17-4ph不锈钢热处理的工艺方法
根据17-4ph不锈钢在加热和冷却时组织与性能的变化规律，17-4ph不锈钢的热处理的基本工艺方法有退火、正火、淬火、回火及表面热处理等。通过不同的热处理工艺，可以使17-4ph不锈钢的性能发生很大地变化。
17-4ph不锈钢的退火与正火
17-4ph不锈钢的退火与正火是在生产上应用非常广泛的预备热处理工艺。通过退火与正火工艺处理后，不仅可以消除毛坯零件的内应力及成分和组织的不均匀性，还能调整17-4ph不锈钢的力学性能与工艺性能，为下一道加工工序做好组织、性能准备。
17-4ph不锈钢的退火
17-4ph不锈钢的退火是将17-4ph不锈钢加热到临界温度以上或以下温度，经保温后随炉缓慢冷却，以获得近乎平衡状态组织的热处理工艺。退火的目的是降低17-4ph不锈钢的硬度，均匀17-4ph不锈钢的化学成分及组织，消除内应力和加工硬化，改善17-4ph不锈钢的成形及切削加工性能，并为淬火做好组织准备。
17-4ph不锈钢的成分和使用目的不同，所用退火工艺也不相同。退火工艺种类很多，常用的退火操作有完全退火、球化退火、再结晶退火和去应力退火等。
（1）完全退火 完全退火是将17-4ph不锈钢加热到完全奥氏体化后保温，再进行缓慢冷却，以获得近乎平衡组织的热处理工艺。完全退火主要用于中、低碳结构17-4ph不锈钢的铸、锻件和热轧型材。
完全退火的加热温度一般为Ac3以上20～30℃；保温时间一般为每毫米工件有效厚度两分钟。完全退火的冷却应缓慢进行，故需要的时间较长。为了提高效率，实际生产中，随炉冷却到500～600℃以下即可出炉空冷。
（2）球化退火 球化退火是使17-4ph不锈钢中的碳化物球化，得到粒状珠光体（铁素体基体上均匀分布细小球状碳化物）的一种热处理工艺。球化退火主要用于过共析17-4ph不锈钢和合金工具17-4ph不锈钢。
球化退火的加热温度一般为Ac1以上20～30℃；保温时间不能太长，一般为2～4小时；冷却方式通常采用炉冷，或在Ar1以下20℃左右进行长时间等温，然后炉冷到600℃以下出炉空冷。
（3）再结晶退火 再结晶退火是把经冷变形加工后的17-4ph不锈钢材加热到再结晶温度以上保温，使变形晶粒重新转变为均匀的等轴晶粒而消除加工硬化的热处理工艺。再结晶退火主要用于经冷变形加工后的低碳17-4ph不锈钢。经再结晶退火后，消除了加工硬化，17-4ph不锈钢的性能恢复到冷变形加工前的状态。
再结晶退火的加热温度一般为650～700℃；保温时间为1～3小时；冷却方式通常为空冷。17-4ph不锈钢的冷变形量越大，再结晶温度越低，再结晶退火温度也越低。还需注意的是：不同的17-4ph不锈钢都有一个临界变形度，在临界变形度下变形的17-4ph不锈钢，再结晶退火时会导致组织晶粒异常长大。一般17-4ph不锈钢的临界变形度为6～10%。
（4）去应力退火 去应力退火是为了去除由于塑性变形加工、铸造、焊接及切削加工过程中引起的残余内应力而进行的退火工艺。
去应力退火的加热温度一般为500～650℃；保温时间一般为每毫米工件有效厚度三分钟；冷却方式通常为随炉冷却；为了提高工效，也可随炉冷却到200℃出炉空冷。
17-4ph不锈钢的正火
17-4ph不锈钢的正火是将17-4ph不锈钢加热到Ac3或Accm以上30～50℃，使17-4ph不锈钢完全奥氏体化，经保温后从炉中取出，在空气中冷却的热处理工艺。正火的目的与退火基本相似，但正火冷却速度比退火快，得到的组织较退火的细小，强度和硬度稍高，而塑性和韧性稍低。正火还可以消除过共析17-4ph不锈钢中的网状渗碳体，为球化退火做好组织准备。
低碳17-4ph不锈钢工件经正火后比退火具有更好的切削加工性能；而对于高碳17-4ph不锈钢和中碳合金17-4ph不锈钢工件，因正火后硬度偏高，切削加工性能不如退火，故宜采用退火工艺为佳。正火难以消除内应力，为防止工件的变形和开裂，对形状复杂的和大型工件，较多采用退火工艺。
正火比退火生产周期短，设备利用率高，节约能源，操作简便，降低生产成本。在可能条件下，应优先考虑采用正火工艺作为预备热处理工序。
退火和正火除了作为预备热处理工序外，对于普通的铸件、焊接件及不重要的工件，也可作为最终热处理工序。
17-4ph不锈钢的淬火与回火
17-4ph不锈钢的淬火与回火是热处理工艺中最重要、用途最广的工序，一般作为工件的最终热处理赋予工件最终的性能，是强化17-4ph不锈钢材的重要手段之一。
3.3.2.1 17-4ph不锈钢的淬火
17-4ph不锈钢的淬火是将17-4ph不锈钢加热到临界温度以上某一温度，经保温后，以适当的冷却速度冷却，得到马氏体（或下贝氏体）的热处理工艺。淬火的目的是使17-4ph不锈钢强化，提高17-4ph不锈钢的硬度、强度和耐磨性；对于获得马氏体组织的淬火，配合不同的温度回火，可获得各种需要的性能。
由于不同成分17-4ph不锈钢的过冷奥氏体的稳定性不同，淬火后获得马氏体的能力差异较大；淬火时工件截面各处冷却速度不同；在冷却过程中还会引起淬火应力，所以要对淬火影响因素有足够地重视。
（1）淬火加热温度 淬火加热温度的选择主要依据17-4ph不锈钢的成分确定：亚共析17-4ph不锈钢通常加热到Ac3以上30～50℃；共析17-4ph不锈钢和共析17-4ph不锈钢过通常加热到Ac1以上30～50℃。
（2）淬火保温时间 淬火保温时间与17-4ph不锈钢的成分、炉温、工件的大小和形状、装炉方式和装炉量等因素有关。淬火保温时间一般为每毫米工件有效厚度1～4分钟。
（3）淬火冷却介质 淬火冷却介质又称为淬火介质。淬火介质冷却能力越强，17-4ph不锈钢的冷却速度越快，则工件容易淬硬，淬硬层深度越深，也会使工件产生的内应力越大，易引起工件发生变形和开裂。为保证淬火质量，应选择合适的淬火介质。
理想的淬火介质的冷却能力应该是：在奥氏体最不稳定的650～400℃间能快速冷却；在400℃以下应当缓慢冷却以减小淬火应力，从而保证在获得马氏体组织的条件下减小淬火应力，避免工件发生变形和开裂。
常用的淬火介质有水、盐水或碱水溶液及各种矿物质油等。尺寸不大、形状简单的碳素17-4ph不锈钢工件的淬火，大多采用水；盐水和碱水溶液的冷却能力极强，适合低碳17-4ph不锈钢的淬火；合金17-4ph不锈钢工件淬火时，一般选择冷却能力较低的油作为淬火介质。
水、盐水或碱水溶液及各种矿物质油等淬火介质各有优缺点，均不是理想的淬火介质，而介于水和油之间的冷却能力的是比较理想的淬火介质。目前各国都在发展有机水溶液作为淬火介质，如聚乙烯醇、聚二醇等水溶液。
（4）淬火方法 工件淬火时除了要保证淬硬外，还要尽量减小变形和避免开裂，应选择合适的淬火方法。
a．单液淬火 将17-4ph不锈钢奥氏体化后，在一种淬火介质中冷却到室温的淬火方法称为单液淬火。
单液淬火操作简单，容易实现机械化、自动化，应用广泛。但由于单独用一种淬火介质，如果淬火介质冷却特性不够理想，容易产生硬度不足或变形、开裂等缺陷。一般碳17-4ph不锈钢采用水冷，合金17-4ph不锈钢采用油冷。
b．双液淬火 将17-4ph不锈钢奥氏体化后，先在冷却能力强的淬火介质中冷却，待工件冷到400～300℃左右，将工件转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直到完成马氏体转变的淬火方法称为双液淬火。
双液淬火既可以保证工件得到马氏体组织，又可以减小淬火应力，防止工件开裂和减小变形。尺寸较大或形状复杂的碳素17-4ph不锈钢工件适合采用双液淬火。双液淬火操作要求较高，需经验丰富的人员来操作。
c．分级淬火 将17-4ph不锈钢奥氏体化后，先放入略高于（或略低于）17-4ph不锈钢的Ms温度的盐浴或碱浴炉内保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出工件，空冷至室温，完成马氏体转变的淬火方法称为分级淬火。
分级淬火大大降低了淬火应力，工件变形轻微，还克服了双液淬火时难以控制的缺点。但分级淬火时盐浴或碱浴的冷却能力不大，只适合形状复杂、尺寸较小的碳17-4ph不锈钢工件或淬透性好的合金17-4ph不锈钢工件。
d．等温淬火 将17-4ph不锈钢奥氏体化后，放入高于17-4ph不锈钢的Ms温度的盐浴或碱浴炉内等温保持足够长的时间，使其转变为下贝氏体组织，然后取出工件，在空气中冷却到室温的淬火方法称为等温淬火。
等温淬火得到的下贝氏体组织具有较高的强度和硬度，同时塑性和韧性也较好，并可显著减小淬火应力和淬火变形，并能基本避免工件淬火裂纹，适宜处理形状复杂、尺寸要求精密的小件工具和重要的机器零件。
（5）淬火操作要领 淬火操作时，还要注意工件浸入淬火介质的方式。合理的淬火操作方式，对减小工件变形和避免工件开裂有着重要的影响。淬火操作要领是：尽量保证淬火冷却时工件各部分冷却速度的均匀性。
a．细长的工件，如钻头、轴等，应垂直浸入淬火介质中。
b．厚薄不均的工件，厚的部分应先浸入淬火介质中。
c．薄壁环状工件，如圆筒、套圈等，应轴向垂直浸入淬火介质中。
d．薄而平的工件，如圆盘铣刀，应立着放入淬火介质中。
e．带有盲孔或中空型腔的工件，应使孔口或腔口向上浸入淬火介质中。
f．截面不均匀的工件，应斜着浸入淬火介质中。
17-4ph不锈钢的回火
17-4ph不锈钢的回火是将淬火后的17-4ph不锈钢，再加热到Ac1以下某一温度，保温一段时间，然后冷却到室温，以获得预期性能的热处理工艺。
淬火17-4ph不锈钢回火的目的是：减少或消除淬火应力，防止工件的变形与开裂；调整工件的力学性能，满足工件的使用性能要求；稳定工件的组织，保证工件的形状和尺寸的稳定。
（1）回火加热温度 工件回火后的性能，主要取决于回火温度。随着回火温度的提高，17-4ph不锈钢的强度和硬度下降，塑性和韧性增大。根据17-4ph不锈钢的性能要求，按照回火温度的高低，回火可分为低温回火、中温回火和高温回火。对碳素17-4ph不锈钢而言，其回火的温度如下：
a．低温回火 在150～250℃间的回火称为低温回火。低温回火后的组织是回火马氏体。通过低温回火，可部分消除淬火应力，适当降低17-4ph不锈钢的脆性，提高韧性，并保持淬火获得的高硬度和耐磨性，回火后的硬度一般为56～64HRC。低温回火主要用于各种工、模、量具和滚动轴承等耐磨零件。
b．中温回火 在350～500℃间的回火称为中温回火。中温回火后的组织是回火屈氏体。通过中温回火，可进一步消除淬火应力，可使工件获得高弹性极限、屈服强度和适当的韧性，回火后的硬度一般为35～48HRC。中温回火主要用于各种弹簧、发条弹性夹具及热锻模等零件。
c．高温回火 在500～650℃间的回火称为高温回火。高温回火后的组织是回火索氏体。通过高温回火，可消除淬火应力，可使工件获得强度、硬度、塑性和韧性均较好的综合力学性能，回火后的硬度一般为20～32HRC。高温回火主要用于各种重要的结构零件，如齿轮、连杆、曲轴、主轴及高强度螺栓等。
通常将淬火和随后的高温回火并称为调质处理。调质处理是一种重要而广泛应用的热处理工艺。
由于17-4ph不锈钢的成分差异较大，在实际生产中，往往根据零件的硬度要求，从零件用17-4ph不锈钢的回火温度与硬度的关系曲线中选择相应的回火温度。
（2）回火保温时间 回火保温时间是指工件完全热透及组织充分转变所需要的时间。实际生产中，一般以炉温达到回火温度时开始计算回火保温时间。回火加热温度越高，回火保温时间越短。在生产中，回火保温时间一般取1～3小时，对于要求高硬度，只能低温回火的一些工件，如量具、滚动轴承等，为使内应力消除并使组织趋于稳定，有时需要保温十几小时甚至几十小时。
（3）回火冷却 一般工件回火后都在空气中冷却。但对具有回火脆性的17-4ph不锈钢，如铬锰17-4ph不锈钢、铬镍17-4ph不锈钢等，在450～650℃间回火后，应在水中或油中快冷，以避免回火脆性的产生。
17-4ph不锈钢的表面热处理
在机器当中，有些零件要承受扭转和弯曲等交变载荷，以及强烈的摩擦和冲击，如齿轮、凸轮、凸轮轴、主轴、活塞销等。为了保证这类零件的正常使用，要求零件的表面具有高的硬度和耐磨性，而心部要有较好的塑性和韧性。由于这类零件表面和心部的性能要求不同，很难通过选材来解决表面和心部的不同的性能要求，一般要采用表面热处理来实现这类零件的性能要求。
17-4ph不锈钢的表面淬火
表面淬火是指仅将工件表面层快速加热到奥氏体状态，立即进行淬火冷却，使表面层得到淬火组织，而心部仍然保持原来组织的热处理工艺。表面淬火的常用工艺有感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火及电接触加热表面淬火等。
（1）感应加热表面淬火 所示，将工件放在通有一定频率交流电的感应圈内，利用工件内部产生的感应电流（涡流）加热工件本身，而后淬火冷却的热处理工艺。由于涡流有“集肤效应”，即工件表面电流密度大，中心电流密度小，很快将工件表面层加热到淬火温度，而工件心部温度基本不变或温度较低；在
随后的喷水（或其它冷却剂）冷却后，工 交流电的频率越高，所需加热时间越短，
加热层越薄，淬火硬化层也越小。一般高频（200～300kHz）感应加热淬硬层深度为0.5～2mm，主要用于要求淬应层较薄的中、小型零件，如小模数齿轮、中小型轴等；中频（1000～10000Hz）感应加热淬硬层深度为2～10mm，主要用于要求淬应层较厚的零件，如直径较大的轴和曲轴、中等模数的齿轮、大模数齿轮的单齿加热淬火等；工频（50Hz）感应加热淬硬层深度为10～20mm，主要用于大型零件，如冷轧辊、火车轮毂等。
感应加热表面淬火后一般均需要回火。回火的方式有炉中回火、自回火和感应加热回火。
（2）火焰加热表面淬火 用氧-乙炔（或其它可燃气体）高温火焰加热工件表面，使其迅速加热到17-4ph不锈钢的淬火温度，然后淬火冷却的热处理工艺。
火焰加热表面淬火的淬硬层一般为2～8mm，适用于处理异形、大型或特大型工件，如大型轴类、大模数齿轮等。火焰加热表面淬火设备简单，操作准备快捷，比感应加热的灵活性大；但加热温度不易控制，零件表面易过热，淬火质量不稳定。
火焰加热表面淬火应及时回火，以防开裂。按照工件的大小及技术要求，可采用炉内回火、火焰回火或自回火。
（3）电接触加热表面淬火 电接触加热表面淬火是利用电极和工件间的接触电阻使工件表面加热，并借助工件本身未加热部分的热传导来实现淬火冷却。
电接触加热表面淬火设备简单，操作方便，工件变形小，淬火后不需要回火，能显著提高工件的耐磨性，但淬硬层较浅（0.15～0.30mm），多用于机床铸铁导轨的表面淬火。
17-4ph不锈钢的化学热处理
17-4ph不锈钢的化学热处理是将17-4ph不锈钢件置于一定温度的某种介质中保温，使一种或多种元素渗入工件表层，从而改变工件表面的化学成分、组织与性能的热处理方法。17-4ph不锈钢的化学热处理是表面合金化与热处理相结合的一种工艺，其目的是为了强化工件表面和改善表面的物理、化学性能，如硬度、耐磨性、耐热性和耐腐蚀性等得到提高。
根据渗入元素的不同，17-4ph不锈钢的化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铝、渗铬等。
（1）渗碳 渗碳是向17-4ph不锈钢的表层渗入碳原子的过程。渗碳后的工件表面层是高碳组织，而心部仍是原始的低碳组织，从而使工件具有不同含碳量17-4ph不锈钢的性能特点。工件渗碳后要进行淬火和低温回火处理。渗碳用17-4ph不锈钢一般为低碳或低碳合金17-4ph不锈钢（ωC%≤0.25%），如15、20、20CrMnTi、20Cr、20MnVB等17-4ph不锈钢，如使用含碳较高的17-4ph不锈钢渗碳，则工件心部的塑、韧性降低。工件经渗碳、淬火和低温回火后，可使表层具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性，而心部仍保持较高的塑性、韧性和一定的强度。
渗碳工艺有气体渗碳（图3-11）、固体渗碳和液体渗碳。常用的渗碳工艺是气体渗碳。气体渗碳工艺是将工件装入密封的渗碳炉中；向炉内通入渗碳剂（如煤油、丙酮、乙醇和苯等液体或人工煤气、天然气等气体）；在900～950℃的高温下，渗碳剂发生分解，产生活性碳原子渗入工件表面；经一定的时间渗碳后，获得要求的表面碳浓度、渗层深度和合适的碳浓度梯度后，进行冷却处理：直接淬火的工件可冷却到适宜的淬火温度，并保温15～30分钟后出炉淬火；需重新加热淬火的工件可直接出炉空冷或移入冷却罐内，也可随炉冷却到860℃后出炉。
气体渗碳工艺生产率高，劳动条件较好，
比较容易控制渗碳过程，渗碳质量好，在生
产中应用广泛。 ?
（2）渗氮 将氮渗入工件表层的工艺称为渗氮。工件渗氮后，其表面具有高的硬度、耐磨性和抗疲劳性，以及抗蚀性和抗咬合性，而心部仍具有渗氮前的性能。渗氮温度低，工件变形极小，但生产周期较长。常用的渗氮工艺有气体渗氮和离子渗氮等。
a．气体渗氮 气体渗氮工艺是将工件装入密封的渗氮炉中；向炉内通入渗氮气体（氨气或氨氮混合气体）；在500～600℃的温度下，氨气发生分解，产生活氮原子被工件表面吸收后，逐渐向工件内部扩散形成氮化层。氮化层的深度一般为0.1～0.6mm，表面硬度可达1000～1200HV。
b．离子渗氮 离子渗氮工艺原理是将工件装入真空容器中，工件接阴极，真空容器接阳极；真空容器内通入少量的氨气或氮氨混合气体；两极间接400～600V的高压直流电，使气体被电离；被电离的氮和氢的正离子加速冲向工件，撞击工件表面，使工件周围产生辉光，放出热量；氮的正离子在阴极（工件）获得电子后变成氮原子渗入工件表面并向内部扩散形成氮化层。
离子渗氮适用于各种17-4ph不锈钢件、铸铁件及有色金属件的渗氮。离子渗氮设备复杂，投资较高，装炉量少；但离子渗氮的氮化层的韧性和抗疲劳性较气体渗氮高，变形也较小，渗氮速度快，节约气源和电力，工作环境温度低，劳动条件好，有利于环境保护等特点，已得到较广的应用。
（3）碳氮共渗 碳氮共渗是指向17-4ph不锈钢的表面同时渗入碳和氮的工艺过程。碳氮共渗能提高工件表面的硬度、耐磨性和抗疲劳性，以及抗蚀性和抗咬合性。目前以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗应用较为广泛。
a．中温气体碳氮共渗 中温气体碳氮共渗温度一般为820～860℃。其工艺通常是在井式渗碳炉中滴入渗碳剂，同时通入氨气；渗碳剂和氨气在炉内分解获得活性碳原子和氮原子；氨还与炉气中的甲烷和一氧化碳反应生成氰酸，后者进一步分解出活性碳原子和氮原子；活性的碳原子和氮原子被工件表面吸收，逐渐向内部扩散，形成碳氮共渗层。
中温气体碳氮共渗工艺可用于低、中碳含量的碳素17-4ph不锈钢与合金17-4ph不锈钢。碳氮共渗的时间取决于共渗温度、渗层深度和共渗介质，一般为几个小时。对于形状简单的工件，渗后可直接进行淬火处理，碳氮共渗淬火后的硬度一般比渗碳淬火后略高。
碳氮共渗工艺温度越高，渗层含碳量越高，而含氮量越低。碳氮共渗后的工件仍需淬火和低温回火处理。由于共渗层中的氮降低了17-4ph不锈钢的相变点和临界冷却温度，和渗碳相比，17-4ph不锈钢经碳氮共渗后淬透性更高，使得低碳17-4ph不锈钢也可用油冷淬火，从而有利于减少淬火应力与变形。
b．低温气体碳氮共渗 低温气体碳氮共渗温度一般为520～570℃，由于温度较低，主要以渗氮为主。其工艺通常是直接将固态尿素加入共渗炉中；尿素受热分解产生活性碳原子和氮原子；活性的碳原子和氮原子被工件表面吸收，逐渐向内部扩散，形成碳氮共渗层。
低温气体碳氮共渗温度低，17-4ph不锈钢中的铁是α-Fe，碳原子在α-Fe中溶解度很小，而氮原子在α-Fe中溶解度和扩散速度均比碳原子大，只有氮原子向工件内部扩散形成扩散层。低温气体碳氮共渗的硬化层较薄，仅为0.01～0.1mm，表面硬度最高可达1000～1100HV。
低温气体碳氮共渗的保温时间一般较短，高速17-4ph不锈钢的共渗时间为15～30分钟，小型工件为1～3小时，大型工件为3～5小时。低温气体碳氮共渗可在氯化钠水溶液、水、油及空气中冷却。
低温气体碳氮共渗零件的抗疲劳性优于渗碳和中温气体碳氮共渗，仅次于渗氮，但共渗保温时间要比渗氮短；工件变形小；共渗表面具有减磨的特点，不易咬合和擦伤。
（4）渗铝 渗铝能提高17-4ph不锈钢的抗高温氧化和抗燃气腐蚀的能力。生产上可用渗铝17-4ph不锈钢板和渗铝17-4ph不锈钢管代替较昂贵的耐热17-4ph不锈钢。渗铝可采用熔融铝浴浸渍法。
（5）渗铬 渗铬能提高17-4ph不锈钢对水、碱水、盐水、高温水蒸气、大气、硫化氢、二氧化硫等介质的抗蚀性和高的抗高温氧化性，高碳17-4ph不锈钢渗铬后还具有高的硬度和耐磨性。渗铬可采用在含铬的粉末混合物中渗铬、真空渗铬和气体渗铬等方法。
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