球化退火

球化退火是使鋼中碳化物球化而進行的退火工藝。將鋼加熱到Acl以上20?

30C,保溫一段時間，然后緩慢冷卻，得到在鐵素體基體上均勻分布的球狀或

顆粒狀碳化物的組織。

球化退火主要適用于共析鋼和過共析鋼，如碳素工具鋼、合金工具鋼、軸承鋼

等。這些鋼經(jīng)軋制、鍛造后空冷，所得組織是片層狀珠光體與網(wǎng)狀滲碳體，這

種組織硬而脆，不僅難以切削加工，且在以后淬火過程中也容易變形和開裂。

而經(jīng)球化退火得到的是球狀珠光體組織，其中的滲碳體呈球狀顆粒，彌散分布

在鐵素體基體上，和片狀珠光體相比，不但硬度低，便于切削加工，而且在淬

火加熱時，奧氏體晶粒不易長大，冷卻時工件變形和開裂傾向小。另外關于一

些需要改善冷塑性變形(如沖壓、冷鎖等)的亞共析鋼有時也可采納球化退火。

球化退火加熱溫度為Acl+(20?40)℃或Acm-(20-30)℃,保溫后等溫冷卻或直

接緩慢冷卻。在球化退火時奧氏化是“不完全〃的，只是片狀珠光體轉變成奧

氏體，及少量過剩碳化物溶解。因此，它不可能消除網(wǎng)狀碳化物，如過共析鋼

有網(wǎng)狀碳化物存在，則在球化退火前須先進行正火，將其消除，才干確保球化

退火正常進行.

球化退火工藝方法很多，最常用的兩種工藝是一般球化退火和等溫球化退火。

一般球化退火是將鋼加熱到Acl以上20?30C,保溫適當時間，然后隨爐緩慢

冷卻，冷到500℃左右出爐空冷。等溫球化退火是與一般球化退火工藝同樣的加

熱保溫后，隨爐冷卻到略低于Ari的溫度進行等溫，等溫時間為其加熱保溫時

間的1.5倍。等溫后隨爐冷至500C左右出爐空冷。和一般球化退火相比，球化

退火不僅可縮短周期，而且可使球化組織均勻，并能嚴格地控制退火后的硬度。

要知道AC1線是什么，就一定要弄懂鐵碳合金狀態(tài)圖。見圖。

因為A1線和A3線是鐵碳合金狀態(tài)圖中的特性線，AC1線和AC3線是略比A1線

和A3線上移的類似特性線。

鐵碳合金狀態(tài)圖表示鐵碳合金在不同成分和溫度下的組織、性能以及它們之間

互相關系的圖形。又稱鐵碳合金相圖或鐵碳合金平衡圖。是通過實驗的方法建

立起來的。它是研制新材料，制定合金熔煉、鑄造、壓力加工和熱處理等工藝

的重要工具。所以你必需要掌握這個工具。

相圖的縱坐標代表溫度，橫坐標代表含碳量。

不同的區(qū)域表示不同的組織，圖中的幾個基本概念：純鐵、鋼、鑄鐵；共析鋼、

亞共析鋼、過共析鋼；共晶白口鑄鐵、亞共晶白口鑄鐵、過共晶白口鑄鐵。

圖中的特性點

A點：純鐵的熔點1538℃

C點：共晶點1148℃

D點：滲碳體的熔點1227℃

S點：共析點727c

G點：純鐵的同素異晶轉變點912℃

E點：C在Y-Fe中最大溶解度1148c

P點：C在a-Fe中最大溶解度727℃

Q點：室溫時C在a-Fe中最大溶解度

圖中的特性線

ACD：液相線，液相冷卻至此開始析出固相，固相加熱至此全部轉化為液相。

AECF：固相線，液態(tài)合金至此線全部結晶為固相，固相加熱至此開始轉化。

GS：A開始析出F的轉變線，加熱時F全部溶入A,又稱A3線。

ES：C在A中的溶解度曲線，又稱Acm線。

ECF：共晶線，含C量2.11%—6.69%的鐵碳合金至此發(fā)生共晶反應，結晶出A

與Fe3c混合物--萊氏體Ld。

PSK：共析線，含C量在0.0218%~6.69%的鐵碳合金至此反生共析反應，產(chǎn)生

珠光體P,又稱A1線。

其中要特別注意A1線、A3線和Acm線。它們經(jīng)常和退火及其它熱處理工藝有密

切關系。

鋼在實際加熱和冷卻時不可能非常緩慢，因此，鋼中的相轉變不能完全按鐵碳

合金相圖中的Al、A3和Acm線，而有一定的滯后現(xiàn)象，即出現(xiàn)過熱（加熱時）或

過冷（冷卻時）現(xiàn)象。

加熱或冷卻時的速度越大，組織轉變偏離平衡臨界點的程度也越大。為區(qū)別起

見，把冷卻時的臨界點記作Ari、Ar3、Arcm；加熱時的臨界點記作Acl、Ale

3、Accmo

很多不嚴格的狀況下就直接用A1線、A3線和Acm線了。如你說的題目就可以改

為：

退火是將鋼加熱至臨界點A1線或A3線以上或以下溫度，保溫后隨爐緩慢冷卻

以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝。

GCrl5

GCrl5鋼是一種合金含量較少、具有優(yōu)良性能、應用最廣泛的高碳銘軸承

鋼。經(jīng)過淬火加回火后具有高而均勻的硬度、優(yōu)良的耐磨性、高的接觸疲憊性

能。該鋼冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，對形成白點敏感性能

大，有回火脆性。所以要用球化退火。

不同材料如何選擇熱處理

1.毛坯時：低碳鋼正火；中碳鋼、高碳鋼退火。

2.機加工過程中，消除加工應力時：中碳鋼、高碳鋼退火。

3.最終獲得硬度時：低碳鋼滲碳淬火；中碳鋼、高碳鋼淬火。

4.中碳鋼堅持優(yōu)良的機械性能時，淬火+回火（即調(diào)制處理）。

四個基本熱處理的目的

淬火的目的是強化鋼材,使之通過奧氏體想馬氏體轉變增加鋼材的強

度和硬度，依據(jù)不同鋼種冷卻方式是不一樣的，主要看其C曲線，

只要冷卻速度大于臨界冷卻速度即可；

退火的目的是降低硬度，調(diào)整組織，為最終熱處理做組織準備，冷卻

方式是隨爐冷卻；

回火是和淬火相伴存在的，鋼材淬火后要經(jīng)過回火才干使用，否則硬

度太高，塑性較差，容易開裂和斷裂失效，回火冷卻方式一般是空冷,

也有各別鋼種需要快速冷卻的得水冷或油冷；

正火和退火的作用差不多，還能細化晶粒，冷卻方式一般為空冷，也

有各別鋼種需增加冷卻強度，如水冷，油冷等。

四大熱處理的區(qū)別

首先講正火、退火、回火、淬火。它們是構成熱處理的基礎，差別首

先在加熱溫度和冷卻速度上。正火、退火、淬火一般加熱到奧氏體化

溫度后在冷卻，而回火一般加熱到A1線以下，并且回火一般是為了

配合淬火，不單獨使用。冷卻速度上，淬火為快速冷卻，正火為空冷,

回火為空冷、風冷等視狀況而定，退火的冷速最慢，一般隨爐冷卻。

調(diào)質處理為淬火加高溫回火的組合，為了獲得比較好的性能。

金屬熱處理的工藝

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個過程，有時只有加熱和冷卻兩個過程。

這些過程互相銜接，不可間斷。

加熱是熱處理的重要步驟之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采納木炭和

煤作為熱源，進而應用液體和氣體燃料。電的應月使加熱易于控制，且無環(huán)境污

染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動粒子進

行間接加熱。

表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學性能的金屬熱處理工藝。為了

只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密

度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達

到高溫。表面熱處理的主要方法，有激光熱處理、火焰淬火和感應加熱熱處理，

常用的熱源有氧乙烘或氧丙烷等火焰、感應電流、激光和電子束等。

化學熱處理是通過改變工件表層化學成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學

熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學成分?；瘜W熱處理是

將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質（氣體、液體、固體）中加熱，保溫較

長時間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鋁等元素。滲入元素后，有時還要進

行其它熱處理工藝如淬火及回火。化學熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬、

復合滲等。

熱處理是機械零件和工模具制造過程中的重要工序之一。大體來說，它可以確保

和提升工件的各種性能，如耐磨、耐腐蝕等。還可以改善毛坯的組織和應力狀

態(tài)，以利于進行各種冷、熱加工。

例如白口鑄鐵經(jīng)過長時間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵，提升塑性；齒輪采納正

確的熱處理工藝，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提升；另外,

價廉的碳鋼通過滲入某些合金元素就具有某些價昂的合金鋼性能，可以代替某些

耐熱鋼、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過熱處理方可使用。

三鋼的分類

鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%o鋼是經(jīng)濟建設

中極為重要的金屬材料。鋼按化學成分分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。

碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成格外，還含有少量的鋅、硅、

硫、磷等雜質。碳鋼具有一定的機械性能，又有優(yōu)良的工藝性能，且價格低廉。

因此，碳鋼獲得了廣泛的應用。但隨著現(xiàn)代工業(yè)與科學技術的迅速發(fā)展，碳鋼的

性能己不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎上,

有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼

的性能有顯著的提升，故應用日益廣泛。

由于鋼材品種繁多，為了便于生產(chǎn)、保管、選用與研究，必需對鋼材加以分類。

按鋼材的用途、化學成分、質量的不同，可將鋼分為許多類：

（一）.按用途分類

按鋼材的用途可分為結構鋼、工具鋼、特別性能鋼三大類。

1.結構鋼：

（1）.用作各種機器零件的鋼。它包括滲碳鋼、調(diào)質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。

（2〕.用作工程結構的鋼。它包拈碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及一般低合金鋼。

2.工具鋼：用來制造各種工具的鋼。依據(jù)工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與

量具鋼。

3.特別性能鋼：是具有特別物理化學性能的鋼?？煞譃椴讳P鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、

磁鋼等。

（二）.按化學成分分類

按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。

碳素鋼：按含碳量又兀分為低碳鋼〔含碳量40.25%）；中碳鋼（0.25%〈含碳

量〈0.6%）；高碳鋼（含碳量N0.6%）。

合金鋼：按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量三%）；中合金鋼

（合金元素總含量=5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量>10%）。此外，

依據(jù)鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為鎰鋼、銘鋼、銘鍥鋼、銘鐳鈦鋼

等。

（三）.按質量分類

按鋼材中有害雜質磷、硫的含量可分為一般鋼（含磷量00.045%、含硫量

<0.055%；或磷、硫含量均W0.050%）；優(yōu)質鋼（磷、硫含量含硫量與0.030%）。

此外，還有按冶煉爐的種類，將鋼分為平爐鋼（酸性平爐、堿性平爐），空氣轉

爐鋼（酸性轉爐、堿性轉爐、氧氣頂吹轉爐鋼）與電爐鋼。按冶煉時脫氧程度，

將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全），冷靜鋼（脫氧比較完全）及半冷靜鋼。

鋼廠在給鋼的產(chǎn)品命名時，往往將用途、成分、質量這三種分類方法結合起來。

如將鋼稱為一般碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高級優(yōu)質碳素工具

鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等。均￡0.040%）；高級優(yōu)質鋼（含磷量W0.035%、

四金屬材料的機械性能

金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能兩類。所謂工藝性能是指機械零件

在加工制造過程中，金屬材料在所定的冷、熱加工條件下表現(xiàn)出來的性能。金屬

材料工藝性能的好壞，次定了它在制造過程中加工成形的適應能力。由于加工條

件不同，要求的工藝性能也就不同，如鑄造性能、可焊性、可鍛性、熱處理性能、

切削加工性等。所謂使用性能是指機械零件在使用條件下，金屬材料表現(xiàn)出來的

性能，它包括機械性能、物理性能、化學性能等。金屬材料使用性能的好壞，決

定了它的使用范圍與使用壽命。

在機械制造業(yè)中，一般機械零件都是在常溫、常壓和非激烈腐蝕性介質中使用的,

且在使用過程中各機械零件都將承受不同載荷的作用。金屬材料在載荷作用下抵

抗破壞的性能，稱為機械性能（或稱為力學性能）。金屬材料的機械性能是零件

的制定和選材時的主要依據(jù)。外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、

循環(huán)載荷等），對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強

度、塑性、硬度、韌性、多次沖擊抗力和疲憊極限等。下面將分別討論各種機械

性能。

1.強度

強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于

載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強度也分為抗拉強度、

抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯(lián)系，使用中一般較

多以抗拉強度作為最基本的強度指標。

2.塑性

塑性是指金屬材料在載荷作用下，產(chǎn)生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。

3.硬度

硬度是衡量金屬材料軟硬程度的指標。目前生產(chǎn)中測定硬度方法最常用的是壓入

硬度法，它是用一定幾何形狀的壓頭在一定載荷下壓入被測試的金屬材料表面，

依據(jù)被壓入程度來測定其硬度值。

常用的方法有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）和維氏硬度（HV）

等方法。

4.疲憊

前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指標。實際

上，許多機器零件都是在循環(huán)載荷下工作的，在這種條件下零件會產(chǎn)生疲憊。

5.沖擊韌性

以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞

的能力叫做沖擊韌性。

五退火--淬火--回火

（一）.退火的種類

1.完全退火和等溫退火

完全退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各

種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也月于焊接結構。一般常作為一些

不重要工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。

2.球化退火

球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的

鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。

3.去應力退火

去應力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，

焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件

在一按時間以后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂痕。

（二）.淬火

為了提升硬度采用的方法，主要形式是通過加熱、保溫、速冷。最