热处理原理与工艺钢的淬火工艺.pptx

钢的淬火工艺,钢的淬火工艺,淬火的定义：淬火就是把钢加热到临界温度（Ac1或Ac3）以上，保温一定时间使之奥氏体化后，再以大于临界冷却速度的冷速急剧冷却，从而获得马氏体组织的热处理方法。按淬火加热温度不同可分为完全淬火（加热温度高于Ac3全部奥氏体化后冷却，适用于亚共析钢和共析钢）和不完全淬火（加热温度高于Ac1，适用于过共析钢）。,一、淬火温度的选择,选择的依据：）钢的化学成分；）工件尺寸、形状与技术要求；）奥氏体晶粒的长大倾向；）采用的淬火介质与淬火方法。,Ac1,Ac3,Acm,铁碳相图,钢的化学成分与淬火温度,亚共析钢一般选择在Ac3以上3050淬火加热。原因是，如果低于Ac3，组织中会保留一部分先共析铁素体，淬火后出现软点，钢的硬度达不到要求。过共析钢淬火加热温度选为Ac13050。因为过共析刚淬火以前，一般都要经过球化处理，加热温度在Ac1以上时，钢的组织是奥氏体和一部分未溶解的粒状碳化物（渗碳体），淬火后，奥氏体转变为马氏体，未溶解碳化物保留下来，提高钢的耐磨性。,过共析钢不加热到Acm以上温度淬火的原因,1)奥氏体中溶入碳量的增加使Ms点降低，故淬火后所得的残余奧氏体量增多，使淬火钢的硬度下降；2)奥氏体的晶粒粗化，淬火后得到粗大马氏体，使钢的脆性大为增加；3)钢的氧化脱碳严重，降低淬火钢的表面质量；4)增大淬火应力，从而增加工件变形与开裂的倾向。,二、保温时间的确定,（）钢的化学成分增加钢中碳或合金元素的含量都会使保温时间延长，因为它们降低钢的导热性，而且合金元素一般均阻碍碳原子的扩散，其本身的扩散速度又比碳小得多，故显著延缓钢中的组织转变。因此，高碳钢比低碳钢、合金钢比碳素钢、高合金钢比低合钢的保温时间要长些。,（）工件的形状与尺寸,对相同材料与形状的工件，当加热条件相同时，保温时间将随其有效厚度（或直径）D的增加而延长。形状复杂或尺寸较大的碳素工具钢及合金工具钢工件，常在淬火前采用预热。预热可以减小高温加热时工件表里（或厚薄部分）的温差以及由此而产生的内应力，可以消除淬火加热前存在的残余内应力，并能缩短工件在高温的透热或保温时间（比不预热者约缩短2030%）。,（）加热介质,工件在不同介质中的加热速度不同，因而保温时间也各异。在常用的加热介质中，以铅浴炉加热最快，盐浴炉次之，空气电阻炉最慢。三者的保温时间之比大致为1/3：1/2：1。盐浴炉：t=0.20.4D（D-有效直径，分/mm）空气电阻炉：t=1.01.2D（碳钢）t=1.21.5D（合金钢）,（）装炉情况,件在炉中的放置方法以及排列情况对工件的受热条件有明显影响，因而必然影响其保温时间。根据工件装炉量的不同，实际保温时间应为Kt。（K为装炉系数），一般K值为1-2，应根据实际生产条件经实验而定。,（）炉温,提高炉温是缩短加热保温时间的有效措施之一。但必须控制加热保温时间以防止过热。,三、加热介质的选择,空气、可控气氛、燃料气体、各种盐浴。液体介质主要是盐浴。优点：炉温容易控制、工件受热均匀、加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小。,常用盐浴成分及其使用温度,四、淬火介质,很多热处理缺陷（如变形、开裂、硬度不足等）往往是因为冷却介质和冷却方式选择不当造成的。冷却是希望在C曲线拐点附件冷速越大越好，但在Ms点以下，为了减少马氏体形成而造成的组织应力，希望冷却速度小一些。在稍微低于A1温度时过冷奥氏体的分解速度很小（孕育期较长），可以进行缓冷以减小热应力。,工件在水中的冷却过程（）蒸汽膜阶段(AB)（）沸腾冷却阶段(BC)（）对流冷却阶段(CD),水和油的冷却曲线特点,常用淬火介质,（）水优点：易得、廉价、冷却能力强。缺点：在马氏体转变区间冷速太大；冷却能力对水温敏感；不溶杂质会显著降低其冷却能力。,（）盐水与碱水优点：蒸汽膜因盐的加入提早破裂，高温（650550）区间的冷却能力约为水的10倍；冷却能力受温度的影响较水为小。缺点：在低温区间（200300）的冷速过大；对工件有一定的腐蚀作用。,（）油优点：对流阶段开始温度比水高，在Ms点附近已经进入对流阶段，低温区间的冷速远小于水，可减小工件的开裂与变形。缺点：高温区间的冷却能力小，不能用于淬透性低的碳素钢；易老化；易着火；工件淬火后需要清洗。,淬火方法,（1）单液淬火淬火时将工件投入到一种淬火介质中一直冷却到相变结束为止，称为单液淬火。一般情况下，碳钢的淬透性低，故多用水淬。合金钢一般淬透性较高，水淬易开裂，故常用油淬。,（2）双液淬火先将工件淬入高温区冷却能力较强的介质（如水）中，待其冷却到Ms点稍上（约400-300）时，再立即转入低温区冷却能力较弱的介质（如油）中，直到马氏体转变结束，此法称为双液淬火。,（3）分级淬火分级淬火一般是将工件从淬火温度直接冷却到Ms点以上某一温度，经适当时间的保温（为减小工件表面和内部的温差），然后取出空冷或油冷获得马氏体组织。该方法适用于淬透性好或截面尺寸不大的碳钢及合金钢。,（4）等温淬火将工件由淬火温度以大于临界淬火速度的冷却速度冷到Ms点稍上的某一温度，并经较长时间保温，使过冷奥氏体发生下贝氏体转变，也称为贝氏体淬火。,（5）预冷淬火工件经加热与保温后，从炉中取出时并不立即淬火，而是先在空气（或热水）中经过一段时间的预冷，待工件降至一定温度（临界点稍上）后再淬入冷却介质中淬火。,（6）冷处理将淬火至室温的工件继续冷却到零下温度处理（实际上是淬火工艺的继续），称为冷处理。冷处理的作用:增加钢的硬度；增加尺寸稳定性（减少了残余奥氏体）；挽救尺寸缩小而将报废的产品。,五、钢的淬透性,工件断面不同冷速与未淬透区示意图,淬硬层深度：从工件表面向里深入到半马氏体区的深度。淬透性(hardenability)：指钢被淬