航空工程材料教案钢的淬火

1、项目 （任务）学习子情境：钢的淬火的认知授课班级授课教师地 点课时/累计审批/日期多媒体教室2/32授课周次课程类型理论课教学方法举例教学目标知 识 目 标能力（技能）目标掌握基本热处理淬火的种类、意义、目的、工艺及应用。会利用淬火进行热处理重难点及解决方法重点：淬火的种类、意义、目的、工艺及应用难点：淬火的选择和应用解决方法：举例能力训练任务及案例飞机上螺栓、弹簧的热处理教学回顾回顾前面所学的钢的正火、退火教学过程设计：1.复习上节课的内容。2.多媒体演示、讲解基本热处理淬火的种类、意义、目的、工艺及应用。学习子情境：钢的淬火的认知一、教学回顾：回顾前面所学的钢的正火、退火二、淬火将亚共析钢

2、加热到Ac3以上，共析钢与过共析钢加热到Ac1以上（低于Accm）的温度，保温后以大于Vk的速度快速冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺叫淬火。马氏体强化是钢的主要强化手段，因此淬火的目的就是为了获得马氏体，提高钢的机械性能。淬火是钢的最重要的热处理工艺，也是热处理中应用最广的工艺之一。1、淬火温度的确定淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的主要工艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均匀细小的奥氏体组织。右图是碳钢的淬火温度范围。亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上3050，淬火后获得均匀细小的马氏体组织。如果温度过高，会因为奥氏体晶粒粗大而得到粗大的马氏体组织，使钢的机械性能恶化，特别是使塑性

3、和韧性降低；如果淬火温度低于Ac3，淬火组织中会保留未溶铁素体，使钢的强度硬度下降。2、加热时间的确定加热时间由升温时间和保温时间组成。由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间为升温时间，并以此作为保温时间的开始。保温时间是指零件烧透及完成奥氏体化过程所需要的时间。加热时间通常根据经验公式估算或通过实验确定。生产中往往要通过实验确定合理的加热及保温时间，以保证工件质量。3、淬火冷却介质的确定淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，这往往会引起工件变形。淬火的目的是得到马氏体组织，同时又要避免产生变形和开裂。理想

4、的淬火冷却曲线如下图所示。只要在“鼻尖”温度附近快冷，使冷却曲线躲过“鼻尖”，不碰上C曲线，就能得到马氏体。也就是说，在“鼻尖”温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以缓冷，以减轻马氏体转变时的相变应力。但是到目前为止，还找不到完全理想的淬火冷却介质。 常用的淬火冷却介质是水、盐或碱的水溶液和各种矿物油、植物油。4淬火方法选择适当的淬火方法同选用淬火介质一样，可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。（1）单液淬火它是将奥氏体状态的工件放入一

5、种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法（见图中曲线1）。这种方法操作简单，容易实现机械化，适用于形状简单的碳钢和合金钢工件。（2）双液淬火它是先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变（见图中曲线2）。（3）分级淬火它是将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点的盐浴或碱浴炉中（150260）保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出空冷至室温，完成马氏体转变（见图中曲线3）。（4）等温淬火它是将奥氏体化后的工件在稍高于Ms温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得下贝氏体组织的淬火方法。5、钢的淬透性、淬硬

6、性淬透性是钢的重要热处理工艺性能，也是选材和制定热处理工艺的重要依据之一。（1）淬透性的概念钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得淬硬层（也称为淬透层）深度的能力，其大小用钢在一定条件下淬火获得的淬硬层深度来表示。（2）影响淬透性的因素影响淬透性的主要因素是化学成分，除Co以外，所有溶于奥氏体中的合金元素都提高淬透性。另外，奥氏体的均匀性、晶粒大小及是否存在第二相等因素都会影响淬透性。（3）淬硬性淬硬性是指钢淬火后能达到的最高硬度，它主要取决于马氏体的含碳量。淬透性好的钢其淬硬性不一定高。例如，低碳合金钢淬透性相当好，但其淬硬性却不高；高碳非合金钢的淬硬性高，但其淬透性却差。6、淬火缺陷钢热

7、处理后的缺陷常有硬度不高、硬度分布不均匀、变形与开裂等。1硬度不足或出现软点经淬火后零件硬度偏低和出现软点的主要原因是：（1）亚共析钢加热温度低或保温时间不充分，淬火组织中有残留铁素体；（2）加热过程中钢件表面发生氧化、脱碳，淬火后局部生成非马氏体组织；（3）淬火时，冷却速度不足或冷却不均匀，未全部得到马氏体组织；（4）淬火介质不清洁，工作表面不干净，影响了工件的冷却速度，致使未能全部淬硬。如果材质及零件截面尺寸正常情况下，为防止淬火后零件硬度偏低最重要的是防止加热时零件表面脱碳。其中最有效的办法是采用盐浴或可控气氛或真空加热。若在一般空气电阻炉中加热，在确保零件烧透及组织转变的前提下力求尽量

8、缩短加热时间。2零件变形与开裂淬火工艺过程中零件变形是必然的，正常的，但零件出现表面裂纹导致表面或整体开裂是不允许的，一般作为废品处理（高碳钢淬火零件内部出现微裂纹，经回火后能消除的除外）。 （1）引起变形和开裂的原因在淬火加热时零件由于热应力以及高温时材料强度降低延性增加会导致变形。对合金钢而言，由于其导热性较差，若加热速度太快，不仅零件变形大，甚至有开裂的危险。在冷却过程中由于热应力与组织应力的共同作用，零件常出现变形，有的甚至出现表面裂纹。热应力是加热或冷却过程中，零件由表面至心部各层的加热或冷却速度不一样造成的。淬火冷却过程中零件表面存在的组织应力常为拉应力，所以其危害最大，它是在冷却

9、过程中零件由表层至心部各层奥氏体转变为马氏体先后不一样造成的。零件淬火后出现变形、开裂，热处理工艺不当是重要因素。如加热温度过高造成奥氏体晶粒粗大，合金钢加热速度快造成热应力加大，加热时工件氧化、脱碳严重，以及冷却介质选择不当，工件入冷却介质的方式不对等诸因素都会导致工件变形甚至开裂。但是在正常的淬火工艺下要从材质本身及前序冷热加工中寻找原因，诸如钢材内在夹杂物含量、化学成份、异常组织等超过标准要求，淬火之前工件表面存在裂纹、有深的加工刀痕，以及零件形状分布不合理等因素都会导致淬火过程中零件变形甚至开裂。 （2）防止淬火工艺过程零件变形、开裂的措施：a）正确选材和合理设计。对于形状复杂、截面变

10、化大的零件，应选用淬透性好的钢材，以便采用较缓和的淬火冷却方式。在零件结构设计中，应注意热处理结构工艺性。b）淬火前进行相应的退火或正火，以细化晶粒并使组织均匀化，减少淬火内应力。c）严格控制淬火加热温度，防止过热缺陷，同时也可减少淬火时的热应力。d）采用适当的冷却方法，如双液淬火、马氏体分级淬火或贝氏体等温淬火等。淬火时尽可能使零件均匀冷却，对厚薄不均匀的零件，应先将厚大部分淬入介质中。薄件、细长杆和复杂件，可采用夹具或专用淬火压床控制淬火时的变形。e）淬火后应立即回火，以消除应力，降低工件的脆性。 （3）热处理件结构工艺性在实际生产中，工程师们有时只注意到如何使零件的结构、形状及尺寸适合部

11、件机构的需要，而往往忽视了零件在热处理过程中因其结构和加工工艺不合理给热处理工序带来的不便，以致引起淬火变形甚至开裂，使零件报废。因此，在设计时，必须充分考虑淬火零件的结构、形状及各部分的尺寸以及加工工艺与热处理工艺性的关系。在设计淬火零件的结构、形状及尺寸时，应掌握以下原则：1在零件设计过程中，要在尖角、棱角地方倒角。因为尖角、棱角部分是淬火时应力最为集中地方，往往成为淬火裂纹的起点。设计时要避免厚薄悬殊，使淬火后薄处变形直径增大。设计时还要考虑零件对称。2在选择材质时，严格按标准取用钢材，特别要注意其中的化学成分以及硫、磷含量、非金属夹杂杂等级是否符合标准。3合理安排加工工艺路线，通过淬火之前的热处理（退火、正火等）将组织调整到正常组织，内应力予以消除，