第九章__淬火与回火

1、返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT第九章第九章 淬火与回火淬火与回火9.1 淬火淬火9.2 回火回火返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT9.1 淬火淬火钢的淬火钢的淬火将钢加热到临界温度（将钢加热到临界温度（A1 或或A3）以上，保）以上，保温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行温一定时间使其奥氏体化，以大于临界冷却速度进行冷却的工艺。冷却的工艺。淬火目的：淬火目的：n提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具提高硬度和耐磨性：刀具、量具、磨具n提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件提高强韧性：轴类、杆件、销、受力件n提高硬

2、磁性：高碳钢、磁钢指的永久磁性（马氏提高硬磁性：高碳钢、磁钢指的永久磁性（马氏体磁性）体磁性）n提高弹性：各类弹簧提高弹性：各类弹簧n提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢提高耐蚀和耐热性：耐热钢和不锈钢n获得获得M组织组织 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT一、淬火方法及工艺一、淬火方法及工艺 1.淬火方法淬火方法 淬火分类淬火分类 按加热温度：按加热温度：完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火、二次淬火完全淬火、不完全淬火、循环加热淬火、二次淬火 按加热速度：按加热速度：普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火普通淬火、快速加热淬火、超快速加热淬火 按加热介质及热

3、源条件：按加热介质及热源条件：真空淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火真空淬火、铅浴加热淬火、盐浴加热淬火、火焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、电子束加热淬火、激光加焰加热淬火、感应加热淬火、高频脉冲淬火、电子束加热淬火、激光加热淬火热淬火 按淬火部位：按淬火部位：整体淬火、局部淬火、表面淬火整体淬火、局部淬火、表面淬火 按冷却方式：按冷却方式：有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火有单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火、预冷淬火等直接淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、冷处理等等直接淬火；马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火、冷处理等返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理

4、及工艺 , SMSE,CUMT2. 淬火工艺淬火工艺 淬火加热温度淬火加热温度 亚共析钢：亚共析钢：Ac3 +3050; 共析和过共析钢：共析和过共析钢： Ac1 +3050为什么过共析钢淬火加热温度在为什么过共析钢淬火加热温度在Ac1 +3050 ，而不是而不是Acm +3050？）？）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬火加热后组织淬火加热后组织 M+Fe3C+A残残 Ac1+3050过共析钢过共析钢 M + A残残 Ac1+3050 共析钢共析钢 M + A残残 Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0.5% M Ac3+3050亚共析钢亚共析钢Wc0

5、.5% 最终组织最终组织淬火温度淬火温度() 钢种钢种返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2. 2. 淬火工艺淬火工艺 加热时间加热时间加热时间加热时间=升温时间升温时间 + 心表温度一致时间心表温度一致时间 + 保温时间保温时间 加热介质对保温时间影响较大。加热介质对保温时间影响较大。保温时间：达到热处理工艺规范要求的恒温保温时间。保温时间：达到热处理工艺规范要求的恒温保温时间。保温时间保温时间 ： = K D工工 件件 有有 效效 厚厚 度度(尺寸最小部位尺寸最小部位)装炉量有关系数装炉量有关系数一般一般 K = 11.5加热系数加热系数,与钢种与钢种及

6、加热介质有关及加热介质有关返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT常用钢的加热系数常用钢的加热系数钢的种类工件直径mm600箱式炉中预热750850盐浴炉中加热或预热800900箱式炉或井式炉中加热11001300高温盐炉中加热碳钢50 50.0.30.4 0.40.51.01.2 1.21.5.合金钢50 50.0.450.5 0.50.551.21.5 1.51.8.高合金钢.0.350.400.30.35.返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT有效厚度的确定返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,C

7、UMT加热介质加热介质空气、盐浴、可控气氛、真空等气氛条件空气、盐浴、可控气氛、真空等气氛条件造成氧化与脱碳造成氧化与脱碳 氧化氧化 （T570T570C):C): O O2 2 +2Fe 2FeO +2Fe 2FeO CO CO2 2 + Fe FeO + CO + Fe FeO + CO H H2 2O + Fe FeO +HO + Fe FeO +H2 22. 2. 淬火工艺淬火工艺返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 脱碳脱碳O2: Fe3C + O2 3Fe +CO2 CA + O2 CO2CO2: Fe3C + CO2 3Fe + 2CO CA

8、+ CO2 2COH2O: Fe3C + H2O 3Fe +H2+CO CA + H2O H2+ COH2: Fe3C+2H2 3Fe + CH4 CA +2H2 CH4 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT冷却方式冷却方式 冷却方式冷却方式 最大限度减少工件应力集中和变形，最大限度减少工件应力集中和变形， 使工件冷却充分均匀。使工件冷却充分均匀。 冷却介质冷却介质2. 2. 淬火工艺淬火工艺返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1返 回下一页

9、上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT二、二、 淬火介质淬火介质理想淬火介质具备：理想淬火介质具备：高温慢冷；高温慢冷；奥氏体鼻子温度快冷；奥氏体鼻子温度快冷；马氏体转变慢冷。马氏体转变慢冷。时间(s)3001021031041010800-100100200500600700温度()0400A1MsMf理想淬火冷却介质理想淬火冷却介质 稳定，成本低稳定，成本低 安全，无毒；不腐蚀安全，无毒；不腐蚀工件工件目的：获得目的：获得M 热应力热应力 开裂开裂返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 淬火介质分类淬火介质分类n 根据工件淬火冷却过程

10、中，淬火介质是否发生根据工件淬火冷却过程中，淬火介质是否发生物态变化，把液态淬火介质分为两类，即有物态变化物态变化，把液态淬火介质分为两类，即有物态变化的和无物态变化的。的和无物态变化的。n 有物态变化的有物态变化的n 无物态变化的水及各种水溶液各种淬火油各种气体熔融金属、熔盐固体-铜板、铁板、气-固流态床返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT1 .有物态变化的淬火介质有物态变化的淬火介质 介质冷却特性的测试介质冷却特性的测试二、二、 淬火介质淬火介质返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT冷却机理冷却机理 第一阶段：第一阶段：

11、蒸汽膜阶段。冷却速度慢蒸汽膜阶段。冷却速度慢 第二阶段：第二阶段：沸腾阶段。冷却速度快沸腾阶段。冷却速度快 第三阶段：第三阶段：对流阶段。冷却速度慢对流阶段。冷却速度慢常用的冷却介质常用的冷却介质 水、盐水、碱水、油、合成淬火液等水、盐水、碱水、油、合成淬火液等二、二、 淬火介质淬火介质返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2.无物态变化的淬火介质无物态变化的淬火介质 传热方式：传热方式： 介质传导和对流将工件的热量带走，使工件介质传导和对流将工件的热量带走，使工件获得淬火要求。获得淬火要求。 常用的淬火介质：常用的淬火介质： 硝酸盐和碱，使用温度在硝酸盐和碱

12、，使用温度在150550之间。之间。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 常用淬火介质常用淬火介质 水：水： Vmax: 500780 C/s, 300400 C 鼻温：鼻温：150 C/s； Ms： 450 C/s 优点：冷却能力强，成本低优点：冷却能力强，成本低 缺点：缺点：M转变温区冷速过大，变形大转变温区冷速过大，变形大 冷却能力对水温，不溶夹杂敏感冷却能力对水温，不溶夹杂敏感 应用：小尺寸、形状简单碳钢件应用：小尺寸、形状简单碳钢件 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 油：油： Vmax: 100250 C/s

13、, 400500 C 鼻温：鼻温：6070 C/s； Ms： 50 C/s 优点：优点： M转变温区冷速小，不易变形转变温区冷速小，不易变形 缺点：鼻温区冷速小，淬不透缺点：鼻温区冷速小，淬不透 应用：合金钢件应用：合金钢件 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 盐水与碱水盐水与碱水 1010 NaCl水溶液水溶液 15 NaOH水溶液水溶液 5 NaCO3水溶液水溶液 作用：使蒸汽膜提前破碎，但腐蚀作用：使蒸汽膜提前破碎，但腐蚀 新淬火介质新淬火介质 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT3 淬火介质的新发展淬火介质的新发

14、展n环保、优效（高温快速、低温慢速）、安全、经济为环保、优效（高温快速、低温慢速）、安全、经济为发展方向。发展方向。n植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶植物油基生态淬火油（使蒸汽膜阶段短、提高高温阶 段冷速）段冷速） n聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）聚合物水基淬火介质（降低水的冷速、环保）n固固气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）气流化介质（固体细粒与压缩空气混合）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT常用的淬火冷却介质常用的淬火冷却介质 名名 称称 最大冷却速度时最大冷却速度时平均冷却速度平均冷却速度/(s-1)所在温度所在温度/ 冷却

15、速度冷却速度 /( s-1)650550 300200 20静止水静止水34077513545040静止水静止水28554511041060静止水静止水2202758018510%NaCl 溶液溶液58020001900100010%NaOH 溶液溶液560283027507752010号机油号机油43023060658010号机油号机油4302307055203号锭子油号锭子油50012010050返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT单液淬火单液淬火双液淬火双液淬火分级淬火分级淬火等温淬火等温淬火时间时间温度MsA1返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原

16、理及工艺 , SMSE,CUMT 1 1）单介质淬火方法）单介质淬火方法n将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬将加热工件在一种介质中连续冷却到室温的淬火方法。如水淬和油淬都属于这种方法。该方火方法。如水淬和油淬都属于这种方法。该方法操作简单，易实现机械化，应用较广。法操作简单，易实现机械化，应用较广。 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2 2）双介质淬火）双介质淬火n 是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中是指将工件先在一种冷却能力较强的介质中冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却冷却，避免珠光体转变，然后转入另一种冷却能力较弱的介质中发生马氏体转变

17、的方法。常能力较弱的介质中发生马氏体转变的方法。常用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷用的方法是水淬油冷或油淬空冷。其优点是冷却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不却比较理想，缺点是第一种介质中停留时间不易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形易控制，需要有实践经验。该方法主要用于形状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。状复杂的碳钢工件及大型合金钢工件。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT3 3）分级淬火）分级淬火n指将奥氏体化的工件淬入稍高于指将奥氏体化的工件淬入稍高于MsMs点的盐浴或点的盐浴或碱浴中保温，待工件表、心部温度接近盐浴温碱浴中保温，待工件

18、表、心部温度接近盐浴温度时取出来空冷的淬火方法。分级淬火可以很度时取出来空冷的淬火方法。分级淬火可以很好地消除淬火工件表心部的温差问题，有效地好地消除淬火工件表心部的温差问题，有效地减少工件变形开裂倾向。减少工件变形开裂倾向。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 4 4）等温淬火）等温淬火n加热工件在高于加热工件在高于MsMs温度的盐浴或碱浴中冷却并温度的盐浴或碱浴中冷却并保温足够时间，获得下贝体组织后再空冷的淬保温足够时间，获得下贝体组织后再空冷的淬火方法。经等温淬火的零件具有良好的综合力火方法。经等温淬火的零件具有良好的综合力学性能，淬火应力小，适用于形

19、状复杂及要求学性能，淬火应力小，适用于形状复杂及要求较高的小型件。较高的小型件。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT三、三、 钢的淬透性钢的淬透性n淬透性是钢的主要热处理性能。淬透性是钢的主要热处理性能。n是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。是选材和制订热处理工艺的重要依据之一。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT三、三、 钢的淬透性钢的淬透性1.概念概念 淬透性淬透性钢在淬火时能够获得马氏体的能力。钢在淬火时能够获得马氏体的能力。 其大小是用规定条件下其大小是用规定条件下淬硬层深度淬硬层深度来表示。来表示。 工件淬硬层

20、与冷却速度的关系示意图工件淬硬层与冷却速度的关系示意图（a）零件截面的不同冷却速度）零件截面的不同冷却速度; （b）未淬透区的示意图）未淬透区的示意图ab返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTM量和硬度随深量和硬度随深度的变化度的变化n淬硬层深度淬硬层深度 由工件表面到半马氏体区由工件表面到半马氏体区(50%M + 50%P)(50%M + 50%P)的深度。的深度。如果工件中心在淬火后获得了如果工件中心在淬火后获得了50以上的以上的M，则认为工件已经被淬透。则认为工件已经被淬透。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬透性的

21、大小对钢的热处理后的力学性能的影响淬透性的大小对钢的热处理后的力学性能的影响未淬透未淬透淬透淬透HRCHRC返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2 2、影响淬透性的因素、影响淬透性的因素决定因素决定因素: :临界冷却速度临界冷却速度; ; 取决于取决于A A成分。成分。因此使因此使C C曲线右移的因素均使淬透性提高曲线右移的因素均使淬透性提高; ;奥氏体化温度越高奥氏体化温度越高, ,保温时间越长保温时间越长, ,则晶粒越粗大则晶粒越粗大, ,成分越均成分越均匀匀, ,过冷奥氏体越稳定过冷奥氏体越稳定,C,C曲线越向右移曲线越向右移, ,淬火临界冷却速度越淬

22、火临界冷却速度越小小, ,钢的淬透性越好钢的淬透性越好返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn注意区别：注意区别：钢的淬透性钢的淬透性 钢材本身的固有属性，与外部因素无关钢材本身的固有属性，与外部因素无关工件的淬透深度工件的淬透深度 取决于钢材淬透性取决于钢材淬透性, , 还与冷却介质、还与冷却介质、 工件尺寸等外部因素有关。工件尺寸等外部因素有关。n同一材料的同一材料的淬硬层深度淬硬层深度与工件的尺寸、冷却介质有关。工件与工件的尺寸、冷却介质有关。工件尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。尺寸小、介质冷却能力强，淬硬层深。n淬透性淬透性与工件尺寸、冷却介质无关。

23、它只用于不同材料之间与工件尺寸、冷却介质无关。它只用于不同材料之间的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层的比较。是在尺寸、冷却介质相同时，用不同材料的淬硬层深度来进行比较的。深度来进行比较的。 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn注意区别：注意区别： 淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性淬硬性淬硬性: 钢在理想条件下淬火后所能钢在理想条件下淬火后所能 达到的达到的最高硬度。最高硬度。影响因素影响因素: 主要主要取决于马氏体的取决于马氏体的含碳量。含碳量。马氏体硬度、韧性与含碳量的关系马氏体硬度、韧性与含碳量的关系C%返 回下一页上一页 本章首页金属热

24、处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 淬硬性与淬透性淬硬性与淬透性: （两个完全不同的概念）（两个完全不同的概念）淬透性淬透性淬硬性淬硬性钢钢 种种小小低低碳素结构钢碳素结构钢 ( 20 )小小高高碳素工具钢碳素工具钢( T12A )大大低低低碳合金结构钢低碳合金结构钢( 20Cr2Ni4A )大大高高高碳高合金工具钢高碳高合金工具钢( W18Cr4V )返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT例：有一根长例：有一根长2 2米直径米直径20mm20mm的实心的实心T12T12钢圆棒，不均匀加热，加热钢圆棒，不均匀加热，加热后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如

25、表所示，请在各段中后棒料温度如图所示，假设各段冷却介质如表所示，请在各段中填入相应的相组织，并分析其力学性能。填入相应的相组织，并分析其力学性能。 A B C D1000 54返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT3.3.淬透性测量方法淬透性测量方法 (1)(1)断口法：断口法：适用碳素工具钢。适用碳素工具钢。 将上述试样加热到将上述试样加热到760760、800800、840840等温度加热等温度加热15152020分钟，淬入分钟，淬入10-30 10-30 水中，打断观察淬硬层，水中，打断观察淬硬层，即淬硬层（马氏体）和韧软层（珠光体或贝氏体），即淬硬层（

26、马氏体）和韧软层（珠光体或贝氏体），对照相应标准对照相应标准0-50-5级。级。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT(2)U(2)U型曲线法：型曲线法：将一组长度是直径将一组长度是直径4 46 6倍的圆柱形试样倍的圆柱形试样经完全奥氏体化后，在一定介质中冷却经完全奥氏体化后，在一定介质中冷却后，从试样中部切开，磨平后自表面向后，从试样中部切开，磨平后自表面向心部测量试样硬度，其硬度分布如右。心部测量试样硬度，其硬度分布如右。h -h -淬硬区淬硬区D DH H -未淬硬区未淬硬区淬透性表示：淬透性表示：淬硬层深度淬硬层深度h h，或，或D DH H /D/D

27、。hhDHD直观，准确，但繁琐直观，准确，但繁琐用于结构钢用于结构钢返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT（3 3）临界直径法）临界直径法生产中也常用临界淬火直径表示钢的淬透性。生产中也常用临界淬火直径表示钢的淬透性。临界淬火直径临界淬火直径圆棒试样在某介质中淬火时所能得到的最大圆棒试样在某介质中淬火时所能得到的最大淬透直径（即心部被淬成半马氏体的最大直径），用淬透直径（即心部被淬成半马氏体的最大直径），用D Do o表示。表示。在相同冷却条件下，在相同冷却条件下，D Do o越大，钢的淬透性越好。越大，钢的淬透性越好。油淬油淬水淬水淬M非非M返 回下一页上一

28、页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT(4)端淬法：端淬法：此方法是世界上通用方法。此方法是世界上通用方法。 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT顶端淬火法顶端淬火法 25100 ，返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT1.53.04.56.07.59.0 10.5 12.0 13.5 15.0010203040506070距端面距离距端面距离/ mmHRC40Cr45返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CU

29、MTdHRCJ即用即用 表示，表示，J 表示末端淬透性，表示末端淬透性，4、淬透性的表示方法、淬透性的表示方法 用淬透性曲线表示用淬透性曲线表示d 至水冷端距离至水冷端距离 HRC该处硬度值。该处硬度值。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 用临界淬透直径表示用临界淬透直径表示临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏临界淬透直径是指圆形钢棒在介质中冷却，中心被淬成半马氏体的最大直径，用体的最大直径，用D0表示。表示。D0与介质有关，如与介质有关，如45钢钢D0水水=16mm，D0油油=8mm。只有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如只

30、有冷却条件相同时，才能进行不同材料淬透性比较，如45钢钢D0油油=8mm，40Cr D0油油=20mm。马氏体马氏体马氏体马氏体索氏体索氏体返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT5 5、淬透性的实际意义、淬透性的实际意义 n1 1、对于截面承载均匀的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、对于截面承载均匀的重要件，要全部淬透。如螺栓、连杆、模具等。模具等。 选用选用高淬透性高淬透性钢钢n2 2、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为、对于承受弯曲、扭转的零件可不必淬透（淬硬层深度一般为半径的半径的1/21/31/21/3），如轴类。），如轴类。低淬透性

31、低淬透性钢钢n淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应注意淬硬层深度与工件尺寸有关，设计时应注意尺寸效应尺寸效应。 高强螺栓高强螺栓柴油机连柴油机连杆杆齿轮齿轮返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬透性曲线应用淬透性曲线应用求不同直径棒状工件截面上的硬度分布求不同直径棒状工件截面上的硬度分布例：采用例：采用45Mn2制造制造50mm的轴，试求水淬后其截面上硬度分的轴，试求水淬后其截面上硬度分布曲线。布曲线。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬透性曲线应用淬透性曲线应用例：有一例：有一40号钢直径号钢直径45mm的轴，要求淬火后

32、在距表面的轴，要求淬火后在距表面3/4R处处有有80%马氏体，在马氏体，在1/2R处的硬度不低于处的硬度不低于HRC40，请问采用淬，请问采用淬火介质为油还是水？火介质为油还是水？解：确定解：确定40钢淬火后钢淬火后80%马氏体组织的硬度（马氏体组织的硬度（HRC45）；）； 淬油后硬度淬油后硬度 3/4R处：处：HRC38， 1/2R处：处：HRC30 不满足要求；不满足要求； 淬水后硬度淬水后硬度 3/4R处：处：HRC46， 1/2R处：处：HRC42 满足要求；满足要求； 采用水淬采用水淬返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首

33、页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT静水中淬火静水中淬火静油中淬火静油中淬火返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT四、淬火缺陷四、淬火缺陷 1. 淬火内应力淬火内应力 淬火内应力是造成工件变形和开裂根本原因。淬火内应力是造成工件变形和开裂根本原因。 淬火内应力超过材料屈服强度淬火内应力超过材料屈服强度-引起工件变形；引起工件变形； 淬火内应力超过材料断裂强度淬火内应力超过材料断裂强度-引起工件断裂。引起工件断

34、裂。 淬火内应力分：淬火内应力分：热应力（温度应力）热应力（温度应力） 组织应力（相变应力）组织应力（相变应力）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT （1）热应力：）热应力：由于工件心部和表面冷却速度不一致，其冷由于工件心部和表面冷却速度不一致，其冷却收缩不同而造成的内应力。却收缩不同而造成的内应力。 热应力产生过程：热应力产生过程： 冷却初期，表面冷速快，冷却初期，表面冷速快，表面表面收缩收缩，产生，产生拉拉应力；应力； 心部冷速慢，心部冷速慢，不收缩不收缩，产生，产生压压应力；应力； 冷却后期，表面冷速慢，表面冷却后期，表面冷速慢，表面不收缩不收缩，产生

35、，产生压压应力；应力； 心部冷速快，心部冷速快，收缩收缩，产生，产生拉拉应力；应力； 最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。最终的淬火热应力：表面压应力、心部拉应力。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT（2）组织应力：）组织应力：由于工件表层和心部发生马氏体转变的不由于工件表层和心部发生马氏体转变的不同时性而造成的内应力。同时性而造成的内应力。组织应力产生过程：组织应力产生过程： 冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积冷却初期，表面发生马氏体相变，表面体积膨胀膨胀，产生，产生压应力；心部冷速慢牵制表面压应力；心部冷速慢牵制表面膨胀膨胀，产生拉应力；，产生

36、拉应力； 冷却后期，心部发生马氏体相变，心部体积冷却后期，心部发生马氏体相变，心部体积膨胀膨胀，产生，产生压应力；表面牵制心部压应力；表面牵制心部膨胀膨胀，产生拉应力；，产生拉应力； 最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。最终的淬火组织应力：表面拉应力、心部压应力。 在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要在发生相变前主要内应力为热应力；当发生相变后主要内应力为组织应力，热应力为辅。内应力为组织应力，热应力为辅。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2 .淬火变形淬火变形 几何形状变化体积变化几何形状变化体积变化热应力使工件沿着最大尺寸方向收缩。

37、热应力使工件沿着最大尺寸方向收缩。组织应力使工件沿着最大尺寸方向伸长。组织应力使工件沿着最大尺寸方向伸长。四、淬火缺陷四、淬火缺陷返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬火变形影响因素：淬火变形影响因素：淬透性：好，组织应力作用大；差，热应力作用大淬透性：好，组织应力作用大；差，热应力作用大奥氏体化学成分，奥氏体化学成分，1 1）含碳量的影响；）含碳量的影响； 2 2）合金元素的影响）合金元素的影响 淬火加热淬火加热T高、内应力大、变形大；高、内应力大、变形大；淬火冷速快、内应力大、变形大

38、；淬火冷速快、内应力大、变形大；工件形状不对称，厚薄不均匀，变形大。工件形状不对称，厚薄不均匀，变形大。淬火变形的纠正淬火变形的纠正-校正校正四、淬火缺陷四、淬火缺陷返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT3. 淬火裂纹淬火裂纹重要性：重要性：淬火变形可以校正，淬火开裂则无法挽回，因淬火变形可以校正，淬火开裂则无法挽回，因此我们要研究淬火开裂原因，进行预防。此我们要研究淬火开裂原因，进行预防。淬火裂纹产生原因：淬火裂纹产生原因： 淬火内应力超过材料断裂强度淬火内应力超过材料断裂强度 材料内部缺陷材料内部缺陷 + 一定的淬火应力一定的淬火应力淬火裂纹分类：淬火裂纹

39、分类： 纵向裂纹纵向裂纹 横向裂纹横向裂纹 网状裂纹网状裂纹 剥离裂纹剥离裂纹 显微裂纹显微裂纹四、淬火缺陷四、淬火缺陷返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT淬火裂纹种类n1）纵向裂纹n产生原因：组织应力、沿轧制方向有严重带状夹杂物、淬火前既存裂纹扩展。n2 ）横向裂纹和弧形裂纹n产生原因：热应力n3）表面裂纹n产生原因：拉应力返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT减少淬火变形和防止淬火开裂的措施减少淬火变形和防止淬火开裂的措施1）正确选材）正确选材 如选

40、择淬透性好的材料如选择淬透性好的材料2）合理设计工件形状）合理设计工件形状 如避免截面形状悬殊的零件如避免截面形状悬殊的零件3）合理消除材料缺陷）合理消除材料缺陷 如淬火前锻造和预备热处理如淬火前锻造和预备热处理4）合理制定热处理工艺）合理制定热处理工艺 如加热温度、冷却速度、如加热温度、冷却速度、 回火、操作方法等回火、操作方法等返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT （a） 氧化、脱碳、表面腐蚀及过烧氧化、脱碳、表面腐蚀及过烧 ； （b） 硬度不足；硬度不足；加热温度过低，保温时间不足；加热温度过低，保温时间不足； 表面脱碳表面脱碳 冷速不够冷速不够 淬透

41、性不够淬透性不够 中断淬火时的水中时间短或空气中停留过长中断淬火时的水中时间短或空气中停留过长 工具钢淬火温度过高工具钢淬火温度过高4. 其它淬火缺陷其它淬火缺陷返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn （d d） 硬度不均匀；硬度不均匀；n氧化皮，污垢氧化皮，污垢 n淬火介质中有杂质，如水中有油淬火介质中有杂质，如水中有油 n冷却介质搅动不够冷却介质搅动不够 n渗碳件表面碳浓度不均匀，淬火后硬度不均匀渗碳件表面碳浓度不均匀，淬火后硬度不均匀n （e e） 组织缺陷。组织缺陷。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT9.2 回火

42、回火回火回火在在A1线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组织线以下很宽温度范围内进行，是使淬火组织的亚稳定进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的组的亚稳定进一步向稳定状态转变过程，获得稳定的组织和性能，减少或消除淬火内应力。织和性能，减少或消除淬火内应力。回火目的：回火目的：提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性；提高淬火钢塑性和韧性，降低其脆性； 降低或消除淬火引起的残余应力；降低或消除淬火引起的残余应力； 稳定尺寸稳定尺寸返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT一、回火时钢的组织转变一、回火时钢的组织转变 随温度升高，淬火组织将发生五个阶段变化：随温度升高，淬火组织将

43、发生五个阶段变化： 马氏体中碳原子偏聚马氏体中碳原子偏聚（80100）马氏体的分解（马氏体的分解（80250） 产物：产物：M回回 残余奥氏体的转变（残余奥氏体的转变（200300） 产物：产物：M回回（主要）（主要）+ B下下（微量）（微量） 碳化物析出和转变（碳化物析出和转变（250400） 产物：产物：T回回 相状态变化及碳化物聚集长大（相状态变化及碳化物聚集长大（400 ) 产物：产物： S回回返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT一、回火时组织转变一、回火时组织转变 按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不是单独发生，按回火温度划分如下阶段，但各阶段也不

44、是单独发生，而是相互重叠的。而是相互重叠的。 1.碳原子偏聚（时效阶段）碳原子偏聚（时效阶段） (80100以下以下) 由于淬火马氏体为过饱和固溶体，晶格中有大量微观缺陷由于淬火马氏体为过饱和固溶体，晶格中有大量微观缺陷的亚稳态。的亚稳态。对位错马氏体，低温下对位错马氏体，低温下C、N原子短程扩散到位错线附近原子短程扩散到位错线附近对孪晶马氏体，低温下对孪晶马氏体，低温下C 、N原子短程扩散聚集到某一晶面原子短程扩散聚集到某一晶面返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT2.马氏体分解（马氏体分解（80-250 ）高碳马氏体发生分解，马氏体中过饱和碳不断以高碳马氏

45、体发生分解，马氏体中过饱和碳不断以碳化碳化物形式析出，使马氏体碳含量降低。物形式析出，使马氏体碳含量降低。低碳马氏体，低于低碳马氏体，低于150无碳化物析出，只有无碳化物析出，只有C偏聚偏聚 高于高于200，马氏体中可析出稳定碳化物；，马氏体中可析出稳定碳化物； 产物：产物：回火马氏体。回火马氏体。 性能：性能：保留淬火后高硬度保留淬火后高硬度返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT3.残余奥氏体分解（残余奥氏体分解（200-300 ） 淬火后的残余奥氏体是不稳定组织，在本阶段，残余淬火后的

46、残余奥氏体是不稳定组织，在本阶段，残余奥氏体分解为低碳马氏体和奥氏体分解为低碳马氏体和碳化物，此组织为回火马碳化物，此组织为回火马氏体。氏体。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT回火屈氏体回火屈氏体4.碳化物的转变（碳化物的转变（250-400 ）亚稳碳化物将转变成为更加稳定的碳化物形式存在。亚稳碳化物将转变成为更加稳定的碳化物形式存在。高碳钢高碳钢： + + + + + + + + + （稳定的回火屈氏体）（稳定的回火屈氏体）中碳钢：中碳钢： + + （稳定的回火屈氏体）（稳定的回火屈氏体）低碳钢：低碳钢： + （稳定的回火屈氏体）（稳定的回火屈氏体）返

47、回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT5.相状态变化和碳化物聚集长大（相状态变化和碳化物聚集长大（400-700 ）铁素体发生回复和再结晶为等轴状、碳化物球化粗化铁素体发生回复和再结晶为等轴状、碳化物球化粗化 回火索氏体。回火索氏体。主要发生如下变化：主要发生如下变化：内应力消除：内应力消除： 宏观区域性内应力（工件内外），宏观区域性内应力（工件内外），550 全部消除；全部消除； 微观区域性内应力（晶粒之间），微观区域性内应力（晶粒之间）， 500 基本消除；基本消除； 晶格弹性畸变应力（碳过饱和），晶格弹性畸变应力（碳过饱和）， 转变完即消除。转变完即消除。回

48、复与再结晶：回复与再结晶：回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片回火使亚结构（位错、孪晶）消失；板条和片状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。状马氏体特征保留（回复）、消失（再结晶）。碳化物聚集长大：碳化物聚集长大：原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并原棒状、片状、粒状渗碳体消失、溶解，并逐渐球化长大，越来越粗大。逐渐球化长大，越来越粗大。回火索氏体回火索氏体返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT二、回火组织机械性能二、回火组织机械性能 回火组织机械性能取决于回火组织回火组织机械性能取决于回火组织（请同学们自己根据上述内容进行总结请同学们自己根据上述内

49、容进行总结）返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT硬度硬度返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT强度强度返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT三、合金元素对回火的影响三、合金元素对回火的影响提高钢的回火抗力提高钢的回火抗力返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT引起二次硬化引起二次硬化返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT四、回火脆性四、回火脆性 在某些温度区间回火时，钢的韧性显著下降的现象。在某些温度区间回火时，钢的韧性显著下

50、降的现象。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT 第一类（低温）回火脆性第一类（低温）回火脆性: :l是指淬火钢在是指淬火钢在250-350回火时出现的脆性。回火时出现的脆性。l这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出这种回火脆性是不可逆的，只要在此温度范围内回火就会出现脆性，目前尚无有效消除办法。现脆性，目前尚无有效消除办法。l除弹簧钢之外，其它零件淬火后应避免在除弹簧钢之外，其它零件淬火后应避免在250250350350回火。回火。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT第二类（高温）回火脆性：第二类（高温）回火

51、脆性：（500650） 是指淬火钢在是指淬火钢在500-650范围内回火后缓冷时出现的范围内回火后缓冷时出现的脆性。脆性。 回火后快冷不出现。回火后快冷不出现。多发生在含多发生在含Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金钢中，等元素的合金钢中， 是一种可逆性的回火脆性。是一种可逆性的回火脆性。 预防措施：预防措施：（1）高温回火后，在水中快速冷却。）高温回火后，在水中快速冷却。 一般适用于较小截面的零件。一般适用于较小截面的零件。（2）加入降低回火脆性倾向的元素）加入降低回火脆性倾向的元素Mo或或W。 适用大截面零件或合金钢适用大截面零件或合金钢(如如Cr-Ni钢等钢等)。返 回下一页上一页 本章首

52、页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT五、回火的工艺五、回火的工艺包括：包括： 加热温度加热温度 保温时间保温时间 冷却方法冷却方法返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT回火温度的确定回火温度的确定n1、低温回火、低温回火n回火温度：回火温度： 150250n组织转变：组织转变： 从马氏体中从马氏体中析出细片状析出细片状 -碳化物；碳化物； AR分解为分解为 -碳化物低碳碳化物低碳M。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn这种在马氏体基体上分这种在马氏体基体上分布着细片状碳化物的组布着细片状碳化物的组织称为回火马氏体

53、，用织称为回火马氏体，用M回回表示。表示。n目的：目的：保留淬火后高硬保留淬火后高硬度、度、高耐磨性的同时，高耐磨性的同时， 降低内应力，提高韧性。降低内应力，提高韧性。l用途：用途：处理各种工具、模具、量具、轴承及经渗碳和表面淬火处理各种工具、模具、量具、轴承及经渗碳和表面淬火的工件。的工件。返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn2、中温回火、中温回火 n回火温度：回火温度：350-500 n组织转变：组织转变： -碳化物转变碳化物转变为为Fe3C。到。到350, 马氏马氏体中的体中的含碳量已降到铁含碳量已降到铁素体的平衡成分，内应素体的平衡成分，内应力大

54、量消除。力大量消除。回火屈氏体回火屈氏体 lM回回转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状转变为在保持马氏体形态的铁素体基体上分布着细粒状Fe3C的组织，称为回火屈氏体，用的组织，称为回火屈氏体，用T回回表示。表示。 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn回火屈氏体组织具有较回火屈氏体组织具有较高的弹性极限和屈服极高的弹性极限和屈服极限，并具有一定的韧性，限，并具有一定的韧性，硬度一般为硬度一般为3545HRC3545HRC。l主要用于各类主要用于各类弹簧的热处理。弹簧的热处理。 汽车板簧汽车板簧热卷弹簧热卷弹簧返 回下一页上一页 本章首页金属热处理

55、原理及工艺 , SMSE,CUMT回火索氏体回火索氏体n3 3、高温回火、高温回火 n回火温度：回火温度：500-650 500-650 n组织转变：组织转变：FeFe3 3C C发生聚集长大，铁素体发生多边形化。发生聚集长大，铁素体发生多边形化。 l这种在多边形铁素体这种在多边形铁素体基体上分布着颗粒状基体上分布着颗粒状FeFe3 3C C的组织称的组织称回火索回火索氏体氏体，用，用S S回回表示。表示。 返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMTn回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的回火索氏体组织具有良好的综合力学性能，即在保持较高的强度同时，具有良好的塑性和韧性。强度同时，具有良好的塑性和韧性。n通常把淬火高温回火的热处理工艺称作通常把淬火高温回火的热处理工艺称作“调质处理调质处理”，简，简称称“调质调质”。l调质广泛用于连杆、轴、调质广泛用于连杆、轴、齿轮等各种重要结构件齿轮等各种重要结构件的处理。也可作为精密的处理。也可作为精密零件、量具等的预备热零件、量具等的预备热处理。处理。 柴油机连杆柴油机连杆返 回下一页上一页 本章首页金属热处理原理及工艺 , SMSE,CUMT用途用途 组组 织织 性性 能能温度温