第四节钢淬火与回火

1、第四节钢的淬火与回火第四节钢的淬火与回火 一、钢的淬火一、钢的淬火 二、钢的回火二、钢的回火 一、钢的淬火一、钢的淬火 淬火淬火：将钢加热到：将钢加热到Ac3（或（或Ac1）+3050，保温一，保温一 定时间，然后迅速冷却获得马氏体的热处理工艺。定时间，然后迅速冷却获得马氏体的热处理工艺。 （一）钢的淬火工艺（一）钢的淬火工艺 1.淬火加热淬火加热 （1）加热温度）加热温度 亚共析钢：亚共析钢：Ac33050 共析钢、过共析钢：共析钢、过共析钢：Ac13050 完全淬火完全淬火 不完全淬火不完全淬火 升温保温时间。升温保温时间。 可根据经验或配合实验确定，也可参考热处理手册。可根据经验或配合实

2、验确定，也可参考热处理手册。 箱式电阻炉（或煤气炉）箱式电阻炉（或煤气炉） 可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等）可控气氛炉（渗碳、渗氮、碳氮共渗等） 真空加热炉真空加热炉 盐浴炉盐浴炉 （3）加热设备：加热设备： （2）加热时间（加热时间（H）： 箱式电阻炉箱式电阻炉实验室电阻炉实验室电阻炉 燃气炉燃气炉 真空炉真空炉 2.淬火冷却淬火冷却 聚乙烯醇水溶液聚乙烯醇水溶液 钢的理想冷却曲线示意图钢的理想冷却曲线示意图 水水油油盐水盐水 硝盐浴和碱浴硝盐浴和碱浴 （分级淬火或等温淬（分级淬火或等温淬 火的冷却介质火的冷却介质） （）冷却介质（）冷却介质 常用淬火介质及其冷却能力：常用淬火介质及其冷

3、却能力： 盐水盐水水水聚乙烯醇聚乙烯醇油空气油空气 b.单液淬火单液淬火 一种淬火介质。一种淬火介质。 如：水冷、油冷如：水冷、油冷 c.双液淬火双液淬火如如:水水-油、油油、油-空气空气 高温区：冷却能力较强的介质高温区：冷却能力较强的介质 低温低温区：冷却能力较弱的介质区：冷却能力较弱的介质 （）（）淬火方法淬火方法 a.预冷淬火预冷淬火 加热、保温后先在空气加热、保温后先在空气 或热水中预冷一段时间或热水中预冷一段时间 后，再放入淬火冷却介后，再放入淬火冷却介 质中。质中。 bc 各种淬火法的示意图各种淬火法的示意图 A1 MS 时间时间 温度温度 a e.等温淬火等温淬火： 在下在下B

4、转变区的盐浴或转变区的盐浴或 碱浴中等温碱浴中等温下下B （等温温度和时间由该钢（等温温度和时间由该钢C 曲线定）曲线定） d.分级淬火分级淬火 在在Ms以上或以下的盐以上或以下的盐 浴中保温然后空冷。浴中保温然后空冷。 各种淬火方法的示意图各种淬火方法的示意图 e A1 MS 时间时间 温度温度 c （3）冷处理）冷处理 目的：为了尽量减少钢中残余奥氏体的数目的：为了尽量减少钢中残余奥氏体的数 量以获得最大数量的马氏体。量以获得最大数量的马氏体。 作用：这样一方面可以提高钢的硬度和耐磨性，作用：这样一方面可以提高钢的硬度和耐磨性， 另一方面可以稳定工件的尺寸，防止在使用中变另一方面可以稳定工

5、件的尺寸，防止在使用中变 形，这对于高精度的量具、精密零件尤为重要。形，这对于高精度的量具、精密零件尤为重要。 冷处理就是将淬火钢继续冷却到冷处理就是将淬火钢继续冷却到7080 （也可冷却到更低的温度），并保持一段时间，（也可冷却到更低的温度），并保持一段时间， 使残余奥氏体在继续冷却中转变为马氏体。使残余奥氏体在继续冷却中转变为马氏体。 3.淬火组织淬火组织 亚共析钢：亚共析钢： 含含C量量0.5时时: M板条 板条 （M板条 板条+M片状片状） ）A （M板条 板条+M片状片状） ）+A M板条 板条+M片状片状 亚共析钢（亚共析钢（20Cr）亚共析钢（亚共析钢（45钢）钢） 板条板条M

6、板条板条M+针状针状M 过共析钢（过共析钢（T12A钢）钢） M A 未溶未溶Fe3C 17.17.感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可感应加热、盐浴炉加热、箱式炉加热都可 以用来进行局部淬火。（以用来进行局部淬火。（ ） 18.18.先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和开先用油冷后用水冷可以预防工件的变形和开 裂。（裂。（ ） 19.19.先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和开先用水冷后用油冷可以预防工件的变形和开 裂。（裂。（ ） 20.20.分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小形分级淬火和等温淬火方法都能有效的减小形 状复杂零件在淬火时的变形。（状复杂零件在淬火时的变形。（ ） 随堂思考

7、题随堂思考题 21.21.对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气对某些钢件，当其尺寸较小时，即使在空气 中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬中冷却也能够得到马氏体组织，因而也属于淬 火。（火。（ ） 30.30.因为碳素钢也能获得因为碳素钢也能获得100%100%马氏体，所以合金马氏体，所以合金 元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（元素对钢获得马氏体组织无任何关系。（ ） 31.31.因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏因为马氏体含碳量越高其硬度越高，而马氏 体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏体含碳量与奥氏体的含碳量相同，所以，奥氏 体的含碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。体的含

8、碳量越高，淬火后所组织的硬度也越高。 （ ） 32.32.淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。淬火后进行冷处理能提高硬度和尺寸稳定性。 （ ） 二、钢的回火二、钢的回火 （一）回火：（一）回火： 淬火钢加热到淬火钢加热到A A1 1以下，保温一定以下，保温一定 时时 间，然后冷却的热处理工艺。间，然后冷却的热处理工艺。 （二）目的：（二）目的： 3.3. 获得所要求的组织和性能。获得所要求的组织和性能。 如：如：M M回 回、 、S S回 回、 、T T回 回等。 等。 1. 1. 降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和降低脆性，减少或消除内应力、防止工件变形和 开裂。开裂。 2. 2

9、. 减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。减少残余奥氏体，稳定组织、稳定尺寸。 井式回火炉井式回火炉 （三）淬火钢的回火转变及组织（三）淬火钢的回火转变及组织 过饱和碳原子的偏聚（过饱和碳原子的偏聚（20100） 马氏体中过饱和的碳原子将自发向晶体马氏体中过饱和的碳原子将自发向晶体 缺陷处偏聚，使马氏体正方度下降。缺陷处偏聚，使马氏体正方度下降。 .马氏体的分解（马氏体的分解（80350） 马氏体分解后形成的低碳马氏体分解后形成的低碳相和弥散的相和弥散的碳化物组成碳化物组成 的复相组织称为的复相组织称为回火马氏体回火马氏体 .残余奥氏体转变（残余奥氏体转变（250300） AM回 回 .碳化物的

10、变化（碳化物的变化（250400） 淬火马氏体完全分解，但淬火马氏体完全分解，但相仍保持板条状或针相仍保持板条状或针 状外形，碳化物全部转变为渗碳体状外形，碳化物全部转变为渗碳体。 .相的回复与再结晶（相的回复与再结晶（400） 板条或针状板条或针状相和细小粒状的渗碳体组成相和细小粒状的渗碳体组成 的机械混合物称为的机械混合物称为回火屈氏体回火屈氏体 渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或渗碳体逐渐聚集和球化，马氏体的板条状或 针状形态消失，形成多边形的铁素体针状形态消失，形成多边形的铁素体。 多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物多边形的铁素体和粗粒状渗碳体的机械混合物 称为称为回火索氏体

11、回火索氏体 回火温度回火温度硬度、强度硬度、强度，塑性塑性、韧性、韧性。 回火时性能的变化回火时性能的变化 40钢的力学性能与回火温度的关系钢的力学性能与回火温度的关系 1.提高回火稳定性提高回火稳定性 合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响 回火稳定性回火稳定性：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。：指钢在回火时，抵抗回火造成软化的能力。 合金元素减缓回火的四合金元素减缓回火的四 个过程。这对切削刀具个过程。这对切削刀具 至关重要。至关重要。 2.产生产生二次硬化二次硬化 强碳化物形成元素还可强碳化物形成元素还可 在高温回火时析出弥散在高温回火时析出弥散 的特殊碳化物，使钢的的特

12、殊碳化物，使钢的 硬度显著升高，造成二硬度显著升高，造成二 次硬化次硬化 回火温度较高时析出细小、弥散的、高硬度的合金碳化回火温度较高时析出细小、弥散的、高硬度的合金碳化 物，如物，如Mo2C，使硬度反而提高。，使硬度反而提高。 回火时回火时A 中析出合金碳化物中析出合金碳化物A 中中C%Ms、Mf, 随后冷却时随后冷却时A M （2）二次淬火二次淬火 （1）弥散硬化弥散硬化（第二相（沉淀）强化）（第二相（沉淀）强化） 二次硬化原因：二次硬化原因： 1.低温回火（低温回火（150250） 回火组织：回火组织： 回火马氏体（回火马氏体（M回 回）（过饱和 ）（过饱和固溶体十固溶体十碳化物）碳化物

13、） 由由M中析出极细小片状中析出极细小片状碳化物碳化物 目的：目的： 保持高硬度，降低脆性及残余应力。保持高硬度，降低脆性及残余应力。 应用：应用： 用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件。用于工模具钢、表面淬火及渗碳淬火件。 （四）回火种类（四）回火种类 亚稳定亚稳定碳化物溶入碳化物溶入相中，从相中，从相中析出细相中析出细 粒状的渗碳体。粒状的渗碳体。 相仍保持相仍保持M形态。形态。 组织：组织： 相细粒状相细粒状Fe3C回火屈氏体（回火屈氏体（T回 回）。 ）。 目的：目的： 硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度硬度下降，韧性、弹性极限和屈服强度。 应用：应用： 用于弹性元件用于弹性元件，如弹簧

14、等。，如弹簧等。 2.中温回火中温回火(350 500) 目的：目的： 较高的强度、硬度、塑性、韧性，即具有良好综较高的强度、硬度、塑性、韧性，即具有良好综 合力学性能，优于正火得到的组织。合力学性能，优于正火得到的组织。 应用：应用： 重要结构零件。如轴、螺栓、连杆、齿轮等。重要结构零件。如轴、螺栓、连杆、齿轮等。 碳化物聚集长大及碳化物聚集长大及相回复、再结晶相回复、再结晶。 组织：组织： 多边形多边形相颗粒状相颗粒状Fe3C回火索氏体（回火索氏体（S回 回）。 ）。 3.高温回火高温回火(500650） 淬火淬火+高温回火高温回火调质处理，简称调质。调质处理，简称调质。 淬火淬火M 回火

15、回火M T 回火回火T T 回火回火SS （五）回火脆性（五）回火脆性 回火脆性：当回火温度升高时，在回火脆性：当回火温度升高时，在250350和和 500650两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。两个区出现冲击韧性明显下降的脆化现象。 1.第一类回火脆性第一类回火脆性（250350） 不可避免的，但可躲开。不可避免的，但可躲开。 2.第二类回火脆性第二类回火脆性（500-650） 主要出现在含主要出现在含Cr、Ni、Si、Mn等合金元素的合金等合金元素的合金 钢。回火后快冷钢。回火后快冷(如如水冷）可避免；或加入水冷）可避免；或加入W、 Mo元素。元素。 钢的回火脆性钢的回火脆性 （六）（

16、六）淬火回火的工艺缺陷淬火回火的工艺缺陷 3.硬度不足硬度不均匀硬度不足硬度不均匀 2.过热或过烧过热或过烧 过热过热加热温度过高或保温时间过长所造成的加热温度过高或保温时间过长所造成的 A晶粒粗大。晶粒粗大。 过烧过烧加热温度过高或超过固相线温度，加热温度过高或超过固相线温度， 使使A晶界局部熔化或氧化。晶界局部熔化或氧化。 1.氧化与脱碳氧化与脱碳 4.淬火变形和开裂、原因和预防措施淬火变形和开裂、原因和预防措施 淬火变形淬火变形淬火后钢件体积、形状、尺寸的变化。淬火后钢件体积、形状、尺寸的变化。 由淬火内应力（包括热应力与组织应力）所造成。由淬火内应力（包括热应力与组织应力）所造成。 热

17、应力热应力是指钢件在冷却过程中由于其表面和心部的温是指钢件在冷却过程中由于其表面和心部的温 差引起的钢件体积胀缩不均匀所产生的内应力。差引起的钢件体积胀缩不均匀所产生的内应力。 组织应力组织应力是指由于钢件快速冷却时表层与心部相变不是指由于钢件快速冷却时表层与心部相变不 同时，以及相变前后相的比容不同所产生的内应力。同时，以及相变前后相的比容不同所产生的内应力。 GCr15脱碳脱碳 （M回火 回火+A +Fe3C） ） 表面脱碳大量表面脱碳大量F GCr15钢过热组织钢过热组织粗大粗大M+ A 20CrMnTi渗碳层中裂纹渗碳层中裂纹 （M回火 回火+A +Fe3C） ） 裂纹裂纹 （2）合理

18、进行结构设计）合理进行结构设计 预防措施：预防措施： （1）正确选材。正确选材。 （4）合理制订淬火工艺。）合理制订淬火工艺。 （5）淬火后及时回火）淬火后及时回火,消除内应力。消除内应力。 （3）合理制订热处理工艺标准。）合理制订热处理工艺标准。 1.淬硬件：淬硬件： 下料下料锻造锻造退火（正火）退火（正火）粗加工精加工粗加工精加工 淬火回火（中、低温回火）淬火回火（中、低温回火）磨削磨削 2.调质件：调质件： 下料下料锻造锻造退火（正火）退火（正火）粗加工粗加工调质调质精加工精加工 （七）（七）淬火、回火在零件制造工艺路线中的位置淬火、回火在零件制造工艺路线中的位置 23.23.无论那种钢，回火后的硬度总是随温度无论那种