钢的热处理思维导图
《钢的热处理思维导图》
一、热处理概述
1.1 定义
- 利用加热、保温、冷却等手段改变钢的组织结构，从而改善或提高其性能的工艺。
1.2 目的
- 提高强度、硬度、耐磨性
- 改善塑性、韧性
- 消除内应力
- 提高切削加工性能
- 提高物理化学性能（如耐蚀性、耐热性）
1.3 热处理分类
- 改变整体力学性能的热处理
- 改变表面力学性能的热处理
二、基本热处理工艺
2.1 退火
2.1.1 定义
- 将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却的工艺。
2.1.2 目的
- 降低硬度，提高塑性和韧性
- 细化晶粒，均匀成分
- 消除内应力
- 改善切削加工性能
- 为后续热处理做准备
2.1.3 类型
- 完全退火
- 适用于亚共析钢
- 加热至Ac3以上30-50℃
- 随炉缓慢冷却
- 球化退火
- 适用于共析钢和过共析钢
- 形成球状碳化物，降低硬度，改善切削性能
- 等温退火、周期退火
- 去应力退火
- 低温退火（通常500-650℃）
- 消除铸件、焊接件、冷加工件的残余应力
- 不改变金相组织和力学性能
2.2 正火
2.2.1 定义
- 将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后在空气中冷却的工艺。
2.2.2 目的
- 细化晶粒，提高强度和硬度
- 消除内应力
- 改善切削加工性能
- 为淬火做准备
2.2.3 特点
- 冷却速度快于退火，组织更细
- 强度和硬度高于退火
- 操作简单，周期短，成本低
2.3 淬火
2.3.1 定义
- 将钢加热到适当温度，保温一段时间，然后以快速冷却方式获得马氏体组织的工艺。
2.3.2 目的
2.3.3 影响因素
- 冷却速度：影响马氏体转变的完成度
- 淬火介质：水、油、盐水、空气等
- 钢的成分：含碳量越高，淬火后的硬度越高
2.3.4 类型
2.4 回火
2.4.1 定义
- 将淬火后的钢加热到低于Ac1的某一温度，保温一段时间，然后冷却的工艺。
2.4.2 目的
- 降低或消除淬火内应力
- 提高塑性和韧性
- 获得所需的强度和硬度
2.4.3 类型
- 低温回火
- 150-250℃
- 保持高硬度和耐磨性，降低脆性
- 主要用于工具钢、量具、模具
- 中温回火
- 350-500℃
- 较高的屈服强度、弹性极限和韧性
- 主要用于弹簧、冲击工具
- 高温回火
- 500-650℃
- 综合力学性能最佳
- 用于重要的结构零件
2.4.4 回火脆性
- 第一类回火脆性（不可逆回火脆性）
- 由合金元素在奥氏体晶界偏析引起
- 可在高温回火后缓冷或在500-600℃回火时发生
- 第二类回火脆性（可逆回火脆性）
- 由杂质元素（P、Sn、Sb、As）在奥氏体晶界偏析引起
- 在300-350℃回火时发生
三、表面热处理工艺
3.1 表面淬火
3.1.1 定义
- 仅使钢的表面层发生淬火，而心部仍保持原有状态的工艺。
3.1.2 目的
3.1.3 类型
- 感应加热淬火
- 利用感应电流在工件表面产生热量，快速加热表面
- 加热速度快，效率高，易于控制
- 火焰加热淬火
- 利用火焰（乙炔-氧气火焰）加热工件表面
- 设备简单，成本低，但易变形，难以控制
3.2 化学热处理
3.2.1 定义
- 使工件表面渗入一种或几种化学元素的工艺，改变表面层的化学成分和组织结构，从而获得特殊的性能。
3.2.2 目的
3.2.3 类型
- 渗碳
- 使工件表面渗入碳原子
- 提高表面硬度和耐磨性
- 气体渗碳、液体渗碳、固体渗碳
- 渗氮
- 使工件表面渗入氮原子
- 提高表面硬度、耐磨性、耐蚀性、耐疲劳强度
- 气体渗氮、液体渗氮
- 渗硼
- 渗铝
四、热处理设备
4.1 加热炉
- 箱式炉
- 井式炉
- 盐浴炉
- 气氛炉
- 真空炉
- 感应加热设备
4.2 冷却介质
4.3 检测设备
五、热处理缺陷及预防
5.1 变形
- 加热不均匀、冷却不均匀、组织转变应力
- 预防：合理选择加热和冷却方式、采用合理的工装夹具
5.2 开裂
- 淬火应力过大、加热速度过快、冷却速度过快
- 预防：选择合适的淬火介质、预热、回火
5.3 氧化和脱碳
- 高温加热时，钢材表面与氧气或含碳气体反应
- 预防：采用保护气氛加热、涂保护涂层
5.4 淬火软点
- 冷却速度不足、冷却介质温度过高、钢材原始组织不良
- 预防：选择合适的淬火介质、降低冷却介质温度、进行正火或退火
六、热处理的应用
6.1 机械制造
6.2 汽车工业
6.3 航空航天
6.4 冶金工业
