三 (3)金属热处理

1、机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、机床、汽车、摩托车、火车、矿山、石油、化工、航空、航天等用的大量零部件需要通过热处理工航空、航天等用的大量零部件需要通过热处理工艺改善其性能。拒初步统计，在机床制造中，约艺改善其性能。拒初步统计，在机床制造中，约60%70%的零件要经过热处理；在汽车、拖拉机的零件要经过热处理；在汽车、拖拉机制造中，需要热处理的零件多达制造中，需要热处理的零件多达70%80%，而工，而工模具及滚动轴承，则要模具及滚动轴承，则要100%进行热处理。总之，进行热处理。总之，凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用凡重要的零件都必须进行适当的热处理才能使用。“瓦良格瓦良格

2、”号航空母舰，是号航空母舰，是中国人民中国人民解放军海军解放军海军的第一艘可搭载固定翼飞的第一艘可搭载固定翼飞机的机的航空母舰航空母舰。瓦良格号航空母舰原。瓦良格号航空母舰原为为苏联苏联海军的库兹涅佐夫元帅级航空海军的库兹涅佐夫元帅级航空母舰。母舰。1985年年12月月4日开工，日开工，1988年年11月下水，由于苏联解体，其后期建月下水，由于苏联解体，其后期建造工程被迫中断，并被划归为造工程被迫中断，并被划归为乌克兰乌克兰拥拥 有。有。1998年，澳门创律旅游娱乐公年，澳门创律旅游娱乐公司通过竞标，以司通过竞标，以2000万美元买下瓦良万美元买下瓦良格号，后被中国军方购得在大连造船格号，后被

3、中国军方购得在大连造船厂进行修缮改装。厂进行修缮改装。2011年年7月月27日，日，中国中国 国防部首次证实，目前正在改造国防部首次证实，目前正在改造一艘废旧航空母舰平台，用于科研试一艘废旧航空母舰平台，用于科研试验和训练。验和训练。2011年年8月月10日首次进行日首次进行出海航行试验。出海航行试验。2012年内将有可能入年内将有可能入役。役。 福岛福岛核电站（核电站（Fukushima Nuclear Power Plant）是目前世界上最大的）是目前世界上最大的核电站核电站，由福，由福岛一站、福岛二站组成，共岛一站、福岛二站组成，共10台机组（一站台机组（一站6台，二站台，二站4台），均

4、为沸水堆。受台），均为沸水堆。受东日东日本大地震本大地震影响，福岛第一核电站损毁极为严重，大量放射性物质泄漏到外部，影响，福岛第一核电站损毁极为严重，大量放射性物质泄漏到外部，日本日本内阁官房内阁官房长官长官枝野幸男枝野幸男宣布第一核电站的宣布第一核电站的1至至6号机组将全部永久废弃。联合国核监号机组将全部永久废弃。联合国核监督机构督机构国际原子能机构国际原子能机构(IAEA)干事长干事长天野之弥天野之弥表示表示日本日本福岛核电厂的情势发展福岛核电厂的情势发展“非非常严重常严重”。法国法国法核安全局先前已将日本福岛核泄漏列为六级。法核安全局先前已将日本福岛核泄漏列为六级。2011年年4月月12

5、日，日日，日本原子能安全保安院根据国际核事件分级表将福岛核事故定为最高级本原子能安全保安院根据国际核事件分级表将福岛核事故定为最高级7级。级。 瓦良格航母从开建到改装（瓦良格航母从开建到改装（1985-2000）十余年）十余年的时间内，船体没有发生腐蚀、没有感生磁性的时间内，船体没有发生腐蚀、没有感生磁性，保证改装工作的顺利进行。，保证改装工作的顺利进行。？福岛核电站机组在海啸发生、机组进水福岛核电站机组在海啸发生、机组进水后发生爆炸！产生严重的核泄露！后发生爆炸！产生严重的核泄露！材料的显微组织使然！材料的显微组织使然！显微组织决定材料的使用性能！显微组织决定材料的使用性能！指导热处理技术发

6、展的理论基础指导热处理技术发展的理论基础相变理论！相变理论！ 热处理：将固态金属或合金在一定介质中加热、热处理：将固态金属或合金在一定介质中加热、保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获保温和冷却，以改变材料整体或表面组织，从而获得所需性能的工艺过程。得所需性能的工艺过程。 通过这个过程，材料的内部组织发生了变化，因通过这个过程，材料的内部组织发生了变化，因而性能变化。例如碳素工具钢而性能变化。例如碳素工具钢T8在市面上购回的经在市面上购回的经球化退火的材料其硬度仅为球化退火的材料其硬度仅为20HRC，作为工具需经，作为工具需经淬火并低温回火使硬度提高到淬火并低温回火使硬度提高到6063H

7、RC，这是因，这是因为内部组织由淬火之前的为内部组织由淬火之前的粒状珠光体粒状珠光体转变为淬火加转变为淬火加低温回火后的低温回火后的回火马氏体回火马氏体。 同一种材料热处理工艺不一样其性能差别同一种材料热处理工艺不一样其性能差别很大很大，导致性能差别如此大的原因是不同的，导致性能差别如此大的原因是不同的热处理后热处理后内部组织截然不同内部组织截然不同。 PFSF回火回火M回火回火S 同类型热处理同类型热处理(例如淬火例如淬火)的加热温度与冷的加热温度与冷却条件要由材料成分确定却条件要由材料成分确定。这些表明，热处。这些表明，热处理工艺（或制度）选择要根据材料的成分，理工艺（或制度）选择要根据材

8、料的成分，材料内部组织的变化依赖于材料热处理及其材料内部组织的变化依赖于材料热处理及其它热加工工艺，材料性能的变化又取决于材它热加工工艺，材料性能的变化又取决于材料的内部组织变化。所以，料的内部组织变化。所以，材料成分加工材料成分加工处理工艺组织结构材料性能处理工艺组织结构材料性能这四者相互这四者相互依成的关系贯穿在材料加工的全过程之中。依成的关系贯穿在材料加工的全过程之中。热处理工艺曲线示意图热处理工艺曲线示意图热处理工艺中有三大基本要素：热处理工艺中有三大基本要素：加热加热、保温保温、冷冷却却。这三大基本要素决定了材料热处理后的。这三大基本要素决定了材料热处理后的组织组织和和性能性能。 1

9、、加热、加热 不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。对不同的材料，其加热工艺和加热温度都不同。对于钢铁材料而言，加热分为两种，一种是在临界点于钢铁材料而言，加热分为两种，一种是在临界点A1以下的加热，此时不发生组织变化；另一种是在以下的加热，此时不发生组织变化；另一种是在A1以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，以上的加热，目的是为了获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为这一过程称为奥氏体化奥氏体化。2、保温、保温 保温是热处理的中间工序，其目的是要既要保保温是热处理的中间工序，其目的是要既要保证工件烧透，又要防止脱碳、氧化等。证工件烧透，又要防止脱碳、氧化等。保温时间保温时间和介质的选择

10、与工件的尺寸和材质有直接的关系和介质的选择与工件的尺寸和材质有直接的关系。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。一般工件越大，导热性越差，保温时间就越长。3、冷却、冷却 冷却是热处理的最终工序，也是冷却是热处理的最终工序，也是热处理过程中热处理过程中最重要的工序最重要的工序。钢在不同冷却速度下可以转变为。钢在不同冷却速度下可以转变为不同的组织。不同的组织。1、根据加热、冷却方式的不同及组织、性能变化特、根据加热、冷却方式的不同及组织、性能变化特点的不同，热处理可分为下列几类：点的不同，热处理可分为下列几类：常规热处理常规热处理v退火退火、正火正火、淬火淬火和和回火回火等。等。表面热处理表面

11、热处理v感应加热表面淬火感应加热表面淬火、火焰加热表面淬火火焰加热表面淬火、电接电接触加热表面淬火触加热表面淬火、渗碳渗碳、氮化氮化和和碳氮共渗碳氮共渗等。等。其它热处理其它热处理v可控气氛热处理可控气氛热处理、真空热处理真空热处理和和形变热处理形变热处理等等2、按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，、按照热处理在零件生产过程中的位置和作用不同，热处理工艺还可分为：热处理工艺还可分为：预备热处理：预备热处理：零件加工过程中的一道中间工序零件加工过程中的一道中间工序(也称也称为为中间热处理中间热处理)，其目的是改善锻、铸毛坯件组织、，其目的是改善锻、铸毛坯件组织、消除应力，为后续的机加工或

12、进一步的热处理作准消除应力，为后续的机加工或进一步的热处理作准备。备。最终热处理：最终热处理：零件加工的最终工序，其目的是使经零件加工的最终工序，其目的是使经过成型工艺达到要求的形状和尺寸后的零件的性能过成型工艺达到要求的形状和尺寸后的零件的性能达到所需要的使用性能。达到所需要的使用性能。符号温度,碳质量分数(C)%含义A 15380纯铁的熔点B 14950.53包晶转变时液态合金的成分C 11484.30共晶点Lc AE+Fe3CD 12276.69Fe3C的熔点E 11482.11碳在-Fe中的最大溶解度F 11486.69Fe3C的成分G 9120-Fe-Fe同素异构转变点(A3)H 1

13、4950.09碳在-Fe中的最大溶解度J 14950.17包晶点LB+HAJ K 7276.69Fe3C的成分N 13940-Fe-Fe同素异构转变点(A4)P 7270.0218碳在-Fe中的最大溶解度S 7270.77共析点(A1)ASFP+Fe3CQ 6000.0057600时碳在-Fe中的溶解度一、退火的定义一、退火的定义 退火退火是将钢加热到是将钢加热到低于或高于低于或高于Ac1点点以上以上温度，保持一定时间后温度，保持一定时间后缓慢地炉冷或控制冷缓慢地炉冷或控制冷却速度却速度，以，以获得平衡态组织获得平衡态组织的热处理工艺。的热处理工艺。 退火既可作为预备热处理，为最终热处退火既可

14、作为预备热处理，为最终热处理（理（淬火、回火、化学或表面热处理等淬火、回火、化学或表面热处理等）创）创造良好的组织条件或适于后续加工工艺性能造良好的组织条件或适于后续加工工艺性能的需要，也可作为钢的成品或半成品的最终的需要，也可作为钢的成品或半成品的最终热处理。热处理。二、退火的目的二、退火的目的降低钢的硬度，便于切削加工；降低钢的硬度，便于切削加工；消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继消除内应力或冷作硬化，提高塑性以利于继续冷加工；续冷加工；改善或消除毛坯在铸、锻（轧）、焊时所产改善或消除毛坯在铸、锻（轧）、焊时所产生的化学或组织不均（生的化学或组织不均（如偏析、带状组织和如偏析、带状组织

15、和魏氏组织等魏氏组织等），提高其工艺性能和使用性能），提高其工艺性能和使用性能;细化晶粒，提高大批量生产零件的组织均匀细化晶粒，提高大批量生产零件的组织均匀性，为最终热处理作好组织准备。性，为最终热处理作好组织准备。三、退火的分类三、退火的分类第一类：在临界温度（第一类：在临界温度（Ac1或或Ac3）以上的退）以上的退火，又称火，又称相变重结晶退火相变重结晶退火，包括：，包括：完全退火、完全退火、球化退火、不完全退火、扩散退火球化退火、不完全退火、扩散退火第二类：在临界温度（第二类：在临界温度（Ac1）以下的退火，包）以下的退火，包括：括：再结晶退火、去应力退火再结晶退火、去应力退火其它：其它

16、：等温退火、去氢退火等温退火、去氢退火碳钢各种退火和正火工艺规范示意图碳钢各种退火和正火工艺规范示意图(固相线以下固相线以下100200)形成形成。，处处六、去氢退火六、去氢退火 去氢退火的目的是消除钢中的氢所造成的去氢退火的目的是消除钢中的氢所造成的白点（白点（发裂发裂）。采用温度需加热到）。采用温度需加热到Ac3以上，以上，然后迅速冷却到然后迅速冷却到C曲线曲线“鼻尖鼻尖”稍下一点温稍下一点温度等温并保持较长时间，使氢原子从钢内逸度等温并保持较长时间，使氢原子从钢内逸出。出。 冶金工厂生产的钢轨和某些对氢敏感的合冶金工厂生产的钢轨和某些对氢敏感的合金钢坯，锻、轧后从高温冷却到金钢坯，锻、轧

17、后从高温冷却到300500转入保温箱或罐中进行长时间的等温扩散，转入保温箱或罐中进行长时间的等温扩散，然后冷却到室温即可将氢消除。然后冷却到室温即可将氢消除。七、等温退火七、等温退火等温退火等温退火：将钢件加热到高于：将钢件加热到高于Ac3 (或或Ac1 ) 的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠的温度，保温适当时间后，较快地冷却到珠光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体光体区的某一温度，并等温保持，使奥氏体等温转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。等温转变，然后缓慢冷却的热处理工艺。 目的目的：与完全退火相同，能获得均匀的预期：与完全退火相同，能获得均匀的预期组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，可大大

18、组织；对于奥氏体较稳定的合金钢，可大大缩短退火时间。缩短退火时间。火火一、加热温度的选择一、加热温度的选择 加热温度首先要按照钢的状态图和临界点加热温度首先要按照钢的状态图和临界点来选择。来选择。一般的原则：一般的原则：不完全退火为不完全退火为Ac120 30；完全退火为；完全退火为Ac33050；正火；正火为为Ac3 (或或Acm)3050(或加或加3080)。 生产上在不影响质量和性能的前提下，将生产上在不影响质量和性能的前提下，将温度相近、要求相似的不同钢号混合装炉。温度相近、要求相似的不同钢号混合装炉。碳钢各种退火和正火工艺规范示意图碳钢各种退火和正火工艺规范示意图二、加热速度的选择二

19、、加热速度的选择 对于一般碳钢和低合金钢而言，加热速度对于一般碳钢和低合金钢而言，加热速度可不予限制，钢材入炉后可随炉升温，也可可不予限制，钢材入炉后可随炉升温，也可高温装炉。在连续生产条件下，大多采用高高温装炉。在连续生产条件下，大多采用高温直接装炉与快速加热，这对提高生产率、温直接装炉与快速加热，这对提高生产率、缩短生产周期、降低能耗较为有利，但操作缩短生产周期、降低能耗较为有利，但操作上要以保证保温阶段温度的均匀性为前提。上要以保证保温阶段温度的均匀性为前提。 对某些导热性低的高合金钢或合金材料，对某些导热性低的高合金钢或合金材料，加热速度应限于加热速度应限于150/时以下，而且原则上时

20、以下，而且原则上应低温应低温(250)装炉，开始加热速度较慢，装炉，开始加热速度较慢，温升至温升至600后可加快升温速度。后可加快升温速度。三、保温时间的选择三、保温时间的选择保温的目的是使炉料内外温度一致，并完成保温的目的是使炉料内外温度一致，并完成所需的组织转变。所需的组织转变。保温时间的确定应考虑钢的成分及原始组织保温时间的确定应考虑钢的成分及原始组织状态、装炉量、装炉方式以及加热炉的特性状态、装炉量、装炉方式以及加热炉的特性等因素。合金钢在退火、正火时的保温时间等因素。合金钢在退火、正火时的保温时间应比碳钢长一些。应比碳钢长一些。v因为大多合金元素阻碍碳和铁原子的扩散，合金因为大多合金

21、元素阻碍碳和铁原子的扩散，合金元素自身扩散能力也较小。元素自身扩散能力也较小。如果钢的原始组织中存在粗片状、网状、大如果钢的原始组织中存在粗片状、网状、大块状碳化物或其它一些特殊组织，为了使它块状碳化物或其它一些特殊组织，为了使它们能够溶解和消失，保温时间亦应延长。们能够溶解和消失，保温时间亦应延长。装炉量及装炉方法与保温时间也有密切关系。装炉量及装炉方法与保温时间也有密切关系。装炉量多，保温时间要适当延长。不同的装装炉量多，保温时间要适当延长。不同的装炉方式也直接影响到钢材的均匀受热的程度，炉方式也直接影响到钢材的均匀受热的程度，堆集密的比间隙放置的受热慢，保温时间相堆集密的比间隙放置的受热

22、慢，保温时间相应要长些。应要长些。四、冷却速度的选择四、冷却速度的选择 退火与正火后的冷却速度，主要是根据它退火与正火后的冷却速度，主要是根据它们的目的和对钢材的组织及性能的要求而确们的目的和对钢材的组织及性能的要求而确定的，尤其是对退火后有珠光体球化级别要定的，尤其是对退火后有珠光体球化级别要求的，应按工艺规程予以严格控制；对组织求的，应按工艺规程予以严格控制；对组织无要求的，冷却速度可适当增大，有的可不无要求的，冷却速度可适当增大，有的可不限制，但冷却后应具有符合标准规定的硬度限制，但冷却后应具有符合标准规定的硬度值。值。正火或退火正火或退火淬火淬火:淬火方法分类淬火方法分类按加热温度不同

23、按加热温度不同v完全淬火：完全淬火：加热温度高于加热温度高于Ac3，全部，全部A化后冷却，适化后冷却，适用于亚共析钢和共析钢；用于亚共析钢和共析钢；v不完全淬火：不完全淬火：加热温度高于加热温度高于Ac1，适用于过共析钢。，适用于过共析钢。按冷却方式不同按冷却方式不同v单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火单介质淬火、双介质淬火、分级淬火、等温淬火一、淬火温度的选择一、淬火温度的选择 淬火温度即钢的奥氏体化温度，是淬火的主要工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。选择淬火温度的艺参数之一。选择淬火温度的原则是获得均匀细小原则是获得均匀细小的奥氏体组织。的奥氏体组织。1、确定

24、淬火温度的一般依据、确定淬火温度的一般依据钢的化学成分（钢的化学成分（主要是临界点主要是临界点Ac1、Ac3），是最主），是最主要的因素；要的因素；工件的尺寸、形状与技术参数；工件的尺寸、形状与技术参数；A的晶粒长大倾向；的晶粒长大倾向； 采用的淬火介质与淬火方法。采用的淬火介质与淬火方法。钢的淬火温度范围钢的淬火温度范围 2、碳钢的淬火温度、碳钢的淬火温度亚共析钢亚共析钢亚共析钢的淬火温度一般为亚共析钢的淬火温度一般为Ac3以上以上30 50， 原因：亚共析钢加热到原因：亚共析钢加热到Ac3以下时，淬火组织中会以下时，淬火组织中会保留先共析保留先共析F，淬火后会出现软点，使硬度达不到，淬火后

25、会出现软点，使硬度达不到要求；同时由于这种组织的不均匀性，还可能影响要求；同时由于这种组织的不均匀性，还可能影响回火后的机械性能。但为了不致于引起回火后的机械性能。但为了不致于引起A晶粒的粗晶粒的粗化以及尽可能减小淬火缺陷，温度还不能过高，一化以及尽可能减小淬火缺陷，温度还不能过高，一般为般为Ac3以上以上30 50。过共析钢过共析钢过共析钢的淬火温度一般为过共析钢的淬火温度一般为Ac1以上以上30 50， 原因：过共析钢在淬火加热前都要经过球化处理原因：过共析钢在淬火加热前都要经过球化处理（如果网状渗碳体存在，则应先正火予以消除，然如果网状渗碳体存在，则应先正火予以消除，然后再加热淬火后再加

26、热淬火），故加热至），故加热至Ac1以上时，其组织是以上时，其组织是A和一部分未溶的粒状碳化物（和一部分未溶的粒状碳化物（渗碳体渗碳体）。淬火后，）。淬火后，A转变为转变为M，未溶碳化物被保留下来，这不但不会，未溶碳化物被保留下来，这不但不会降低钢的硬度，反而对提高耐磨性有利。降低钢的硬度，反而对提高耐磨性有利。 如果把过共析钢加热到如果把过共析钢加热到Acm以上，从单相以上，从单相A状态淬火，状态淬火，结果不但无益，反而有害，原因：结果不但无益，反而有害，原因：vA中溶入中溶入C量增加使量增加使Ms点降低，淬火后残余点降低，淬火后残余A量增多，量增多，使钢的硬度下降；使钢的硬度下降；vA的晶

27、粒粗化，淬火后得到粗大的晶粒粗化，淬火后得到粗大M，增大脆性；，增大脆性；v钢的脱碳氧化严重，降低淬火钢的表面质量；钢的脱碳氧化严重，降低淬火钢的表面质量；v增大淬火应力，从而增大工件变形与开裂倾向。增大淬火应力，从而增大工件变形与开裂倾向。3、合金钢淬火温度、合金钢淬火温度 合金钢的淬火温度也根据其临界点确定，但考虑合金合金钢的淬火温度也根据其临界点确定，但考虑合金元素的作用，为了加速元素的作用，为了加速A化，一般选为化，一般选为Ac1或或Ac350100. 4、确定淬火温度的其它考虑因素、确定淬火温度的其它考虑因素 工件尺寸：工件尺寸：小工件采用较低的淬火温度，大工件采小工件采用较低的淬火

28、温度，大工件采用较高的淬火温度。用较高的淬火温度。工件形状：工件形状：形状复杂、容易变形或开裂的工件，在形状复杂、容易变形或开裂的工件，在保证性能要求的前提下尽量采用较低的淬火温度。保证性能要求的前提下尽量采用较低的淬火温度。淬火介质与淬火方法淬火介质与淬火方法A晶粒长大倾向：晶粒长大倾向：对本质细晶粒钢，可采用较高的对本质细晶粒钢，可采用较高的淬火温度。淬火温度。二、加热时间的确定二、加热时间的确定 加热时间由加热时间由升温时间升温时间和和保温时间保温时间组成。组成。升温时间升温时间：由零件入炉温度升至淬火温度所需的：由零件入炉温度升至淬火温度所需的时间，并以此作为保温时间的开始。时间，并以

29、此作为保温时间的开始。保温时间保温时间：指零件温度均匀化并完成奥氏体化过：指零件温度均匀化并完成奥氏体化过程所需要的时间。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。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。间，以保证工件质量。保温时间的影响因素保温时间的影响因素化学成分化学成分：含：含C量和合金元素增加都会使保温时间量和合金元素增加都会使保温时间延长延长:v原因：含原因：含C量和合金元素增加会降低钢的导热性，而且量和合金元素增加会降低钢的导热性，而且合金元素一般均阻碍合

30、金元素一般均阻碍C原子的扩散，其本身的扩散速度原子的扩散，其本身的扩散速度也比也比C小得多，显著延缓钢中的组织转变，故高碳钢比小得多，显著延缓钢中的组织转变，故高碳钢比低碳钢、合金钢比碳素钢、高合金钢比低合金钢的保温低碳钢、合金钢比碳素钢、高合金钢比低合金钢的保温时间要长些。时间要长些。工件的形状与尺寸工件的形状与尺寸：保温时间随工件厚度或直径的：保温时间随工件厚度或直径的增大而延长，对形状复杂或尺寸较大的工件应进行增大而延长，对形状复杂或尺寸较大的工件应进行预热预热。加热介质加热介质：在常用的加热介质中，以铅浴炉加热最：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。快，盐

31、浴炉次之，空气电阻炉最慢。装炉情况装炉情况：工件在炉中的放置方法及排列情况对工：工件在炉中的放置方法及排列情况对工件的受热条件有明显影响，从而影响到保温时间。件的受热条件有明显影响，从而影响到保温时间。实际装炉时应照顾到最大的装炉量、最短的加热时实际装炉时应照顾到最大的装炉量、最短的加热时间以及工件最均匀的加热条件等几方面。间以及工件最均匀的加热条件等几方面。炉温炉温：提高炉温是缩短加热保温时间的有效措施之：提高炉温是缩短加热保温时间的有效措施之一。一。三、加热介质的选择三、加热介质的选择 采用不同的加热设备，与工件接触的介质也就不采用不同的加热设备，与工件接触的介质也就不同。目前常用的加热介

32、质有空气、气体燃烧产物、同。目前常用的加热介质有空气、气体燃烧产物、各种盐浴与可控气氛等。各种盐浴与可控气氛等。 工件在淬火加热过程中，必须重视其氧化脱碳问工件在淬火加热过程中，必须重视其氧化脱碳问题并应尽量减少或防止，故需要合理选择加热介质。题并应尽量减少或防止，故需要合理选择加热介质。1、液体介质、液体介质 液体加热介质中常用的是盐浴加热。其优点是与液体加热介质中常用的是盐浴加热。其优点是与空气介质相比液体介质炉温容易控制、工件受热均空气介质相比液体介质炉温容易控制、工件受热均匀、加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小且易匀、加热速度快、工件不易氧化脱碳、变形小且易于局部加热等。于局部加热等

33、。 盐虽然是中性的，但使用不当仍会使工件产生脱盐虽然是中性的，但使用不当仍会使工件产生脱碳或麻点（碳或麻点（受腐蚀受腐蚀），故必须对盐浴进行脱氧处理。），故必须对盐浴进行脱氧处理。常用的脱氧剂有常用的脱氧剂有TiO2、SiO2（硅胶硅胶）、）、Na2B4O7（硼砂硼砂）、及硅钙铁等。）、及硅钙铁等。2、流动粒子（、流动粒子（流态化粒子流态化粒子） 采用固体粒子（采用固体粒子（石墨、石英砂或刚玉等石墨、石英砂或刚玉等）作为加）作为加热介质，当通入一定流速的气流时，粒子就会呈悬热介质，当通入一定流速的气流时，粒子就会呈悬浮状象流体一样地运动（浮状象流体一样地运动（在粒子堆表面呈沸腾状态，在粒子堆表

34、面呈沸腾状态，内部粒子则呈快速湍流运动内部粒子则呈快速湍流运动），这种状态称为流化），这种状态称为流化状态（状态（或称粒子被流态化或称粒子被流态化）。一般均通过电加热）。一般均通过电加热（内热或外热式内热或外热式）使流动粒子很快被加热到所需温）使流动粒子很快被加热到所需温度，靠它们来加热工件。度，靠它们来加热工件。 流动粒子具有升温快、使用范围广等优点流动粒子具有升温快、使用范围广等优点. 淬火冷却介质：淬火冷却介质：为实现淬火目的所用的冷却介质。为实现淬火目的所用的冷却介质。一、淬火的要求一、淬火的要求 淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体淬火过程是冷却非常快的过程。为了得到马氏体组织

35、，淬火冷却速度必须大于组织，淬火冷却速度必须大于临界冷却速度临界冷却速度Vk。但是，冷却速度快必然产生很大的淬火内应力，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。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，即达到生变形和开裂，即达到理想淬火冷却方式理想淬火冷却方式。理想淬火冷却曲线示意图理想淬火冷却曲线示意图 只要在只要在“鼻尖鼻尖”温度附近快冷，使冷却曲线躲温度附近快冷，使冷却曲线躲过过“鼻尖鼻尖”，不碰上，不碰上C曲线，就能得到马氏体。曲线，就能得到马氏体。也就是说，在也就是说，在“鼻尖鼻尖

36、”温度以上，在保证不出现温度以上，在保证不出现珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在珠光体类型组织的前提下，可以尽量缓冷；在“鼻尖鼻尖”温度附近则必须快冷，以躲开温度附近则必须快冷，以躲开“鼻尖鼻尖”，保证不产生非马氏体相变；而在保证不产生非马氏体相变；而在Ms点附近又可以点附近又可以缓冷，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。目前为止，还找不到完全理想的淬火冷却介质。水水：650550和和300200范围内冷却能力较大，范围内冷却能力较大，易造成零件变形和开裂。淬火用水温度一般控制在易造成零件变形和开裂。淬火

37、用水温度一般控制在30以下，主要用于形状简单、截面较大的碳钢零以下，主要用于形状简单、截面较大的碳钢零件的淬火。件的淬火。矿物油矿物油：300200范围内冷却能力低，有利于减少范围内冷却能力低，有利于减少工件变形；但在工件变形；但在650550范围内冷却能力也低，不范围内冷却能力也低，不利于淬硬，油一般用于合金钢的淬火。利于淬硬，油一般用于合金钢的淬火。盐浴盐浴：特点是沸点高，冷却能力介于水和油之间，：特点是沸点高，冷却能力介于水和油之间，可减少零件淬火时的变形，主要用于可减少零件淬火时的变形，主要用于分级淬火分级淬火和和等等温淬火温淬火，以处理形状复杂、尺寸较小、变形要求严，以处理形状复杂、

38、尺寸较小、变形要求严格的工具等。格的工具等。新型淬火剂新型淬火剂水玻璃淬火剂水玻璃淬火剂过饱和硝盐水溶液过饱和硝盐水溶液3号淬火剂号淬火剂氯化锌碱溶液氯化锌碱溶液合成淬火剂合成淬火剂一、基本概念一、基本概念1、钢的淬透性、钢的淬透性 钢的淬透性：钢的淬透性：钢接受淬火时形成马氏体的能力钢接受淬火时形成马氏体的能力 。 不同成分的钢淬火时形成马氏体的能力不同，容不同成分的钢淬火时形成马氏体的能力不同，容易形成马氏体的钢淬透性高（易形成马氏体的钢淬透性高（好好），反之则低），反之则低（差差）。）。 例如：例如：40CrNiMo比比45钢的淬透性好。钢的淬透性好。 why?2、淬透层深度、淬透层深度

39、淬透层深度淬透层深度 从试样表面至从试样表面至半马氏体区半马氏体区(马氏体和非马氏体组织马氏体和非马氏体组织各占一半各占一半)的距离。在同样淬火条件下，淬透层深的距离。在同样淬火条件下，淬透层深度越大，则反映钢的淬透性越好。度越大，则反映钢的淬透性越好。半马氏体组织的确定半马氏体组织的确定 l硬度测试法硬度测试法：M中含非中含非M组织不多时，硬度变化组织不多时，硬度变化不大；非不大；非M组织量增至组织量增至50%时，硬度陡然下降，时，硬度陡然下降，曲线出现明显转折点。曲线出现明显转折点。l断口观察法断口观察法：淬火试样的断口上，以马氏体为界，：淬火试样的断口上，以马氏体为界，发生由脆性断裂向韧

40、性断裂的变化，并且其酸蚀断发生由脆性断裂向韧性断裂的变化，并且其酸蚀断面呈现明显的分界线。面呈现明显的分界线。l半马氏体组织的硬半马氏体组织的硬度度主要与碳质量分主要与碳质量分数有关数有关，而与合金，而与合金元素质量分数关系元素质量分数关系不大不大. 淬透性、淬透层深度和淬硬性的区别淬透性、淬透层深度和淬硬性的区别l淬透性淬透性是钢在淬火时形成马氏体的能力，是钢是钢在淬火时形成马氏体的能力，是钢在规定条件下的一种工艺性能。在规定条件下的一种工艺性能。l淬透层深度淬透层深度是指实际工件在具体条件下淬火得是指实际工件在具体条件下淬火得到表面马氏体到半马氏体处的距离，它与钢的到表面马氏体到半马氏体处

41、的距离，它与钢的淬透性、工件的截面尺寸和淬火介质的冷却能淬透性、工件的截面尺寸和淬火介质的冷却能力有关。淬透性好，工件截面尺寸小，淬火介力有关。淬透性好，工件截面尺寸小，淬火介质的冷却能力强，则淬透层深度越大。质的冷却能力强，则淬透层深度越大。l淬硬性淬硬性指钢淬火后能达到的最高硬度，主要取指钢淬火后能达到的最高硬度，主要取决于马氏体的含碳量。决于马氏体的含碳量。 二、影响淬透性的因素二、影响淬透性的因素 钢的淬透性由其临界冷却速度决定，临界冷却速钢的淬透性由其临界冷却速度决定，临界冷却速度越小，即奥氏体越稳定，则钢的淬透性越好。因度越小，即奥氏体越稳定，则钢的淬透性越好。因此，凡影响奥氏体稳

42、定性的因素，均影响钢的淬透此，凡影响奥氏体稳定性的因素，均影响钢的淬透性。性。1、碳含量、碳含量 在碳钢中，碳含量影响钢的临界冷却速度。共析钢在碳钢中，碳含量影响钢的临界冷却速度。共析钢的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量的临界冷速最小，淬透性最好；亚共析钢随碳含量减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳减少，临界冷速增加，淬透性降低；过共析钢随碳含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。含量增加，临界冷速增加，淬透性降低。? 原因：亚共析钢含碳量越低，先共析铁素体量越多，原因：亚共析钢含碳量越低，先共析铁素体量越多，提高了提高了A分解时分解时P的形核率，降低的形核率，降低A稳定性，提高

43、临稳定性，提高临界冷却速度，降低淬透性；过共析钢含碳量越高，界冷却速度，降低淬透性；过共析钢含碳量越高，先共析先共析Fe3C越多，同样降低越多，同样降低A稳定性，提高临界稳定性，提高临界冷却速度，降低淬透性。冷却速度，降低淬透性。2、合金元素、合金元素 除除Co和和Al以外，其余合金元素溶于奥氏体后，以外，其余合金元素溶于奥氏体后，使使C曲线右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬曲线右移，降低临界冷却速度，提高钢的淬透性，因此透性，因此合金钢往往比碳钢的淬透性要好合金钢往往比碳钢的淬透性要好。3、奥氏体化温度、奥氏体化温度 提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长大、成提高奥氏体化温度，将使奥氏体晶粒长

44、大、成分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界分均匀，可减少珠光体的生核率，降低钢的临界冷却速度，增加其淬透性。冷却速度，增加其淬透性。4、钢中未溶第二相、钢中未溶第二相 钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它钢中未溶入奥氏体中的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，非金属夹杂物，可成为奥氏体分解的非自发核心，使临界冷却速度增大，降低淬透性。使临界冷却速度增大，降低淬透性。 三、淬透性曲线的应用三、淬透性曲线的应用可比较不同钢种的淬透性，方便选材。可比较不同钢种的淬透性，方便选材。 淬透性不同的钢材经调质处理后，沿截面的组织和淬透性不同的钢材经调质处理后，沿截面的

45、组织和机械性能差别很大。机械性能差别很大。 40CrNiMo40Cr40钢钢全部回火全部回火S回回火火S回回火火SSF回回火火S回回火火SSF淬透性不同的钢调质后机械性能的比较淬透性不同的钢调质后机械性能的比较截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、截面较大、形状复杂以及受力较苛刻的螺栓、拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，拉杆、锻模、锤杆等工件，要求截面机械性能均匀，应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴应选用淬透性好的钢。而承受弯曲或扭转载荷的轴类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬类零件、外层受力较大，心部受力较小，可选用淬透性较低的钢种。透性较低的钢种。 常用淬火

46、方法常用淬火方法预冷淬火预冷淬火1、单介质淬火、单介质淬火定义：定义：将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中将奥氏体状态的工件放入一种淬火介质中一直冷却到室温的淬火方法。一直冷却到室温的淬火方法。优点：优点：操作简单，容易实现机械化，应用较广；操作简单，容易实现机械化，应用较广；缺点是水淬变形开裂倾向大，油淬冷却速度小，缺点是水淬变形开裂倾向大，油淬冷却速度小，淬透直径小，大件淬不硬。淬透直径小，大件淬不硬。适用性：适用性：单介质淬火适用于形状简单的碳钢和合单介质淬火适用于形状简单的碳钢和合金钢工件金钢工件。2、双介质淬火、双介质淬火定义：定义：先将奥氏体状态的工件在冷却能力强的淬火介先将奥氏体

47、状态的工件在冷却能力强的淬火介质中冷却至接近质中冷却至接近Ms点温度时，再立即转入冷却能力较点温度时，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。弱的淬火介质中冷却，直至完成马氏体转变。关键工序：关键工序：控制工件在第一种介质中的停留时间，或控制工件在第一种介质中的停留时间，或者说工件由第一种介质转入第二种介质时的温度。者说工件由第一种介质转入第二种介质时的温度。优点：优点：既保证淬硬，又不出现较大变形和开裂。既保证淬硬，又不出现较大变形和开裂。适用性：适用性：碳钢制造的中型零件和合金钢制造的较大尺碳钢制造的中型零件和合金钢制造的较大尺寸零件。寸零件。3、分级淬火、分级淬火定义

48、：定义：将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的将奥氏体状态的工件首先淬入略高于钢的Ms点点的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再的盐浴或碱浴炉中保温，当工件内外温度均匀后，再从浴炉中取出从浴炉中取出空冷至室温空冷至室温，完成马氏体转变。，完成马氏体转变。优点：优点：分级淬火能有效地减少热应力和相变应力，降分级淬火能有效地减少热应力和相变应力，降低工件变形和开裂的倾向。低工件变形和开裂的倾向。缺点：缺点：在在200左右冷速较慢，淬火钢中的过冷左右冷速较慢，淬火钢中的过冷A容易容易分解，故一般只适用于于形状复杂和截面不大的工件分解，故一般只适用于于形状复杂和截面不大的工件的淬火。的淬火。Cr

49、12钢冷冲模分级淬火工艺曲线钢冷冲模分级淬火工艺曲线4、等温淬火（或称、等温淬火（或称贝氏体淬火贝氏体淬火）定义：定义：将奥氏体化后的工件在稍高于将奥氏体化后的工件在稍高于Ms温度的盐温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得浴或碱浴中冷却并保温足够时间，从而获得下贝下贝氏体氏体组织的淬火方法。组织的淬火方法。优点：优点：该方法大大降低内应力，减少变形。该方法大大降低内应力，减少变形。适用性：适用性：适合处理复杂和精度要求高的小件，如适合处理复杂和精度要求高的小件，如弹簧、螺栓等。缺点是生产周期长、生产效率低。弹簧、螺栓等。缺点是生产周期长、生产效率低。 5、预冷淬火（或称、预冷淬火（或称冷待淬火冷待淬火）定义：定义：将奥氏体化后的工件先在空气或热水中经将奥氏体化后的工件先在空气或热水中经过一段时间的预冷，待工件温度降至临界点稍上过一段时间的预冷，待工件温度降至临界点稍上一点温度后再淬入冷却介质中的淬火方法。一点温度后再淬入冷却介质中的淬火方法。优点：优点：减少热应力，减小