热处理知识(3)

加热缺陷及控制

一、      过热现象
二、      
我们知道热处理过程中加热过热最易导致奥氏体晶粒的粗大，使零件的机械性能下
降。

1.一般过热：加热温度过高或在高温下保温时间过长，引起奥氏体晶粒粗化称为过
热。粗大的奥氏体晶粒会导致钢的强韧性降低，脆性转变温度升高，增加淬火时的
变形开裂倾向。而导致过热的原因是炉温仪表失控或混料（常为不懂工艺发生
的）。过热组织可经退火、正火或多次高温回火后，在正常情况下重新奥氏化使晶
粒细化。

三、      
2.断口遗传：有过热组织的钢材，重新加热淬火后，虽能使奥氏体晶粒细化，但有
时仍出现粗大颗粒状断口。产生断口遗传的理论争议较多，一般认为曾因加热温度
过高而使MnS之类的杂物溶入奥氏体并富集于晶界面，而冷却时这些夹杂物又会沿晶
界面析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。
3.粗大组织的遗传：有粗大马氏体、贝氏体、魏氏体组织的钢件重新奥氏化时，以
慢速加热到常规的淬火温度，甚至再低一些，其奥氏体晶粒仍然是粗大的，这种现
象称为组织遗传性。要消除粗大组织的遗传性，可采用中间退火或多次高温回火处
理。

二、过烧现象

四、      
加热温度过高，不仅引起奥氏体晶粒粗大，而且晶界局部出现氧化或熔化，导致晶
界弱化，称为过烧。钢过烧后性能严重恶化，淬火时形成龟裂。过烧组织无法恢
复，只能报废。因此在工作中要避免过烧的发生。
五、      
三、脱碳和氧化

六、      
钢在加热时，表层的碳与介质（或气氛）中的氧、氢、二氧化碳及水蒸气等发生反
应，降低了表层碳浓度称为脱碳，脱碳钢淬火后表面硬度、疲劳强度及耐磨性降
低，而且表面形成残余拉应力易形成表面网状裂纹。
七、      
加热时，钢表层的铁及合金与元素与介质（或气氛）中的氧、二氧化碳、水蒸气等
发生反应生成氧化物膜的现象称为氧化。高温（一般570度以上）工件氧化后尺寸精
度和表面光亮度恶化，具有氧化膜的淬透性差的钢件易出现淬火软点。
八、      
为了防止氧化和减少脱碳的措施有：工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采
用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰
燃烧炉（使炉气呈还原性）
四、氢脆现象

九、      
高强度钢在富氢气氛中加热时出现塑性和韧性降低的现象称为氢脆。出现氢脆的工
件通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气
氛加热可避免氢脆。
当然，实际工作中有人利用此现象来为人服务（如合金的粉碎处理等）
几种常见的热处理概念

几种常见热处理概念

1． 正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以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annealing：将亚共析钢工件加热至AC3以上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AC1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quenching and tempering：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
回火的种类及应用

根据工件性能要求的不同，按其回火温度的不同，可将回火分为以下几种：
（一）低温回火（150－250度）

低温回火所得组织为回火马氏体。其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前
提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高
碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后硬度一般为HRC58
－64。

（二）中温回火（350－500度）

中温回火所得组织为回火屈氏体。其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的
韧性。因此，它主要用于各种弹簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为HRC35－
50。
（三）高温回火（500－650度）

高温回火所得组织为回火索氏体。习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调
质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广
泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿轮及轴类。回火
后硬度一般为HB200－330。
气氛与金属的化学反应

一．      气氛与钢铁的化学反应
二．      
1. 氧化
三．      
2Fe＋O2→2FeO
四．      
Fe＋H2O→FeO＋H2
五．      
FeC＋CO2→Fe＋2CO
六．      
2. 还原
七．      
FeO＋H2→Fe＋H2O   FeO＋CO→Fe＋O2
八．     
3. 渗碳
九．      
2CO→［C］＋CO2
十．      
Fe＋［C］→FeC
十一．      
CH4→［C］＋2H2
十二．      
4.渗氮
十三．      
2NH3→2［N］＋3H2
十四．      
Fe＋［N］→FeN
十五．      
二． 各种气氛对金属的作用
十六．      
氮气：在≥1000度时会与Cr,CO,Al.Ti反应
十七．     
氢气：可使铜，镍，铁，钨还原。当氢气中的水含量达到百分之0.2—0.3时，会使
钢脱碳
十八．     
水：≥800度时，使铁、钢氧化脱碳，与铜不反应
十九．     
一氧化碳：其还原性与氢气相似，可使钢渗碳
二十．      
各类气氛对电阻组件的影响