高强钢的热处理工艺学

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1、高强钢的热处理工艺学低合金超高强度钢具有相当高的强度(Rm≥1500MPa)和一定的韧性，其合金元素量低，热加工工艺简单，成本相对低廉，因此被广泛应用于航空、航天和常规武器领域。此种钢在使用过程中往往要承受较大的冲击载荷，所以对强度和韧性的要求很高。因此，最终热处理工艺宜为淬火+低温回火，得到回火马氏体组织。以下内容主要介绍热处理工艺以及它对高强钢的组织和力学性能的影响。1普通的热处理工艺热处理是指通过对钢件加热、保温和冷却的操作方法，来改善其内部组织结构，以获得所需要性能的一种加工工艺。这些过程互相衔接，不可间断。钢的热处理大致有退火、正火、淬火

2、和回火四种基本工艺。1.1退火退火是将钢加热到适当温度（Ac1以上），保温一定时间，然后缓慢冷却（炉冷），以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫做退火。退火的主要目的是为了细化组织，提高性能，降低硬度，以便于切削加工；消除内应力；提高韧性，稳定尺寸。使钢的组织与成分均匀化；也可为以后的热处理工艺作组织准备，根据退火的目的不同，退火有完全退火、等温退火、球化退火等以下几种。（1）完全退火：完全退火处理是将亚共析钢加热至Ac3温度以上30-50℃、过共析钢加热至Accm温度范围，在该温度保持足够时间，使成为奥氏体单相组织（亚共析钢）或奥氏体加上网状渗碳体

3、混合组织（过共析钢）后，再进行炉冷使钢材软化，以得到钢材最佳的延展性及微细晶粒组织。完全退火的目的主要是为了获得低硬度，改善组织和切削加工性，以及消除内应力等。（2）等温退火：等温退火是将奥氏体化后的钢快冷至珠光体形成温度（Ar1）等温保温，使过冷奥氏体转变为珠光体，空冷至室温。等温退火可以缩短退火时间，所得组织也更均匀。（3）球化退火：球化退火是将过共析钢加热到Ac1以上20～30℃，保温2～4h，使片状渗碳体发生不完全溶解断开成细小的链状或点状，弥散分布在奥氏体基体上，在随后的缓冷过程中，以原有的细小的渗碳体质点为核心，或在奥氏体中富碳区域产生

4、新的核心，形成均匀的颗粒状渗碳体。球化退火后的组织是由铁素体和球状渗碳体组成的球状珠光体。（4）扩散退火（或均匀化退火）：将工件加热到Ac3以上（1100℃左右），保温10～15h，随炉缓冷到350℃，再出炉空冷。工件经均匀化退火后，奥氏体晶粒十分粗大，必须进行一次完全退火或正火来细化晶粒，消除过热缺陷。扩散退火的目的是消除钢锭或大型铸件中不可避免的成分偏析。（5）低温退火（或消除应力退火）：将工件随炉缓慢加热到500～650℃，保温，随炉缓慢冷却至500℃出炉空冷。低温退火的目的是消除工件因冷加工或切削加工以及热加工后快冷而引起的残余应力，以避免

5、其随后可能产生的变形、开裂或后续热处理的困难。（6）再结晶退火：将钢加热至再结晶温度以上，保温后缓慢冷却的工艺方法。这种退火的目的是为了使冷形变钢通过再结晶而恢复塑形，降低硬度，以利于随后的再形变或获得稳定的组织。1.2正火将亚共析碳钢加热到Ac3以上30～50℃，过共析碳钢加热到Accm以上30～50℃，保温，空气中冷却的方法称为正火。正火可以细化晶粒，使组织均匀化，改善铸件的组织和低碳钢的切削加工性；也可以作为预备热处理，为随后的热处理做准备。例如有网状碳化物的高碳钢，采用正火，由于冷速较快，可抑制碳化物再沿奥氏体晶界析出，从而达到消除网状碳化

6、物、获得接近平衡状态的组织的目的。1.3淬火淬火时将钢加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间使其奥氏体化，再以大于临界冷却速度快速冷却，从而发生马氏体转变的热处理工艺。淬火钢得到的组织主要是马氏体（或下贝氏体），此外，还有少量残余奥氏体及未溶的第二相。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。根据获得的组织不同，分为马氏体淬火和等温淬火。（1）马氏体淬火：指加热完成奥氏体化后将工件放入冷却介质，连续冷却，形成马氏体组织，然后回火。马氏体组织最主要的性能就是具有高硬度、高强度。碳含量小于0.5%时，马氏体的硬度随含碳量的增加而急剧增高；而当含碳量大于0.8%

7、时，由于随着含碳量在增加，残余奥氏体的量也增加，从而使钢的硬度有所下降。由于碳原子的固溶强化、相变强化、以及时效强化作用使得马氏体组织具有高强度、高硬度。（2）等温淬火：将奥氏体化后的工件淬入到稍高于Ms点的熔盐中，等温保持足够时间，使过冷奥氏体恒温发生贝氏体转变，待转变结束后取出在空气中冷却的处理方法。等温淬火获得的是下贝氏体组织。下贝氏体的针状铁素体内成行的分布着细微的ε碳化物，类似于低碳马氏体。下贝氏体铁素体中碳的过饱和度更大，导致碳的固溶强化效果比较显著。此外，下贝氏体铁素体晶粒细小，位错密度高以及碳化物弥散分布在铁素体针叶内，所以下贝氏体

8、不就有高的强度、硬度，同时具有良好的塑性和韧性的综合力学性能。所以生产中常用等温淬火得到下贝氏体组织来改善工件的力学性能。