1.定义：将淬火后的钢在A1以下温度加热、保温并以适当速度冷却
种类：低温（150~250℃）、中温（350~500℃）、高温（?500℃）
2.基本目的
①提高淬火钢的塑韧性，降低脆性；②降低或消除淬火引起的残余内应力；③稳定组织和尺寸 8 淬火钢的回火转变及组织
淬火碳钢在不同温度回火，可得到不同的组织： 200℃回火，得到α+碳化物(ε，η)，即回火马氏体 (碳化物存在于板条或片内)，记作M' 400℃回火，得到α（0.25%C）+θ碳化物，即回火屈氏体(细小碳化物及针状α)， 记作T'. 600℃回火，得到平衡态等轴α+θ，即回火索氏体(细粒碳化物及等轴α)，记作S'。 9 回火对钢材的力学性能的影响
（1）硬度：回火时硬度变化的总趋势是随回火温度的升高而下降但低、中碳钢在250 ℃以下回火硬度下降不多，高碳钢在100℃回火时硬度略有上升，出现一个峰值。 250 ℃以上回火硬度持续下降。 （2）强度和塑性：回火时强度变化的趋势是随回火温度的升高，强度（ζb、ζs、SK）不断下降，塑性（δ、ψ）不断升高。但低温回火时强度略有上升，塑性基本不变。弹性极限ζe在300～400℃有一峰值。 （3）韧性：回火时韧性变化的趋势是随回火温度的升高，韧性升高，但合金钢的韧性升高是不连续的，在T-aK和 T-KIC曲线上出现两个谷值，即回火脆性。
（4）高碳钢淬火裂纹：回火时可发生自动“焊合”，消除或减少裂纹。
10 回火工艺的制定（回火温度、加热时间和冷却方式）P64
回火温度的选择和确定
工件使用性能、技术要求、钢种及淬火状态。 钢回火后的性能主要取决于回火温度，确定方法一般如下： （1）根据各种钢的回火温度-硬度关系曲线或图表来确定回火温度。
（2）采用有关经验公式来确定回火温度。如碳素结构钢，回火温度可参考下列公式： T=200+11X（60-H），H为回火后要求的HRC值。适用于最小HRC30的45钢。
根据工件回火后的性能要求不同，回火按加热温
度一般分为三种：
1.低温回火（150~250℃）
M分解?析出?/?-碳化物—回火马氏体 性能:高硬度、高耐磨性、较高韧性
应用:高碳中、低合金钢，低碳钢和低碳合金钢，渗碳和碳氮共渗零件，低合金超高强度钢
例1： 高碳轴承钢，例GCrl5、GSiMnV等
淬火温度要求十分严格。温度过高会引起过热，晶粒长大，使钢的韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和变形；温度过低，则奥氏体中溶解的铬和碳的含量不够，钢淬火后硬度不足。
淬火组织：隐晶马氏体上分布细小均匀分布的粒状碳化物（7%~9%）和少量残余奥氏体。
为使回火性能均匀一致，回火温度也要严格控制，最好在油中进行。
回火组织：极细的回火马氏体、均匀分布的细粒状碳化物以及少量的残余奥氏体，硬度为62~66HRC。
例2 精密轴承
冷处理：保证尺寸精度的稳定性；附加回火：消除磨削应力
球化退火采用等温处理工艺，组织：粒状珠光体，
硬度在(19~24)HBS之间，适宜切削加工。
淬火+低温回火
在600-650℃预热，目的：缩短随后的淬火保温时间，减轻氧化脱碳的可能性。
在850~870℃加热保温后，迅速转移到160-200℃的硝盐槽中进行等温淬火，降低淬火时的变形。
在190-200℃低温回火，降低残余应力，保留较高的硬度值(60~63)HRC
2） 精密量具和高精度配合的结构零件
① 120-150℃(12小时，甚至几十小时)回火。② 目的：稳定组织及最大限度地减少内应力，从而使尺寸稳定。③ 为了消除加工应力，多次研磨，还要多次回火。这种低温回火，常被称作时效。
3） 低碳马氏体的低温回火
低碳位错型马氏体具有较高的强度和韧性，经低温回火后，可以减少内应力，进一步提高强度和塑性。因此，低碳钢淬火以获得板条(位错型)马氏体火目的，淬火后均经低温回火。
4） 渗碳钢淬火回火① 性能要求：表面具有高碳钢性能和心部具有低碳马氏体的性能。② 回火温度：＜200℃。③组织：表层：高碳M回+粒状碳化物＋A残 心部：低碳M回④结果：表面具有高
的硬度和耐磨牲，而心部具有高的强度、良好的塑性和韧性。
二次淬火目的一：细化心部组织并消除表面渗碳层中的网状渗碳体； 二：使表面获得细小的马氏体加粒状碳化物组织，以满足表面高性能的要求； 2.中温回火（350~500℃） 应用：各种弹簧钢
碳素弹簧钢--取此温度范围下线 合金弹簧钢—取此温度范围上限 回火屈氏体
65：380℃回火，可得最高弹性极限；
55SiMn：480℃回火，可获得疲劳极限，弹性极限及强度与韧性的良好配合；
3.高温回火（大于500℃） 回火索氏体—F+弥散分布于 其中的粒状渗碳体
应用：要求优良综合性能的 结构零件
淬火+高温回火=调质处理 高速钢—调质—二次硬化 高硬度、高耐磨性和红硬性
② 用于由中碳碳素结构钢或低合金结构钢加工的发动机曲轴、连杆、连杆螺栓、汽车拖拉机半轴、机床主轴及齿轮等要求具有综合机械性能的零件； 2） 二次硬化型钢的回火
二次硬化必须在一定温度和时间条件下发生，因此有一最佳回火温度范围，此需视具体钢种而定。
退火：降低钢的硬度，以利于切削加工，并为最终热处理作组织上的准备。退火温度：860~℃880℃。溶入奥氏体中的合金元素不多，奥氏体的稳定性较小，易于转变为软组织。退火组织：索氏体基体上分布着均匀细小的碳化物颗粒退火硬度：207~255HB 淬火加热温度：1280℃加热温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金元素亦越高。只有合金元素含量高的马氏体才具有高的红硬性。过高奥氏体晶粒则急剧长大，甚至在晶界处发生局部熔化现象。在不发生过热的前提下，高速钢的淬火温度越高，其红硬性则越好。 预热
1）减少淬火加热过程中的变形开裂倾向； 2）缩短高温保温时间，减小氧化脱碳；
淬火组织：马氏体（60%~65%）+碳化物（10%）+残余奥氏体（25%~30%）
小型或形状简单的刀具——油淬 形状复杂及尺寸较大的刀具——分级 使用中需要承受冲击的刀具——等温
回火
消除淬火应力，稳定组织，减少残余奥氏体的数量，达到所需要的性能。 回火温度：560℃？
回火组织：回火马氏体+碳化物，硬度为63HRC~66HRC。 在150℃~400℃，约在270℃自马氏体中析出ε-碳化物，然后逐步转变为Fe3C并聚集长大，相应地硬度有所下降；由于析出的Fe3C的聚集和大部分淬火应力的消除，强度、塑性增加。
在400~500℃，马氏体中的Cr向碳化物中转移，渗碳体型的碳化物逐渐转变为弥散的富Cr的合金碳化物（M6C），使钢的硬度又逐渐上升。在500℃~600℃之间，钢的硬度、强度和塑性均有提高，而在550℃~570℃时可达到硬度、强度的最大值。原因是产生了二次硬化和二次淬火的现象。 高合金渗碳钢的回火
① 原因：高合金渗碳钢渗碳以后，由于其奥氏体非常稳定，即使在缓慢冷却条件下，也会转变成马氏体，并存在着大量残余奥氏体。② 目的：使马氏体和残余奥氏体分解，使渗碳层中的一部分碳和合金元素以碳化物形式析出，并集聚球化，得到回火索氏体组织，使钢的硬度降低，便于切削加工，同时还可减少后续淬火工序淬火后渗层中的残余奥氏体量。③ 高合金钢渗碳层中残余奥氏全的分解方式 这类钢由于含有较多的Cr和Ni等合金元素，渗碳层后表层的C含量又很高，这样就导致了马氏体转变温度的大幅度下降。若渗碳后直接淬火，渗碳层中将保留大量的残余奥氏体，使表面硬度下降。 例：20Cr2Ni4钢渗碳后在600-680℃温度进行回火
Ⅱ 以二次淬火的方式使残余奥氏体转变成马氏体
例子：渗碳18Cr2Ni4WA钢 原因：18Cr2Ni4WA钢没有珠光体转变，故其残余奥氏体不能以珠光体转变的方式分解。此时若考虑残余奥氏体的转变，应该选用有利于促进马氏体转变的温度回火。
18Cr2Ni4WA钢渗碳后的热处理 渗碳后：Ms心310℃， Ms表80 ℃ 淬火：加热温度850℃ ，放入200-220℃硝盐中进行等温淬火。 淬火组织
心部：低碳马氏体，具有高强度。 表层：仍保持过冷奥氏体组织 高温回火：520-560℃
回火组织：心部：M低→S回，硬度降低，而韧度提高；
表层：A过→ 高碳M＋粒状K 低温回火：150℃
回火组织：心部：无变化；
表层：回火M，保证了高强度和耐磨性 回火时间所起的作用：①保证组织转变充分进行；②尽量降低或消除内应力；③与回火温度配合使工件获得所需回火性能
回火后的冷却回火后工件一般在空气中冷却;对于一些工模具，回火后不允许水冷，以防止开裂;对于具有第二类回火脆性的钢件，回火后应进行油冷，以抑制回火脆性;对于性能要求较高的工件，在防止开裂条件下，可进行油冷或水冷，然后进行一次低温补充回火，以消除快冷产生的内应力 11 淬火新工艺的发展与应用（亚温淬火、等温淬火）
亚温淬火P67
亚共析钢在Ac1~Ac3之间的温度加热淬火称为亚温淬火，即比正常淬火温度低的温度下淬火。其目的是提高冲击韧性值，降低冷脆转变温度及回火脆倾向性。
为了保证足够的强度，并使残余铁索体均匀细小，亚温淬火温度以选在稍低于Ac3的温度为宜 改善钢的韧性、降低韧脆转化温度、抑制可逆回火脆性
原因：1）晶粒细化和杂质偏聚浓度减小；
①碳、氮化物指点阻碍A晶粒长大—A晶粒细小；②a-B界面面积远大于A晶界面积—杂质元素偏聚浓度减少；③自由F的存在减轻裂纹尖端的应力集中—阻止裂纹扩展。
2）杂质元素在?和?晶粒中的再分配； 扩大r相区的元素富集在r相内
缩小r相区的元素富集在a相内 3）减少碳化物的沿晶析出
注：强韧化效果与含碳量、回火温度有关
2.控制残余奥氏体形态、数量和稳定性的热处理
等温淬火
预冷等温淬火
采用两个温度不等的盐浴，工件加热后，先在温度较低的盐浴中进行冷却，然后转入等温淬火浴槽中进行下贝氏体转变，再取出后空冷。
该法适用于淬透性较差或尺寸较大的工件 用低温盐浴预冷以增加冷却速度，避免自高温冷却时发生部分珠光体或上贝氏体转变
预淬等温淬火
将加热好的工件先淬入温度低于Ms点的热浴以获得>10％的马氏体，然后移入等温淬火槽中等温进行下贝氏体转变，取出空冷，再根据性能要求进行适当的低温回火。当预淬中获得的马氏体量不多时，也可以不进行回火
该法是利用预淬所得的马氏体对贝氏体的催化作用，来缩短贝氏体等温转变所需时间
该法适用于某些合金工具钢下贝氏体等温转变需要较长时间的场合。在等温转变过程中，预淬得到的马氏体进行了回火。 分级等温淬火
在进行下贝氏体等温转变之前，先在中温区进行一次(或二次)分级冷却的工艺。
该种工艺可减少热应力及组织应力，工件变形开裂倾向性小，同时还能保持强度、塑性的良好配合，适合于高合金钢(如高速钢等)复杂形状工具的热处理。 淬火、回火缺陷及其预防、补救P69
第四章
1 表面淬火的概念、目的、分类及应用
表面淬火是指被处理的工件在表面有限深度范围内,加热到相变点以上,然后迅速冷却，在工件表面一定深度范围内达到淬火目的的热处理工艺
表面淬火是将钢快速加热至临界温度以上，然后快速冷却的过程
目的：在工件表面一定深度范围内获得马氏体组织，
而其心部仍保持着淬火前的组织状态（调质或正火状态），以获得表面层硬而耐磨，心部又有足够塑性，韧性的工件
分类（根据加热的热源不同）：
感应加热表面淬火;火焰加热表面淬火;电接触加热淬火; 电解液加热表面淬火; 激光加热表面淬火;电子束加热表面淬火；等离子束加热表面淬火 根据交流电源的频率不同，可以分为三类：
高频感应加热表面淬火；中频感应加热表面淬火； 工频感应加热表面淬火。
应用用于中碳调质钢或球铁制零件；低碳钢因效果不
显著，很少应用；高碳钢因为脆性大，只在工具或高冷硬轧辊上
2 表面淬火工艺原理 （1）钢在非平衡加热时的相变特点 P74 (1)一定的加热速度范围内，临界点随加热速度的增加而提高；(Ac3和Accm极限1130℃)
（2） 奥氏体成分不均匀性随着加热速度的增加而增大
快速加热时，钢种、原始组织对奥氏体成分的均匀性有很大影响。对热传导系数小，碳化物粗大且溶解困难的高合金钢采用快速加热是有困难的。 （3） 提高加热速度可显著细化奥氏体晶粒
①过热度大→奥氏体晶核不仅在铁素体/碳化物相界面上形成，而且也可能在铁素体的亚晶界上形成，因此使奥氏体的成核率增大；
② 加热时间极短→奥氏体晶粒来不及长大；
（4）快速加热对过冷奥氏体的转变及马氏体回火有明显影响
快速加热使奥氏体成分不均匀及晶粒细化，减小了过冷奥氏体的稳定性，使c-曲线左移。 例子：亚共析钢
微小体积内的不均匀性：P区域；
大体积范围内的不均匀性：P和先共析F 淬火后马氏体成分也不均匀 （2）表面淬火的组织和性能 1 表面淬火的金相组织
与钢种；淬火前的原始组织；淬火加热时沿截面温度的分布有关
表面淬火的金相组织
淬火前为退火状态的共析钢表面淬火后的组织： 表层：马氏体M；
向内：珠光体P＋马氏体M； 心部：原始组织珠光体
淬火前为正火状态的45钢表面淬火后的组织： 表层：马氏体M；
向内：铁素体F＋马氏体M；
再向内：铁素体F＋珠光体P＋马氏体M； 心部：原始组织铁素体F＋珠光体P
（思考：若45钢表面淬火前为调质状态，其表面淬火后的组织如何？
原始组织为调质状态的45钢
由于S回为粒状渗碳化均匀分布在铁素体基体上的均匀组织，因此表面淬火后不会出现由于上述那种碳浓度大体积不均匀性所造成的淬火组织的不均匀。）
2 表面淬火后性能
表面硬度：快速加热，激冷淬火后表面硬度比普通淬火高。
原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀； 耐磨性：工件的耐磨性比普通淬火的高。
原因：奥氏体晶粒细化、成分不均匀；表面硬度高； 表面处于压应力状态 疲劳强度：采用正确的表面淬火工艺，可以显著地提高零件的抗疲劳性能，降低缺口敏感性。
原因：表面强度提高；表面形成很大的残余压应力。 例如：40Cr，调质加表面淬火时疲劳极限σ-1＝324N/mm2,而调质态为235N/mm2， 疲劳强度的提高与淬硬层深度有一定关系。 层浅，强化效果不显著；
淬硬层深度增加，ζ-1 随层深的增加而增大； 但淬硬层过厚时，表面残余压应力下降，ζ-1反而降低。 实验表明：在弯曲疲劳强度最高时的最佳淬硬层深度δ＝10～20％D（工件直径）
3 感应表面加热淬火工艺参数的确定 P80
两种参数
热参数：感应加热温度、加热时间、加热速度等；
电参数：设备频率、零件单位表面功率、阳极电压、阳极电流、槽路电压、栅极电流等；
感应加热表面淬火是借助调整设备的电参数来控制热参数，达到保证表面淬火质量
根据零件尺寸及硬化层深度的要求，合理选择设备 ① 设备频率的选择 主要根据硬化层深度来选择 设备确定后，频率就不能任意调节，电流频率的透入深度是不能根据硬化层深度的要求来随意选择的。要实现透入式加热，电流的频率的选择范围为 当硬化层深度已知，就可以找到一电流最佳频率。实践证明，硬化层深度为电流热透入深度的一半时，可以得到电流最佳频率
当要求硬化层深度大于现有设备频率所能达到的电流透入深度时，在保证表面不过热的条件下，采用的方法
降低零件单位表面的输入功率，延长加热时间； 增大零件与感应器之间的间隙，延长加热时间；或在同时加热时采用间断加热法，以增加热传导时间； 零件在感应加热前，在感应器中进行预热； 连续加热时，采用双匝或多匝感应器； 采用较小单位表面功率，延长加热时间；
零件尺寸大，而设备功率不足时，应采用连续顺序
