工程材料课件 第七章

1、钢的淬火钢的淬火钢的退火和正火钢的退火和正火钢的回火钢的回火钢的淬透性钢的淬透性u定义定义： 加热随炉冷却钢临界温度以上或以下u分类：分类： 完全退火（等温退火） 球化退火 去应力退火（低温退火） 扩散退火（均匀化退火） 再结晶退火l适用范围：亚共析钢亚共析钢（铸、锻、焊件）l加热温度：A AC3C3+30 +30 50 50 A AC3C3+30 +30 50 50 完全退火完全退火A AC3C3+30 +30 50 50 炉冷炉冷A AC3C3500 500 ，空冷，空冷完全退火工艺曲线完全退火工艺曲线l退火后组织：P+F中碳钢：珠光体中碳钢：珠光体+铁素体铁素体 完全退火完全退火l目的：

2、降低硬度，改善切削加工性能 （WcWc：0.5% 0.5% 0.77%0.77%）细化晶粒消除应力均匀成份、组织提高塑性完全退火完全退火l等温退火完全退火的特例优点优点: : 退火时间短，组织均匀高速钢的退火工艺曲线高速钢的退火工艺曲线l适用范围：共析钢共析钢 、过共析钢、过共析钢l加热温度：l目的：使片状 Fe3C 球化 A Ar1r1- 20 - 20 炉冷炉冷A AC1C1500 500 ，空冷，空冷A AC1C1+20 +20 30 30 A AC1C1+20 +20 30 30 H 便于切削加工使塑性达到最佳为淬火、回火做准备 球化退火球化退火A AC1C1+20 +20 30 30

3、 l退火后组织：球状球状P P（粒状（粒状P P） 球化退火球化退火l加热温度：l目的：消除工件残余应力，稳定工件的尺寸；软化处理；扩散退火扩散退火去应力退火去应力退火再结晶退火再结晶退火T加热加热A AC1C1T T加热加热=A=AC3C3150 150 250 250 T加热加热T再结晶再结晶去应力退火（低温退火）去应力退火（低温退火）均匀化退火（扩散退火）均匀化退火（扩散退火）再结晶退火再结晶退火 l加热温度：l目的：消除偏析，均匀成份、组织；l加热温度：l目的：消除加工硬化，提高塑性；加热加热空冷空冷S S钢钢临界温度以上临界温度以上l定义定义：l加热温度：加热温度：亚共析钢：亚共析钢

4、：A Ac3c3+30 +30 50 50 共析钢及过共析钢：共析钢及过共析钢：A Accmccm+30 +30 50 50 A AC3C3 ( (A ACCM CCM )+30 )+30 50 50 空冷空冷A AC3C3或或A ACCMCCM正火工艺曲线正火工艺曲线S S具有与完全退火相同的目的； 消除应力、细化晶粒、改善组织，提高钢的综合性能消除应力、细化晶粒、改善组织，提高钢的综合性能对于中、低碳钢中、低碳钢，可适当提高硬度，改善其切削加工性能；对于过共析钢过共析钢，可消除网状Fe3C，为球化退火做准备；作为普通结构件的最终热处理。l正火后组织：正火后组织：l目的：目的：l 加热温度加

5、热温度 ？l 组织和性能组织和性能l 对切削加工的影响对切削加工的影响l 热处理缺陷热处理缺陷l 经济成本问题经济成本问题为什么亚共析钢不在两相区两相区加热？为什么过共析钢“退火退火”不能在AccmAccm以上，但正火可以？l 定义：定义：加热快冷（vvk）B下区等温钢钢临界温度（Ac3或Ac1）以上l目的：目的：l工艺特点：工艺特点： 获得M，以提高钢的硬度和耐磨性； 经回火后可获得理想的性能； 获得B下，以提高钢的综合性能。 冷速快，热应力和组织转变应力大，工件易变形和开裂；淬火（+回火）一般是最终热处理，是决定产品质量的关键工序。下贝氏体下贝氏体板条状马氏体板条状马氏体针状马氏体针状马氏

6、体l淬火后组织：淬火后组织：l 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择亚共析钢：A AC3C3+30 +30 50 50 （完全淬火）共析钢及过共析钢：A AC1C1 +30 +30 50 50 （不完全淬火）淬火加热温度淬火加热温度1.1. 加热温度加热温度为什么为什么亚亚共析钢不在两相区加热？共析钢不在两相区加热？为什么为什么过过共析钢必须在两相区加热？共析钢必须在两相区加热？如果如果T T淬火淬火 Accm Accm会有什么后果？会有什么后果？选择原则：选择原则： 保证获得马氏体保证获得马氏体 防止工件变形开裂防止工件变形开裂中碳钢：马氏体中碳钢：马氏体+铁素体铁素体 （不完全淬火）中碳马

7、氏体中碳马氏体 (完全淬火)l 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择奥氏体化程度对淬火组织的影响奥氏体化程度对淬火组织的影响 碳钢：尽可能快快地加热 合金钢淬火加热条件的选择 T淬火淬火 (A AC C+50 +50 100 100 ) 需预热t800 800 600 600 T()T淬火 l 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择 2.2.保温时间保温时间t t = = KD 加热系数（电阻炉1-1.5min/mm）K 装炉系数( 11.5)D 工件尺寸（mm） 3.3.加热速度加热速度CABD650650400400理想淬火冷却曲线理想淬火冷却曲线l 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择4.

8、4. 冷却速度冷却速度vk kA BA M淬火介质淬火介质水水油油盐水盐水碱浴碱浴硝盐浴硝盐浴冷冷速速650650550550600/s600/s 快快150/s150/s 太慢太慢100010001200/s1200/s比油快比油快比油稍弱比油稍弱200200300300270/s 270/s 太快太快30/s30/s 慢慢300/s300/s比油弱比油弱比油弱比油弱特特 点点l 高温冷速快，高温冷速快，可保证工件淬可保证工件淬硬硬l 低温冷速快，低温冷速快，工件易变形开工件易变形开裂裂l 冷却能力对冷却能力对水温敏感水温敏感l 杂质使冷却杂质使冷却能力下降能力下降l 低温冷速慢，工低温冷速

9、慢，工件不易变形、开裂件不易变形、开裂l 高温冷速慢，工高温冷速慢，工件易分解，淬不硬件易分解，淬不硬l 易老化、易燃易老化、易燃l 油温增加，冷却油温增加，冷却能力增加能力增加（20208080）l 冷却能力冷却能力强强l 工件表面工件表面质量好，硬质量好，硬度均匀度均匀l 易变形开易变形开裂裂l 易腐蚀易腐蚀l 既能保证工件淬既能保证工件淬硬，又能使变形开硬，又能使变形开列程度减少列程度减少l 流动性好流动性好l 工作环境差工作环境差用途用途碳钢碳钢合金钢合金钢小截面碳钢小截面碳钢形状简单，形状简单，截面尺寸大截面尺寸大的碳钢的碳钢小件、形状复杂、小件、形状复杂、精度要求高的工件精度要求高

10、的工件l 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择4.4. 冷却速度冷却速度淬火介质淬火介质心部表面T( )T( )t tT Tl 淬火工艺参数的选择淬火工艺参数的选择4.4. 冷却速度冷却速度淬火方法淬火方法单介质淬火：单介质淬火：碳钢水；合金钢油优点：优点：操作简单、成本低；缺点：缺点：淬火件质量较低、热应力大双介质淬火：双介质淬火：水油；水空气优点：优点：能保证淬火件的质量要求缺点：缺点：操作难度大、热应力大分级淬火：分级淬火：转变产物M；优点：优点：热应力小，工件不易变形；缺点：缺点：操作难度大等温淬火：等温淬火：转变产物B下下；优点：优点：综合性能及尺寸精度高、不需回火；缺点：缺点：工艺

11、复杂、成本高常用淬火方法常用淬火方法加热加热淬火钢淬火钢A Ac1c1以下保温以下保温冷却冷却室温室温l 定义：定义：l目的：目的： 松懈淬火应力，防止工件变形和开裂。 使组织向稳态过度，保证工件尺寸和性能的稳定性。 改善材料的塑性和韧性，获得所需要的性能。 马氏体的分解 残余奥氏体的分解 碳化物的析出和变化 相（F）的回复和再结晶 l回火时的组织转变及性能变化回火时的组织转变及性能变化回火时的组织转变及性能变化回火时的组织转变及性能变化回火回火阶段阶段组织变化组织变化内应内应力力体体积积性能性能回火后组织回火后组织（一）（一）200200（二）（二）200200300300（三）（三）300

12、300400400（四）（四）400400c/a 1c/a 1c/a1c/a1Fe3CAr B下或M回马氏体分解MH 不变或略、ak 略含C过饱和(针)+ (点) M回回马氏体分解残余奥氏体分解 (略)、H (略) 脆性M回回1马氏体分解碳化物聚集长大相（F）的回复和再结晶消失H、ak M回、H 较高弹性 最佳s 最佳针状 F+颗粒状Fe3C T T回回、H、ak综合性能 最佳等轴 F+颗粒状Fe3C S S回回回火后钢的的组织回火后钢的的组织回火托氏体回火托氏体回火索氏体回火索氏体 回火板条马氏体回火板条马氏体 回火片状马氏体回火片状马氏体马氏体马氏体l回火后的性能：回火后的性能：回火稳定性

13、：回火稳定性：淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。淬火钢在回火时，抵抗强度、硬度下降的能力。影响钢回火后性能的关键因素：影响钢回火后性能的关键因素：回火温度回火温度工艺工艺名称名称回火回火温度温度( ) )回火后回火后组织组织回火后回火后硬度硬度(HRC)(HRC)性能特点性能特点主要用途主要用途低温低温回火回火 150250250 M回58586464硬度硬度 耐磨性耐磨性 内应力降低内应力降低工具钢、滚动轴承工具钢、滚动轴承 渗碳件、表面淬火件渗碳件、表面淬火件 调质处理调质处理 淬火淬火 高温回火高温回火中温中温回火回火 350350500500T T回回35355050弹性弹性

14、s s 屈强比屈强比(s s/s s) )一定韧性、抗疲劳性一定韧性、抗疲劳性弹簧钢、热作模具弹簧钢、热作模具高温高温回火回火 500650S回回2535综合性能综合性能重要结构件、机械零件重要结构件、机械零件l回火工艺：回火工艺：合金钢的回火合金钢的回火 回火稳定性高回火稳定性高 回火温度相应升高回火温度相应升高 合金碳化物弥散析出合金碳化物弥散析出 二次硬化二次硬化 残余奥氏体多残余奥氏体多 需多次回火需多次回火 第一类回火脆性第一类回火脆性 250250350 350 （低温、不可逆） 产生范围产生范围：所有钢 防止措施防止措施： 避免在该脆性区回火； 钢中加少量 Si； 第二类回火脆性

15、第二类回火脆性 500500650 650 （高温、可逆） 产生范围产生范围：部分合金结构钢 （含Cr、Ni、Si、Mn） 防止措施防止措施： 回火后快冷 加少量 Mo、W 减少钢中杂质 改变热处理工艺 形变热处理形变热处理 l回火脆性：回火脆性：回火回火调质调质小小型工件：型工件：V V表面表面V V心部心部V Vk k 能淬透，能淬透，组织为组织为100%M。大大型工件：型工件：V V表面表面V Vk kV V心部心部 淬不透，淬不透，面面M ；心部心部非非M。大尺寸工件的淬透情况示意图大尺寸工件的淬透情况示意图l淬硬层深度淬硬层深度（淬透层深度、有效淬硬尺寸）（淬透层深度、有效淬硬尺寸）

16、50%M表面表面心部心部淬硬层淬硬层 半马氏体层的硬度/HRCl 淬透性淬透性 在规定条件下，决定钢的淬硬深度和硬度分布的特性在规定条件下，决定钢的淬硬深度和硬度分布的特性 （钢淬火时获得（钢淬火时获得 M 的能力的能力） 一定条件下，一定条件下， V Vk k 淬透性淬透性l 淬硬性（可硬性）淬硬性（可硬性） 在理想条件下，在理想条件下， 钢淬火时所能达到的最高硬度钢淬火时所能达到的最高硬度 w wc c 淬硬性淬硬性 vC C (vk k)l 影响淬透性的因素影响淬透性的因素 合金元素的影响：除合金元素的影响：除CoCo、AlAl，均使均使 C C曲线右移曲线右移 淬透性淬透性 碳的影响：

17、亚共析钢，碳的影响：亚共析钢，w wc c C C曲线右移曲线右移 淬透性淬透性 过共析钢，过共析钢，w wc c C C曲线左移曲线左移 淬透性淬透性 碳钢中碳钢中共析钢共析钢淬透性最好淬透性最好 加热条件的影响加热条件的影响 未溶第二相的影响未溶第二相的影响 凡能使凡能使 A A 稳定性增加的因素都能增加钢的淬透性稳定性增加的因素都能增加钢的淬透性l 淬透性曲线的测定淬透性曲线的测定末端淬火法末端淬火法（端淬试验）（端淬试验） dHRCJ淬透性值的表示淬透性值的表示：半半M M区到水冷端距离区到水冷端距离半M区硬度542J如如: :l 淬透性曲线的测定淬透性曲线的测定末端淬火法（端淬试验）

18、末端淬火法（端淬试验）临界淬火直径是指圆形钢棒在介质中冷却，临界淬火直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心中心被淬成半马被淬成半马氏体的最大直径，用氏体的最大直径，用D D0 0（D Dc c）表示。表示。D D0 0与与钢种钢种及及冷却介质冷却介质有关，如有关，如 45 45 钢钢 D D0 0水水= 16mm= 16mm，D D0 0油油= 8mm= 8mm只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较 如：如：4545钢钢 D D0 0油油= = 8mm8mm，40Cr 40Cr D D0 0油油= = 20mm20mml 临界淬火直径（临界淬火直径（D D0 0）的测定）的测定淬透性不同的钢调质后机械性能淬透性不同的钢调质后机械性能l 淬透性对钢的性能的影响淬透性对钢的性能的影响 断面受力均匀、应力状态复杂的重要零件断面受力均匀、应力状态复杂的重要