
正火的用途：
正火操作方便、成本较低、生产周期短、生产效率高，主要用于改善低碳非合金钢（低碳钢）的切削加工性能，消除中碳非合金钢的热加工缺陷，消除过共析钢的网状碳化物，也可用于某些低温化学热处理件的预处理及某些结构钢的最终热处理。
2退火：
将钢加热到临界点Ac1以上或以下的一定温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡状态的组织，这种热处理工艺称为退火。
退火的目的是：
⑴消除钢锭的成分偏析，使成分均匀化。
⑵消除铸、锻件存在的魏氏组织或带状组织，细化晶粒和均匀组织。
⑶降低硬度，提高塑性，改善组织，以便于切削加工和冷变形加工。
⑷改善高碳钢中碳化物形态和分布，为淬火做好准备
⑸消除组织遗传，淬火过热组织。
⑹消除零件的加工应力，稳定零件尺寸。
⑺脱除氢气，消除白点。
3淬火：
将钢加热到临界点Ac1或Ac3以上的一定温度，保温一段时间，然后在水或油等冷却介质中快速冷却，这种热处理工艺称为淬火。
淬火的主要目的，是把奥氏体化工件淬成马氏体，以便在适当温度回火，获得所需要的力学性能。
4回火是将淬火后的钢在A1温度下加热，使之转变成稳定的回火组织的工艺过程。
此过程不仅保证组织转变，而且要消除内应力，故应有足够的保温时间
回火的目的就是消除应力、稳定组织、调整性能。
介绍几种常见的回火工艺，目的及应用
1低温回火
在150-250℃之间进行，回火后组织为回火马氏体。
其目的是降低淬火内应力，使其具有一定韧性，并保持高的硬度。
低温回火一般用来处理要求高硬度、高耐磨性工件，如模具、刀具、滚动轴承和渗碳件等。
低碳合金钢淬火后，经低温回火具有高的综合力学性能。
2中温回火
在350-500℃之间进行，回火后组织为回火屈氏体。
中温回火后具有高的弹性极限，并具有足够的韧性，中温回火主要用来处理各种弹簧，也可用于处理要求高强度的工件，如刀杆、轴套等。
3高温回火
在500-650℃之间进行，回火后组织为回火索氏体。
习惯上把这种淬火加高温回火的双重处理称为调质处理。
调质处理后钢件具有高的范性和韧性，强度也较高，即具有高的综合力学性能。
调质处理广泛用于要求高强度并受冲击或交变负荷的重要工件，如连杆、轴等。
合金元素对铁碳相图的影响
1扩大γ相区的元素：
就是指在铁与合金元素组成的二元相图中，是A3点温度降低，A4点温度升高，并在相当宽的温度范围内与γ-Fe可以无限固溶或有相当大的溶解度。
⑴开启γ相区元素：
在这类元素与铁组成的二元相图中，γ相区存在的温度范围变宽，相应的α和δ相区缩小，并在一定范围内铁与该元素可以无限固溶。
Mn、Co、Ni和Fe组成的二元相图属于此类。
⑵扩大γ相区的元素：
与⑴相似，但是不能无限固溶。
C、N、Cu等元素属于这类。
2缩小γ相区的元素:
就是指这类元素在二元相图中，可以使A3温度升高，A4点温度降低；
合金元素在γ-Fe中的溶解度较小。
⑴封闭γ相区的元素：
这类元素使A3升高，A4降低，γ相区被α相区所封闭，在相图上形成γ圈。
V、Cr、Ti、W、Mo、Al、Si、P、Sn、Sb、As等属于这类元素，其中V和Cr与α-Fe在一定温度范围可无限互溶，其余元素与α-Fe都是有限互溶。
⑵缩小γ相区的元素：
这类元素与封闭γ相区的元素相似，但由于在一定浓度范围出现了金属化合物，破坏了γ圈，使γ相可以在相当大的浓度范围内与化合物共存。
B、Zr、Nb、Ta、S、Ce等属于这类元素。
综述合金元素（包括碳）在各种钢的作用（结合钢种详细说明要具体到某一型号的钢）
一结构钢：
1调质钢
30CrMoC（0.26-0.34）MnCrMo
合金元素的作用：
碳：
保证形成足够的碳化物，其中一部分碳化物在加热至高温时溶入奥氏体中，使固溶体中含碳量达到饱和，从而保证淬火后马氏体的硬度；
另一部分碳化物起细化晶粒的作用，并提高钢的耐磨性。
锰：
可显著增大钢的淬透性和强度，与碳配合可以增大钢的加工硬化率，提高钢的耐磨性。
铬：
增大钢的淬透性，并使过剩碳化物增多和变细，以增大钢的耐磨性。
铬还可以提高钢的回火稳定性、抗氧化和抗气体腐蚀能力。
2渗碳钢
18Cr2Ni4WA
C（0.13-0.19）W
CrSiMn
Ni
合金元素在渗碳钢中的作用
钨：
细化奥氏体晶粒
镍：
提高钢的淬透性
为获得良好的渗碳性能
凡是形成碳化物的元素，当它们溶于奥氏体时，都可以增加钢表面对碳的吸收能力；
于此同时，它们都减慢碳在奥氏体中的扩散。
非碳化合物形成元素则减小钢件表面碳的吸收速度，如硅、镍、铜等，同时加速碳在奥氏体中的扩散。
因而加入这类元素，往往可以使渗碳层的含碳量分布变平缓，并使表面层含碳量适当减少。
3弹簧钢60Si2CrVA
C（0.56-0.64）Si
Mn
Cr
V
弹簧钢中合金元素的作用如下：
⑴碳：
主要用来满足钢材的强度。
⑵铬、锰：
主要是增大钢的淬透性，以保证大截面弹簧强度的要求。
⑶硅：
主要用来提高钢的弹性极限和屈服强度。
⑷钒：
用来细化奥氏体晶粒，提高钢的耐磨性，以增大钢的强度和韧性。
二、轴承钢GCr15
C（0.95-1.05）Mn
Si
Cr
目的是增大钢的淬透性，并使过剩碳化物增多和变细，以增大钢的耐磨性。
硅：
目的是溶入固溶体中提高钢的弹性极限，并在一定程度上增大钢的淬透性。
而且，由于硅能显著提高低温回火时马氏体的抗回火稳定性，从而使钢保持高强度、高硬度，但硅多时钢的脱碳敏感性增大。
可显著增大钢的淬透性和强度，但锰多时产生淬火裂纹的倾向和残余奥氏体量将增大。
稀土元素可以改善钢中夹杂物的分布，改善钢的范性和韧性。
三、工具钢
1低速刃具及量具用钢9SiCr
C（0.85-0.95）Si
Mn
可显著增大钢的淬透性和强度，提高钢的耐磨性，细化奥氏体晶粒。
增大钢的淬透性，增大钢的耐磨性，细化奥氏体晶粒，。
增大钢的抗回火软化能力，减少淬火变形。
2高速钢
W18Cr4V
C（0.7-0.8）W
Mo
Cr
V
Al
高碳：
可保证形成足够的合金碳化物量和马氏体中有足够的含碳量，使钢具有高的耐磨性和高的硬度。
同时，由于合金碳化物数量多，在淬火加热时溶入奥氏体中碳化物的数量相应增多，使淬火后马氏体中的合金度提高，从而增大二次硬化效果，有利于红硬性的提高。
钨和钼：
主要目的是造成二次硬化，以保证高的红硬性。
钒：
提高钢的耐磨性，还能明显提高钢的抗氧化能力和抗回火能力。
铝：
显著提高钢的硬度和红硬性，降低刀具的磨损。
增大钢的淬透性，增大钢的耐磨性，细化奥氏体晶粒。
溶入固溶体中提高钢的弹性极限，并在一定程度上增大钢的淬透性。
硅还能显著提高低温回火马氏体时的抗回火稳定性，使钢保持高硬度和高强度。
四、耐蚀钢1Cr13C（≦0.08）Si
Ni
铬:
铬是决定不锈钢耐蚀性能的主要元素。
钢中若含有足够的铬，钢在氧化性介质中就可形成以Cr2O3为基体的稳定的表面防护膜；
同时铬能有效地提高固溶体（铁素体、马氏体或奥氏体）的电极电位，从而使钢不受腐蚀。
一方面它是稳定奥氏体的元素，并且作用很大；
另一方面，由于碳和各的亲和力很强，它与铬可形成一系列的复杂碳化物。
因此，钢中含碳量越高，其抗腐蚀性就越低。
镍与各互相配合可以显著提高钢的耐蚀性。
可以部分的代替镍，是形成奥氏体的合金元素。
五、耐热钢
1铁素体珠光体耐热型钢12Cr1MoV
合金元素在这类钢中的作用是：
硅和铬可以提高钢在580-650℃的抗氧化和抗气体腐蚀能力。
铬、钼、钨等中强碳化物形成元素能形成合金渗碳体或特殊碳化物，强碳化物形成元素如钒、钛则形成VC、TiC等碳化物，由其造成的沉淀强化使钢保持较高的蠕变强度。
铬和钼等元素可以溶入固溶体起到固溶强化作用，同时它们还降低碳在固溶体中的扩散速度；
当它们进入碳化物中可以增加碳化物中原子的结合力。
2奥氏体耐热钢
Cr15Ni26MoTi2AlVB
镍、锰、氮：
扩大γ相区，稳定γ相。
铬、铝、硅提高钢的抗气体腐蚀和抗氧化能力。
钼、钨、钴、铬提高基体的再结晶温度，增加基体组织结构的稳定性。
硼（微量）强化晶界
列出结构钢、轴承钢、工具钢、耐蚀钢、耐热钢的具体热处理工艺
一、结构钢
调质钢
1淬火
淬火温度
理论加热温度在Ac3以上30~50℃，一般含钨、钒、铝的合金钢加热温度可取高些，含锰则低些。
尺寸小、形状复杂的工件淬火加热温度取下限，而尺寸大形状简单取上限。
加热时间盐浴炉按0.4-0.6min/mm，气体介质加热炉按1.5-1.8min/mm来估算。
冷却介质
一般合金调质钢，均用油做淬火剂。
2回火
调质钢淬火后应进行高温回火才能获得会后索氏体组织。
回火温度
取500-600℃之间。
回火时间
合金钢一般可取0.5-1小时
除了回火脆性敏感的钢材需要快冷外（用水或油），其他的钢材可在空气中冷却。
40Cr热处理工艺
正火在空气介质炉中加热至850-870℃，置于空气中冷却。
退火在空气介质炉中加热至830-850℃，随炉降温。
淬火水淬温度为830-850℃，油淬为850-870℃，小尺寸油冷，大尺寸水-油双液冷却。
回火
通常在500-650℃回火，置于水中或油中冷却。
二、轴承钢
GCr15钢
轴承零件经淬火低温回火后，具有良好的接触疲劳强度和耐磨性，其显微组织为隐回火马氏体基体上分布着细小的粒状碳化物。
轴承钢是过共析钢，因此必须采用不完全淬火。
淬火温度选在820-850℃。
淬火后的组织为马氏体+7-8%未溶粒状碳化物+8-10%残留奥氏体。
轴承零件的回火皆为低温回火。
GCr15钢取150-160℃，含有硅、钒的钢取175℃回火。
回火保温时间一般为2小时。
比如低速刃具及量具用钢
1球化退火
球化退火在锻后进行。
目的除了软化钢材，便于切削加工外，更重要的是为以后淬火提供较为理想的原始组织，即球状珠光体。
退火加热温度通常取在Ac1以上20-40℃，保温时间一般取2-4小时。
经保温后可随炉（不大于50℃/h）冷却或采用等温冷却（一般取在680—700℃）。
如果球化退火前，钢中存在严重的网状碳化物，则应先进行加热温度高于Ac3的正火，然后在退火。
含钨较高的钢采用高温回火。
2淬火
目的是获得马氏体和过剩碳化物组织，以提高钢的硬度和耐磨性。
加热温度：
亚共析钢采用完全淬火，即Ac3以上30-50℃；
过共析钢采用不完全淬火，即Ac1以上30-50℃。
加热保温时间，可按刃具的有效厚度计算。
在盐浴炉中加热，碳钢取20-25s/mm；
合金钢取25-30s/mm。
淬火的冷却，碳钢通常采用水淬油冷（双液淬火），直径小于8mm的小刀刃，可以采用油淬，或用170-190℃的碱液（或盐液）分级或等温冷却。
合金钢可采用较缓和的介质冷却，使淬火变形减小，通常采用油淬或熔盐分级淬火。
3低温回火淬火后应立即进行回火，以消除淬火应力，并适当提高塑性和韧性。
为了保持高硬度和高耐磨性，应采用低温回火。
回火温度，碳钢一般取160-180；
合金钢可以适当提高
9SiCr的热处理工艺
等温球化退火：
加热温度790-810℃，经2-4小时保温后，于700-729℃等温保温6-8小时。
淬火的加热温度为850-870℃，淬火的冷却，可根据刀具尺寸及形变程度的要求分别选用油淬和分级淬火（Ms点稍高处约180℃左右停留2-5分钟）或等温淬火（在Ms点稍高处180-200℃或稍低处160℃，停留约30-60分钟）。
9SiCr钢的回火温度应根据刃具要求的硬度来确定，一般取在170-220℃之间保温2小时左右。
再比如高速钢
1球化退火目的在于取出锻造后的内应力，消除不平衡组织，降低硬度，获得较细小的晶粒，以便于切削加工和为以后淬火提供良好的原始组织。
退火温度选在860-880℃之间。
退火保温时间一般为2-4小时。
然后等温退火，打开炉门于740-750℃等温六小时再以不大于30℃/h冷到500-550℃出炉。
2淬火目的是通过加热使尽可能多的碳及合金元素溶入奥氏体中，冷却后得到合金度很高的马氏体组织，从而为后的高的红硬性与耐磨性打下基础。
淬火前，一般刀具采用800-850℃预热，而大截面、形状复杂的道具采用两次预热。
第一次在600-650℃，第二次在800-850℃。
淬火温度：
W18Cr4v为1280℃，加热时间根据加热温度、加热介质、装炉量和碳化物的形态等因素考虑，最短不超过30s。
冷却介质为空气或油，采用等温退火，在240-280℃硝盐内进行，等温时间2-4小时，然后空冷。
3回火
淬火后应立即进行回火，以消除淬火应力，并适当提高塑性和韧性。
为了保持高硬度和高耐磨性，一般采用560℃回火，每次回火保温均采用1小时（大型刀具1.5小时）。
通常还要进行二次回火、三次回火。
（减少回火次数的措施：
淬火后立即在-80—--70℃低温处理，然后在进行一次回火）
四、耐蚀钢
Cr13型马氏体不锈钢热处理工艺
加热到1000℃空冷即可得到马氏体组织，然后根据使用条件来决定回火温度。
若要求高的硬度，取200-250℃低温回火；
若要求热强度，则取600-750℃高温回火。
18—8型奥氏体不锈钢的热处理工艺
1固溶处理
固溶处理的温度一般为1050-1150℃，钢的含碳量越高，固溶处理温度也越高。
保温时间与钢材厚度和直径有关，厚度为1mm，时间为5min；
2-3mm,时间为15min；
4-12mm，时间为30min.
加热保温后，薄壁零件可以空冷，其他均进行水冷。
2消除内应力处理
为消除切削加工后的残余应力，通常采用300-350℃的消除应力退火，保温1-2小时后空冷。
3稳定化处理
这种方法针对含钛、铌的不锈钢而设置的。
钢中加入钛或铌可消除晶间腐蚀，但是他们的效果必须通过稳定化处理后才能保证。
将钢加热至850-900℃，保温2小时，空冷。
1珠光体耐热钢12Cr1MoV
珠光体钢的热处理一般是正火后再回火，回火温度要高于使用温度100℃。
如12Cr1MoV钢制锅炉过热管，工作时管壁温度可达580℃，其热处理工艺是加热至980-1020℃，保温空冷后进行710-750℃回火。
2奥氏体耐热钢Cr15Ni26MoTi2AlVB（GH132）
热处理工艺：
GH132经980-1000℃固溶，700-720℃时效16小时，一般可用于650-700℃，受力不大的零件可用于850℃。
画出铁碳相图，并按碳含量分类，说出对应合金钢的热处理方式。
一、亚共析钢
比如调质钢
尺寸小、形状复杂的工件淬火加热温度取下限，而尺寸大形状简单取下限。
调质钢淬火后应进行高温回火才能获
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